新人教版生物必修1 第5章 第4节 第1课时 捕获光能的色素和结构.docx

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新人教版生物必修1第5章第4节第1课时捕获光能的色素和结构

第4节　光合作用与能量转化

第1课时　捕获光能的色素和结构

学习目标

核心素养

1．理解“绿叶中色素的提取和分离”的实验原理和方法。

（重难点）

2．说出叶绿体中色素的种类和作用。

（重点）

3．说出叶绿体的结构和功能。

（重点）

1．通过“绿叶中色素的提取和分离”实验，提高实验方案的实施及对实验结果的交流与讨论的能力。

2．通过对叶绿体的结构和功能的学习，形成结构与功能相适应的生命观念。

一、绿叶中色素的提取和分离

1．色素的提取

（1）原理

绿叶中的色素能溶解在有机溶剂——无水乙醇中。

（2）实验用品及作用[连线]

①无水乙醇　　　　　a．过滤

②SiO2b．溶解色素、提取色素

③CaCO3c．有助于研磨充分

④单层尼龙布d．防止研磨时色素被破坏

【提示】　①－b　②－c　③－d　④－a

（3）实验步骤

取材：

称取5g绿叶，剪碎，放入研钵中

　↓

研磨：

　↓

过滤：

漏斗基部放一块单层尼龙布，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤

　↓

收集：

用小试管收集色素滤液，及时将试管口用棉塞塞紧

2．色素的分离

（1）实验原理：

绿叶中的色素能溶解在层析液中，但不同的色素的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。

这样，绿叶中色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。

（2）实验步骤

　↓

③分离绿叶中的色素：

将适量的层析液倒入试管中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口

注意：

不能让滤纸条上的滤液细线触及层析液

　↓

④观察结果：

滤纸条上有四条色素带

3．色素的种类、含量、颜色及吸收光谱

种类

叶绿素（约占3/4）

类胡萝卜素（约占1/4）

叶绿素a

叶绿素b

胡萝卜素

叶黄素

颜色

蓝绿色

黄绿色

橙黄色

黄色

吸收光谱

主要吸收红光和蓝紫光

主要吸收蓝紫光

二、叶绿体的结构适于进行光合作用

1．叶绿体的形态：

扁平的椭球形或球形。

2．叶绿体的结构模式图

（1）结构

（2）功能：

进行光合作用的场所。

（3）恩格尔曼的实验：

需氧细菌只分布在叶绿体有光束照射的部位。

3．叶绿体捕获光能、进行光合作用的物质基础

（1）叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子；

（2）在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。

1．绿叶中色素分离的原理是色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。

（　　）

2．提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分。

（　　）

3．吸收光能的有关色素分布在叶绿体的内膜上。

（　　）

4．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。

（　　）

5．叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光。

（　　）

提示：

1．×　绿叶中色素分离的原理是色素在层析液中的溶解度不同。

2．×　加碳酸钙的目的是防止色素被破坏。

3．×　色素分布在类囊体膜上。

4．×　叶绿素不吸收绿光。

5．√

叶绿体中色素的提取和分离

[问题探究]

1．实验过程中，甲同学忘记加入二氧化硅和碳酸钙，乙同学忘记加入无水乙醇，丙同学加的无水乙醇过多。

请分析他们可能出现的实验结果。

提示：

甲同学研磨不充分，部分色素被破坏，过滤收集的滤液颜色浅。

乙同学不能提取到色素。

丙同学的滤液颜色浅，提取的滤液色素的浓度低。

2．实验操作时，为什么要将滤纸条的一端剪去两角？

画滤液细线的要求是细、直、齐，且要在干燥后重复画一两次，请分析这样做的原因是什么？

提示：

（1）剪去两角的目的是防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快。

（2）滤液细线要细、直、齐是使分离的色素不重叠，重复画线的目的是增加色素含量，使分离的色素带清晰，便于观察。

3．实验结束后，某同学的滤纸条上没有出现色素带，请探讨其实验失败的可能原因。

提示：

（1）忘记画滤液细线。

（2）层析时滤液细线触及层析液。

[归纳总结]

1．实验材料和试剂

（1）材料

叶片要新鲜、颜色要深绿，这样的叶片含有的色素较多。

（2）试剂及作用

试剂名称

作用

二氧化硅

有利于绿叶的充分研磨和色素的释放

碳酸钙

防止研磨时色素被破坏

无水乙醇

溶解色素

层析液

分离色素

2.实验操作中的关键步骤

（1）研磨要迅速、充分：

研磨充分使叶绿体完全破裂，可提取较多的色素。

（2）滤液细线要求：

细、直、齐，含有较多的色素，所以应待滤液干后再画一两次。

（3）滤液细线不能触及层析液，否则色素会溶解到层析液中，使滤纸条上得不到色素带。

3．滤纸条上色素的分布和对光的吸收

4．绿叶中色素的提取和分离实验的异常现象分析

（1）收集到的滤液中绿色过浅的原因分析：

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，提取浓度太低。

④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。

（2）滤纸条色素带重叠：

滤液细线画得过粗。

（3）滤纸条看不见色素带：

①忘记画滤液细线。

②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。

1．关于叶绿素提取的叙述中错误的是（　　）

A．菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料

B．加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏

C．用乙醇提取的叶绿体色素中无胡萝卜素

D．研磨时加入石英砂可使叶片研磨更充分

C　[叶绿体中的四种色素包括胡萝卜素，均溶于无水乙醇，C项错误；菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料，研磨时加入SiO2可使叶片研磨更充分，加入少许CaCO3，可以中和叶肉细胞中的有机酸，能避免叶绿素被破坏。

]

2．下列有关绿叶中色素的提取和分离实验的叙述中，正确的是（　　）

A．叶绿素的提取需要加入层析液作为提取液

B．过滤时应使用单层尼龙布，并用棉塞塞住试管口

C．分离色素时应将滤液细线置于层析液中

D．选材不同，四条色素带在滤纸条上的排列顺序不同

B　[提取叶绿素使用的是无水乙醇，层析液用于分离色素；过滤时使用单层尼龙布，并用棉塞塞住试管口，以防止挥发性强的无水乙醇挥发；分离色素时不能将滤液细线置于层析液中，否则色素会溶入层析液中；不同材料中四种色素在层析液中的溶解度相同，来自不同材料叶绿体中的四种色素含量可能不同，经过纸层析后，在滤纸上的排列顺序相同，色素带粗细可能不同。

]

色素功能和叶绿体的结构和功能

[问题探究]

1．一般植物的叶片在春、夏季为绿色，而在秋季呈黄色。

请分析出现这一现象的原因是什么？

提示：

在春、夏季节，叶子中叶绿素含量多于类胡萝卜素含量，叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以呈绿色。

在秋季，叶绿素被破坏，类胡萝卜素完好，叶子呈现出了类胡萝卜素的颜色，所以呈现黄色。

2．叶绿体的结构有哪些特点与光合作用相适应？

提示：

（1）叶绿体的色素分布在基粒的类囊体膜上，基粒和类囊体的数量很多，极大地扩展了受光面积。

（2）类囊体薄膜上和叶绿体基质中分布有与光合作用有关的酶。

[归纳总结]

1．叶绿体中的色素与吸收光谱

（1）叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。

（2）叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光吸收量大，对其他可见光并非不吸收，只是吸收量较少。

2．叶绿体功能的验证实验——恩格尔曼实验

（1）实验过程及现象

（2）实验结论

①叶绿体是进行光合作用的场所。

②O2是由叶绿体释放的。

（3）实验设计的“四妙”

①实验材料选得妙：

实验材料选择水绵和好氧细菌。

水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可确定释放氧气多的部位。

②排除干扰的方法妙：

没有空气的黑暗环境，排除了空气中氧气和光的干扰。

③观测指标设计得妙：

用极细的光束点状投射，叶绿体上可分为获得光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验。

④实验对照设计得妙：

进行黑暗（局部光照）和曝光对照实验，明确实验结果完全是由光照引起的。

1．如图是叶片中两类色素的吸收光谱，试判定甲和乙分别为何种色素（　　）

A．叶绿素a、叶绿素b　B．类胡萝卜素、叶绿素

C．叶黄素、叶绿素aD．叶绿素、类胡萝卜素

D　[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。

]

2．为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予一定的条件，这些条件是（　　）

A．光照、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液

B．光照、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液

C．黑暗、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液

D．黑暗、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液

B　[水绵中的叶绿体通过光合作用释放氧气，光合作用需要光照和CO2，NaHCO3稀溶液可提供CO2，装片中不能有空气，否则好氧细菌均匀分布，无法根据好氧细菌的聚集情况来确定叶绿体是否有放氧功能。

]

[课堂小结]

知识网络构建

核心语句背诵

1．提取色素的原理是色素能溶解在无水乙醇等有机溶剂中。

2．不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。

3．层析后滤纸条上自上而下的四条色素带依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。

4．叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。

5．色素分布于叶绿体类囊体薄膜上，而与光合作用有关的酶分布于类囊体薄膜和叶绿体基质中。

1．在进行“绿叶中色素提取和分离”的实验时，不让层析液没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

C　[叶绿体中的各种色素能够溶于有机溶剂，若在层析时，层析液没及滤纸条上的滤液细线，色素就会溶解在层析液中，导致层析后得不到色素带。

]

2．下图为叶绿体结构示意图，下列叙述不正确的是（　　）

A．1具有选择透过性

B．吸收光能的色素分布在2上

C．与光合作用有关的酶只分布在3中

D．叶绿体具有双层膜

C　[叶绿体具有双层膜即图示1，属于生物膜，具有选择透过性；与光合作用有关的酶，在2类囊体薄膜上以及3叶绿体基质中均有分布。

]

3．将竖直放置的水绵和某种好氧细菌的混合溶液放在暗处，白光透过三棱镜照在混合液处，一段时间后，好氧细菌的分布情况最可能是（　　）

A．随机、均匀分布在混合液中

B．集中分布在上下两侧

C．集中分布在中央位置

D．集中分布在溶液的下层

B　[白光透过三棱镜后，红光分布在水绵上侧，蓝紫光分布在水绵下侧，由于色素主要吸收红光和蓝紫光，因此竖直放置的水绵在上侧和下侧光合作用较强，产生的氧气较多，好氧细菌在这两处集中分布。

]

4．秋冬季节，由于叶绿体中的某类色素易被破坏，使叶片呈现黄色，导致叶片吸收光的能力减弱，其中吸收明显减少的是（　　）

A．黄光、红光　　　B．红光、蓝紫光

C．蓝紫光、绿光D．绿光、黄光

B　[秋冬季节，叶绿素被破坏，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。

]

5．下图为两种光照下同一植物叶片色素提取和分离的结果。

据图回答：

（1）强光导致了该植物____________（填色素）含量降低，__________（填色素）含量增加有利于该植物抵御强光照。

（2）色素Ⅰ、Ⅱ的颜色分别为__________，色素Ⅲ、Ⅳ主要吸收_______________________________________________________，

正常光照下，含量最高的色素为__________。

（3）画滤液线时，滤液在点样线上要画__________次。

[答案]　

（1）叶绿素　类胡萝卜素

（2）橙黄色和黄色　红光和蓝紫光　叶绿素a

（3）2～3