1、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新课程标准核心素养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.说明叶绿体适于进行光合作用的结构特点。1.生命观念认同叶绿体的结构特点与其作为光合作用的场所相适应。2.科学探究通过对“绿叶中色素的提取和分离”实验的操作，提升实验探究能力。知识点(一)绿叶中色素的提取和分离1原理(1)提取原理：绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。(2)分离原理：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实验用品及作用(连线)3实验步骤(1)色素的提取(2)色素的分离4叶
2、绿体色素的吸收光谱色素主要吸收的光光谱出现峰值的波长叶绿素叶绿素a蓝紫光、红光红光区：663 nm蓝紫光区：429 nm叶绿素b红光区：645 nm蓝紫光区：453 nm类胡萝卜素胡萝卜素蓝紫光450 nm左右有两个相邻的峰值叶黄素(1)分离色素时，在层析液中溶解度越高，则在滤纸条上扩散的速度越慢。()(2)研磨绿叶时，要加入二氧化硅、碳酸钙和无水乙醇。()(3)色素分离后，在滤纸条上从上至下的四条色素带分别是叶黄素、胡萝卜素、叶绿素a和叶绿素b。()(4)叶绿素和类胡萝卜素都主要吸收蓝紫光和红光。()1(科学探究)实验过程中，甲同学忘记加入二氧化硅和碳酸钙，乙同学忘记加入无水乙醇，丙同学加的
3、无水乙醇过多。请分析他们可能出现的实验结果。提示：甲同学研磨不充分，部分色素被破坏，过滤收集的滤液颜色浅。乙同学不能提取到色素。丙同学的滤液颜色浅，提取的滤液色素的浓度低。2(科学思维)实验结束后，某同学的滤纸条上没有出现色素带，请分析其实验失败的可能原因。提示：(1)忘记画滤液细线。(2)层析时滤液细线触及层析液。1绿叶中色素提取实验注意事项(1)分离色素时，一般选择新鲜的绿色叶片，因为新鲜绿叶中叶绿素的含量较高。(2)研磨过程中加入无水乙醇的作用是溶解色素。(3)研磨过程要迅速、充分，目的是防止乙醇挥发，并使色素充分溶解。(4)碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏，且主要保护的是叶绿素。(5)
4、二氧化硅的作用是使叶片研磨充分。(6)盛放滤液的试管口(烧杯)要塞严，目的是防止乙醇挥发和色素氧化。2绿叶中色素分离实验注意事项(1)制备滤纸条时：一要保证滤纸干燥，目的是使层析液能够在滤纸上快速扩散；二要剪去一端两角，目的是防止色素沿边缘扩散太快。(2)画滤液细线的要求是细、齐、直，目的是使分离出来的色素带平整不重叠。(3)画滤液细线时，要在首次画完干燥后再画12次，目的是使分离出的色素带清晰分明。(4)滤液细线一定不能触及层析液，以防止色素溶解在层析液中，在滤纸上观察不到色素带。(5)试管(小烧杯)一定要盖严，防止层析液中的成分挥发。3绿叶中色素的提取和分离实验的异常现象分析(1)收集到的
5、滤液中绿色过浅的原因分析未加二氧化硅(石英砂)，研磨不充分。使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低。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：滤液细线画得过粗。(3)滤纸条看不见色素带忘记画滤液细线。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。1.小明分别对紫藤的绿叶和黄叶进行了叶绿体中色素的提取和分离实验，结果如图。对该实验结果说明合理的是()A是紫藤绿叶的色素分离结果B结果表明叶片研磨不充分C紫藤黄叶中缺少叶绿素D紫藤黄叶中缺少类胡萝卜素解析：选C紫藤的绿叶中含有4种色素，经提取、分离后可出现4条色素带，应为图，
6、A错误；如果叶片研磨不充分，则提取到的色素量少，经分离仍有4条色素带，B错误；图缺少叶绿素a和叶绿素b两条色素带，说明紫藤黄叶中缺少叶绿素，C正确，D错误。2下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述中，错误的是()A研磨时加入CaCO3可防止叶绿素在酸性条件下分解B滤纸条的一端剪去两角的目的是使色素带均匀且比较直C画滤液细线时需迅速重复多画几次以增加色素的含量D滤纸条上相邻且距离滤液细线最远的两条色素带呈橙黄色和黄色解析：选C将剪碎的绿叶放入研钵后应该依次加入二氧化硅(充分研磨)、碳酸钙(防止色素被破坏)和无水乙醇(提取色素)，A正确；滤纸条的一端剪去两角的目的是使色素带均匀且比较直，防止
7、色素带不整齐，B正确；画滤液细线的要求是细、齐、直，待滤液干后，还要重复画几次，C错误；实验成功后应该可以清晰地看到滤纸条上有四条色素带，从上到下依次是胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色)，色素带的宽窄与色素含量相关，D正确。方法点拨此类考查课本基础实验的原理，要求学生掌握提取和分离叶绿体中色素的方法，理解实验目的、原理、方法和操作步骤，掌握相关的操作技能，能将这些实验涉及的方法和技能进行综合运用，并对实验现象和结果进行解释、分析、处理。知识点(二)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3功能：是进行光合作用的场所。4叶绿体功能的实验验
8、证(1)实验者：德国科学家恩格尔曼。(2)实验过程及现象(3)实验结论：O2是由叶绿体在光照条件下释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。(1)没有叶绿体的细胞一定不能进行光合作用。()(2)叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内。()(3)光合作用的酶分布于叶绿体内膜、外膜、类囊体薄膜和叶绿体基质中。()(4)叶绿体中色素吸收光能不需要酶的催化。()1(社会责任)一般植物的叶片在春、夏季为绿色，而在秋季呈黄色。出现这一现象的原因是什么？提示：在春、夏季节，叶子中叶绿素含量多于类胡萝卜素含量，叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以呈绿色。在秋季，叶绿素被破坏，类胡萝卜素完好，叶子呈现出类胡萝卜素的
9、颜色，所以呈现黄色。2(科学思维、科学探究)下图是恩格尔曼实验装置改装示意图。光线通过叶绿体色素提取液后照射玻片上的水绵，一段时间后，水绵周围需氧细菌分布无显著变化，请分析其原因。提示：光线通过叶绿体色素提取液后，红光和蓝紫光被吸收，水绵光合作用微弱，产生O2较少，因此需氧细菌分布无显著变化。(1)叶绿体是进行光合作用的场所。它内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。(2)恩格尔曼实验分析选材巧妙：水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于实验现象的观察；需氧细菌的分布可以显示氧气的释放部位。实验处理得当：把载有水绵和需氧细菌的临时装
10、片放在没有空气的黑暗环境中，排除了外界氧气和光照的影响，使实验更具说服力。实验对照设置合理：用极细的光束照射，叶绿体分为受光部位和不受光部位，形成一组对照；局部光照和完全光照也形成一组对照。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分别为外膜和内膜，具有选择透过性的功能特点B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为叶绿体基质，与光合作用无关D光合作用的酶分布在解析：选C是叶绿体外膜，是基粒，是基质，是内膜，光反应在基粒的类囊体薄膜上进行，暗反应在基质中进行，所以C选项错误。2把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的
11、黑暗环境里，然后用极细的光束照射水绵，通过显微镜观察发现，好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射的部位。该实验证明了()A叶绿体能产生营养物质B光合作用产生淀粉C光合作用释放的O2来自水D叶绿体是光合作用的场所解析：选D好氧细菌集中在被光束照射的叶绿体上，说明叶绿体产生O2，即进行了光合作用，所以叶绿体是进行光合作用的场所。要语必背网络构建一、要语必背1光合色素(1)可进行光合作用的细胞不一定都含有叶绿体(如蓝细菌等)，但是都有光合色素。(2)叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。(3)植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收
12、少，绿光被反射出来。(4)植物的液泡中含有的色素不参与光合作用。2叶绿体：进行光合作用的场所。它内部的类囊体薄膜上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。二、网络构建1关于叶绿体中色素的提取和分离实验的操作，正确的是()A使用定性滤纸过滤研磨液 B将干燥处理过的定性滤纸条用于层析 C在画出一条滤液细线后紧接着重复画线12次 D研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素 解析：选B在提取绿叶中色素时，漏斗基部放一块单层尼龙布进行过滤；纸层析法分离滤液中色素时，需用干燥的定性滤纸；画出一条滤液细线后需等滤液干后再画12次；研磨叶片时应用无水乙醇溶解色素。2在做“绿叶中
13、色素的提取和分离”实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂、药品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图中的()试剂甲乙丙丁无水乙醇水CaCO3SiO2ABCD解析：选B无水乙醇用于溶解绿叶中的色素，甲同学未加无水乙醇，其滤纸条上应无色素带，对应；CaCO3能够防止研磨时叶绿素被破坏，丙同学未加CaCO3，其滤纸条上叶绿素a、叶绿素b对应的色素带应较窄，对应；SiO2能够使研磨更充分，丁同学未加SiO2，其滤纸条上的四种色素带均应较窄，对应；乙同学操作正确，其滤纸条上的色素带应为正常的分布，对应。3如图为某次光合作用色素纸层析的实验结
14、果，样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝细菌经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是()A研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素B层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液C在敞开的烧杯中进行层析时，需通风操作D实验验证了该种蓝细菌没有叶绿素b解析：选D研磨时加入CaCO3的目的是防止叶绿素被破坏，故研磨时加入CaCO3过量不会破坏叶绿素，但会影响色素提取液的纯度，A错误；光合作用色素易溶于有机溶剂不溶于水，故层析液应选用有机溶剂，而生理盐水和磷酸盐缓冲液为无机溶剂，B错误；层析液易挥发，故进行层析时要用培养皿盖住烧杯，C错误；比较题图所示分离结果可知，该种蓝细菌没有叶黄素和叶绿素b，D正确。4植物光合作
15、用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是()A类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成B叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制C光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示D叶片在640660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的解析：选A类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光；叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制；作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应来绘制的，因此可用CO2吸收速率随光波长的变化来表示；叶绿素吸收640660 nm的红光，导致水光解释放O2。5下
16、图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。根据此图并结合所学知识分析，以下说法中正确的是()在晚间用大约550 nm波长的绿光照射行道树，目的是通过植物光合作用以增加夜间空气中的氧气浓度在通过纸层析法分离出来的色素带上，胡萝卜素的条带在最上面土壤中缺乏镁时，对420470 nm波长的光的利用率显著减少ABCD解析：选C由于叶片中各种色素对绿光吸收很少，所以夜间用绿光照射行道树，很难提高夜间氧气的浓度；四种色素中胡萝卜素在层析液中的溶解度最大，在滤纸上扩散的速率最快；土壤中缺乏镁会使叶绿素的含量降低，从而明显降低了对420470 nm波长的光的吸收。6德国科学家恩格尔曼利用一种绿藻(这种绿藻具有呈螺旋状
17、的叶绿体)，研究光对光合作用的效应。他将该种绿藻放在一块载有需氧细菌悬浮液的玻片上，这些细菌会移往氧浓度高的区域。他观察细菌在不同光照下的分布情况，结果如图所示。请回答下列问题：(1)描述B情况下细菌的分布情况如何？_。如此分布是因为光合作用释放_。(2)该实验证实了光合作用的场所是_，吸收光能的色素分布在_，催化反应的酶分布在_。(3)恩格尔曼进行装置C的实验，其目的是_，在_区域的细菌特别多。解析：(1)白光的光质较为均匀，需氧细菌主要分布在能进行光合作用产生O2的叶绿体周围。(2)通过螺旋状的叶绿体与需氧细菌的关系可以看出进行光合作用的场所是叶绿体，吸收光能的色素分布在叶绿体的类囊体簿膜上，而酶有的分布在类囊体上，有的分布在叶绿体的基质中。(3)在C实验中，自变量是光质，主要有红、绿、蓝三区，而在红光和蓝光区域的需氧细菌远远多于绿光区域。答案：(1)细菌集中在叶绿体周围O2(2)叶绿体类囊体的薄膜上类囊体上和叶绿体基质中(3)探究不同颜色的光对光合作用的影响红光和蓝光