生物必修1《分子与细胞》一 捕获光能的色素和结构第1课时学案设计

这是一份生物必修1《分子与细胞》一 捕获光能的色素和结构第1课时学案设计，共10页。学案主要包含了捕获光能的色素，叶绿体的结构适于进行光合作用等内容，欢迎下载使用。

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





一、捕获光能的色素


1．绿叶中色素的提取和分离


(1)色素的提取


①原理


绿叶中的色素能溶解在有机溶剂——无水乙醇中。


②实验用品及作用[连线]


eq \x(试剂用品) eq \x(作用)


ⅰ.无水乙醇 a．过滤


ⅱ.SiO2 b．溶解色素、提取色素


ⅲ.CaCO3 c．有助于研磨充分


ⅳ.单层尼龙布 d．防止研磨时色素被破坏


提示：ⅰ－b ⅱ－c ⅲ－d ⅳ－a


③实验步骤


取材：称取5 g绿叶，剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中


↓


研磨：


↓


过滤：漏斗基部放一块单层尼龙布，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤


↓


收集：用小试管收集色素滤液，及时将试管口用棉塞塞紧


(2)色素的分离


①实验原理：绿叶中的色素能溶解在层析液中，但不同的色素的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。这样，绿叶中色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。


②实验步骤


eq \a\vs4\al(制备,滤纸条) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(剪滤纸条：将滤纸剪成略小于试管长与直径, ↓ 的滤纸条，并在一端剪去两角,,铅笔画线：在距去角的一端1 cm处用铅笔画,一条细的横线))


↓


eq \a\vs4\al(画滤,液细线) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(取滤液：用毛细吸管吸取少量滤液, ↓,画线：沿铅笔线均匀地画出一条细线, ↓,重复画线：待滤液干后，再重画一到两次))


↓


分离绿叶中的色素：将适量的层析液倒入试管中，将滤纸条


(有滤液细线的一端朝下)轻轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口


注意：不能让滤纸条上的滤液细线触及层析液


↓


观察结果：滤纸条上有四条色素带


2．色素的种类、含量、颜色及吸收光谱


二、叶绿体的结构适于进行光合作用


1．叶绿体的形态：一般呈扁平的椭球形或球形。


2．叶绿体亚显微结构模式图





(1)结构 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(外表：①双层膜,内部\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(②基质：含有与暗反应有关的酶,③基粒：由类囊体堆叠而成，分布有,色素和与光反应有关的酶))))


↓决定


(2)功能：进行光合作用的场所


↑证明


(3)恩格尔曼的实验：需氧细菌只分布在叶绿体有光束照射的部位。


3．叶绿体捕获光能、进行光合作用的物质基础


(1)叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子。


(2)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。





判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)


1．绿叶中色素分离的原理是色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。( )


2．提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分。( )


3．吸收光能的有关色素分布在叶绿体的内膜上。( )


4．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。( )


5．叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光。( )


提示：1.× 绿叶中色素分离的原理是色素在层析液中的溶解度不同。


2．× 加碳酸钙的目的是防止色素被破坏。


3．× 吸收光能的色素分布在类囊体膜上。


4．× 叶绿素不吸收绿光。


5．√





绿叶中色素的提取和分离


1．实验操作中的关键步骤


(1)研磨要迅速、充分：研磨充分使叶绿体完全破裂，可提取较多的色素。


(2)滤液细线要求：细、直、齐，含有较多的色素，所以应待滤液干后再画一到两次。


(3)滤液细线不能触及层析液，否则色素会溶解到层析液中，使滤纸条上得不到色素带。


2．滤纸条上色素的分布和对光的吸收





3．绿叶中色素的提取和分离实验的异常现象分析


(1)收集到的滤液中绿色过浅的原因分析


①未加二氧化硅(石英砂)，研磨不充分。


②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。


③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低。


④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


①忘记画滤液细线。


②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。


4．叶绿体中色素的吸收光谱分析





(1)叶绿体中的色素只吸收可见光，不吸收不可见光。


(2)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，也吸收少量其他颜色的光。


(3)叶绿体中的色素很少吸收绿光，绿光被反射，所以大多数叶片看起来呈绿色。





深化探究：1.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．实验操作时，为什么要将滤纸条的一端剪去两角？画滤液细线的要求是细、直、齐，且要在干燥后重复画一两次，请分析这样做的原因是什么。


提示：(1)剪去两角的目的是防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快。


(2)滤液细线要细、直、齐是为了使分离的色素不重叠，重复画线的目的是增加色素含量，使分离的色素带清晰，便于观察。





1．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扩散均匀且比较直


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


C [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项正确；滤纸条的一端剪去两角的目的是使色素带扩散均匀且比较直，防止色素带不整齐，B项正确；画滤液细线的要求是细、齐、直，待滤液干后，还要重复画一到两次，C项错误；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项正确。]


2．为研究高光强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(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是( )





A．强光下的幼苗相比正常光照下的绿色更深


B．强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成


C．四种色素在层析液中溶解度大小是Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ<Ⅳ


D．色素分离过程中如果滤液线触及石油醚，会缩短得到四条色素带的时间


B [根据题图来看：强光照导致该植物叶绿素含量降低，绿色变浅，A错误；强光照和正常光照相比，明显叶绿素含量降低，类胡萝卜素含量增加，可见强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成，B正确；四种色素在层析液中溶解度大小是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ，C错误；色素分离过程中如果滤液线触及石油醚，色素会溶解在层析液中，不会得到色素带，D错误。]


叶绿体的结构适于进行光合作用


1．叶绿体结构与功能的适应


(1)叶绿体基质和类囊体上含有与光合作用有关的酶。


(2)类囊体薄膜上分布有捕获光能的色素，且类囊体堆叠成基粒，增大了叶绿体内部的膜面积，为酶和色素提供了更多的附着位点。


2．叶绿体功能的验证实验——恩格尔曼实验


(1)实验过程及现象


eq \b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\c1(水绵需,氧细菌)) eq \(――→,\s\up9(黑暗),\s\d7(无空气)) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(极细光束照射→需氧细菌集中于叶,绿体被光束照射的部位,完全曝光→需氧细菌分布于叶绿体,所有受光部位))


(2)实验结论


①叶绿体是进行光合作用的场所。


②O2是由叶绿体释放的。


(3)实验设计的“四妙”


①实验材料选得妙：实验材料选择水绵和需氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察；用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。


②排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境，排除了空气中氧气和光的干扰。


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。





1．(2019·天津一中高一上期末)叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，其内有关结构中分布着光合色素及有关的酶。下列关于叶绿体及色素的叙述中正确的是( )


A．植物细胞都有叶绿体，叶绿体普遍分布在植物体的所有细胞中


B．叶绿素在高等植物体内有两种，叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色


C．同线粒体一样，叶绿体的内膜极大地扩展了受光面积


D．叶绿体中的色素只吸收红光和蓝紫光进行光合作用


B [植物见光的绿色部位的细胞才有叶绿体，A错误；叶绿素包括两种，叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色，B正确；叶绿体的类囊体极大地扩展了受光面积，C错误；叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用，D错误。]


2．恩格尔曼用极细的光束照射到载有水绵和需氧细菌的载玻片上(下左图)，将装片(下右图)暴露在光下，结果如下图所示。关于该实验说法错误的是( )





A．本实验结论是叶绿体在光照下可产氧


B．水绵和需氧细菌实验前要进行饥饿处理


C．光照的部位是该实验的自变量


D．真空和黑暗是实验的两个无关变量


B [需氧细菌聚集在带状叶绿体周围说明光合作用的过程中有氧气释放出来，A正确；水绵和需氧细菌实验前不需要进行饥饿处理，B错误；题述实验的自变量是水绵的照光部位，C正确；光照部位是题述实验的自变量，实验设计的巧妙之一是将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了环境中光线和氧的影响，从而确保实验能够正常地进行，真空和黑暗是实验的两个无关变量，D正确。]


[课堂小结]





1．关于叶绿素提取的叙述中错误的是( )


A．菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料


B．加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏


C．用乙醇提取的叶绿体色素中无胡萝卜素


D．研磨时加入二氧化硅可使叶片研磨更充分


C [叶绿体中的四种色素包括胡萝卜素，均溶于无水乙醇，C项错误；菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料，研磨时加入SiO2可使叶片研磨更充分，加入少许CaCO3，可以中和叶肉细胞中的有机酸，能避免叶绿素被破坏。]


2．下列有关绿叶中色素的提取和分离实验的叙述中，正确的是( )


A．叶绿素的提取需要加入层析液作为提取液


B．过滤时应使用单层尼龙布，并用棉塞塞住试管口


C．分离色素时应将滤液细线置于层析液中


D．选材不同，四条色素带在滤纸条上的排列顺序不同


B [提取叶绿素使用的是无水乙醇，层析液用于分离色素；过滤时使用单层尼龙布，并用棉塞塞住试管口，以防止挥发性强的无水乙醇挥发；分离色素时不能将滤液细线置于层析液中，否则色素会溶入层析液中；不同材料中四种色素在层析液中的溶解度相同，来自不同材料叶绿体中的四种色素含量可能不同，经过纸层析后，在滤纸上的排列顺序相同，色素带粗细可能不同。]


3．如图是叶片中两类色素的吸收光谱，试判定甲和乙分别为何种色素( )





A.叶绿素a、叶绿素b B．类胡萝卜素、叶绿素


C．叶黄素、叶绿素a D．叶绿素、类胡萝卜素


D [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。]


4．为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与需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


B [水绵中的叶绿体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，否则需氧细菌均匀分布，无法根据需氧细菌的聚集情况来确定叶绿体是否有放氧功能。]


5．分析下图，认识叶绿体的结构和功能，并完成相关问题：





(1)叶绿体是进行光合作用的场所。与光合作用有关的色素在[ ]____________上。


(2)与线粒体相比较，在结构上的相同点是________________，不同点是_________________。


(3)结构总是与功能相适应，试分析叶绿体的结构与功能的关系：______________。


[解析] (1)在叶绿体结构中，类囊体薄膜上分布有与光合作用有关的色素。(2)叶绿体和线粒体均为双层膜细胞器，线粒体内膜形成嵴，叶绿体有囊状结构。(3)叶绿体膜面积的增大，有利于光合作用的进行。


[答案] (1)2 类囊体薄膜


(2)都有双层膜结构，都有基质 叶绿体内膜光滑，线粒体内膜形成嵴，叶绿体有囊状结构，线粒体无囊状结构


(3)类囊体和基粒数目多，扩大了受光面积，有利于进行光合作用


课标内容要求
核心素养对接
1.说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量。


2．实验：提取和分离叶绿体色素。
1.生命观念——结构与功能观：叶绿体的结构尤其是基粒大大扩展了膜面积，与光合作用的功能相适应。


2．科学探究——实验思路及设计：科学设计提取和分离色素的实验步骤，注意每个操作步骤的规范性。
种类
叶绿素(约占3/4)
类胡萝卜素(约占1/4)
叶绿素a
叶绿素b
胡萝卜素
叶黄素
颜色
蓝绿色
黄绿色
橙黄色
黄色
吸收光谱
主要吸收红光和蓝紫光
主要吸收蓝紫光
知 识 网 络 构 建
核 心 语 句 归 纳
1.提取色素的原理是色素能溶解在无水乙醇等有机溶剂中。


2.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。


3.层析后滤纸条上自上而下的四条色素带依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。


4.叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。


5.色素分布于叶绿体类囊体薄膜上，而与光合作用有关的酶分布于类囊体薄膜和叶绿体基质中。