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1通过实验，理解绿叶中色素提取的原理，掌握色素的种类和作用。2结合教材图文，能够概述叶绿体的结构与功能，强化结构与功能相适应的观点。1可根据植物生长发育的不同阶段调节人工光源的颜色及强度，以利于提高产量。2因为二氧化碳是光合作用的原料，营养液成分会影响叶绿体的形成，温度会影响酶活性，因此二氧化碳浓度、营养液成分、温度等都会影响光合作用。知识点1捕获光能的色素请仔细阅读教材第97100页，完成下面的问题。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无水乙醇中。(2)步骤2分离绿叶中的色素(1)原理：不同色素在层析液中的溶解度不同，
2、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：3叶绿体中的色素和吸收光谱知识点2叶绿体的结构适于进行光合作用请仔细阅读教材第100101页，完成下面的问题。1叶绿体的结构(1)1外膜使其内部结构与细胞质基质分开，保证了叶绿体相对独立地进行代谢活动。(2)由3类囊体堆叠而成4基粒，增大了膜面积，增加了反应面积。(3)5叶绿体基质以及3类囊体的薄膜上含有与光合作用有关的酶。(4)3类囊体的薄膜上分布着能够吸收、传递和转化光能的色素。(5)5叶绿体基质中还含有少量的DNA和RNA。2叶绿体的功能下图是恩格尔曼的实验示意图。据图思考：(1)恩格尔曼的实验中好氧细菌只向叶绿体被光束照射到
3、的部位集中，说明光合作用放氧的部位是叶绿体。(2)在叶绿体的类囊体和基质中，含有多种进行光合作用的酶，说明光合作用的有关生化反应在叶绿体中进行。(3)叶绿体的功能：进行光合作用的场所。要点一绿叶中色素的提取和分离的实验分析1.提取色素的材料、试剂及关键步骤2.分离色素的关键步骤3.滤纸条上色素的分布和对光的吸收(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为：胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b。(记忆口决：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。4绿叶中色素的提取和分离实验的异常现象分析(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析未加
4、石英砂(二氧化硅)，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：滤液细线画的过粗。(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。【典例1】分别在、三个研钵中加2 g剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，即：深绿色、黄绿色、几乎无色。注：“”表示加，“”表示不加。则、三个研钵中的溶液颜色分别是()A几乎无色、黄绿色、深绿色B深绿色、几乎无色、黄绿色C黄绿色、深绿色、几乎无色D黄绿色、几乎无色、
5、深绿色解析由表格内容可知，研钵中未加入CaCO3和蒸馏水，CaCO3可保护叶绿素等色素免受破坏，研钵缺少CaCO3而导致部分叶绿素被细胞中的酶水解，因而提取液呈黄绿色。研钵中未加入无水乙醇，无水乙醇用于溶解色素，色素不溶于蒸馏水，因此研钵中的色素不能被溶解，因而溶液几乎无色。研钵中未加入蒸馏水，可得到正常的提取液，故溶液呈深绿色。答案D针对训练1学生利用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，出现了下列四种不同的层析结果。下列分析不合理的是()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CaCO
6、3解析甲图中没有提取到任何色素，有可能是用蒸馏水作溶剂，而色素不溶于水；乙图中得到色素的比例是合适的，但量都较少，说明可能是没有加入SiO2，使研磨不够充分；丙图中提取色素的含量较高，但叶绿素的含量低于类胡萝卜素的含量，说明该材料有可能是发黄的叶片；丁图中有可能是研磨时未加入CaCO3破坏了叶绿素，导致叶绿素的含量下降。答案C要点二分析叶绿体功能的验证实验1.实验材料：水绵、好氧细菌。2实验过程及现象3实验结论(1)叶绿体是进行光合作用的场所。(2)O2是由叶绿体释放的。4实验设计的“四妙”(1)实验材料选得妙：实验材料选择水绵和好氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可确定释
7、放氧气多的部位。(2)排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境，排除了氧气和光的干扰。(3)观测指标设计得妙：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)实验对照设计得妙：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。【典例2】为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予一定的条件，这些条件是()A光照、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液B光照、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液C黑暗、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液D黑暗、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液解析水绵中的叶绿体
8、通过光合作用释放氧气，光合作用需要光照和CO2，NaHCO3稀溶液可提供CO2，装片中不能有空气，否则好氧细菌均匀分布，无法根据好氧细菌的聚集情况来确定叶绿体是否有放氧功能。答案B针对训练2科学家设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到丝状的水绵体上，并在水绵的悬液中放入好氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图)，他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。这个实验的思路是()A细菌对不同的光反应不一，细菌聚集多的地方，水绵光合作用强B好氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强，则在该种光照射下植物光合作用强C好氧细菌聚集多的地方，水绵光合作用产生的有机物多，则在该种光照射下植物光合
9、作用强D聚集的好氧细菌大量消耗光合作用产物O2，使水绵的光合作用速度加快，则该种光有利于光合作用解析普通白光经棱镜折射后，分散成不同色彩的光，在图b中由左到右光谱是按照红橙黄绿青蓝紫分布，好氧细菌的特性是分布在氧气浓度较高的环境中，图a中好氧细菌分布多的地方，氧气浓度高，氧气来自光合作用中的光反应，因此好氧细菌的分布体现出光合作用强度的不同。答案B附：练习与应用参考答案一、概念检测1(1)(2)(3)2.A二、拓展应用1有关。不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出了红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。水层对光波中的红、橙部分吸收显著多于对蓝、绿部分的吸
10、收，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，所以吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方。2略课后作业(十九)合格性考试必做题1下面有关叶绿体的叙述，正确的是()A叶绿体的色素分布在类囊体薄膜上B叶绿体的色素分布在外膜和内膜上C光合作用的酶只分布在叶绿体基质中D光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上解析叶绿体由内外双层膜、类囊体和基质三部分构成。类囊体是一种扁平的囊状结构，在类囊体薄膜上，有进行光合作用必需的色素和酶。许多类囊体堆叠成基粒，基粒之间充满着基质，其中含有与光合作用有关的酶。答案A2关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，不正确的是
11、()A可以用无水乙醇提取叶绿体中的色素B叶绿体中的色素能够分离的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同C研钵中加入二氧化硅、碳酸钙和绿叶后直接用杵棒进行研磨，不用作任何处理D滤液细线要画得细而直，避免色素带间的部分重叠解析在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，研磨前要向研钵中加入少许二氧化硅和碳酸钙，再加入10 mL无水乙醇，因此C项不正确。答案C3把新鲜的叶绿素溶液放在光源与分光镜之间，在光谱中可以看到最强的吸收区在()A绿光区 B红光和蓝紫光区C红光区 D黄橙光区解析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，因此最强的吸收区为红光和蓝紫光区，故选B。答案B4在叶绿体色素的提取和分离
12、实验中，收集到的滤液绿色过浅，其原因不可能是()A未加石英砂，研磨不充分B一次加入大量的丙酮提取C分次加入少量丙酮提取D使用放置数天的菠菜叶解析实验中收集到的滤液绿色过浅，一方面可能是绿叶放置时间过长，叶绿素分解了或研磨得不充分；另一方面可能是加入的溶剂过多，不会是分次加入少量丙酮提取所致。答案C5下列分离叶绿体中色素的装置正确的是()解析色素分离的方法：画好滤液细线的滤纸条下端要插入层析液中不要让滤液细线没入层析液中，因为色素易溶于层析液中，导致色素带不清晰，影响实验效果；要盖上培养皿盖，防止层析液挥发，因为层析液中的无水乙醇或丙酮等化学药剂都有挥发性，易产生危险(如爆炸)，也会影响色素分离
13、效果。答案A6下列关于叶绿体中色素的叙述，错误的是()A矿质元素能影响叶绿素的合成B提取叶绿素时选用层析液的原因是色素可溶于有机溶剂C低温条件下色素合成受阻D黄化苗中无叶绿素，但有其他色素存在解析Mg是合成叶绿素的主要元素；提取叶绿素是利用叶绿体中的色素溶解于有机溶剂如酒精或丙酮(相似相溶)，形成色素液，层析液的作用是溶解并分离不同色素，这是两个不同的过程；低温会降低酶的活性进而影响反应速度；黄化苗因缺光而不能产生叶绿素，所以变黄，但有其他色素存在。答案B7提取光合色素，进行纸层析分离，对该实验中各种现象的解释，正确的是()A未见色素带，说明材料可能为黄化叶片B色素始终在滤纸上，是因为色素不溶
14、于层析液C提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素bD胡萝卜素处于滤纸最前方，是因为其在提取液中的溶解度最高解析材料为黄化叶时，滤纸条上也应有胡萝卜素和叶黄素。色素溶于层析液后在滤纸上随层析液扩散，因胡萝卜素在层析液中溶解度最高，所以，胡萝卜素处于滤纸最前方。答案C8如图为用分光光度计测定叶片中两类色素吸收不同波长光波的曲线图，请判定A和B分别为何种色素()A叶绿素、类胡萝卜素B类胡萝卜素、叶绿素C叶黄素、叶绿素aD叶绿素a、叶绿素b解析据图分析，色素A吸收波峰为红光和蓝紫光，则表示叶绿素；色素B吸收波峰只有蓝紫光，则表示类胡萝卜素。答案A9美国科学家恩格尔曼利用一种绿藻(这种绿藻具有呈螺旋状的
15、叶绿体)研究光对光合作用的效应。他将该种绿藻放在一张载有细菌悬浮液的玻片上，这些细菌会移向氧浓度高的区域。他观察细菌在不同光照下的分布情况，结果如下图所示：(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了_。(2)该实验证实了光合作用的场所是_，吸收光能的色素和催化反应的酶分别分布在_、_。(3)恩格尔曼进行装置C的实验，其目的是_，在_光点的细菌特别多。解析(1)白光的光质较为均匀，好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好氧细菌的关系可以看出进行光合作用的位置在叶绿体上，色素分布在叶绿体的类囊体的薄膜上，而酶有的分布在类囊体上，
16、有的分布在叶绿体的基质中。(3)在C实验中的自变量是光质，主要有红、绿、蓝三色光，而在红光和蓝光光点的好氧细菌远远多于绿光光点。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基质中(3)找出不同颜色的光对光合作用的影响红光和蓝光等级性考试必做题10下列关于叶绿体基粒的说法中，正确的一组是()每个叶绿体基粒含有几个到几十个类囊体基粒的薄膜上有进行光合作用的色素基粒附着在内膜的突起嵴上光合作用有关的酶全都分布在基粒上A B C D解析叶绿体中的基粒是由几个或几十个类囊体堆叠形成的结构；光合作用有关的酶不仅分布在基粒上，而且还分布在叶绿体基质中，光合色素存在于类囊体薄膜上，故
17、正确。答案A11为研究强光照对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，如图为滤纸层析的结果(、为色素条带)。下列叙述不正确的是()A强光照导致了该植物叶绿素含量降低B类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照C色素、吸收光谱的吸收峰波长不同D画滤液线时，滤液在点样线上只能画一次解析A项对，由图示可知，强光下，、表示的叶绿素色素带变窄，说明叶绿素含量降低；B项对，强光照条件下，类胡萝卜素含量增加，说明类胡萝卜素含量增加有利于植物抵御强光照；C项对，是叶绿素a，是叶绿素b，都是主要吸收蓝紫光和红光，但吸收光谱的吸收峰波长不同；D项错，画滤液线时，滤液在点样线上画23次
18、。答案D12在叶绿体中色素的分离过程中，滤纸条上扩散速度最慢的色素及其主要吸收的光是()A叶绿素a，蓝紫光B叶绿素a，红光和蓝紫光C叶绿素b，蓝紫光D叶绿素b，红光和蓝紫光解析各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，叶绿素b溶解度小，扩散速度慢；叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光。答案D13某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析(从上至下)，与正常叶片相比，实验结果是()A光吸收差异显著，色素带缺第2条B光吸收差异不显著，色素带缺第2条C光吸收差异显著，色素带缺第3条D光吸收差异不显著，色素带缺第3条解析水稻叶片中的叶黄素缺失，其对蓝紫光的吸收减小，但对
19、红光的吸收无明显差异。色素层析条带从上至下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，叶黄素缺失则会导致色素层析条带从上至下缺失第2条。答案B14下图为正常绿色植物的叶绿素a的吸收光谱、叶绿体色素总吸收光谱以及光合作用的作用光谱(作用光谱代表各种波长下植物的光合作用效率)，以下对该图的分析错误的是()A图示表明叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光B总吸收光谱是代表叶绿体四种色素对光能的吸收C图示表明只有叶绿素a吸收的光能才能用于光合作用D总吸收光谱与光合作用的作用光谱基本一致，说明叶绿体色素吸收光能都能参加光合作用解析图示中，叶绿素a的吸收值有两个波峰，主要集中于红光和蓝紫光区；总吸收光谱是指叶绿体色
20、素总吸收值，叶绿体含四种光合色素；图示中，作用光谱的变化趋势与总吸收光谱非常相似，说明色素吸收的光均可用于光合作用。答案C15将长势相同的三盆麦苗分别置于钟罩内，如下图所示，若干天后，与丙盆相比，甲、乙两盆麦苗的长势是()A甲、乙、丙三盆麦苗长势相近B乙与丙长势相近，甲比丙长势差C甲与丙长势相近，乙比丙长势差D甲、乙长势都比丙好解析只有绿光能透过绿色透明膜，色素对绿光吸收最少，光合作用最弱，甲装置中麦苗长势较差；只有蓝紫光能够透过蓝紫色透明膜，色素对蓝紧光吸收较多，植物进行的光合作用较强，因此乙装置中麦苗长势较好；太阳光能够透过无色透明膜，植物进行的光合作用最强。答案B16下图表示某生物兴趣小
21、组利用韭菜宿根进行的实验流程，相关叙述错误的是()A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B两组实验的结果中共有色素带的颜色是黄色和橙黄色C两组实验的结果中吸收光谱最明显的差异出现在红光区域D在做提取韭黄色素的实验时，不加碳酸钙对滤液颜色的影响很大解析四种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越大，随着层析液扩散的速度越快，否则越慢，所以能用层析液将四种色素分离，A正确；“结果”中共有的色素带是胡萝卜素和叶黄素，它们的颜色分别是橙黄色和黄色，B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”吸收光谱最明显的
22、差异出现在红光区域，C正确；碳酸钙可以保护叶绿素，而韭黄几乎不含叶绿素，因此在做提取韭黄色素的实验时，不加碳酸钙对滤液颜色的影响不大， D错误。答案D17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：制作载有水绵和好氧细菌的临时装片，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好氧细菌起指示作用D水绵的带状叶绿体有利于设置对照实验解析本实验的目的是探究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；为了防止空气对实
23、验结果的影响，应该排除空气；好氧细菌的分布密疏，表示了氧气产生的多少；水绵的带状叶绿体便于观察且有利于设置对照实验。答案A18如图为“绿叶中色素的提取和分离”的过程简图。请据图回答：(1)分别在A、B、C三个研钵中加入5 g剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，即：深绿色、黄绿色、几乎无色。试回答：处理ABC二氧化硅(少量)碳酸钙(少量)无水乙醇(10 mL)蒸馏水(10 mL)注：“”表示加，“”表示不加。A处理得到的溶液颜色是_，原因是_。B处理得到的溶液颜色是_，原因是_。C处理得到的溶液颜色是_，原因是_。(2)图中步骤c画滤液细线的要求是_。(
24、3)图中步骤d关键应注意_；加盖的目的是_。(4)色素分离的结果是：相邻色素带间距离最宽的是_和_，它们的颜色分别是_和_，它们主要吸收_光。解析通过比较可知，A中未加CaCO3，使色素中的部分叶绿素受到破坏，所以溶液颜色为黄绿色；B中加入了SiO2和CaCO3，但研磨出的叶绿素等色素不能溶解于蒸馏水中，故溶液几乎无色；C中加入了SiO2和CaCO3，研磨出的叶绿素等色素能溶解于有机溶剂无水乙醇中，故溶液为深绿色。由实验结果可知：相邻色素带间距离最宽的是胡萝卜素和叶黄素。答案(1)黄绿色部分叶绿素受到破坏几乎无色叶绿体色素不溶于水深绿色大量叶绿体色素溶于无水乙醇中(2)细、直、齐，并且干燥后重复一两次(3)不要让滤液细线触及层析液防止层析液挥发(4)胡萝卜素叶黄素橙黄色黄色蓝紫