2019-2020年人教版生物必修一讲义：第5章+第4节 第1课时 捕获光能的色素和结构及
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第4节 能量之源——光与光合作用 第1课时 捕获光能的色素和结构
学习目标 1．说出叶绿体的结构和功能。(重点) 核心素养 1．通过对叶绿体的结构和功能的学习，2．说出叶绿体中色素的种类和作用。(重形成结构与功能相适应的生命观念。 点) 2．通过“绿叶中色素的提取和分离”实3．理解“绿叶中色素的提取和分离”的验，提高实验方案的实施及对实验结果实验原理和方法。(重难点) 的交流与讨论的能力。
一、叶绿体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]
试剂用品 作用 ①无水乙醇 ②SiO2 ③CaCO3 ④单层尼龙布
a．过滤
b．溶解色素、提取色素 c．有助于研磨充分 d．防止研磨中色素被破坏
【提示】 ①－b ②－c ③－d ④－a (3)实验步骤
取材：称取5 g绿叶，剪碎，放入研钵中 ↓ 研磨：
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↓
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：绿叶中的色素在层析液中的溶解度不同，它们随层析液在滤纸条上的扩散速度也不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。这样，色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。
(2)实验步骤
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二、色素的种类、作用和叶绿体的结构、功能 1．色素的种类、含量、颜色及吸收光谱 种类 颜色 吸收光谱 叶绿素(约占3/4) 叶绿素a 蓝绿色 叶绿素b 黄绿色 类胡萝卜素(约占1/4) 胡萝卜素 橙黄色 叶黄素 黄色 主要吸收红光和蓝紫光 主要吸收蓝紫光 2.叶绿体的形态结构、功能及色素的分布 (1)形态：扁平的椭球形或球形。 (2)结构模式图
?②基质：含有与暗反应有关的酶
?(3)结构? ③基粒：由类囊体堆叠而成，分布有内部?
??色素和与光反应有关的酶
↓决定
(4)功能：进行光合作用的场所。 ↑证明
(5)恩格尔曼的实验：好氧细菌只分布于叶绿体被光束照射的部位。
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。 ( )
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外表：①双层膜
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2．提取色素时加碳酸钙的目的是为了使研磨更充分。 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．× 色素分布在类囊体膜上。 4．× 叶绿素不吸收绿光。 5．√
[问题探究] 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。
3．实验结束后，某同学的滤纸条上没有出现色素带，请探讨其实验失败的可能原因。
提示：(1)忘记画滤液细线。
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(2)层析时滤液细线触及层析液。
[归纳总结]
1．实验材料和试剂
(1)材料
叶片要新鲜、颜色要深绿，这样的叶片含有的色素较多。 (2)试剂及作用
试剂名称 二氧化硅 碳酸钙 无水乙醇 层析液 2.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。
3．滤纸条上色素的分布和对光的吸收
作用 有利于绿叶的充分研磨和色素的释放 防止研磨中色素被破坏 溶解色素 分离色素
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： ①未加石英砂(二氧化硅)，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。
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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。
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．研磨时加入石英砂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
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析后，在滤纸上的排列顺序相同，色素带粗细可能不同。]
[问题探究] 1．一般植物的叶片在春、夏季为绿色，而在秋季呈黄色。请分析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，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，叶子呈现出了类胡萝卜素的颜色，所以呈现黄色。
2．叶绿体的结构有哪些特点与光合作用相适应？
提示：(1)叶绿体的色素分布在基粒的类囊体膜上，基粒和类囊体的数量很多，极大地扩展了受光面积。(2)类囊体膜和基质中分布有与光合作用有关的酶。 [归纳总结]
1．叶绿体中的色素与吸收光谱
色素功能和叶绿体的结构和功能
(1)叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。 (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吸收量大，对其他可见光并非不吸收，只是吸收量较少。
2．叶绿体功能的验证实验——恩格尔曼实验
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(1)实验过程及现象
?极细光束照射→好氧细菌集中于叶绿体被
水绵 ??黑暗?光束照射的部位
?――→? 无空气好氧细菌?完全曝光→好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。
1．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 C．叶黄素、叶绿素a
B．类胡萝卜素、叶绿素 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。]
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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
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。]
[课堂小结]
知识网络构建 核心语句背诵 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。
1．在进行“绿叶中色素提取和分离”的实验时，不让层析液没及滤液细线的原因是( )
A．滤纸上几种色素会扩散不均匀而影响实验结果 B．滤纸上的滤液细线会变粗而使色素太分散 C．色素会溶解在层析液中而使实验失败
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D．滤纸上的几种色素会混合起来不分散
C [叶绿体中的各种色素能够溶于有机溶剂，若在层析时，层析液没及滤纸条上的滤液细线，色素就会溶解在层析液中，导致层析后得不到色素带。]
2．下图为叶绿体结构示意图， 下列叙述不正确的是( )
A．1具有选择透过性
B．吸收光能的色素分布在2上 C．与光合作用有关的酶只分布在3中 D．叶绿体具有双层膜
C [叶绿体具有双层膜即图示1，属于生物膜，具有选择透过性；与光合作用有关的酶，在2类囊体薄膜上以及3叶绿体基质中均有分布。]
3．将竖直放置的水绵和某种好氧细菌的混合溶液放在暗处，白光透过三棱镜照在混合液处，一段时间后，好氧细菌的分布情况最可能是( )
A．随机、均匀分布在混合液中 B．集中分布在上下两侧 C．集中分布在中央位置 D．集中分布在溶液的下层
B [白光透过三棱镜后，红光分布在水绵上侧，蓝紫光分布在水绵下侧，由于色素主要吸收红光和蓝紫光，因此竖直放置的水绵在上侧和下侧光合作用较强，产生的氧气较多，好氧细菌在这两处集中分布。]
4．秋冬季节，由于叶绿体中的某类色素易被破坏，使叶片呈现黄色，导致叶片吸收光的能力减弱，其中吸收明显减少的是( )
A．黄光、红光
B．红光、蓝紫光
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C．蓝紫光、绿光 D．绿光、黄光
B [秋冬季节，叶绿素被破坏，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。] 5．下图为两种光照下同一植物叶片色素提取和分离的结果。据图回答：
(1)强光导致了该植物____________(填色素)含量降低，__________(填色素)含量增加有利于该植物抵御强光照。
(2)色素Ⅰ、Ⅱ的颜色分别为__________，色素Ⅲ、Ⅳ主要吸收______，正常光照下，含量最高的色素为__________。
(3)画滤液线时，滤液在点样线上要画__________次。 [答案] (1)叶绿素 类胡萝卜素
(2)橙黄色和黄色 红光和蓝紫光 叶绿素a (3)2～3
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