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第5章　细胞的能量供应和利用
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
课时目标 1.简述绿叶中色素的种类及功能，说明叶绿体从太阳光中捕获能量。(生命观念)
2．采用对比分析的方法，分析不同色素吸收光谱的差别。(科学思维)
3．使用实验器具提取和分离绿叶中的色素，探究绿叶中色素的种类和含量。(科学探究)
有机溶剂无水乙醇
一、捕获光能的色素
1．提取绿叶中的色素
(1)实验原理：绿叶中的色素能够溶解在______________________中。
(2)实验步骤
2．分离绿叶中的色素
(1)实验原理：不同的色素在_________中溶解度不同，____________的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。
层析液
溶解度高
(2)实验步骤
(3)实验结果：滤纸条上有___条色素带，每条色素带的颜色______ (填“相同”或“不同”)，宽窄______(填“相同”或“不同”)。
3．色素的种类
4
不同
不同
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
1．叶绿体的结构
结论：氧气是_________释放出来的，叶绿体是绿色植物进行______ _____的场所。
2．恩格尔曼的实验
(1)实验 Ⅰ
叶绿体
光合
作用
(2)实验 Ⅱ
结论：叶绿体主要吸收__________________。
红光和蓝紫光
◆基础速判(对的画“√”，错的画“×”)
1．过滤研磨液时漏斗基部放一块剪好的滤纸进行过滤，将滤液收集到试管中。(　　　)
提示：研磨液用单层尼龙布进行过滤。
2．叶绿体进行光合作用所需的酶分布于基质和类囊体上。(　　　)
3．绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快。(　　　)
提示：绿叶中的色素在层析液中溶解度越高，其在滤纸条上扩散得越快。
×
√
×
4．在真核细胞内，能进行光合作用的色素分布在叶绿体以及液泡中。 (　　　)
提示：在真核细胞内，能进行光合作用的色素分布在叶绿体中。
5．秋天叶片变黄是叶黄素含量增多导致的。(　　　)
提示：叶黄素含量相对稳定，秋天叶片变黄是叶绿素含量减少导致的。
×
×
◆名师点睛
1．滤纸条色素带的含义
(1)色素带位置的含义：体现不同色素在层析液中溶解度的高低。距离滤液细线最远的色素，在层析液中的溶解度最高；距离滤液细线最近的色素，在层析液中的溶解度最低。
(2)色素带宽窄的含义：体现色素含量的高低。最宽的色素带色素含量最高，最窄的色素带色素含量最低。
2．用大棚种植蔬菜时，应选择无色薄膜，而不能选择绿色薄膜。原因是光合色素主要吸收蓝紫光和红光，无色薄膜可以让各种颜色的光透过。
◆思维启迪
1．为什么要选用新鲜的绿叶为材料进行色素的提取和分离？
提示：新鲜绿叶中色素含量高，实验效果明显。
2．叶绿体中有如此众多基粒的意义是什么？
提示：增加膜面积，有利于光能的吸收。
3．阴天时，为了增加大棚蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？
提示：蓝紫色或红色。在照明灯功率相同的情况下，用蓝紫色或红色的照明灯，植物利用光能的效率最高。
任务一__绿叶中色素的提取和分离
下图为绿叶中色素的提取和分离实验的部分操作。
[问题探究]
1．画滤液细线的标准是什么？待滤液干后，再重复画一到两次的目的是什么？
答案：细、直、齐。可以增加滤液细线中色素的含量。
2．分离色素时，为什么层析液不能触及或没过滤液细线？
答案：防止色素直接溶解在层析液中，不能形成色素带。
3．各种色素在层析液中的溶解度大小和在绿叶中的含量多少的排序。
(1)溶解度：________________________________________________。
(2)色素含量：______________________________________________。
答案：(1)胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b
(2)叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素
1．色素的提取和分离实验中的四种试剂及作用
(1)二氧化硅：有助于研磨得充分。
(2)碳酸钙：防止研磨中色素被破坏。
(3)无水乙醇：溶解色素。
(4)层析液：分离色素。
2．收集到的滤液颜色过浅的原因
(1)绿叶不新鲜：色素含量低。
(2)未加二氧化硅：研磨不充分。
(3)未加碳酸钙：色素分子被破坏。
(4)加入无水乙醇过多：提取液浓度过低。
3．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)叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
(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。
4．影响叶绿素合成的因素
绿叶中的色素吸收光的两个误区
(1)红外光≠红光。绿叶中的色素吸收的是红光，属于可见光，不能吸收红外光。
(2)紫外光≠蓝紫光。绿叶中的色素吸收的是蓝紫光，属于可见光，不能吸收紫外光。
1．(2024·桂林高一检测)下列关于菠菜叶肉细胞中光合色素的叙述，错误的是 (　　)
A．可用无水乙醇提取绿色叶片中的光合色素
B．只有叶绿素吸收的红光才能用于光合作用
C．植物绿叶中叶绿素和类胡萝卜素含量不同
D．叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收光能
B
解析：
叶绿体中的色素易溶于无水乙醇，因此可用无水乙醇来提取光合色素，A正确；叶绿体中的叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收光能，叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，都可以用于光合作用，B错误、D正确；植物绿叶中叶绿素和类胡萝卜素含量不同，叶绿素的含量更高，C正确。
2．(2024·百色高一检测)为研究强光照对移栽幼苗光合色素的影响，某同学进行纸层析分离色素，如图为滤纸层析的结果( Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 、 Ⅳ 为色素条带)。下列叙述错误的是 (　　)
A．层析时，层析液不能没过滤液细线
B．色素 Ⅳ 在层析液中的溶解度最大
C．色素 Ⅲ 、 Ⅳ 吸收光谱的吸收峰波长不同
D．强光导致该植物叶绿素含量降低，类胡萝卜素含量增加
B
解析：
层析液能溶解色素，层析时，层析液不能没过滤液细线，A正确；色素 Ⅳ 在滤纸上的移动距离最短，说明溶解度最小，B错误；色素 Ⅲ 为叶绿素a，色素 Ⅳ 为叶绿素b，两者吸收光谱的吸收峰波长不同，C正确；强光导致 Ⅰ 、 Ⅱ 条带变宽， Ⅲ 、 Ⅳ 条带变窄，说明强光导致该植物叶绿素含量降低，类胡萝卜素含量增加，D正确。
任务二__叶绿体的结构与功能
把装有新鲜水绵和细菌的临时装片，置于显微镜载物台上观察。光线从反光镜反射上来后，可看到细菌从分散状态逐渐向水绵方向运动，水绵附近细菌的密度增加。如果在反光镜上方放置一个三棱镜，使七种不同颜色的光束照射水绵的不同部位，这时看到细菌逐渐聚集成明显的两堆(如下图所示)。
[问题探究]
1．水绵叶绿体捕获光能和进行光合作用的结构基础是什么？
答案：在水绵叶绿体内部巨大的膜表面(类囊体薄膜)上，分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有很多进行光合作用所必需的酶。
2．放置三棱镜后，细菌聚集成两堆的原因是什么？
答案：光合色素主要吸收红光和蓝紫光，叶绿体被红光和蓝紫光照射部位光合作用较强，放出的氧气多，使细菌聚集多。
恩格尔曼实验分析
选材巧妙 水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于实验现象的观察
实验方式得当 载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中，排除了外界氧气和光照的影响
对照设置合理 黑暗(局部曝光)和完全曝光形成对照
三棱镜进行光的散射，形成不同颜色的光之间的相互对照
有关叶绿体和色素的三个误区
(1)绿色植物中并不是所有细胞都有叶绿体，如根尖细胞。
(2)光合作用所需的酶分布在类囊体膜上和叶绿体基质中，但光合色素只分布在类囊体的薄膜上。
(3)叶绿体以囊状结构堆叠成基粒的方式增大膜面积，而线粒体以内膜向内腔折叠形成嵴的方式增大膜面积。
1．图1为叶绿体结构模式图，图2是图1中部分结构放大后的示意图。下列相关叙述正确的是 (　　)
D
A．图1所示结构主要通过内膜向内折叠增大膜面积
B．图2中的光合色素能有效吸收绿光使植物呈绿色
C．图2所示的膜结构位于图甲结构中的①或③处
D．提取光合色素时常用无水乙醇作为溶剂
[答题指导]
解析：
图1结构为叶绿体，其主要靠囊状结构堆叠成基粒来增大膜面积，A错误；图2中的光合色素吸收绿光最少，绿光被反射出来使植物呈绿色，B错误；图2所示膜结构上含有光合色素，所以是图1中③类囊体薄膜的放大图，C错误；叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，因此常用无水乙醇作为提取试剂，D正确。
2．(2024·北海高一检测)将水绵(叶绿体呈螺旋带状分布)放在一张载有需氧细菌悬浮液的玻片上，细菌会移向氧浓度高的区域。在黑暗条件下密闭培养一段时间后，观察细菌在不同光照下的分布情况。下列叙述错误的是 (　　)
D
A．用需氧细菌可确定水绵释放氧气多的部位
B．白光下需氧细菌均匀地分布在叶绿体周围
C．水绵叶绿体中的色素能溶解在无水乙醇中
D．C组的需氧细菌主要分布在蓝、绿光点处
解析：
需氧细菌需要氧气进行有氧呼吸，因此用需氧细菌可确定水绵释放氧气多的部位，A正确；白光下水绵产生氧气较均匀，因此需氧细菌均匀地分布在叶绿体周围，B正确；水绵叶绿体中的色素为脂溶性色素，能溶解在无水乙醇中，C正确；吸收光能的色素中，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，在蓝光点和红光点区域释放的氧气最多，聚集的需氧细菌最多，D错误。
关于叶绿体的起源，目前普遍接受的是内共生起源学说，该学说认为叶绿体来自被早期宿主细胞吞噬的蓝细菌。
设计1：考查知识迁移能力
(1)由叶绿体的形成过程可以推测它含有________(填细胞器)，含有环状的________分子。
叶绿体的起源——生命观念
设计2：考查生命观念
(2)原始真核单细胞生物吞噬蓝细菌的方式体现了细胞膜具有_______ ______________的结构特点。
设计3：考查问题解决能力
(3)根据“内共生起源学说”，推测叶绿体含有两层膜，试分析这两层膜的来源：_________________________________________________。
答案：(1)核糖体　DNA
(2)一定的流动性
(3)外膜来源于原始真核单细胞生物的细胞膜，内膜来源于蓝细菌的细胞膜
解析：
(1)内共生起源学说认为，叶绿体来自被早期宿主细胞吞噬的蓝细菌，它含有核糖体和环状的DNA分子。(2)细胞膜的结构特点是具有一定的流动性。(3)宿主细胞吞噬蓝细菌后，未被消化的蓝细菌的细胞膜最终演化为叶绿体内膜，而外膜来自原始真核单细胞生物的细胞膜。
1．在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，所用试剂和其作用相符的是 (　　)
A．无水乙醇——分离色素
B．二氧化硅——研磨充分
C．碳酸钙——保护叶肉细胞
D．层析液——溶解色素
B
解析：
加入无水乙醇的作用是溶解色素，A错误；加入少许二氧化硅的作用是使研磨更充分，B正确；研磨时加碳酸钙可防止研磨中色素被破坏，C错误；各种色素随层析液在滤纸上的扩散速度不同，从而分离色素，D错误。
2．在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，随层析液在滤纸上扩散最慢的色素的名称及颜色是 (　　)
A．叶绿素a，蓝绿色 B．叶绿素b，黄绿色
C．叶黄素，黄色 D．胡萝卜素，橙黄色
B
解析：
分离得到的色素条带中，叶绿素b位于最下面，故随层析液在滤纸上扩散最慢的色素是叶绿素b，其颜色是黄绿色，B符合题意。
3．采用新鲜菠菜叶片开展“绿叶中色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是 (　　)
A．提取绿叶中色素时可用无水乙醇作为溶剂
B．研磨时加入CaCO3可以防止叶绿素被氧化破坏
C．研磨时添加石英砂(SiO2)有助于色素提取
D．画滤液细线时应尽量减少滤液扩散
B
解析：
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，因而可以用无水乙醇提取绿叶中的色素，A正确；研磨时加入CaCO3可防止研磨时叶绿素被细胞中的有机酸破坏，而不是被氧化，B错误；研磨时加入少许石英砂(SiO2)有助于研磨得充分，使色素释放，C正确；画滤液细线时应尽量减少滤液扩散，要求细、直、齐，才有利于色素均匀地分离，D正确。
4．在圆形滤纸中央，点上绿叶色素的提取液进行层析，随着层析液从滤纸的中央向四周扩散，形成四个色素环带，排在最内圈的色素呈 (　　)
A．橙黄色 B．黄绿色
C．蓝绿色 D．黄色
B
解析：
叶绿素b在层析液中的溶解度最低，故扩散得最慢，位于色素环带的最内圈，呈现黄绿色，B正确。
5．如图为叶绿体结构示意图，下列有关叶绿体结构与功能的叙述，错误的是 (　　)
A．①和②具有选择透过性
B．③既有光合色素又有与光合作用有关的酶
C．③和④都有与光合作用有关的酶
D．有叶绿体的细胞才能进行光合作用
D
解析：
图中结构①是叶绿体的外膜，②是叶绿体的内膜，都具有选择透过性，A正确；③是类囊体膜，其上既有光合色素又有与光合作用有关的酶，B正确；与光合作用有关的酶分布在类囊体膜上和叶绿体基质中，C正确；有叶绿体的细胞能进行光合作用，但蓝细菌没有叶绿体，也能进行光合作用，D错误。
6．(2024·南宁高一检测)某实验小组以新鲜的绿叶为材料，进行绿叶中色素的提取和分离实验，实验结果如下图所示。请回答下列问题：
(1)通常可以用____________(填试剂名称)提取叶绿体中的色素。根据实验现象可知，在将滤纸条放入层析液时，层析液的液面所处的位置应是________(填“A”或“B”)处。滤纸条上的滤液细线不能触及层析液的原因是_________________________________________________________。
(2)第 Ⅲ 条色素带代表的色素是____________。在色素的提取与分离过程中，偶然发现某植株的实验结果缺失第 Ⅲ 条色素带，则该植株对________光的吸收能力减弱。
答案：(1)无水乙醇　A　色素会溶解到层析液中而不能在滤纸上扩散
(2)叶黄素　蓝紫
解析：
(1)根据色素能溶解在有机溶剂中的特性，可利用无水乙醇将绿叶中的色素提取出来；A、B是滤纸条上的标记，根据实验现象可知，在将滤纸条放入层析液时，层析液的液面所处的位置是A处，因为层析液不能触及滤液细线，否则色素会溶解到层析液中而不能在滤纸上扩散。(2)色素的溶解度不同，故其在滤纸上的扩散速度也不同，根据实验结果可知，第 Ⅲ 条色素带是叶黄素；叶黄素主要吸收蓝紫光，缺失第 Ⅲ 条色素带，说明植株不能合成叶黄素，该植株对蓝紫光的吸收能力减弱。

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