第4節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)化第一課時(shí)捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)一、綠葉中色素的提取和分離1.實(shí)驗(yàn)原理:實(shí)驗(yàn)原理提取色素綠葉中的色素能夠溶解在有機(jī)溶劑_________中分離色素各種色素在層析液中的溶解度不同,溶解度高的_____________________得快,反之則慢無(wú)水乙醇隨層析液在濾紙上擴(kuò)散2.實(shí)驗(yàn)步驟:3.光譜:陽(yáng)光是由不同波長(zhǎng)的光組合成的復(fù)合光,在穿過(guò)三棱鏡時(shí),不同波長(zhǎng)的光會(huì)分散開(kāi),形成_________的光帶,稱(chēng)為光譜。不同顏色4.綠葉中色素種類(lèi)、吸收光譜及分布:色素種類(lèi)吸收光譜分布葉綠素(含量約占3/4)葉綠素a主要吸收______________葉綠體中的_______________葉綠素b類(lèi)胡蘿卜素(含量約占1/4)胡蘿卜素主要吸收_______葉黃素藍(lán)紫光和紅光藍(lán)紫光類(lèi)囊體薄膜上二、葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能1.形態(tài):一般呈扁平的_____形或___形。2.結(jié)構(gòu):橢球球3.功能:進(jìn)行_________的場(chǎng)所。4.葉綠體功能的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:(1)實(shí)驗(yàn)者:_________。(2)實(shí)驗(yàn)材料:_____、_________。光合作用恩格爾曼水綿需氧細(xì)菌(3)實(shí)驗(yàn)過(guò)程:(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:①光合作用釋放氧氣;②葉綠體是光合作用的部位。【激疑】人們用大棚種植蔬菜時(shí),應(yīng)選擇什么顏色的塑料薄膜?原因是什么?提示:選擇無(wú)色薄膜。原因是光合作用主要利用紅光和藍(lán)紫光,無(wú)色薄膜可以讓各種顏色的光進(jìn)入。

知識(shí)點(diǎn)一色素的提取和分離1.實(shí)驗(yàn)效果不理想的原因分析:(1)收集到的濾液顏色過(guò)淺:①未加二氧化硅,研磨不充分。②使用放置數(shù)天的菠菜葉,濾液色素(葉綠素)太少。③一次加入大量的無(wú)水乙醇,提取濃度太低。④未加碳酸鈣或加入過(guò)少,色素分子被破壞。⑤過(guò)濾時(shí)未使用尼龍布,而是使用濾紙,導(dǎo)致色素吸附在濾紙上。(2)濾紙條上色素帶重疊:濾液細(xì)線(xiàn)畫(huà)得過(guò)粗。(3)濾紙條上色素帶不直:①濾紙條未剪去兩角,濾液沿兩側(cè)擴(kuò)散過(guò)快。②濾液細(xì)線(xiàn)畫(huà)得不直。(4)濾紙條上看不見(jiàn)色素帶:濾液細(xì)線(xiàn)接觸到層析液,且時(shí)間較長(zhǎng),色素全部溶解到層析液中。2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析:色素種類(lèi)色素顏色色素含量溶解度擴(kuò)散速度胡蘿卜素橙黃色最少最高最快葉黃素黃色較少較高較快葉綠素a藍(lán)綠色最多較低較慢葉綠素b黃綠色較多最低最慢3.葉綠體中色素的吸收光譜分析:(1)葉綠體中的色素只吸收可見(jiàn)光,不吸收不可見(jiàn)光。(2)葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光,類(lèi)胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光,也吸收少量其他顏色的光。(3)葉綠體中的色素很少吸收綠光,綠光被反射,所以大多數(shù)葉片看起來(lái)呈綠色?！舅伎肌び懻摗咳鐖D表示某同學(xué)做“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)裝置,據(jù)圖分析:(科學(xué)探究)

(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)將濾液滴在__(填“a”或“b”)處。(2)在定性濾紙上會(huì)出現(xiàn)4個(gè)不同顏色的同心圓,最大的圓圈含有_________(填色素種類(lèi)),呈現(xiàn)_____色;最小的圓圈含有________(填色素種類(lèi)),呈現(xiàn)_______。a胡蘿卜素橙黃葉綠素b黃綠色【素養(yǎng)案例】菠菜是我國(guó)北方一種重要的蔬菜,如圖是對(duì)菠菜葉片葉綠體色素分離的結(jié)果示意圖。下列相關(guān)分析正確的是

(

)A.a的操作目的是方便層析液的吸附B.b選用鉛筆細(xì)線(xiàn)能夠促進(jìn)色素的層析C.如果c、d帶寬減小一定是忘記添加碳酸鈣D.色素f在層析液中的溶解度最大【解題導(dǎo)引】解答本題需明確兩點(diǎn):(1)四種色素的含量及在層析液中的溶解度大小情況。(2)幾種操作的目的,比如濾紙條剪去兩個(gè)角、鉛筆畫(huà)細(xì)線(xiàn)的目的等?！窘馕觥窟xD。圖中a的操作即剪去濾紙條的兩角,其目的是防止層析液在濾紙條兩邊擴(kuò)散過(guò)快,導(dǎo)致得到的色素帶不整齊,A錯(cuò)誤;b選用鉛筆細(xì)線(xiàn)能夠使得濾液細(xì)線(xiàn)畫(huà)得細(xì)而直,得到的色素帶比較整齊,便于觀(guān)察,B錯(cuò)誤;c、d帶對(duì)應(yīng)的色素分別為葉綠素b、葉綠素a,二者帶寬減小說(shuō)明濾液中葉綠素含量減少,原因可能是忘記添加碳酸鈣,也可能是材料不新鮮,葉綠素含量少,C錯(cuò)誤;色素f是胡蘿卜素,在層析液中的溶解度最大,擴(kuò)散最快,位于濾紙條的最上方,D正確?！舅仞B(yǎng)·探究】——情境遷移紅葉谷生態(tài)文化旅游區(qū),每至深秋時(shí)節(jié),多種樹(shù)葉變紅,形成一道亮麗的風(fēng)景線(xiàn)。(1)試從葉片色素的種類(lèi)和含量角度分析,秋天樹(shù)葉為什么變紅。(科學(xué)思維)提示:秋天天氣轉(zhuǎn)涼,氣溫降低,葉片中的葉綠素含量下降,液泡中花青素的顏色逐漸凸顯出來(lái),此季節(jié)花青素接近紅色。(2)能否用紙層析法提取液泡中的色素?說(shuō)明理由(科學(xué)探究)提示:不能。液泡中主要是花青素,花青素易溶于水,在有機(jī)溶劑中溶解度低,提取液中幾乎不含花青素。【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.(2017·全國(guó)卷Ⅲ)植物光合作用的作用光譜是通過(guò)測(cè)量光合作用對(duì)不同波長(zhǎng)光的反應(yīng)(如O2的釋放)來(lái)繪制的。下列敘述錯(cuò)誤的是 (

)A.類(lèi)胡蘿卜素在紅光區(qū)吸收的光能可用于光反應(yīng)中ATP的合成B.葉綠素的吸收光譜可通過(guò)測(cè)量其對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收值來(lái)繪制C.光合作用的作用光譜也可用CO2的吸收速率隨光波長(zhǎng)的變化來(lái)表示D.葉片在640～660nm波長(zhǎng)光下釋放O2是由葉綠素參與光合作用引起的【解析】選A。類(lèi)胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光,不能吸收紅光,A項(xiàng)錯(cuò)誤;通過(guò)測(cè)量葉綠素對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收值,可以繪制其吸收光譜,B項(xiàng)正確;CO2的吸收速率反映光合作用速率的變化,光合作用的作用光譜也可用CO2的吸收速率隨光波長(zhǎng)的變化來(lái)表示,C項(xiàng)正確;640～660nm波長(zhǎng)的光屬于紅光,葉綠素可以吸收紅光,將水分解成氧和[H],氧直接以分子的形式釋放出去,D項(xiàng)正確。2.某班學(xué)生完成對(duì)新鮮菠菜葉進(jìn)行葉綠體中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)時(shí),由于各組操作不同,出現(xiàn)了以下四種不同的層析結(jié)果。下列分析錯(cuò)誤的是 (

)A.甲可能是因?yàn)檠心r(shí)未加入SiO2B.乙可能是因?yàn)檠心r(shí)未加入CaCO3C.丙可能是誤用蒸餾水作提取液和層析液D.丁是正確操作得到的理想結(jié)果【解析】選D。色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)中,SiO2可使菠菜葉研磨充分,CaCO3可防止葉綠素受到破壞,未加入SiO2和CaCO3時(shí),會(huì)發(fā)生甲、乙圖示的現(xiàn)象;丙圖中色素含量基本為零,可能是誤用蒸餾水作提取液和層析液;丁圖顯示含量最高的是葉黃素,實(shí)際上正常綠色葉片中葉綠素a和葉綠素b多。知識(shí)點(diǎn)二葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能1.葉綠體結(jié)構(gòu)與功能的適應(yīng):(1)葉綠體基質(zhì)和類(lèi)囊體上含有與光合作用有關(guān)的酶。(2)類(lèi)囊體薄膜上分布有捕獲光能的色素,且類(lèi)囊體堆疊成基粒,增大了葉綠體內(nèi)部的膜面積,為酶和色素提供了更多的附著位點(diǎn)。2.恩格爾曼實(shí)驗(yàn)分析:(1)實(shí)驗(yàn)材料選擇水綿和需氧細(xì)菌:①水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀,便于觀(guān)察;②用需氧細(xì)菌可確定釋放氧氣多的部位。(2)沒(méi)有空氣的黑暗環(huán)境:排除了氧氣和光的干擾。(3)用極細(xì)的光束點(diǎn)狀投射:葉綠體上可分為獲得光照多和光照少的部位,相當(dāng)于一組對(duì)照實(shí)驗(yàn)。(4)進(jìn)行黑暗(局部光照)和曝光對(duì)照實(shí)驗(yàn):明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全是由光照引起的?！舅伎肌び懻摗咳鐖D是恩格爾曼實(shí)驗(yàn)裝置改裝示意圖。光線(xiàn)通過(guò)葉綠體色素提取液后照射玻片上的水綿,一段時(shí)間后,水綿周?chē)柩跫?xì)菌分布無(wú)顯著變化,請(qǐng)分析其原因。(科學(xué)思維、科學(xué)探究)提示:光線(xiàn)通過(guò)葉綠體色素提取液后,紅光和藍(lán)紫光被吸收,水綿光合作用微弱,產(chǎn)生O2較少,因此需氧細(xì)菌分布無(wú)顯著變化?！舅仞B(yǎng)案例】如圖甲是葉綠體結(jié)構(gòu)模式圖,乙是從圖甲中取出的部分結(jié)構(gòu)放大圖。下列相關(guān)敘述正確的是 (

)A.甲中生物膜的面積主要靠?jī)?nèi)膜向內(nèi)折疊成嵴而增大B.圖乙所示的結(jié)構(gòu)來(lái)自圖甲中的③C.③中的葉綠素在液泡中也有D.ATP的合成場(chǎng)所只有葉綠體【解題導(dǎo)引】(1)圖示信息:圖甲為葉綠體結(jié)構(gòu)模式圖,其中①為葉綠體內(nèi)膜,②為葉綠體外膜,③為類(lèi)囊體薄膜,④為葉綠體基質(zhì);圖乙為類(lèi)囊體薄膜。(2)關(guān)鍵知識(shí):產(chǎn)生ATP的過(guò)程為細(xì)胞呼吸和光合作用?！窘馕觥窟xB。甲是葉綠體,主要通過(guò)大量的類(lèi)囊體堆疊成基粒來(lái)增大膜面積;圖甲中的③是類(lèi)囊體,圖乙含有光合色素,光合色素分布在類(lèi)囊體薄膜上,所以圖乙所示結(jié)構(gòu)來(lái)自圖甲中的③;③中的色素是葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素,與光合作用有關(guān),液泡中的色素是花青素等,和光合作用沒(méi)有關(guān)系;ATP合成場(chǎng)所是葉綠體、線(xiàn)粒體和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。【誤區(qū)警示】有關(guān)葉綠體的“三點(diǎn)提醒”(1)并不是所有的植物細(xì)胞都含有葉綠體,只有進(jìn)行光合作用的細(xì)胞才含有葉綠體。(2)葉綠體的外膜與內(nèi)膜不含有色素。(3)葉綠體不是細(xì)胞進(jìn)行光合作用的唯一場(chǎng)所,如藍(lán)細(xì)菌沒(méi)有葉綠體,也能進(jìn)行光合作用?！舅仞B(yǎng)·探究】——母題追問(wèn)(1)生命觀(guān)念——結(jié)構(gòu)與功能觀(guān)一個(gè)二氧化碳分子從葉肉細(xì)胞外進(jìn)入葉綠體,需要穿過(guò)幾層磷脂分子?提示:一個(gè)二氧化碳分子從葉肉細(xì)胞外進(jìn)入葉綠體,需穿過(guò)細(xì)胞膜和葉綠體的雙層膜,共穿過(guò)3層膜,6層磷脂分子。

(2)科學(xué)思維——分析與比較葉綠體中的色素吸收光能是否需要酶的催化?提示:不需要酶的催化?！舅仞B(yǎng)·遷移】如圖為葉綠體結(jié)構(gòu)示意圖,下列有關(guān)葉綠體結(jié)構(gòu)與功能的敘述錯(cuò)誤的是 (

)A.①和②具有選擇透過(guò)性功能B.③上既有光合色素又有與光合作用有關(guān)的酶C.③和④中都有與光合作用有關(guān)的酶D.有葉綠體的細(xì)胞才能進(jìn)行光合作用【解析】選D。①②表示葉綠體的雙層膜,它們是具有選擇透過(guò)性的,A項(xiàng)正確;③為葉綠體的基粒,其上含有進(jìn)行光合作用的色素和酶,④中基質(zhì)也是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所,也具有與光合作用有關(guān)的酶,B項(xiàng)、C項(xiàng)正確;藍(lán)細(xì)菌不具有葉綠體,但能進(jìn)