版生物新教材导学人教必修1第5章 细胞的能量供应和利用捕获光能的色素和结构.docx
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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
内容标准要求
核心素养对接
学业质量水平
1.理解实验“绿叶中色素的提取和分离”的原理和方法,掌握基本操作技能。
2.掌握绿叶中色素的种类和作用,明确叶绿体的结构和功能。
1.生命观念——结构与功能观:
叶绿体的结构尤其是基粒大大扩展了膜面积,与光合作用的功能相适应。
水平一
2.科学探究——实验思路及设计:
科学设计提取和分离色素的实验步骤,注意每个操作步骤的规范性。
水平二
研读教材·梳理探究
绿叶中色素的提取和分离
———————————————知识梳理———————————————
1.提取叶绿体中的色素
(1)原理:
绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。
若实验室缺少无水乙醇,可以用95%的乙醇,但需加入适量的无水Na2CO3以除去水分。
(2)实验步骤:
取材—称取5g新鲜的菠菜叶
过滤—将研磨液过滤到试管中,及时用棉塞塞紧试管口
2.分离绿叶中的色素 方法:
纸层析法
(1)原理:
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。
(2)实验步骤:
———————————————素养提升———————————————
科学探究——绿叶中色素的提取和分离
下图是提取和分离绿叶中色素的实验步骤,请分析:
1.提取色素时,加入剪碎的叶片后还需要加入三种物质,若A是二氧化硅,B、C分别是什么?
A、B、C各起什么作用?
提示 A是二氧化硅,作用是使研磨更充分;B是碳酸钙,作用是防止研磨中色素被破坏;C是无水乙醇,作用是溶解色素。
2.色素分离时,关键应注意层析液不要没及滤液细线,为什么?
提示 否则滤液细线会被层析液溶解,不能分离。
3.下图是分离到的色素在滤纸条上的分布情况,那么:
提取和分离色素的方法:
提取方法:
无水乙醇提取色素
分离方法:
纸层析法
(1)含量最多和最少的色素分别是哪两种?
提示 叶绿素a和胡萝卜素。
(2)在层析液中溶解度最高和最低的色素分别是哪两种?
提示 胡萝卜素和叶绿素b。
(3)分子结构最相似的是哪两种色素?
提示 叶绿素a和叶绿素b。
[典例1]甲、乙、丙、丁四位同学在利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料,用层析法进行叶绿体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 叶绿体中的色素易溶于酒精等有机溶剂,难溶于水,所以甲可能是用蒸馏水作提取液和层析液的结果;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;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;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。
答案 C
[变式训练]从植物叶片中提取光合色素并用纸层析法分离。
结果如图。
下列判断正确的是( )
A.该植物叶片主要吸收蓝紫光和红光
B.该植物叶片中含量最多的色素是叶绿素b
C.提取色素时要加入蒸馏水、二氧化硅、碳酸钙
D.滤纸条最上方的色素带呈蓝绿色
解析 滤纸条上的4条色素带对应的色素自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。
叶绿素a的含量最多,B错误;光合色素不溶于水,提取光合色素不可用水,而用无水乙醇等有机溶剂,C错误;滤纸条最上方的是胡萝卜素,呈橙黄色,D错误。
答案 A
联想质疑
★滤纸条边缘的溶液分子运动速度快,中间的溶液分子运动速度慢,为了跑出平齐的色素带,要剪去滤纸条两角。
★滤液细线不能触及层析液
收集到的滤液绿色过浅
原因
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(正确做法:
分次加入少量无水乙醇)
④未加碳酸钙或加入过少,色素分子被破坏
滤纸条色素带重叠
原因
①滤液细线不直;②滤液细线过粗
滤纸条无色素带
原因
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
★北方的秋天,叶绿素受气温下降等因素的影响,逐渐分解、消失,而类胡萝卜素则比较稳定,所以秋天叶子变黄。
用秋冬季节的叶片做色素提取、分离实验时,色素在滤纸条上的分布有何变化?
提示:
叶绿素a和叶绿素b对应条带变窄,甚至没有。
捕获光能的色素和结构
———————————————知识梳理———————————————
1.绿叶中色素的种类与光能吸收
色素种类
叶绿素(3/4)
类胡萝卜(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
光能吸收
主要吸收蓝紫光和红光
主要吸收蓝紫光
分布
叶绿体的类囊体的薄膜上
2.叶绿体的结构和功能
(1)形态:
一般呈扁平的椭球形或球形。
(2)结构:
填写图中字母所代表的结构:
a.外膜,b.内膜c.基质d.基粒。
(3)功能:
进行光合作用的场所。
实验证据:
恩格尔曼实验中,需氧细菌只聚集在叶绿体受光的部位。
———————————————素养提升———————————————
生命观念——捕获光能的色素和结构
1.光合色素分布在叶绿体中,请结合下面材料探究叶绿体的结构和功能。
(1)光合作用的色素分布在类囊体薄膜(基粒),光合作用有关的酶分布在类囊体薄膜和基质中。
(2)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。
2.下图为不同色素的吸收光谱,请据图回答下列问题:
(1)说出色素1和色素2分别代表哪种色素?
提示 色素1代表叶绿素b,色素2代表叶绿素a。
(2)分析叶片为什么呈现绿色?
提示 各种色素主要吸收蓝紫光和红光,而对绿光吸收最少,绿光被反射出去使叶片呈绿色。
(3)大棚种植蔬菜时,应选择使用的塑料薄膜的颜色最好是无色透明的。
3.德国科学家恩格尔曼用载有水绵和需氧细菌的临时装片为材料,进行了光合作用的实验探究,实验原理图如图所示,请思考:
(1)甲、乙在处理方法上有何不同?
结果有何不同?
提示 ①处理方法不同,甲:
将载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中,然后用极细的光束照射水绵。
乙:
将上述装片“完全暴露于光下”。
②结果:
甲:
需氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中。
乙:
需氧细菌分布于叶绿体所有受光部位。
(2)本实验选择水绵及需氧细菌有何巧妙之处?
提示 选择水绵和需氧细菌:
水绵叶绿体呈螺旋式带状,便于观察;用需氧细菌可以确定释放氧气的部位。
(3)实验中甲组设置方案有何巧妙之处?
提示 巧妙排除干扰因素:
没有空气的黑暗环境排除了氧气和除极细光束外其他光的干扰。
(4)请分析本实验如何设置了对照组?
提示 本实验巧妙设计对照实验:
用极细的光束照射,叶绿体上可分为光照部位和黑暗部位,相当于一组对照实验;临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。
[典例2]如图为叶绿体结构示意图,下列有关叶绿体结构与功能的叙述错误的是( )
A.①和②具有选择透过性功能
B.③上既有光合色素又有与光合作用有关的酶
C.③和④中都有与光合作用有关的酶
D.有叶绿体的细胞才能进行光合作用
解析 ①②表示叶绿体的双层膜,它们是具有选择透过性的,③为叶绿体的基粒,其上含有进行光合作用的色素和酶,④基质也是进行光合作用的场所,也具有与光合作用有关的酶。
具有与光合作用有关的酶和光合色素而不具有叶绿体的蓝细菌也能进行光合作用。
答案 D
[典例3]如图为水绵结构模式图,恩格尔曼进行实验时,把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境里,然后用极细光束对水绵细胞的不同部位(如a处)做点状投射,发现水中的需氧细菌明显聚集在叶绿体被光照射处;若将装片完全暴露在光下,需氧细菌则分布在叶绿体所有受光部位的周围。
此实验证明了( )
A.氧气是由水分解来的
B.叶绿体是光合作用的场所
C.光合作用能产生淀粉
D.光合作用需以二氧化碳作原料
解析 由题意可知,只有被光照射到的叶绿体部位才能产生氧气。
答案 B
联想质疑
★叶子中的色素对绿光吸收少,绿光被反射出来,故一般叶子呈绿色。
★科学解释:
类囊体薄膜堆叠成基粒,大大增加了受光面积。
1.恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,惊奇地发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
从这一实验你能得出什么结论?
提示:
叶绿体主要利用红光和蓝紫光进行光合作用,放出O2。
2.叶绿体是绿色植物进行光合作用的主要场所,该说法是否正确?
进行光合作用的生物都有叶绿体吗?
提示:
不正确,叶绿体是绿色植物进行光合作用的唯一场所。
进行光合作用的生物未必具有叶绿体(如蓝细菌)。
课堂小结
随堂检测
1.关于高等植物叶绿体中色素的叙述,错误的是( )
A.叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中
B.构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
C.通常,红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D.黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的
解析 叶绿体中的色素能够溶解在包括无水乙醇在内的有机溶剂中,A正确;叶绿素分子中含有镁元素,可以离子状态由植物的根从土壤中吸收,进而参与叶绿素的合成,B正确;一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光,可见光不包括红外光和紫外光,C错误;叶绿素的合成需要光,黑暗中生长的植物幼苗,因没有光照而导致叶绿素合成受阻,使类胡萝卜素的颜色显现出来,因而叶片呈黄色,D正确。
答案 C
2.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 据图分析,色素A吸收波峰为红光和蓝紫光,则色素A表示叶绿素;色素B吸收波峰只有蓝紫光,则色素B代表类胡萝卜素。
答案 A
3.叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所,下列关于叶绿体结构的叙述,正确的是( )
A.在光学显微镜下,可以观察到叶绿体的类囊体
B.叶绿体具有双层膜,即外膜和内膜,其中内膜上附着有与光合作用有关的酶
C.叶绿体的形态和分布不会发生改变
D.叶绿体的类囊体增大了膜面积,有利于光合作用的进行
解析 光学显微镜下可以观察到叶绿体,但不能观察到类囊体,A错误;叶绿体具有内外两层膜,光合作用有关的酶分布于叶绿体基质和类囊体膜上,B错误;叶绿体会随着细胞质的流动而变换位置,C错误;叶绿体的类囊体增大了膜面积,有利于光合作用的进行,D正确。
答案 D
4.关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述,错误的是( )
A.二氧化硅有助于研磨得充分
B.叶绿素a的色素带最宽,溶解度最高
C.滤纸条插入时应注意滤液细线不能触及层析液
D.用毛细吸管吸取少量滤液,画在滤纸条一端
解析 叶绿素a的色素含量最多,色素带最宽,但溶解度最高的是胡萝卜素,B错误。
答案 B
5.在圆形滤纸的中央,滴上叶绿体中的色素滤液进行色素分离,可看到近似同心环状的四个色素圈,排在最外的一个呈( )
A.蓝绿色B.黄绿色
C.黄色D.橙黄色
解析 因为呈橙黄色的胡萝卜素扩散的速度最快,因此排在最外一圈。
答案 D
课时作业
(时间:
30分钟)
知识点1 绿叶中色素的提取和分离
1.光合色素提取实验中,适宜的实验材料是( )
A.菠菜叶片B.洋葱鳞茎
C.马铃薯块茎D.番薯块根
解析 菠菜叶片的叶肉细胞中含有大量的叶绿体,可以用于提取叶绿体色素;洋葱鳞茎、马铃薯块茎、番薯块根没有叶绿体,无法提取光合色素。
答案 A
2.在做“叶绿体中色素的提取和分离”实验时,研磨绿叶不需要加入( )
A.无水乙醇B.碳酸钙
C.二氧化硅D.层析液
解析 研磨叶片是为了提取叶绿素,无水乙醇可溶解色素,加二氧化硅可使研磨充分,加碳酸钙是为了防止研磨时叶绿素被破坏。
而层析液是用于分离色素的,在提取时不需加入。
答案 D
3.某兴趣小组选择了新鲜菠菜的“绿叶”、“嫩黄叶”,做绿叶中色素的提取和分离实验。
色素层析结果如图,下面叙述正确的是( )
A.提取色素的原理是色素在层析液中溶解度不同
B.如果以“绿叶”为实验材料,实验中没加碳酸钙也可能出现和“嫩黄叶”相似的结果
C.如果将两组实验提取的色素放置在阳光和三棱镜之间,则吸收光谱最明显的差异出现在蓝紫光区域
D.甲为“嫩黄叶”,乙为新鲜菠菜的“绿叶”
解析 提取色素的原理是叶绿体中的色素不溶于水而溶于有机溶剂,分离色素的原理是色素在层析液中的溶解度不同,A错误;研磨叶片时加CaCO3的作用是防止色素被破坏,如果以“绿叶”为实验材料,实验中没加碳酸钙也可能出现和“嫩黄叶”相似的结果,B正确;由于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,如果将两组实验提取的色素放置在阳光和三棱镜之间,则吸收光谱最明显的差异出现在红光区域,C错误;新鲜菠菜所含叶绿素a和叶绿素b较多,叶绿素a带和叶绿素b带较宽,所以甲为新鲜菠菜的“绿叶”,乙为“嫩黄叶”,D错误。
答案 B
4.秋季枫树等植物的叶片变为红色,主要是由于花青素增多而叶绿素含量降低所致,实验小组对此进行实验验证:
用无水乙醇提取叶片中色素,用层析液进行分离,结果滤纸条上出现四条色素带,靠近层析液的两条色素带非常窄,有关推断不合理的是( )
A.变窄的是叶黄素和叶绿素a
B.低温叶绿素容易被破坏
C.滤纸条未显现花青素的原因可能是花青素不溶于无水乙醇
D.叶绿素易溶于无水乙醇
解析 叶绿体中色素分离实验中色素带由上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,因此变窄的两条色素带是叶绿素a和叶绿素b,A错误;秋天叶片变黄是因为低温破坏了叶绿素,B正确;如果花青素溶于有机溶剂,则滤纸条上会有花青素,所以滤纸条未显现花青素的原因可能是花青素不溶于无水乙醇,C正确;提取色素的依据是相关色素易溶于有机溶剂—无水乙醇,D正确。
答案 A
5.下列有关叶绿体中色素提取与分离实验及创新改进的说法中,不合理的是( )
A.设计一个对照实验,一组在研磨前加CaCO3,另一组不加,然后按规定步骤研磨并仔细观察现象,可探究CaCO3加与不加对实验的影响
B.秋季使用黄色或红色叶片做实验材料可以证明叶片中不含叶绿素
C.把滤液细线画的宽一点做层析可以探究滤液细线的宽度对实验的影响
D.用不同量的绿叶作实验,试验不同浓度的滤液对实验结果的影响可探究实验中滤液的量是否需要准确称量及滤液纯度对实验的影响
解析 探究CaCO3加与不加对实验的影响实验中,自变量为是否加CaCO3,因此一组在研磨前加CaCO3,另一组不加,然后按规定步骤研磨并仔细观察现象,A正确;植物细胞叶绿体中含有叶绿素和类胡萝卜素,而红色叶片的颜色是因为液泡中的花青素,与叶绿体中的色素无关,B错误;把滤液细线画的宽一点做层析,与正常宽度做对比,可以探究滤液细线的宽度对实验的影响,C正确;用不同量的绿叶作实验,试验不同浓度的滤液对实验结果的影响可探究实验中绿叶的量是否需要准确称量及滤液纯度对实验的影响,D正确。
答案 B
6.在“绿叶中色素的提取和分离”实验中得到的色素带颜色较浅,分析其原因可能是( )
①加入的提取液太多 ②用无水乙醇代替丙酮 ③研磨时没有加入碳酸钙 ④研磨时没有加入二氧化硅 ⑤取的叶片叶脉过多,叶肉细胞过少 ⑥画滤液细线的次数少⑦使用放置数天的菠菜叶
A.①③⑦B.②④⑤
C.①③④⑤⑥⑦D.②③④⑤⑥
解析 在实验中,滤纸条上的色素带颜色较浅的原因可能是:
滤液中色素含量少;在滤纸条上画滤液细线时,重复的次数太少;加入的提取液太多,使滤液中色素浓度降低。
滤液中色素含量少的原因可能是:
没有加入二氧化硅,导致研磨不充分;研磨时没有加入碳酸钙,使部分色素被破坏;选取的叶片中叶肉细胞少,色素含量低;叶片不新鲜,里面的色素被破坏。
答案 C
知识点2 捕获光能的色素和结构
7.在叶绿体中色素的分离过程中,滤纸条上扩散速度最慢的色素及其主要吸收的光是( )
A.叶绿素a,蓝紫光
B.叶绿素a,红光和蓝紫光
C.叶绿素b,蓝紫光
D.叶绿素b,红光和蓝紫光
解析 各色素随层析液在滤纸条上扩散速度不同,叶绿素b溶解度小,扩散速度慢;叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光。
答案 D
8.某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。
将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析(从上至下),与正常叶片相比,实验结果是( )
A.光吸收差异显著,色素带缺第2条
B.光吸收差异不显著,色素带缺第2条
C.光吸收差异显著,色素带缺第3条
D.光吸收差异不显著,色素带缺第3条
解析 水稻叶片中的叶黄素缺失,其对蓝紫光的吸收减小,但对红光的吸收无明显差异。
色素层析条带从上至下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,叶黄素缺失则会导致色素层析条带从上至下缺失第2条。
答案 B
9.下图为正常绿色植物的叶绿素a的吸收光谱、叶绿体色素总吸收光谱以及光合作用的作用光谱(作用光谱代表各种波长下植物的光合作用效率),以下对该图的分析错误的是( )
A.图示表明叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光
B.总吸收光谱是代表叶绿体四种色素对光能的吸收
C.图示表明只有叶绿素a吸收的光能才能用于光合作用
D.总吸收光谱与光合作用的作用光谱基本一致,说明叶绿体色素吸收的光能都能参加光合作用
解析 图示中,叶绿素a的吸收值有两个波峰,主要集中于红光和蓝紫光区;总吸收光谱是指叶绿体色素总吸收值,叶绿体含四种光合色素;图示中,作用光谱的变化趋势与总吸收光谱非常相似,说明色素吸收的光均可用于光合作用。
答案 C
10.将长势相同的三盆麦苗分别置于钟罩内,如下图所示,若干天后,与丙盆相比,甲、乙两盆麦苗的长势是( )
A.甲、乙、丙三盆麦苗长势相近
B.乙与丙长势相近,甲比丙长势差
C.甲与丙长势相近,乙比丙长势差
D.甲、乙长势都比丙好
解析 只有绿光能透过绿色透明膜,光合色素对绿光吸收最少,光合作用最弱,甲装置中麦苗长势较差;只有蓝紫光能够透过蓝紫色透明膜,光合色素对蓝紫光吸收较多,植物进行的光合作用较强,因此乙装置中麦苗长势较好;太阳光能够透过无色透明膜,植物进行的光合作用最强。
答案 B
11.叶绿体是绿色植物进行光合作用的细胞器,下面有关叶绿体的叙述正
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