新教材適用2024-2025學(xué)年高中生物第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第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)學(xué)案新人教版必修1

第1課時(shí)捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)課標(biāo)要求1．理解試驗(yàn)“綠葉中色素的提取和分別”的原理和方法，駕馭基本操作技能。2．駕馭綠葉中色素的種類和作用，明確葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能。核心素養(yǎng)1．生命觀念——結(jié)構(gòu)與功能觀：葉綠體的結(jié)構(gòu)尤其是基粒大大擴(kuò)展了膜面積，與光合作用的功能相適應(yīng)。2．科學(xué)探究——試驗(yàn)思路及設(shè)計(jì)：科學(xué)設(shè)計(jì)提取和分別色素的試驗(yàn)步驟，留意每個(gè)操作步驟的規(guī)范性。學(xué)問點(diǎn)一捕獲光能的色素對應(yīng)學(xué)生用書學(xué)案P102必備學(xué)問·夯實(shí)雙基1．綠葉中色素的提取和分別2．色素的含量和種類活學(xué)巧練1.在綠葉中色素的提取試驗(yàn)中加入二氧化硅可以防止破壞葉綠素。(×)2．葉綠體中進(jìn)行光合作用所需的酶分布于內(nèi)膜、基質(zhì)和類囊體。(×)3．綠葉中含量越多的色素，其在濾紙條上擴(kuò)散得越快。(×)深化探討色素的提取特別勝利，但層析后濾紙條上色素帶特別模糊，其緣由可能有哪些？提示：①畫濾液細(xì)線次數(shù)太少。②濾液細(xì)線觸及層析液，且時(shí)間較長，色素溶解到層析液中。課內(nèi)探究·名師點(diǎn)睛捕獲光能的色素1．綠葉中色素的功能和合成(1)功能：色素可以汲取、傳遞和轉(zhuǎn)化光能。(2)影響葉綠素合成的因素葉綠素的合成易受光照、溫度和礦質(zhì)元素等因素影響。①光照：光是影響葉綠素合成的主要因素，一般植物在黑暗中不能合成葉綠素，因而黑暗條件下葉片發(fā)黃。②溫度：溫度可影響與葉綠素合成有關(guān)的酶的活性，進(jìn)而影響葉綠素的合成。低溫時(shí)，葉綠素分子易被破壞，葉片發(fā)黃。③礦質(zhì)元素：葉綠素中含N、Mg等元素，若缺少這些元素，將導(dǎo)致葉綠素?zé)o法合成，老葉先變黃。另外，F(xiàn)e是葉綠素合成過程中某些酶的協(xié)助成分，缺Fe也將導(dǎo)致葉綠素合成受阻，幼葉先變黃。2．試驗(yàn)結(jié)果——有關(guān)色素帶的分析(1)從色素帶的位置可知，各種色素在層析液中溶解度的凹凸依次為：胡蘿卜素>葉黃素>葉綠素a>葉綠素b。(記憶口訣：胡、黃、a、b)(2)從色素帶的寬度可知，各種色素的含量一般狀況下為：葉綠素a>葉綠素b>葉黃素>胡蘿卜素。3．留意事項(xiàng)及緣由分析過程留意事項(xiàng)緣由分析提取色素選簇新綠色的葉片使濾液中色素含量高研磨時(shí)加無水乙醇溶解色素加少量SiO2和CaCO3研磨充分和愛護(hù)色素快速、充分研磨削減乙醇揮發(fā)，充分溶解色素盛放濾液的試管口加棉塞削減乙醇揮發(fā)和色素氧化分別色素濾紙預(yù)先干燥處理使層析液在濾紙上快速擴(kuò)散濾液細(xì)線要直、細(xì)、勻使分別出的色素帶平整不重疊濾液細(xì)線干燥后再重畫一到兩次增加色素附著量使分別出的色素帶清楚分明濾液細(xì)線不觸及層析液防止色素干脆溶解到層析液中典例剖析典例1(2024·遼寧遼河油田第一高級中學(xué)高一期末)下列是簇新綠葉的四種光合色素在濾紙上分別的狀況，以下說法正確的是(C)A．甲、乙、丙、丁依次表示胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a和葉綠素bB．四種色素都能溶解在層析液中，乙色素的溶解度最大C．水稻在收獲季節(jié)，葉片中色素量的變更是(甲＋乙)<(丙＋丁)D．提取色素時(shí)加入碳酸鈣是為了研磨充分解析：甲、乙、丙、丁依次表示葉綠素b、葉綠素a、葉黃素、胡蘿卜素，A錯(cuò)誤；四種色素都能溶解在層析液中，丁色素的溶解度最大，B錯(cuò)誤；水稻在收獲季節(jié)，葉綠素含量較低，所以(甲＋乙)＜(丙＋丁)，C正確；提取色素時(shí)加入二氧化硅為了研磨充分，加入碳酸鈣為了愛護(hù)色素，D錯(cuò)誤。故選C。變式訓(xùn)練?(2024·江蘇省鎮(zhèn)江市高一質(zhì)檢)在“綠葉中色素的提取和分別”的試驗(yàn)中，加入碳酸鈣的目的是(D)A．溶解色素 B．使研磨更加充分C．分別色素 D．防止色素被破壞解析：在綠葉中色素的提取和分別的試驗(yàn)中，溶解色素的是無水乙醇或丙酮，A錯(cuò)誤；試驗(yàn)中加入二氧化硅的目的是使研磨更加充分，B錯(cuò)誤；分別色素的是層析液，C錯(cuò)誤；加入碳酸鈣的目的是防止色素被破壞，D正確。學(xué)問點(diǎn)二葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能必備學(xué)問·夯實(shí)雙基1．葉綠體的結(jié)構(gòu)2．葉綠體的功能：進(jìn)行_光合作用__的場所?；顚W(xué)巧練1.沒有葉綠體的生物無法進(jìn)行光合作用。(×)2．植物細(xì)胞都含有葉綠體。(×)3．在真核細(xì)胞內(nèi)，能進(jìn)行光合作用的色素分布在葉綠體以及液泡中。(×)深化探討1.在大棚種植時(shí)一般選用哪種顏色的薄膜？為什么？提示：一般選用無色透亮的薄膜，因?yàn)槟軌蛲高^各種單色光。2．陰天時(shí)，為了增加蔬菜的產(chǎn)量，在功率相同的狀況下，應(yīng)當(dāng)選擇什么顏色(藍(lán)紫光或紅光/白光)的照明燈為蔬菜補(bǔ)充光源？為什么？提示：藍(lán)紫光或紅光。在照明燈功率相同的狀況下，用發(fā)藍(lán)紫光或紅光的照明燈，植物利用光能的效率最高。課內(nèi)探究·名師點(diǎn)睛葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用1．葉綠體中色素的汲取光譜色素種類汲取光汲取光譜圖示葉綠素(含量約占3/4)葉綠素a(藍(lán)綠色)汲取紅光和藍(lán)紫光葉綠素b(黃綠色)汲取紅光和藍(lán)紫光類胡蘿卜素(含量約占1/4)胡蘿卜素(橙黃色)汲取藍(lán)紫光葉黃素(黃色)汲取藍(lán)紫光2.葉綠體的結(jié)構(gòu)及功能(1)結(jié)構(gòu)①雙層膜：分為內(nèi)膜和外膜，其主要功能是限制物質(zhì)進(jìn)出葉綠體。②基粒：由囊狀結(jié)構(gòu)堆疊而成，這些囊狀結(jié)構(gòu)稱為類囊體。汲取光能的四種色素就分布在類囊體的薄膜上。③基質(zhì)：在基粒與基粒之間充溢基質(zhì)，基質(zhì)中含有與光合作用有關(guān)的酶。(2)功能葉綠體內(nèi)的基粒和類囊體擴(kuò)展了受光面積，含有很多汲取光能的色素分子和光合作用所必需的酶，因此葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場所。3．葉綠體功能的驗(yàn)證明驗(yàn)(1)試驗(yàn)過程及現(xiàn)象eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(水綿,好氧細(xì)菌))eq\o(→,\s\up7(黑暗),\s\do5(無空氣))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(極細(xì)光束照耀→好氧細(xì)菌集中于,葉綠體被光束照耀到的部位,完全暴露在光下→好氧細(xì)菌分,布在葉綠體全部受光部位))(2)試驗(yàn)結(jié)論①葉綠體是進(jìn)行光合作用的場所。②O2是由葉綠體釋放的。(3)試驗(yàn)設(shè)計(jì)奇妙之處①試驗(yàn)材料選擇水綿和好氧細(xì)菌：水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于視察；用好氧細(xì)菌可確定釋放氧氣的部位。②沒有空氣的黑暗環(huán)境：解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和無光照的部位，相當(dāng)于一組比照試驗(yàn)。④進(jìn)行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的比照試驗(yàn)：明確試驗(yàn)結(jié)果完全是由光照引起的。學(xué)問貼士(1)光合作用的酶分布在類囊體的薄膜上和基質(zhì)中，但光合色素只分布在類囊體的薄膜上。(2)葉綠體以囊狀結(jié)構(gòu)堆疊成基粒的方式增大膜面積，而線粒體以內(nèi)膜向內(nèi)腔折疊形成嵴的方式增大膜面積。典例剖析典例2如圖為葉綠體結(jié)構(gòu)示意圖，下列敘述不正確的是(C)A．①具有選擇透過性B．汲取光能的色素分布在②上C．與光合作用有關(guān)的酶只分布在③中D．葉綠體具有雙層膜解析：與光合作用有關(guān)的酶分布在②③。變式訓(xùn)練?德國科學(xué)家恩格爾曼設(shè)計(jì)了一個(gè)試驗(yàn)探討光合作用的汲取光譜。他將三棱鏡產(chǎn)生的散射光投射到絲狀水綿體上，并在水綿懸液中放入需氧細(xì)菌，視察細(xì)菌的聚集狀況(如圖所示)。他由試驗(yàn)結(jié)果得出光合作用在紅光區(qū)和藍(lán)紫光區(qū)最強(qiáng)。這個(gè)試驗(yàn)的思路是(B)A．細(xì)菌對不同的光反應(yīng)不一，細(xì)菌聚集多的地方，細(xì)菌光合作用強(qiáng)B．需氧細(xì)菌聚集多的地方，O2濃度高，水綿光合作用強(qiáng)C．需氧細(xì)菌聚集多的地方，產(chǎn)生的有機(jī)物多，水綿光合作用強(qiáng)D．需氧細(xì)菌大量消耗O2，使水綿的光合速率大幅度加快解析：細(xì)菌不能進(jìn)行光合作用，該試驗(yàn)中進(jìn)行光合作用的是水綿，A錯(cuò)誤；該試驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路是需氧細(xì)菌須要O2，水綿光合作用強(qiáng)的部位，產(chǎn)生的O2多，在O2含量多的地方需氧細(xì)菌的數(shù)量多，B正確、C錯(cuò)誤；水綿光合速率的快慢與需氧細(xì)菌大量消耗O2無明顯關(guān)系，D錯(cuò)誤。1．不同顏色溫室大棚的光合效率無色透亮大棚中各色光均能透過，有色大棚主要透射同色光，其他光被其汲取，所以用無色透亮薄膜的大棚光合效率更高，而葉綠素對綠光汲取最少，綠色的塑料薄膜的大棚光合效率最低。2．光質(zhì)與光合效率(1)不同波長的光對光合效率的影響不同。光合效率大小為白光、紅光、藍(lán)紫光、橙黃光、綠光。葉綠體中的色素汲取最多的是藍(lán)紫光和紅光，在日光照耀的基礎(chǔ)上，用紅色、藍(lán)紫色燈光可以提高光合效率。(2)不同顏色的藻類汲取不同波長的光。水層對光波中的紅、橙部分的汲取明顯多于對藍(lán)、綠部分的汲取，即到達(dá)深水層的光線是相對富含短波長的光，汲取紅光和藍(lán)紫光較多的綠藻分布于海水的淺層，汲取藍(lán)紫光和綠光較多的紅藻分布于海水較深的地方。這是藻類對光照條件適應(yīng)的一種表現(xiàn)。典例3大棚種植西蘭花能夠讓我們在寒冷的冬季也能享受其美味。為了增加其產(chǎn)量，大棚內(nèi)照明燈的顏色和大棚的塑料薄膜顏色選擇最好的組合為(A)A．藍(lán)紫光或紅光、無色透亮B．藍(lán)紫光或紅光、黃色透亮C．白光、黃色透亮D．白光、無色透亮解析：由于照明燈的功率是肯定的，所以在相同的功率下，用藍(lán)紫光或紅光的照明燈，植物利用光能的效率更高；由于太陽光是肯定的，所以用無色透亮的塑料薄膜，植物獲得光能更多。學(xué)霸記憶1.無水乙醇能提取綠葉中的色素，層析液可分別色素。2．用無水乙醇提取色素的原理是色素能溶解在無水乙醇中。3．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。4．二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸鈣可防止研磨中色素被破壞。5．層析后濾紙條上自上而下依次是胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a和葉綠素b。6．葉綠素主要汲取紅光和藍(lán)紫光，胡蘿卜素和葉黃素主要汲取藍(lán)紫光。7．色素分布于葉綠體類囊體薄膜上，而與光合作用有關(guān)的酶則分布于類囊體薄膜和葉綠體基質(zhì)中。1．(2024·河南省洛陽市高一)如圖是對菠菜葉片葉綠體色素分別的結(jié)果示意圖。下列相關(guān)分析正確的是(B)A．將濾紙條剪去兩角的目的是便利層析液的吸附B．①對應(yīng)的色素在層析液中的溶解度最大C．假如③④帶寬減小肯定是遺忘添加碳酸鈣D．畫濾液細(xì)線前先用鉛筆畫細(xì)線能夠促進(jìn)色素的層析解析：制備濾紙條時(shí)要將濾紙條的一端剪去兩角，目的是使色素在濾紙條上擴(kuò)散勻稱，A錯(cuò)誤；①對應(yīng)的色素在層析液中的溶解度最大，所以在濾紙條上擴(kuò)散的速度最快，處于濾紙條的最上端，B正確；假如③④(葉綠素)帶寬減小可能是遺忘添加碳酸鈣，也可能是材料不簇新，葉綠素含量削減，C錯(cuò)誤；畫濾液細(xì)線前先用鉛筆畫細(xì)線，能夠使得濾液細(xì)線畫的細(xì)而直，D錯(cuò)誤。2．(2024·四川廣安高一期末)下圖是綠色植物光合作用過程中葉綠素和類胡蘿卜素的汲取光譜圖。據(jù)圖分析下列敘述錯(cuò)誤的是(C)A．光合作用的作用光譜也可用CO2的汲取速率隨光波長的變更來表示B．葉綠素主要汲取藍(lán)紫光和紅光，而綠光汲取量最少被反射出來，所以葉片呈綠色C．類胡蘿卜素在紅光區(qū)汲取的光能可用于光反應(yīng)中ATP的合成D．葉片在640～660nm波長光下釋放O2是由葉綠素參加光合作用引起的解析：由于光反應(yīng)產(chǎn)生的[H]和ATP能用于暗反應(yīng)，暗反應(yīng)要汲取CO2，所以光合作用的作用光譜也可用CO2的汲取速率隨光波長的變更來表示，A正確；葉綠素主要汲取藍(lán)紫光和紅光，類胡蘿卜素主要汲取藍(lán)紫光，葉綠素和類胡蘿卜素基本不汲取綠光，綠光被反射出來，所以葉片呈現(xiàn)綠色，B正確；類胡蘿卜素主要汲取藍(lán)紫光，幾乎不汲取紅光，所以幾乎不能利用紅光來合成光反應(yīng)中的ATP，C錯(cuò)誤；640～660nm波長主要是紅光區(qū)域，該區(qū)域的光可被葉綠素汲取利用，因此葉片在640～660nm波長光下釋放O2是由葉綠素參加光合作用引起的，D正確。故選C。3．(2024·廣西欽州高一期末)下面是甲、乙、丙三位同學(xué)進(jìn)行“綠葉中色素的提取和分別”試驗(yàn)的過程，請依據(jù)問題回答：(1)甲同學(xué)選用簇新菠菜的綠色葉片進(jìn)行試驗(yàn)，在濾紙上出現(xiàn)了四條清楚的色素帶，如(左)圖所示。甲同學(xué)分別色素的方法是_紙層析法__，濾紙條上色素帶位置的不同主要取決于_色素在層析液中溶解度的大小__。從上到下數(shù)，葉黃素位于第_2__條色素帶。(2)乙同學(xué)變更甲同學(xué)所用層析液組成后接著進(jìn)行試驗(yàn)，在濾紙條上出現(xiàn)了黃、綠兩條色素帶。他用刀片裁出含色素帶的濾紙條，用乙醚分別溶解條帶上的色素，濃縮后分別放在陽光和三棱鏡之間，通過分析色素溶液的_汲取光譜(對不同波長的光被汲取的狀況)__來推斷色素帶上色素種類。(3)丙同學(xué)對甲同學(xué)“綠葉中色素的分別”試驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，試驗(yàn)裝置如上圖(右)所示，該同學(xué)應(yīng)將提取到的濾液滴在_a__處(填“a”或“b”)，棉線燈芯下端應(yīng)浸沒在_層析液__中。試驗(yàn)結(jié)果得到四個(gè)不同顏色的同心圓，排列在最內(nèi)側(cè)的色素是_葉綠素b__(填色素的名稱)。解析：(1)分別色素運(yùn)用的方法為紙層析法；色素在層析液中的溶解度不同，其隨著層析液在濾紙上擴(kuò)散的速度不同，最終出現(xiàn)不同位置的色素帶，故濾紙條上色素帶的位置不同主要取決于色素在層