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1、第4节光合作用与能量转化一捕获光能的色素和结构鄄城县第一中学 张际占一、绿叶中色素的提取和分离一、绿叶中色素的提取和分离1.1.实验原理实验原理: :实验实验原理原理提取色素提取色素绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂_中中分离色素分离色素各种色素在层析液中的溶解度不同各种色素在层析液中的溶解度不同, ,溶解度高的溶解度高的_得快得快, ,反之则慢反之则慢无水乙醇无水乙醇随层析液在滤纸上扩散随层析液在滤纸上扩散2.2.实验步骤实验步骤: :3.3.光谱光谱: :阳光是由不同波长的光组合成的复合光阳光是由不同波长的光组合成的复合光, ,在穿过三棱镜时在穿过三棱镜时, ,不
2、同波不同波长的光会分散开长的光会分散开, ,形成形成_的光带的光带, ,称为光谱。称为光谱。不同颜色不同颜色4.4.绿叶中色素种类、吸收光谱及分布绿叶中色素种类、吸收光谱及分布: :色素种类色素种类吸收光谱吸收光谱分布分布叶绿素叶绿素( (含含量约占量约占3/4)3/4)叶绿素叶绿素a a主要吸收主要吸收_叶绿体中的叶绿体中的_叶绿素叶绿素b b类胡萝卜类胡萝卜素素( (含量约含量约占占1/4)1/4)胡萝卜素胡萝卜素主要吸收主要吸收_叶黄素叶黄素蓝紫光和红光蓝紫光和红光蓝紫光蓝紫光类囊体薄膜上类囊体薄膜上知识点一色素的提取和分离知识点一色素的提取和分离1.1.实验效果不理想的原因分析实验效果
3、不理想的原因分析: :(1)(1)收集到的滤液颜色过浅收集到的滤液颜色过浅: :未加二氧化硅未加二氧化硅, ,研磨不充分。研磨不充分。使用放置数天的菠菜叶使用放置数天的菠菜叶, ,滤液色素滤液色素( (叶绿素叶绿素) )太少。太少。一次加入大量的无水乙醇一次加入大量的无水乙醇, ,提取浓度太低。提取浓度太低。未加碳酸钙或加入过少未加碳酸钙或加入过少, ,色素分子被破坏。色素分子被破坏。过滤时未使用尼龙布过滤时未使用尼龙布, ,而是使用滤纸而是使用滤纸, ,导致色素吸附在滤纸上。导致色素吸附在滤纸上。(2)(2)滤纸条上色素带重叠滤纸条上色素带重叠: :滤液细线画得过粗。滤液细线画得过粗。(3)
4、(3)滤纸条上色素带不直滤纸条上色素带不直: :滤纸条未剪去两角滤纸条未剪去两角, ,滤液沿两侧扩散过快。滤液沿两侧扩散过快。滤液细线画得不直。滤液细线画得不直。(4)(4)滤纸条上看不见色素带滤纸条上看不见色素带: :滤液细线接触到层析液滤液细线接触到层析液, ,且时间较长且时间较长, ,色素全部溶色素全部溶解到层析液中。解到层析液中。2.2.实验结果分析实验结果分析: : 色素种类色素种类色素颜色色素颜色色素含量色素含量溶解度溶解度扩散速度扩散速度胡萝卜素胡萝卜素橙黄色橙黄色最少最少最高最高最快最快叶黄素叶黄素黄色黄色较少较少较高较高较快较快叶绿素叶绿素a a蓝绿色蓝绿色最多最多较低较低较
5、慢较慢叶绿素叶绿素b b黄绿色黄绿色较多较多最低最低最慢最慢3.3.叶绿体中色素的吸收光谱分析叶绿体中色素的吸收光谱分析: :(1)(1)叶绿体中的色素只吸收可见光叶绿体中的色素只吸收可见光, ,不吸收不可不吸收不可见光。见光。(2)(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光叶绿素主要吸收红光和蓝紫光, ,类胡萝卜素类胡萝卜素主要吸收蓝紫光主要吸收蓝紫光, ,也吸收少量其他颜色的光。也吸收少量其他颜色的光。(3)(3)叶绿体中的色素很少吸收绿光叶绿体中的色素很少吸收绿光, ,绿光被反射绿光被反射, ,所以大多数叶片看起来呈绿色。所以大多数叶片看起来呈绿色。【思考思考讨论讨论】如图表示某同学做如图表示某同
6、学做“绿叶中色素的提取和绿叶中色素的提取和分离分离”实验的改进装置实验的改进装置, ,据图分析据图分析:(:(科学科学探究探究) ) (1)(1)实验时应将滤液滴在实验时应将滤液滴在_(_(填填“a”a”或或“b”)b”)处。处。(2)(2)在定性滤纸上会出现在定性滤纸上会出现4 4个不同颜色的同个不同颜色的同a a胡萝卜素胡萝卜素橙黄橙黄叶绿素叶绿素b b黄绿色黄绿色心圆心圆, ,最大的最大的圆圈含有圆圈含有_(_(填色素种类填色素种类),),呈现呈现_色色; ;最小的圆圈含有最小的圆圈含有_(_(填填色素种类色素种类),),呈现呈现_。【素养案例素养案例】菠菜是我国北方一种重要的蔬菜菠菜是
7、我国北方一种重要的蔬菜, ,如图是对菠菜叶如图是对菠菜叶片叶绿体色素分离的结果示意图。下列相关分析片叶绿体色素分离的结果示意图。下列相关分析正确的是正确的是( () )A.aA.a的操作目的是方便层析液的吸附的操作目的是方便层析液的吸附B.bB.b选用铅笔细线能够促进色素的层析选用铅笔细线能够促进色素的层析C.C.如果如果c c、d d带宽减小一定是忘记添加碳酸钙带宽减小一定是忘记添加碳酸钙D.D.色素色素f f在层析液中的溶解度最大在层析液中的溶解度最大【解析解析】选选D D。图中。图中a a的操作即剪去滤纸条的两角的操作即剪去滤纸条的两角, ,其目的是防止层析液在滤纸其目的是防止层析液在滤
8、纸条两边扩散过快条两边扩散过快, ,导致得到的色素带不整齐导致得到的色素带不整齐,A,A错误错误;b;b选用铅笔细线能够使得滤选用铅笔细线能够使得滤液细线画得细而直液细线画得细而直, ,得到的色素带比较整齐得到的色素带比较整齐, ,便于观察便于观察,B,B错误错误;c;c、d d带对应的色带对应的色素分别为叶绿素素分别为叶绿素b b、叶绿素、叶绿素a,a,二者带宽减小说明滤液中叶绿素含量减少二者带宽减小说明滤液中叶绿素含量减少, ,原因原因可能是忘记添加可能是忘记添加碳酸钙碳酸钙, ,也可能是材料不新鲜也可能是材料不新鲜, ,叶绿素含量少叶绿素含量少,C,C错误错误; ;色素色素f f是是胡萝
9、卜素胡萝卜素, ,在层析液中的溶解度最大在层析液中的溶解度最大, ,扩散最快扩散最快, ,位于滤纸条的最上方位于滤纸条的最上方,D,D正确。正确。【素养素养探究探究】情境迁移情境迁移红叶谷生态文化旅游区红叶谷生态文化旅游区, ,每至深秋时节每至深秋时节, ,多种树叶变红多种树叶变红, ,形成一道形成一道亮丽的风景线。亮丽的风景线。(1)(1)试从叶片色素的种类和含量角度分析试从叶片色素的种类和含量角度分析, ,秋天树叶为什么变红秋天树叶为什么变红。( (科学思维科学思维) )提示提示: :秋天天气转凉秋天天气转凉, ,气温降低气温降低, ,叶片中的叶绿素含量下降叶片中的叶绿素含量下降, ,液泡
10、液泡中花青素的颜色逐渐凸显出来中花青素的颜色逐渐凸显出来, ,此季节花青素接近红色。此季节花青素接近红色。 (2)(2)能否用纸层析法提取液泡中的色素能否用纸层析法提取液泡中的色素? ?说明理由说明理由( (科学探究科学探究) )提示提示: :不能。液泡中主要是花青素不能。液泡中主要是花青素, ,花青素易溶于水花青素易溶于水, ,在有机溶剂在有机溶剂中溶解度低中溶解度低, ,提取液中几乎不含花青素。提取液中几乎不含花青素。【补偿训练补偿训练】1.(20171.(2017全国卷全国卷)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应对不同波长光的
11、反应( (如如O O2 2的释放的释放) )来绘制的。下列叙述错误的是来绘制的。下列叙述错误的是A.A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATPATP的合成的合成B.B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制C.C.光合作用的作用光谱也可用光合作用的作用光谱也可用COCO2 2的吸收速率随光波长的变化来表示的吸收速率随光波长的变化来表示D.D.叶片在叶片在640640660 nm660 nm波长光下释放波长光下释放O O2 2是由叶绿素参与光合作用引起是由叶绿素参与光合作用引
12、起的的 【解析解析】选选A A。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光, ,不能吸收红光不能吸收红光,A,A项项错误错误; ;通过测量叶绿素对不同波长光的吸收值通过测量叶绿素对不同波长光的吸收值, ,可以绘制其吸收可以绘制其吸收光谱光谱,B,B项正确项正确;CO;CO2 2的吸收速率反映光合作用速率的变化的吸收速率反映光合作用速率的变化, ,光合作光合作用的作用光谱也可用用的作用光谱也可用COCO2 2的吸收速率随光波长的变化来表示的吸收速率随光波长的变化来表示,C,C项项正确正确;640;640660 nm660 nm波长的光属于红光波长的光属于红光, ,叶绿素可以吸收红光叶绿素
13、可以吸收红光, ,将将水分解成氧和水分解成氧和H,H,氧直接以分子的形式释放出去氧直接以分子的形式释放出去,D,D项正确。项正确。2.2.某班学生完成对新鲜菠菜叶进行叶绿体某班学生完成对新鲜菠菜叶进行叶绿体中色素的提取和分离实验时中色素的提取和分离实验时, ,由于各组操由于各组操作不同作不同, ,出现了以下四种不同的层析结果出现了以下四种不同的层析结果。下列分析错误的是。下列分析错误的是( () )A.A.甲可能是因为研磨时未加入甲可能是因为研磨时未加入SiOSiO2 2B.B.乙可能是因为研磨时未加入乙可能是因为研磨时未加入CaCOCaCO3 3C.C.丙可能是误用蒸馏水作提取液和层析液丙可
14、能是误用蒸馏水作提取液和层析液D.D.丁是正确操作得到的理想结果丁是正确操作得到的理想结果 【解析解析】选选D D。色素的提取和分离实验中。色素的提取和分离实验中,SiO,SiO2 2可使菠菜叶研磨充可使菠菜叶研磨充分分,CaCO,CaCO3 3可防止叶绿素受到破坏可防止叶绿素受到破坏, ,未加入未加入SiOSiO2 2和和CaCOCaCO3 3时时, ,会发生甲会发生甲、乙图示的现象、乙图示的现象; ;丙图中色素含量基本为零丙图中色素含量基本为零, ,可能是误用蒸馏水作可能是误用蒸馏水作提取液和层析液提取液和层析液; ;丁图显示含量最高的是叶黄素丁图显示含量最高的是叶黄素, ,实际上正常绿色
15、实际上正常绿色叶片中叶绿素叶片中叶绿素a a和叶绿素和叶绿素b b多。多。二、叶绿体的结构和功能二、叶绿体的结构和功能1.1.形态形态: :一般呈扁平的一般呈扁平的_形或形或_形。形。2.2.结构结构: :椭球椭球球球3.3.功能功能: :进行进行_的场所。的场所。4.4.叶绿体功能的实验验证叶绿体功能的实验验证: :(1)(1)实验者实验者:_:_。(2)(2)实验材料实验材料:_:_、_。光合作用光合作用恩格尔曼恩格尔曼水绵水绵需氧细菌需氧细菌(3)(3)实验过程实验过程: :(4)(4)实验结论实验结论: :光合作用释放氧气光合作用释放氧气; ;叶绿体是光合作用的部位。叶绿体是光合作用的
16、部位。【激疑激疑】人们用大棚种植蔬菜时人们用大棚种植蔬菜时, ,应选择什么颜色的塑料薄膜应选择什么颜色的塑料薄膜? ?原因是什么原因是什么? ?提示提示: :选择无色薄膜。原因是光合作用主要利用红光和选择无色薄膜。原因是光合作用主要利用红光和蓝紫光蓝紫光, ,无色薄膜可以让各种颜色的光进入。无色薄膜可以让各种颜色的光进入。 知识点二叶绿体的结构和功能知识点二叶绿体的结构和功能1.1.叶绿体结构与功能的适应叶绿体结构与功能的适应: :(1)(1)叶绿体基质和类囊体上含有与光合作用有关的酶。叶绿体基质和类囊体上含有与光合作用有关的酶。(2)(2)类囊体薄膜上分布有捕获光能的色素类囊体薄膜上分布有捕
17、获光能的色素, ,且类囊体堆叠成基粒且类囊体堆叠成基粒, ,增增大了叶绿体内部的膜面积大了叶绿体内部的膜面积, ,为酶和色素提供了更多的附着位点。为酶和色素提供了更多的附着位点。2.2.恩格尔曼实验分析恩格尔曼实验分析: :(1)(1)实验材料选择水绵和需氧细菌实验材料选择水绵和需氧细菌: :水绵的叶绿体呈螺旋式带状水绵的叶绿体呈螺旋式带状, ,便于观察便于观察; ;用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。(2)(2)没有空气的黑暗环境没有空气的黑暗环境: :排除了氧气和光的干扰。排除了氧气和光的干扰。(3)(3)用极细的光束点状投射用极细的光束点状投射: :叶绿体
18、上可分为获得光照多和光照少叶绿体上可分为获得光照多和光照少的部位的部位, ,相当于一组对照实验。相当于一组对照实验。(4)(4)进行黑暗进行黑暗( (局部光照局部光照) )和曝光对照实验和曝光对照实验: :明确实验结果完全是由明确实验结果完全是由光照引起的。光照引起的。【思考思考讨论讨论】如图是恩格尔曼实验装置如图是恩格尔曼实验装置改装示意图。改装示意图。 光线通过叶绿体色素提取液后照光线通过叶绿体色素提取液后照射玻片上的水绵射玻片上的水绵, ,一段时间后一段时间后, ,水水绵周围需氧细菌分布无显著变化绵周围需氧细菌分布无显著变化, ,请分析其原因。请分析其原因。( (科学思维、科学科学思维、
19、科学探究探究) )提示提示: :光线通过叶绿体色素提取液后光线通过叶绿体色素提取液后, ,红光和蓝紫光被吸收红光和蓝紫光被吸收, ,水绵水绵光合作用微弱光合作用微弱, ,产生产生O O2 2较少较少, ,因此需氧细菌分布无显著变化。因此需氧细菌分布无显著变化。【素养案例素养案例】如图甲是叶绿体结构模式图如图甲是叶绿体结构模式图, ,乙乙是从图甲中取出的部分结构放大是从图甲中取出的部分结构放大图。下列相关叙述正确的是图。下列相关叙述正确的是A.A.甲中生物膜的面积主要靠内膜向内折叠成嵴而增大甲中生物膜的面积主要靠内膜向内折叠成嵴而增大B.B.图乙所示的结构来自图甲中的图乙所示的结构来自图甲中的C
20、.C.中的叶绿素在液泡中也有中的叶绿素在液泡中也有D.ATPD.ATP的合成场所只有叶绿体的合成场所只有叶绿体【解析解析】选选B B。甲是叶绿体。甲是叶绿体, ,主要通过大量的类囊体堆叠成基粒来增大膜面积主要通过大量的类囊体堆叠成基粒来增大膜面积; ;图甲中的是类囊体图甲中的是类囊体, ,图乙含有光合色素图乙含有光合色素, ,光合色素分布在类囊体薄膜上光合色素分布在类囊体薄膜上, ,所所以图乙所示结构来自图甲中的以图乙所示结构来自图甲中的; ;中的色素是叶绿素和类胡萝卜素中的色素是叶绿素和类胡萝卜素, ,与光合与光合作用有关作用有关, ,液泡中的色素是花青素等液泡中的色素是花青素等, ,和光合
21、作用没有关系和光合作用没有关系;ATP;ATP合成场所是叶合成场所是叶绿体、线粒体和细胞质基质。绿体、线粒体和细胞质基质。【误区警示误区警示】有关叶绿体的有关叶绿体的“三点提醒三点提醒”(1)(1)并不是所有的植物细胞都含有叶绿体并不是所有的植物细胞都含有叶绿体, ,只有进行光合作用的细胞只有进行光合作用的细胞才含有叶绿体。才含有叶绿体。(2)(2)叶绿体的外膜与内膜不含有色素。叶绿体的外膜与内膜不含有色素。(3)(3)叶绿体不是细胞进行光合作用的唯一场所叶绿体不是细胞进行光合作用的唯一场所, ,如蓝细菌没有叶绿体如蓝细菌没有叶绿体, ,也能进行光合作用。也能进行光合作用。【素养素养探究探究】
22、母题追问母题追问(1)(1)生命观念生命观念结构与功能观结构与功能观一个二氧化碳分子从叶肉细胞外进入叶绿体一个二氧化碳分子从叶肉细胞外进入叶绿体, ,需要穿过几层磷脂分子需要穿过几层磷脂分子? ?提示提示: :一个二氧化碳分子从叶肉细胞外进入叶绿体一个二氧化碳分子从叶肉细胞外进入叶绿体, ,需穿过细胞膜和叶绿体的需穿过细胞膜和叶绿体的双层膜双层膜, ,共穿过共穿过3 3层膜层膜,6,6层磷脂分子。层磷脂分子。 (2)(2)科学思维科学思维分析与比较分析与比较叶绿体中的色素吸收光能是否需要酶的催化叶绿体中的色素吸收光能是否需要酶的催化? ?提示提示: :不需要酶的催化。不需要酶的催化。【素养素养
23、迁移迁移】如图为叶绿体结构示意图如图为叶绿体结构示意图, ,下列有关下列有关叶绿体结构与功能的叙述错误的是叶绿体结构与功能的叙述错误的是A.A.和具有选择透过性功能和具有选择透过性功能B.B.上既有光合色素又有与光合作用有关的酶上既有光合色素又有与光合作用有关的酶C.C.和中都有与光合作用有关的酶和中都有与光合作用有关的酶D.D.有叶绿体的细胞才能进行光合作用有叶绿体的细胞才能进行光合作用【解析解析】选选D D。表示叶绿体的双层膜。表示叶绿体的双层膜, ,它们是具有选择透过它们是具有选择透过性的性的,A,A项正确项正确; ;为叶绿体的基粒为叶绿体的基粒, ,其上含有进行光合作用的色其上含有进行
24、光合作用的色素和酶素和酶, ,中基质也是进行光合作用的场所中基质也是进行光合作用的场所, ,也具有与光合作用也具有与光合作用有关的酶有关的酶,B,B项、项、C C项正确项正确; ;蓝细菌不具有叶绿体蓝细菌不具有叶绿体, ,但能进行光合作但能进行光合作用用,D,D项错误。项错误。【补偿训练补偿训练】下列关于叶绿体的描述下列关于叶绿体的描述, ,正确的是正确的是 ( () )A.A.叶绿体中的类胡萝卜素主要吸收红光和蓝紫光叶绿体中的类胡萝卜素主要吸收红光和蓝紫光B.B.类囊体薄膜与叶绿体内膜相连类囊体薄膜与叶绿体内膜相连C.C.叶绿体的内膜上具有与光合作用有关的酶叶绿体的内膜上具有与光合作用有关的酶D.D.基粒由类囊体堆叠而成基粒由类囊体堆叠而成 【解析解析】选选D D。叶绿体中的类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。叶绿体中的类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,A,A错误错误; ;类囊体薄膜堆叠成基粒类囊体薄膜堆叠成基粒, ,并不与叶绿体内膜相连并不与叶绿体内膜相连,B,B错误错误,D,D正确正确; ;叶绿体的类囊体薄膜上具有与光合作用有关的酶叶绿体的类囊体薄膜上具有与光合作用有关的酶,C,C错误。错误。【课堂回眸课堂回眸】