2024-2025學年高一生物必修第一冊（人教版）課件 第5章 細胞的能量供應和利用 第4節(jié) 第1課時 捕獲光能的色素和結構

第4節(jié)光合作用與能量轉化第1課時捕獲光能的色素和結構學有目標——課標要求必明1.闡明“綠葉中色素的提取和分離”實驗的原理與方法。2.說出植物捕獲光能的色素的種類和作用。3.運用結構與功能相適應的觀念，解釋葉綠體適于進行光合作用的結構特點。記在平時——核心語句必背1.無水乙醇能提取綠葉中的色素，層析液可分離色素。2.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散得快，反之則慢。3.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。4.葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光。5.光合色素分布于葉綠體類囊體薄膜上，而與光合作用有關的酶則分布于類囊體薄膜和葉綠體基質中?！局鞲芍R梳理】一、綠葉中色素的提取和分離1．提取綠葉中的色素(1)原理：綠葉中的色素能溶解在有機溶劑___________中。無水乙醇(2)實驗步驟：2．分離綠葉中的色素(1)原理：不同色素在層析液中的_______不同，__________的隨層析液在濾紙上擴散得快，反之則慢。溶解度溶解度高(2)實驗步驟：二、綠葉中色素的種類及葉綠體的結構和功能1．色素的種類及吸收光譜(1)葉綠素a：藍綠色，主要吸收______________。(2)葉綠素b：黃綠色，主要吸收______________。(3)胡蘿卜素：_______，主要吸收藍紫光。(4)葉黃素：黃色，主要吸收_____光。藍紫光和紅光藍紫光和紅光橙黃色藍紫2．葉綠體的結構和功能(1)形態(tài)：一般呈扁平的_______或_____。(2)結構(填圖)：(3)功能：綠色植物進行__________的場所。橢球形球形光合作用【教材微點發(fā)掘】1．結合教材第99頁圖5－12回答有關問題：(1)從圖中可以讀出：葉綠素對____光和_____光的吸收量大；類胡蘿卜素對______光的吸收量大，對綠光吸收量_____，所以葉片呈現(xiàn)綠色。(2)秋天葉片變黃的原因：低溫破壞了______，葉片呈現(xiàn)出__________的顏色。紅藍紫藍紫較少葉綠素類胡蘿卜素(3)溫室內自然光照射的情況下，給植物人工補充哪些單色光對增產有利？提示：紅光、藍紫光屬于對植物光合作用最有效的光，因此可以補充這兩種光達到增產的目的。(4)溫室或大棚種植蔬菜，應選用什么顏色的玻璃或塑料薄膜？提示：無色的玻璃或塑料薄膜。2.分離葉綠體中的色素，也可用如圖所示的方法，即在圓心處滴加適量濾液，待干燥后再滴加適量層析液進行層析，結果會出現(xiàn)不同顏色的4個同心圓，請寫出①～④依次對應的色素及顏色。答案：①——胡蘿卜素(橙黃色)

②——葉黃素(黃色)

③——葉綠素a(藍綠色)

④——葉綠素b(黃綠色)新知探究(一)綠葉中色素的提取和分離【探究·深化】[情境質疑]1．下圖是提取和分離綠葉中色素的實驗步驟，請分析：(1)提取色素時，加入剪碎的葉片后還需要加入三種物質，若A是二氧化硅，B、C分別是什么？A、B、C各起什么作用？提示：A是二氧化硅，作用是使研磨更充分；B是碳酸鈣，作用是防止研磨中色素被破壞；C是無水乙醇，作用是溶解色素。(2)制備濾紙條時，剪去兩角的作用是什么？畫濾液細線有什么要求？提示：防止色素帶不整齊。畫濾液細線的要求是細、齊、直，還要重復畫幾次。(3)色素分離時，關鍵應注意層析液不要沒及濾液細線，為什么？提示：否則濾液細線中的色素會溶解于層析液中，不能分離。2．結合分離到的色素在濾紙條上的分布情況圖示分析下列問題：(1)含量最多和最少的色素分別是哪兩種？提示：葉綠素a和胡蘿卜素。(2)在層析液中溶解度最高和最低的色素分別是哪兩種？提示：胡蘿卜素和葉綠素b。(3)分子結構最相似的是哪兩種色素？提示：葉綠素a和葉綠素b。(4)某實驗小組得到的色素提取液顏色過淺，可能的原因有哪些？提示：研磨不充分，色素未能充分提取出來；稱取綠葉過少或加入無水乙醇過多，色素溶液濃度?。晃醇犹妓徕}或加入過少，色素分子部分被破壞。[重難點撥]1．注意事項及原因分析過程注意事項操作目的提取色素選新鮮綠色的葉片使濾液中色素含量高研磨時加無水乙醇溶解色素加少量SiO2和CaCO3研磨充分和保護色素迅速、充分研磨防止乙醇揮發(fā)，充分溶解色素盛放濾液的試管管口加棉塞防止乙醇揮發(fā)和色素氧化分離色素濾紙預先干燥處理使層析液在濾紙上快速擴散濾液細線要細、齊、直使分離出的色素帶平整不重疊濾液細線干燥后再畫一兩次增加色素量；使分離出的色素帶清晰分明濾液細線不觸及層析液防止色素直接溶解到層析液中續(xù)表2.實驗結果——有關色素帶的分析(1)從色素帶的位置可知，各種色素在層析液中溶解度的高低依次為：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情況下為：葉綠素a＞葉綠素b＞葉黃素＞胡蘿卜素?！镜漕}·例析】[典例1]在用新鮮菠菜葉進行色素提取和分離的實驗中，下列敘述正確的是(

)A．將濾液收集到試管中后，應及時用棉塞將試管口塞緊B．畫濾液細線時，在點樣線上需連續(xù)重復多次畫線C．濾液細線浸入層析液，可導致濾紙條上色素帶重疊D．濾紙條上跑得最遠的是橙黃色的胡蘿卜素，含量最多的是葉綠素b[答案]

A[解析]

為了防止收集到試管中的濾液揮發(fā)散失，所以應及時用棉塞將試管口塞緊，A正確；畫濾液細線時，在點樣線上需在前一次干后再畫下一次，一般重復2～3次，B錯誤；濾液細線不能觸及或浸入層析液，否則會導致色素溶解在層析液中，使濾紙條上不出現(xiàn)色素帶或色素帶變淺，C錯誤；濾紙條上跑得最遠的是橙黃色的胡蘿卜素，含量最多的是葉綠素a，D錯誤。[典例2]在做綠葉中色素的提取和分離實驗時，甲、乙、丙、丁四位同學對相關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，他們所得的實驗結果依次應為(

)項目甲乙丙丁無水乙醇－＋＋＋水＋－－－CaCO3＋＋－＋SiO2＋＋＋－A．①②③④

B．②④①③C．④②③① D．③②①④[答案]

B[解析]

由表格中信息可知，甲同學加的溶劑為水，而不是有機溶劑無水乙醇，色素不溶于水，因而提取不到葉綠體中的色素，所得結果應為②；乙同學的操作正確，所得結果應為④，即自上而下依次出現(xiàn)胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a和葉綠素b，且葉綠素a和葉綠素b的含量較多；丙同學盡管使用了有機溶劑無水乙醇，可以提取到色素，但由于未加CaCO3，葉綠素可能會被破壞，因而下邊的兩條色素帶比正常的窄，應為①；丁同學未加SiO2，可能研磨不充分，導致各種色素的提取量均少于正常水平，應為③。歸納拓展綠葉中色素提取和分離實驗的異?，F(xiàn)象分析(1)收集到的濾液綠色過淺的原因分析。①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。②使用放置數(shù)天的綠葉，濾液色素(葉綠素)太少。③一次加入大量的無水乙醇，色素溶液濃度太低(正確做法：分次加入少量無水乙醇提取色素)。④未加碳酸鈣或加入過少，色素分子被破壞。(2)濾紙條色素帶重疊：沒經干燥處理，濾液細線不能達到細、齊、直的要求，使色素擴散不一致。(3)濾紙條看不到色素帶：①忘記畫濾液細線；②濾液細線接觸到層析液，且時間較長，色素全部溶解到層析液中。(4)濾紙條只呈現(xiàn)胡蘿卜素、葉黃素色素帶：忘記加碳酸鈣導致葉綠素被破壞或所用葉片為“黃葉”?！緫谩んw驗】1．提取綠葉中色素、紙層析分離和光吸收實驗中，有關敘述錯誤的是(

)A．將5g綠葉放入研缽中，再放入少許二氧化硅、碳酸鈣和10mL無水乙醇，進行迅速充分研磨就可提取到綠葉中色素B．將提取的色素液放在陽光和三棱鏡之間就可看到葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜C．綠葉中色素分離的理論依據是它們在層析液中的溶解度不同D．若觀察實驗結果未見色素帶，可能的原因是濾紙上的濾液細線觸及了層析液答案：B解析：將5g綠葉放入研缽中，再放入少許二氧化硅、碳酸鈣和10mL無水乙醇，進行迅速充分研磨，由于葉肉細胞破裂，其細胞內的色素分子便會溶于提取液(無水乙醇)中，再經過濾便可提取到綠葉中色素，A正確；從葉綠體中提取的色素包括葉綠素和類胡蘿卜素兩大類，葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，將提取的色素液放在陽光和三棱鏡之間，可看到連續(xù)光譜中紅光區(qū)和藍紫光區(qū)變暗，B錯誤；不同色素在層析液中的溶解度不同，因而在濾紙條上的擴散速度不同，利用此原理可以分離各種色素，C正確；若觀察實驗結果未見色素帶，是因為沒有色素在濾紙條上擴散，最可能的原因是濾紙上的濾液細線觸及了層析液，因而濾液細線中的色素溶于層析液中，D正確。2．某班學生完成對新鮮菠菜葉進行綠葉中色素的提取和分離實驗時，由于各組操作不同，出現(xiàn)了以下四種不同的層析結果。下列分析最不合理的是(

)A．甲可能誤用蒸餾水作提取液和層析液B．乙可能是因為研磨時未加入SiO2C．丙是正確操作得到的理想結果D．丁可能是因為研磨時未加入CaCO3答案：C

解析：甲圖中沒有色素的原因可能是誤用蒸餾水作提取液和層析液；乙圖中色素含量較少，可能是因為研磨時未加入SiO2而導致研磨不充分；丙、丁圖中葉綠素含量比類胡蘿卜素含量低，原因可能是未加入CaCO3而導致葉綠素被破壞。新知探究(二)葉綠體中色素的功能【拓展·深化】1．色素的種類、含量、顏色及吸收光譜種類葉綠素(占3/4)類胡蘿卜素(占1/4)葉綠素a葉綠素b胡蘿卜素葉黃素顏色藍綠色黃綠色橙黃色黃色吸收光譜主要吸收藍紫光和紅光主要吸收藍紫光2.葉綠體色素的功能及應用(1)葉綠體色素的主要功能是吸收、傳遞和轉化光能。(2)植物綠葉呈現(xiàn)綠色的原因是其對綠光的吸收較少，綠光被反射出來。秋天葉片變黃的原因：低溫破壞了葉綠素，呈現(xiàn)出了類胡蘿卜素的顏色。部分植物葉片變紅的原因：低溫破壞了葉綠素，呈現(xiàn)出液泡中花青素的顏色。(3)在農業(yè)生產中，溫室大棚應使用無色透明的塑料薄膜或玻璃，因為它們能讓所有的光都透過，效果最好；若為大棚內植物補充光照，應選擇補充紅光或藍紫光，因為相同強度的紅光或藍紫光，比白光的光合作用強度要高?！镜漕}·例析】[典例]

(2023·全國乙卷)植物葉片中的色素對植物的生長發(fā)育有重要作用。下列有關葉綠體中色素的敘述，錯誤的是(

)A．氮元素和鎂元素是構成葉綠素分子的重要元素B．葉綠素和類胡蘿卜素存在于葉綠體中類囊體的薄膜上C．用不同波長的光照射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在藍紫光區(qū)有吸收峰D．葉綠體中的色素在層析液中的溶解度越高，隨層析液在濾紙上擴散得越慢[答案]

D[解析]

葉綠素由C、H、O、N、Mg組成，A正確；葉綠體中吸收光能的色素(葉綠素和類胡蘿卜素)分布在類囊體薄膜上，B正確；類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，用不同波長的光照射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在藍紫光區(qū)有吸收峰，C正確；葉綠體中的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散得快，反之則慢，D錯誤?！緫谩んw驗】1．下圖表示葉綠體中色素的吸收光譜(顏色深、淺分別表示吸收量多、少)，則圖甲、乙分別是(

)A．胡蘿卜素、葉綠素的吸收光譜B．葉綠素、類胡蘿卜素的吸收光譜C．葉黃素、葉綠素的吸收光譜D．葉黃素、胡蘿卜素的吸收光譜答案：B解析：從圖觀察，圖甲吸收光譜在藍紫光區(qū)和紅光區(qū)，應為葉綠素分子的吸收光譜；圖乙吸收光譜只在藍紫光區(qū)，應為類胡蘿卜素的吸收光譜。2．將在黑暗中放置一段時間的葉片均分為4小塊，分別置于不同的試管中，按下表進行實驗處理，其中著色最淺的葉片所在的試管是(

)注：“＋”表示具有該條件。試管編號①②③④實驗處理CO2溶液＋＋＋＋光照白光藍光紅光綠光碘液＋＋＋＋A．①

B．②

C．③

D．④答案：D

解析：在不同的光照條件下，光合作用強度不同，葉綠體中的色素主要吸收紅光和藍紫光，對綠光幾乎不吸收，故在白光下，葉片光合作用最強，經碘液處理后，著色最深；綠光下，葉片光合作用最弱，著色最淺。新知探究(三)葉綠體的結構和功能【探究·深化】[情境質疑]如圖是恩格爾曼的實驗示意圖，結合教材“思考·討論”的內容思考：(1)恩格爾曼的第一個實驗中，需氧細菌只向葉綠體被光束照射到的部位集中，如果把裝置放在光下，細菌則分布在所有受光的部位。該實驗可以得出什么結論？提示：氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所。(2)恩格爾曼在選材、實驗設計上有什么巧妙之處？提示：①實驗材料選擇水綿和需氧細菌：水綿的葉綠體呈螺旋帶狀分布，便于觀察；用需氧細菌可確定釋放氧氣多的部位。②沒有空氣的黑暗環(huán)境：排除了氧氣和光的干擾。③用極細的光束點狀投射：葉綠體上可分為獲得光照多和獲得光照少的部位，相當于一組對照實驗。④進行黑暗、局部光照和曝光對照實驗：明確實驗結果完全是由光照引起的等。(3)在第二個實驗中，大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域，為什么？提示：這是因為水綿葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍紫光，在此波長光的照射下，葉綠體會釋放氧氣，適于好氧細菌在此區(qū)域分布。(4)綜合上述資料，你認為葉綠體具有什么功能？提示：葉綠體是進行光合作用的場所，并且能夠吸收特定波長的光。[重難點撥]1．葉綠體結構與功能的適應(1)葉綠體基質和類囊體上含有與光合作用有關的酶。(2)類囊體薄膜上分布有捕獲光能的色素，且類囊體堆疊成基粒，增大了葉綠體內部的膜面積，為酶和色素提供了更多的附著位點。2．恩格爾曼實驗分析(1)實驗材料選擇水綿和需氧細菌的原因：①水綿的葉綠體呈螺旋帶狀分布，便于觀察；②用需氧細菌可確定釋放氧氣多的部位。(2)沒有空氣的黑暗環(huán)境：排除了氧氣和光的干擾。(3)用極細的光束點狀投射：葉綠體上可分為獲得光照多和光照少的部位，相當于一組對照實驗。(4)進行黑暗(局部光照)和曝光對照實驗：明確實驗結果完全是由光照引起的?！镜漕}·例析】[典例]

如圖甲是葉綠體結構模式圖，乙是從圖甲中取出的部分結構放大圖。下列相關敘述正確的是(

)A．甲中生物膜的面積主要靠內膜向內折疊成嵴而增大B．圖乙所示的結構來自圖甲中的③C．③中的葉綠素在液泡中也有D．ATP的合成場所只有葉綠體[答案]

B[解析]

甲是葉綠體，主要通過大量的類囊體堆疊成基粒來增大膜面積；圖甲中的③是類囊體，圖乙含有光合色素，光合色素分布在類囊體薄膜上，所以圖乙所示結構來自圖甲中的③；③中的色素是葉綠素和類胡蘿卜素，與光合作用有關，液泡中的色素是花青素等，和光合作用沒有關系；ATP合成場所是葉綠體、線粒體和細胞質基質。易錯提醒有關葉綠體的“三點提醒”(1)并不是所有的植物細胞都含有葉綠體，只有進行光合作用的細胞才含有葉綠體。(2)葉綠體的外膜與內膜不含有色素。(3)葉綠體不是細胞進行光合作用的唯一場所，如藍細菌細胞沒有葉綠體，也能進行光合作用?！緫谩んw驗】1．下圖為葉綠體結構模式圖。葉綠體是植物進行光合作用的細胞器，下面有關葉綠體結構和功能的敘述錯誤的是(

)A．①④分別為外膜和內膜，具有選擇透過性的功能特點B．②為基粒，類囊體的薄膜上含有與光合作用有關的色素和酶C．③為葉綠體基質，與光合作用無關D．光合作用所需的酶分布在②③中答案：C

解析：①是葉綠體外膜，②是基粒，③是基質，④是內膜，③基質中含有許多進行光合作用所必需的酶，C錯誤。2．為探究葉綠體吸收光能后是否有氧氣產生，某學者設計了以下實驗：制作載有水綿和需氧細菌的臨時裝片，用極細光束照射水綿，同時放在顯微鏡下觀察。下列關于該實驗的分析，錯誤的是(

)A．在光束照射到水綿之前，應該加三棱鏡將混合光分解成連續(xù)光譜B．臨時裝片應放置在沒有空氣的黑暗環(huán)境中C．需氧細菌起指示作用D．水綿的帶狀葉綠體有利于設置對照實驗答案：A

解析：本實驗的目的是驗證葉綠體在光照下能夠產生氧氣，而與光的種類沒有關系，不需用三棱鏡將混合光分解成連續(xù)光譜；為了防止空氣、光對實驗結果的影響，應該排除空氣，把臨時裝片放在黑暗環(huán)境中；需氧細菌的分布密疏，表示了氧氣產生的多少；水綿的葉綠體便于觀察且有利于設置對照實驗。3．1881年，德國科學家恩格爾曼設計了一個實驗研究光合作用的光譜。他將三棱鏡產生的光譜投射到絲狀水綿體上，并在水綿懸液中放入需氧細菌，觀察細菌的聚集情況(如圖)。他得出光合作用在紅光區(qū)和藍紫光區(qū)最強。這個實驗的思路是(

)A．細菌對不同的光反應不一樣，細菌聚集多的地方，細菌光合作用強B．需氧細菌聚集多的地方，O2濃度高，水綿光合作用強C．需氧細菌聚集多的地方，產生的有機物多，水綿光合作用強D．需氧細菌大量消耗O2，使水綿光合速率快，則該種光有利于光合

作用答案：B解析：需氧細菌向O2

濃度高的地方聚集，據此可推斷光合作用的放氧部位和光合作用強度?？茖W探究——探究植物葉片顏色異常變化與色素的關系1．影響葉綠素合成的三大因素光照是影響葉綠素合成的主要條件，一般植物在黑暗中不能合成葉綠素，因而葉片發(fā)黃溫度溫度可影響與葉綠素合成有關的酶的活性，進而影響葉綠素的合成必需元素葉綠素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg將導致葉綠素無法合成，葉變黃2.探究植物葉片顏色異常變化與色素的關系【素養(yǎng)評價】1．如圖表示某生物興趣小組利用韭菜宿根進行實驗的流程。相關敘述錯誤的是(

)A．紙層析法分離色素的原理是色素在層析液中溶解度不同B．兩組實驗的結果①中共有色素帶的顏色是黃色和橙黃色C．若在缺鎂條件下完成該實驗，兩組實驗的結果①和②差異都不大D．兩組實驗的結果②中吸收光譜最明顯的差異出現(xiàn)在藍紫光區(qū)域答案：D

解析：紙層析法分離色素的原理是不同色素在層析液中溶解度不同，溶解度大的，擴散速度快，A正確；結果①中共有的色素帶的顏色是黃色和橙黃色，分別是葉黃素和胡蘿卜素，B正確；鎂是葉綠素合成的必需元素，若在缺鎂條件下完成該實驗，兩組實驗的結果①和②差異都不大，C正確；葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，所以將等量剛制備的韭菜和韭黃色素濾液放在陽光與三棱鏡之間，結果②吸收光譜最明顯的差異出現(xiàn)在紅光區(qū)域，D錯誤。2．植物的生長發(fā)育需要根從土壤中吸收水分和各種礦質元素，科學實驗發(fā)現(xiàn)土壤中缺磷會導致植株矮小，葉色