高中生物 第5章 细胞的能量供应和利用 第4节 能量之源—光与光合作用 第1课时 捕获光能的色素和结构课件 新人教版必修1

1、1第第4节能量之源节能量之源光与光合作用光与光合作用2教师参考教师参考新课导入新课导入导入导入1:通过初中生物课的学习通过初中生物课的学习,我们已经知道我们已经知道,植物的每一片绿叶就好像植物的每一片绿叶就好像是一个是一个“绿色工厂绿色工厂”源源不断地生产有机物源源不断地生产有机物,绿色植物生产有机物的过程绿色植物生产有机物的过程是通过光合作用这一生理过程完成的是通过光合作用这一生理过程完成的,那么这个生理过程到底是怎样的那么这个生理过程到底是怎样的呢呢?这就是本节我们所要学习的内容。这就是本节我们所要学习的内容。导入导入2:海尔蒙特是比利时的化学家、生物学家海尔蒙特是比利时的化学家、生物学家

2、,他在研究植物到底他在研究植物到底“吃吃”什什么长大的问题时做了这样一个实验么长大的问题时做了这样一个实验:把土烘干把土烘干,称重称重60 kg,插入重插入重2 kg的柳的柳树枝条树枝条,然后浇水。然后浇水。5年后年后,柳树长大了柳树长大了,重重60 kg,那么木桶的土变成了多少那么木桶的土变成了多少了呢了呢?土重为土重为59.943 kg,仅仅少了仅仅少了57 g,这说明了什么呢这说明了什么呢?柳树增加的质量柳树增加的质量的主要来源肯定不是土壤中的无机物的主要来源肯定不是土壤中的无机物,那么植物到底那么植物到底“吃吃”什么长大的呢什么长大的呢?这将是本节将要学习的内容。这将是本节将要学习的内

3、容。3第第1课时捕获光能的色素和结构课时捕获光能的色素和结构4【教学目标教学目标】1.通过通过“提取和分离叶绿体色素提取和分离叶绿体色素”的实验操作的实验操作,使学生学会提取和分离叶使学生学会提取和分离叶绿体色素的原理和方法绿体色素的原理和方法,分析色素带的颜色、顺序和宽窄分析色素带的颜色、顺序和宽窄,并解释原因。并解释原因。科学探究、科学思维科学探究、科学思维2.通过观察叶绿体结构模型通过观察叶绿体结构模型,使学生认识叶绿体的结构以及这种结构适于使学生认识叶绿体的结构以及这种结构适于分布色素和多种酶的特点。分布色素和多种酶的特点。生命观念、科学思维生命观念、科学思维5形成学科核心素养形成学科

4、核心素养凝练素养凝练素养自主学习自主学习6自主学习自主学习 读教材读教材学基础学基础一、实验一、实验:提取和分离叶绿体色素提取和分离叶绿体色素请仔细阅读教材第请仔细阅读教材第9798页的实验页的实验,完成下面的问题。完成下面的问题。1.提取叶绿体色素提取叶绿体色素(1)原理原理:绿叶中叶绿体色素能够溶解在有机溶剂绿叶中叶绿体色素能够溶解在有机溶剂 中。中。无水乙醇无水乙醇7 (2)过程过程步骤名称步骤名称操作过程操作过程取材取材称取称取5 g新鲜绿叶新鲜绿叶, ,放入研钵中放入研钵中研磨研磨加入少许加入少许 ,再加入再加入10 mL ,迅速、充分研磨迅速、充分研磨过滤过滤漏斗基部放一块漏斗基部

5、放一块 ,将研磨液将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行迅速倒入玻璃漏斗中进行 收集收集用小试管收集用小试管收集 ,及时将试管口及时将试管口用棉塞塞严用棉塞塞严剪碎剪碎二氧化硅、碳酸钙二氧化硅、碳酸钙无水乙醇无水乙醇单层尼龙布单层尼龙布过滤过滤色素滤液色素滤液82.分离叶绿体色素分离叶绿体色素(1)原理原理:各种色素在层析液中的各种色素在层析液中的 不同不同, 高的色素随高的色素随层析液在滤纸上扩散得快层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢。因而色素就会随着反之则慢。因而色素就会随着 在滤在滤纸上的扩散而分离开。纸上的扩散而分离开。(2)步骤步骤溶解度溶解度溶解度溶解度层析液层析液910观察结果观察结果:滤

6、纸条上色素带有四条滤纸条上色素带有四条11判断判断(1)可以用层析液提取叶绿体色素。可以用层析液提取叶绿体色素。( )(2)加入二氧化硅的目的是使研磨更充分。加入二氧化硅的目的是使研磨更充分。( )(3)层析得到的滤纸条上各种色素带的宽度可说明不同色素含量的多少。层析得到的滤纸条上各种色素带的宽度可说明不同色素含量的多少。( )(4)重复画线时要注意在滤液未干前操作。重复画线时要注意在滤液未干前操作。( )12二、叶绿体中色素的种类、分布及吸收光谱二、叶绿体中色素的种类、分布及吸收光谱请仔细阅读教材第请仔细阅读教材第9899页页,完成下面的问题。完成下面的问题。色素种类色素种类颜色颜色吸收光谱

7、吸收光谱分布分布叶绿素叶绿素(约占约占3/4)叶绿素叶绿素a 色色主要吸收蓝紫光主要吸收蓝紫光和红光和红光叶绿体中的类囊体叶绿体中的类囊体薄膜上薄膜上叶绿素叶绿素b黄绿色黄绿色类胡萝卜类胡萝卜素素(约占约占1/4)胡萝卜素胡萝卜素 色色主要吸收主要吸收 光光叶黄素叶黄素黄色黄色蓝绿蓝绿橙黄橙黄蓝紫蓝紫13三、叶绿体的结构与功能三、叶绿体的结构与功能请仔细阅读教材第请仔细阅读教材第99100页页“叶绿体的结构叶绿体的结构”,完成下面的问题。完成下面的问题。1.形态形态:一般呈扁平的一般呈扁平的 形或形或 形。形。2.结构结构椭球椭球球球143.功能功能:是进行是进行 的场所。的场所。4.功能验证

8、功能验证恩格尔曼实验恩格尔曼实验(1)恩格尔曼实验过程、现象及结论恩格尔曼实验过程、现象及结论光合作用光合作用15(2)恩格尔曼实验设计巧妙之处恩格尔曼实验设计巧妙之处实验材料选择水绵和好氧细菌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水绵的叶绿体呈螺旋式带状,便于观察便于观察;用好氧细菌可确定用好氧细菌可确定 的部位。的部位。没有空气的黑暗环境没有空气的黑暗环境:排除了排除了 和和 的干扰。的干扰。用极细的光束点状投射用极细的光束点状投射:叶绿体上可分为获得光照和无光照的部位叶绿体上可分为获得光照和无光照的部位,相相当于一组当于一组 实验。实验。进行黑暗进行黑暗(局部光照局部光照)

9、和完全暴露在光下的对照实验和完全暴露在光下的对照实验:明确实验结果完全明确实验结果完全是由是由 引起的等。引起的等。释放氧气释放氧气氧气氧气光光对照对照光照光照16思考思考 叶绿体与其功能相适应的结构特点有哪些叶绿体与其功能相适应的结构特点有哪些?提示提示:(1)叶绿体的基质和类囊体薄膜上含有与光合作用有关的酶。叶绿体的基质和类囊体薄膜上含有与光合作用有关的酶。(2)类囊体的薄膜上分布有捕获光能的色素。类囊体的薄膜上分布有捕获光能的色素。(3)叶绿体中类囊体堆叠成基粒叶绿体中类囊体堆叠成基粒,增大了内部膜面积。增大了内部膜面积。17凝练素养凝练素养 解疑难解疑难提能力提能力主题一主题一 提取和

10、分离叶绿体色素实验问题剖析提取和分离叶绿体色素实验问题剖析 教师参考教师参考 问题引领问题引领:1.若在滤纸条上观察到的色素颜色过浅若在滤纸条上观察到的色素颜色过浅,分析可能的原因有哪些分析可能的原因有哪些?2.在滤纸条上在滤纸条上,4种色素位置及含量是怎样的种色素位置及含量是怎样的?181.研磨时放入少量二氧化硅和碳酸钙的目的分别是什么研磨时放入少量二氧化硅和碳酸钙的目的分别是什么?提示提示:加入碳酸钙的目的是防止研磨中叶绿素被破坏加入碳酸钙的目的是防止研磨中叶绿素被破坏;加入二氧化硅的目加入二氧化硅的目的是使研磨充分。的是使研磨充分。2.收集到的滤液绿色过浅的原因有哪些收集到的滤液绿色过浅

11、的原因有哪些?提示提示:(1)未加二氧化硅未加二氧化硅,研磨不充分研磨不充分;(2)使用放置天数较多的绿叶使用放置天数较多的绿叶,色素含量少色素含量少;(3)一次加入的无水乙醇太多一次加入的无水乙醇太多,提取浓度太低提取浓度太低;(4)未加碳酸钙或加入的太少未加碳酸钙或加入的太少,色素分子被破坏。色素分子被破坏。3.滤纸条为什么要剪去两个角滤纸条为什么要剪去两个角?提示提示:剪去两个角的目的是防止层析液在滤纸条的两端扩散过快剪去两个角的目的是防止层析液在滤纸条的两端扩散过快,得到的得到的色素带不整齐。色素带不整齐。194.为什么滤液细线要画得细、齐、直为什么滤液细线要画得细、齐、直?为什么要重

12、复画滤液细线为什么要重复画滤液细线?提示提示:滤液细线如果画得不细、齐、直滤液细线如果画得不细、齐、直,在层析时会导致色素带的重叠而在层析时会导致色素带的重叠而影响分离效果。影响分离效果。要重复画一两次滤液细线的目的是积累更多的色素要重复画一两次滤液细线的目的是积累更多的色素,使分离后的色素带使分离后的色素带更明显。更明显。5.为什么滤液细线不能触及层析液为什么滤液细线不能触及层析液?提示提示:如果让滤纸上的滤液细线触及层析液如果让滤纸上的滤液细线触及层析液,滤液中的部分色素会溶解在滤液中的部分色素会溶解在层析液中层析液中,就会无明显的色素带而影响实验效果。就会无明显的色素带而影响实验效果。6

13、.层析时烧杯要加盖层析时烧杯要加盖,为什么为什么?提示提示:层析时烧杯要加盖的目的是防止层析液中的挥发性物质挥发出来层析时烧杯要加盖的目的是防止层析液中的挥发性物质挥发出来对人体有害。对人体有害。207.滤纸条上色素带的排列顺序怎样滤纸条上色素带的排列顺序怎样?宽窄如何宽窄如何?这说明了什么这说明了什么?提示提示:从上到下依次是胡萝卜素从上到下依次是胡萝卜素(橙黄色橙黄色)、叶黄素、叶黄素(黄色黄色)、叶绿素、叶绿素a(蓝绿蓝绿色色)、叶绿素、叶绿素b(黄绿色黄绿色)。宽窄。宽窄:叶绿素叶绿素a叶绿素叶绿素b叶黄素叶黄素胡萝卜素。胡萝卜素。由宽窄可以看出它们的含量不同由宽窄可以看出它们的含量不

14、同;由位置可以得出它们在层析液中的溶由位置可以得出它们在层析液中的溶解度不同解度不同,越靠上的溶解度越大。越靠上的溶解度越大。21【典例典例1】 下图表示利用新鲜菠菜绿叶进行的提取和分离叶绿体色素实下图表示利用新鲜菠菜绿叶进行的提取和分离叶绿体色素实验纸层析的结果验纸层析的结果,下列有关分析错误的是下列有关分析错误的是()A.产生该实验结果的原因是研磨时没加入无水乙醇产生该实验结果的原因是研磨时没加入无水乙醇B.产生该实验结果的原因是研磨时没加入碳酸钙产生该实验结果的原因是研磨时没加入碳酸钙C.色素分离的原理是色素在层析液中的溶解度不同色素分离的原理是色素在层析液中的溶解度不同D.四种色素中左

15、边两种色素主要吸收蓝紫光和红光四种色素中左边两种色素主要吸收蓝紫光和红光22解析解析:图中由左到右四条色素带依次是叶绿素图中由左到右四条色素带依次是叶绿素b、叶绿素、叶绿素a、叶黄素、胡萝、叶黄素、胡萝卜素卜素,若研磨时没加入无水乙醇若研磨时没加入无水乙醇,则层析结果中不会出现色素带则层析结果中不会出现色素带;正常叶片正常叶片中叶绿素含量远多于类胡萝卜素的含量中叶绿素含量远多于类胡萝卜素的含量,而该实验结果中类胡萝卜素的含而该实验结果中类胡萝卜素的含量远多于叶绿素量远多于叶绿素,说明研磨时没加入碳酸钙说明研磨时没加入碳酸钙,导致部分叶绿素被破坏。导致部分叶绿素被破坏。答案答案:A23备选例题备

16、选例题较长时间黑暗中生长的植物较长时间黑暗中生长的植物,对其叶片进行提取和分离叶绿体色素对其叶片进行提取和分离叶绿体色素,结果结果最可能为最可能为( )解析解析:叶绿体色素的分离实验结果从上到下分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿体色素的分离实验结果从上到下分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素叶绿素a、叶绿素、叶绿素b。已知植物处于黑暗环境中较长时间。已知植物处于黑暗环境中较长时间,则不能合成叶则不能合成叶绿素绿素,因此导致滤纸条上第三和第四条色素带缺失。因此导致滤纸条上第三和第四条色素带缺失。B B24【题组演练题组演练】1.下列对提取叶绿体色素下列对提取叶绿体色素,进行纸层析分离的实验中各种现象的解释进

17、行纸层析分离的实验中各种现象的解释,正正确的是确的是( )A.未见色素带未见色素带,原因可能为材料是黄化叶片原因可能为材料是黄化叶片B.色素在滤纸上未发生分离色素在滤纸上未发生分离,是因为色素不溶于层析液是因为色素不溶于层析液C.提取液呈绿色是由于其含有叶绿素提取液呈绿色是由于其含有叶绿素a和叶绿素和叶绿素bD.叶黄素处于滤纸条最前方叶黄素处于滤纸条最前方,是因为其在提取液中的溶解度最高是因为其在提取液中的溶解度最高解析解析:选择黄化叶片为实验材料选择黄化叶片为实验材料,若操作无误若操作无误,只会缺少部分色素带只会缺少部分色素带,但仍会但仍会有色素带出现有色素带出现;叶绿体中的色素在滤纸条上未

18、发生分离叶绿体中的色素在滤纸条上未发生分离,其原因可能是滤其原因可能是滤纸没有接触到层析液纸没有接触到层析液;胡萝卜素处于滤纸条最前方胡萝卜素处于滤纸条最前方,是因为其在层析液中是因为其在层析液中的溶解度最高。的溶解度最高。C C252.如图表示某同学做如图表示某同学做“提取和分离叶绿体色素提取和分离叶绿体色素”实验的改进装置实验的改进装置,下列与下列与之有关的叙述中之有关的叙述中,错误的是错误的是( )A.应向培养皿中倒入层析液应向培养皿中倒入层析液B.应将滤液滴在应将滤液滴在a处处C.实验结果应得到四个不同颜色的同心圆实验结果应得到四个不同颜色的同心圆(近似圆形近似圆形)D.实验得到的若干

19、个同心圆中实验得到的若干个同心圆中,最小的一个圆呈橙黄色最小的一个圆呈橙黄色解析解析:分离色素的试剂是层析液分离色素的试剂是层析液,将色素提取液滴在将色素提取液滴在a处处,b处连接层析液处连接层析液,结结果能得到果能得到4个同心圆个同心圆,从外向内分别是胡萝卜素从外向内分别是胡萝卜素(橙黄色橙黄色)、叶黄素、叶黄素(黄色黄色)、叶绿素叶绿素a(蓝绿色蓝绿色)、叶绿素、叶绿素b(黄绿色黄绿色);胡萝卜素溶解度最大胡萝卜素溶解度最大,扩散速度最快扩散速度最快,则形成的圆最大则形成的圆最大,颜色是橙黄色。颜色是橙黄色。D D263.甲、乙、丙、丁四位同学甲、乙、丙、丁四位同学,在利用新鲜绿色菠菜叶为

20、实验材料在利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料,用层析用层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时,由于操作不同由于操作不同,而得到了以下而得到了以下四种不同的层析结果。下列分析错误的是四种不同的层析结果。下列分析错误的是( )A.甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液B.乙可能是因为研磨时加入无水乙醇过多乙可能是因为研磨时加入无水乙醇过多C.丙可能是正确操作得到的理想结果丙可能是正确操作得到的理想结果D.丁可能是因为研磨时未加入丁可能是因为研磨时未加入CaCO3C C27解析解析:叶绿体中的色素属于有机物叶绿体中的色素属于有机物,易溶于酒精

21、等有机溶剂易溶于酒精等有机溶剂,难溶于水难溶于水,所以所以不能用蒸馏水作提取液和层析液不能用蒸馏水作提取液和层析液,A正确正确;乙中每种色素都有乙中每种色素都有,但含量很少但含量很少,可能是无水乙醇过多可能是无水乙醇过多,色素浓度太低导致的色素浓度太低导致的,B正确正确;丙中每种色素都有丙中每种色素都有,但但是胡萝卜素和叶黄素含量较多是胡萝卜素和叶黄素含量较多,叶绿素叶绿素a和叶绿素和叶绿素b含量较少含量较少,这不应该是这不应该是正确操作得到的理想结果正确操作得到的理想结果,C错误错误;丁中叶绿素丁中叶绿素a和叶绿素和叶绿素b含量很少含量很少,可能可能是研磨时未加入是研磨时未加入CaCO3,破

22、坏了叶绿素破坏了叶绿素,因为与类胡萝卜素相比因为与类胡萝卜素相比,叶绿素更叶绿素更易受到破坏易受到破坏,D正确。正确。28主题二主题二 叶绿体的结构和功能叶绿体的结构和功能【典例典例2】 如图所示如图所示,图甲为叶绿体结构模式图图甲为叶绿体结构模式图,图乙是图甲的部分结构图乙是图甲的部分结构放大图。下列相关叙述正确的是放大图。下列相关叙述正确的是()A.图甲中生物膜的面积主要靠内膜向内折叠形成嵴而增大图甲中生物膜的面积主要靠内膜向内折叠形成嵴而增大B.图乙所示的结构来自图甲中的图乙所示的结构来自图甲中的C.中含有中含有4种色素种色素,其中叶绿素其中叶绿素b含量最多含量最多D.中含有与光合作用有

23、关的色素中含有与光合作用有关的色素,有利于光合作用的进行有利于光合作用的进行29解析解析:图甲中主要靠类囊体堆叠形成基粒而增加生物膜的面积图甲中主要靠类囊体堆叠形成基粒而增加生物膜的面积;图乙所示图乙所示的生物膜上含有光合色素的生物膜上含有光合色素,来自图甲中的基粒来自图甲中的基粒;基粒中含有基粒中含有4种色素种色素,其其中叶绿素中叶绿素a含量最多含量最多;与光合作用有关的色素只分布在基粒上与光合作用有关的色素只分布在基粒上,叶绿体基质叶绿体基质中没有。中没有。答案答案:B30【题组演练题组演练】1.1880年年,德国科学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他德国科学家恩格尔曼设计了一

24、个实验研究光合作用的光谱。他将三棱镜产生的光谱投射到丝状的水绵体上将三棱镜产生的光谱投射到丝状的水绵体上,并在水绵的悬液中放入好并在水绵的悬液中放入好氧细菌氧细菌,观察细菌的聚集情况他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。观察细菌的聚集情况他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。这个实验的结论是这个实验的结论是( )A.好氧细菌聚集多的地方好氧细菌聚集多的地方,O2浓度高浓度高,水绵光合作用强水绵光合作用强B.细菌对不同的光反应不同细菌对不同的光反应不同,细菌聚集多的地方细菌聚集多的地方,细菌光合作用强细菌光合作用强C.好氧细菌聚集多的地方好氧细菌聚集多的地方,水绵光合作用产生的有机物多水绵光合作用产

25、生的有机物多,水绵光合作用水绵光合作用强强D.好氧细菌大量消耗好氧细菌大量消耗O2,使水绵的光合作用速度加快使水绵的光合作用速度加快,则该种光有利于光则该种光有利于光合作用合作用A A31解析解析:水绵光合作用产生氧气水绵光合作用产生氧气,光合作用强的区域产生光合作用强的区域产生O2浓度高浓度高,好氧细菌好氧细菌生存条件适宜生存条件适宜,聚集多聚集多;好氧菌代谢类型为异养需氧型好氧菌代谢类型为异养需氧型,不能进行光合作用不能进行光合作用;由实验结果知由实验结果知,好氧菌集中的地方好氧菌集中的地方,只能说明氧气浓度高只能说明氧气浓度高,不能说明水绵光不能说明水绵光合作用产生的有机物的多少合作用产

26、生的有机物的多少;水绵主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用水绵主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用向外界释放氧气向外界释放氧气,才使好氧细菌集中在两区域的才使好氧细菌集中在两区域的,不是好氧菌消耗氧气多不是好氧菌消耗氧气多使水绵光合作用速度加快的。使水绵光合作用速度加快的。322.下列关于叶绿体的叙述中下列关于叶绿体的叙述中,正确的是正确的是( )A.植物细胞均含有叶绿体植物细胞均含有叶绿体B.叶绿体基质、线粒体基质和细胞质基质的功能和所含化合物均相同叶绿体基质、线粒体基质和细胞质基质的功能和所含化合物均相同C.叶绿体中所含色素分布在叶绿体类囊体薄膜上和基质中叶绿体中所含色素分布在叶绿体类囊体薄膜上和基质中D.叶绿体中含有少量叶绿体中含有少量DNA和和RNA解析解析:叶绿体主要分布在植物的绿色叶片等见光的部位叶绿体主要分布在植物的绿色叶片等见光的部位,不是植物所有细不是植物所有细胞都含有叶绿体胞都含有叶绿体,如根尖细胞不含叶绿体如根尖细胞不含叶绿体;不同的基质中所含化合物的成不同的基质中所含化合物的成分不同分不同,功能也不同功能也不同,叶绿体中具