第5章 细胞的能量供应和利用 第4节 光合作用与能量转化 第1课时 捕获光能的色素和结构(共37张PPT)

(共37张PPT)
第4节　光合作用与能量转化
第1课时　捕获光能的色素和结构
2019版生物学必修1 《分子与细胞》
同步课件
学习目标
1.理解叶绿体中色素的种类和作用,认同结构与功能相适应的观念。
2.通过设计和进行叶绿体色素的提取与分离实验,掌握实验操作技能及相关仪器、药品的使用方法。
3.通过叶绿体色素的提取与分离实验,培养勇于探索、不断创新的科学精神。
问题探究·知识生成
新知探究一　绿叶中色素的提取和分离
建立概念·达成素养
问题探究
1.实验原理
(1)绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂 中。
(2)绿叶中的色素都能溶解在 中,但不同的色素溶解度不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得 ,反之则 。
2.实验选材
新鲜的绿叶(如菠菜的绿叶)。
无水乙醇
层析液
快
慢
问题(1):为什么要选用新鲜的绿叶作实验材料
提示:新鲜的绿叶中色素含量高,从而使滤液中色素含量较高,实验效果明显。
3.实验流程
(1)提取绿叶中的色素
单层尼龙布
棉塞
(2)制备滤纸条
(3)画滤液细线
铅笔
毛细吸管
一到两次
(4)分离绿叶中的色素
(5)观察与记录
滤液细线
(6)实验结果
问题(2):为什么研磨时要迅速 为什么研磨时要加入少许碳酸钙和二氧化硅
提示:叶绿素不稳定,易被破坏,因此研磨要迅速、充分,以保证提取较多的色素。二氧化硅破坏细胞结构,使研磨充分,碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏。
问题(3):为什么盛放滤液的试管管口要加棉塞
提示:防止乙醇挥发和色素氧化。
问题(4):滤纸为什么要预先干燥处理 在制备滤纸条时,为什么将一端的两个角剪掉
提示:干燥处理的目的是使层析液在滤纸条上快速扩散;剪掉两角的目的是防止层析液沿滤纸边缘扩散过快,从而保证色素带分离整齐。
问题(5):画滤液细线为什么要细、齐、直,而且待滤液细线干燥后再重复画一两次
提示:画滤液细线要细、齐、直,目的是使分离出的色素带平整不重叠;滤液细线干燥后再重复画一两次,使分离出的色素带清晰分明。
问题(6):在层析时,为什么不能让滤液细线触及层析液
提示:当滤纸条上的滤液细线触及层析液,色素会被层析液溶解,结果使滤纸条上得不到色素带。
问题(7):从实验结果看,含量最多和最少的色素分别是哪两种 在层析液中溶解度最高和最低的色素分别是哪两种
提示:叶绿素a、胡萝卜素。胡萝卜素、叶绿素b。
绿叶中色素提取与分离实验异常现象分析
(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析
①未加 ,研磨不充分。
②使用放置数天的绿叶,滤液色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量 ,提取浓度太低。
④未加 或加入过少,色素分子被破坏。
(2)滤纸条色素带重叠:滤纸条没经干燥处理,滤液细线不能达到 的要求,造成色素扩散不一致。
(3)滤纸条看不到色素带:①忘记画 ;②滤液细线接触到 ,且时间较长,色素全部溶解到层析液中。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素的色素带:忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“ ”。
归纳总结
二氧化硅
无水乙醇
碳酸钙
细、齐、直
滤液细线
层析液
黄叶
影响叶绿素合成因素的分析
拓展
即时应用
1.某同学用绿色菠菜叶和黄化菠菜叶进行了光合色素的提取和分离实验,
实验操作过程相同,分别得到滤纸条甲和乙,如图所示。下列叙述正确的是
(　 　)
A.分离色素利用了光合色素易溶于有机溶剂无水乙醇的原理
B.滤纸条甲与乙上的色素带不会随着层析液的挥发而消失
C.若滤液细线没入层析液的液面,将得到宽度变窄的色素带
D.滤纸条乙缺少2条色素带的原因是未加碳酸钙
B
解析:提取色素利用了光合色素易溶于有机溶剂无水乙醇的原理;色素吸附在滤纸条上,滤纸条甲与乙上的色素带不会随着层析液的挥发而消失;若滤液细线没入层析液的液面,将得不到色素带;滤纸条乙缺少2条色素带是因为乙的材料是黄化叶,本身就缺少叶绿素。
2.在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时,甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如表所示(“+”表示使用,“-”表示未使用),其余操作均正常,他们所得的实验结果依次应为(　 　)
项目 甲 乙 丙 丁
无水乙醇 - + + +
蒸馏水 + - - -
CaCO3 + + - +
SiO2 + + + -
A.①②③④ B.②④①③
C.④②③① D.③②①④
B
解析:在色素提取和分离实验中,SiO2可使研磨充分,CaCO3可保护色素免受破坏,无水乙醇用于溶解色素,色素不溶于蒸馏水。根据以上分析可知,甲同学不能提取出色素;乙同学操作符合要求,能正确提取色素;丙同学在提取色素时,未加入 CaCO3,部分叶绿素会被破坏从而导致含量减少,色素带变窄,而类胡萝卜素受影响较小,色素带几乎无变化;丁同学因未加入SiO2而导致研磨不充分,分离时各色素带都变窄。
新知探究二　叶绿体的结构适于进行光合作用
问题探究
活动:绿色植物一般利用阳光中的可见光进行光合作用,如图是恩格尔曼探究叶绿体功能的实验示意图,阅读教材P100～101,思考回答下列问题。
问题(1):甲组是在黑暗中用极细的光束照射水绵,需氧细菌的分布是怎样的 说明什么 乙组是完全暴露在光照下,需氧细菌分布于叶绿体所有受光的部位,这组实验的设计目的是什么
提示:需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。与甲组进行对照,明确实验结果是由叶绿体接受光照引起的。
问题(2):选择水绵和需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带状分布,便于观察;用需氧细菌可确定氧气释放多的部位。
问题(3):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。
问题(4):叶绿体有哪些结构特点与其进行光合作用相适应
提示:①基粒和类囊体极大地扩展了受光面积;②在类囊体的薄膜上分布着与光合作用有关的色素;③在类囊体薄膜上和叶绿体基质中分布着许多进行光合作用所需的酶。
归纳总结
(1)叶绿体中色素的种类、含量、颜色及吸收光谱
种类 叶绿素(约占 ) 类胡萝卜素(约占 ) . . . .
颜色 . 黄绿色 橙黄色 .
吸收 光谱 主要吸收 和 . 主要吸收 . 叶绿素a
叶绿素b
胡萝卜素
叶黄素
蓝绿色
黄色
红光
蓝紫光
蓝紫光
3/4
1/4
(2)叶绿体的结构适于进行光合作用
光合作用
酶
光合色素
酶
基粒
色素与叶片颜色
拓展
正常绿色 正常叶片中叶绿素和类胡萝卜素的比例约为3∶1,且对绿光吸收最少,所以正常叶片总是呈现绿色
叶色变黄 寒冷时,叶绿素分子易被破坏,类胡萝卜素较稳定,叶片显示出类胡萝卜素的颜色而变黄
叶色变红 秋天降温时,植物体为适应寒冷环境,体内积累了较多的可溶性糖,有利于形成红色的花青素,而叶绿素因寒冷逐渐降解,叶片呈现红色
即时应用
3.与光合作用有关的酶和色素的分布(　 　)
A.酶分布在类囊体的薄膜上,色素分布在叶绿体基质中
B.酶分布在叶绿体基质中,色素分布于类囊体的薄膜上
C.酶分布在类囊体的薄膜上和叶绿体基质中,色素分布在类囊体的薄膜上
D.类囊体的薄膜上和叶绿体基质中都有酶和色素
C
解析:色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上,酶在类囊体的薄膜上和叶绿体基质中都有。
4.恩格尔曼用极细的光束照射到载有水绵和需氧细菌的临时装片①上,将装片②暴露在光照下,结果如图所示。关于该实验说法正确的是(　 　)
A.实验证明了叶绿体中能产生淀粉
B.装片①中仅有光处理和无光处理一组对照
C.装片中需氧细菌的聚集位置说明光合产物中有氧气
D.用透过三棱镜的光束照射装片②得到的结果相同
C
解析:该实验不能证明叶绿体中能产生淀粉;装片①中的实验自变量是叶绿体上被光束照射的部位和没有被照射的部位,同时需氧细菌的分布也形成对照;装片中需氧细菌的聚集位置说明光合产物中有氧气;叶绿体对不同颜色的光吸收效率不同,光合效率不同导致氧气的释放量不同,所以用透过三棱镜的光束照射装片②得到的结果不相同。
联系实际·素养落实
[科技情境]
2020年8月24日,中科院研究人员揭示了一条连接细胞膜和叶绿体的重要信号传递途径,病原体可以劫持这种在植物细胞内部传递信息的途径,抑制植物防御反应的激活。
知识迁移·培养能力
探究:(1)叶绿体有几层生物膜 叶绿体功能是什么
提示:2层。叶绿体是光合作用的场所。
(2)细胞膜进行细胞间信息交流的类型有哪些 举例说明。
提示:间接交流(例如胰岛素随血液到达全身并作用于靶细胞);直接交流(例如精子和卵细胞之间的识别和结合);高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接。
课堂小结
完善概念图 关键语句
1.无水乙醇能提取绿叶中的色素,层析液可分离色素。
2.二氧化硅有助于研磨充分,碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。
3.叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
4.参与光合作用的色素分布在叶绿体类囊体的薄膜上,而与光合作用有关的酶则分布在类囊体薄膜上和叶绿体基质中。
随堂反馈
1.下列关于绿叶中色素的提取和分离实验的叙述,不正确的是(　 　)
A.实验目的是证明四种色素在层析液中的溶解度和扩散速度不同
B.绿叶中的色素易溶于无水乙醇等有机溶剂
C.在层析液中溶解度最高的色素是胡萝卜素
D.滤纸条上色素的宽度代表其含量
A
解析:实验目的是进行绿叶中色素的提取和分离,探究绿叶中含有几种色素;绿叶中的色素易溶于无水乙醇等有机溶剂;色素分离的结果是滤纸条的最上端是橙黄色的胡萝卜素,说明胡萝卜素在层析液中的溶解度最高;色素的含量越多,在滤纸条上呈现的色素带就越宽,因此滤纸条上色素带的宽度代表其含量。
2.某同学在色素的提取和分离实验中,在滤纸中央滴一滴提取液,然后进行层析,得到四个不同颜色的同心圆。其由外向内第三圈的颜色是(　 　)
A.蓝绿色 B.黄绿色
C.黄色 D.橙黄色
A
解析:色素在层析液中溶解度越高,随滤纸条扩散得越快,由外向内第三圈的色素为叶绿素a,颜色为蓝绿色。
3.科学家恩格尔曼用水绵和需氧细菌做了两个经典实验,对实验叙述正确的是(　 　)
A.他用同位素示踪法发现光合作用的场所是叶绿体
B.选用水绵作材料是因为其叶绿体大、呈球形便于观察
C.他用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,发现需氧细菌大多数聚集在绿光区域
D.恩格尔曼实验证明了光合作用放氧部位是叶绿体
D
解析:恩格尔曼的实验没有用同位素示踪法;选用水绵作材料是因为其叶绿体呈螺旋带状分布,便于观察;恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,发现需氧细菌大多数聚集在红光和蓝紫光区域;恩格尔曼用极细的光束照射水绵,需氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中,如果上述临时装片完全暴露在光下,需氧细菌则分布在叶绿体所有受光的部位,由此说明了氧是由叶绿体释放出来的、叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
4.细胞内生物膜为细胞生命活动提供了广阔场所,不同细胞器增大膜面积的方式可能不同。下列有关细胞器增大膜面积方式的叙述中,错误的是(　 　)
A.内质网通过折叠广泛分布于细胞质中
B.叶绿体通过类囊体堆叠来增大膜面积
C.高尔基体通过产生小泡来增大膜面积
D.线粒体通过内膜向内折叠来增大膜面积
C
解析:内质网通过折叠广泛分布于细胞质中;叶绿体通过类囊体堆叠来增大膜面积;高尔基体产生小泡,导致膜面积减小;线粒体通过内膜形成嵴来增大膜面积。
5.如图1是某兴趣小组利用韭菜宿根进行相关实验流程的示意图,分析回答下列问题。
解析:(1)提取色素时,加入二氧化硅的目的是使研磨更充分;纸层析法分离色素的原理是色素在层析液中溶解度不同,溶解度大的色素在滤纸上扩散速度快。
(2)据图2分析,两根滤纸条共有的是从上到下的第一条和第二条色素带,即橙黄色的胡萝卜素和黄色的叶黄素,该实验结果说明叶绿素形成需要光。
(1)提取色素时为了研磨充分应加入　　　　　　　,纸层析法分离色素的原理是　 　 。
(2)纸层析法分离色素的“结果①”如图2所示,其中共有的色素带颜色是
　　　　　　　,据此能得出的结论是　　　　　　　　　　　　。
答案:(1)二氧化硅　色素在层析液中溶解度不同,溶解度大的色素在滤纸上扩散速度快　(2)橙黄色和黄色　叶绿素形成需要光　
(3)将等量刚制备的韭菜和韭黄色素滤液分别放在阳光与三棱镜之间,“结果②”中吸收光谱最明显的差异出现在　　　　光区域。
(4)每分子叶绿素含有一个Mg2+,可被H+、Cu2+等置换,韭菜滤液用5%的HCl处理一段时间后,其颜色与研磨时未加　　　　　　的颜色相似,呈褐色。
解析:(3)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,韭黄色素滤液中缺少叶绿素,所以吸收光谱最明显的差异出现在红光区域。
(4)碳酸钙能防止研磨中色素被破坏,所以韭菜滤液用5%的HCl处理一段时间后,色素被破坏,颜色与研磨时未加碳酸钙的颜色相似,呈褐色。
答案:(3)红　(4)碳酸钙