高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》一 捕获光能的色素和结构第1课时学案

这是一份高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》一 捕获光能的色素和结构第1课时学案，共17页。

说出叶绿体的结构和功能。
素养达成
设疑激趣
玉米中有时会出现白化苗，右图中是白化苗和正常玉米苗的比较，白化苗由于不能进行光合作用，当种子中的营养成分消耗完后就会死亡，这说明光合作用离不开色素。那么，绿叶中与光合作用有关的色素和结构有哪些呢？它们有什么特点和功能呢？
夯基提能·分层突破——互动·探究·智涂
探究点一 实验：绿叶中色素的提取和分离
一、下图是提取和分离绿叶中色素的实验步骤，请分析：
1．提取色素时，加入剪碎的叶片后还需要加入三种物质，若A是二氧化硅，B、C分别是什么？A、B、C各起什么作用？
2．某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，可能的原因有哪些？
3．制备滤纸条时，剪去两角的作用是什么？画滤液细线有什么要求？
4．分离色素时，关键应注意层析液不要没及滤液细线，为什么？
[规律方法]绿叶中色素的提取和分离实验中异常现象分析
1.实验结果——有关色素带的分析
(1)从色素带的位置可知，各种色素在层析液中溶解度的高低依次为：胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a＞叶绿素b。(记忆口诀：胡、黄、a、b)
(2)从色素带的宽度可知，各种色素的含量一般情况下为：叶绿素a＞叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素。
2．实验中的注意事项及操作目的
二、下图是绿叶中色素分离的结果，请分析：
1．(1)含量最多和最少的色素分别是哪两种？
(2)在层析液中溶解度最高和最低的色素分别是哪两种？
(3)分子结构最相似的是哪两种色素？
2．色素的提取非常成功，但层析后滤纸条上色素带非常模糊，其原因可能有哪些？
3．实验过程中，甲同学忘记加入二氧化硅和碳酸钙，乙同学没有加无水乙醇，而是加了水，请分析他们可能出现的实验结果。
1．(合格考)下列关于叶绿体中色素的提取和分离实验的操作，正确的是( )
A．使用定性滤纸过滤研磨液
B.将干燥处理过的定性滤纸条用于层析
C.在画出一条滤液细线后紧接着重复画线2～3次
D.研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素
2．(合格考)提取光合色素，进行纸层析分离，对该实验中各种现象的解释，正确的是( )
A.未见色素带，说明材料可能为黄化叶片
B.色素始终在滤纸条上，是因为色素不溶于层析液
C.提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b
D.胡萝卜素处于滤纸条最上方，是因为其在提取液中的溶解度最高
3．(等级考)分别在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个研钵中加2g剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，即：深绿色、黄绿色、几乎无色。
注：“＋”表示加，“－”表示不加。
则Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个研钵中的溶液颜色分别是( )
A.几乎无色、黄绿色、深绿色
B.深绿色、几乎无色、黄绿色
C.黄绿色、深绿色、几乎无色
D.黄绿色、几乎无色、深绿色
4．(等级考)某班学生完成对新鲜菠菜叶进行绿叶中色素的提取和分离实验时，由于各组操作不同，出现了以下四种不同的层析结果。下列分析最不合理的是( )
A.甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液
B.乙可能是因为研磨时未加入SiO2
C.丙是正确操作得到的理想结果
D.丁可能是因为研磨时未加入CaCO3
探究点二 叶绿体的结构和功能
1.(教材P99图5－12)下图为不同色素的吸收光谱，请据图回答下列有关问题：
(1)从图中可以读出：叶绿素对____光和____光的吸收量大；类胡萝卜素对____光的吸收量大，对绿光吸收量____，所以叶片呈现绿色。
(2)秋天叶片变黄的原因：低温破坏了________，叶片呈现出____________的颜色。
(3)温室内自然光照射的情况下，给植物人工补充哪些单色光对增产有利？
(4)温室或大棚种植蔬菜，应选用什么颜色的玻璃或塑料薄膜？(透明物体的颜色是由它透过的色光决定的；不透明物体的颜色是由它反射的色光决定的。)
2.阅读教材恩格尔曼探究叶绿体的功能的实验，据图思考与讨论：
(1)该实验选择水绵和好氧细菌作为实验材料，有什么优点？
(2)甲组是在黑暗环境中用极细的光束点状投射叶绿体，好氧细菌的分布是怎样的？说明什么？
(3)乙组完全暴露在光照下，好氧细菌分布于叶绿体所有的受光部位，这组实验的设计目的是什么？
(4)两组实验都要求在隔绝空气的条件下进行，为什么？
(5)恩格尔曼实验的结论是什么？
3．利用物质能量观回答下列问题
(1)能进行光合作用的生物一定有叶绿体吗？
(2)一般植物的叶片在春、夏季为绿色，而在秋季呈黄色。请分析出现这一现象的原因是什么？
(3)从所含化学成分分析，叶绿体能进行光合作用的原因是什么？
[易错提醒]
(1)并不是所有的植物细胞都含有叶绿体，只有进行光合作用的植物细胞才含有叶绿体。
(2)色素不只是分布于叶绿体中，也可分布于液泡中，如花青素，但是液泡中的色素不能用于光合作用。
(3)叶绿体不是细胞进行光合作用的唯一场所，如蓝细菌细胞没有叶绿体，它进行光合作用的场所是光合片层。
1.叶绿体中色素的吸收光谱
2.叶绿体的结构
(1)叶绿体的分布
主要分布在绿色植物的叶肉细胞中，而并非遍布所有植物细胞。
(2)叶绿体的形态
光学显微镜下观察，一般呈扁平的椭球形或球形。
(3)叶绿体的结构
根据电子显微镜下观察到的叶绿体结构绘制的结构模式图如下。
3．关于叶绿体功能的实验验证
(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是由叶绿体进行光合作用所释放的。
1．(合格考)下列有关叶绿体的叙述中，正确的是( )
A．叶绿体的色素分布在类囊体薄膜上
B.叶绿体的色素分布在外膜和内膜上
C.光合作用的酶只分布在叶绿体基质中
D.光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上
2．(合格考)为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予一定的条件，这些条件是( )
A.光照、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液
B.光照、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液
C.黑暗、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液
D.黑暗、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液
3．(合格考)某同学从杨树叶片中提取并分离得到4种色素样品，经测定得到下列吸收光谱图，其中属于叶绿素b的是( )
4．(等级考)某科学家设计了一个实验来研究光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到丝状的水绵体上，并在水绵的悬液中放入好氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图)，他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。这个实验的思路是( )
A.细菌对不同的光反应不一，细菌聚集多的地方，水绵光合作用强
B.好氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强，则在该种光照射下植物光合作用强
C.好氧细菌聚集多的地方，水绵光合作用产生的有机物多，则在该种光照射下植物光合作用强
D.聚集的好氧细菌大量消耗光合作用产物——O2，使水绵的光合作用速度加快，则该种光有利于光合作用
强化落实·学业达标——归纳·提升·素养
高效课堂·实践运用——巩固·达标·反馈
1.用菠菜叶进行“绿叶中色素的提取和分离”的实验，滤液经层析后，色素带在滤纸条上的分布顺序是( )
2．叶绿体色素的纸层析结果显示，叶绿素b位于层析滤纸的最下端，其原因是( )
A．相对分子质量最小
B．相对分子质量最大
C．在层析液中的溶解度最小
D．在层析液中的溶解度最大
3．把色素提取液放在自然光源和三棱镜之间，从镜的另一侧观察连续光谱中变暗的主要区域是( )
A．蓝紫光和红光区域B．蓝紫光和黄光区域
C．绿光和红光D．黄光和绿光区
4．如图为叶绿体结构的示意图，下列叙述不正确的是( )
A．①具有选择透过性
B．吸收光能的色素分布在②上
C．与光合作用有关的酶只分布在③中
D．叶绿体具有双层膜
5．植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是 ( )
A．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光合作用
B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D．叶片在640～660nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
6．为研究城市环境污染和某植物生命活动的关系，研究者测定了不同污染程度下该植物叶片光合色素的含量，获得的数据处理成下面的柱状图。请分析回答下列问题：
(1)提取叶片中光合色素时常使用____________(试剂)来获取色素，为使__________，还可加入少许二氧化硅。
(2)纸层析法是分离叶片光合色素的简便方法。若研究者用该方法能否获得上述实验数据？为什么？________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)据图可知，污染程度的加剧使________________(色素类型)的含量减少。
疑难解答·名师指津——释疑·解惑·教材
问题探讨
1．提示：可根据植物生长发育的不同阶段调节人工光源的颜色及强度，以利于提高产量。
2．提示：因为二氧化碳是光合作用的原料，营养液成分会影响叶绿体的形成，温度会影响酶活性，因此二氧化碳浓度、营养液成分、温度等都会影响光合作用。
练习与应用
一、概念检测
1．(1)× (2)√ (3)× 2.A
二、拓展应用
1．提示：有关。不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出了红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。水层对光波中的红、橙部分吸收显著多于对蓝、绿部分的吸收，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，所以吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方。
2．提示：略
第1课时 捕获光能的色素和结构
夯基提能·分层突破
探究点一
【师问导学】
一、
1．A是二氧化硅，其作用是使研磨更充分；B是碳酸钙，其作用是防止研磨中色素分子被破坏；C是无水乙醇，其作用是溶解色素。
2．研磨不充分，色素未能充分提取出来；称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小；未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。
3．防止色素带不整齐。画滤液细线的要求是细、匀、直，还要待干燥后重复画1～2次。
4．滤液细线中的色素会被层析液溶解，不能在滤纸条上分离。
二、
1．(1)叶绿素a和胡萝卜素。
(2)胡萝卜素和叶绿素b。
(3)叶绿素a和叶绿素b。
2．①画滤液细线次数太少。②滤液细线触及层析液，且时间较长，色素溶解到层析液中。
3．甲同学的结果是滤纸条上的色素浓度很低，颜色很浅；乙同学的结果是滤纸上没有出现色素带。
【随堂检测】
1．解析：在提取绿叶中色素时，漏斗基部放单层尼龙布进行过滤，A错误；纸层析法分离滤液中的色素时，需用干燥的定性滤纸，B正确；画出一条滤液细线后需等滤液干后再重复画线1～2次，C错误；研磨叶片时应用无水乙醇溶解色素，D错误。
答案：B
2．解析：黄化叶片含有类胡萝卜素，滤纸上应有两条色素带，A错误；叶绿体中的色素都能溶解在有机溶剂层析液中，B错误；由于叶绿素含量比类胡萝卜素多且叶绿素呈现绿色，所以提取液呈现绿色，C正确；溶解度高的色素随层析液在滤纸上扩散得快，胡萝卜素在层析液中的溶解度最高，D错误。
答案：C
3．解析：由表格内容可知，研钵Ⅰ中未加入CaCO3和蒸馏水，CaCO3可保护叶绿素等色素免受破坏，研钵Ⅰ缺少CaCO3而导致部分叶绿素被细胞中的酶水解，因而提取液呈黄绿色。研钵Ⅱ中未加入无水乙醇，无水乙醇用于溶解色素，色素不溶于蒸馏水，因此研钵Ⅱ中的色素不能被溶解，因而溶液几乎无色。研钵Ⅲ中未加入蒸馏水，可得到正常的提取液，故溶液呈深绿色。
答案：D
4．解析：甲图中没有色素的原因可能是误用蒸馏水作提取液和层析液；乙图中色素的量较少，可能是因为研磨时未加入SiO2而导致研磨不充分；丙、丁图中叶绿素含量比类胡萝卜素含量低，原因可能是未加入CaCO3而导致叶绿素等色素被破坏。含量最高的应为叶绿素a，最低的为胡萝卜素，所以丙图不是理想结果。
答案：C
探究点二
【师问导学】
1．(1)蓝紫 红 蓝紫 较少 (2)叶绿素 类胡萝卜素
(3)蓝紫光、红光属于对植物光合作用最有效的光，因此可以补充这两种光达到增产的目的。
(4)无色的玻璃或塑料薄膜。
2．(1)水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；用好氧细菌可确定释放氧气多的部位。
(2)好氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中，说明氧气是由叶绿体在光照条件下释放出来的。
(3)和甲组进行对照，明确实验结果完全是由光照引起的。
(4)排除空气中的氧气对实验结果的干扰。
(5)氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
3．(1)不一定。蓝细菌是典型的原核生物，不含有除核糖体外的其他细胞器，即没有叶绿体，但依然能进行光合作用。
(2)在春夏季节，叶片中叶绿素含量多于类胡萝卜素，叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以呈绿色。在秋季，叶绿素被破坏，类胡萝卜素完好，叶片呈现出了类胡萝卜素的颜色，所以呈现黄色。
(3)叶绿体中含有光合色素和与光合作用有关的酶。
【随堂检测】
1．解析：叶绿体由内外双层膜、类囊体和基质三部分构成。类囊体是一种扁平的囊状结构，在类囊体薄膜上，有进行光合作用所必需的色素和酶。许多类囊体堆叠成基粒，基粒之间充满着基质，其中含有与光合作用有关的酶。
答案：A
2．解析：本题主要考查了叶绿体功能验证的相关实验设置，具体分析如图：
答案：B
3．解析：植物叶绿体中的色素分为叶绿素和类胡萝卜素，其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，400nm～500nm为蓝紫光区，600nm～700nm为红光区，叶绿素b是叶绿素的一种，A正确。
答案：A
4．解析：普通白光经棱镜折射后，分散成不同色彩的光，在图b中由右到左，光谱是按照红橙黄绿青蓝紫分布，好氧细菌的特性是分布在氧气浓度较高的环境中，图a中好氧细菌分布多的地方，氧气浓度高，氧气来自光合作用中的光反应，因此好氧细菌的分布可体现出光合作用强度的不同。
答案：B
高效课堂·实践运用
1．解析：由于四种色素在层析液中溶解度不同，造成其扩散速度也不同。溶解度最大的是胡萝卜素，它扩散的距离最远，其次是叶黄素，而叶绿素的溶解度小，所以叶绿素a和叶绿素b分别扩散在第三和第四条色素带之上。
答案：A
2．解析：色素分离的原理是根据不同色素在层析液中溶解度不同，溶解度大的随层析液扩散得快，溶解度小的随层析液扩散得慢，层析时随层析液在滤纸上的扩散而分离开。
答案：C
3．解析：叶绿体中的色素主要吸收蓝紫光和红光。
答案：A
4．解析：叶绿体由双层膜构成，它们具有选择透过性，A、D正确；吸收光能的色素分布在类囊体薄膜上，即②上，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错误。
答案：C
5．解析：类胡萝卜素只吸收蓝紫光，不吸收红光，A错误；叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制，B正确；光合作用需要吸收CO2，故可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示光合作用的作用光谱，C正确；叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素只吸收蓝紫光，640～660nm波长为红光，是由叶绿素参与光合作用引起的，D正确。
答案：A
6．答案：(1)无水乙醇(有机溶剂) 研磨更充分
(2)否。利用纸层析法只能在滤纸上观察到分离的色素带，不能定量分析色素
(3)叶绿素(叶绿素a和叶绿素b)异常现象
原因分析
收集到的滤
液绿色过浅
①未加二氧化硅，研磨不充分；
②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少；
③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇)；
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏
滤纸条色
素带重叠
①滤液细线不直；②滤液细线过粗
滤纸条
无色素带
①忘记画滤液细线；②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中
过程
注意事项
原因分析
提
取
色
素
选新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高
加少量SiO2和CaCO3
研磨充分和防止色素被破坏
研磨时加无水乙醇
溶解色素
迅速、充分研磨
减少乙醇挥发，充分溶解色素
盛放滤液的试管口加棉塞
减少乙醇挥发和色素氧化
分
离
色
素
滤纸预先干燥处理
使层析液在滤纸上快速扩散
滤液细线要直、细、匀
使色素带平整不重叠
滤液细线干燥后再画一两次
增加色素含量，使分离出的色素带清晰分明
滤液细线不触及层析液
防止色素直接溶
解到层析液中
处理
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
SiO2(少量)
＋
＋
＋
CaCO3(少量)
－
＋
＋
无水乙醇(10mL)
＋
－
＋
蒸馏水(10mL)
－
＋
－
色素种类
主要吸收光
吸收光谱图示
叶绿素
(含量约
占3/4)
叶绿素a
(蓝绿色)
吸收蓝紫
光和红光
叶绿素b
(黄绿色)
吸收蓝紫
光和红光
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
网
络
建
构
eq \a\vs4\al()
主
干
落
实
1.无水乙醇能提取绿叶中的色素，层析液可分离色素。
2．用无水乙醇提取色素的原理是色素能溶解在无水乙醇中。
3．不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸条上扩散得快，反之则慢。
4．二氧化硅有助于研磨充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。
5．层析后滤纸条上自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。
6．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。
7．色素分布于叶绿体类囊体薄膜上，而与光合作用有关的酶则分布于类囊体膜和叶绿体基质中。