高中生物必修1541 捕获光能的色素和结构及光合作用的探究历程学案.docx

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高中生物必修1541捕获光能的色素和结构及光合作用的探究历程学案

第4节　能量之源——光与光合作用

第1课时　捕获光能的色素和结构及光合作用的探究历程

学习目标引导

核心素养对接

关键术语

1.理解实验“绿叶中色素的提取和分离”的原理和方法，掌握基本操作技能。

2.掌握绿叶中色素的种类和作用，明确叶绿体的结构和功能。

1.生命观念——结构与功能观：

叶绿体的结构尤其是基粒大大扩展了膜面积，与光合作用的功能相适应。

2.科学探究——实验思路及设计：

科学设计提取和分离色素的实验步骤，注意每个操作步骤的规范性。

色素

吸收光谱

叶绿体

|预知概念|

一、绿叶中色素的提取和分离

1.提取叶绿体中的色素

（1）原理：

绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。

（2）实验步骤：

2.分离绿叶中的色素

（1）原理：

不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。

（2）实验步骤：

二、绿叶中色素的种类和作用及叶绿体的结构和功能

1.绿叶中色素的种类与光能吸收

色素种类

叶绿素（3/4）

类胡萝卜（1/4）

叶绿素a

叶绿素b

胡萝卜素

叶黄素

颜色

蓝绿色

黄绿色

橙黄色

黄色

光能吸收

主要吸收蓝紫光和红光

主要吸收蓝紫光

分布

叶绿体的类囊体的薄膜上

2.叶绿体的结构和功能

（1）形态：

一般呈扁平的椭球形或球形。

（2）结构：

填写图中字母所代表的结构：

a.外膜，b.内膜c.基质d.基粒。

（3）功能：

进行光合作用的场所。

实验证据：

恩格尔曼实验中，好氧细菌只聚集在叶绿体受光的部位。

三、光合作用的探究历程

1.光合作用的概念

（1）场所：

绿色植物的叶绿体中。

（2）能量转化：

光能→储存在有机物中的化学能。

（3）物质转化：

二氧化碳和水→有机物和氧气。

2.光合作用的探究历程（连线）

|过程评价|

1.色素在层析液中的溶解度越大，在滤纸上的扩散速度越快（√）

2.研磨时加入碳酸钙的目的是保护色素（√）

3.研磨时加入二氧化硅（石英砂）有利于充分研磨（√）

4.植物叶片中的色素主要吸收蓝紫光、红光和绿光（×）

5.叶绿素绝对不吸收绿光（×）

6.分离绿叶中的色素用的是层析液（√）

7.色素分离后，在滤纸条上的从上而下的四条色素带分别是叶黄素、胡萝卜素、叶绿素a和叶绿素b（×）

8.叶绿体是通过基粒中的类囊体薄膜扩大生物膜面积的（√）

9.叶绿体是光合作用的场所，蓝藻虽然没有叶绿体但也可以进行光合作用（√）

|联想·质疑|

★科学解释：

滤纸条边缘的溶液运动速度快，中间的溶液运动速度慢，为了跑出平齐的色素带，要剪去滤纸条两角。

★滤液细线不能触及层析液

★科学解释：

叶子中的色素对绿光吸收少，绿光被反射出来，故一般叶子呈绿色。

★科学解释：

类囊体薄膜堆叠成基粒，大大增加了光合作用面积。

蓝藻为什么能进行光合作用？

蓝藻中的色素种类和叶绿体中的色素种类是否相同？

提示：

蓝藻含有与光合作用相关的色素和酶。

不相同。

科学探究1　绿叶中色素的提取和分离

下图是提取和分离绿叶中色素的实验步骤，请分析：

1.提取色素时，加入剪碎的叶片后还需要加入三种物质，若A是二氧化硅，B、C分别是什么？

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是碳酸钙，作用是防止研磨中色素被破坏；C是无水乙醇，作用是溶解色素。

2.某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，可能的原因有哪些？

提示　研磨不充分，色素未能充分提取出来；称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小；未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。

3.制备滤纸条时，剪去两角的作用是什么？

画滤液细线有什么要求？

提示　防止色素带不整齐。

画滤液细线的要求是细、齐、直，还要重复画几次。

4.色素分离时，关键应注意层析液不要没及滤液细线，为什么？

提示　否则滤液细线会被层析液溶解，不能分离。

5.下图是分离到的色素在滤纸条上的分布情况，那么：

（1）含量最多和最少的色素分别是哪两种？

提示　叶绿素a和胡萝卜素。

（2）在层析液中溶解度最高和最低的色素分别是哪两种？

提示　胡萝卜素和叶绿素b。

（3）分子结构最相似的是哪两种色素？

提示　叶绿素a和叶绿素b。

【探究应用】

秋季枫树等植物的叶片变为红色，主要是由于花青素增多而叶绿素含量降低所致，实验小组对此进行实验验证：

用无水乙醇提取叶片中色素，用层析液进行分离，结果滤纸条上出现四条色素带，靠近层析液的两条色素带非常窄，有关推断不合理的是（　　）

A.变窄的是叶黄素和叶绿素a

B.低温叶绿素容易被破坏

C.滤纸条未显现花青素的原因可能是花青素不溶于无水乙醇

D.叶绿素易溶于无水乙醇

解析　叶绿体中色素分离实验中色素带由上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，因此变窄的两条色素带是叶绿素a和叶绿素b，A错误；秋天叶片变黄是因为低温破坏了叶绿素，B正确；如果花青素溶于有机溶剂，则滤纸条上会有花青素，所以滤纸条未显现花青素的原因可能是花青素不溶于无水乙醇，C正确；提取和分离色素的依据是相关色素易溶于有机溶剂——无水乙醇，D正确。

答案　A

【一题多变】

（1）细胞内哪些细胞器含有色素？

提示　液泡和叶绿体

（2）提取色素时能否使用滤纸过滤？

提示　不能，滤纸对色素有吸附作用。

收集到的滤液绿色过浅

原因

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（正确做法：

分次加入少量无水乙醇）

④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏

滤纸条色素带重叠

原因

①滤液细线不直；②滤液细线过粗

滤纸条无色素带

原因

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

科学探究2　捕获光能的色素和结构

1.光合色素分布在叶绿体中，请结合下面材料探究叶绿体的结构和功能。

（1）光合作用的色素分布在类囊体薄膜（基粒），光合作用有关的酶分布在类囊体薄膜和基质中。

（2）叶绿体扩展膜面积的方式是类囊体薄膜堆叠成基粒，其意义是分布有更多的酶和色素，有利于光合作用的进行。

2.下图为不同色素的吸收光谱，请据图回答下列问题：

（1）说出色素1和色素2分别代表哪种色素？

提示　色素1代表叶绿素b，色素2代表叶绿素a。

（2）分析叶片为什么呈现绿色？

提示　各种色素主要吸收蓝紫光和红光，而对绿光吸收最少，绿光被反射出去使叶片呈绿色。

（3）大棚种植蔬菜时，应选择使用的塑料薄膜的颜色最好是无色透明的。

（4）若遇到连续阴雨天气，应选择补充的光源为红光或蓝紫光，原因是绿叶中的色素主要吸收红光和蓝紫光。

【探究应用】

1.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

2.如图为用分光光度计测定叶片中两类色素吸收不同波长光波的曲线图，请判定A和B分别为何种色素（　　）

A.叶绿素、类胡萝卜素B.类胡萝卜素、叶绿素

C.叶黄素、叶绿素aD.叶绿素a、叶绿素b

解析　据图分析，色素A吸收波峰为红光和蓝紫光，则色素A表示叶绿素；色素B吸收波峰只有蓝紫光，则色素B代表类胡萝卜素。

答案　A

科学探究3　光合作用的探究历程

1.下图是萨克斯的实验，请分析：

（1）把绿叶先在暗处放置24小时的目的是什么？

提示　消耗掉叶片中原有的淀粉，防止干扰实验结果。

（2）该实验是如何形成对照的？

提示　绿叶一半遮光，一半曝光，形成了对照。

（3）为什么要用酒精脱色后再用碘液处理？

提示　避免叶片颜色对实验结果的干扰。

（4）本实验的结论是什么？

提示　光合作用的产物中有淀粉。

2.鲁宾和卡门的实验

（1）实验方法：

同位素标记法。

（2）图中的A、B物质分别表示：

A.O2，B.18O2。

（3）在鲁宾和卡门的每一分组实验中，能否用18O同时标记CO2和H2O？

为什么？

提示　不能，因为如果同时标记，则无法探究被标记的氧气来自CO2还是H2O。

（4）鲁宾和卡门的实验结论是：

光合作用产生的O2全部来自水。

3.如图是恩格尔曼的实验示意图，据图及相关知识思考：

（1）该实验选择水绵和好氧细菌作为实验材料，有什么优点？

提示　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）A组是在黑暗环境中用极细的光束点状投射叶绿体，好氧细菌的分布是怎样的？

说明什么？

提示　好氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中。

说明氧气是由叶绿体在光照条件下释放出来的。

（3）B组是完全暴露在光照下，好氧细菌分布于叶绿体所有的受光部位，这组实验的设计目的是什么？

提示　和A组进行对照，明确实验结果完全是由光照引起的。

（4）两组实验都要求在隔绝空气的条件下进行，为什么？

提示　排除空气中的氧气对实验结果的干扰。

【探究应用】

如图为水绵结构模式，恩格尔曼进行实验时，把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境里，然后用极细光束对水绵细胞的不同部位（如a处）做点状投射，发现水中的好氧细菌明显聚集在叶绿体被光投射处；若将装片完全暴露在光下，好氧细菌则分布在叶绿体所有受光部位的周围。

此实验证明了（　　）

A.氧气是由水分解来的

B.叶绿体是光合作用的场所

C.光合作用能产生淀粉

D.光合作用需以二氧化碳作原料

解析　由题意可知，只有被光照射到的叶绿体部位才能产生氧气。

答案　B

【一题多变】

（1）叶绿体膜有几层？

细胞中无膜结构的细胞器是什么？

提示　两层；核糖体和中心体。

（2）叶绿体是绿色植物进行光合作用的主要场所，该说法是否正确？

进行光合作用的生物都有叶绿体吗？

提示　不正确，叶绿体是绿色植物进行光合作用的唯一场所。

进行光合作用的生物未必具有叶绿体（如蓝藻）。

1.光合色素提取实验中，适宜的实验材料是（　　）

A.菠菜叶片B.洋葱鳞茎

C.马铃薯块茎D.番薯块根

解析　菠菜叶片的叶肉细胞中含有大量的叶绿体，可以用于提取叶绿体色素；洋葱鳞茎、马铃薯块茎、番薯块根没有叶绿体，无法提取光合色素。

答案　A

2.叶绿体是绿色植物进行光合作用的主要场所，下列关于叶绿体结构的叙述，正确的是（　　）

A.在光学显微镜下，可以观察到叶绿体的类囊体

B.叶绿体具有双层膜，即外膜和内膜，其中内膜上附着有与光合作用有关的酶

C.叶绿体的形态和分布不会发生改变

D.叶绿体的类囊体增大了膜面积，有利于光合作用的进行

解析　光学显微镜下可以观察到叶绿体，但不能观察到类囊体，A错误；叶绿体具有内外两层膜，光合作用有关的酶分布于叶绿体基质和类囊体膜上，B错误；叶绿体会随着细胞质的流动而变换位置，C错误；叶绿体类囊体增大了膜面积，有利于光合作用的进行，D正确。

答案　D

3.关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，错误的是（　　）

A.二氧化硅有助于研磨得充分

B.叶绿素a的色素带最宽，溶解度最高

C.滤纸条插入时应注意滤液细线不能触及层析液

D.用毛细吸管吸取少量滤液，画在滤纸条一端

解析　叶绿素a的色素含量最多，色素带最宽，但溶解度最高的是胡萝卜素，B错误。

答案　B

4.在圆形滤纸的中央，滴上叶绿体中的色素滤液进行色素分离，可看到近似同心环状的四个色素圈，排在最外的一个呈（　　）

A.蓝绿色B.黄绿色

C.黄色D.橙黄色

解析　因为呈橙黄色的胡萝卜素扩散的速度最快，因此排在最外一圈。

答案　D

5.德国科学家恩格尔曼利用一种绿藻（这种绿藻具有呈螺旋状的叶绿体），研究光对光合作用的效应。

他将该种绿藻放在一张载有好氧细菌悬浮液的玻片上，这些细菌会移往氧浓度高的区域。

他观察细菌在不同光照下的分布情况，结果如图所示：

（1）描述B情况下细菌的分布情况如何？

　　　　　　　　　　，如此分布是因为光合作用释放　　　　。

（2）该实验证实了光合作用的场所是　　　　，吸收光能的色素和催化反应的酶分别分布在__________________________________________________。

（3）恩格尔曼进行装置C的实验，其目的是什么？

___________________

　　　　　　　　，在　　　　区域的细菌特别多。

解析　

（1）白光的光质较为均匀，好氧细菌主要分布在能进行光合作用产生O2的叶绿体周围。

（2）通过螺旋状的叶绿体与好氧细菌的关系可以看出进行光合作用的场所是叶绿体，吸收光能的色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，而酶有的分布在类囊体上，有的分布在叶绿体的基质中。

（3）在C实验中的自变量是光质，主要有红、绿、蓝三区，而在红光和蓝光区域的好氧细菌远远多于绿光区域。

答案　

（1）细菌集中在叶绿体周围　O2　

（2）叶绿体

类囊体的薄膜上、类囊体上和叶绿体基质中　（3）找出不同颜色的光对光合作用的影响　红光和蓝光