第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用高中生物必修1分子與細(xì)胞第4節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)化第1課時(shí)捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)一、捕獲光能的色素1.綠葉中色素的提取和分離(1)提取綠葉中的色素:①原理:綠葉中的色素能夠溶解在有機(jī)溶劑無水乙醇中。②步驟。

(2)分離綠葉中的色素:①原理:不同色素在層析液中的溶解度不同,溶解度高的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得快,反之則慢。②步驟:分離綠葉中的色素:將適量的層析液倒入試管中,將濾紙條(有濾液細(xì)線的一端朝下)輕輕插入層析液中,隨后用棉塞塞緊試管口。注意不能讓濾液細(xì)線觸及層析液2.色素的種類、含量、顏色及吸收光譜

微判斷1基于“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)的原理和過程,判斷下列表述是否正確。1.分離色素時(shí),溶解度高的隨層析液在濾紙條上擴(kuò)散得慢。()2.研磨綠葉時(shí),要加入二氧化硅、碳酸鈣和無水乙醇。()3.色素分離后,在濾紙條上從上至下的四種色素分別是葉黃素、胡蘿卜素、葉綠素a和葉綠素b。()4.葉綠素和類胡蘿卜素都主要吸收藍(lán)紫光和紅光。()×√××微訓(xùn)練1下列關(guān)于“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)操作的敘述,正確的是(

)A.研磨時(shí)用水補(bǔ)充損失的提取液B.將干燥處理過的定性濾紙條用于層析C.用過的層析液直接倒入下水道D.研磨葉片時(shí),用體積分?jǐn)?shù)為70%的乙醇溶解色素答案:B解析:用無水乙醇提取綠葉中的色素,補(bǔ)充時(shí)也是補(bǔ)充無水乙醇,A項(xiàng)錯(cuò)誤。用紙層析法分離濾液中的色素時(shí),需用干燥的定性濾紙,B項(xiàng)正確。用過的層析液需要倒入廢液箱中統(tǒng)一處理,C項(xiàng)錯(cuò)誤。研磨葉片時(shí),應(yīng)用無水乙醇溶解色素,D項(xiàng)錯(cuò)誤。二、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用1.葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能(1)葉綠體的結(jié)構(gòu):①形態(tài):一般呈扁平的橢球形或球形。②填寫圖中字母所代表的結(jié)構(gòu):a.外膜,b.內(nèi)膜,c.基粒,d.基質(zhì)。(2)功能:是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所。(3)恩格爾曼的實(shí)驗(yàn):證明葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧。2.葉綠體捕獲光能、進(jìn)行光合作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)(1)在葉綠體內(nèi)部巨大的膜表面上,分布著許多吸收光能的色素分子。(2)在類囊體膜上和葉綠體基質(zhì)中,還有許多進(jìn)行光合作用所必需的酶。微思考

從葉綠體的結(jié)構(gòu)分析,葉綠體內(nèi)眾多的基粒對(duì)于綠色植物的生活有何意義?提示:增加膜面積,其上分布著許多吸收光能的色素,有利于對(duì)光能的吸收。微判斷2基于對(duì)葉綠體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí),判斷下列表述是否正確。1.沒有葉綠體的細(xì)胞一定不能進(jìn)行光合作用。()2.葉綠體中的色素主要分布在類囊體腔內(nèi)。()3.與光合作用有關(guān)的酶分布于葉綠體內(nèi)膜、外膜、類囊體薄膜和葉綠體基質(zhì)中。()4.植物細(xì)胞一定能進(jìn)行光合作用。()××××微訓(xùn)練2下圖為葉綠體結(jié)構(gòu)模式圖,下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(

)A.①④分別為葉綠體的外膜和內(nèi)膜,具有選擇透過性的功能特點(diǎn)B.②為基粒,類囊體膜上含有與光合作用有關(guān)的色素和酶C.③為葉綠體基質(zhì),與光合作用無關(guān)D.光合作用的酶分布在②③答案:C解析:①是葉綠體外膜,②是基粒,③是葉綠體基質(zhì),④是葉綠體內(nèi)膜。在類囊體膜上,分布著許多吸收光能的色素分子;在類囊體膜和葉綠體基質(zhì)中,還有許多進(jìn)行光合作用所必需的酶。一

綠葉中色素的提取和分離問題探究請(qǐng)根據(jù)“綠葉中色素的提取和分離”的步驟,思考并回答下列問題。(1)提取綠葉中色素使用的溶液和分離色素使用的試劑相同嗎?實(shí)驗(yàn)中分離色素采用了哪種方法?提示:不相同,前者是無水乙醇,后者是層析液。分離色素采用的是紙層析法。(2)在研磨綠葉時(shí),為什么要迅速研磨并加入少許碳酸鈣和二氧化硅?提示:葉綠素不穩(wěn)定,易被破壞,乙醇易揮發(fā),因此研磨要迅速、充分,以保證提取較多的色素。二氧化硅能破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu),使研磨充分,碳酸鈣可防止研磨過程中色素被破壞。(3)在制備濾紙條時(shí),需將濾紙先干燥處理,再將濾紙條一端的兩個(gè)角剪掉,這樣做的目的是什么?提示:干燥處理的目的是使層析液在濾紙條上快速擴(kuò)散;剪掉兩角的目的是防止層析液沿濾紙邊緣擴(kuò)散過快,從而保證色素帶分離整齊。(4)畫濾液細(xì)線有什么樣的要求?這樣做的目的是什么?提示:

畫濾液細(xì)線要細(xì)、齊、直,而且待濾液細(xì)線干燥后再重復(fù)畫一到兩次。細(xì)、齊、直的目的是使分離出的色素帶平整不重疊;重復(fù)畫一到兩次,是為了增加濾液細(xì)線中色素的含量,使分離出的色素帶清晰分明。(5)在分離色素時(shí),若濾紙條上的濾液細(xì)線觸及了層析液,可能會(huì)出現(xiàn)什么樣的結(jié)果?提示:當(dāng)濾紙條上的濾液細(xì)線觸及層析液,色素會(huì)被層析液溶解,使濾紙條上得不到色素帶。歸納總結(jié)1.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)及操作目的(或原因)注意事項(xiàng)操作目的(或原因)加入碳酸鈣、二氧化硅碳酸鈣能防止研磨中色素被破壞,主要保護(hù)的是葉綠素;二氧化硅有助于研磨得充分迅速、充分研磨防止乙醇揮發(fā),防止葉綠素被破壞,充分溶解色素注意事項(xiàng)操作目的(或原因)過濾用單層尼龍布,不能用濾紙濾紙會(huì)吸附色素試管口加棉塞防止乙醇揮發(fā)和色素被氧化最好在弱光下進(jìn)行葉綠素不穩(wěn)定,見光易分解2.濾紙條上色素的分布和對(duì)光的吸收3.葉綠體中色素的吸收光譜(1)葉綠體中的色素只吸收可見光,不吸收不可見光。(2)葉綠素主要吸收藍(lán)紫光和紅光,類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光。(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)葉片看起來呈綠色。4.“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)的異?，F(xiàn)象分析(1)收集到的濾液中綠色過淺的原因分析:①未加二氧化硅,研磨不充分。②使用放置數(shù)天的綠葉,濾液中色素(葉綠素)太少。③一次加入大量的無水乙醇,提取液中色素濃度太低。④未加碳酸鈣或加入過少,色素分子被破壞。(2)濾紙條上出現(xiàn)異常色素帶的原因分析:①色素帶重疊:濾液細(xì)線未達(dá)到細(xì)、直、齊的要求,造成色素帶擴(kuò)散不一致。②看不到色素帶:忘記畫濾液細(xì)線;濾液細(xì)線接觸層析液,且時(shí)間較長,色素全部溶解到層析液中。③胡蘿卜素、葉黃素的色素帶明顯,葉綠素a、葉綠素b色素帶不明顯:忘記加碳酸鈣或葉片不新鮮。典例剖析【例1】

在做“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)時(shí),甲、乙、丙、丁四名同學(xué)對(duì)相關(guān)試劑的使用情況如下表所示(“+”表示使用,“-”表示未使用),其余操作均正常,項(xiàng)目甲乙丙丁無水乙醇-+++蒸餾水+---CaCO3++-+SiO2+++-他們所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果依次應(yīng)為(

)A.①②③④B.②④①③C.④②③①D.③②①④答案:B解析:在“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)中,SiO2可使研磨充分,CaCO3可保護(hù)葉綠素免受破壞,無水乙醇用于溶解色素,色素不溶于蒸餾水。根據(jù)以上分析可知,甲同學(xué)不能提取出色素;乙同學(xué)操作符合要求,能正確提取色素;丙同學(xué)在提取色素時(shí),未加入

CaCO3,部分葉綠素會(huì)被破壞從而導(dǎo)致含量減少,色素帶變窄,而類胡蘿卜素受影響較小,色素帶幾乎無變化;丁同學(xué)因未加入SiO2而導(dǎo)致研磨不充分,分離時(shí)各色素帶都變窄。學(xué)以致用1.在“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)中,以下主要步驟操作正確的是(

)A.步驟①為獲得10mL提取液,一次性加入10mLa液的提取效果最好B.步驟②采用定性濾紙過濾,可提高濾液中光合色素的含量C.步驟③在濾紙條上連續(xù)畫2~3次濾液細(xì)線,分離色素的效果更好D.步驟④將試管固定于鐵架臺(tái)上,可防止b液晃動(dòng)而觸及濾液細(xì)線答案:D解析:由于研磨時(shí)乙醇會(huì)揮發(fā),故為獲得10

mL提取液,研磨時(shí)應(yīng)加入多于10

mL的乙醇,A項(xiàng)錯(cuò)誤。步驟②采用單層尼龍布過濾,可提高濾液中光合色素的含量,B項(xiàng)錯(cuò)誤。畫濾液細(xì)線時(shí),用毛細(xì)吸管吸取少量濾液,沿鉛筆線均勻地畫出一條細(xì)線,待濾液干后,再重復(fù)畫一到兩次,不能連續(xù)畫線,C項(xiàng)錯(cuò)誤。二

葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能問題探究水綿能利用陽光中的可見光進(jìn)行光合作用。請(qǐng)結(jié)合教科書第100~101頁恩格爾曼利用水綿探究葉綠體功能的實(shí)驗(yàn),思考并回答下列問題。(1)該實(shí)驗(yàn)選擇水綿和需氧細(xì)菌作為實(shí)驗(yàn)材料,有什么優(yōu)點(diǎn)?其中一組是在無空氣的黑暗環(huán)境中用極細(xì)的光束點(diǎn)狀投射葉綠體,需氧細(xì)菌的分布是怎樣的?這說明了什么?提示:水綿的葉綠體呈螺旋帶狀分布,便于觀察;用需氧細(xì)菌可確定釋放氧氣多的部位。需氧細(xì)菌只向葉綠體被光束照射到的部位集中,說明氧氣是由葉綠體在光照條件下釋放出來的。(2)兩組實(shí)驗(yàn)都要求在隔絕空氣的條件下進(jìn)行,這樣做的目的是什么?提示:排除空氣中的氧氣對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾。(3)在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中,大量的需氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域,為什么?提示:因?yàn)樗d葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光,在此波長光的照射下,葉綠體會(huì)釋放氧氣,適于好氧細(xì)菌在此區(qū)域分布。歸納總結(jié)葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)(1)在葉綠體基質(zhì)中和類囊體膜上含有與光合作用有關(guān)的酶。(2)類囊體的薄膜上分布有捕獲光能的色素,且類囊體堆疊成基粒,增大了葉綠體內(nèi)部的膜面積,不僅極大地?cái)U(kuò)展了受光面積,而且為酶和色素提供了更多的附著位點(diǎn)。典例剖析【例2】

圖甲為葉綠體結(jié)構(gòu)模式圖,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.圖乙所示結(jié)構(gòu)取自圖甲中的①或③B.與光合作用有關(guān)的酶全部分布在圖乙所示結(jié)構(gòu)上C.④是葉綠體捕獲光能、進(jìn)行光合作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)D.葉綠體以圖甲中③的形式擴(kuò)大膜的表面積D解析:圖乙所示結(jié)構(gòu)含有光合色素,光合色素只分布在葉綠體的類囊體薄膜上,對(duì)應(yīng)圖甲中的③。在葉綠體的基質(zhì)(圖甲中④)中,也分布有與光合作用有關(guān)的酶。圖甲中④是葉綠體基質(zhì),而吸收光能的色素分布在類囊體的薄膜上。學(xué)以致用2.為證實(shí)葉綠體有放氧功能,可利用含有水綿與需氧細(xì)菌的臨時(shí)裝片進(jìn)行實(shí)驗(yàn),裝片需要給予一定的條件,這些條件是(

)A.光照、有空氣、臨時(shí)裝片中無NaHCO3稀溶液B.光照、無空氣、臨時(shí)裝片中有NaHCO3稀溶液C.黑暗、有空氣、臨時(shí)裝片中無NaHCO3稀溶液D.黑暗、無空氣、臨時(shí)裝片中有NaHCO3稀溶液答案:B解析:無空氣是排除空氣中O2的干擾,NaHCO3溶液能為水綿的光合作用提供CO2,光是進(jìn)行光合作用的必要條件。1.提取和分離綠葉中色素的正確順序是(

)A.剪碎綠葉→研磨→過濾→畫濾液細(xì)線→紙層析B.剪碎綠葉→研磨→加SiO2、CaCO3→過濾→畫濾液細(xì)線→紙層析C.剪碎綠葉→過濾→研磨→色素濾液→畫濾液細(xì)線→紙層析D.剪碎綠葉→研磨→過濾→畫濾液細(xì)線→鉛筆畫線→紙層析答案:A解析:色素的提取和分離的正確順序應(yīng)為剪碎綠葉→研磨→過濾→畫濾液細(xì)線→紙層析。2.下圖表示葉綠體中色素吸收光能的情況。根據(jù)此圖并結(jié)合所學(xué)知識(shí)分析,以下說法正確的是(

)①在夜間用波長為550nm的綠光照射行道樹,目的是通過植物光合作用增加氧氣濃度②在通過紙層析法分離出來的色素帶上,胡蘿卜素的條帶在最上面③土壤中缺鎂時(shí),植物對(duì)波長為420~470nm的光的利用率顯著減少A.①②

B.①③C.②③ D.①②③C解析:由于葉片中的色素幾乎