5.4.1光合作用与能量转化第1课时高一上学期生物人教版（2019）必修1

必修1：分子与细胞

海蛞蝓，简称“叶羊”，可光合作用的动物。看起来很像萌萌哒的小绵羊。刚出生时是透明的，直到吃了藻类之后，它们才会慢慢的变成绿色，发育成熟。“叶羊”是世界上少有的可进行光合作用的动物。当它们进食海藻时，可以吸收食物里面的叶绿素，并将其转化到体内。这个过程被称为盗食质体。盗食体质只可以在单细胞生物进行，使它们能进行光合作用，得以生存。它们利用装进体内的叶绿素，为自己制造养分。这样海蛞蝓就不用进食了，每天晒晒太阳，即可存活下来。虽然有这项黑科技帮忙，但叶羊并不是吃了一次就可以享用终身的。叶绿体要想执行光合作用，需要各种不同的蛋白。叶羊自己是无法全部合成这么多种不同的蛋白的，而且随着蛋白的不断消耗，总有一天是会坐吃山空的，所以它要隔三差五的去补充新的蛋白以及叶绿体。

海蛞蝓必修1：分子与细胞海蛞蝓第4节

光合作用和能量转化第1课时

捕获光能的色素第5章必修1：分子与细胞细胞的能量供应与利用学习目标核心素养要求1.理解“绿叶中色素的提取和分离”实验的原理，学会探究实验的设计思路。2.采用对比分析的方法，分析不同色素吸收光谱的差别。3.认同叶绿体的结构特点与其作为光合作用的场所相适应。1.生命观念：叶绿体的结构尤其是基粒大大扩展了膜面积，附着很多酶和色素，与光合作用的功能相适应。2.科学思维：实验思路及设计，科学设计提取和

分离色素的实验步骤，注意操作步骤的规范性。3.社会责任：尝试应用所学生物学知识解决生产、生活中的实际问题，关注生物科学技术与社会的关系。捕获光能的色素必修1：分子与细胞内容1内容2捕获光能的色素叶绿体的结构适于进行光合作用内容聚焦本节目录1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？

用人工光源可以避免由于自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而造成的减产。同时，人工光源的强度和不同色光是可以调控的，可以根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件，也有外界环境条件。二氧化碳浓度、营养液和温度是影响植物生长的重要外部条件，因此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？【问题探讨】【资料】植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。正常幼苗能进行光合作用制造有机养料。白化苗不能进行光合作用，无法制造

有机养料。光合作用(photosynthesis)是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。

你知道韭菜与韭黄的区别吗？【联系生活】内容1捕获光能的色素一、实验：绿叶中色素的提取和分离1.实验原理：

试剂原理提取________绿叶中的色素溶于

，而不溶于水分离_______各种色素在

中的

不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得

，反之则慢无水乙醇层析液有机溶剂层析液溶解度快也可以用丙酮（由石油醚、丙酮、苯混合而成）2.实验方法（1）提取方法：过滤法（2）分离方法：纸层析法内容1捕获光能的色素可以用体积分数95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来替代。3.实验步骤：（1）提取绿叶的色素①称取5g新鲜绿叶，剪碎，放入研钵中。②向研钵中放入少量二氧化硅【

】和碳酸钙【

】，再加入5～10mL无水乙醇【

】，迅速【

】、充分【

】研磨。防止乙醇挥发有助于研磨充分防止研磨中色素被破坏溶解色素，少量、分次加入内容1捕获光能的色素叶绿体能够被充分破坏，使得色素能充分被释放出来③将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（漏斗基部有单层

）中进行过滤不能，滤纸会吸收大量的滤液，得不到足量的滤液④收集滤液,并用棉塞封口防止酒精挥发和色素的氧化问：可否用滤纸？为何？尼龙布内容1捕获光能的色素3.实验步骤：（1）提取绿叶的色素（2）分离绿叶的色素——纸层析法①制备滤纸条思考：剪去两角的目的？防止两边扩散过快，剪去两角可使层析液同步到达滤液细线1cm铅笔细线滤液细线细、直、齐重复2—3次防止色素带重叠而影响分离效果使滤纸条充分带上色素内容1捕获光能的色素3.实验步骤：（2）分离绿叶的色素——纸层析法①制备滤纸条思考：剪去两角的目的？防止两边扩散过快，剪去两角可使层析液同步到达滤液细线1cm铅笔细线滤液细线细、直、齐重复2—3次防止色素带重叠而影响分离效果使滤纸条充分带上色素内容1捕获光能的色素3.实验步骤：（2）分离绿叶的色素——纸层析法②分离色素：防止层析液中的成分挥发培养皿————滤纸条的放置1）有滤液细线的一端朝下2）下端应插入层析液中3）滤液细线不能触及层析液防止色素溶解于层析液中而无法分离石油醚、丙酮和苯的混合液层析液————色素分离的其他方法:3.实验步骤：内容1捕获光能的色素叶绿素a(蓝绿色)叶绿素b（黄绿色）胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）影响色素合成的因素1.光照光是叶绿体发育和叶绿素合成必不可少的条件。植物在缺光条件下影响叶绿素形成而使叶子发黄的现象，称为黄化现象。正常韭菜韭黄2.温度

最适温度是20~30℃，最低温度约为2~4℃，最高温度为40℃左右。

温度过高或过低均降低合成速率，加速叶绿素降解。

秋天叶子变黄和早春寒潮过后秧苗变白等现象，都与低温抑制叶绿素形成有关。4.水（了解）植物缺水会抑制叶绿素的生物合成，且与蛋白质合成受阻有关。严重缺水时，叶绿素的合成减慢，降解加速，所以干旱时叶片呈黄褐色。3.矿质元素：氮、镁：叶绿素的组分；

铁、铜、锰、锌：叶绿素酶促合成的辅因子。4.实验结果及分析内容1捕获光能的色素色素种类色素含量色素带宽度

溶解度扩散速度胡萝卜素

叶黄素

叶绿素a

叶绿素b

最窄较窄最宽较宽最少较少最多较多最高较高较低最低最快较快较慢最慢色素带宽度可表示色素含量,高度表示溶解度。内容1捕获光能的色素4.实验结果及分析叶绿素a叶绿素b

胡萝卜素叶黄素叶绿素类胡萝卜素（含量约3/4）（含量约1/4）叶绿素a（蓝绿色）叶绿素b（黄绿色）胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）色素含量(色素带宽度):叶绿素a＞叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素溶解度(扩散速度):胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a＞叶绿素b距离最远:距离最近：胡萝卜素叶绿素b绿叶中的色素内容1捕获光能的色素4.实验结果及分析色素带宽度可表示色素含量,高度表示溶解度。叶绿素a叶绿素b

胡萝卜素叶黄素思考1:

收集到的滤液绿色过浅的原因(1)未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。(2)使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。(3)一次加入大量的无水乙醇。(4)未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。(正确做法:分次加入少量无水乙醇提取色素)思考2:滤纸条色素带重叠的原因

没经干燥处理，滤液细线不能达到细、直、匀的要求,使色素扩散不一致造成的。5.实验分析内容1捕获光能的色素(5)滤液细线画的次数不够思考4：滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：a.忘记画滤液细线。b.滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。

忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。思考3：滤纸条看不到色素带内容1捕获光能的色素思考1：如果在圆形滤纸的中央点开始，对叶绿体的色素进行层析，会看到什么现象？会出现四个同心圆的色素带，从外往里依次为:胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b【思维拓展1】思考2：那这四种色素对光的吸收有何区别呢？内容1捕获光能的色素【资料1】太阳光是由不同波长的光组合成的复合光，不同波长的光，颜色不同，可见光的波长是400-760nm；波长小于400nm的光是紫外光；波长大于760nm的光是红外光。6.色素的吸收光谱及作用内容1捕获光能的色素【资料2】太阳光通过在三棱镜时，由于折射角度的不同，不同波长的光得以分离，形成不同颜色的光带，称为光谱。如图所示。6.色素的吸收光谱及作用内容1捕获光能的色素太阳光（白光）三棱镜光屏思考：四种光合色素吸收的是什么光？对光的吸收有区别吗？叶绿素溶液叶绿素主要吸收红光和蓝紫光类胡萝卜素主要吸收蓝紫光类胡萝卜素溶液6.色素的吸收光谱及作用（1）吸收光谱内容1捕获光能的色素色素的吸收光谱实验结果A.叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。B.叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值

。④绿叶中的色素几乎

绿光（但不是不吸收）C.类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，

吸收红光学科交叉：叶绿体中的色素只吸收

，而对红外光和紫外光等不吸收。可见光内容1捕获光能的色素不同不不吸收吸收、

（

色素）、

光能（只有少数特殊状态的

）叶绿素a:

C55H72O5N4Mg叶绿素b:

C55H70O6N4Mg胡萝卜素：C40H56叶黄素：

C40H56O2（2）色素的功能传递四种转化叶绿素a内容1捕获光能的色素➊光照

光照是影响叶绿素合成的主要因素，植物在黑暗中一般不能合成叶绿素，因而叶片发黄。➋温度

温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成；另外，低温时叶绿素分子易被破坏，因而秋天叶片变黄。➌

矿质元素

叶绿素中含N、Mg等矿质元素，若缺乏将导致叶绿素无法合成，老叶先变黄；Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也会导致叶绿素合成受阻，幼叶先变黄。（3）影响叶绿素合成的三大因素内容1捕获光能的色素比较项目光合色素细胞液色素存在部位叶绿体液泡溶解性脂溶性水溶性代表种类类胡萝卜素和叶绿素花青素颜色橙黄、黄、绿红、蓝、紫颜色变化不随pH改变变化颜色随pH改变变化颜色红苋菜：炒菜菜汤出色，因为是水溶性的花青素。胡萝卜：炒菜菜汤不出色，因为是脂溶性的胡萝卜素。【思维拓展2】

植物色素内容1捕获光能的色素思考1：为什么植物春夏叶子翠绿？（1）其他光被叶片吸收了，绿光吸收最少反射回来（2）叶片中叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素【与生活的联系】内容1捕获光能的色素思考2：秋天枫叶变红色的原因是什么？

秋天叶绿体内的色素主要类胡萝卜素，呈橙黄色和黄色；液泡内的色素主要是花青素，在酸性条件下呈红色；思考2：温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充什么颜色的光源？【与生活的联系】提示：最好选用无色透明的玻璃或塑料薄膜，因为它可以使各种颜色的光通过；补充光源可选择红光或蓝紫光内容1捕获光能的色素1.(2019·江苏高考)如图为某次光合作用色素纸层析的实验结果，样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝细菌经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是(

)

A．研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素B．层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液C．在敞开的烧杯中进行层析时，需通风操作D．实验验证了该种蓝细菌没有叶绿素bD习题检测2.下列关于“提取和分离叶绿体中的色素”的实验描述中，不属于实验要求的是(

)A.提取高等植物叶绿体中的色素B.用纸层析法分离色素C.了解各种色素的吸收光谱D.验证叶绿体中所含色素的种类C习题检测3.图中①代表新鲜菠菜叶的光合色素纸层析结果，则图②所示结果最有可能来自于(

)A.水培的洋葱叶 B.生长的柳树幼叶C.培养的衣藻 D.秋冬的银杏落叶D习题检测4.如图表示某同学做“提取和分离叶绿体中的色素”实验的改进装置。下列与之有关的叙述中，错误的是(

)A.应向培养皿中倒入层析液B.应将滤液滴在b处，而不能滴在a处C.实验结果应是得到四个不同颜色的同心圆D.实验得到的若干个同心圆中，最大的一个圆呈橙黄色B习题检测叶绿体外膜叶绿体内膜叶绿体基质③①②④⑤类囊体基粒回忆叶绿体，写出图中①②③④⑤所代表的结构名称。叶绿体的功能：光合作用的场所叶绿体的结构适于进行光合作用内容2外膜内膜基质核糖体DNA类囊体基粒1.光合作用的场所：叶绿体2.光合色素的分布：叶绿体类囊体薄膜②叶绿体基质和类囊体薄膜上分布着与光合作用有关的酶。③多个类囊体堆叠形成基粒，极大的扩展了受光面积，扩大色素和酶的附着

位点。叶绿体除了吸收光能以外，还有什么功能吗？①类囊体薄膜上分布着能吸收光能的色素。叶绿体的结构适于进行光合作用内容2↓决定色素酶主要分布在绿色植物的叶肉细胞，幼茎皮层细胞、未成熟的果皮细胞中也有。(1)结构外表：①_______内部②_____③

：由

堆叠而成(2)功能：进行

的场所。双层膜基质基粒类囊体光合作用(3)物质基础➊类囊体薄膜：分布着许多吸收光能的

，

光合作用有关的

。

➋叶绿体基质也含许多进行光合作用的酶。色素分子叶绿体的结构适于进行光合作用内容2一.叶绿体：酶叶绿体除了吸收光能以外，还有什么功能吗？1.实验者：德国科学家恩格尔曼2.实验材料：水绵易于观察，作为释放氧气的观察指标。

【注】水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，细菌为需氧菌，可以运动。二.叶绿体功能的验证叶绿体的结构适于进行光合作用内容2恩格尔曼黑暗无空气

极细光束

均匀光照水绵好氧细菌极细光束照射完全曝光好氧细菌集中于叶绿体被光束照射的部位好氧细菌分布于叶绿体所有受光部位实验结论1：

选用黑暗并且没有空气的环境，可排除光线和氧的干扰。3.实验：恩格尔曼实验1叶绿体光合作用释放氧气，叶绿体是进行光合作用的场所。叶绿体的结构适于进行光合作用内容21.实验材料的选择：

选择水绵——具有细而长的螺旋带状叶绿体便于观察。2.排除干扰的方法：

没有空气的黑暗环境，排除了环境中氧气和光的干扰。3.观测指标的设计：

通过检测需氧细菌的分布，准确地判断出释放氧气的部位。4.实验对照的设计：

用极细的光束照射，有/无光；

进行黑暗条件下极细光束照射和完全暴露在光下，局部/完全【实验分析】恩格尔曼实验设计的巧妙之处叶绿体的结构适于进行光合作用内容2

将光透过三棱镜光照射水绵临时装片，好氧菌聚集在红光和蓝光区域中实验结论2：3.实验：恩格尔曼实验2二.叶绿体功能的验证（教材P100-101资料）思考：综合上述两个实验，你认为叶绿体具有什么功能？叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。叶绿体的结构适于进行光合作用内容2叶绿体主要吸收红光和蓝紫光一、概念检测1.基于对叶绿体的结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确。(1)叶绿体中只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作用。（

）(2)叶绿体的类囊体上有巨大的膜面积，有利于充分吸收光能。（

）(3)植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光。（

）2.下列关于高等植物细胞内色素的叙述，错误的是（

）A.所有植物细胞中都含有4种色素B.有些植物细胞的液泡中也含有色素C.叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收光能D.植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两大类××√A

复习与提高二、拓展应用1.海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？1.有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出了红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是短波长的光，因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方复习与提高反射绿光，吸收红、蓝紫光红藻绿藻褐藻反射红光，吸收蓝紫光较多波长长波长短，能到达深海区域反射黄光，吸收蓝紫光、绿光波长适中二、拓展应用1.海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？复习与提高2.与传统的生产方式相比，植物工厂生产蔬菜等食物有哪些优势？又面临哪些困难？你对植物工厂的发展前景持什么观点？请搜集资料，结合自己的思考写一篇综述性短文。提示：与传统生产方式相同，植物工厂生产蔬菜可以精确控制植物的生长周期、生长环境、上市时间等，但同时面临技术难度大、操控要求高、需要掌握各种同蔬菜的生理特性等问题。复习与提高◎课堂小结1.基于对叶绿体的结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确。(1)叶绿体中只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作用。（）(2)叶绿体的类囊体上有巨大的膜面积，有利于充分吸收光能。（）(3)植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光。（）(4)光合作用需要的色素和酶只分布在叶绿体基粒中()(5)没有叶绿体的生物无法进行光合作用()(6)植物细胞都含有叶绿体()(7)在真核细胞内，能进行光合作用的色素分布在叶绿体以及液泡中()××

√×

×

×

×

习题检测2．在进行绿叶中色素的提取和分离的实验时不让层析液触及滤液细线的原因是（）

A．滤纸上几种色素会扩散不均匀而影响实验结果B．滤纸上的滤液细线会变粗而使色素太分散C．色素会溶解在层析液中而使实验失败D．滤纸上的几种色素会混合起来不分散3．如图做色素层析分离的正确装置是（