新教材适用2024-2025学年高中生物第5章细胞的能量供应和利用第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学案新人教版必修1

第1课时捕获光能的色素和结构课标要求1．理解试验“绿叶中色素的提取和分别”的原理和方法，驾驭基本操作技能。2．驾驭绿叶中色素的种类和作用，明确叶绿体的结构和功能。核心素养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。2．科学探究——试验思路及设计：科学设计提取和分别色素的试验步骤，留意每个操作步骤的规范性。学问点一捕获光能的色素对应学生用书学案P102必备学问·夯实双基1．绿叶中色素的提取和分别2．色素的含量和种类活学巧练1.在绿叶中色素的提取试验中加入二氧化硅可以防止破坏叶绿素。(×)2．叶绿体中进行光合作用所需的酶分布于内膜、基质和类囊体。(×)3．绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快。(×)深化探讨色素的提取特别胜利，但层析后滤纸条上色素带特别模糊，其缘由可能有哪些？提示：①画滤液细线次数太少。②滤液细线触及层析液，且时间较长，色素溶解到层析液中。课内探究·名师点睛捕获光能的色素1．绿叶中色素的功能和合成(1)功能：色素可以汲取、传递和转化光能。(2)影响叶绿素合成的因素叶绿素的合成易受光照、温度和矿质元素等因素影响。①光照：光是影响叶绿素合成的主要因素，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而黑暗条件下叶片发黄。②温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，叶片发黄。③矿质元素：叶绿素中含N、Mg等元素，若缺少这些元素，将导致叶绿素无法合成，老叶先变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的协助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，幼叶先变黄。2．试验结果——有关色素带的分析(1)从色素带的位置可知，各种色素在层析液中溶解度的凹凸依次为：胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b。(记忆口诀：胡、黄、a、b)(2)从色素带的宽度可知，各种色素的含量一般状况下为：叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素。3．留意事项及缘由分析过程留意事项缘由分析提取色素选簇新绿色的叶片使滤液中色素含量高研磨时加无水乙醇溶解色素加少量SiO2和CaCO3研磨充分和爱护色素快速、充分研磨削减乙醇挥发，充分溶解色素盛放滤液的试管口加棉塞削减乙醇挥发和色素氧化分别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直、细、匀使分别出的色素带平整不重叠滤液细线干燥后再重画一到两次增加色素附着量使分别出的色素带清楚分明滤液细线不触及层析液防止色素干脆溶解到层析液中典例剖析典例1(2024·辽宁辽河油田第一高级中学高一期末)下列是簇新绿叶的四种光合色素在滤纸上分别的状况，以下说法正确的是(C)A．甲、乙、丙、丁依次表示胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素bB．四种色素都能溶解在层析液中，乙色素的溶解度最大C．水稻在收获季节，叶片中色素量的变更是(甲＋乙)<(丙＋丁)D．提取色素时加入碳酸钙是为了研磨充分解析：甲、乙、丙、丁依次表示叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，A错误；四种色素都能溶解在层析液中，丁色素的溶解度最大，B错误；水稻在收获季节，叶绿素含量较低，所以(甲＋乙)＜(丙＋丁)，C正确；提取色素时加入二氧化硅为了研磨充分，加入碳酸钙为了爱护色素，D错误。故选C。变式训练❶(2024·江苏省镇江市高一质检)在“绿叶中色素的提取和分别”的试验中，加入碳酸钙的目的是(D)A．溶解色素 B．使研磨更加充分C．分别色素 D．防止色素被破坏解析：在绿叶中色素的提取和分别的试验中，溶解色素的是无水乙醇或丙酮，A错误；试验中加入二氧化硅的目的是使研磨更加充分，B错误；分别色素的是层析液，C错误；加入碳酸钙的目的是防止色素被破坏，D正确。学问点二叶绿体的结构和功能必备学问·夯实双基1．叶绿体的结构2．叶绿体的功能：进行_光合作用__的场所。活学巧练1.没有叶绿体的生物无法进行光合作用。(×)2．植物细胞都含有叶绿体。(×)3．在真核细胞内，能进行光合作用的色素分布在叶绿体以及液泡中。(×)深化探讨1.在大棚种植时一般选用哪种颜色的薄膜？为什么？提示：一般选用无色透亮的薄膜，因为能够透过各种单色光。2．阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的状况下，应当选择什么颜色(蓝紫光或红光/白光)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？提示：蓝紫光或红光。在照明灯功率相同的状况下，用发蓝紫光或红光的照明灯，植物利用光能的效率最高。课内探究·名师点睛叶绿体的结构适于进行光合作用1．叶绿体中色素的汲取光谱色素种类汲取光汲取光谱图示叶绿素(含量约占3/4)叶绿素a(蓝绿色)汲取红光和蓝紫光叶绿素b(黄绿色)汲取红光和蓝紫光类胡萝卜素(含量约占1/4)胡萝卜素(橙黄色)汲取蓝紫光叶黄素(黄色)汲取蓝紫光2.叶绿体的结构及功能(1)结构①双层膜：分为内膜和外膜，其主要功能是限制物质进出叶绿体。②基粒：由囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为类囊体。汲取光能的四种色素就分布在类囊体的薄膜上。③基质：在基粒与基粒之间充溢基质，基质中含有与光合作用有关的酶。(2)功能叶绿体内的基粒和类囊体扩展了受光面积，含有很多汲取光能的色素分子和光合作用所必需的酶，因此叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。3．叶绿体功能的验证明验(1)试验过程及现象eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(水绵,好氧细菌))eq\o(→,\s\up7(黑暗),\s\do5(无空气))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(极细光束照耀→好氧细菌集中于,叶绿体被光束照耀到的部位,完全暴露在光下→好氧细菌分,布在叶绿体全部受光部位))(2)试验结论①叶绿体是进行光合作用的场所。②O2是由叶绿体释放的。(3)试验设计奇妙之处①试验材料选择水绵和好氧细菌：水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于视察；用好氧细菌可确定释放氧气的部位。②没有空气的黑暗环境：解除了氧气和光的干扰。③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，相当于一组比照试验。④进行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的比照试验：明确试验结果完全是由光照引起的。学问贴士(1)光合作用的酶分布在类囊体的薄膜上和基质中，但光合色素只分布在类囊体的薄膜上。(2)叶绿体以囊状结构堆叠成基粒的方式增大膜面积，而线粒体以内膜向内腔折叠形成嵴的方式增大膜面积。典例剖析典例2如图为叶绿体结构示意图，下列叙述不正确的是(C)A．①具有选择透过性B．汲取光能的色素分布在②上C．与光合作用有关的酶只分布在③中D．叶绿体具有双层膜解析：与光合作用有关的酶分布在②③。变式训练❷德国科学家恩格尔曼设计了一个试验探讨光合作用的汲取光谱。他将三棱镜产生的散射光投射到丝状水绵体上，并在水绵悬液中放入需氧细菌，视察细菌的聚集状况(如图所示)。他由试验结果得出光合作用在红光区和蓝紫光区最强。这个试验的思路是(B)A．细菌对不同的光反应不一，细菌聚集多的地方，细菌光合作用强B．需氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强C．需氧细菌聚集多的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强D．需氧细菌大量消耗O2，使水绵的光合速率大幅度加快解析：细菌不能进行光合作用，该试验中进行光合作用的是水绵，A错误；该试验的设计思路是需氧细菌须要O2，水绵光合作用强的部位，产生的O2多，在O2含量多的地方需氧细菌的数量多，B正确、C错误；水绵光合速率的快慢与需氧细菌大量消耗O2无明显关系，D错误。1．不同颜色温室大棚的光合效率无色透亮大棚中各色光均能透过，有色大棚主要透射同色光，其他光被其汲取，所以用无色透亮薄膜的大棚光合效率更高，而叶绿素对绿光汲取最少，绿色的塑料薄膜的大棚光合效率最低。2．光质与光合效率(1)不同波长的光对光合效率的影响不同。光合效率大小为白光、红光、蓝紫光、橙黄光、绿光。叶绿体中的色素汲取最多的是蓝紫光和红光，在日光照耀的基础上，用红色、蓝紫色灯光可以提高光合效率。(2)不同颜色的藻类汲取不同波长的光。水层对光波中的红、橙部分的汲取明显多于对蓝、绿部分的汲取，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，汲取红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，汲取蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水较深的地方。这是藻类对光照条件适应的一种表现。典例3大棚种植西兰花能够让我们在寒冷的冬季也能享受其美味。为了增加其产量，大棚内照明灯的颜色和大棚的塑料薄膜颜色选择最好的组合为(A)A．蓝紫光或红光、无色透亮B．蓝紫光或红光、黄色透亮C．白光、黄色透亮D．白光、无色透亮解析：由于照明灯的功率是肯定的，所以在相同的功率下，用蓝紫光或红光的照明灯，植物利用光能的效率更高；由于太阳光是肯定的，所以用无色透亮的塑料薄膜，植物获得光能更多。学霸记忆1.无水乙醇能提取绿叶中的色素，层析液可分别色素。2．用无水乙醇提取色素的原理是色素能溶解在无水乙醇中。3．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。4．二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。5．层析后滤纸条上自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。6．叶绿素主要汲取红光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素主要汲取蓝紫光。7．色素分布于叶绿体类囊体薄膜上，而与光合作用有关的酶则分布于类囊体薄膜和叶绿体基质中。1．(2024·河南省洛阳市高一)如图是对菠菜叶片叶绿体色素分别的结果示意图。下列相关分析正确的是(B)A．将滤纸条剪去两角的目的是便利层析液的吸附B．①对应的色素在层析液中的溶解度最大C．假如③④带宽减小肯定是遗忘添加碳酸钙D．画滤液细线前先用铅笔画细线能够促进色素的层析解析：制备滤纸条时要将滤纸条的一端剪去两角，目的是使色素在滤纸条上扩散匀称，A错误；①对应的色素在层析液中的溶解度最大，所以在滤纸条上扩散的速度最快，处于滤纸条的最上端，B正确；假如③④(叶绿素)带宽减小可能是遗忘添加碳酸钙，也可能是材料不簇新，叶绿素含量削减，C错误；画滤液细线前先用铅笔画细线，能够使得滤液细线画的细而直，D错误。2．(2024·四川广安高一期末)下图是绿色植物光合作用过程中叶绿素和类胡萝卜素的汲取光谱图。据图分析下列叙述错误的是(C)A．光合作用的作用光谱也可用CO2的汲取速率随光波长的变更来表示B．叶绿素主要汲取蓝紫光和红光，而绿光汲取量最少被反射出来，所以叶片呈绿色C．类胡萝卜素在红光区汲取的光能可用于光反应中ATP的合成D．叶片在640～660nm波长光下释放O2是由叶绿素参加光合作用引起的解析：由于光反应产生的[H]和ATP能用于暗反应，暗反应要汲取CO2，所以光合作用的作用光谱也可用CO2的汲取速率随光波长的变更来表示，A正确；叶绿素主要汲取蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要汲取蓝紫光，叶绿素和类胡萝卜素基本不汲取绿光，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色，B正确；类胡萝卜素主要汲取蓝紫光，几乎不汲取红光，所以几乎不能利用红光来合成光反应中的ATP，C错误；640～660nm波长主要是红光区域，该区域的光可被叶绿素汲取利用，因此叶片在640～660nm波长光下释放O2是由叶绿素参加光合作用引起的，D正确。故选C。3．(2024·广西钦州高一期末)下面是甲、乙、丙三位同学进行“绿叶中色素的提取和分别”试验的过程，请依据问题回答：(1)甲同学选用簇新菠菜的绿色叶片进行试验，在滤纸上出现了四条清楚的色素带，如(左)图所示。甲同学分别色素的方法是_纸层析法__，滤纸条上色素带位置的不同主要取决于_色素在层析液中溶解度的大小__。从上到下数，叶黄素位于第_2__条色素带。(2)乙同学变更甲同学所用层析液组成后接着进行试验，在滤纸条上出现了黄、绿两条色素带。他用刀片裁出含色素带的滤纸条，用乙醚分别溶解条带上的色素，浓缩后分别放在阳光和三棱镜之间，通过分析色素溶液的_汲取光谱(对不同波长的光被汲取的状况)__来推断色素带上色素种类。(3)丙同学对甲同学“绿叶中色素的分别”试验进行改进，试验装置如上图(右)所示，该同学应将提取到的滤液滴在_a__处(填“a”或“b”)，棉线灯芯下端应浸没在_层析液__中。试验结果得到四个不同颜色的同心圆，排列在最内侧的色素是_叶绿素b__(填色素的名称)。解析：(1)分别色素运用的方法为纸层析法；色素在层析液中的溶解度不同，其随着层析液在滤纸上扩散的速度不同，最终出现不同位置的色素带，故滤纸条上色素带的位置不同主要取决于色素在层