光合作用與能量轉(zhuǎn)化課件-高一上學(xué)期生物人教版必修1

第4節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)化第1課時捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)學(xué)有目標——課標要求必明記在平時——核心語句必背1.闡明“綠葉中色素的提取和分離”實驗的原理與方法2.說出植物捕獲光能的色素的種類和作用3.運用結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念，解釋葉綠體適于進行光合作用的結(jié)構(gòu)特點1.無水乙醇能提取綠葉中的色素，層析液可分離色素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散得快，反之則慢3.層析后濾紙條上自上而下依次是胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a和葉綠素b4.葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光5.光合色素分布于葉綠體類囊體薄膜上，而與光合作用有關(guān)的酶則分布于類囊體薄膜和葉綠體基質(zhì)中【主干知識梳理】一、綠葉中色素的提取和分離1．提取綠葉中的色素(1)原理：綠葉中的色素能溶解在有機溶劑_________中。(2)實驗步驟無水乙醇2．分離綠葉中的色素(1)原理：不同色素在層析液中的_______不同，_________的隨層析液在濾紙上擴散得快，反之則慢。(2)實驗步驟溶解度溶解度高二、綠葉中色素的種類及葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能1．色素的種類及吸收光譜(1)葉綠素a：藍綠色，主要吸收_____________。(2)葉綠素b：黃綠色，主要吸收____________。(3)胡蘿卜素：_______，主要吸收藍紫光。(4)葉黃素：黃色，主要吸收_____光。藍紫光和紅光藍紫光和紅光橙黃色藍紫2．葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能(1)形態(tài)：一般呈扁平的_______或______。(2)結(jié)構(gòu)[填圖]：(3)功能：綠色植物進行_________的場所。橢球形球形光合作用【教材微點發(fā)掘】1．結(jié)合教材第99頁圖5-12回答有關(guān)問題：(1)從圖中可以讀出：葉綠素對___光和_____光的吸收量大；類胡蘿卜素對____光的吸收量大，對綠光吸收量_____，所以葉片呈現(xiàn)綠色。(2)秋天葉片變黃的原因：低溫破壞了_______，葉片呈現(xiàn)出___________的顏色。(3)溫室內(nèi)自然光照射的情況下，給植物人工補充哪些單色光對增產(chǎn)有利？提示：紅光、藍紫光屬于對植物光合作用最有效的光，因此可以補充這兩種光達到增產(chǎn)的目的。(4)溫室或大棚種植蔬菜，應(yīng)選用什么顏色的玻璃或塑料薄膜？提示：無色的玻璃或塑料薄膜。藍紫藍紫較少葉綠素類胡蘿卜素紅2．分離葉綠體中的色素，也可用如圖所示的方法(教材第99頁“討論”拓展)，即在圓心處滴加適量濾液，待干燥后再滴加適量層析液進行層析，結(jié)果會出現(xiàn)不同顏色的4個同心圓，請寫出①～④依次對應(yīng)的色素及顏色。答案：①——胡蘿卜素(橙黃色)

②——葉黃素(黃色)

③——葉綠素a(藍綠色)

④——葉綠素b(黃綠色)新知探究(一)捕獲光能的色素【探究·深化】[問題驅(qū)動]

1．下圖是提取和分離綠葉中色素的實驗步驟，請分析：(1)提取色素時，加入剪碎的葉片后還需要加入三種物質(zhì)，若A是二氧化硅，B、C分別是什么？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是碳酸鈣，作用是防止研磨中色素被破壞；C是無水乙醇，作用是溶解色素。(2)制備濾紙條時，剪去兩角的作用是什么？畫濾液細線有什么要求？提示：防止色素帶不整齊。畫濾液細線的要求是細、齊、直，還要重復(fù)畫幾次。(3)色素分離時，關(guān)鍵應(yīng)注意層析液不要沒及濾液細線，為什么？提示：否則濾液細線中的色素會溶解于層析液中，不能分離。2．結(jié)合分離到的色素在濾紙條上的分布情況圖示分析下列問題：(1)含量最多和最少的色素分別是哪兩種？提示：葉綠素a和胡蘿卜素。(2)在層析液中溶解度最高和最低的色素分別是哪兩種？提示：胡蘿卜素和葉綠素b。(3)分子結(jié)構(gòu)最相似的是哪兩種色素？提示：葉綠素a和葉綠素b。(4)某實驗小組得到的色素提取液顏色過淺，可能的原因有哪些？提示：研磨不充分，色素未能充分提取出來；稱取綠葉過少或加入無水乙醇過多，色素溶液濃度??；未加碳酸鈣或加入過少，色素分子部分被破壞。[重難點撥]

1．注意事項及原因分析過程注意事項操作目的提取色素選新鮮綠色的葉片使濾液中色素含量高研磨時加無水乙醇溶解色素加少量SiO2和CaCO3研磨充分和保護色素迅速、充分研磨防止乙醇揮發(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)和色素氧化續(xù)表分離色素濾紙預(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一兩次增加色素量；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．實驗結(jié)果——有關(guān)色素帶的分析(1)從色素帶的位置可知，各種色素在層析液中溶解度的高低依次為：胡蘿卜素＞葉黃素＞葉綠素a＞葉綠素b。(記憶口訣：胡、黃、a、b)(2)從色素帶的寬度可知，各種色素的含量一般情況下為：葉綠素a＞葉綠素b＞葉黃素＞胡蘿卜素?！镜漕}·例析】[典例1]某同學(xué)在進行綠葉中色素的提取和分離實驗時，進行了以下操作：①將5g新鮮菠菜葉片剪碎放入研缽中，加入無水乙醇后直接進行研磨②將預(yù)備好的濾紙條一端剪去兩角，在距這一端1cm處用鋼筆畫一條橫線③為增強實驗效果，將濾液細線畫粗些④將濾紙條畫有濾液細線的一端朝下，輕輕插入層析液中，讓濾液細線浸入層析液中這些操作錯誤的是

(

)A．①

B．①②C．①②③

D．①②③④[解析]

相關(guān)操作中，正確的做法是：①提取綠色葉片中的色素時，在將5g新鮮菠菜葉片剪碎放入研缽中后，應(yīng)加入少許二氧化硅和碳酸鈣，再加入5～10mL無水乙醇，進行迅速、充分地研磨。②制作濾紙條時，應(yīng)將預(yù)備好的濾紙條一端剪去兩角，在距這一端1cm處用鉛筆畫一條細的橫線，而不是用鋼筆。③畫濾液細線時，為確保色素帶分離整齊、不重疊，應(yīng)保證濾液細線細、直、齊，為增強實驗效果，應(yīng)重復(fù)畫線使濾液細線處積累較多色素。④分離色素時，應(yīng)將濾紙條畫有濾液細線的一端朝下，略微斜靠著燒杯的內(nèi)壁，輕輕插入層析液中，隨后蓋上培養(yǎng)皿，為了防止濾液細線中的色素溶于層析液中，不能讓濾液細線觸及層析液。故選D。[答案]

D[典例2]在做綠葉中色素的提取和分離實驗時，甲、乙、丙、丁四位同學(xué)對相關(guān)試劑的使用情況如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他們所得的實驗結(jié)果依次應(yīng)為

(

)A．①②③④ B．②④①③C．④②③① D．③②①④項目甲乙丙丁無水乙醇－＋＋＋水＋－－－CaCO3＋＋－＋SiO2＋＋＋－[解析]

由表格中信息可知，甲同學(xué)加的溶劑為水，而不是有機溶劑無水乙醇，色素不溶于水，因而提取不到葉綠體中的色素，所得結(jié)果應(yīng)為②；乙同學(xué)的操作正確，所得結(jié)果應(yīng)為④，即自上而下依次出現(xiàn)胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a和葉綠素b，且葉綠素a和葉綠素b的含量較多；丙同學(xué)盡管使用了有機溶劑無水乙醇，可以提取到色素，但由于未加CaCO3，葉綠素可能會被破壞，因而下邊的兩條色素帶比正常的窄，應(yīng)為①；丁同學(xué)未加SiO2，可能研磨不充分，導(dǎo)致各種色素的提取量均少于正常水平，應(yīng)為③。故選B。[答案]

B歸納拓展綠葉中色素提取和分離實驗的異?，F(xiàn)象分析(1)收集到的濾液綠色過淺的原因分析①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。②使用放置數(shù)天的綠葉，濾液色素(葉綠素)太少。③一次加入大量的無水乙醇，色素溶液濃度太低(正確做法：分次加入少量無水乙醇提取色素)。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：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。(3)濾紙條看不到色素帶：①忘記畫濾液細線；②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”?！緫?yīng)用·體驗】1．下列與綠葉中色素的提取和分離實驗有關(guān)的敘述，正確的是

(

)A．提取綠葉中的色素時只能用無水乙醇溶解色素B．研磨葉片后立即加入碳酸鈣可防止色素被破壞C．葉綠素b在層析液中的溶解度小于類胡蘿卜素D．不同綠葉中的色素在濾紙條上的色帶順序不同解析：綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇和丙酮中，A錯誤；葉綠體色素的提取實驗中研磨前加入碳酸鈣，可以保護葉綠體色素，防止色素被破壞，B錯誤；葉綠素b在層析液中溶解度最小，C正確；各色素帶順序由自身在層析液中的溶解度所決定的，溶解度大，擴散速度快，溶解度小，擴散速度慢，與綠葉種類無關(guān)，D錯誤。答案：C2．某班學(xué)生完成對新鮮菠菜葉進行綠葉中色素的提取和分離實驗時，由于各組操作不同，出現(xiàn)了以下四種不同的層析結(jié)果。下列分析最不合理的是

(

)A．甲可能誤用蒸餾水作提取液和層析液B．乙可能是因為研磨時未加入SiO2C．丙是正確操作得到的理想結(jié)果D．丁可能是因為研磨時未加入CaCO3解析：甲圖中沒有色素的原因可能是誤用蒸餾水作提取液和層析液；乙圖中色素含量較少，可能是因為研磨時未加入SiO2而導(dǎo)致研磨不充分；丙、丁圖中葉綠素含量比類胡蘿卜素含量低，原因可能是未加入CaCO3而導(dǎo)致葉綠素被破壞。故選C。答案：C新知探究(二)葉綠體中色素的功能【拓展·深化】1．色素的種類、含量、顏色及吸收光譜種類葉綠素(占3/4)類胡蘿卜素(占1/4)葉綠素a葉綠素b胡蘿卜素葉黃素顏色藍綠色黃綠色橙黃色黃色吸收光譜主要吸收藍紫光和紅光主要吸收藍紫光2.葉綠體色素的功能及應(yīng)用(1)葉綠體色素的主要功能是吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能。(2)植物綠葉呈現(xiàn)綠色的原因是其對綠光的吸收較少，綠光被反射出來。秋天葉片變黃的原因：低溫破壞了葉綠素，呈現(xiàn)出了類胡蘿卜素的顏色。部分植物葉片變紅的原因：低溫破壞了葉綠素，呈現(xiàn)出液泡中花青素的顏色。(3)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，溫室大棚應(yīng)使用無色透明的塑料薄膜或玻璃，因為它們能讓所有的光都透過，效果最好；若為大棚內(nèi)植物補充光照，應(yīng)選擇補充紅光或藍紫光，因為相同強度的紅光或藍紫光，比白光的光合作用強度要高?！镜漕}·例析】[典例]

(2017·全國卷Ⅲ)植物光合作用的作用光譜是通過測量光合作用對不同波長光的反應(yīng)(如O2的釋放)來繪制的。下列敘述錯誤的是

(

)A．類胡蘿卜素在紅光區(qū)吸收的光能可用于光反應(yīng)中ATP的合成B．葉綠素的吸收光譜可通過測量其對不同波長光的吸收值來繪制C．光合作用的作用光譜也可用CO2的吸收速率隨光波長的變化來表示D．葉片在640～660nm波長光下釋放O2是由葉綠素參與光合作用引起的[解析]

類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，不吸收紅光，A錯誤；葉綠素的吸收光譜可通過測量其對不同波長光的吸收值來繪制，B正確；作用光譜是通過測量光合作用對不同波長光的反應(yīng)來繪制的，因此可用CO2吸收速率隨光波長的變化來表示，C正確；葉綠素吸收640～660nm的紅光，導(dǎo)致水光解釋放O2，D正確。[答案]

A【應(yīng)用·體驗】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)，則圖甲、乙分別是

(

)A．胡蘿卜素、葉綠素的吸收光譜B．葉綠素、類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解析：從圖觀察，圖甲吸收光譜在藍紫光區(qū)和紅光區(qū)，應(yīng)為葉綠素分子的吸收光譜；圖乙吸收光譜只在藍紫光區(qū)，應(yīng)為類胡蘿卜素的吸收光譜。故選B。答案：B2．將在黑暗中放置一段時間的葉片均分為4小塊，分別置于不同的試管中，按下表進行實驗處理，其中著色最淺的葉片所在的試管是

(

)注：“＋”表示具有該條件。A．①

B．②C．③ D．④試管編號①②③④實驗處理CO2溶液＋＋＋＋光照白光藍光紅光綠光碘液＋＋＋＋解析：在不同的光照條件下，光合作用強度不同，葉綠體中的色素主要吸收紅光和藍紫光，對綠光幾乎不吸收，故在白光下，葉片光合作用最強，經(jīng)碘液處理后，著色最深；綠光下，葉片光合作用最弱，著色最淺。故選D。答案：D新知探究(三)葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能【探究·深化】[問題驅(qū)動]如圖是恩格爾曼的實驗示意圖，結(jié)合教材《思考·討論》的內(nèi)容思考：(1)恩格爾曼的第一個實驗中，需氧細菌只向葉綠體被光束照射到的部位集中，如果把裝置放在光下，細菌則分布在所有受光的部位。該實驗可以得出什么結(jié)論？提示：氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所。(2)恩格爾曼在選材、實驗設(shè)計上有什么巧妙之處？提示：①實驗材料選擇水綿和需氧細菌：水綿的葉綠體呈螺旋帶狀分布，便于觀察；用需氧細菌可確定釋放氧氣多的部位。②沒有空氣的黑暗環(huán)境：排除了氧氣和光的干擾。③用極細的光束點狀投射：葉綠體上可分為獲得光照多和獲得光照少的部位，相當于一組對照實驗。④進行黑暗、局部光照和曝光對照實驗：明確實驗結(jié)果完全是由光照引起的等。(3)在第二個實驗中，大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域，為什么？提示：這是因為水綿葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍紫光，在此波長光的照射下，葉綠體會釋放氧氣，適于好氧細菌在此區(qū)域分布。(4)綜合上述資料，你認為葉綠體具有什么功能？提示：葉綠體是進行光合作用的場所，并且能夠吸收特定波長的光。[重難點撥]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．恩格爾曼實驗分析(1)實驗材料選擇水綿和需氧細菌的原因：①水綿的葉綠體呈螺旋帶狀分布，便于觀察；②用需氧細菌可確定釋放氧氣多的部位。(2)沒有空氣的黑暗環(huán)境：排除了氧氣和光的干擾。(3)用極細的光束點狀投射：葉綠體上可分為獲得光照多和光照少的部位，相當于一組對照實驗。(4)進行黑暗(局部光照)和曝光對照實驗：明確實驗結(jié)果完全是由光照引起的?！镜漕}·例析】[典例]

如圖甲是葉綠體結(jié)構(gòu)模式圖，乙是從圖甲中取出的部分結(jié)構(gòu)放大圖。下列相關(guān)敘述正確的是

(

)A．甲中生物膜的面積主要靠內(nèi)膜向內(nèi)折疊成嵴而增大B．圖乙所示的結(jié)構(gòu)來自圖甲中的③C．③中的葉綠素在液泡中也有D．ATP的合成場所只有葉綠體[解析]

甲是葉綠體，主要通過大量的類囊體堆疊成基粒來增大膜面積，A錯誤；圖甲中的③是類囊體，圖乙含有光合色素，光合色素分布在類囊體薄膜上，所以圖乙所示結(jié)構(gòu)來自圖甲中的③，B正確；③中的色素是葉綠素和類胡蘿卜素，與光合作用有關(guān)，液泡中的色素是花青素等，和光合作用沒有關(guān)系，C錯誤；ATP合成場所是葉綠體、線粒體和細胞質(zhì)基質(zhì)，D錯誤。[答案]

B易錯提醒有關(guān)葉綠體的“三點提醒”(1)并不是所有的植物細胞都含有葉綠體，只有進行光合作用的細胞才含有葉綠體。(2)葉綠體的外膜與內(nèi)膜不含有色素。(3)葉綠體不是細胞進行光合作用的唯一場所，如藍細菌細胞沒有葉綠體，也能進行光合作用?！緫?yīng)用·體驗】1．如圖為葉綠體結(jié)構(gòu)示意圖，下列有關(guān)葉綠體結(jié)構(gòu)與功能的敘述，錯誤的是

(

)A．①和②具有選擇透過性B．③上既有光合色素又有與光合作用有關(guān)的酶C．③和④中都有與光合作用有關(guān)的酶D．有葉綠體的細胞才能進行光合作用解析：①②分別表示葉綠體的內(nèi)膜和外膜，它們具有選擇透過性，A正確；③為葉綠體的基粒，其上含有進行光合作用的色素和酶，④葉綠體基質(zhì)也是進行光合作用的場所，也具有與光合作用有關(guān)的酶，B、C正確；藍細菌不具有葉綠體，但能進行光合作用，D錯誤。答案：D2．為探究葉綠體吸收光能后是否有氧氣產(chǎn)生，某學(xué)者設(shè)計了以下實驗：制作載有水綿和需氧細菌的臨時裝片，用極細光束照射水綿，同時放在顯微鏡下觀察。下列關(guān)于該實驗的分析，錯誤的是

(

)A．在光束照射到水綿之前，應(yīng)該加三棱鏡將混合光分解成連續(xù)光譜B．臨時裝片應(yīng)放置在沒有空氣的黑暗環(huán)境中C．需氧細菌起指示作用D．水綿的帶狀葉綠體有利于設(shè)置對照實驗解析：本實驗的目的是驗證葉綠體在光照下能夠產(chǎn)生氧氣，而與光的種類沒有關(guān)系，不需用三棱鏡將混合光分解成連續(xù)光譜，A錯誤；為了防止空氣、光對實驗結(jié)果的影響，應(yīng)該排除空氣，把臨時裝片放在黑暗環(huán)境中，B正確；需氧細菌的分布密疏，表示了氧氣產(chǎn)生的多少，C正確；水綿的葉綠體便于觀察且有利于設(shè)置對照實驗，D正確。答案：A

3．1881年德國科學(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需氧細菌，觀察細菌的聚集情況(如圖)。他得出光合作用在紅光區(qū)和藍紫光區(qū)最強。這個實驗的思路是

(

)A．細菌對不同的光反應(yīng)不一樣，細菌聚集多的地方，細菌光合作用強B．需氧細菌聚集多的地方，O2濃度高，水綿光合作用強C．需氧細菌聚集多的地方，產(chǎn)生的有機物多，水綿光合作用強D．需氧細菌大量消耗O2，使水綿光合速率快，則該種光有利于光合作用解析：需氧細菌向O2

濃度高的地方聚集，光合作用能放出氧氣，且放氧速率與光合作用強度呈正相關(guān)，據(jù)此可推斷光合作用的放氧部位和光合作用強度。B項符合題意。答案：B科學(xué)探究——探究植物葉片顏色異常變化與色素的關(guān)系1．影響葉綠素合成的三大因素光照是影響葉綠素合成的主要條件，一般植物在黑暗中不能合成葉綠素，因而葉片發(fā)黃溫度溫度可影響與葉綠素合成有關(guān)的酶的活性，進而影響葉綠素的合成必需元素葉綠素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg將導(dǎo)致葉綠素無法合成，葉變黃2．探究植物葉片顏色異常變化與色素的關(guān)系【素養(yǎng)評價】1．關(guān)于高等植物葉綠體中色素的敘述，錯誤的是

(

)A．葉綠體中的色素能夠溶解在有機溶劑乙醇中B．構(gòu)成葉綠素的鎂可以由植物的根從土壤中吸收C．通常，紅外光和紫外光可被葉綠體中的色素吸收用于光合作用D．黑暗中生長的植物幼苗葉片呈黃色是由于葉綠素合成受阻引起的解析：提取綠葉中色素的原理是葉綠體中的色素能溶解在有機溶劑如無水乙醇中，A正確；葉綠素分子中含有鎂元素，鎂元素可以由植物根細胞通過主動運輸方式從土壤中吸收，也可以在葉面施肥后由葉片吸收，B正確；葉綠體中的色素吸收可見光用于光合作用，其中吸收的主要是可見光中的紅光和藍紫光，紅外光和紫外光不屬于可見光，C錯誤；葉綠素的合成需要光，在黑暗條件下葉綠素不能合成，故黑暗中生長的植物幼苗葉片主要呈現(xiàn)類胡蘿卜素(葉黃素和胡蘿卜素)的顏色，即幼苗葉片表現(xiàn)為黃色，D正確。答案：C2．植物的生長發(fā)育需要根從土壤中吸收水分和各種礦質(zhì)元素，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)葉色變化推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是因為缺磷造成類胡蘿卜素缺乏所致。實驗所需主要用