第3章　第5节　第1课时　叶绿体与光合色素 讲义 -浙科版2019高中生物必修1

第五节光合作用将光能转化为化学能第一课时叶绿体与光合色素课标内容要求核心素养对接1.说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量。2．提取和分离叶绿体色素。1.从物质与能量视角，探索光合作用贯穿着物质与能量的变化。(生命观念、科学思维、科学探究)2．基于提取和分离叶绿体色素厘清原理与操作流程。(科学思维、科学探究)一、光合作用的概述1．光合作用的概念和意义进行光合作用的生物主要为绿色植物和蓝细菌，它们以二氧化碳和水为原料，利用光能合成糖类等有机物，这些有机物为其自身的生长、发育和繁殖提供物质和能量。人、动物、真菌和大部分细菌直接或间接依靠自养生物的光合产物生活。2．光合作用的总反映式6CO2＋12H2Oeq\o(→,\s\up8(光),\s\do15(叶绿体))C6H12O6＋6O2＋6H2O。3．光合作用的能量变化光合作用是一个吸能反应，它利用太阳能将二氧化碳转变为糖，并将能量储存在糖分子内。也就是说，光合作用是一个将光能转化为化学能的过程。二、光合作用在叶绿体中进行三、活动光合色素的提取与分离1．实验原理光合色素是一类脂溶性物质，可以利用脂溶剂将它们从叶绿体中提取出来，并且将它们分离开来，达到观察叶绿体中色素的目的。2．方法步骤(1)将新鲜的菠菜叶（或刺槐叶等）放入40～50℃的烘箱中烘干，粉碎后取2g干粉放入研钵中，加入少许二氧化硅和碳酸钙，再加入2～3mL95%酒精，充分、迅速研磨成匀浆。(2)在一小玻璃漏斗基部放一块单层尼龙布，将研磨液迅速倒入漏斗中。收集滤液到一支试管中，及时用棉塞将试管口塞紧。(3)制备滤纸条。将一张预先干燥过的定性滤纸剪成长10cm，宽1cm的纸条，在距滤纸条一端1cm处用铅笔画一条细的横线。(4)点样。用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔画的横线均匀地出一条细而直的滤液细线。待滤液干后再画一次，共画3～4次。(5)分离叶绿体中的色素。将2mL层析液沿试管壁一侧倒入大试管中，将滤纸条(有滤液细线的一端朝下)略微斜靠着大试管内壁的另一侧，轻轻地插入层析液中，但要保证上面部分干燥。随后用软木塞塞住试管口。注意，滤纸上的滤液细线要高于层析液液面。(6)观察实验结果。5～10min以后，取出滤纸条。待滤纸条干燥后，观察滤纸条上的色素带。(7)由于接触了层析液等化学药品，因此实验结束后一定要用肥皂将手洗净。四、光合色素1．种类、含量与变化四种不同颜色的光合色素，即叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素。这四种色素在叶肉细胞中的含量是不同的，有些色素的含量会随着季节或者生理特性的变化而发生变化。2．组成与颜色叶绿体中的叶绿素a和叶绿素b，都是含镁的有机分子，它们分别呈现蓝绿色、黄绿色。叶绿体中还有许多种黄色、橙色和红色的色素，合称为类胡萝卜素，其中最多的是胡萝卜素和叶黄素，它们都是由碳氢链组成的分子，胡萝卜素为橙色，叶黄素为黄色。五、小资料光合色素吸收的可见光1．可见光的波长范围光是辐射能的一种形式，辐射能以波的形式传播。光波像水波一样，有波峰和波谷。两个相邻的波峰之间的距离称为波长。我们的眼晴能看到的光称为可见光，其波长为400～760nm。植物光合作用所能利用的光也在可见光范围内。2．太阳光的光波组成我们把看到的太阳光称为白光，它是由许多不同波长的光组成的。太阳光通过三棱镜折射后，便可分成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等不同的颜色，这就是所谓的可见光谱。3．光合色素对光的吸收各种色素分子之所以有不同的颜色，是因为它们吸收了某些波长的光而另一些波长的光则透过或被反射。以某种物质对不同波长光的吸收率(可用百分率表示)为纵坐标，以波长为横坐标作图，所得的曲线就是该物质的吸收光谱。下图是叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱。判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)1．生物界的糖绝大部分来源于光合作用。 ()2．光合作用释放的氧气来自于CO2中的氧。 ()3．叶绿体中含有多种色素，这些色素与光合作用无关。 ()4．叶绿体中的主要色素是类胡萝卜素。 ()5．可用95%酒精分离色素。 ()提示：1.√2．×光合作用释放的氧气来自于水中的氧。3．×叶绿体中含有多种色素，这些色素与光合作用有关，被称为光合色素。4．×叶绿体中的主要色素是叶绿素。5．×可用95%酒精提取色素。光合色素的提取与分离1．实验注意事项注意事项操作目的提取色素选新鲜的绿色叶片使滤液中色素含量高研磨时加95%酒精提取色素加少量SiO2和CaCO3研磨充分和保护色素迅速、充分研磨防止乙醇过度挥发，充分溶解色素盛放滤液的试管管口加棉塞防止乙醇挥发和色素氧化分离色素滤纸预先干燥处理使层析液在滤纸上快速扩散滤液细线要细、齐、直使分离出的色素带平整不重叠滤液细线干燥后再画一次使分离出的色素带清晰分明滤液细线不触及层析液防止色素直接溶解到层析液中2.绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析(1)收集到的滤液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使用放置数天的绿叶，滤液色素(叶绿素)太少。③一次加入大量的95%酒精，提取浓度太低(正确做法：分次加入少量95%酒精提取色素)。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：没经干燥处理，滤液细线不能达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致造成的。(3)滤纸条看不到色素带：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。(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。合作探究：1.选择新鲜、浓绿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，保证实验中提取到足够的色素。2．分析讨论实验中各种材料和试剂的作用，完成下表实验材料或试剂作用95%酒精提取色素层析液分离色素二氧化硅使研磨充分碳酸钙防止研磨时色素被破坏单层尼龙布过滤叶片研磨液，获得滤液滤纸条使色素在其上分离，便于观察3.实验结果及分析下图是实验得到的色素在滤纸条上的分布图示，分析图示，填写下表：项目意义结论色素带宽窄色素带的宽窄与色素含量的关系：色素带越宽，说明此种色素含量越多含量多少(用“>”表示)：叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素色素扩散速度色素扩散速度与溶解度的关系：扩散速度越快，说明色素在层析液中溶解度越大溶解度大小(用“>”表示)：胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b1．在“光合色素的提取与分离”实验中，所用试剂和作用不相符的是()A．碳酸钙—保护叶肉细胞B．二氧化硅—研磨充分C．95%酒精—提取色素D．层析液—分离色素A[在“光合色素的提取与分离”实验中，碳酸钙是保护叶绿素不被破坏，A错误；二氧化硅是使研磨更充分，B正确；95%酒精用于提取色素，C正确；层析液用于分离色素，D正确。]2．下列有关“光合色素的提取和分离”实验的叙述，正确的是()A．菠菜绿叶在色素提取前用清水浸泡清洗提取效果会更好B．收集的色素提取液在适宜的光照下能产生氧气C．光合色素易溶于乙醇，但层析液不可用乙醇替代D．胡萝卜素位于滤纸最上方，是因为其随提取液扩散最快C[菠菜绿叶需要经过烘干粉碎进行研磨，A错误；收集的色素提取液在适宜的光照下不能进行光反应产生氧气，B错误；光合色素易溶于乙醇，乙醇不能用来分离色素，层析液不可用乙醇替代，C正确；胡萝卜素位于滤纸最上方，是因为其随层析液扩散最快，D错误。]3.为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，右图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素带)。下列叙述不正确的是()A．强光照导致了该植物叶绿素含量降低B．类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照C．色素Ⅲ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰波长不同D．画滤液线时，滤液在点样线上只能画一次D[由图示可知，强光照下，Ⅲ、Ⅳ表示的叶绿素色素带变窄，说明叶绿素含量降低，故A项正确；类胡萝卜素可保护叶绿素免受强光照降解，故B项正确；Ⅲ是叶绿素a，Ⅳ是叶绿素b，都主要吸收蓝紫光和红光，但吸收光谱的吸收峰波长不同，故C项正确；画滤液线时，滤液在点样线上画3～4次，故D项错误。]捕获光能的色素及叶绿体的结构与功能1．叶绿体结构与功能的适应(1)叶绿体基质和类囊体上含有与光合作用有关的酶。(2)类囊体薄膜上分布有捕获光能的色素，且类囊体堆叠成基粒，增大了叶绿体内部的膜面积，为酶和色素提供了更多的附着位点。2．影响叶绿素合成的三大因素3．用三棱镜观察叶绿体中色素的吸收光谱提取叶绿体中的色素，按如图所示进行观察。(1)通过叶绿体色素提取液的光线，经三棱镜分色后，会发现在红光和蓝紫光区域的光线变暗，说明这部分光线被叶绿素吸收了。(2)绿光几乎不被吸收而完全透过，所以看到的色素提取液颜色呈绿色。合作探究：1880年美国生物学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到丝状水绵体上，并在水绵悬液中放入好氧细菌，观察细菌的聚集情况(如下图)。他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。思考讨论下列问题：1．细菌的聚集情况说明了什么问题？提示：细菌的聚集情况说明聚集处氧气含量高，光合速率高。2．该实验结果可得出怎样的结论？提示：叶绿体主要吸收红光和蓝光用于光合作用，放出氧气。1．下图表示叶绿体中色素的吸收光谱(颜色深、浅分别表示吸收量多、少)，甲、乙两图分别是()A．胡萝卜素、叶绿素的吸收光谱B．叶绿素、胡萝卜素的吸收光谱C．叶黄素、叶绿素的吸收光谱D．叶黄素、胡萝卜素的吸收光谱B[叶绿素分子的吸收光谱是红光部分(640～660nm)和蓝紫光部分(430～450nm)。由于叶绿素对绿色的光吸收最少，所以叶绿素溶液呈现绿色，叶片绿色亦是这个道理。类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素，胡萝卜素能够吸收蓝紫光，也能对叶绿素起保护作用，B符合题意。]2．如图中分别表示胡萝卜素和叶绿素b吸收光谱的图象是()A．①和②B．②和④C．②和③D．③和②D[叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，因此胡萝卜素和叶绿素b吸收光谱的图分别为③②。]3．将甲、乙、丙、丁4盆长势相同的植物置于阳光下，甲添加红色光，乙添加绿色光，丙添加红色滤光片A，丁添加绿色滤光片B(如图)。经过一段时间，各盆中长势最旺的和长势最差的依次是下列哪一组()A．甲和乙 B．乙和丙C．甲和丁 D．丙和丁C[本实验是研究不同波长的光对光合作用的影响的实验。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物的作用光谱与吸收光谱基本是一致的。在阳光照射的条件下，甲添加红色光，则比单独在阳光下的光合作用有所增强；乙添加绿色光，对植物的光合作用来说属于无效光，对光合作用几乎没有影响；丙添加了红色滤光片，这种滤光片只能让红色光通过，其余的光很少或不能通过，所以光合作用相对较弱；丁添加绿色滤光片，这种滤光片只能让绿色光通过，所以丁植物几乎不进行光合作用。][课堂小结]知识网络构建核心语句背诵1.进行光合作用的生物主要为绿色植物和蓝细菌，它们以二氧化碳和水为原料，利用光能合成糖类等有机物，这些有机物为其自身的生长、发育和繁殖提供物质和能量。2.叶绿体有内、外两层膜，其内膜里面充满了浓稠的液体，称为基质。基质中有许多类囊体。类囊体叠在一起，称为基粒，组成类囊体的膜称为光合膜。叶绿素及其他光合色素存在于光合膜上。光合膜上还分布了可以将光能转化为化学能的多种蛋白质。在类囊体的空腔内含有多种酶，这些酶与H2O的裂解有关。3.光合色素是一类脂溶性物质，可以利用脂溶剂将它们从叶绿体中提取出来。4.叶绿体中的叶绿素a和叶绿素b，都是含镁的有机分子，它们分别呈现蓝绿色、黄绿色。叶绿体中还有许多种黄色、橙色和红色的色素，合称为类胡萝卜素，其中最多的是胡萝卜素和叶黄素，它们都是由碳氢链组成的分子，胡萝卜素为橙色，叶黄素为黄色。5.可见光，其波长为400～760nm。植物光合作用所能利用的光也在可见光范围内。6.各种色素分子之所以有不同的颜色，是因为它们吸收了某些波长的光而另一些波长的光则透过或被反射。叶绿体中的主要色素是叶绿素，这种色素吸收蓝紫光和红光而几乎不吸收绿光，所以呈绿色。1．下列关于植物光合色素的提取和分离的说法，正确的是()A．色素提取的原理是在层析液中溶解度不同B．提取色素所用的菠菜叶需保持新鲜，不可烘干C．可能含有光合色素的生物膜有类囊体膜D．分离结果中扩散距离较近两种色素主要由碳氢链组成C[色素分离的原理是在层析液中溶解度不同，A错误；提取色素所用的是新鲜菠菜，为了提高色素浓度，可先烘干，B错误；可能含有光合色素的生物膜有生物的类囊体膜，C正确；分离结果中扩散距离较近的两种色素是叶绿素a和叶绿素b，含有C、H、O、N、Mg，不是由碳氢链组成，D错误。]2．关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，错误的是()A．成熟的菠菜叶可用作光合色素提取的材料B．研磨时加入SiO2可防止色素被破坏C．画滤液细线时重复的目的是增加色素的含量D．分离出的四条色素带中最宽的是叶绿素aB[成熟的菠菜叶含有较多的与光合作用有关的色素，可用作光合色素提取的材料，A正确；色素的提取和分离实验中，加入碳酸钙的目的是防止色素被破坏，B错误；画滤液细线时重复的目的是增加色素的含量，C正确；叶绿素a在四种色素中的含量最多，因此分离出的四条色素带中最宽的是叶绿素a，D正确。]3．仙人掌的肉质茎进行光合作用所需要的色素分布在()A．叶绿体的内膜上B．细胞质基质中C．叶绿体的类囊体薄膜上D．叶绿体基质中C[在叶绿体的结构中，类囊体构成了基粒，在类囊体的片层结构薄膜上分布着许多与光合作用有关的色素和酶。]4．下图为用分光光度计测定叶片中两类色素吸收不同波长光的曲线图，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a D．叶绿素a、叶绿素bA[根据曲线图分析可知，A主要吸收红光和蓝紫光，B主要吸收蓝紫光。因此A应为叶绿素，B应为类胡萝卜素。]5．通过科学实验发现，土壤中缺磷会导致植株矮小，叶色暗绿，依据叶色变化判断可能是缺少类胡萝卜素。试设计实验探究叶色暗绿是否由缺磷造成类胡萝卜素缺乏所致。实验所需主要用具：试剂、烧杯、漏斗、试管、研钵、完全培养液、只缺磷的完全培养液、无水乙醇、SiO2、CaCO3、层析液等。实验材料：正常生长的黄瓜幼苗。(1)实验假设：___________________。(2)实验步骤：①取两个烧杯，分别编号为A、B，各放入________________的黄瓜幼苗。②向A烧杯中加入适量________________，向B烧杯中加入________________，置于相同且