【高中生物】光合作用與能量轉(zhuǎn)化（第1課時） 2023-2024學(xué)年高一生物上學(xué)期人教版2019必修1

第5章細胞的能量供應(yīng)和利用必修一分子與細胞新葉伸向和煦的陽光，蚱蜢覬覦綠葉的芬芳。它們?yōu)樯娑@取能量，能量在細胞里流轉(zhuǎn)激蕩！光合作用與能量轉(zhuǎn)化第一課時

捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)第5章第4節(jié)目錄

一、新課導(dǎo)入二、任務(wù)探究

三、課堂練習(xí)

問題探討新課導(dǎo)入你參觀或聽說過植物工廠嗎?植物工廠在人工精密控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營養(yǎng)液成分等條件下生產(chǎn)蔬菜和其他植物。有的植物工廠完全依靠LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍色和白色的光源。討論1.靠人工光源生產(chǎn)蔬菜有什么好處?2.為什么要控制二氧化碳濃度、營養(yǎng)液成分和溫度等條件?問題探討新課導(dǎo)入你參觀或聽說過植物工廠嗎?植物工廠在人工精密控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營養(yǎng)液成分等條件下生產(chǎn)蔬菜和其他植物。有的植物工廠完全依靠LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍色和白色的光源。討論1.靠人工光源生產(chǎn)蔬菜有什么好處?用人工光源生產(chǎn)蔬菜，可以避免由于自然環(huán)境中光照強度不足導(dǎo)致光合作用強度低而造成的減產(chǎn)。同時，人工光源的強度和不同色光是可以調(diào)控的，可以根據(jù)植物生長的情況進行調(diào)節(jié)，以使蔬菜產(chǎn)量達到最大。問題探討新課導(dǎo)入你參觀或聽說過植物工廠嗎?植物工廠在人工精密控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營養(yǎng)液成分等條件下生產(chǎn)蔬菜和其他植物。有的植物工廠完全依靠LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍色和白色的光源。討論2.為什么要控制二氧化碳濃度、營養(yǎng)液成分和溫度等條件?影響光合作用的因素很多，既有植物自身條件，也有外界環(huán)境條件。二氧化碳濃度、營養(yǎng)液和溫度是影響植物生長的重要外部條件，因此要進行控制，以便讓植物達到最佳的生長狀態(tài)。一、捕獲光能的色素【任務(wù)一】1.閱讀課本98頁和99頁的探究實踐“綠葉中色素的提取和分離”，描述本實驗的實驗原理、實驗方法和實驗步驟等。任務(wù)探究綠葉中色素的提取和分離提取原理綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中，所以，可以用無水乙醇提取綠葉中的色素。分離原理綠葉中的色素不只有一種，它們都能溶解在層析液中，但不同的色素溶解度不同。溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快，反之則慢。這樣，綠葉中的色素就會隨著層析液在濾紙上的擴散而分開。紙層析法一、捕獲光能的色素實驗原理實驗方法新鮮菠菜葉新鮮的綠葉（如菠菜的綠葉）一、捕獲光能的色素實驗選材選新鮮綠色的葉片，使濾液中的色素含量高。實驗步驟1.提取綠葉中的色素2.制備濾紙條3.畫濾液細線4.分離綠葉中的色素5.觀察與記錄加入碳酸鈣，目的是防止色素被破壞（保護色素）。是為了防止乙醇揮發(fā)，防止色素分解。加入二氧化硅，目的是研磨充分。加入無水乙醇，目的是溶解色素。將綠葉的主葉脈剪去，剪碎葉片，放入研缽中。1放入少許二氧化硅和碳酸鈣，再加入5~10mL無水乙醇。迅速、充分地進行研磨。231.提取綠葉中的色素一、捕獲光能的色素用單層尼龍布能過濾葉脈及SiO2等研磨液中的雜質(zhì)。不能用濾紙過濾，濾紙會吸附色素，降低濾液中色素的含量，使實驗效果不明顯。利用基部放有單層尼龍布的玻璃漏斗對研磨液進行過濾。將濾液收集到試管中，及時用棉塞將試管口塞嚴(yán)。45加塞棉塞目的是減少乙醇揮發(fā)，防止色素氧化。1.提取綠葉中的色素一、捕獲光能的色素將干燥的定性濾紙剪成寬度略小于試管直徑、長度略小于試管長度的濾紙條，再將濾紙條一端剪去兩角，并在距這一端底部1cm處用鉛筆畫一條細的橫線。2.制備濾紙條一、捕獲光能的色素濾紙預(yù)先干燥處理，干燥濾紙透性好、吸收濾液多，使層析液在濾紙上快速擴散。濾紙條下端要剪去兩角，使層析液同步到達濾液細線，防止色素帶不整齊（避免邊緣效應(yīng)）。用毛細吸管吸取少量濾液，沿鉛筆線均勻地畫出一條細線，待濾液干后，再重畫一到兩次。（也可將濾液倒入培養(yǎng)皿，再用蓋玻片蘸取濾液，在橫線處按壓出均勻的細線）。3.畫濾液細線一、捕獲光能的色素濾液細線干燥后再重畫1-2次，為積累更多色素，使分離后色素帶清晰分明。濾液細線要求細、直、齊；使分離出的色素帶平整不重疊。將適量的層析液倒入試管中，將濾紙條（有濾液細線的一端朝下）輕輕插入層析液中，隨后用棉塞塞緊試管口。也可用小燒杯代替試管，用培養(yǎng)皿蓋住小燒杯。濾液細線不能觸及層析液，防止色素直接溶解于層析液中而無法得到色素帶。加棉塞或加蓋的目的是防止層析液揮發(fā)。一、捕獲光能的色素4.分離綠葉中的色素5.觀察與記錄一、捕獲光能的色素1.提取色素2.制備濾紙條3.畫濾液細線4.分離色素研磨過濾收集濾液干燥濾紙剪濾紙條鉛筆畫線吸取濾液用濾液畫線重復(fù)畫線葉綠體中色素的提取和分離實驗步驟歸納5.觀察與記錄一、捕獲光能的色素過程注意事項操作目的提取色素1選鮮嫩、深綠色的葉片2研磨時加無水乙醇3加少量SiO2和CaCO34迅速、充分研磨5盛濾液的試管管口加棉塞分離色素1濾紙預(yù)先干燥處理2濾液細線：直、細、均勻3濾液細線干燥后重復(fù)畫一兩次4濾液細線不觸及層析液使濾液中色素含量高溶解葉綠體中的色素研磨充分和保護葉綠素防止乙醇蒸發(fā)，并充分溶解色素防止乙醇揮發(fā)和色素氧化使層析液在濾紙上擴散速度快使分離的色素帶平整、不重疊使分離的色素帶清晰分明防止色素直接溶解到層析液中一、捕獲光能的色素【任務(wù)一】2.根據(jù)以上學(xué)習(xí)，完成以下表格。1.色素帶全部較淺或沒有的可能原因①研磨不充分或未加SiO2，色素未能充分提取出來（淺）；②材料過少或無水乙醇過多，色素溶液濃度?。\）；③畫濾液細線的次數(shù)偏少（淺）或忘記畫濾液細線（沒有）；④濾液細線接觸層析液，且時間較長，色素溶解到層析液中（沒有）。①選取的葉片是嫩黃葉或者老葉；②未加CaCO3，葉綠素部分被破壞；③色素提取液放置時間過長，導(dǎo)致葉綠素分解。濾紙條沒經(jīng)干燥處理，濾液細線未達到細、直的要求，導(dǎo)致色素擴散不一致。3.濾紙條色素帶重疊2.葉綠素a和葉綠素b色素帶較淺或者沒有的可能原因一、捕獲光能的色素【任務(wù)一】3.請對以下出現(xiàn)的異常實驗結(jié)果進行分析。二、色素的種類及對光的吸收吸收光能的色素分布在類囊體薄膜上葉綠素的功能：吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能。陽光是由不同波長的光組合成的復(fù)合光，在穿過三棱鏡時，不同波長的光會分散開，形成不同顏色的光帶，稱為光譜。分別讓不同顏色的光照射色素溶液，就可以得到色素溶液的吸收光譜。二、色素的種類及對光的吸收【任務(wù)二】1.閱讀課本99頁第一段和圖5-12，結(jié)合以下資料，說明不同色素對光的吸收有什么差別？①葉綠素主要吸收紅光和藍紫光；②葉綠素a和葉綠素b的吸收峰值不同；類胡蘿卜素和葉綠素的吸收峰值不同③類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，不吸收紅光；④葉綠體中的色素只吸收可見光，而對紅外光和紫外光等不吸收。二、色素的種類及對光的吸收1.溫室或大棚種植蔬菜時，應(yīng)選擇什么顏色的玻璃、塑料薄膜或補充光源？2.葉片呈綠色的原因？秋天葉片變黃的原因？3.楓葉秋天變紅色的原因？二、色素的種類及對光的吸收溫室或大棚種植蔬菜時，選擇無色透明的玻璃、塑料薄膜；補充光源可選擇紅光或藍紫光。葉子里面含較多葉綠素，而胡蘿卜素和葉黃素較少，到秋天時前者減少后者增多，導(dǎo)致顏色由綠變黃。秋天降溫時，植物體為適應(yīng)寒冷，體內(nèi)積累較多的可溶性糖，有利于形成紅色的花青素，而葉綠素逐漸降解，葉子呈現(xiàn)紅色。【任務(wù)二】2.結(jié)合以上知識，思考以下問題，小組討論完成。二、色素的種類及對光的吸收影響葉綠素合成的三大因素知識補充比較項目光合色素細胞液色素存在部位葉綠體液泡溶解性脂溶性水溶性代表種類類胡蘿卜素和葉綠素花青素顏色橙黃、黃、綠紅、藍、紫顏色變化不隨pH改變變化顏色隨pH改變變化顏色紅莧菜：炒菜菜湯出色，因為是水溶性的花青素。胡蘿卜：炒菜菜湯不出色，因為是脂溶性的胡蘿卜素。植物色素二、色素的種類及對光的吸收知識補充三、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進行光合作用外膜內(nèi)膜類囊體光合色素與光反應(yīng)有關(guān)的酶與暗反應(yīng)有關(guān)的酶基?；|(zhì)葉綠體適于光合作用的結(jié)構(gòu)：色素、相關(guān)的酶、基粒以及類囊體薄膜?！救蝿?wù)三】1.閱讀課本100頁思考討論“葉綠體功能”資料一，說明葉綠體除了吸收光能以外，還有什么功能嗎？極細的光束黑暗中——集中于葉綠體被光束照射的部位光下——分布于葉綠體所有受光部位水綿需氧細菌結(jié)論：光合作用產(chǎn)生氧氣，葉綠體是光合作用的場所。三、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進行光合作用恩格爾曼

實驗一1.為什么選用水綿和好氧細菌作為實驗材料？2.為什么選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境？3.為什么先用極細光束照射水綿，而后又讓水綿完全暴露在光下？水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察;好氧細菌可確定釋放O2的部位。選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境，可排除光線和氧的干擾。用極細光束照射，葉綠體上可分為光照多和光照少的部位，相當(dāng)于一組對比實驗；臨時裝片暴露在光下的實驗再一次驗證實驗結(jié)果。三、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進行光合作用【任務(wù)三】2.閱讀課本100頁思考討論“葉綠體功能”資料一，完成以下問題。三、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進行光合作用結(jié)論：葉綠體主要吸收紅光和藍紫光。照射水綿好氧細菌聚集在紅光和藍紫光的區(qū)域三棱鏡恩格爾曼

實驗二【任務(wù)三】3.閱讀課本101頁思考討論“葉綠體的功能”資料二，完成以下問題。1.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？2.綜合上述資料，你認為葉綠體具有什么功能？思考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O2，適于好氧細菌在此區(qū)域分布。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。三、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進行光合作用【任務(wù)三】4.閱讀課本101頁思考討論“葉綠體的功能”資料二，完成以下問題。課堂練習(xí)1.(2023·全國·歷年真題)植物葉片中的色素對植物的生長發(fā)育有重要作用。下列有關(guān)葉綠體中色素的敘述，錯誤的是（）A.氮元素和鎂元素是構(gòu)成葉綠素分子的重要元素B.葉綠素和類胡蘿卜素存在于葉綠體中類囊體的薄膜上C.用不同波長的光照射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在藍紫光區(qū)有吸收峰D.葉綠體中的色素在層析液中的溶解度越高，隨層析液在濾紙上擴散得越慢課堂練習(xí)【解析】【分析】本題考查葉綠體色素的種類和功能、及其提取和分離實驗的相關(guān)知識，意在考查學(xué)生的識記能力和判斷能力，運用所學(xué)知識綜合分析問題的能力。???????【解答】A、葉綠素的元素組成是C、H、O、N、Mg，所以氮元素和鎂元素是構(gòu)成葉綠素分子的重要元素，A正確；B、光反應(yīng)的場所是類囊體的薄膜，需要光合色素吸收光能，所以葉綠素和類胡蘿卜素存在于葉綠體中類囊體的薄膜上，B正確；C、類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，所以用不同波長的光照射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在藍紫光區(qū)有吸收峰，C正確；D、葉綠體中色素分離的原理是不同色素在層析液中溶解度不同，溶解度大的擴散得快，在濾紙條的最上方；溶解度小得擴散得慢，在濾紙條的最下方。因此，葉綠體中的色素在層析液中的溶解度越高，隨層析液在濾紙上擴散得速度越快，D錯誤。課堂練習(xí)2.(2023·湖北省·月考試卷)秋季楓樹等植物的葉片變?yōu)榧t色，主要是由于花青素增多而葉綠素含量降低所致，實驗小組對此進行實驗驗證：用無水乙醇提取葉片中色素，用層析液進行分離，結(jié)果濾紙條上出現(xiàn)四條色素帶，靠近層析液的兩條色素帶非常窄，有關(guān)推斷不合理的是A.變窄的是葉黃素和葉綠素aB.低溫葉綠素容易被破壞C.濾紙條未顯現(xiàn)花青素的原因可能是花青素為水溶性色素D.葉綠素易溶于無水乙醇課堂練習(xí)【解析】【分析】本題主要考查葉綠體色素的相關(guān)知識，要求學(xué)生能根據(jù)題干所給信息，結(jié)合所學(xué)知識，分析和解決問題的能力，屬于理解層次的考查?！窘獯稹緼.根據(jù)題意，變窄的是葉綠素b和葉綠素a，A錯誤；B.低溫葉綠素容易被破壞，而導(dǎo)致葉綠素含量降低，B正確；C.濾紙條未顯現(xiàn)花青素的原因可能是花青素為水溶性色素，不能溶解在無水乙醇中，C正確；D.葉綠素是有機物，有機物一般只溶于有機溶劑而不溶于水，無水乙醇是有機溶劑，D正確。故選A。課堂練習(xí)3.(2023·廣東省·月考試卷)葉綠體作為捕獲光能和能量轉(zhuǎn)換的主要場所，在植物的光合作用中起到不可替代的作用。下列有關(guān)說法錯誤的是()A.葉綠體中能夠吸收光能的色素只有葉綠素和葉黃素B.類囊體薄膜上的光反應(yīng)為葉綠體基質(zhì)中的