
第4節(jié) 光合作用與能量轉(zhuǎn)化
第1課時(shí) 捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)
一、捕獲光能的色素
1.綠葉中色素的提取和分離
(1)色素的提取
①原理
綠葉中的色素能溶解在有機(jī)溶劑——無水乙醇中。
②實(shí)驗(yàn)用品及作用[連線]
eq \x(試劑用品) eq \x(作用)
ⅰ.無水乙醇 a.過濾
ⅱ.SiO2 b.溶解色素、提取色素
ⅲ.CaCO3 c.有助于研磨充分
ⅳ.單層尼龍布 d.防止研磨時(shí)色素被破壞
提示:?。璪 ⅱ-c ⅲ-d ⅳ-a
③實(shí)驗(yàn)步驟
取材:稱取5 g綠葉,剪去主葉脈,剪碎,放入研缽中
↓
研磨:
↓
過濾:漏斗基部放一塊單層尼龍布,將研磨液迅速倒入玻璃漏斗中進(jìn)行過濾
↓
收集:用小試管收集色素濾液,及時(shí)將試管口用棉塞塞緊
(2)色素的分離
①實(shí)驗(yàn)原理:綠葉中的色素能溶解在層析液中,但不同的色素的溶解度不同,溶解度高的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得快;反之則慢。這樣,綠葉中色素就會(huì)隨著層析液在濾紙上的擴(kuò)散而分開。
②實(shí)驗(yàn)步驟
eq \a\vs4\al(制備,濾紙條) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(剪濾紙條:將濾紙剪成略小于試管長與直徑, ↓ 的濾紙條,并在一端剪去兩角,,鉛筆畫線:在距去角的一端1 cm處用鉛筆畫,一條細(xì)的橫線))
↓
eq \a\vs4\al(畫濾,液細(xì)線) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(取濾液:用毛細(xì)吸管吸取少量濾液, ↓,畫線:沿鉛筆線均勻地畫出一條細(xì)線, ↓,重復(fù)畫線:待濾液干后,再重畫一到兩次))
↓
分離綠葉中的色素:將適量的層析液倒入試管中,將濾紙條
(有濾液細(xì)線的一端朝下)輕輕插入層析液中,隨后用棉塞塞緊試管口
注意:不能讓濾紙條上的濾液細(xì)線觸及層析液
↓
觀察結(jié)果:濾紙條上有四條色素帶
2.色素的種類、含量、顏色及吸收光譜
二、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用
1.葉綠體的形態(tài):一般呈扁平的橢球形或球形。
2.葉綠體亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖
(1)結(jié)構(gòu) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(外表:①雙層膜,內(nèi)部\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(②基質(zhì):含有與暗反應(yīng)有關(guān)的酶,③基粒:由類囊體堆疊而成,分布有,色素和與光反應(yīng)有關(guān)的酶))))
↓決定
(2)功能:進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所
↑證明
(3)恩格爾曼的實(shí)驗(yàn):需氧細(xì)菌只分布在葉綠體有光束照射的部位。
3.葉綠體捕獲光能、進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)
(1)葉綠體內(nèi)部巨大的膜表面上,分布著許多吸收光能的色素分子。
(2)在類囊體膜上和葉綠體基質(zhì)中,還有許多進(jìn)行光合作用所必需的酶。
判斷對(duì)錯(cuò)(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”)
1.綠葉中色素分離的原理是色素能溶解在有機(jī)溶劑無水乙醇中。( )
2.提取色素時(shí)加碳酸鈣的目的是使研磨更充分。( )
3.吸收光能的有關(guān)色素分布在葉綠體的內(nèi)膜上。( )
4.植物呈現(xiàn)綠色是由于葉綠素能有效地吸收綠光。( )
5.葉綠素a和葉綠素b主要吸收紅光和藍(lán)紫光。( )
提示:1.× 綠葉中色素分離的原理是色素在層析液中的溶解度不同。
2.× 加碳酸鈣的目的是防止色素被破壞。
3.× 吸收光能的色素分布在類囊體膜上。
4.× 葉綠素不吸收綠光。
5.√
綠葉中色素的提取和分離
1.實(shí)驗(yàn)操作中的關(guān)鍵步驟
(1)研磨要迅速、充分:研磨充分使葉綠體完全破裂,可提取較多的色素。
(2)濾液細(xì)線要求:細(xì)、直、齊,含有較多的色素,所以應(yīng)待濾液干后再畫一到兩次。
(3)濾液細(xì)線不能觸及層析液,否則色素會(huì)溶解到層析液中,使濾紙條上得不到色素帶。
2.濾紙條上色素的分布和對(duì)光的吸收
3.綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)的異?,F(xiàn)象分析
(1)收集到的濾液中綠色過淺的原因分析
①未加二氧化硅(石英砂),研磨不充分。
②使用放置數(shù)天的菠菜葉,濾液色素(葉綠素)太少。
③一次加入大量的無水乙醇,提取濃度太低。
④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:濾液細(xì)線畫得過粗。
(3)濾紙條看不見色素帶
①忘記畫濾液細(xì)線。
②濾液細(xì)線接觸到層析液,且時(shí)間較長,色素全部溶解到層析液中。
4.葉綠體中色素的吸收光譜分析
(1)葉綠體中的色素只吸收可見光,不吸收不可見光。
(2)葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光,類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光,也吸收少量其他顏色的光。
(3)葉綠體中的色素很少吸收綠光,綠光被反射,所以大多數(shù)葉片看起來呈綠色。
深化探究:1.實(shí)驗(yàn)過程中,甲同學(xué)忘記加入二氧化硅和碳酸鈣,乙同學(xué)忘記加入無水乙醇,丙同學(xué)加的無水乙醇過多。請(qǐng)分析他們可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
提示:甲同學(xué)研磨不充分,部分色素被破壞,過濾收集的濾液顏色淺。乙同學(xué)不能提取到色素。丙同學(xué)的濾液顏色淺,提取的濾液色素的濃度低。
2.實(shí)驗(yàn)操作時(shí),為什么要將濾紙條的一端剪去兩角?畫濾液細(xì)線的要求是細(xì)、直、齊,且要在干燥后重復(fù)畫一兩次,請(qǐng)分析這樣做的原因是什么。
提示:(1)剪去兩角的目的是防止層析液在濾紙條的邊緣擴(kuò)散過快。
(2)濾液細(xì)線要細(xì)、直、齊是為了使分離的色素不重疊,重復(fù)畫線的目的是增加色素含量,使分離的色素帶清晰,便于觀察。
1.下列有關(guān)“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)的敘述中,錯(cuò)誤的是( )
A.研磨時(shí)加入CaCO3可防止葉綠素在酸性條件下分解
B.濾紙條的一端剪去兩角的目的是使色素帶擴(kuò)散均勻且比較直
C.畫濾液細(xì)線時(shí)需迅速重復(fù)多畫幾次以增加色素的含量
D.濾紙條上相鄰且距離濾液細(xì)線最遠(yuǎn)的兩條色素帶呈橙黃色和黃色
C [剪碎的綠葉放入研缽后應(yīng)該依次加入二氧化硅(充分研磨)、碳酸鈣(防止色素被破壞)和無水乙醇(提取色素),A項(xiàng)正確;濾紙條的一端剪去兩角的目的是使色素帶擴(kuò)散均勻且比較直,防止色素帶不整齊,B項(xiàng)正確;畫濾液細(xì)線的要求是細(xì)、齊、直,待濾液干后,還要重復(fù)畫一到兩次,C項(xiàng)錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)成功后應(yīng)該可以清晰地看到濾紙條上有四條色素帶,從上到下依次是胡蘿卜素(橙黃色)、葉黃素(黃色)、葉綠素a(藍(lán)綠色)、葉綠素b(黃綠色),色素帶的寬窄與色素含量相關(guān),D項(xiàng)正確。]
2.為研究高光強(qiáng)對(duì)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(jìn)行紙層析,如圖為濾紙層析的結(jié)果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為色素條帶)。下列敘述正確的是( )
A.強(qiáng)光下的幼苗相比正常光照下的綠色更深
B.強(qiáng)光照可能抑制葉綠素的合成,促進(jìn)類胡蘿卜素的合成
C.四種色素在層析液中溶解度大小是ⅠⅣ,C錯(cuò)誤;色素分離過程中如果濾液線觸及石油醚,色素會(huì)溶解在層析液中,不會(huì)得到色素帶,D錯(cuò)誤。]
葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用
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(diǎn)。
2.葉綠體功能的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)——恩格爾曼實(shí)驗(yàn)
(1)實(shí)驗(yàn)過程及現(xiàn)象
eq \b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\c1(水綿需,氧細(xì)菌)) eq \(――→,\s\up9(黑暗),\s\d7(無空氣)) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(極細(xì)光束照射→需氧細(xì)菌集中于葉,綠體被光束照射的部位,完全曝光→需氧細(xì)菌分布于葉綠體,所有受光部位))
(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論
①葉綠體是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所。
②O2是由葉綠體釋放的。
(3)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的“四妙”
①實(shí)驗(yàn)材料選得妙:實(shí)驗(yàn)材料選擇水綿和需氧細(xì)菌。水綿的葉綠體呈螺旋帶狀,便于觀察;用需氧細(xì)菌可確定釋放氧氣多的部位。
②排除干擾的方法妙:沒有空氣的黑暗環(huán)境,排除了空氣中氧氣和光的干擾。
③觀測(cè)指標(biāo)設(shè)計(jì)得妙:用極細(xì)的光束點(diǎn)狀投射,葉綠體上可分為獲得光照多和光照少的部位,相當(dāng)于一組對(duì)照實(shí)驗(yàn)。
④實(shí)驗(yàn)對(duì)照設(shè)計(jì)得妙:進(jìn)行黑暗(局部光照)和曝光對(duì)照實(shí)驗(yàn),明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全是由光照引起的。
1.(2019·天津一中高一上期末)葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的細(xì)胞器,其內(nèi)有關(guān)結(jié)構(gòu)中分布著光合色素及有關(guān)的酶。下列關(guān)于葉綠體及色素的敘述中正確的是( )
A.植物細(xì)胞都有葉綠體,葉綠體普遍分布在植物體的所有細(xì)胞中
B.葉綠素在高等植物體內(nèi)有兩種,葉綠素a呈藍(lán)綠色,葉綠素b呈黃綠色
C.同線粒體一樣,葉綠體的內(nèi)膜極大地?cái)U(kuò)展了受光面積
D.葉綠體中的色素只吸收紅光和藍(lán)紫光進(jìn)行光合作用
B [植物見光的綠色部位的細(xì)胞才有葉綠體,A錯(cuò)誤;葉綠素包括兩種,葉綠素a呈藍(lán)綠色,葉綠素b呈黃綠色,B正確;葉綠體的類囊體極大地?cái)U(kuò)展了受光面積,C錯(cuò)誤;葉綠體中的色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光進(jìn)行光合作用,D錯(cuò)誤。]
2.恩格爾曼用極細(xì)的光束照射到載有水綿和需氧細(xì)菌的載玻片上(下左圖),將裝片(下右圖)暴露在光下,結(jié)果如下圖所示。關(guān)于該實(shí)驗(yàn)說法錯(cuò)誤的是( )
A.本實(shí)驗(yàn)結(jié)論是葉綠體在光照下可產(chǎn)氧
B.水綿和需氧細(xì)菌實(shí)驗(yàn)前要進(jìn)行饑餓處理
C.光照的部位是該實(shí)驗(yàn)的自變量
D.真空和黑暗是實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)無關(guān)變量
B [需氧細(xì)菌聚集在帶狀葉綠體周圍說明光合作用的過程中有氧氣釋放出來,A正確;水綿和需氧細(xì)菌實(shí)驗(yàn)前不需要進(jìn)行饑餓處理,B錯(cuò)誤;題述實(shí)驗(yàn)的自變量是水綿的照光部位,C正確;光照部位是題述實(shí)驗(yàn)的自變量,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的巧妙之一是將臨時(shí)裝片放在黑暗并且沒有空氣的環(huán)境中,排除了環(huán)境中光線和氧的影響,從而確保實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘5剡M(jìn)行,真空和黑暗是實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)無關(guān)變量,D正確。]
[課堂小結(jié)]
1.關(guān)于葉綠素提取的敘述中錯(cuò)誤的是( )
A.菠菜綠葉可被用作葉綠素提取的材料
B.加入少許CaCO3能避免葉綠素被破壞
C.用乙醇提取的葉綠體色素中無胡蘿卜素
D.研磨時(shí)加入二氧化硅可使葉片研磨更充分
C [葉綠體中的四種色素包括胡蘿卜素,均溶于無水乙醇,C項(xiàng)錯(cuò)誤;菠菜綠葉可被用作葉綠素提取的材料,研磨時(shí)加入SiO2可使葉片研磨更充分,加入少許CaCO3,可以中和葉肉細(xì)胞中的有機(jī)酸,能避免葉綠素被破壞。]
2.下列有關(guān)綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)的敘述中,正確的是( )
A.葉綠素的提取需要加入層析液作為提取液
B.過濾時(shí)應(yīng)使用單層尼龍布,并用棉塞塞住試管口
C.分離色素時(shí)應(yīng)將濾液細(xì)線置于層析液中
D.選材不同,四條色素帶在濾紙條上的排列順序不同
B [提取葉綠素使用的是無水乙醇,層析液用于分離色素;過濾時(shí)使用單層尼龍布,并用棉塞塞住試管口,以防止揮發(fā)性強(qiáng)的無水乙醇揮發(fā);分離色素時(shí)不能將濾液細(xì)線置于層析液中,否則色素會(huì)溶入層析液中;不同材料中四種色素在層析液中的溶解度相同,來自不同材料葉綠體中的四種色素含量可能不同,經(jīng)過紙層析后,在濾紙上的排列順序相同,色素帶粗細(xì)可能不同。]
3.如圖是葉片中兩類色素的吸收光譜,試判定甲和乙分別為何種色素( )
A.葉綠素a、葉綠素b B.類胡蘿卜素、葉綠素
C.葉黃素、葉綠素a D.葉綠素、類胡蘿卜素
D [葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光,類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光。]
4.為證實(shí)葉綠體有放氧功能,可利用含有水綿與需氧細(xì)菌的臨時(shí)裝片進(jìn)行實(shí)驗(yàn),裝片需要給予一定的條件,這些條件是( )
A.光照、有空氣、臨時(shí)裝片中無NaHCO3稀溶液
B.光照、無空氣、臨時(shí)裝片中有NaHCO3稀溶液
C.黑暗、有空氣、臨時(shí)裝片中無NaHCO3稀溶液
D.黑暗、無空氣、臨時(shí)裝片中有NaHCO3稀溶液
B [水綿中的葉綠體通過光合作用釋放氧氣,光合作用需要光照和CO2,NaHCO3稀溶液可提供CO2,裝片中不能有空氣,否則需氧細(xì)菌均勻分布,無法根據(jù)需氧細(xì)菌的聚集情況來確定葉綠體是否有放氧功能。]
5.分析下圖,認(rèn)識(shí)葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能,并完成相關(guān)問題:
(1)葉綠體是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所。與光合作用有關(guān)的色素在[ ]____________上。
(2)與線粒體相比較,在結(jié)構(gòu)上的相同點(diǎn)是________________,不同點(diǎn)是_________________。
(3)結(jié)構(gòu)總是與功能相適應(yīng),試分析葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系:______________。
[解析] (1)在葉綠體結(jié)構(gòu)中,類囊體薄膜上分布有與光合作用有關(guān)的色素。(2)葉綠體和線粒體均為雙層膜細(xì)胞器,線粒體內(nèi)膜形成嵴,葉綠體有囊狀結(jié)構(gòu)。(3)葉綠體膜面積的增大,有利于光合作用的進(jìn)行。
[答案] (1)2 類囊體薄膜
(2)都有雙層膜結(jié)構(gòu),都有基質(zhì) 葉綠體內(nèi)膜光滑,線粒體內(nèi)膜形成嵴,葉綠體有囊狀結(jié)構(gòu),線粒體無囊狀結(jié)構(gòu)
(3)類囊體和基粒數(shù)目多,擴(kuò)大了受光面積,有利于進(jìn)行光合作用
課標(biāo)內(nèi)容要求
核心素養(yǎng)對(duì)接
1.說明植物細(xì)胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量。
2.實(shí)驗(yàn):提取和分離葉綠體色素。
1.生命觀念——結(jié)構(gòu)與功能觀:葉綠體的結(jié)構(gòu)尤其是基粒大大擴(kuò)展了膜面積,與光合作用的功能相適應(yīng)。
2.科學(xué)探究——實(shí)驗(yàn)思路及設(shè)計(jì):科學(xué)設(shè)計(jì)提取和分離色素的實(shí)驗(yàn)步驟,注意每個(gè)操作步驟的規(guī)范性。
種類
葉綠素(約占3/4)
類胡蘿卜素(約占1/4)
葉綠素a
葉綠素b
胡蘿卜素
葉黃素
顏色
藍(lán)綠色
黃綠色
橙黃色
黃色
吸收光譜
主要吸收紅光和藍(lán)紫光
主要吸收藍(lán)紫光
知 識(shí) 網(wǎng) 絡(luò) 構(gòu) 建
核 心 語 句 歸 納
1.提取色素的原理是色素能溶解在無水乙醇等有機(jī)溶劑中。
2.不同色素在層析液中的溶解度不同,溶解度高的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得快,反之則慢。
3.層析后濾紙條上自上而下的四條色素帶依次是胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a和葉綠素b。
4.葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光,胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍(lán)紫光。
5.色素分布于葉綠體類囊體薄膜上,而與光合作用有關(guān)的酶分布于類囊體薄膜和葉綠體基質(zhì)中。
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這是一份高中生物人教版 (2019)必修1《分子與細(xì)胞》二 酶的特性第2課時(shí)導(dǎo)學(xué)案,共12頁。
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