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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
班级 学号 姓名
1. 运用结构与功能观,说出叶绿体的结构与功能相适应。
2. 采用分析与比较的方法,说出叶绿体中色素的种类及功能。
3. 利用实验,探究绿叶中色素提取与分离的方法。
目标一、 绿叶中色素的提取和分离
1. 实验原理
无水乙醇 溶解度 溶解度
2. 实验流程
（1） 提取绿叶中的色素
① 取材：称取④ 绿叶，剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中。
② 研磨：向研钵中放入少许⑤二氧化硅和碳酸钙，再加入 ⑥无水乙醇，迅速、。
③过滤：漏斗基部放一块，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。
④ 收集：用试管收集滤液，及时用⑦棉塞将试管口塞严。
（2） 制备滤纸条
将干燥的定性滤纸剪成宽度略小于试管直径、长度略小于试管长度的滤纸条，再将滤纸条一端，并在距这一端底部⑧ 处用铅笔画一条细的横线。
（3） 画滤液细线→要细、齐、直
用⑨毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线。待⑩滤液干后，再重画 一到两次。
（4） 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）轻轻中，随后用棉塞塞紧试管口。
（5）观察结果——试管内滤纸条上有四条色素带，如下图所示：
3．色素的吸收光谱
(1)光谱：阳光是由不同波长的光组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。
(2)色素的吸收光谱
4.判断下列相关表述的正误
(1)不同色素在滤纸条上的扩散速度与其在层析液中的溶解度呈正相关。 (√)
(2)分离结束后,滤纸条上的颜色自上而下依次是黄绿色、蓝绿色、黄色和橙黄色。 (×)
(3)叶绿体中构成基粒的类囊体扩展了捕获光能的膜面积。 (√)
(4)所有植物细胞都有叶绿体。 (×)
(5)植物叶片之所以呈现绿色,是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光。 (×)
任务一　分析实验过程及结果
(一)色素的提取
阅读教材P98的“探究·实践”，回答相关问题：
1．已知色素存在于叶片的叶绿体中，提取色素时要破碎细胞及叶绿体，使色素充分释放。在酸性条件下，叶绿素分子卟啉环中的镁离子可以被氢离子取代，导致叶绿素被破坏。试分析色素提取时加入碳酸钙的作用是什么？
　色素提取时，研磨叶片会导致液泡中的有机酸释放出来，破坏叶绿素，碳酸钙可以中和酸性物质，保护叶绿素。
2．研磨时应注意什么？原因是什么？
　研磨时要迅速、充分。这样可以保证色素释放得更加充分且挥发量少。
3．过滤时漏斗基部的尼龙布能否用滤纸替代？原因是什么？
　不能。因为滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低。
4．某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，请结合实验步骤分析可能的原因有哪些？
　(1)未加入二氧化硅或研磨不充分，色素未能充分提取出来。(2)称取绿叶过少或加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小。(3)未加入碳酸钙或加入过少，部分色素分子被破坏。
(二)色素的分离
1．制备滤纸条时为什么要减去两角？
　减少边缘效应，使滤液同时到达滤液细线，防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快。
2．滤液细线的画线原则是什么？待滤液干后，再重画一到两次的目的是什么？
　画滤液细线的原则是细、直、齐。待滤液干后，再重画一到两次可以增加滤液细线中色素的含量。
3．为何滤液细线不能触及层析液？
　防止色素溶解在层析液中。
4．滤纸条上色素带的分布情况说明了什么？
　滤纸条上的色素带分布说明了绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散得快慢也不同。同时由于 4 种色素的颜色不同，也说明不同色素吸收了不同波长的光。
(三)结合色素的吸收光谱分析实际问题
1．冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜？为什么？
　无色。因为太阳光由七色光组成，所以用无色薄膜，植物可以获得更多的光能。
2．阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应选择什么颜色(“蓝紫光和红光”或“白光”)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？
　选择蓝紫光和红光。因为在照明灯功率相同的情况下，选用蓝紫光和红光的照明灯补充光源，植物利用光能的效率更高。
1．采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是(　　)
A．提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂
B．研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏
C．研磨时添加石英砂有助于色素提取
D．画滤液细线时应尽量减少样液扩散
2．实验材料的选择和不同的处理方式往往对实验结果有很大的影响。下列对叶绿体中色素的提取和分离实验的叙述，错误的是(　　)
A．若选择衰老的叶片为实验材料，结果最下方的两条色素带宽度变窄
B．若在研磨时没有加入二氧化硅，结果各条色素带均会变窄、颜色变浅
C．若层析时滤液细线触及层析液，会使滤纸条上无色素带或颜色变浅
D．若采用92号汽油作层析液层析，会使滤纸条上色素带的位置颠倒
3．某生物兴趣小组对教材中色素提取和分离的实验步骤进行了改进，采用水浴法提取叶绿体中的色素，主要操作如下图所示。下列叙述错误的是(　　)

A．加入碳酸钙的作用是防止色素被破坏
B．可以用蒸馏水代替无水乙醇提取叶绿体中的色素
C．水浴加热，用玻璃棒搅拌可加快色素的溶解
D．用纸层析法分离色素时，画好的滤液细线不能触及层析液
拓展延伸 长句特训 与高考接轨
（1） 能否用层析法提取液泡中的色素？不能。理由是液泡中的色素主要是花青素，花青素易溶于水，在有机溶剂中溶解度低，提取液中几乎不含花青素。
（2） 若滤纸条上下面两条色素带较浅，最可能的原因是①未加碳酸钙或加入量过少，叶绿素被破坏；②实验材料（如泛黄的叶片）中叶绿素的含量较少。
目标二、 叶绿体的结构和功能及恩格尔曼的实验
（一）叶绿体的结构和功能
1.结构:
(1)形态:一般呈扁平的椭球形或球形。
(2)结构:
2.功能:进行光合作用的场所。
（二）、恩格尔曼的实验
1.实验方法和现象:
实验 实验方法 现象
实验一 把载有水绵(叶绿体呈螺旋带状分布)和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内,在黑暗中用极细的光束照射水绵 细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中
实验二 把装置放在光下 细菌分布在叶绿体所有受光的部位
实验三 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片 细菌聚集在红光和蓝紫光区域
2.实验结论:恩格尔曼的实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。结合其他的实验证据,科学家们得出叶绿体是光合作用的场所这一结论。
任务二　分析叶绿体的功能
1．实验选择水绵和需氧细菌作为实验材料的优点是：水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。
2．为何要除去小室中原有的空气？
　选用没有空气的环境，可排除空气中氧气的干扰。
3．在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处？
　用极细光束照射，使叶绿体形成有光和无光部位，相当于一组对比实验。
4．为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？
　和黑暗条件下用极细光束照射进行对照，进一步明确实验结果完全是由光照射到叶绿体引起的。
5．由此实验能得出什么结论？
　叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。
6．在恩格尔曼的第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？
　这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放较多氧气，适于需氧细菌在此区域分布。
7．综合上述分析，你认为叶绿体具有什么功能？
　叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。
1. 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：制作载有水绵和需氧细菌的临时装片，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. 需氧细菌起指示作用
D. 水绵的带状叶绿体有利于设置对照实验
2. [2023·湖南长沙高一检测]下图甲是叶绿体结构模式图，图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列相关叙述正确的是( )
A. 图甲中生物膜的面积主要靠内膜向内折叠成嵴而增大
B. 图乙所示的结构来自图甲中的③
C. ③中的叶绿素在液泡中也有，不能进行光合作用
D. ATP的合成场所只有叶绿体
拓展延伸 长句特训 与高考接轨
（1） 红叶谷生态旅游文化区，每至深秋时节，树叶变红，成为一道亮丽的风景线。试从叶片色素的种类和含量角度分析，秋天树叶变红的原因是秋天天气转凉，气温降低，叶片中的叶绿素含量下降，液泡中花青素的颜色逐渐凸显出来，此季节花青素接近红色。
（2） 研究发现温度和光照都会影响叶绿素的合成，请简单设计实验，探究温度和光照对叶绿素合成的影响。（写出实验思路即可）选取相同的某种植物叶片平均分为四组，分别进行光照和低温、黑暗和低温、光照和室温、黑暗和室温处理，每隔一段时间检测叶绿素的含量。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. 运用结构与功能观,说出叶绿体的结构与功能相适应。
2. 采用分析与比较的方法,说出叶绿体中色素的种类及功能。
3. 利用实验,探究绿叶中色素提取与分离的方法。
目标一、 绿叶中色素的提取和分离
1. 实验原理
无水乙醇 溶解度 溶解度
2. 实验流程
（1） 提取绿叶中的色素
① 取材：称取④ 绿叶，剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中。
② 研磨：向研钵中放入少许⑤二氧化硅和碳酸钙，再加入 ⑥无水乙醇，迅速、。
③过滤：漏斗基部放一块，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。
④ 收集：用试管收集滤液，及时用⑦棉塞将试管口塞严。
（2） 制备滤纸条
将干燥的定性滤纸剪成宽度略小于试管直径、长度略小于试管长度的滤纸条，再将滤纸条一端，并在距这一端底部⑧ 处用铅笔画一条细的横线。
（3） 画滤液细线→要细、齐、直
用⑨毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线。待⑩滤液干后，再重画 一到两次。
（4） 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）轻轻中，随后用棉塞塞紧试管口。
（5）观察结果——试管内滤纸条上有四条色素带，如下图所示：
3．色素的吸收光谱
(1)光谱：阳光是由不同波长的光组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。
(2)色素的吸收光谱
4.判断下列相关表述的正误
(1)不同色素在滤纸条上的扩散速度与其在层析液中的溶解度呈正相关。 (√)
(2)分离结束后,滤纸条上的颜色自上而下依次是黄绿色、蓝绿色、黄色和橙黄色。 (×)
(3)叶绿体中构成基粒的类囊体扩展了捕获光能的膜面积。 (√)
(4)所有植物细胞都有叶绿体。 (×)
(5)植物叶片之所以呈现绿色,是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光。 (×)
任务一　分析实验过程及结果
(一)色素的提取
阅读教材P98的“探究·实践”，回答相关问题：
1．已知色素存在于叶片的叶绿体中，提取色素时要破碎细胞及叶绿体，使色素充分释放。在酸性条件下，叶绿素分子卟啉环中的镁离子可以被氢离子取代，导致叶绿素被破坏。试分析色素提取时加入碳酸钙的作用是什么？
　色素提取时，研磨叶片会导致液泡中的有机酸释放出来，破坏叶绿素，碳酸钙可以中和酸性物质，保护叶绿素。
2．研磨时应注意什么？原因是什么？
　研磨时要迅速、充分。这样可以保证色素释放得更加充分且挥发量少。
3．过滤时漏斗基部的尼龙布能否用滤纸替代？原因是什么？
　不能。因为滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低。
4．某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，请结合实验步骤分析可能的原因有哪些？
　(1)未加入二氧化硅或研磨不充分，色素未能充分提取出来。(2)称取绿叶过少或加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小。(3)未加入碳酸钙或加入过少，部分色素分子被破坏。
(二)色素的分离
1．制备滤纸条时为什么要减去两角？
　减少边缘效应，使滤液同时到达滤液细线，防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快。
2．滤液细线的画线原则是什么？待滤液干后，再重画一到两次的目的是什么？
　画滤液细线的原则是细、直、齐。待滤液干后，再重画一到两次可以增加滤液细线中色素的含量。
3．为何滤液细线不能触及层析液？
　防止色素溶解在层析液中。
4．滤纸条上色素带的分布情况说明了什么？
　滤纸条上的色素带分布说明了绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散得快慢也不同。同时由于 4 种色素的颜色不同，也说明不同色素吸收了不同波长的光。
(三)结合色素的吸收光谱分析实际问题
1．冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜？为什么？
　无色。因为太阳光由七色光组成，所以用无色薄膜，植物可以获得更多的光能。
2．阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应选择什么颜色(“蓝紫光和红光”或“白光”)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？
　选择蓝紫光和红光。因为在照明灯功率相同的情况下，选用蓝紫光和红光的照明灯补充光源，植物利用光能的效率更高。
1．采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是(　　)
A．提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂
B．研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏
C．研磨时添加石英砂有助于色素提取
D．画滤液细线时应尽量减少样液扩散
解析：选B　叶绿体色素能溶解在无水乙醇或丙酮等有机溶剂中，所以可用无水乙醇作为溶剂提取叶绿体色素，A正确；研磨时加入CaCO3可以防止叶绿素被氧化破坏，B错误；加入石英砂是为了使研磨更充分，从而使叶绿体中的色素释放出来，C正确；画滤液细线时应尽量减少样液扩散，防止色素带之间部分重叠，D正确。
2．实验材料的选择和不同的处理方式往往对实验结果有很大的影响。下列对叶绿体中色素的提取和分离实验的叙述，错误的是(　　)
A．若选择衰老的叶片为实验材料，结果最下方的两条色素带宽度变窄
B．若在研磨时没有加入二氧化硅，结果各条色素带均会变窄、颜色变浅
C．若层析时滤液细线触及层析液，会使滤纸条上无色素带或颜色变浅
D．若采用92号汽油作层析液层析，会使滤纸条上色素带的位置颠倒
解析：选D　选择衰老的叶片为实验材料，叶绿素的含量低，结果最下方的两条色素带宽度变窄，A正确；在研磨时没有加入二氧化硅，则研磨不充分，结果各条色素带均会变窄、颜色变浅，B正确；层析时滤液细线触及层析液，色素溶解在层析液中，会使滤纸条上无色素带或颜色变浅，C正确；采用92号汽油作层析液层析，滤纸条上色素带位置不变，D错误。
3．某生物兴趣小组对教材中色素提取和分离的实验步骤进行了改进，采用水浴法提取叶绿体中的色素，主要操作如下图所示。下列叙述错误的是(　　)

A．加入碳酸钙的作用是防止色素被破坏
B．可以用蒸馏水代替无水乙醇提取叶绿体中的色素
C．水浴加热，用玻璃棒搅拌可加快色素的溶解
D．用纸层析法分离色素时，画好的滤液细线不能触及层析液
解析：选B　加入碳酸钙的作用是防止研磨过程中色素被破坏，A正确；叶绿体中的色素易溶于无水乙醇等有机溶剂，不溶于水，不能用蒸馏水代替无水乙醇提取叶绿体中的色素，B错误；水浴加热，用玻璃棒搅拌可加快色素的溶解，C正确；用纸层析法分离色素时，画好的滤液细线不能触及层析液，否则，色素就溶解在层析液中，不会随层析液在滤纸条上扩散，D正确。
拓展延伸 长句特训 与高考接轨
（1） 能否用层析法提取液泡中的色素？不能。理由是液泡中的色素主要是花青素，花青素易溶于水，在有机溶剂中溶解度低，提取液中几乎不含花青素。
（2） 若滤纸条上下面两条色素带较浅，最可能的原因是①未加碳酸钙或加入量过少，叶绿素被破坏；②实验材料（如泛黄的叶片）中叶绿素的含量较少。
目标二、 叶绿体的结构和功能及恩格尔曼的实验
（一）叶绿体的结构和功能
1.结构:
(1)形态:一般呈扁平的椭球形或球形。
(2)结构:
2.功能:进行光合作用的场所。
（二）、恩格尔曼的实验
1.实验方法和现象:
实验 实验方法 现象
实验一 把载有水绵(叶绿体呈螺旋带状分布)和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内,在黑暗中用极细的光束照射水绵 细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中
实验二 把装置放在光下 细菌分布在叶绿体所有受光的部位
实验三 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片 细菌聚集在红光和蓝紫光区域
2.实验结论:恩格尔曼的实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。结合其他的实验证据,科学家们得出叶绿体是光合作用的场所这一结论。
任务二　分析叶绿体的功能
1．实验选择水绵和需氧细菌作为实验材料的优点是：水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。
2．为何要除去小室中原有的空气？
　选用没有空气的环境，可排除空气中氧气的干扰。
3．在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处？
　用极细光束照射，使叶绿体形成有光和无光部位，相当于一组对比实验。
4．为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？
　和黑暗条件下用极细光束照射进行对照，进一步明确实验结果完全是由光照射到叶绿体引起的。
5．由此实验能得出什么结论？
　叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。
6．在恩格尔曼的第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？
　这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放较多氧气，适于需氧细菌在此区域分布。
7．综合上述分析，你认为叶绿体具有什么功能？
　叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。
1. 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：制作载有水绵和需氧细菌的临时装片，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. 需氧细菌起指示作用
D. 水绵的带状叶绿体有利于设置对照实验
解析：选 。本实验的目的是验证叶绿体在光照下能够产生氧气，而与光的种类没有关系，不需要用三棱镜将混合光分解成连续光谱；为了防止环境中的氧气和光照对实验结果造成影响，应该排除氧气和光照；需氧细菌的分布密疏代表了氧气产生的多少；水绵的叶绿体便于观察且有利于设置对照实验。
2. [2023·湖南长沙高一检测]下图甲是叶绿体结构模式图，图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列相关叙述正确的是( )
A. 图甲中生物膜的面积主要靠内膜向内折叠成嵴而增大
B. 图乙所示的结构来自图甲中的③
C. ③中的叶绿素在液泡中也有，不能进行光合作用
D. ATP的合成场所只有叶绿体
解析：选 。图甲是叶绿体，主要通过大量的类囊体堆叠成基粒来增大膜面积；图甲中的③是类囊体，图乙含有光合色素，光合色素分布在类囊体的薄膜上，所以图乙所示结构来自图甲中的③；③中的色素是叶绿素和类胡萝卜素，与光合作用有关，液泡中的色素是花青素等，和光合作用没有关系；ATP的合成场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体。
拓展延伸 长句特训 与高考接轨
（1） 红叶谷生态旅游文化区，每至深秋时节，树叶变红，成为一道亮丽的风景线。试从叶片色素的种类和含量角度分析，秋天树叶变红的原因是秋天天气转凉，气温降低，叶片中的叶绿素含量下降，液泡中花青素的颜色逐渐凸显出来，此季节花青素接近红色。
（2） 研究发现温度和光照都会影响叶绿素的合成，请简单设计实验，探究温度和光照对叶绿素合成的影响。（写出实验思路即可）选取相同的某种植物叶片平均分为四组，分别进行光照和低温、黑暗和低温、光照和室温、黑暗和室温处理，每隔一段时间检测叶绿素的含量。

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