光合作用和能量转化一捕获光能的色素和结构高一生物上学期人教版必修1

第4节光合作用和能量转化捕获光能的色素和结构第5章细胞的能量的供应和利用

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3捕获光能的色素叶绿体的结构适于进行光合作用课堂小结课标定位1.捕获光能的色素通过绿叶中色素的提取和分离实验,明确绿叶中色素的种类及其含量。2.叶绿体的结构适于进行光合作用认识叶绿体的结构,理解结构与功能的关系。素养阐释1.进行绿叶中色素的提取和分离实验,掌握科学探究的基本过程和基本操作技能。2.运用结构与功能相适应的观念分析叶绿体适于进行光合作用的结构特点。

1捕获光能的色素植物工厂

光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。可见：植物正常生长需要光能,而叶片中的色素可能与光能的捕获有关。玉米白化苗的叶片不含绿色色素不能进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死去。白化玉米植株（白色）绿叶中有哪些色素呢？正常玉米植株（绿色）情境一分析提取和分离绿叶中色素的实验【任务1】探究•实践绿叶中色素的提取和分离（一）提取绿叶中的色素1.提取色素的原理绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂_________中。无水乙醇

阅读教材P98“探究·实践”，结合以下问题梳理实验步骤：（1）提取叶绿素时应选用什么样的材料？（2）色素提取时所用试剂及作用？（3）研磨时应注意什么？原因是什么？分析提取和分离绿叶中色素的实验【任务1】探究•实践绿叶中色素的提取和分离取材研磨过滤收集滤液2.实验步骤漏斗基部放一块

，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤加少许

，再加入5-10mL

，迅速、充分地研磨称取5g

,剪去主叶脉剪碎,放入研钵中放入研钵中新鲜绿叶二氧化硅和碳酸钙无水乙醇单层尼龙布试管收集滤液，及时用棉塞将试管口塞严，防止

;乙醇挥发和色素氧化使滤液中色素含量高分析提取和分离绿叶中色素的实验【任务1】探究•实践绿叶中色素的提取和分离思考1：已知色素存在于叶片的叶绿体中，提取色素时要破碎细胞及叶绿体，使色素充分释放。在酸性条件下，叶绿素分子卟啉环中的镁离子可以被氢离子取代，导致叶绿素被破坏，试分析色素提取时加入碳酸钙的作用是什么？

色素提取时，研磨叶片会导致液泡中的有机酸释放，破坏叶绿素，碳酸钙可以中和酸性物质，保护叶绿素。思考2：研磨时应注意什么？原因是什么？研磨时要迅速、充分。这样可以保证色素释放得更加充分且挥发量少。思考3：过滤时漏斗基部的尼龙布能否用滤纸替代？原因是什么？不能用滤纸替代。因为滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低。3.分析实验过程和结果分析提取和分离绿叶中色素的实验【任务1】探究•实践绿叶中色素的提取和分离思考5：某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，请结合实验步骤分析可能的原因有哪些？(1)未加入二氧化硅或研磨不充分，色素未能充分提取出来；(2)称取绿叶过少或加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小；(3)未加入碳酸钙或加入过少，部分色素分子被破坏；(4)研磨不充分或研磨速度太慢，乙醇挥发，色素未能充分提取出来思考4：色素提取时所用试剂及作用？二氧化硅——有助于研磨得更充分；碳酸钙——防止研磨中色素被破坏；无水乙醇——溶解、提取色素。3.分析实验过程和结果分析提取和分离绿叶中色素的实验【任务1】探究•实践绿叶中色素的提取和分离（二）分离色素的方法1.分离色素的方法：“纸层析法”2.分离色素的原理：不同色素在层析液中的溶解度不同。溶解度高的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度快；溶解度低的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度慢。利用待分离物质中不同组分的某些理化性质的差异而建立起来的一种分离技术。滤液细线层析液（盖住，因层析液易挥发，有一定毒性）层析液不能浸没滤液细线,防止色素溶解在层析液中3.实验步骤用

的定性滤纸制备滤纸条,剪去

，在距离剪角一端

处用铅笔画一条细的横线。毛细吸管吸取少量滤液将适量的

倒入试管中沿铅笔线画出一条细线（直、细、齐）待滤液干后，再画一两次将滤纸条轻轻插入

中用棉塞塞紧试管口两角1cm分析提取和分离绿叶中色素的实验【任务1】探究•实践绿叶中色素的提取和分离制备滤纸条画滤液细线分离色素干燥使层析液在滤纸上快速扩散层析液层析液无水乙醇层析液分析提取和分离绿叶中色素的实验【任务1】探究•实践绿叶中色素的提取和分离3.实验步骤思考1：制备滤纸条时为什么要减去两角？思考2：滤液细线的划线原则是什么？待滤液干后，再重画一到两次的目的是什么？

减少边缘效应，使滤液同时到达滤液细线，防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快，扩散均匀。

画滤液细线的原则是细、直、齐，保证色素均匀分布；待滤液干后，再重画一到两次可以增加滤液细线中色素的含量。思考3：为何滤液细线不能触及层析液？

防止色素溶解在层析液中。分析提取和分离绿叶中色素的实验【任务1】探究•实践绿叶中色素的提取和分离4.观察与记录实验结果胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b橙黄色黄色蓝绿色黄绿色思考1：滤纸条上色素的分布情况说明了什么？绿叶中的色素有4种，在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散的快慢也不同。色素的颜色不同，说明不同色素吸收了不同波长的光。分析提取和分离绿叶中色素的实验【任务1】探究•实践绿叶中色素的提取和分离4.观察与记录实验结果思考2：请分离得到的色素带异常情况的原因。①滤纸条色素带重叠：②滤纸条看不见色素带：滤液细线画得过粗。滤液细线被浸泡在层析液中，色素完全溶解。思考3：用如图所示的方法分离绿叶中色素请分析实验结果。

滤纸片上会出现不同颜色的4个同心圆，从外向内依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。绿叶中的色素类胡萝卜素含量约占1/4胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）叶绿素含量约占3/4叶绿素a（蓝绿色）叶绿素b（黄绿色）①在滤纸条的位置越往上，对应的色素在层析液中的溶解度越高；②色素带的宽窄代表4种色素的含量多少，蓝绿色色带最宽，说明绿叶中叶绿素a的含量最多。溶解度：胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a＞叶绿素b含

量：叶绿素a＞叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素绿叶中光合素色的种类及吸收光谱【任务2】白光可见光760nm400nm光谱红外光紫外光阳光通过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱红橙黄绿青蓝紫光是一种电磁波，分为可见光和不可见光。可见光的波长是400-760nm。不同波长的光，颜色不同。绿叶中光合素色的种类及吸收光谱【任务2】叶绿素说明叶绿素主要吸收什么光？白光绿叶中光合素色的种类及吸收光谱【任务2】白光类胡萝卜素说明类胡萝卜素主要吸收什么光？绿叶中光合素色的种类及吸收光谱【任务2】045050055060065070040050100吸收光能的百分比波长/nm类胡萝卜素叶绿素a叶绿素b绿叶中色素的吸收光谱绿叶中光合素色的种类及吸收光谱【任务2】绿叶中光合素色的种类及吸收光谱【任务2】

实验结果表明：①叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光；②叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同；③类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。[学科交叉]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。绿叶中的色素的功能：吸收、传递、转化光能。绿叶中光合素色的种类及吸收光谱【任务2】色素带色素种类色素颜色色素含量溶解度扩散速度主要吸收光胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b橙黄色最少最高最快黄色较少较高较快蓝绿色最多较低较慢黄绿色较多最低最慢叶绿素由C、H、O、N、Mg构成叶绿素（含量约占3/4）类胡萝卜素（含量约占1/4）蓝紫光和红光蓝紫光绿叶中光合素色的种类及吸收光谱【任务2】结合色素的吸收光谱分析实际问题学以致用1.温室或大棚种蔬菜时，应该选红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜？为什么？

应选无色的大棚塑料薄膜。因为太阳光由七色光组成，所以用无色的大棚塑料薄膜，植物可以获得更多的光能。2.阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应选择什么颜色(“蓝紫光和红光”或“白光”)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？

应选择蓝紫光和红光。因为在照明灯功率相同的情况下，选用蓝紫光和红光的照明灯补充光源，植物利用光能的效率更高。绿叶中光合素色的种类及吸收光谱【任务2】3.叶片呈绿色的原因？秋天叶片变黄的原因？

叶子呈绿色的是因为叶片体内含有叶绿素，叶绿素吸收红光和蓝紫光，几乎不吸收绿光，反射绿光，因此呈现绿色。

秋天时，叶绿素降解，同时枫叶液泡内的花青素在酸性环境下变红，使叶片显现出红色。4.枫叶秋天变红色的原因？

秋天时，天气逐渐变凉，叶片内的叶绿素受到天气的影响，叶绿素逐渐被分解。使叶片呈现出黄色。1.关于“绿叶中色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是（

）A.研磨时加入适量二氧化硅，有助于提高过滤液的色素浓度B.可用干燥定性滤纸置于玻璃漏斗基部进行过滤，收集滤液C.可用盖玻片蘸取滤液，沿铅笔细线按压出均匀的色素细线D.层析后出现的色素带，其位置、颜色和宽窄蕴含不同信息B典型例题2.为研究光照强度对幼苗光合色素的影响，用纸层析法对正常光照和强光照条件下生长的植物叶片中的光合色素进行分离，结果如图所示(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是（

）A.色素Ⅳ在提取液中的溶解度最低B.色素Ⅰ、Ⅱ主要吸收可见光中的蓝紫光和红光C.强光照可提高类胡萝卜素含量，降低叶绿素含量D.色素Ⅰ的颜色为橙黄色、色素Ⅳ的颜色为蓝绿色C典型例题(1)收集的滤液绿色过浅的原因分析➊未加二氧化硅，研磨不充分➋菠菜叶不新鲜，滤液色素(叶绿素)太少。➌加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小

➍未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b橙黄色黄色蓝绿色黄绿色光合色素的提取与分离实验结果异常情况总结➊选取的叶片是嫩黄叶或者老叶➋未加CaCO3，导致叶绿素被破坏。➌色素提取液放置时间过长，导致叶绿素分解(2)叶绿素a叶绿素b色素带较浅或者没有的原因胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b橙黄色黄色蓝绿色黄绿色光合色素的提取与分离实验结果异常情况总结➋忘记画滤液细线。没等干后再划线、滤液线不能达到细、齐的要求，使色素扩散不一致造成的。➊提取液使用蒸馏水，而不是无水乙醇➌滤液细线接触层析液，色素溶解到层析液中(3)滤纸条看不到色素带(4)滤纸条色素带重叠胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b橙黄色黄色蓝绿色黄绿色光合色素的提取与分离实验结果异常情况总结

2叶绿体的结构适于进行光合作用

从宏观到微观——叶片内部之旅若把叶绿体比喻为一个光能工厂，叶绿体内部捕获光能的结构是怎样的呢？如果把水稻、苹果等被子植物的叶肉细胞放在光学显微镜下观察，可以看到叶绿体一般呈扁平的椭球形或球形。不过，叶绿体内更精细的结构，就必须用电子显微镜观察才能看清楚。情境三【任务3】②①③④(1)写出图中的①②③④所代表的结构：①______________________②______________________③____________________④____________________(2)叶绿体是如何增大生物膜面积的，优点?叶绿体含有众多的基粒和类囊体,极大地扩展了生物膜面积。(3)进行光合作用所必需的酶分布在叶绿体的哪些结构中?类囊体薄膜上或者叶绿体基质中。叶绿体内膜、外膜叶绿体基质叶绿体基粒类囊体薄膜分析叶绿体的结构适于进行光合作用1.叶绿体的结构【任务3】分析叶绿体的结构适于进行光合作用思考•讨论叶绿体的功能仔细观察，水绵的叶绿体有什么特殊之处？水绵为多细胞丝状结构个体，叶绿体呈带状，有真正的细胞核，含有叶绿素可进行光合作用。1.恩格尔曼的实验一：氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所(1)实验的自变量和因变量是什么？自变量：因变量：叶绿体是否光照（观测指标：好氧细菌的分布）完全光照叶绿体光照部位是否产生氧气黑暗，无空气极细光束照射好氧细菌【任务3】分析叶绿体的结构适于进行光合作用思考•讨论叶绿体的功能【任务3】分析叶绿体的结构适于进行光合作用思考•讨论叶绿体的功能1.实验选择水绵和需氧细菌作为实验材料的优点：水绵的叶绿体呈___________分布，便于观察；用需氧细菌可确定

的部位。2.为何要除去小室中原有的空气？螺旋带状释放氧气多

选用没有空气的环境，可排除空气中氧气的干扰。3.在黑暗中用极细的光束照射水绵有何巧妙之处？

用极细的光束照射，使叶绿体形成有光和无光部位，相当于一组对比实验。4.为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？

和黑暗条件下用极细的光束照射进行对照，进一步明确实验结果完全是由光照射到叶绿体引起的。（2）分析叶绿体的功能：【任务3】分析叶绿体的结构适于进行光合作用思考•讨论叶绿体的功能2.恩格尔曼的实验二

用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝光区域。这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放较多氧气，适于需氧细菌在此区域分布。(1)为什么大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域呢？(2)综合上述分析，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。

恩格尔曼的实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。典型例题3.图甲为叶绿体结构模式图,图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列相关叙述正确的是(

)A.图乙所示结构取自图甲中的①或③B.与光合作用有关的酶全部分布在图乙所示结构上C.图甲中的④是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础D.叶绿体以图甲中③的形式扩大膜的表面积D典型例题2.为探究叶绿体吸收光能后是否有氧气产生,某学者设计了以下实验:制作载有水绵和需氧细菌的临时装片,用极细光束照射水绵,同时放在显微镜下观察。下列关于该实验的分析,错误的是(

)A.在光束照射到水绵之前,应该加三棱镜将混合光分解成连续光谱B.临时装片应放置在没有空气的黑暗环境中C.需氧细菌起指示作用D.水