（新人教）生物必修一课件：5.4.1捕获光能的色素和结构(共47张PPT)

(共47张PPT)
第四节 光合作用与能量转化
一、捕获光能的色素和结构
教学目标
一、绿叶中色素的提取和分离
1.实验原理:
(1)提取色素:绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂_________中。
(2)分离色素:各种色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的_____________
_____________,反之则慢。
必备知识·自主学习
无水乙醇
随层析液在滤
纸上扩散得快
2.实验步骤:
色素种类 色素颜色
① _________ 类胡萝
卜素 橙黄色
② _______ 黄色
③ 叶绿素a 叶绿素 _______
④ 叶绿素b _______
胡萝卜素
叶黄素
蓝绿色
黄绿色
3.判一判:基于色素的提取结果及色素对光的吸收光谱图,判断下列说法的正误
(1)叶绿体中的四种色素含量相同。 ( )
提示:各种色素含量不同。
(2)叶绿体中的色素吸收可见光用于光合作用。 ( )
(3)液泡中的色素吸收的光能用于光合作用。 ( )
提示:液泡中的色素与花的颜色有关。
(4)叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。 ( )
(5)叶绿素遍布整个细胞中。 ( )
提示:叶绿素分布在叶绿体的类囊体薄膜上。
×
√
×
√
×
【问·答】 ——教材二次开发
教材【探究·实践】分离获得的4种色素的溶解度的大小关系是怎样的 说出判断理由。
提示:胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b。因为分离的原理是色素在层析液中的溶解度不同,溶解度大的扩散快,溶解度小的扩散慢,而实验结果是在滤纸条上从上到下依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
1.形态:一般呈扁平的_____形或___形。
2.结构:
椭球
球
3.功能:进行_________的场所。
4.叶绿体功能的实验验证:
(1)实验者:_________。
(2)实验材料:_____、_________。
(3)实验过程:
光合作用
恩格尔曼
水绵
需氧细菌
(4)实验结论:
①光合作用释放氧气;
②叶绿体是光合作用的部位。
关键能力·合作学习
　知识点一 绿叶中色素的提取和分离
1.实验结果分析:
色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度
胡萝卜素 橙黄色 最少 最高 最快
叶黄素 黄色 较少 较高 较快
叶绿素a 蓝绿色 最多 较低 较慢
叶绿素b 黄绿色 较多 最低 最慢
2.实验效果不理想的原因分析:
(1)收集到的滤液颜色过浅:
①未加二氧化硅,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。
⑤过滤时未使用尼龙布,而是使用滤纸,导致色素吸附在滤纸上。
(2)滤纸条上色素带重叠:滤液细线画得过粗。
(3)滤纸条上色素带不直:
①滤纸条未剪去两角,滤液沿两侧扩散过快。
②滤液细线画得不直。
(4)滤纸条上看不见色素带: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。
3.叶绿体中色素的吸收光谱分析:
(1)叶绿体中的色素只吸收可见光,不吸收不可见光。
(2)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,也吸收少量其他颜色的光。
(3)叶绿体中的色素很少吸收绿光,绿光被反射,所以大多数叶片看起来呈绿色。
特别提醒:
①光是叶绿素合成的必要条件,植物在黑暗中不能合成叶绿素。
②叶绿素的合成需要酶的催化。
③镁是构成叶绿素的成分之一,缺镁时叶绿素的合成受阻。
【思考探究】
情境探究:如图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置,据图分析:(科学探究)
(1)实验时应将滤液滴在__(填“a”或“b”)处。
(2)在定性滤纸上会出现4个不同颜色的同心圆,最大的圆圈含有_________(填色
素种类),呈现_____色;最小的圆圈含有________(填色素种类),呈现_____色。
胡萝卜素
橙黄
叶绿素b
黄绿
a
拓展探究: 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。
(科学思维)
提示:在春、夏季节,叶片中叶绿素含
量多于类胡萝卜素含量,叶绿素对绿光
吸收最少,绿光被反射出来,所以呈现绿
色。在秋季,叶绿素被破坏,类胡萝卜素
完好,叶片呈现类胡萝卜素的颜色,所以
呈现黄色。
【知识拓展】
植物中的色素
(1)植物色素包括脂溶性的叶绿体色素和水溶性的细胞液色素,前者存在于叶绿体,与光合作用有关,如叶绿素;后者存在于液泡中,特别与花朵的颜色有关,如花青素属于黄酮类物质。
(2)在光合作用中,绝大部分叶绿素的作用是吸收及传递光能,仅极少数叶绿素a分子起转换光能的作用。
【典例示范】
如图是新鲜菠菜叶的光合色素纸层析的结果,下列叙述中正确的是
(　　)
A.色素带①②都是由碳氢链组成的分子
B.色素带①②变窄的原因可能是未加碳酸钙
C.纸层析的原理是光合色素易溶于无水乙醇
D.色素带③④中的色素只能吸收红光和蓝紫光
【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选A。图中①②③④依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,是由碳氢链组成的分子,A正确,碳酸钙的作用是防止叶绿素被破坏,叶绿素分子被破坏,会导致色素带③④变窄,而①②是胡萝卜素、叶黄素,①②不会变窄,B错误;纸层析的原理是光合色素在层析液中的溶解度不同,提取原理是光合色素易溶于无水乙醇,C错误;色素带③④中的色素主要吸收红光和蓝紫光,D错误。
【审答误区】本题常见错因有两种:
(1)实验中所用试剂的作用易混,提取液是无水乙醇,用于提取色素;分离时用层析液;研磨时加入二氧化硅和碳酸钙。
(2)四种色素的溶解度大小易混,胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b。
【母题追问】
(1)上述实验结果中色素带③④变窄的原因可能有哪些
提示:可能是选取的叶片放置时间过长或实验过程中未加入碳酸钙或二氧化硅、研磨不充分等。
(2)能否用纸层析法提取液泡中的色素 说明理由。
提示:不能。液泡中主要是花青素,花青素易溶于水,在有机溶剂中溶解度低,提取液中几乎不含花青素。
【类题精练】
菠菜是我国北方一种重要的蔬菜,如图是对菠菜叶片叶绿体色素分离的结果示
意图。下列相关分析正确的是 (　　)
A.a的操作目的是方便层析液的吸附
B.b选用铅笔细线能够促进色素的层析
C.如果c、d带宽减小一定是忘记添加碳酸钙
D.色素f在层析液中的溶解度最大
【解析】选D。图中a的操作即剪去滤纸条的两角,其目的是防止层析液在滤纸条两边扩散过快,导致得到的色素带不整齐,A错误;b选用铅笔细线能够使得滤液细线画得细而直,得到的色素带比较整齐,便于观察,B错误;c、d带对应的色素分别为叶绿素b、叶绿素a,二者带宽减小说明滤液中叶绿素含量减少,原因可能是忘记添加碳酸钙,也可能是材料不新鲜,叶绿素含量少,C错误;色素f是胡萝卜素,在层析液中的溶解度最大,扩散最快,位于滤纸条的最上方,D正确。
【补偿训练】
(2017·全国卷Ⅲ)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(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是 (　　)
A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
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
C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D.叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
【解析】选A。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,不能吸收红光,A项错误;通过测量叶绿素对不同波长光的吸收值,可以绘制其吸收光谱,B项正确;CO2的吸收速率反映光合作用速率的变化,光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示,C项正确;640～660 nm波长的光属于红光,叶绿素可以吸收红光,将水分解成氧和[H],氧直接以分子的形式释放出去,D项正确。
知识点二 叶绿体的结构和功能
1.叶绿体结构与功能的适应:
(1)叶绿体基质和类囊体上含有与光合作用有关的酶。
(2)类囊体薄膜上分布有捕获光能的色素,且类囊体堆叠成基粒,增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。
2.恩格尔曼实验分析:
(1)实验材料选择水绵和需氧细菌:
①水绵的叶绿体呈螺旋式带状,便于观察;
②用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。
(2)没有空气的黑暗环境:排除了氧气和光的干扰。
(3)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)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。
特别提醒:
①植物体中并不是所有的细胞都含有叶绿体,只有能进行光合作用的细胞才含有叶绿体。
②有些植物的液泡中也含有色素,这些色素与光合作用无关,只有叶绿体中的色素才能捕获光能。
【思考探究】
1.教材二次开发:教材【思考·讨论】拓展:如图是恩格尔曼实验装置改装示意图。
光线通过叶绿体色素提取液后照射玻片上的水绵,一段时间后,水绵周围需氧细菌分布无显著变化,请分析其原因。(科学思维)
提示:光线通过叶绿体色素提取液后,红光和蓝紫光被吸收,水绵光合作用微弱,产生O2较少,因此需氧细菌分布无显著变化。
2.拓展探究:实验证明叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。请解释下列现象:
(1)炎热的夏季,成团的水绵为什么会漂浮在水面上 (科学思维)
提示:夏季,光合作用旺盛,释放的氧气使水绵团上浮。
(2)人们用大棚种植蔬菜时,为什么选择无色的塑料薄膜而不是绿色的 (社会责任)
提示:因为无色的塑料薄膜能透过日光中各色光,光照强度较大,有利于蔬菜光合作用的进行,而有色大棚主要透过同色光,叶绿素对绿光吸收最少,绿色塑料大棚光合效率最低。
【典例示范】
如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
B.③上既有光合色素又有与光合作用有关的酶
C.③和④上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
【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选D。图中结构①是叶绿体的外膜,②是叶绿体的内膜,都是由磷脂和蛋白质构成的,在功能上具有选择透过性,A正确;③是类囊体薄膜,其结构上既有光合色素又有与光合作用有关的酶,B正确;与光合作用光反应有关的酶分布在类囊体薄膜和叶绿体基质中,C正确;有叶绿体的细胞能进行光合作用,但蓝细菌没有叶绿体,也能进行光合作用,D错误。
【审答误区】常见以下两种错误:
(1)对于叶绿体进行光合作用的原因不清楚:叶绿体类囊体薄膜上含有与光合作用有关的色素和酶,叶绿体基质中含有与光合作用有关的酶。
(2)不能理解生物膜的功能特性:生物膜都具有选择透过性。
【母题追问】
(1)蓝细菌不含有叶绿体,为什么也可以进行光合作用
提示:蓝细菌中含有与光合作用有关的酶和色素。
(2)叶绿体中的色素吸收光能是否需要酶的催化
提示:不需要酶的催化。
【类题精练】
下列关于叶绿体和线粒体的叙述,正确的是 (　　)
A.线粒体和叶绿体均具有两层膜
B.叶绿体和线粒体增加膜面积的方式相同
C.叶绿体中可以进行能量转化而线粒体中不可以
D.线粒体基质和叶绿体基质所含酶的种类相同
【解析】选A。线粒体和叶绿体均具有两层膜,A正确;叶绿体通过类囊体堆叠形成基粒增加膜面积,而线粒体内膜内折形成嵴,B错误;叶绿体中的色素可以吸收光能来合成有机物,线粒体可以通过呼吸作用将有机物中的能量释放出来合成ATP,也可以进行能量转化,C错误;线粒体基质中含有的酶与有氧呼吸有关,叶绿体基质中含有的酶与光合作用有关,D错误。
【补偿训练】
如图甲是叶绿体结构模式图,乙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 (　　)
A.甲中生物膜的面积主要靠内膜向
内折叠成嵴而增大
B.图乙所示的结构来自图甲中的③
C.③中的叶绿素在液泡中也有
D.ATP的合成场所只有叶绿体
【解析】选B。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;图甲中的③是类囊体,图乙含有光合色素,光合色素分布在类囊体薄膜上,所以图乙所示结构来自图甲中的③;③中的色素是叶绿素和类胡萝卜素,与光合作用有关,液泡中的色素是花青素等,和光合作用没有关系;ATP合成场所是叶绿体、线粒体和细胞质基质。
叶绿体的结构
原理
过程
易溶于有机溶剂
取材→研磨→过滤→收集
在层析液中的溶解度不同，溶解度高的扩散速度快
制备滤纸条→画滤液细线→分离色素
叶绿素
类胡萝卜素
叶绿素b
叶黄素
胡萝卜素
提取
分离
叶绿体的功能
决定
基粒
内膜
外膜
基质
平滑
吸收光能
功能
色素
结果
叶绿素a
种类
3/4
1/4
【生活情境】 红叶谷生态旅游文化区,每至深秋时节,树叶变红,成为一道亮丽的风景线。
探究:
(1)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 (生命观念)
提示:秋天天气转凉,气温降低,叶片中的叶绿素含量下降,液泡中花青素的颜色逐渐凸显出来,此季节花青素接近红色。
核心素养·情境探究
(2)研究发现温度和光照都会影响叶绿素的合成,请简单设计实验,探究温度和光照对叶绿素合成的影响。(写出实验思路即可) (科学探究)
提示:实验思路:选取相同的某种植物叶片平分为四组,分别进行光照和低温、黑暗和低温、光照和室温、黑暗和室温处理,每隔一段时间检测叶绿素的含量。
【实验情境】哈佛大学的科学家找出一款新型钴—磷催化剂,研制出新型的“仿生树叶”,利用太阳能,其将水分子分解成氢气和氧气,随后这些氢将二氧化碳转化成有机物。
探究:
(1)“仿生树叶”可以吸收光能,类似绿色植物中的什么物质 判断依据是什么
提示: 光合色素。叶绿体中的色素具有吸收、传递、转换光能的作用。
(2)“仿生树叶”中是否发生了能量转化
提示:是,光能转化为有机物中的化学能。