第4節光合作用與能量轉化一捕獲光能的色素和結構基礎預習自查問題一:綠葉中有哪些色素?怎樣進行提取和分離實驗?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:綠葉中的色素都能溶解在層析液中,但不同色素在層析液中的溶解度不同,_________的隨層析液在濾紙上擴散得快,反之則慢。溶解度高(2)實驗步驟:(3)實驗現象分析:濾紙條上呈現四條顏色、寬度不同的色素帶,如圖:3.綠葉中色素的種類和吸收光譜:葉綠素(3/4)類胡蘿卜素(1/4)葉綠素a葉綠素b胡蘿卜素葉黃素顏色______________橙黃色_____光能吸收主要吸收_______和_____主要吸收_______分布葉綠體的___________上藍綠色黃綠色黃色藍紫光紅光藍紫光類囊體薄膜問題二:葉綠體的結構有哪些適應進行光合作用的特點?1.形態:扁平的_______或_____。2.結構:在下圖中填寫序號所代表的結構橢球形球形3.功能:葉綠體是_________的場所。4.葉綠體功能的實驗證據:恩格爾曼實驗中,需氧細菌只向_______被光束照射到的部位集中。光合作用葉綠體核心互動探究探究點一綠葉中色素的提取和分離【實驗情境】參考教材綠葉中色素的提取和分離實驗,思考下列問題(科學探究):1.實驗步驟、方法和原因分析:(1)實驗選擇新鮮、濃綠的葉片,而不用發黃的葉片的原因是什么?提示:新鮮、濃綠的葉片中含有較多的葉綠素。而黃色葉片中的葉綠素很少,導致實驗中提取到的色素種類和含量均減少,影響實驗結果。

(2)分析提取色素實驗中的操作及目的或原因:實驗過程實驗操作目的或原因加二氧化硅和碳酸鈣______________________________________研磨時加無水乙醇_________________迅速、充分研磨______________________________________用單層尼龍布過濾過濾葉脈等并且不吸附色素盛放濾液的試管用棉塞塞緊管口_________________有助于研磨充分和防止研磨中色素被破壞溶解葉片中的色素防止溶劑揮發、充分釋放葉綠體中的色素防止無水乙醇揮發(3)分析分離色素實驗中的操作及目的:實驗過程實驗操作目的或原因濾紙條預先干燥處理___________________________濾紙條一端剪去兩個角使層析液同步到達濾液細線濾液細線干后再重復畫一到兩次為了積累更多的色素,使分離后的色素帶明顯使層析液在濾紙條上擴散得快實驗過程實驗操作目的或原因層析液不能觸及濾液細線_______________________防止色素溶解于層析液中2.實驗結果分析:如圖是實驗得到的色素在濾紙條上的分布圖,思考下列問題:(1)分析色素帶的條數與色素種類:四條色素帶說明有_________。(2)色素帶的寬窄與色素含量:色素帶越寬說明此種色素含量_____。四種色素越多(3)如果用長時間缺鎂的植物葉片做本實驗,色素在濾紙條上的分布會有哪些不同?提示:葉綠素a和葉綠素b的色素帶變淺變窄。(4)如果將色素濾液滴在濾紙中心,干燥后用層析液分離,會得到什么結果?提示:會出現四個同心圓,從內向外的顏色依次是黃綠色、藍綠色、黃色、橙黃色。(5)秋天,北方樹葉大都由綠變黃,其原因是什么?提示:約占四種色素總量80%的葉綠素a和葉綠素b分解,從而顯示出胡蘿卜素和葉黃素的顏色。【探究總結】兩種實驗失敗的原因分析1.濾紙條上未出現色素帶的原因:(1)忘記畫濾液細線,濾紙條上不含色素。(2)層析時濾液細線觸及層析液,使色素溶解在層析液中。2.濾紙條上出現4條不清晰色素帶的原因:(1)選取的葉片不新鮮,顏色太淺。(2)稱取綠葉量過少或加入無水乙醇過多,使色素溶液濃度過低。(3)未加SiO2,研磨不充分,色素未能充分提取。(4)未重復畫濾液細線。【定向訓練】1.下列有關“綠葉中色素的提取和分離實驗”的敘述中,正確的是(

)A.葉綠素的提取需要加入層析液作為提取液B.過濾時應使用單層尼龍布,并用棉塞塞住試管口C.分離色素時應將濾液細線置于層析液中D.選材不同,四條色素帶在濾紙條上的排列順序不同【解析】選B。提取葉綠素使用無水乙醇,層析液用于分離色素;過濾時使用單層尼龍布,并用棉塞塞住試管口,以防止揮發性較強的無水乙醇揮發;分離色素時不能將濾液細線置于層析液中,否則色素會溶解在層析液中;不同材料中的四種色素在層析液中的溶解度相同,來自不同材料葉綠體中的四種色素含量可能不同,經過紙層析后,在濾紙上的排列順序相同,色素帶粗細可能不同。【補償訓練】利用無水乙醇提取出葉綠體中的色素,并設法分離得到各種色素后,將葉綠素b、葉綠素a、葉黃素、胡蘿卜素和混合液依次點樣在濾紙的1、2、3、4、5位置(如圖所示),當濾紙下方浸入層析液后,濾紙條上各色素正確位置應為(

)【解題指南】解答本題的關鍵需明確:(1)用紙層析法分離色素的原理。(2)記清葉綠體中四種色素在濾紙條上的位置。【解析】選B。在層析液中,胡蘿卜素擴散速度最快,其次是葉黃素,再次是葉綠素a,最慢的是葉綠素b;另外四種色素的混合液的擴散結果是含有四個色素點,故選B。2.下列用鮮菠菜進行色素提取、分離實驗的敘述,正確的是 (

)A.應該在研磨葉片后立即加入CaCO3,防止酸破壞葉綠素B.即使菜葉剪碎不夠充分,也可以提取出4種光合作用色素C.為獲得10mL提取液,研磨時一次性加入10mL無水乙醇研磨效果最好D.層析完畢后應迅速記錄結果,否則葉綠素條帶會很快隨溶劑揮發消失【解題指南】(1)抓準題眼:色素提取中無水乙醇、CaCO3的作用,色素分離試劑的特點。(2)掃清障礙:無水乙醇的用量要適當,層析液容易揮發,葉綠素見光易分解。【解析】選B。本題主要考查綠葉中色素的提取和分離實驗。CaCO3可防止研磨過程中葉綠素被酸破壞,應該在研磨時加入CaCO3,A項錯誤。菜葉剪碎是否充分,不影響菜葉中色素的種類,即使菜葉剪碎不夠充分,也可提取出4種光合作用色素,B項正確;由于研磨時無水乙醇揮發,為了獲得10mL提取液,研磨時加入多于10mL的無水乙醇,C項錯誤;層析完畢后應迅速記錄結果,否則葉綠素條帶會隨色素分解消失,而不會隨溶劑的揮發消失,D項錯誤。3.(2020·長春高一檢測)在葉綠體的色素提取與分離實驗中,實驗結果表明,在層析液中溶解度最大和含量最多的分別是 (

)A.葉綠素a和葉綠素b

B.胡蘿卜素和葉黃素C.胡蘿卜素和葉綠素a

D.葉黃素和葉綠素b【解析】選C。葉綠體色素提取分離實驗中,在紙層析后的濾紙條上,從上往下(距離點樣處由遠到近)的色素依次是:胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b。葉綠素a色素帶最寬,含量最多,C正確。探究點二色素的吸收光譜及葉綠體的結構和功能1.色素的吸收光譜(科學思維):【圖表情境】葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜如圖所示,回答下列問題:(1)葉綠素主要吸收_____________,類胡蘿卜素主要吸收_______。(2)樹葉正常生長一般呈綠色的原因是什么?提示:綠葉中的色素對綠光吸收最少,綠光被反射出來。藍紫光和紅光藍紫光(3)若遇到連續陰雨天氣,應選擇補充的光源為_____________,原因是_________________________________。(4)有同學提出可以通過吸收光譜區分色素的種類,你認為可行嗎?提示:可行,因為不同色素的吸收光譜是不同的。紅光或藍紫光綠葉中的色素主要吸收紅光和藍紫光2.葉綠體的結構和功能(生命觀念):(1)光合作用中色素和酶的分布:色素:分布在_________________;酶:分布在___________________。(2)葉綠體通過什么方式擴展了膜面積?有什么意義?提示:葉綠體擴展膜面積的方式是類囊體薄膜堆疊成基粒,其意義是分布有更多的酶和色素,有利于光合作用的進行。類囊體薄膜(基粒)類囊體薄膜和基質中3.葉綠體功能的驗證(科學探究):(1)恩格爾曼把裝片放在黑暗沒有空氣的環境中,原因是什么?提示:避免光照和O2對實驗的影響。(2)填寫實驗過程和現象:(3)實驗結論:①間接證明:葉綠體是_______________;②直接證明:O2是由_______釋放的。光合作用的場所葉綠體【拓展延伸】恩格爾曼實驗的三個巧妙之處(1)實驗材料選得妙:用水綿作為實驗材料。水綿不僅具有細而長的帶狀葉綠體,而且葉綠體螺旋狀地分布在細胞中,便于觀察和分析研究。(2)排除干擾的方法妙:實驗成功的關鍵之一在于控制無關變量和減少額外變量。恩格爾曼將臨時裝片放在黑暗并且沒有空氣的環境中,排除了環境中光和氧氣的影響,從而確保實驗能夠正常進行。(3)觀測指標設計得妙:通過需氧細菌的分布進行檢測,從而能夠準確地判斷出水綿細胞中釋放氧的部位。【探究總結】色素對光能的吸收及葉綠體的結構和功能(1)色素對光的吸收特點:葉綠素主要吸收藍紫光和紅光;類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。其他可見光也吸收,只是吸收率低。(2)葉綠體結構:具有雙層膜,內部有許多囊狀結構的類囊體,色素分布于類囊體薄膜上。(3)恩格爾曼實驗的兩種對照:黑暗組中用極細的光束照射與未照射的部位進行對照;黑暗組和完全曝光組進行對照。(4)影響色素合成的因素:光照、溫度、鎂元素等。【定向訓練】1.(2020·晉江高一檢測)如圖為用分光光度計測定葉片中兩類色素吸收不同波長光波的曲線圖,請判定A和B分別為何種色素 (

)A.葉綠素、類胡蘿卜素B.類胡蘿卜素、葉綠素C.葉黃素、葉綠素aD.葉綠素a、葉綠素b【解析】選A。在可見光范圍內,葉綠素有兩個吸收高峰,而類胡蘿卜素只有一個吸收高峰,A正確。2.葉綠體是植物進行光合作用的細胞器,下列關于葉綠體及色素的敘述錯誤的是 (

)A.植物細胞都有葉綠體,葉綠素普遍分布于植物的每個細胞中B.與光合作用有關的酶分布于類囊體和基質中C.葉綠體內有許多類囊體,極大地擴大了受光面積D.葉綠體中的色素分布于類囊體上,且都吸收藍紫光【解析】選A。葉綠素存在于葉綠體中,不是所有的植物細胞都有葉綠體,葉綠體主要存在于植物的葉肉細胞中,A錯誤;與光合作用有關的酶分布于葉綠體的類囊體和基質中,B正確;葉綠體內有許多類囊體,極大地擴大了受光面積,C正確;葉綠體中的色素分布于類囊體上,且都吸收藍紫光,D正確。3.恩格爾曼用極細的光束照射到載有水綿和需氧細菌的裝片①上,將裝片②暴露在光下,結果如圖所示。關于該實驗說法正確的是 (

)A.實驗開始前,裝片都要先通氣處理B.裝片①中僅有光處理和無光處理一組對照C.裝片中的需氧細菌的聚集位置說明光合作用產物中有氧氣D.用透過三棱鏡的光束照射裝片②,得到的結果相同【解析】選C。兩組裝片都要放在沒有空氣的環境中,避免氧氣的影響,A錯誤;裝片中還有有葉綠體部位和無葉綠體部位對照,B錯誤;光合作用產生氧氣,需氧細菌才聚集在光照處,C正確;透過三棱鏡后,需氧細菌集中在藍紫光區和紅光區,D錯誤。葉綠體的結構原理過程易溶于有機溶劑取材→研磨→過濾→收集在層析液中的溶解度不同，溶解度高的擴散速度快制備濾紙條→畫濾液細線→分離色素葉綠素類胡蘿卜素葉綠素b葉黃素胡蘿卜素提取分離葉綠體的功能決定基粒內膜外膜基質平滑吸收光能功能色素結果葉綠素a種類3/41/4情境素養探究1.【生活情境】植物工廠在人工精密控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營養成分等條件下,生產蔬菜和其他植物。有的植物工廠完全依靠人工光源,其中常見的是紅色、藍色和白色的光源。探究:(1)為什么用紅色、藍色和白色的光源,而不用其他光源?提示:色素對紅光和藍紫光的吸收率高。(2)植物工廠若采用太陽光作光源,應選擇什么顏色的塑料薄膜或玻璃?為什么?提示:最好選用無色的。因為葉綠體中的色素對各種顏色的可見光都能吸收。(3)葉綠體中的色素能吸收紫外光進行光合作用嗎?請設計實驗進行驗證。(寫出簡單的實驗思路和預期結果)提示:實驗思路:將大小、生長狀況相同的植物平均分成三組,編號為甲、乙、丙。甲組直接檢測干重,乙組用足夠強度的白光照射,丙組用相同強度的紫外光照射,一周后檢測并比較三組植物的干重。預期結果:若干重丙<甲<乙,說明葉綠體不能吸收紫外光進行光合作用。2.【生活情境】材料Ⅰ:海洋中的藻類植物具有一定的垂直分布:淺水處多為綠藻,稍深處多為褐藻,更深處多為紅藻。材料Ⅱ:從物理學的角度分析,光的波長越短,能量越多,透射的深度也就越深。可見光中,紅光波長最長,透射的深度也就最淺。海水中透射率最高的是綠光。探究:(1)綠藻之所以看起來是綠色的,可能的原因是什么?提示:綠藻中的色素對綠光吸收率最小,綠光被反射出來。(2)海水中綠光透射率最高,而在深海中分布最多的是紅藻,從光合色素的角度解釋原因。提示:紅藻中的色素對綠光有較高的吸收能力。課堂素養達標1.基于對“綠葉中色素的提取和分離”實驗的理解,下列敘述不正確的是____________

。

①二氧化硅有助于研磨得充分②碳酸鈣可以保護各種色素③葉綠素a的色素帶最寬,溶解度最高④濾紙條插入時應注意濾液細線不能觸及層析液⑤用清水也可以提取光合色素【解析】選②③⑤。研磨時加入碳酸鈣防止葉綠素被破壞;葉綠素a的色素帶最寬,說明含有的色素最多;光合色素不溶于清水,不能用清水提取。2.從葉綠體中提取色素,選取下列哪一種葉片效果最好 (

)A.厚硬似革質的綠色葉片B.衰老、黃綠的葉片C.新鮮、細嫩、顏色濃綠的葉片D.多漿汁或有特殊氣味的綠色葉片【解析】選C。提取葉綠體中的色素,需選擇葉綠素含量較多的葉片,同時要求該葉片易研磨,所以C項符合要求。3.(2020·蚌埠高一檢測)關于“綠葉中色素的提取和分離”實驗的操作,正確的是 (

)A.將干燥處理過的定性濾紙條用于層析B.在畫出一條濾液細線后緊接著重復畫線一兩次C.使用定性濾紙過濾研磨液D.研磨葉片時,用體積分數為70%的乙醇溶解色素【解析】選A。將干燥處理過的定性濾紙條用于層析,A正確;在畫出一條濾液細線后,待濾液干后,再畫一兩次,B錯誤;用單層尼龍布進行過濾,定性濾紙會吸附色素,C錯誤;研磨葉片時,用無水乙醇溶解色素,D錯誤。4.甲、乙、丙、丁四位同學,以新鮮綠色菠菜葉為實驗材料,用層析法進行綠葉中色素的提取和分離實驗時,由于操作不同,而得到了以下四種不同的層析結果。下列分析錯誤的是 (

)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加入無水乙醇過多C.丙可能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【解析】選C。綠葉中的色素屬于有機物,易溶于無水乙醇等有機溶劑,難溶于水,所以不能用水作提取液和層析液,A正確;乙中每種色素都有,但含量很少,可能是無水乙醇過多,色素濃度太低導致的,B正確;丙中每種色素都有,但是胡蘿卜素和葉黃素含量較多,葉綠素a和葉綠素b含量較少,這不應該是正確操作得到的理想結果,如果操作無誤,應該是葉綠素的含量多,C錯誤;丁中葉綠素a和葉綠素b含量很少,可能是研磨時未加入CaCO3,破壞了葉綠素,因為與類胡蘿卜素相比,葉綠素更易受到破壞,D正確。5.如圖為葉綠體結構示意圖,下列敘述不正確的是(

)A.①具有選擇透過性功能B.吸收光能的色素分布在②上C.與光合作用有關的酶只分布在③中D.具有雙層膜【解析】選C。圖中①為生物膜,②為類囊體,③為葉綠體基質,生物膜具有選擇透過性功能,故A正確;吸收光能的色素分布在類囊體薄膜上,故B正確;類囊體薄膜和葉綠體基質中均有與光合作用有關的酶,故C錯誤;葉綠體具有雙層膜結構,故D正確。6.(2020·哈爾濱高一檢測)如圖是某同學所做的“綠葉中色素的提取和分離”實驗結果,下列說法正確的是 (

)A.①為葉綠素bB.④表現為藍綠色C.所取葉片可能是老葉D.②在層析液中的溶解度最大【解析】選C。題圖中①是胡蘿卜素,②是葉黃素,③是葉綠素a,④是葉綠素b,A