秋生物必修1第1课时 捕获光能的色素和结构.docx

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秋生物必修1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

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。