资源简介

5.4.1捕获光能的色素和结构学案
【学习目标】
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。
【学习重难点】
教学重点：1、叶绿体适于光合作用的结构特点
教学难点：1、光合作用过程中物质和能量的变化及相互关系
2、探究影响光合作用强度的环境因素
【预习新知】
捕获光能的色素
1．生物圈得以维持运转的基础：太阳光能的输入、捕获和转化。唯一能够捕获和转化光能的生物学途径：光合作用。
2．实验：绿叶中色素的提取和分离
(1)实验原理
(2)实验步骤
提取色素
②分离色素
3．观察结果
滤纸条上色素带有四条，如下图所示：
结果分析：
(1)色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有四种色素。
(2)色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素含量越多。色素带最宽的是叶绿素a，最窄的是胡萝卜素，叶绿素b的色素带比叶黄素的稍宽。
(3)色素带扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越高。
(4)相邻两条色素带之间距离最远的是胡萝卜素和叶黄素，最近的是叶绿素a和叶绿素b。
4．绿叶中色素的吸收光谱
(1)光谱：阳光是由不同波长的光组合而成的复合光，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)叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
叶绿体的结构适于进行光合作用
1．叶绿体中色素的吸收光谱
色素种类 吸收光 吸收光谱图示
叶绿素(含量约占3/4) 叶绿素a (蓝绿色) 吸收红光和蓝紫光
叶绿素b (黄绿色) 吸收红光和蓝紫光
类胡萝卜素(含量约占1/4) 胡萝卜素(橙黄色) 吸收蓝紫光
叶黄素(黄色) 吸收蓝紫光
2.叶绿体的结构及功能
(1)结构：
①双层膜：分为内膜和外膜，其主要功能是控制物质进出叶绿体。
②基粒：由囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的四种色素就分布在类囊体的薄膜上。
③基质：在基粒与基粒之间充满基质，基质中含有与光合作用有关的酶。
(2)功能：
叶绿体内的基粒和类囊体扩展了受光面积，含有许多吸收光能的色素分子和光合作用所必需的酶，因此叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
3．叶绿体功能的验证实验
(1)实验过程及现象：
(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)实验设计巧妙之处：
①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的部位。
②没有空气的黑暗环境：排除了氧气和光的干扰。
③用极细的光束点状投射：叶绿体上可分为获得光照和无光照的部位，相当于一组对照实验。
④进行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的对照实验：明确实验结果完全是由光照引起的。
【易错提示】
（1）分离色素时，在层析液中溶解度越高的，则在滤纸条上扩散的速度越慢（ ）
（2）研磨绿叶时，要加入二氧化硅、碳酸钙和无水乙醇（ ）
（3）色素分离后，在滤纸条上从上至下的四条色素带分别是叶黄素、胡萝卜素、叶绿素a和叶绿素b（ ）
（4）叶绿素和类胡萝卜素都主要吸收蓝紫光和红光（ ）
答案：（1）×（2）√（3）×（4）×
【巩固训练】
1.下列关于几种元素与光合作用关系的叙述中，正确的是( )
A.C是组成糖类的基本元素，在光合作用中C元素从CO2先后经C3、C5形成(CH2O)
B.N是叶绿素的组成元素之一，没有N植物就不能进行光合作用
C.O是构成有机物的基本元素之一，光合作用制造的有机物中的氧来自水
D.P是构成ATP的必需元素，光合作用中光反应和暗反应过程均有ATP的合成
2.如图为光合作用反应过程示意图，有关叙述正确的是( )
A.甲过程中光能转变成ATP
B.乙过程为甲过程提供ATP
C.干旱初期，甲过程产生的NADPH相对含量不会明显降低
D.乙过程中碳原子转移途径是CO2→C5→C3→（CH2O）
3.为研究光照强度对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶片中的色素，用石油醚进行纸层析，下图为层析后滤纸条的结果（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带）。下列叙述错误的是( )
A.色素Ⅳ为黄绿色，其在无水乙醇中的溶解度最低，所以在滤纸条的最下方
B.强光照导致了该植物叶绿素含量降低，类胡萝卜素含量增加，有利于该植物抵御强光照
C.提取色素时，加入碳酸钙可防止研磨中色素被破坏，加入二氧化硅使研磨充分
D.色素Ⅲ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰值不同，这两种色素主要吸收蓝紫光和红光
4.如图是在夏季晴朗的白天(6~18时),甲、乙两种绿色植物的光合作用强度曲线图。下列相关叙述正确的是( )
A.两种绿色植物中甲植物最可能是水生植物
B.乙植物bc段光合作用强度下降的主要原因是光照强度
C.乙植物de段的光合作用强度小于呼吸作用强度
D.乙植物ab段和cd段光合作用强度增大的原因相同
5.夏天炎热的中午时分，下列物质短时间内会减少的是( )
A. ATP B.C3 C.C5 D. NADPH
6.光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。有关高等植物光合作用的叙述,正确的是( )
A.光合作用的暗反应阶段可以直接利用光能
B.光反应中将光能转变为化学能需要ADP参与
C.类胡萝卜素在红光区吸收的光能有助于提高光合作用效率
D.光反应阶段生成的ATP含有能量,而NADPH不含有能量
7.问天实验舱里的植物是在实验柜里培养的，实验柜里的人工光源可以为植物的生长源源不断地提供能量，植物之所以能够利用光能与其细胞内特定的物质和结构是密不可分的。下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，错误的是( )
A.研磨时加入无水乙醇的目的是提取色素
B.若研磨时未加入碳酸钙，则提取的色素有些会被破坏
C.划滤液细线时要直、细、匀，目的是防止色素带重叠
D.若使用的叶片已发黄，则层析后滤纸条上可能缺少中间两条色素带
8.某同学利用新鲜的菠菜叶片进行“绿叶中色素的提取和分离”实验。下列关于该实验的叙述，正确的是( )
A.使用层析液可以将绿叶中的色素提取出来
B.滤液细线过粗可能会导致滤纸条上色素带重叠
C.提取色素过程中加入碳酸钙可使更多色素被研磨出来
D.分离色素时，距离滤液细线处最近的色素带呈黄色
9.利用层析液分离提取的紫色鸭跖草叶中的色素，滤纸条上出现五条色素带，如右图所示。下列相关叙述正确的是( )
A.条带1~4中的色素都能吸收蓝紫光，1和2中的色素基本不吸收红光
B.条带5中的色素在层析液中溶解度极低，但能吸收和转换光能
C.滤纸条上条带的多少与层析时间无关，但与所含色素种类有关
D.若用水替换层析液，条带5中的色素不会与其他色素分离
10.南通某中学利用层析柱进行色素的分离、收集实验。各种色素在层析柱填充物硅胶上的吸附力不同，当使用层析液分离时，吸附力强的组分在层析柱中移动速度慢，反之则快。相关叙述错误的是( )
A.层析液应该从层析柱的上端滴入从下端流出
B.叶黄素的吸附力最强在层析柱中移动的速度最慢
C.色素从上到下依次是叶黄素、叶绿素b、叶绿素a、胡萝卜素
D.本实验的主要原理是色素在层析液中的溶解度不同
参考答案
1.答案：B
解析：A、光合作用中C元素从CO2先经C3形成（CH2O），不进入C5，A错误；
B、植物进行光合作用离不开叶绿素，而缺乏Mg植物不能形成叶绿素，没有叶绿素植物就不能进行光合作用，B正确；
C、O是构成有机物的基本元素之一，光合作用制造的有机物中的氧来自于二氧化碳，C错误；
D、光合作用中的暗反应不产生ATP，而是要消耗ATP，D错误。
2.答案：C
解析：A、甲表示光反应过程中水的光解，光反应过程可以将光能转变为ATP中活跃的化学能，A错误；
B、乙代表暗反应过程，可以为甲光反应过程提供ADP和Pi，B错误；
C、干旱会引起气孔关闭，影响CO2的吸收，从而影响暗反应过程中CO2的固定，由于光照没有明显变化，所以在干旱初期，甲过程产生的NADPH相对含量不会明显降低，C正确；
D、乙过程代表暗反应，其中碳原子转移途径是CO2→C3→（CH2O），D错误。
故选C。
3.答案：A
解析：A、各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素，溶解度大，扩散速度快，滤纸条从上到下依次是：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，色素Ⅳ为叶绿素b，为黄绿色，在层析液中的溶解度最低，所以在滤纸条的最下方，无水乙醇是提取色素的溶剂，A错误；
B、强光照和正常光照相比，下面两条条带变窄，上面两条变宽，说明强光照导致了该植物的叶绿素含量降低，类胡萝卜素含量增加，可见类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照，B正确；
C、提取色素时，加入碳酸钙可防止研磨中色素被破坏，加入二氧化硅使研磨充分，C正确；
D、色素Ⅲ是叶绿素a、Ⅳ是叶绿素b，叶绿素a和叶绿素b吸收光谱的吸收峰波长不同，这两种色素主要吸收蓝紫光和红光，D正确。
故选A。
4.答案：A
解析：A、光合午休现象出现的原因是由于夏季中午气温过高，关闭气孔减弱光合作用，而甲植物没有出现光合午休现象，所以甲植物可能是水生植物，高温对光合作用的影响不大，A正确;B、由分析可知，乙植物bc段光合作用强度下降的主要原因是光合午休，暗反应减弱，进而引发光合作用强度减弱，B错误;C、由图可知，乙植物de段随光照减弱光合速率减慢，但其光合作用强度大于呼吸作用强度，C错误;D、乙植物ab段是由于光照增强导致光合速率加快，cd段是由于之前蒸腾作用旺盛而关闭的部分气孔重新打开，CO2吸收量增加导致光合速率加快，D错误。
5.答案：B
解析：夏天炎热的中午时分，气温过高，叶片上气孔关闭，导致叶绿体获得的二氧化碳减少，直接影响暗反应阶段，使合成的C3减少，而短时间内C3还原无明显变化，C5、NADPH、ATP的量在短时间内没有减少。ACD错误，B正确。
6.答案：B
解析：A、光合作用的光反应阶段将光能转化为ATP和NADPH中的化学能，光合作用的暗反应阶段利用ATP和NADPH中的化学能将二氧化碳还原成糖，A错误;B、光反应中将光能转变为ATP化学能需要ADP和Pi的参与，B正确;C、类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，C错误;D、光反应阶段生成的ATP和NADPH均含有能量，D错误。
7.答案：D
解析：A、色素易溶于有机溶剂，故研磨时加入无水乙醇的目的是提取色素，A正确；
B、碳酸钙能中和酸，提取色素时加入碳酸钙可防止研磨中色素被破坏，即若研磨时未加入碳酸钙，则提取的色素有些会被破坏，B正确；
C、滤液细线地直、细、匀，目的是避免色素带重合，C正确；
D、中间两条色素带为叶黄素和叶绿素a，叶片发黄，不会缺少叶黄素，D错误。
故选D。
8.答案：B
解析：层析液的作用是分离色素,A错误;滤液细线过粗可能会导致滤纸条上色素带重叠,B正确;提取色素过程中加入碳酸钙的作用是防止色素被破坏，C错误;分离色素时,距离滤液细线处最近的色素带是叶绿素b,呈黄绿色,D错误。
9.答案：A
解析：A、条带1为胡萝卜素、条带2为叶黄素、条带3为叶绿素a、条带4为叶绿素b，都能吸收蓝紫光，1和2中的色素基本不吸收红光，A正确；
B、条带5中的色素在层析液中溶解度极低，属于水溶性色素，不能吸收和转换光能，B错误；
C、滤纸条上条带的多少与层析时间和色素种类均有关，C错误；
D、花青素是水溶性的，叶绿素和类胡萝卜素是脂溶性的，若用水替换层析液，条带5中的色素会与其他色素分离，D错误。
故选A。
10.答案： D
解析：A、层析液应该从层析柱的上端滴入从下端流出，以便于色素的分离，A正确;
B、由图可知，叶黄素(黄色)的吸附力最强在层析柱中移动的速度最慢，位于最上端，B正确;
C、根据色素的颜色可判断，从上到下依次是叶黄素、叶绿素b、叶绿素a、胡萝卜素，C正确;
D、由题意可知，本实验的主要原理是色素在层析柱填充物硅胶上的吸附力不同，D错误。

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