第五節(jié) 光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能第一課時 葉綠體與光合色素課標(biāo)內(nèi)容要求核心素養(yǎng)對接1.說明植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量。2提取和分離葉綠體色素。1.從物質(zhì)與能量視角,探索光合作用貫穿著物質(zhì)與能量的變化。(生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究)2基于提取和分離葉綠體色素厘清原理與操作流程。(科學(xué)思維、科學(xué)探究)一、光合作用的概述1光合作用的概念和意義進行光合作用的生物主要為綠色植物和藍細菌,它們以二氧化碳和水為原料,利用光能合成糖類等有機物,這些有機物為其自身的生長、發(fā)育和繁殖提供物質(zhì)和能量。人、動物、真菌和大部分細菌直接或間接依靠自養(yǎng)生物的光合產(chǎn)物生活。2光合作用的總反映6CO212H2OC6H12O66O26H2O。3光合作用的能量變化光合作用是一個吸能反應(yīng),它利用太陽能將二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)樘牵⒛芰績Υ嬖?/span>糖分子內(nèi)。也就是說,光合作用是一個將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程。二、光合作用在葉綠體中進行三、活動 光合色素的提取與分離1實驗原理 光合色素是一類脂溶性物質(zhì),可以利用脂溶劑將它們從葉綠體中提取出來,并且將它們分離開來,達到觀察葉綠體中色素的目的。2方法步驟(1)將新鮮的菠菜葉(或刺槐葉等)放入4050的烘箱中烘干,粉碎后取2 g干粉放入研缽中,加入少許二氧化硅碳酸鈣,再加入23 mL95%酒精,充分、迅速研磨成勻漿。(2)在一小玻璃漏斗基部放一塊單層尼龍布,將研磨液迅速倒入漏斗中。收集濾液到一支試管中,及時用棉塞將試管口塞緊。(3)制備濾紙條。將一張預(yù)先干燥過的定性濾紙剪成長10cm,寬1cm的紙條,在距濾紙條一端1 cm處用鉛筆畫一條細的橫線。(4)點樣。用毛細吸管吸取少量濾液,沿鉛筆畫的橫線均勻地出一條細而直的濾液細線。待濾液干后再畫一次,共畫34次。(5)分離葉綠體中的色素。將2 mL層析液沿試管壁一側(cè)倒入大試管中,將濾紙條(有濾液細線的一端朝下)略微斜靠著大試管內(nèi)壁的另一側(cè),輕輕地插入層析液中,但要保證上面部分干燥。隨后用軟木塞塞住試管口。注意,濾紙上的濾液細線要高于層析液液面。(6)觀察實驗結(jié)果。510 min以后,取出濾紙條。待濾紙條干燥后,觀察濾紙條上的色素帶。(7)由于接觸了層析液等化學(xué)藥品,因此實驗結(jié)束后一定要用肥皂將手洗凈。四、光合色素1種類、含量與變化四種不同顏色的光合色素,即葉綠素a、葉綠素b、胡蘿卜素和葉黃素。這四種色素在葉肉細胞中的含量是不同的,有些色素的含量會隨著季節(jié)或者生理特性的變化而發(fā)生變化。2組成與顏色葉綠體中的葉綠素a和葉綠素b,都是含的有機分子,它們分別呈現(xiàn)藍綠色、黃綠色。葉綠體中還有許多種黃色、橙色和紅色的色素,合稱為類胡蘿卜素,其中最多的是胡蘿卜素和葉黃素,它們都是由碳氫鏈組成的分子,胡蘿卜素為橙色,葉黃素為黃色。五、小資料 光合色素吸收的可見光1可見光的波長范圍光是輻射能的一種形式,輻射能以波的形式傳播。光波像水波一樣,有波峰和波谷。兩個相鄰的波峰之間的距離稱為波長。我們的眼晴能看到的光稱為可見光,其波長為400760nm。植物光合作用所能利用的光也在可見光范圍內(nèi)。2太陽光的光波組成我們把看到的太陽光稱為白光,它是由許多不同波長的光組成的。太陽光通過三棱鏡折射后,便可分成紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等不同的顏色,這就是所謂的可見光譜。3光合色素對光的吸收各種色素分子之所以有不同的顏色,是因為它們吸收了某些波長的光而另一些波長的光則透過或被反射。以某種物質(zhì)對不同波長光的吸收率(可用百分率表示)為縱坐標(biāo),以波長為橫坐標(biāo)作圖,所得的曲線就是該物質(zhì)的吸收光譜。下圖是葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜。判斷對錯(正確的打“√”,錯誤的打“×”)1.生物界的糖絕大部分來源于光合作用。 (  )2.光合作用釋放的氧氣來自于CO2中的氧。 (  )3.葉綠體中含有多種色素,這些色素與光合作用無關(guān)。 (  )4.葉綠體中的主要色素是類胡蘿卜素。 (  ) 5.可用95%酒精分離色素。  (  )提示1.2× 光合作用釋放的氧氣來自于水中的氧。3× 葉綠體中含有多種色素,這些色素與光合作用有關(guān),被稱為光合色素。4× 葉綠體中的主要色素是葉綠素。5× 可用95%酒精提取色素。 光合色素的提取與分離1實驗注意事項注意事項操作目的提取色素選新鮮的綠色葉片使濾液中色素含量高研磨時加95%酒精提取色素加少量SiO2CaCO3研磨充分和保護色素迅速、充分研磨防止乙醇過度揮發(fā),充分溶解色素盛放濾液的試管管口加棉塞防止乙醇揮發(fā)和色素氧化分離色素濾紙預(yù)先干燥處理使層析液在濾紙上快速擴散濾液細線要細、齊、直使分離出的色素帶平整不重疊濾液細線干燥后再畫一次使分離出的色素帶清晰分明濾液細線不觸及層析液防止色素直接溶解到層析液中2.綠葉中色素提取和分離實驗異?,F(xiàn)象分析(1)收集到的濾液綠色過淺的原因分析未加石英砂(二氧化硅),研磨不充分。使用放置數(shù)天的綠葉,濾液色素(葉綠素)太少。一次加入大量的95%酒精,提取濃度太低(正確做法:分次加入少量95%酒精提取色素)。未加碳酸鈣或加入過少,色素分子被破壞。(2)濾紙條色素帶重疊:沒經(jīng)干燥處理,濾液細線不能達到細、齊、直的要求,使色素擴散不一致造成的。(3)濾紙條看不到色素帶:忘記畫濾液細線;濾液細線接觸到層析液,且時間較長,色素全部溶解到層析液中。(4)濾紙條只呈現(xiàn)胡蘿卜素、葉黃素色素帶:忘記加碳酸鈣導(dǎo)致葉綠素被破壞或所用葉片為黃葉合作探究:1.選擇新鮮、濃綠的葉片的原因是什么?提示:新鮮、濃綠的葉片中含有較多的葉綠素,保證實驗中提取到足夠的色素。2.分析討論實驗中各種材料和試劑的作用,完成下表實驗材料或試劑作用95%酒精提取色素層析液分離色素二氧化硅使研磨充分碳酸鈣防止研磨時色素被破壞單層尼龍布過濾葉片研磨液,獲得濾液濾紙條使色素在其上分離,便于觀察3.實驗結(jié)果及分析下圖是實驗得到的色素在濾紙條上的分布圖示,分析圖示,填寫下表:項目意義結(jié)論色素帶寬窄色素帶的寬窄與色素含量的關(guān)系:色素帶越寬,說明此種色素含量越多含量多少(>表示)葉綠素a>葉綠素b>葉黃素>胡蘿卜素色素擴散速度色素擴散速度與溶解度的關(guān)系:擴散速度越快,說明色素在層析液中溶解度越大溶解度大小(>表示)胡蘿卜素>葉黃素>葉綠素a>葉綠素b1.在光合色素的提取與分離實驗中,所用試劑和作用不相符的是(  )A.碳酸鈣保護葉肉細胞B.二氧化硅研磨充分C95%酒精提取色素D.層析液分離色素A [光合色素的提取與分離實驗中,碳酸鈣是保護葉綠素不被破壞,A錯誤;二氧化硅是使研磨更充分,B正確;95%酒精用于提取色素,C正確;層析液用于分離色素,D正確。]2.下列有關(guān)光合色素的提取和分離實驗的敘述,正確的是(  )A.菠菜綠葉在色素提取前用清水浸泡清洗提取效果會更好B.收集的色素提取液在適宜的光照下能產(chǎn)生氧氣C.光合色素易溶于乙醇,但層析液不可用乙醇替代D.胡蘿卜素位于濾紙最上方,是因為其隨提取液擴散最快C [菠菜綠葉需要經(jīng)過烘干粉碎進行研磨,A錯誤;收集的色素提取液在適宜的光照下不能進行光反應(yīng)產(chǎn)生氧氣,B錯誤;光合色素易溶于乙醇,乙醇不能用來分離色素,層析液不可用乙醇替代,C正確;胡蘿卜素位于濾紙最上方,是因為其隨層析液擴散最快,D錯誤。]3.為研究高光強對移栽幼苗光合色素的影響,某同學(xué)用乙醇提取葉綠體色素,用石油醚進行紙層析,右圖為濾紙層析的結(jié)果(、、為色素帶)。下列敘述不正確的是(  )A.強光照導(dǎo)致了該植物葉綠素含量降低B.類胡蘿卜素含量增加有利于該植物抵御強光照C.色素、吸收光譜的吸收峰波長不同D.畫濾液線時,濾液在點樣線上只能畫一次D [由圖示可知,強光照下,、表示的葉綠素色素帶變窄,說明葉綠素含量降低,故A項正確;類胡蘿卜素可保護葉綠素免受強光照降解,故B項正確;是葉綠素a,是葉綠素b,都主要吸收藍紫光和紅光,但吸收光譜的吸收峰波長不同,故C項正確;畫濾液線時,濾液在點樣線上畫34次,故D項錯誤。] 捕獲光能的色素及葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能1葉綠體結(jié)構(gòu)與功能的適應(yīng)(1)葉綠體基質(zhì)和類囊體上含有與光合作用有關(guān)的酶。(2)類囊體薄膜上分布有捕獲光能的色素,且類囊體堆疊成基粒,增大了葉綠體內(nèi)部的膜面積,為酶和色素提供了更多的附著位點。2影響葉綠素合成的三大因素3用三棱鏡觀察葉綠體中色素的吸收光譜提取葉綠體中的色素,按如圖所示進行觀察。(1)通過葉綠體色素提取液的光線,經(jīng)三棱鏡分色后,會發(fā)現(xiàn)在紅光和藍紫光區(qū)域的光線變暗,說明這部分光線被葉綠素吸收了。(2)綠光幾乎不被吸收而完全透過,所以看到的色素提取液顏色呈綠色。合作探究:1880年美國生物學(xué)家恩格爾曼設(shè)計了一個實驗研究光合作用的光譜。他將棱鏡產(chǎn)生的光譜投射到絲狀水綿體上,并在水綿懸液中放入好氧細菌,觀察細菌的聚集情況(如下圖)。他得出光合作用在紅光區(qū)和藍光區(qū)最強。思考討論下列問題:1.細菌的聚集情況說明了什么問題?提示:細菌的聚集情況說明聚集處氧氣含量高,光合速率高。2.該實驗結(jié)果可得出怎樣的結(jié)論?提示:葉綠體主要吸收紅光和藍光用于光合作用,放出氧氣。1.下圖表示葉綠體中色素的吸收光譜(顏色深、淺分別表示吸收量多、少),甲、乙兩圖分別是(  )A.胡蘿卜素、葉綠素的吸收光譜B.葉綠素、胡蘿卜素的吸收光譜C.葉黃素、葉綠素的吸收光譜D.葉黃素、胡蘿卜素的吸收光譜B [葉綠素分子的吸收光譜是紅光部分(640660 nm)和藍紫光部分(430450 nm)。由于葉綠素對綠色的光吸收最少,所以葉綠素溶液呈現(xiàn)綠色,葉片綠色亦是這個道理。類胡蘿卜素包括胡蘿卜素和葉黃素,胡蘿卜素能夠吸收藍紫光,也能對葉綠素起保護作用,B符合題意。]2.如圖中分別表示胡蘿卜素和葉綠素b吸收光譜的圖象是(  )A   B   C   DD [葉綠素主要吸收紅光和藍紫光,而類胡蘿卜素主要吸收藍紫光,因此胡蘿卜素和葉綠素b吸收光譜的圖分別為③②]3.將甲、乙、丙、丁4盆長勢相同的植物置于陽光下,甲添加紅色光,乙添加綠色光,丙添加紅色濾光片A,丁添加綠色濾光片B(如圖)。經(jīng)過一段時間,各盆中長勢最旺的和長勢最差的依次是下列哪一組(  )A.甲和乙 B.乙和丙C.甲和丁 D.丙和丁C [本實驗是研究不同波長的光對光合作用的影響的實驗。葉綠素主要吸收紅光和藍紫光,綠色植物的作用光譜與吸收光譜基本是一致的。在陽光照射的條件下,甲添加紅色光,則比單獨在陽光下的光合作用有所增強;乙添加綠色光,對植物的光合作用來說屬于無效光,對光合作用幾乎沒有影響;丙添加了紅色濾光片,這種濾光片只能讓紅色光通過,其余的光很少或不能通過,所以光合作用相對較弱;丁添加綠色濾光片,這種濾光片只能讓綠色光通過,所以丁植物幾乎不進行光合作用。][課堂小結(jié)]知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建核心語句背誦1.進行光合作用的生物主要為綠色植物和藍細菌,它們以二氧化碳和水為原料,利用光能合成糖類等有機物,這些有機物為其自身的生長、發(fā)育和繁殖提供物質(zhì)和能量。2.葉綠體有內(nèi)、外兩層膜,其內(nèi)膜里面充滿了濃稠的液體,稱為基質(zhì)?;|(zhì)中有許多類囊體。類囊體疊在一起,稱為基粒,組成類囊體的膜稱為光合膜。葉綠素及其他光合色素存在于光合膜上。光合膜上還分布了可以將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的多種蛋白質(zhì)。在類囊體的空腔內(nèi)含有多種酶,這些酶與H2O的裂解有關(guān)。3.光合色素是一類脂溶性物質(zhì),可以利用脂溶劑將它們從葉綠體中提取出來。4.葉綠體中的葉綠素a和葉綠素b,都是含鎂的有機分子,它們分別呈現(xiàn)藍綠色、黃綠色。葉綠體中還有許多種黃色、橙色和紅色的色素,合稱為類胡蘿卜素,其中最多的是胡蘿卜素和葉黃素,它們都是由碳氫鏈組成的分子,胡蘿卜素為橙色,葉黃素為黃色。5.可見光,其波長為400760 nm。植物光合作用所能利用的光也在可見光范圍內(nèi)。6.各種色素分子之所以有不同的顏色,是因為它們吸收了某些波長的光而另一些波長的光則透過或被反射。葉綠體中的主要色素是葉綠素,這種色素吸收藍紫光和紅光而幾乎不吸收綠光,所以呈綠色。1.下列關(guān)于植物光合色素的提取和分離的說法,正確的是(  )A.色素提取的原理是在層析液中溶解度不同B.提取色素所用的菠菜葉需保持新鮮,不可烘干C.可能含有光合色素的生物膜有類囊體膜D.分離結(jié)果中擴散距離較近兩種色素主要由碳氫鏈組成C [色素分離的原理是在層析液中溶解度不同,A錯誤;提取色素所用的是新鮮菠菜,為了提高色素濃度,可先烘干,B錯誤;可能含有光合色素的生物膜有生物的類囊體膜,C正確;分離結(jié)果中擴散距離較近的兩種色素是葉綠素a和葉綠素b,含有CH、O、N、Mg,不是由碳氫鏈組成,D錯誤。]2.關(guān)于綠葉中色素的提取和分離實驗的敘述,錯誤的是(  )A.成熟的菠菜葉可用作光合色素提取的材料B.研磨時加入SiO2可防止色素被破壞C.畫濾液細線時重復(fù)的目的是增加色素的含量D.分離出的四條色素帶中最寬的是葉綠素aB [成熟的菠菜葉含有較多的與光合作用有關(guān)的色素,可用作光合色素提取的材料,A正確;色素的提取和分離實驗中,加入碳酸鈣的目的是防止色素被破壞,B錯誤;畫濾液細線時重復(fù)的目的是增加色素的含量,C正確;葉綠素a在四種色素中的含量最多,因此分離出的四條色素帶中最寬的是葉綠素a,D正確。]3.仙人掌的肉質(zhì)莖進行光合作用所需要的色素分布在(  )A.葉綠體的內(nèi)膜上  B.細胞質(zhì)基質(zhì)中C.葉綠體的類囊體薄膜上D.葉綠體基質(zhì)中C [在葉綠體的結(jié)構(gòu)中,類囊體構(gòu)成了基粒,在類囊體的片層結(jié)構(gòu)薄膜上分布著許多與光合作用有關(guān)的色素和酶。]4.下圖為用分光光度計測定葉片中兩類色素吸收不同波長光的曲線圖,請判定AB分別為何種色素(  )A.葉綠素、類胡蘿卜素 B.類胡蘿卜素、葉綠素C.葉黃素、葉綠素a D.葉綠素a、葉綠素bA [根據(jù)曲線圖分析可知,A主要吸收紅光和藍紫光,B主要吸收藍紫光。因此A應(yīng)為葉綠素,B應(yīng)為類胡蘿卜素。]5.通過科學(xué)實驗發(fā)現(xiàn),土壤中缺磷會導(dǎo)致植株矮小,葉色暗綠,依據(jù)葉色變化判斷可能是缺少類胡蘿卜素。試設(shè)計實驗探究葉色暗綠是否由缺磷造成類胡蘿卜素缺乏所致。實驗所需主要用具:試劑、燒杯、漏斗、試管、研缽、完全培養(yǎng)液、只缺磷的完全培養(yǎng)液、無水乙醇、SiO2、CaCO3、層析液等。實驗材料:正常生長的黃瓜幼苗。(1)實驗假設(shè):___________________。(2)實驗步驟:取兩個燒杯,分別編號為A、B,各放入________________的黃瓜幼苗。A燒杯中加入適量________________,向B燒杯中加入________________,置于相同且適宜的條件下培養(yǎng),培養(yǎng)到兩組黃瓜幼苗葉片出現(xiàn)差異時。分別從A、B兩組中選取等量葉片,用________________提取葉片色素,用________________法分離色素,觀察比較_____(3)實驗結(jié)果預(yù)測:______________________________________________________________,說明葉色暗綠不是由缺磷導(dǎo)致類胡蘿卜素缺乏所致;______________________________________________________________,說明葉色暗綠是由缺磷導(dǎo)致類胡蘿卜素缺乏所致。解析:(1)依據(jù)實驗探究的目的可以作出缺磷導(dǎo)致類胡蘿卜素缺乏,從而引起葉色暗綠的假設(shè)。(2)由于本實驗的自變量是磷的有無,故需要設(shè)置A、B兩組,A組用完全培養(yǎng)液培養(yǎng),B組用只缺磷的完全培養(yǎng)液培養(yǎng),實驗的因變量是葉片中類胡蘿卜素含量。要檢測葉色暗綠是否由類胡蘿卜素缺乏引起,可用紙層析法進行判斷。(3)AB兩組葉片中類胡蘿卜素含量相近,說明葉色暗綠不是由缺磷導(dǎo)致的類胡蘿卜素缺乏所致;若B組葉片中類胡蘿卜素含量少于A組或沒有,說明葉色暗綠是由缺磷導(dǎo)致的類胡蘿卜素缺乏所致。答案:(1)缺磷導(dǎo)致類胡蘿卜素缺乏,從而引起葉色暗綠 (2)同一品種且長勢相近、苗齡相同 完全培養(yǎng)液 等量的只缺磷的完全培養(yǎng)液 95%的酒精 紙層析 AB兩組色素帶中類胡蘿卜素色素帶的寬度和顏色的深淺(3)A、B兩組類胡蘿卜素色素帶一致 A組比B組類胡蘿卜素色素帶寬,或B組缺少類胡蘿卜素色素帶

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第五節(jié) 光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能

版本: 浙科版 (2019)

年級: 必修1《分子與細胞》

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