2018版高中生物 第五章 细胞的能量供应和利用 第4节 第1课时 捕获光能的色素和结构学案 新人教版必修1

第1课时捕获光能的色素和结构
1．说出叶绿体的结构和功能。

(重点)
2．说出绿叶中色素的种类和作用。

(重点)
3．理解实验“绿叶中色素的提取和分离”的实验原理和方法。

(重难点)
1．色素的提取
(1)原理
绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。

(2)实验用品及作用[连线]
【提示】①－b ②－c ③－d ④－a
(3)实验步骤
取材：称取5 g绿叶，剪碎，放入研钵中
↓
研磨：
↓
过滤：漏斗基部放一块单层尼龙布，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤↓
收集：用小试管收集色素滤液，及时将试管口用棉塞塞紧
2．色素的分离
(1)实验原理：绿叶中的色素在层析液中的溶解度不同，它们随层析液在滤纸条上的扩散速度也不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。

这样，色素就会随着层
析液在滤纸上的扩散而分离开。

(2)实验步骤
[合作探讨]
探讨1：实验过程中，甲同学忘记加入二氧化硅和碳酸钙，乙同学忘记加入无水乙醇，丙同学加的无水乙醇过多请分析他们可能出现的实验结果。

提示：甲同学研磨不充分，部分色素被破坏，过滤收集的滤液颜色浅。

乙同学不能提取到色素。

丙同学的滤液颜色浅，提取的滤液色素的浓度低。

探讨2：实验操作时，为什么要将滤纸条的一端剪去两角？画滤液细线的要求是细、直、
齐，且要在干燥后重复画一两次，请分析这样做的原因是什么？
提示：①剪去两角的目的是防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快。

②滤液细线要细、直、齐是使分离的色素不重叠，重复画线的目的是增加色素含量，使分离的色素带清晰，便于观察。

探讨3：实验结束后，某同学的滤纸条上没有出现色素带，请探讨其实验失败的可能原因。

提示：①忘记画滤液细线。

②层析时滤液细线触及层析液。

[思维升华]
1．实验材料和试剂
(1)材料：
叶片要新鲜、颜色要深绿，这样的叶片含有的色素较多。

(2)试剂及作用：
2.
(1)研磨要迅速、充分：研磨充分使叶绿体完全破裂，可提取较多的色素。

(2)滤液细线要求：细、直、齐，含有较多的色素，所以应待滤液干后再画一两次。

(3)滤液细线不能触及层析液，否则色素会溶解到层析液中，使滤纸条上得不到色素带。

3．滤纸条上色素的分布和对光的吸收
4．绿叶中色素的提取和分离实验的异常现象分析
(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析：
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。

④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。

(2)滤纸条色素带重叠：滤液细线画的过粗。

(3)滤纸条看不见色素带：
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。

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．研磨时加入石英砂可使叶片研磨更充分
【解析】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。

【答案】 C
2．下面是“绿叶中色素的提取和分离”实验的部分材料和用具。

据图回答：
①②③④
(1)图中步骤①加入研钵内的物质为：A________10 mL，作用是________；B________少许，作用是使研磨充分；C________少许，作用是________。

(2)图中步骤②将研磨液倒入漏斗中，漏斗基部放有________。

(3)图中步骤③剪去两角的作用是________________，画滤液细线的要求是____________________________________________________________。

(4)图中步骤④中加盖的目的是________；色素带最宽的是________，扩散速度最快的是________。

(5)秋天，北方树叶大都由绿变黄，其原因是占四种色素总量约3/4的________和________分解，从而显示出________和________的颜色。

【解析】(1)研磨时需要加入3种物质：10 mL无水乙醇，作用是溶解色素；二氧化硅可以增大摩擦力，使细胞和叶绿体破碎以便充分研磨；细胞研磨破碎后，会溢出有机酸，为防止叶绿素被破坏，研磨时需要加入少许碳酸钙来中和有机酸。

(2)过滤研磨液时，漏斗基部通常使用单层尼龙布而不能用滤纸，因为色素可吸附在滤纸上。

(3)剪去滤纸两角的作用是防止两边色素扩散过快。

画滤液细线的要求是细、齐、直。

(4)4种色素在层析液中溶解度不同导致各种色素在滤纸条上的扩散速度不同，从而达到分离色素的目的。

由于层析液有毒，且可以挥发，所以要加盖。

色素带的宽度不同是由各种色素含量不同造成的，且色素的含量越多，色素带越宽。

一般植物叶片中叶绿素a含量最多，所以叶绿素a的色素带最宽。

(5)叶绿素不稳定，易分解，而叶黄素和胡萝卜素较稳定，故秋天树叶由绿变黄。

【答案】(1)无水乙醇溶解色素二氧化硅碳酸钙防止色素被破坏(2)单层尼龙布(3)防止色素带扩散不整齐细、齐、直(4)防止层析液挥发叶绿素a 胡萝卜素(5)叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素叶黄素
1．色素的种类、含量、颜色及吸收光谱
2.叶绿体的形态结构、功能及色素的分布
(1)形态：扁平的椭球形或球形。

(2)结构模式图
[合作探讨]
探讨1：一般植物的叶片在春、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？
提示：在春夏季节，叶子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，叶子呈现出了类胡萝卜素的颜色，所以呈现黄色。

探讨2：叶绿体的结构有哪些特点与光合作用相适应？
提示：(1)叶绿体的色素分布在基粒的类囊体膜上，基粒和类囊体的数量很多，极大地扩展了受光面积。

(2)类囊体膜和基质中分布有与光合作用有关的酶。

探讨3：将在黑暗中放置一段时间的新鲜绿叶均分为4块，置于不同的试管中，按下表进行实验
四支试管中着色最深和着色最浅的试管分别是哪一个？ 提示：分别为①、④。

[思维升华]
1．叶绿体中的色素与吸收光谱
(1)叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。

(2)叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光吸收量大，对其他可见光并非不吸收，只是吸收量较少。

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
⎭⎪⎬⎪
⎫水绵 好氧细菌――――→黑暗
无空气⎩⎪⎨⎪⎧
极细光束照射→好氧细菌集中于叶绿体被光束照射的部位完全曝光→好氧细菌分布于叶绿
体所有受光部位
(2)实验结论
①叶绿体是进行光合作用的场所。

②O 2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好氧细菌。

水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好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等。

1．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
( )
【导学号：19040225】
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
【解析】 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。

【答案】 D
2．下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具有选择透过性功能
B．③上既有光合色素又有与光合作用有关的酶
C．③和④中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
【解析】①②表示叶绿体的双层膜，它们具有选择透过性功能。

③为叶绿体的基粒，其上含有进行光合作用的色素和酶。

④为叶绿体基质，也是进行光合作用的场所，也具有与光合作用有关的酶。

色素和酶是进行光合作用的必要条件，具有上述条件而不具有叶绿体的蓝藻等也可进行光合作用。

【答案】 D
3．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( )
【导学号：19040226】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
【解析】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，否则好氧细菌均匀分布，无法根据好氧细菌的聚集情况来确定叶绿体是否有放氧功能。

【答案】 B
1．在进行“绿叶中色素提取和分离”的实验时，不让层析液没及滤液细线的原因是( )
【导学号：19040227】A．滤纸上几种色素会扩散不均匀而影响实验结果
B．滤纸上的滤液细线会变粗而使色素太分散
C．色素会溶解在层析液中而使实验失败
D．滤纸上的几种色素会混合起来不分散
【解析】叶绿体中的各种色素能够溶于有机溶剂，若在层析时，层析液没及滤纸条上的滤液细线，色素就会溶解在层析液中，导致层析后得不到色素带。

【答案】 C
2.右图为叶绿体结构示意图，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
【解析】叶绿体具有双层膜即图示1，属于生物膜，具有选择透过性；与光合作用有关的酶，在2类囊体薄膜上以及3叶绿体基质中均有分布。

【答案】 C
3．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的吸收光谱的是(注：纵坐标为吸收光能的百分比)( )
【导学号：19040228】
【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，400～500 nm为蓝紫光区，600～700 nm为红光区，因为叶绿素b是叶绿素的一种，所以答案为A。

【答案】 A
4．将竖直放置的水绵和某种好氧细菌的混合溶液放在暗处，白光透过三棱镜照在混合液处，一段时间后，好氧细菌的分布情况最可能是( )
A．随机、均匀分布在混合液中
B．集中分布在上下两侧
C．集中分布在中央位置
D．集中分布在溶液的下层
【解析】白光透过三棱镜后，红光分布在水绵上侧，蓝紫光分布在水绵下侧，由于色素主要吸收红光和蓝紫光，因此竖直放置的水绵在上侧和下侧光合作用较强，产生的氧气较多，好氧细菌在这两处集中分布。

【答案】 B
5．秋冬季节，由于叶绿体中的某类色素易被破坏，使叶片呈现黄色，导致叶片吸收光的能力减弱，其中吸收明显减少的是( )
A．黄光、红光B．红光、蓝紫光
C．蓝紫光、绿光D．绿光、黄光
【解析】秋冬季节，叶绿素被破坏，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。

【答案】 B
课堂小结：。