【课件】新教材高中生物第5章细胞的能量供应和利用4一捕获光能的色素和结构课件新人教版必修1

第4节光合作用与能量转化一捕获光能的色素和结构基础预习自查问题一:绿叶中有哪些色素?怎样进行提取和分离实验?1.提取绿叶中的色素:(1)原理:绿叶中的色素能溶解在有机溶剂_________中。无水乙醇(2)实验步骤:2.分离绿叶中的色素:(1)原理:绿叶中的色素都能溶解在层析液中,但不同色素在层析液中的溶解度不同,_________的随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢。溶解度高(2)实验步骤:(3)实验现象分析:滤纸条上呈现四条颜色、宽度不同的色素带,如图:3.绿叶中色素的种类和吸收光谱:叶绿素(3/4)类胡萝卜素(1/4)叶绿素a叶绿素b胡萝卜素叶黄素颜色______________橙黄色_____光能吸收主要吸收_______和_____主要吸收_______分布叶绿体的___________上蓝绿色黄绿色黄色蓝紫光红光蓝紫光类囊体薄膜问题二:叶绿体的结构有哪些适应进行光合作用的特点?1.形态:扁平的_______或_____。2.结构:在下图中填写序号所代表的结构椭球形球形3.功能:叶绿体是_________的场所。4.叶绿体功能的实验证据:恩格尔曼实验中,需氧细菌只向_______被光束照射到的部位集中。光合作用叶绿体核心互动探究探究点一绿叶中色素的提取和分离【实验情境】参考教材绿叶中色素的提取和分离实验,思考下列问题(科学探究):1.实验步骤、方法和原因分析:(1)实验选择新鲜、浓绿的叶片,而不用发黄的叶片的原因是什么?提示:新鲜、浓绿的叶片中含有较多的叶绿素。而黄色叶片中的叶绿素很少,导致实验中提取到的色素种类和含量均减少,影响实验结果。

(2)分析提取色素实验中的操作及目的或原因:实验过程实验操作目的或原因加二氧化硅和碳酸钙______________________________________研磨时加无水乙醇_________________迅速、充分研磨______________________________________用单层尼龙布过滤过滤叶脉等并且不吸附色素盛放滤液的试管用棉塞塞紧管口_________________有助于研磨充分和防止研磨中色素被破坏溶解叶片中的色素防止溶剂挥发、充分释放叶绿体中的色素防止无水乙醇挥发(3)分析分离色素实验中的操作及目的:实验过程实验操作目的或原因滤纸条预先干燥处理___________________________滤纸条一端剪去两个角使层析液同步到达滤液细线滤液细线干后再重复画一到两次为了积累更多的色素,使分离后的色素带明显使层析液在滤纸条上扩散得快实验过程实验操作目的或原因层析液不能触及滤液细线_______________________防止色素溶解于层析液中2.实验结果分析:如图是实验得到的色素在滤纸条上的分布图,思考下列问题:(1)分析色素带的条数与色素种类:四条色素带说明有_________。(2)色素带的宽窄与色素含量:色素带越宽说明此种色素含量_____。四种色素越多(3)如果用长时间缺镁的植物叶片做本实验,色素在滤纸条上的分布会有哪些不同?提示:叶绿素a和叶绿素b的色素带变浅变窄。(4)如果将色素滤液滴在滤纸中心,干燥后用层析液分离,会得到什么结果?提示:会出现四个同心圆,从内向外的颜色依次是黄绿色、蓝绿色、黄色、橙黄色。(5)秋天,北方树叶大都由绿变黄,其原因是什么?提示:约占四种色素总量80%的叶绿素a和叶绿素b分解,从而显示出胡萝卜素和叶黄素的颜色。【探究总结】两种实验失败的原因分析1.滤纸条上未出现色素带的原因:(1)忘记画滤液细线,滤纸条上不含色素。(2)层析时滤液细线触及层析液,使色素溶解在层析液中。2.滤纸条上出现4条不清晰色素带的原因:(1)选取的叶片不新鲜,颜色太浅。(2)称取绿叶量过少或加入无水乙醇过多,使色素溶液浓度过低。(3)未加SiO2,研磨不充分,色素未能充分提取。(4)未重复画滤液细线。【定向训练】1.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【解析】选B。提取叶绿素使用无水乙醇,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,以防止挥发性较强的无水乙醇挥发;分离色素时不能将滤液细线置于层析液中,否则色素会溶解在层析液中;不同材料中的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。【补偿训练】利用无水乙醇提取出叶绿体中的色素,并设法分离得到各种色素后,将叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素和混合液依次点样在滤纸的1、2、3、4、5位置(如图所示),当滤纸下方浸入层析液后,滤纸条上各色素正确位置应为(

)【解题指南】解答本题的关键需明确:(1)用纸层析法分离色素的原理。(2)记清叶绿体中四种色素在滤纸条上的位置。【解析】选B。在层析液中,胡萝卜素扩散速度最快,其次是叶黄素,再次是叶绿素a,最慢的是叶绿素b;另外四种色素的混合液的扩散结果是含有四个色素点,故选B。2.下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述,正确的是 (

)A.应该在研磨叶片后立即加入CaCO3,防止酸破坏叶绿素B.即使菜叶剪碎不够充分,也可以提取出4种光合作用色素C.为获得10mL提取液,研磨时一次性加入10mL无水乙醇研磨效果最好D.层析完毕后应迅速记录结果,否则叶绿素条带会很快随溶剂挥发消失【解题指南】(1)抓准题眼:色素提取中无水乙醇、CaCO3的作用,色素分离试剂的特点。(2)扫清障碍:无水乙醇的用量要适当,层析液容易挥发,叶绿素见光易分解。【解析】选B。本题主要考查绿叶中色素的提取和分离实验。CaCO3可防止研磨过程中叶绿素被酸破坏,应该在研磨时加入CaCO3,A项错误。菜叶剪碎是否充分,不影响菜叶中色素的种类,即使菜叶剪碎不够充分,也可提取出4种光合作用色素,B项正确;由于研磨时无水乙醇挥发,为了获得10mL提取液,研磨时加入多于10mL的无水乙醇,C项错误;层析完毕后应迅速记录结果,否则叶绿素条带会随色素分解消失,而不会随溶剂的挥发消失,D项错误。3.(2020·长春高一检测)在叶绿体的色素提取与分离实验中,实验结果表明,在层析液中溶解度最大和含量最多的分别是 (

)A.叶绿素a和叶绿素b

B.胡萝卜素和叶黄素C.胡萝卜素和叶绿素a

D.叶黄素和叶绿素b【解析】选C。叶绿体色素提取分离实验中,在纸层析后的滤纸条上,从上往下(距离点样处由远到近)的色素依次是:胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。叶绿素a色素带最宽,含量最多,C正确。探究点二色素的吸收光谱及叶绿体的结构和功能1.色素的吸收光谱(科学思维):【图表情境】叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱如图所示,回答下列问题:(1)叶绿素主要吸收_____________,类胡萝卜素主要吸收_______。(2)树叶正常生长一般呈绿色的原因是什么?提示:绿叶中的色素对绿光吸收最少,绿光被反射出来。蓝紫光和红光蓝紫光(3)若遇到连续阴雨天气,应选择补充的光源为_____________,原因是_________________________________。(4)有同学提出可以通过吸收光谱区分色素的种类,你认为可行吗?提示:可行,因为不同色素的吸收光谱是不同的。红光或蓝紫光绿叶中的色素主要吸收红光和蓝紫光2.叶绿体的结构和功能(生命观念):(1)光合作用中色素和酶的分布:色素:分布在_________________;酶:分布在___________________。(2)叶绿体通过什么方式扩展了膜面积?有什么意义?提示:叶绿体扩展膜面积的方式是类囊体薄膜堆叠成基粒,其意义是分布有更多的酶和色素,有利于光合作用的进行。类囊体薄膜(基粒)类囊体薄膜和基质中3.叶绿体功能的验证(科学探究):(1)恩格尔曼把装片放在黑暗没有空气的环境中,原因是什么?提示:避免光照和O2对实验的影响。(2)填写实验过程和现象:(3)实验结论:①间接证明:叶绿体是_______________;②直接证明:O2是由_______释放的。光合作用的场所叶绿体【拓展延伸】恩格尔曼实验的三个巧妙之处(1)实验材料选得妙:用水绵作为实验材料。水绵不仅具有细而长的带状叶绿体,而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中,便于观察和分析研究。(2)排除干扰的方法妙:实验成功的关键之一在于控制无关变量和减少额外变量。恩格尔曼将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中,排除了环境中光和氧气的影响,从而确保实验能够正常进行。(3)观测指标设计得妙:通过需氧细菌的分布进行检测,从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位。【探究总结】色素对光能的吸收及叶绿体的结构和功能(1)色素对光的吸收特点:叶绿素主要吸收蓝紫光和红光;类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。其他可见光也吸收,只是吸收率低。(2)叶绿体结构:具有双层膜,内部有许多囊状结构的类囊体,色素分布于类囊体薄膜上。(3)恩格尔曼实验的两种对照:黑暗组中用极细的光束照射与未照射的部位进行对照;黑暗组和完全曝光组进行对照。(4)影响色素合成的因素:光照、温度、镁元素等。【定向训练】1.(2020·晋江高一检测)如图为用分光光度计测定叶片中两类色素吸收不同波长光波的曲线图,请判定A和B分别为何种色素 (

)A.叶绿素、类胡萝卜素B.类胡萝卜素、叶绿素C.叶黄素、叶绿素aD.叶绿素a、叶绿素b【解析】选A。在可见光范围内,叶绿素有两个吸收高峰,而类胡萝卜素只有一个吸收高峰,A正确。2.叶绿体是植物进行光合作用的细胞器,下列关于叶绿体及色素的叙述错误的是 (

)A.植物细胞都有叶绿体,叶绿素普遍分布于植物的每个细胞中B.与光合作用有关的酶分布于类囊体和基质中C.叶绿体内有许多类囊体,极大地扩大了受光面积D.叶绿体中的色素分布于类囊体上,且都吸收蓝紫光【解析】选A。叶绿素存在于叶绿体中,不是所有的植物细胞都有叶绿体,叶绿体主要存在于植物的叶肉细胞中,A错误;与光合作用有关的酶分布于叶绿体的类囊体和基质中,B正确;叶绿体内有许多类囊体,极大地扩大了受光面积,C正确;叶绿体中的色素分布于类囊体上,且都吸收蓝紫光,D正确。3.恩格尔曼用极细的光束照射到载有水绵和需氧细菌的装片①上,将装片②暴露在光下,结果如图所示。关于该实验说法正确的是 (

)A.实验开始前,装片都要先通气处理B.装片①中仅有光处理和无光处理一组对照C.装片中的需氧细菌的聚集位置说明光合作用产物中有氧气D.用透过三棱镜的光束照射装片②,得到的结果相同【解析】选C。两组装片都要放在没有空气的环境中,避免氧气的影响,A错误;装片中还有有叶绿体部位和无叶绿体部位对照,B错误;光合作用产生氧气,需氧细菌才聚集在光照处,C正确;透过三棱镜后,需氧细菌集中在蓝紫光区和红光区,D错误。叶绿体的结构原理过程易溶于有机溶剂取材→研磨→过滤→收集在层析液中的溶解度不同，溶解度高的扩散速度快制备滤纸条→画滤液细线→分离色素叶绿素类胡萝卜素叶绿素b叶黄素胡萝卜素提取分离叶绿体的功能决定基粒内膜外膜基质平滑吸收光能功能色素结果叶绿素a种类3/41/4情境素养探究1.【生活情境】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人工光源,其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。探究:(1)为什么用红色、蓝色和白色的光源,而不用其他光源?提示:色素对红光和蓝紫光的吸收率高。(2)植物工厂若采用太阳光作光源,应选择什么颜色的塑料薄膜或玻璃?为什么?提示:最好选用无色的。因为叶绿体中的色素对各种颜色的可见光都能吸收。(3)叶绿体中的色素能吸收紫外光进行光合作用吗?请设计实验进行验证。(写出简单的实验思路和预期结果)提示:实验思路:将大小、生长状况相同的植物平均分成三组,编号为甲、乙、丙。甲组直接检测干重,乙组用足够强度的白光照射,丙组用相同强度的紫外光照射,一周后检测并比较三组植物的干重。预期结果:若干重丙<甲<乙,说明叶绿体不能吸收紫外光进行光合作用。2.【生活情境】材料Ⅰ:海洋中的藻类植物具有一定的垂直分布:浅水处多为绿藻,稍深处多为褐藻,更深处多为红藻。材料Ⅱ:从物理学的角度分析,光的波长越短,能量越多,透射的深度也就越深。可见光中,红光波长最长,透射的深度也就最浅。海水中透射率最高的是绿光。探究:(1)绿藻之所以看起来是绿色的,可能的原因是什么?提示:绿藻中的色素对绿光吸收率最小,绿光被反射出来。(2)海水中绿光透射率最高,而在深海中分布最多的是红藻,从光合色素的角度解释原因。提示:红藻中的色素对绿光有较高的吸收能力。课堂素养达标1.基于对“绿叶中色素的提取和分离”实验的理解,下列叙述不正确的是____________

。

①二氧化硅有助于研磨得充分②碳酸钙可以保护各种色素③叶绿素a的色素带最宽,溶解度最高④滤纸条插入时应注意滤液细线不能触及层析液⑤用清水也可以提取光合色素【解析】选②③⑤。研磨时加入碳酸钙防止叶绿素被破坏;叶绿素a的色素带最宽,说明含有的色素最多;光合色素不溶于清水,不能用清水提取。2.从叶绿体中提取色素,选取下列哪一种叶片效果最好 (

)A.厚硬似革质的绿色叶片B.衰老、黄绿的叶片C.新鲜、细嫩、颜色浓绿的叶片D.多浆汁或有特殊气味的绿色叶片【解析】选C。提取叶绿体中的色素,需选择叶绿素含量较多的叶片,同时要求该叶片易研磨,所以C项符合要求。3.(2020·蚌埠高一检测)关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的操作,正确的是 (

)A.将干燥处理过的定性滤纸条用于层析B.在画出一条滤液细线后紧接着重复画线一两次C.使用定性滤纸过滤研磨液D.研磨叶片时,用体积分数为70%的乙醇溶解色素【解析】选A。将干燥处理过的定性滤纸条用于层析,A正确;在画出一条滤液细线后,待滤液干后,再画一两次,B错误;用单层尼龙布进行过滤,定性滤纸会吸附色素,C错误;研磨叶片时,用无水乙醇溶解色素,D错误。4.甲、乙、丙、丁四位同学,以新鲜绿色菠菜叶为实验材料,用层析法进行绿叶中色素的提取和分离实验时,由于操作不同,而得到了以下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B.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D.丁可能是因为研磨时未加入CaCO3【解析】选C。绿叶中的色素属于有机物,易溶于无水乙醇等有机溶剂,难溶于水,所以不能用水作提取液和层析液,A正确;乙中每种色素都有,但含量很少,可能是无水乙醇过多,色素浓度太低导致的,B正确;丙中每种色素都有,但是胡萝卜素和叶黄素含量较多,叶绿素a和叶绿素b含量较少,这不应该是正确操作得到的理想结果,如果操作无误,应该是叶绿素的含量多,C错误;丁中叶绿素a和叶绿素b含量很少,可能是研磨时未加入CaCO3,破坏了叶绿素,因为与类胡萝卜素相比,叶绿素更易受到破坏,D正确。5.如图为叶绿体结构示意图,下列叙述不正确的是(

)A.①具有选择透过性功能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.具有双层膜【解析】选C。图中①为生物膜,②为类囊体,③为叶绿体基质,生物膜具有选择透过性功能,故A正确;吸收光能的色素分布在类囊体薄膜上,故B正确;类囊体薄膜和叶绿体基质中均有与光合作用有关的酶,故C错误;叶绿体具有双层膜结构,故D正确。6.(2020·哈尔滨高一检测)如图是某同学所做的“绿叶中色素的提取和分离”实验结果,下列说法正确的是 (

)A.①为叶绿素bB.④表现为蓝绿色C.所取叶片可能是老叶D.②在层析液中的溶解度最大【解析】选C。题图中①是胡萝卜素,②是叶黄素,③是叶绿素a,④是叶绿素b,A