2024-2025学年高一生物必修第一册（人教版）课件 第5章 细胞的能量供应和利用 第4节 第1课时 捕获光能的色素和结构

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有目标——课标要求必明1.阐明“绿叶中色素的提取和分离”实验的原理与方法。2.说出植物捕获光能的色素的种类和作用。3.运用结构与功能相适应的观念，解释叶绿体适于进行光合作用的结构特点。记在平时——核心语句必背1.无水乙醇能提取绿叶中的色素，层析液可分离色素。2.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.层析后滤纸条上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.光合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。【主干知识梳理】一、绿叶中色素的提取和分离1．提取绿叶中的色素(1)原理：绿叶中的色素能溶解在有机溶剂___________中。无水乙醇(2)实验步骤：2．分离绿叶中的色素(1)原理：不同色素在层析液中的_______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：二、绿叶中色素的种类及叶绿体的结构和功能1．色素的种类及吸收光谱(1)叶绿素a：蓝绿色，主要吸收______________。(2)叶绿素b：黄绿色，主要吸收______________。(3)胡萝卜素：_______，主要吸收蓝紫光。(4)叶黄素：黄色，主要吸收_____光。蓝紫光和红光蓝紫光和红光橙黄色蓝紫2．叶绿体的结构和功能(1)形态：一般呈扁平的_______或_____。(2)结构(填图)：(3)功能：绿色植物进行__________的场所。椭球形球形光合作用【教材微点发掘】1．结合教材第99页图5－12回答有关问题：(1)从图中可以读出：叶绿素对____光和_____光的吸收量大；类胡萝卜素对______光的吸收量大，对绿光吸收量_____，所以叶片呈现绿色。(2)秋天叶片变黄的原因：低温破坏了______，叶片呈现出__________的颜色。红蓝紫蓝紫较少叶绿素类胡萝卜素(3)温室内自然光照射的情况下，给植物人工补充哪些单色光对增产有利？提示：红光、蓝紫光属于对植物光合作用最有效的光，因此可以补充这两种光达到增产的目的。(4)温室或大棚种植蔬菜，应选用什么颜色的玻璃或塑料薄膜？提示：无色的玻璃或塑料薄膜。2.分离叶绿体中的色素，也可用如图所示的方法，即在圆心处滴加适量滤液，待干燥后再滴加适量层析液进行层析，结果会出现不同颜色的4个同心圆，请写出①～④依次对应的色素及颜色。答案：①——胡萝卜素(橙黄色)

②——叶黄素(黄色)

③——叶绿素a(蓝绿色)

④——叶绿素b(黄绿色)新知探究(一)绿叶中色素的提取和分离【探究·深化】[情境质疑]1．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)制备滤纸条时，剪去两角的作用是什么？画滤液细线有什么要求？提示：防止色素带不整齐。画滤液细线的要求是细、齐、直，还要重复画几次。(3)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：否则滤液细线中的色素会溶解于层析液中，不能分离。2．结合分离到的色素在滤纸条上的分布情况图示分析下列问题：(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。(4)某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，可能的原因有哪些？提示：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；未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。[重难点拨]1．注意事项及原因分析过程注意事项操作目的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、充分研磨防止乙醇挥发，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一两次增加色素量；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直接溶解到层析液中续表2.实验结果——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高低依次为：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情况下为：叶绿素a＞叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素。【典题·例析】[典例1]在用新鲜菠菜叶进行色素提取和分离的实验中，下列叙述正确的是(

)A．将滤液收集到试管中后，应及时用棉塞将试管口塞紧B．画滤液细线时，在点样线上需连续重复多次画线C．滤液细线浸入层析液，可导致滤纸条上色素带重叠D．滤纸条上跑得最远的是橙黄色的胡萝卜素，含量最多的是叶绿素b[答案]

A[解析]

为了防止收集到试管中的滤液挥发散失，所以应及时用棉塞将试管口塞紧，A正确；画滤液细线时，在点样线上需在前一次干后再画下一次，一般重复2～3次，B错误；滤液细线不能触及或浸入层析液，否则会导致色素溶解在层析液中，使滤纸条上不出现色素带或色素带变浅，C错误；滤纸条上跑得最远的是橙黄色的胡萝卜素，含量最多的是叶绿素a，D错误。[典例2]在做绿叶中色素的提取和分离实验时，甲、乙、丙、丁四位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，他们所得的实验结果依次应为(

)项目甲乙丙丁无水乙醇－＋＋＋水＋－－－CaCO3＋＋－＋SiO2＋＋＋－A．①②③④

B．②④①③C．④②③① D．③②①④[答案]

B[解析]

由表格中信息可知，甲同学加的溶剂为水，而不是有机溶剂无水乙醇，色素不溶于水，因而提取不到叶绿体中的色素，所得结果应为②；乙同学的操作正确，所得结果应为④，即自上而下依次出现胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b，且叶绿素a和叶绿素b的含量较多；丙同学尽管使用了有机溶剂无水乙醇，可以提取到色素，但由于未加CaCO3，叶绿素可能会被破坏，因而下边的两条色素带比正常的窄，应为①；丁同学未加SiO2，可能研磨不充分，导致各种色素的提取量均少于正常水平，应为③。归纳拓展绿叶中色素提取和分离实验的异常现象分析(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。③一次加入大量的无水乙醇，色素溶液浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。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。(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”。【应用·体验】1．提取绿叶中色素、纸层析分离和光吸收实验中，有关叙述错误的是(

)A．将5g绿叶放入研钵中，再放入少许二氧化硅、碳酸钙和10mL无水乙醇，进行迅速充分研磨就可提取到绿叶中色素B．将提取的色素液放在阳光和三棱镜之间就可看到叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱C．绿叶中色素分离的理论依据是它们在层析液中的溶解度不同D．若观察实验结果未见色素带，可能的原因是滤纸上的滤液细线触及了层析液答案：B解析：将5g绿叶放入研钵中，再放入少许二氧化硅、碳酸钙和10mL无水乙醇，进行迅速充分研磨，由于叶肉细胞破裂，其细胞内的色素分子便会溶于提取液(无水乙醇)中，再经过滤便可提取到绿叶中色素，A正确；从叶绿体中提取的色素包括叶绿素和类胡萝卜素两大类，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，将提取的色素液放在阳光和三棱镜之间，可看到连续光谱中红光区和蓝紫光区变暗，B错误；不同色素在层析液中的溶解度不同，因而在滤纸条上的扩散速度不同，利用此原理可以分离各种色素，C正确；若观察实验结果未见色素带，是因为没有色素在滤纸条上扩散，最可能的原因是滤纸上的滤液细线触及了层析液，因而滤液细线中的色素溶于层析液中，D正确。2．某班学生完成对新鲜菠菜叶进行绿叶中色素的提取和分离实验时，由于各组操作不同，出现了以下四种不同的层析结果。下列分析最不合理的是(

)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未加入SiO2C．丙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答案：C

解析：甲图中没有色素的原因可能是误用蒸馏水作提取液和层析液；乙图中色素含量较少，可能是因为研磨时未加入SiO2而导致研磨不充分；丙、丁图中叶绿素含量比类胡萝卜素含量低，原因可能是未加入CaCO3而导致叶绿素被破坏。新知探究(二)叶绿体中色素的功能【拓展·深化】1．色素的种类、含量、颜色及吸收光谱种类叶绿素(占3/4)类胡萝卜素(占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吸收光谱主要吸收蓝紫光和红光主要吸收蓝紫光2.叶绿体色素的功能及应用(1)叶绿体色素的主要功能是吸收、传递和转化光能。(2)植物绿叶呈现绿色的原因是其对绿光的吸收较少，绿光被反射出来。秋天叶片变黄的原因：低温破坏了叶绿素，呈现出了类胡萝卜素的颜色。部分植物叶片变红的原因：低温破坏了叶绿素，呈现出液泡中花青素的颜色。(3)在农业生产中，温室大棚应使用无色透明的塑料薄膜或玻璃，因为它们能让所有的光都透过，效果最好；若为大棚内植物补充光照，应选择补充红光或蓝紫光，因为相同强度的红光或蓝紫光，比白光的光合作用强度要高。【典题·例析】[典例]

(2023·全国乙卷)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是(

)A．氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素B．叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上C．用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰D．叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢[答案]

D[解析]

叶绿素由C、H、O、N、Mg组成，A正确；叶绿体中吸收光能的色素(叶绿素和类胡萝卜素)分布在类囊体薄膜上，B正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰，C正确；叶绿体中的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，D错误。【应用·体验】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)，则图甲、乙分别是(

)A．胡萝卜素、叶绿素的吸收光谱B．叶绿素、类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答案：B解析：从图观察，图甲吸收光谱在蓝紫光区和红光区，应为叶绿素分子的吸收光谱；图乙吸收光谱只在蓝紫光区，应为类胡萝卜素的吸收光谱。2．将在黑暗中放置一段时间的叶片均分为4小块，分别置于不同的试管中，按下表进行实验处理，其中着色最浅的叶片所在的试管是(

)注：“＋”表示具有该条件。试管编号①②③④实验处理CO2溶液＋＋＋＋光照白光蓝光红光绿光碘液＋＋＋＋A．①

B．②

C．③

D．④答案：D

解析：在不同的光照条件下，光合作用强度不同，叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光几乎不吸收，故在白光下，叶片光合作用最强，经碘液处理后，着色最深；绿光下，叶片光合作用最弱，着色最浅。新知探究(三)叶绿体的结构和功能【探究·深化】[情境质疑]如图是恩格尔曼的实验示意图，结合教材“思考·讨论”的内容思考：(1)恩格尔曼的第一个实验中，需氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中，如果把装置放在光下，细菌则分布在所有受光的部位。该实验可以得出什么结论？提示：氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。(2)恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？提示：①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多的部位。②没有空气的黑暗环境：排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多和获得光照少的部位，相当于一组对照实验。④进行黑暗、局部光照和曝光对照实验：明确实验结果完全是由光照引起的等。(3)在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？提示：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，叶绿体会释放氧气，适于好氧细菌在此区域分布。(4)综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？提示：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。[重难点拨]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．恩格尔曼实验分析(1)实验材料选择水绵和需氧细菌的原因：①水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；②用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。(2)没有空气的黑暗环境：排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多和光照少的部位，相当于一组对照实验。(4)进行黑暗(局部光照)和曝光对照实验：明确实验结果完全是由光照引起的。【典题·例析】[典例]

如图甲是叶绿体结构模式图，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．甲中生物膜的面积主要靠内膜向内折叠成嵴而增大B．图乙所示的结构来自图甲中的③C．③中的叶绿素在液泡中也有D．ATP的合成场所只有叶绿体[答案]

B[解析]

甲是叶绿体，主要通过大量的类囊体堆叠成基粒来增大膜面积；图甲中的③是类囊体，图乙含有光合色素，光合色素分布在类囊体薄膜上，所以图乙所示结构来自图甲中的③；③中的色素是叶绿素和类胡萝卜素，与光合作用有关，液泡中的色素是花青素等，和光合作用没有关系；ATP合成场所是叶绿体、线粒体和细胞质基质。易错提醒有关叶绿体的“三点提醒”(1)并不是所有的植物细胞都含有叶绿体，只有进行光合作用的细胞才含有叶绿体。(2)叶绿体的外膜与内膜不含有色素。(3)叶绿体不是细胞进行光合作用的唯一场所，如蓝细菌细胞没有叶绿体，也能进行光合作用。【应用·体验】1．下图为叶绿体结构模式图。叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，下面有关叶绿体结构和功能的叙述错误的是(

)A．①④分别为外膜和内膜，具有选择透过性的功能特点B．②为基粒，类囊体的薄膜上含有与光合作用有关的色素和酶C．③为叶绿体基质，与光合作用无关D．光合作用所需的酶分布在②③中答案：C

解析：①是叶绿体外膜，②是基粒，③是基质，④是内膜，③基质中含有许多进行光合作用所必需的酶，C错误。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．水绵的带状叶绿体有利于设置对照实验答案：A

解析：本实验的目的是验证叶绿体在光照下能够产生氧气，而与光的种类没有关系，不需用三棱镜将混合光分解成连续光谱；为了防止空气、光对实验结果的影响，应该排除空气，把临时装片放在黑暗环境中；需氧细菌的分布密疏，表示了氧气产生的多少；水绵的叶绿体便于观察且有利于设置对照实验。3．1881年，德国科学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将三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需氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图)。他得出光合作用在红光区和蓝紫光区最强。这个实验的思路是(

)A．细菌对不同的光反应不一样，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，使水绵光合速率快，则该种光有利于光合

作用答案：B解析：需氧细菌向O2

浓度高的地方聚集，据此可推断光合作用的放氧部位和光合作用强度。科学探究——探究植物叶片颜色异常变化与色素的关系1．影响叶绿素合成的三大因素光照是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄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必需元素叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄2.探究植物叶片颜色异常变化与色素的关系【素养评价】1．如图表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行实验的流程。相关叙述错误的是(

)A．纸层析法分离色素的原理是色素在层析液中溶解度不同B．两组实验的结果①中共有色素带的颜色是黄色和橙黄色C．若在缺镁条件下完成该实验，两组实验的结果①和②差异都不大D．两组实验的结果②中吸收光谱最明显的差异出现在蓝紫光区域答案：D

解析：纸层析法分离色素的原理是不同色素在层析液中溶解度不同，溶解度大的，扩散速度快，A正确；结果①中共有的色素带的颜色是黄色和橙黄色，分别是叶黄素和胡萝卜素，B正确；镁是叶绿素合成的必需元素，若在缺镁条件下完成该实验，两组实验的结果①和②差异都不大，C正确；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，所以将等量刚制备的韭菜和韭黄色素滤液放在阳光与三棱镜之间，结果②吸收光谱最明显的差异出现在红光区域，D错误。2．植物的生长发育需要根从土壤中吸收水分和各种矿质元素，科学实验发现土壤中缺磷会导致植株矮小，叶色