人教版（2019）高中生物必修1导学案：第5单元 细胞的能量供应和利用 第5课时 能量之源—光与光合作用（一）（含答案）

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第5单元 细胞的能量供应和利用
第5课时　能量之源——光与光合作用
一　捕获光能的色素和结构
1.概述色素提取和分离实验的原理。
2.说出叶绿体中色素的种类和作用。
3.说出叶绿体的结构和功能。
课程重点:1.叶绿体中色素的种类和作用;2.对实验原理的理解,对照实验的设计和色素的提取。
课程难点:对实验原理的理解,对照实验的设计和色素的提取。
教学建议:掌握叶绿体的结构和功能;通过实验现象,思考叶绿体中色素在层析液中溶解度的大小、含量、扩散速度、色素带的宽窄及色素带离滤液细线的远近之间的关系;分析比较纸层析成功与失败的实例,认真查找原因,掌握实验过程需注意的事项,并列表比较四种色素的颜色、含量、吸收光谱的种类和作用等内容。
　　一、捕获光能的色素
1.活细胞所需的能量最终来自①　太阳能　。
2.叶绿体中色素的种类、颜色和功能
种类 色素颜色 主要功能
叶绿素 叶绿素a ③　蓝绿色　 ⑤　吸收蓝紫光和红光　
②　叶绿素b　 ④　黄绿色　
类胡萝卜素 胡萝卜素 ⑦　橙黄色　 ⑨　吸收蓝紫光　
⑥　叶黄素　 ⑧　黄色　
　　3.利用绿叶中的色素能够溶解在⑩　有机溶剂　中的特性,可以利用　无水乙醇　提取绿叶中的色素;利用几种色素在层析液中　溶解度　不同,在滤纸上的　扩散速度　的不同,可以将色素分离。
二、叶绿体的结构
1.叶绿体的外表有　双层膜　,内部有许多基粒,基粒与基粒之间充满了　基质　。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成。这些囊状结构称为　类囊体　,吸收光能的四种色素,就分布在　类囊体的薄膜　上。
2.叶绿体是进行　光合作用　的场所。它内部的巨大膜表面上,不仅分布着许多吸收光能的色素分子,还有许多进行光合作用所必需的　酶　。
3.1880年,美国科学家恩格尔曼的实验可以得出的结论是:　叶绿体是进行光合作用的场所　,　光合作用可以释放出氧气　。该实验的巧妙之处是合理地设置了　对照实验　,使实验结果富有说服力。
1.吸收光能的色素分布在(　　)。
A.叶绿体的外膜上　　　　　B.类囊体的薄膜上
C.叶绿体的内膜上 D.叶绿体的基质中
【解析】进行光合作用的色素只分布在叶绿体的类囊体薄膜上。
【答案】B
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】叶绿体是由双层膜构成的,它们具有选择透过性,吸收光能的色素分布在类囊体薄膜上;与光合作用有关的酶分布在基粒上和基质中。
【答案】C
3.下列关于色素提取与分离实验的叙述中,错误的是(　　)。
A.加入SiO2有利于研磨得充分
B.加入CaCO3是为了防止色素被破坏
C.加入乙醇的目的是溶解色素
D.滤纸条上的滤液细线中色素越少越有利于色素分离
【解析】滤纸条上滤液细线的色素必须达到一定的含量,才能在滤纸条上产生明显的色素带;加入SiO2有利于研磨得充分;CaCO3能够防止色素被破坏;加入乙醇的目的是溶解色素。
【答案】D
4.在日光下,植物叶片中的叶绿素(　　)。
A.大量吸收绿光　　　　　　B.等量吸收不同波长的光
C.主要吸收蓝紫光和绿光　　D.主要吸收蓝紫光和红光
【解析】叶绿体中不同的色素吸收不同的光,叶绿素主要吸收蓝紫光和红光。
【答案】D
5.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,然后用极细的光束照射水绵,通过显微镜观察发现,好氧细菌在叶绿体被光束照射到的部位集中。该实验证明了(　　)。
A.叶绿体能产生营养物质
B.光合作用产生淀粉
C.光合作用释放的氧来自水
D.叶绿体在光下可以产生氧气
【解析】实验中通过观察好氧细菌的分布位置来判断叶绿体能够产生氧气,但氧气的具体来源是无法观察的。
【答案】D
知识点一:了解叶绿体中的色素
1.植物细胞中含有色素的结构是什么 叶绿体中的色素有哪些种类
答案:液泡和叶绿体中都存在色素。叶绿体中的色素有叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素四种,其中前两种色素又称叶绿素,后两种色素又称类胡萝卜素。
2.叶绿体中的色素有哪些理化性质
答案:四种色素都不溶于水,而溶于酒精、丙酮、石油醚等有机溶剂中;叶绿素相对不稳定,其合成易受光照、温度和Mg2+的影响。
3.叶绿体中四种色素的颜色分别是怎样的 为什么植物的叶片细胞通常呈现绿色
答案:叶绿素a蓝绿色,叶绿素b黄绿色,胡萝卜素橙黄色,叶黄素黄色。因为叶绿体中主色为绿色的叶绿素的含量(约占3/4)比主色为黄色的类胡萝卜素含量(约占1/4)多,且色素几乎不吸收绿光,绿光被反射回来,所以植物的叶片细胞通常呈现绿色。
4.在我国的温带地区,到了秋天,许多树叶为什么会变黄或变红
答案:叶片是绿色的原因有两个:一是叶绿素是类胡萝卜素含量的三倍;二是色素不吸收的绿光被反射回来。秋天叶片变黄是低温使叶绿素遭到破坏,呈现出类胡萝卜素的颜色,变红则是液泡中花青素的颜色。
知识总结
关于细胞中的色素,首先需将叶绿体中的色素与液泡细胞液中的色素进行区别。前者具有吸收、传递并转化光能的作用,而后者没有。在由七种光质组成的自然光中,叶绿体中的色素种类不同,吸收的光也不同,在此要熟记叶绿体中各色素种类、含量、颜色及吸收光谱,为后续知识“绿叶中色素的提取和分离”“光合作用及在农业生产实践中的应用”等的学习打好基础。
例1　右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,则判定A和B分别为(　　)。
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a D.叶绿素a、叶绿素b
【解析】根据曲线分析可知,A主要吸收红光和蓝紫光,B主要吸收蓝紫光,因此A为叶绿素,B为类胡萝卜素。
【答案】A
　 技巧归纳
此题为识记题。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,曲线中的波峰对应波长的光吸收量最大。
知识点二:绿叶中色素的提取和分离实验解读
1.请完成下表中的实验流程。
绿叶中色素的提取和分离
步骤 方法 原因
提取绿叶中的色素 (1)加入二氧化硅:① 　; (2)加入碳酸钙:② 　; (3)加入乙醇:③ 　。
将研磨液迅速倒入基部垫有单层尼龙布的玻璃漏斗中进行过滤。将滤液收集到试管中,并用棉塞塞紧试管口 (1)单层尼龙布:④ 　; (2)试管口塞紧:⑤ 　。
续表
绿叶中色素的提取和分离
步骤 方法 原因
制备滤纸条 (1)干燥滤纸:⑥　; (2)剪去两角:⑦　。
画滤液细线 用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔细线画出一条细而直的滤液细线,吹干后再重复画1~2次 (1)画得细而直:⑧ 　; (2)画2~3次:⑨ 　。
分离绿叶中的色素 (1)层析液用于⑩ 　; (2)层析液不能没及滤液细线,以防止 　; (3)覆盖烧杯是为了 　。
　　答案:①有助于研磨得充分　②防止研磨中色素被破坏　③为了溶解、提取色素　④过滤叶脉及二氧化硅等　⑤防止乙醇挥发　⑥透性好、吸收滤液多　⑦使层析液同步到达滤液细线　⑧为防止色素带重叠而影响分离效果　⑨是为积累更多的色素,使分离后的色素带明显　⑩分离绿叶中的色素　色素溶解于层析液中而无法分离　防止层析液中的成分挥发
2.请将下表内容补充完整。
色素种类 位置 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度
橙黄色 最快
黄色 较快
蓝绿色 较慢
黄绿色 最慢
　　答案:
色素种类 位置 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
　　3.提取叶绿体中色素时,为什么要迅速、充分研磨
答案:充分是为了研碎细胞保证色素溶出;迅速是为了减少无水乙醇挥发,乙醇挥发性较强,塞紧盛有色素滤液的试管口也是因为挥发性。
知识总结
该知识点的难点内容是实验操作步骤及实验操作中需注意的事项;重点是掌握实验原理,理解色素的含量与色素带宽窄之间的关系(含量越多,色素带越宽)、色素带离滤液细线的远近与色素在层析液中溶解度大小及扩散速度之间的关系(越远表示溶解度越大,扩散速度越快)。
例2　
右图是在“绿叶中色素的提取和分离”实验中得到的四条色素带,若将其置于暗室中,并用红光照射,色素带呈暗色的是(　　)。
A.①② B.②③
C.③④ D.②④
【解析】四条色素带自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,叶绿素a和叶绿素b除吸收蓝紫光外,还吸收红光,因此叶绿素a和叶绿素b色素带将呈暗色。
【答案】C
　 技巧归纳
正常叶肉细胞叶绿体中色素的种类及其含量一般是叶绿素多于类胡萝卜素,它们在层析液中的溶解度及在滤纸条上的色素带位置也是不可变的,根据各色素主要吸收的光谱的种类,不难判断出准确的答案。
1.下列关于叶绿素的叙述,错误的是(　　)。
A.叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素
B.被叶绿素吸收的光可用于光合作用
C.叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同
D.植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光
【解析】叶绿素中心元素是镁离子,A正确;色素的作用是吸收、传递、转化光能,进行光合作用,B正确;叶绿素a比叶绿素b在红光区的吸收峰值高,C正确;植物主要的吸收峰在蓝紫光区和红光区,绿光吸收最少,反射多,所以叶片呈现绿色,D错误。
【答案】D
2.科学家用水绵进行光合作用的实验,把载有水绵和好氧性细菌的临时装片放在没有氧气的黑暗环境中,用通过三棱镜的单色光照射水绵,结果是(　　)。
A.细菌均匀分布在水绵周围
B.细菌均匀分布在水绵带状叶绿体的周围
C.细菌集中分布在红光和蓝紫光区照射的水绵周围
D.细菌集中分布在黄绿光区照射的水绵周围
【解析】叶绿体中色素含量占3/4的是叶绿素,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,即此区域光合作用产生的氧气多,好氧性细菌主要集中在此水绵区域附近。
【答案】C
3.下图是叶片中两类色素的吸收光谱,试判定A和B分别为何种色素 (　　)。
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】根据图中曲线可知,A有两个吸收峰值,分别位于蓝紫光区和红光区,B只有一个吸收峰值,位于蓝紫光区,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。所以,A为叶绿素,B为类胡萝卜素。
【答案】D
4.(2014年盐城高一检测)学生利用新鲜菠菜叶进行绿叶中色素的提取和分离实验时,由于各组操作不同,出现了下列四种不同的层析结果。下列分析不合理的是(　　)。
A.甲可能误用蒸馏水做提取液和层析液
B.乙可能是因为研磨时未加入SiO2
　　C.丙是正确操作得到的理想结果
D.丁可能是因为研磨时未加入CaCO3
【解析】甲图中没有提取到任何色素,有可能是用蒸馏水做溶剂,而色素不溶于水;乙图中得到色素的比例是合适的,但量都较少,说明可能是没有加入SiO2,使研磨不够充分;丙图中提取色素的含量较高,但叶绿素的含量低于类胡萝卜素的含量,说明该材料有可能是发黄的叶片;丁图中有可能是破坏了叶绿素,导致叶绿素的含量下降。
【答案】C
5.若分别在A、B、C三个研钵中加2克剪碎的新鲜菠菜绿叶,并按下表所示添加试剂,经研磨、过滤得到三种颜色的溶液,即:深绿色、黄绿色(或褐色)、几乎无色。则:
处理 A B C
SiO2(少量) + + +
CaCO3(少量) - + +
95%乙醇(10 mL) + - +
蒸馏水(10 mL) - + -
(1)A处理得到的溶液颜色是　　　　　,原因是　　　　　　　　　　。
(2)B处理得到的溶液颜色是　　　　　,原因是　　　　　　　　　　　　。
(3)C处理得到的溶液颜色是　　　　,原因是　　　　　。
(4)若色素层析结果如右图,则绿叶组的滤纸条是　　　　(填字母),判断依据　　　　　　　　　　　;嫩黄叶组的滤纸条是　　　(填字母),判断依据　　　　　　　　　　　。
【解析】解答此题的关键是要知道SiO2、CaCO3和95%乙醇在色素提取中的作用,以及缺少后可能出现的现象,再将三个研钵中可能出现的颜色与题干信息提供的三种颜色对应。色素提取中,SiO2可使绿叶研磨充分,CaCO3可保护叶绿素等色素免受破坏,95%乙醇用于溶解色素,色素不溶于蒸馏水。
【答案】(1)黄绿色　部分叶绿素受到破坏　(2)几乎无色叶绿素不溶于水　(3)深绿色　大量叶绿素溶于乙醇中　(4)A　叶绿素a带和叶绿素b带较宽　B　叶绿素a带和叶绿素b带较窄
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列关于叶绿素合成和功能的叙述,错误的是(　　)。
A.光是叶绿素合成的必要条件
B.低温抑制叶绿素的合成
C.矿质元素影响叶绿素的合成
D.提取的叶绿素溶液给予适宜的温度、光照和CO2,可进行光合作用
【解析】无光条件下不能合成叶绿素;叶绿素的合成需要酶催化,而温度影响酶的活性;合成叶绿素必须有Mg、N等元素;叶绿体是进行光合作用的细胞器,仅有叶绿素不能完成光合作用全过程。
【答案】D
2.将某种细胞破碎并离心,最后从沉淀物里获得一些细胞器,发现细胞器可以吸收CO2净化空气,这种细胞不可能是(　　)。
A.洋葱根尖分生区细胞　　　　B.黑藻的叶片细胞
C.绿藻细胞 D.菠菜的叶肉细胞
【解析】能够吸收CO2净化空气的细胞器为叶绿体,而洋葱根尖细胞不含叶绿体。
【答案】A
3.某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析(从上至下),与正常叶片相比,实验结果是(　　)。
A.光吸收差异显著,色素带缺第2条
B.光吸收差异不显著,色素带缺第2条
C.光吸收差异显著,色素带缺第3条
D.光吸收差异不显著,色素带缺第3条
【解析】水稻的叶黄素缺失,则对蓝紫光的吸收减少,对红光的吸收无明显差异,A、C项错误。色素层析条带从上至下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。叶黄素缺失,则色素层析条带从上至下缺第2条,故B项正确,D项错误。
【答案】B
4.在“绿叶中色素的提取和分离实验”中,收集到的滤液绿色过浅,其原因可能是(　　)。
①未加石英砂,研磨不充分　②一次加入大量的无水酒精提取　③分次加入少量无水酒精提取　④使用放置数天的菠菜叶
A.①②③　 B.②③④　 C.①③④　 D.①②④
【解析】本题考查叶绿体色素的提取和分离过程中应注意的问题。叶绿体色素的滤液绿色过浅的原因包括外因和内因两部分。内因如植物种类不同、叶片衰老程度或叶片久置未见光等;外因如研磨不充分,叶绿素没有释放出来,或加入的提取液太多,过度稀释了滤液等。
【答案】D
5.下列是关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的几种说法,其中正确的是(　　)。
A.色素提取的原理是色素在层析液中的溶解度不同
B.研磨叶片时加CaCO3的作用是使研磨更加充分
C.色素分离的结果可以用上图表示(1、2、3、4分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b)
D.在层析操作中,将滤纸条插入层析液后,要用棉塞塞紧试管口
【解析】色素提取的原理是色素能溶解于有机溶剂,而分离的原理是色素在层析液中的溶解度不同;研磨叶片时加入CaCO3的目的是防止色素被破坏;若色素分离的结果如上图所示,则1、2、3、4分别表示的是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素;层析液挥发性较强,用棉塞塞紧试管口可防止层析液挥发。
【答案】D
6.提取和分离绿叶中色素的正确顺序是(　　)。
A.剪碎绿叶→研磨→过滤→画滤液细线→纸层析
B.剪碎绿叶→研磨→加SiO2、CaCO3→过滤→画滤液细线→纸层析
C.剪碎绿叶→研磨→滤纸过滤→色素滤液→画滤液细线→纸层析
D.剪碎绿叶→研磨→过滤→滤液→画滤液细线→铅笔画线→纸层析
【解析】提取色素时,先将选取的绿叶剪碎后,放入研钵中研碎,然后将研磨液过滤得到滤液,再制备滤纸条,并画好滤液细线,放在层析液中进行分离。
【答案】A
7.下图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况,以下说法正确的是(　　)。
A.色素乙在滤纸上的扩散速度最快
B.提取色素时加入乙醇是为了防止叶绿素分解
C.水稻在开花时节,叶片中色素量是(甲+乙)<(丙+丁)
D.四种色素都能溶解在层析液中,丁色素的溶解度最大
【解析】从坐标图看,丁色素扩散距离最远,即丁色素在层析液中的溶解度最大,扩散速度最快,故D正确,A错误。在提取色素时,色素能够溶解在乙醇中,故B错误。水稻在开花时节,叶绿素的含量远大于类胡萝卜素的含量,故C错误。
【答案】D
8.下图表示叶绿体中色素的吸收光谱(颜色深、浅分别表示吸收量多、少)。甲、乙两图分别是(　　)。
A.胡萝卜素、叶绿素的吸收光谱
B.叶绿素、胡萝卜素的吸收光谱
C.叶黄素、叶绿素的吸收光谱
D.叶黄素、胡萝卜素的吸收光谱
【解析】叶绿素主要吸收红橙光和蓝紫光,而胡萝卜素则主要吸收蓝紫光。
【答案】B
9.下图表示叶绿体色素的提取和分离实验的部分材料和用具。
据图回答:
(1)图中步骤①加入研钵内的物质:A
10 mL,作用是　　　　　　　　　;B　　　　　　少许,作用是研磨得充分;C　　　　　　少许,作用是　　　　　　　　　　　。
(2)图中步骤②将浆糊状的研磨液倒入漏斗中,漏斗底部放有　　　　　　。
(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中关键应注意　　　　　　　　;加盖的目的是　　　　　　　　　　　　;色素带最宽的是　　　　　　,扩散速度最快的是　　　　　　。
【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;细胞研磨破碎后,会溢出有机酸,为防止叶绿素中的镁被氢取代,破坏叶绿素,研磨时需加入少许碳酸钙中和有机酸。(2)过滤研磨液时,漏斗基部不能用滤纸,因为色素可吸附在滤纸上。一般用一层尼龙布过滤。(3)剪去两角的作用是防止两边色素扩散过快。划滤液细线的要求是细、齐、直。(4)层析时的关键技术是不能让层析液没及滤液细线,否则,滤液细线会被层析液溶解,不能分离。四种色素溶于层析液中,因溶解度的差异,造成在滤纸条上的扩散速度不同,从而达到分离的目的。由于层析液有毒,而且可以挥发,所以要加盖。色素带的宽度是由于各种色素含量不同造成的,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最宽。扩散速度最快的是胡萝卜素,在色素带的最上一层。
【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)防止色素带不整齐　细、齐、直　(4)层析液不要触及滤液细线　防止层析液挥发　叶绿素a　胡萝卜素
10.(2014年晋江侨声高一月考)在圆形滤纸的中央点上叶绿体的色素滤液进行色素分离,会得到近似同心环的四个色素圈,排列在最外圈的色素所呈现的颜色及其吸收的光分别是(　　)。
A.蓝绿色,红光和蓝紫光
B.黄绿色,红光
C.橙黄色,蓝紫光
D.黄色,红光和蓝紫光
【解析】排列在最外圈的色素是橙黄色的胡萝卜素,其主要吸收蓝紫光。
【答案】C
11.为探究叶绿体吸收光能后是否有氧气产生,某学者设计了以下实验:制作载有水绵和好氧细菌的临时装片,用极细光束照射水绵,同时放在显微镜下观察。下列关于该实验的分析,不正确的是(　　)。
A.在光束照射到水绵之前,应该加三棱镜将混合光分解成连续光谱
B.临时装片应放置在没有空气的黑暗环境中
C.好氧细菌起指示作用
D.水绵的带状叶绿体有利于设置对照实验
【解析】本实验的目的是验证叶绿体在光照下能够产生氧气,而与光照的颜色种类没有关系,因此,不需要用三棱镜将混合光分解成连续光谱;为了防止空气对实验结果的影响,应该排除空气;好氧细菌的分布密疏,表示了氧气产生的多少;水绵的带状叶绿体便于观察,有利于设置对照实验。
【答案】A
12.某同学在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时,操作情况如下所述:
①将5 g新鲜完整的菠菜叶放在研钵中,加入无水乙醇、石英砂、CaCO3以后,迅速研磨。
②用毛细吸管吸取少量滤液,沿滤纸上的铅笔线处小心均匀地画出一条滤液细线,并连续迅速地重复画2~3次。
③把画了细线的滤纸条插入层析液中,并不断摇晃,以求加快色素在滤纸条上的扩散。
结果实验失败,请指出其错误所在:
①　。
②　。
③　。
【解析】剪碎后才能缩短研磨时间;连续重复画线会使滤液细线变粗,分离后色素带重叠,应风干后再重复画线;摇晃会使滤液细线触及层析液,使色素溶于层析液中而得不到色素带。
【答案】①不应用完整叶片而应剪碎　②不应连续迅速重复画线,而应干后重复画线　③不应摇晃以免层析液没及滤液细线
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