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课时学案及答案

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

叶绿体的结构适于进行光合作用

1．叶绿体的形态：一般呈扁平的椭球形或球形。

2．叶绿体亚显微结构模式图

3．叶绿体功能的验证

(1)实验者：恩格尔曼。

(2)实验材料：水绵、需氧细菌。

(3)实验结论：

①光合作用释放氧气；

②叶绿体是光合作用的部位。

4．叶绿体捕获光能、进行光合作用的物质基础

(1)叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子。

(2)在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．绿叶中色素分离的原理是色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。                             (　　)

2．叶绿体中的色素吸收可见光用于光合作用。 (　　)

3．吸收光能的有关色素分布在叶绿体的内膜上。 (　　)

4．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。 (　　)

5．叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光。 (　　)

提示：1．×　绿叶中色素分离的原理是色素在层析液中的溶解度不同。

2．√

3．×　吸收光能的色素分布在类囊体膜上。

4．×　叶绿素不吸收绿光。

5．√

　叶绿体的结构适于进行光合作用

1．叶绿体结构与功能的适应

(1)叶绿体基质和类囊体上含有与光合作用有关的酶。

(2)类囊体薄膜上分布有捕获光能的色素，且类囊体堆叠成基粒，增大了叶绿体内部的膜面积，为酶和色素提供了更多的附着位点。

2．叶绿体功能的验证实验——恩格尔曼实验

(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)实验设计的“四妙”

①实验材料选得妙：实验材料选择水绵和需氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察；用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。

②排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境，排除了空气中氧气和光的干扰。

③观测指标设计得妙：用极细的光束点状投射，叶绿体上可分为获得光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验。

④实验对照设计得妙：进行黑暗(局部光照)和曝光对照实验，明确实验结果完全是由光照引起的。

(1)植物体中并不是所有的细胞都含有叶绿体，只有能进行光合作用的细胞才含有叶绿体。

(2)有些植物的液泡中也含有色素，这些色素与光合作用无关，只有叶绿体中的色素才能捕获光能。

1．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上既有光合色素又有与光合作用有关的酶

C．③和④上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　[图中结构①是叶绿体的外膜，②是叶绿体的内膜，都是由磷脂和蛋白质构成的，在功能上具有选择透过性，A正确；③是类囊体薄膜，其结构上既有光合色素又有与光合作用有关的酶，B正确；与光合作用光反应有关的酶分布在类囊体薄膜和叶绿体基质中，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。]

2．恩格尔曼用极细的光束照射到载有水绵和需氧细菌的载玻片上(下左图)，将装片(下右图)暴露在光下，结果如下图所示。关于该实验说法错误的是(　　)

A．本实验结论是叶绿体在光照下可产氧

B．水绵和需氧细菌实验前要进行饥饿处理

C．光照的部位是该实验的自变量

D．真空和黑暗是实验的两个无关变量

B　[需氧细菌聚集在带状叶绿体周围说明光合作用的过程中有氧气释放出来，A正确；水绵和需氧细菌实验前不需要进行饥饿处理，B错误；题述实验的自变量是水绵的照光部位，C正确；光照部位是题述实验的自变量，实验设计的巧妙之一是将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了环境中光线和氧的影响，从而确保实验能够正常地进行，真空和黑暗是实验的两个无关变量，D正确。]

通过对材料的分析知，红叶谷树叶在深秋变红，因此会从一定角度分析其变红原因和进行相关实验，从而形成生命观念和科学探究的学科思想。

(1)试从叶片色素的种类和含量角度分析，秋天树叶为什么变红？(生命观念)

提示：秋天天气转凉，气温降低，叶片中的叶绿素含量下降，液泡中花青素的颜色逐渐凸显出来，此季节花青素接近红色。

(2)研究发现温度和光照都会影响叶绿素的合成，请简单设计实验，探究温度和光照对叶绿素合成的影响。(写出实验思路即可)(科学探究)

提示：实验思路：选取相同的某种植物叶片平分为四组，分别进行光照和低温、黑暗和低温、光照和室温、黑暗和室温、光照处理，每隔一段时间检测叶绿素的含量。

[课堂小结]

1．关于叶绿素提取的叙述中错误的是(　　)

A．菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料

B．加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏

C．用乙醇提取的叶绿体色素中无胡萝卜素

D．研磨时加入二氧化硅可使叶片研磨更充分

C　[叶绿体中的四种色素包括胡萝卜素，均溶于无水乙醇，C项错误；菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料，研磨时加入SiO2可使叶片研磨更充分，加入少许CaCO3，可以中和叶肉细胞中的有机酸，能避免叶绿素被破坏。]

2．下列有关绿叶中色素的提取和分离实验的叙述中，正确的是(　　)

A．叶绿素的提取需要加入层析液作为提取液

B．过滤时应使用单层尼龙布，并用棉塞塞住试管口

C．分离色素时应将滤液细线置于层析液中

D．选材不同，四条色素带在滤纸条上的排列顺序不同

B　[提取叶绿素使用的是无水乙醇，层析液用于分离色素；过滤时使用单层尼龙布，并用棉塞塞住试管口，以防止挥发性强的无水乙醇挥发；分离色素时不能将滤液细线置于层析液中，否则色素会溶入层析液中；不同材料中四种色素在层析液中的溶解度相同，来自不同材料叶绿体中的四种色素含量可能不同，经过纸层析后，在滤纸上的排列顺序相同，色素带粗细可能不同。]

3．如图是叶片中两类色素的吸收光谱，试判定甲和乙分别为何种色素(　　)

A．叶绿素a、叶绿素b　 B．类胡萝卜素、叶绿素

C．叶黄素、叶绿素a D．叶绿素、类胡萝卜素

D　[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。]

4．为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与需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

B　[水绵中的叶绿体通过光合作用释放氧气，光合作用需要光照和CO2，NaHCO3稀溶液可提供CO2，装片中不能有空气，否则需氧细菌均匀分布，无法根据需氧细菌的聚集情况来确定叶绿体是否有放氧功能。]

5．分析下图，认识叶绿体的结构和功能，并完成相关问题：

(1)叶绿体是进行光合作用的场所。与光合作用有关的色素在[　]____________上。

(2)与线粒体相比较，在结构上的相同点是________________，不同点是

____________________________________________________。

(3)结构总是与功能相适应，试分析叶绿体的结构与功能的关系：

____________________________________________________

____________________________________________________。

[解析]　(1)在叶绿体结构中，类囊体薄膜上分布有与光合作用有关的色素。(2)叶绿体和线粒体均为双层膜细胞器，线粒体内膜形成嵴，叶绿体有囊状结构。(3)叶绿体膜面积的增大，有利于光合作用的进行。

[答案]　(1)2　类囊体薄膜

(2)都有双层膜结构，都有基质　叶绿体内膜光滑，线粒体内膜形成嵴，叶绿体有囊状结构，线粒体无囊状结构

(3)类囊体和基粒数目多，扩大了受光面积，有利于进行光合作用