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-2024-2025学年高一生物必修一（人教版）教学课件

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1.简述提取和分离色素的原理和步骤,概述色素的种类和作用。2.阐述叶绿体的结构和功能。「学习目标」预习案·自主学习一、绿叶中色素的提取和分离1.色素的提取(1)原理:绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂

中。(2)实验用品及作用(连线)。①无水乙醇a.过滤②SiO2 b.溶解色素、提取色素③CaCO3 c.有助于研磨得充分④单层尼龙布 d.防止研磨中色素被破坏提示:①—b②—c③—d④—a无水乙醇(3)实验步骤。2.绿叶中色素的分离(1)原理:不同的色素在层析液中的

不同,

的随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢。溶解度溶解度高(2)实验步骤。剪去两个角1cm毛细吸管一到两次胡萝卜素叶绿素a3.色素的种类、含量、颜色及吸收光谱色素种类叶绿素(约占

)类胡萝卜素(约占

)叶绿素a

叶黄素色素颜色蓝绿色黄绿色橙黄色黄色吸收光谱主要吸收

主要吸收

3/41/4叶绿素b胡萝卜素红光和蓝紫光蓝紫光二、叶绿体的结构适于进行光合作用1.光学显微镜下叶绿体的形态一般呈扁平的

或

。2.电子显微镜下叶绿体的结构模式图椭球形球形(1)结构(2)功能:绿色植物进行

的场所。3.叶绿体功能的实验验证(1)实验者:德国科学家恩格尔曼。类囊体色素光合作用(2)实验过程及现象。光束照射有受光所(3)实验结论:

能吸收光能用于光合作用放氧,结合其他的实验证据得出

是光合作用的场所这一结论。4.叶绿体捕获光能、进行光合作用的物质基础(1)在叶绿体内部巨大的膜表面上,分布着许多吸收光能的

。(2)在

上和

中,还有许多进行光合作用所必需的酶。叶绿体叶绿体色素分子类囊体膜叶绿体基质[正误判断](1)在绿叶中色素的提取和分离实验中加入二氧化硅可以防止叶绿素被破坏。(

)提示:在绿叶中色素的提取时加入二氧化硅有助于研磨得充分,分离色素时不需要二氧化硅。(2)提取绿叶中色素时可用层析液作为溶剂。(

)提示:无水乙醇常作为提取绿叶中色素的溶剂。(3)恩格尔曼用水绵作实验材料是因为其叶绿体呈椭球形便于观察。(

)提示:水绵的叶绿体呈螺旋带状,便于观察。×××(4)在画完一条滤液细线后紧接着重复画线2～3次。(

)提示:在画完一条滤液细线后待干燥后再画1～2次。(5)叶片黄化,叶绿体对红光的吸收增多。(

)提示:叶片黄化,说明叶绿体中的叶绿素减少,所以吸收红光减少。(6)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。(

)提示:叶绿体基质中有酶分布,但没有色素。×××探究案·互动探究探究一绿叶中色素的提取和分离「问题情境」如图所示为绿叶中色素的提取和分离实验的部分材料和用具,据图回答下列问题(A、B、C为三种化学物质)。(1)图中步骤①加入研钵内的物质A是二氧化硅少许,作用是

;B是少许

,作用是

;C是5～10mL的

,用于溶解色素。研磨充分碳酸钙防止色素被破坏无水乙醇(2)滤纸为什么要预先干燥处理?在制备滤纸条时,为什么将一端的两个角剪掉?提示:干燥处理的目的是使层析液在滤纸条上快速扩散;剪掉两角的目的是防止层析液沿滤纸边缘扩散过快,从而保证色素带分离整齐。(3)图中步骤④中操作的关键是什么?并说明原因。提示:应注意滤液细线不能触及层析液。如果滤纸条上的滤液细线触及层析液,色素会被层析液溶解,结果使滤纸条上得不到色素带。(4)色素层析后,四种色素中含量最多的色素是哪种?主要吸收的光是哪种?提示:叶绿素a,主要吸收蓝紫光和红光。归纳总结实验注意事项及原因分析过程注意事项原因分析提取色素选新鲜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研磨充分和保护色素迅速、充分研磨减少乙醇挥发,充分溶解色素盛放滤液的试管口加棉塞减少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到两次增加滤纸条上色素的含量,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溶解到层析液中1.图甲是叶绿体结构示意图,图乙是绿叶中色素分离的结果(①～④代表叶绿体结构,⑤～⑧代表4种色素)。下列相关叙述错误的是(

)A.②上有关的色素对绿光吸收最少B.利用无水乙醇分离色素的原因是色素溶于乙醇C.若用黄化叶片做提取色素实验,⑦和⑧色素带颜色变浅D.在②和④中,有许多进行光合作用所必需的酶「即时应用」√解析:②上有关的色素主要吸收红光和蓝紫光,对绿光吸收最少,故叶片呈绿色;色素易溶于有机溶剂,故可用无水乙醇提取色素,因色素在层析液中的溶解度不同,故分离色素用的是层析液;黄化叶片含有的叶绿素少,所以若用黄化叶片做提取色素实验,⑦(叶绿素a)和⑧(叶绿素b)色素带颜色变浅;②类囊体薄膜,④叶绿体基质在②和④中,有许多进行光合作用所必需的酶。长句应答(1)为使植物工厂里的植物正常生长,能否使用发绿光的光源?

。原因是

。(2)某实验小组得到的色素提取液颜色过浅,可能的原因有

。(写出两条原因)不能植物的光合色素对绿光的吸收效率较低,光合作用效率低研磨不充分,色素未能充分提取出来;称取绿叶过少或加入无水乙醇过多,色素溶液浓度小;未加入碳酸钙或加入过少,部分色素分子被破坏A.①②③④ B.②④①③C.④②③① D.③②①④2.在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时,甲、乙、丙、丁四名同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“+”表示使用,“-”表示未使用),其余操作均正常,他们所得到的实验结果依次应为(

)√试剂甲乙丙丁无水乙醇-+++蒸馏水+---CaCO3++-+SiO2+++-解析:在绿叶中色素的提取和分离实验中,SiO2有助于研磨得充分,CaCO3可保护色素免受破坏,无水乙醇用于溶解色素,色素不溶于蒸馏水。根据以上分析可知,甲同学不能提取出色素;乙同学操作符合要求,提取的色素带正常;丙同学在提取色素时,未加入CaCO3,部分叶绿素会被破坏,从而导致叶绿素含量减少,色素带变窄,而类胡萝卜素受影响较小,色素带几乎无变化;丁同学因未加入SiO2,导致研磨不充分,提取的各色素带都变窄。探究二叶绿体的结构适于进行光合作用「问题情境」绿色植物一般利用阳光中的可见光进行光合作用,如图是恩格尔曼探究叶绿体功能的实验示意图,阅读教材P100～101,思考回答下列问题。(1)选择水绵和需氧细菌作为实验材料,有什么优点?提示:水绵的叶绿体呈螺旋带状分布,便于观察;用需氧细菌可确定氧气释放多的部位。(2)甲组是在黑暗中用极细的光束照射水绵,需氧细菌的分布是怎样的?说明什么?乙组是完全暴露在光照下,需氧细菌分布于叶绿体所有受光的部位,这组实验的设计目的是什么?提示:需氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中,说明氧气是由叶绿体在光照条件下释放出来的。乙组与甲组进行对照,明确实验结果是叶绿体接受光照引起的。(3)两组实验都要求在隔绝空气的条件下进行,为什么?提示:为排除空气中的氧气对实验结果的干扰。(4)叶绿体有哪些结构特点与其进行光合作用相适应。提示:①基粒和类囊体极大地扩展了受光面积;②在类囊体的薄膜上分布着与光合作用有关的色素;③在类囊体薄膜上和叶绿体基质中分布着许多进行光合作用所必需的酶。归纳总结恩格尔曼在选材、实验设计上的巧妙之处(1)实验材料选得妙:实验材料选择水绵和需氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋带状分布,便于观察;用需氧细菌可确定释放氧气的部位。(2)排除干扰的方法妙:没有空气的黑暗环境,排除了氧和光的干扰。(3)实验对照设计得妙: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,相当于一组对照实验。(4)临时装片设计得妙:进行局部光照和曝光实验,进一步验证了叶绿体释放氧气完全是由光照引起的。3.科学家恩格尔曼用水绵和需氧细菌做了两个经典实验,对实验叙述正确的是(

)A.他用同位素示踪法发现光合作用的场所是叶绿体B.选用水绵作为实验材料是因为其叶绿体大、呈球形便于观察C.他用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,发现需氧细菌大多数聚集在绿光区域D.恩格尔曼实验证明了光合作用放氧部位是叶绿体「即时应用」√解析:恩格尔曼的实验没有用同位素示踪法;选用水绵作为实验材料是因为其叶绿体呈螺旋带状分布,便于观察;恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,发现需氧细菌大多数聚集在红光和蓝紫光区域;恩格尔曼用极细的光束照射水绵,需氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中,如果上述临时装片完全暴露在光下,需氧细菌则分布在叶绿体所有受光的部位,由此说明了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。4.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的放大图。下列有关叙述正确的是(

)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的结构上C.吸收光能的色素分布在①②③的薄膜上D.叶绿体以图甲中③堆叠的形式增大膜面积√解析:图乙所示结构含有光合色素,是叶绿体的类囊体薄膜,来自③叶绿体基粒中类囊体,不来自①叶绿体内膜;与光合作用有关的酶分布在图乙类囊体薄膜上和叶绿体基质中;吸收光能的色素分布在③类囊体的薄膜上;叶绿体内含有大量基粒,一个基粒由很多③类囊体堆叠而成,以此增大膜面积。课堂小结思维导图金句必备1.无水乙醇能提取绿叶中的色素,原理是绿叶中的色素能溶解在无水乙醇等有机溶剂中。2.层析液可分离色素,原理是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。3.层析后滤纸条自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。4.叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。5.参与光合作用的色素分布于叶绿体的类囊体薄膜上,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。随堂检测1.如图为叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱。下列有关说法正确的是(

)A.图中②和③主要分布在叶绿体的内膜上B.利用纸层析法分离色素时,用到了无水乙醇或体积分数为75%乙醇+无水碳酸钠C.③是叶绿素a,位于从上至下第三个条带,且条带最宽D.叶片呈现绿色是因为①②③完全不吸收绿光√12341234解析:图示为叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱,其中①为类胡萝卜素,②为叶绿素b,③为叶绿素a,它们分布在叶绿体的类囊体薄膜上;利用纸层析法分离色素时,用的是层析液,提取色素时可用无水乙醇或体积分数为95%乙醇+无水碳酸钠;③是叶绿素a,叶绿素a位于从上至下第三个条带,且条带最宽(含量最多);叶片呈现绿色是因为②(叶绿素b)、③(叶绿素a)吸收绿光很少,绿光被反射出来,而不是完全不吸收绿光。2.韭菜完全在黑暗中生长,因无阳光供给,不能合成叶绿素,就会变成黄色,称之为“韭黄”。提取并分离韭黄叶片叶绿体中的色素,与正常韭菜叶相比,层析结果只有两条色素带。下列关于实验操作和结果分析的叙述,错误的是(

)A.可用无水乙醇提取叶绿体中的色素B.提取叶绿体中的色素时加入二氧化硅可增强研磨效果C.分离叶绿体中的色素利用的是不同色素在层析液中的溶解度不同D.与正常韭菜叶相比,韭黄层析结果中出现的两条色素带靠近滤液细线√2341解析:叶绿体中的色素易溶于有机溶剂中,可以用无水乙醇溶解提取色素;提取色素时加入SiO2使研磨充分,增强研磨效果;分离色素用的是纸层析法,原理是不同色素在层析液中的溶解度不同;韭黄色素只有胡萝卜素和叶黄素,两种色素在层析液中的溶解度高,都远离滤液细线。23413.用菠菜叶片作为实验材料提取叶绿体中的色素,下列相关叙述错误的是(

)A.所用菠菜叶片应保持新鲜B.如果错用蒸馏水替代无水乙醇,则得不到色素C.分离色素时,滤液细线不能触及层析液D.色素能溶于无水乙醇,但不能溶于层析液中√34123412解析:所用菠菜叶片应保持新鲜,因为叶绿素易分解;色素属于有机物,易溶于有机溶剂,需要用无水乙醇提取,如果错用蒸馏水替代无水乙醇,则得