第4节 光合作用与能量转化
【学习目标】
1.阐述“绿叶中色素的提取和分离”实验的原理与方法。(科学探究)
2.简述植物捕获光能的色素的种类和作用。(生命观念)
3.运用结构与功能相适应的观念,解释叶绿体适于进行光合作用的结构特点。(生命观念)
4.通过对光合作用光反应阶段和暗反应阶段相关实验研究的思考和讨论,说明光合作用过程,并从物质与能量观视角,阐明光合作用原理,认同人类对光合作用的认识过程是逐步的、不断发展的。(科学思维)
5.设计实验并实施,探究环境因素对光合作用强度的影响。(科学探究)
6.关注光合作用原理在农业生产上的应用。(社会责任)
第1课时 捕获光能的色素和结构
【自主预习】
一、绿叶中色素的提取和分离
1.色素的提取
(1)原理:绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂 无水乙醇 中。
(2)实验用品及作用
【提示】 Ⅰ—b Ⅱ—c Ⅲ—d Ⅳ—a
(3)实验步骤
2.色素的分离
(1)实验原理: 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
3.实验结果及分析
4.色素的吸收光谱
(1)光谱:阳光是由 不同波长的光 组合成的复合光,在穿过三棱镜时,不同波长的光会分散开,形成不同颜色的光带,称为光谱。
(2)色素的吸收光谱
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
1.光学显微镜下叶绿体的形态:扁平的 椭球形 或 球形 。
2.电子显微镜下叶绿体的结构模式图
(1)结构
(2)功能:绿色植物进行 光合作用 的场所。
(3)恩格尔曼的实验:证明叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。
3.叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础
(1)在叶绿体内部巨大的膜表面上,分布着许多吸收光能的 色素分子 。四种色素均具有吸收、传递光能的作用。
(2)在 类囊体膜上 和 叶绿体基质中 ,还有许多进行光合作用所必需的酶。
【合作探究】
任务1 绿叶中光合色素的提取和分离实验分析
活动1 下图是提取和分离绿叶中色素的实验步骤,回答下列问题
1.提取色素使用的试剂,分离色素依据的原理、使用的方法和使用的试剂,分别是什么
【提示】 提取色素使用的试剂是无水乙醇。分离色素的原理是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;分离方法是纸层析法;分离使用的试剂是层析液。
2.为什么需要选用新鲜绿色的叶片作为实验材料
【提示】 新鲜绿色的叶片中色素含量高,从而使滤液中色素含量较高,实验效果明显。
3.为什么研磨时要加入少量的二氧化硅和碳酸钙
【提示】 二氧化硅有利于绿叶的充分研磨,碳酸钙可防止研磨时色素被破坏。
4.过滤时选用单层尼龙布而不用滤纸的原因是什么
【提示】 滤纸会吸附色素。
5.制备滤纸条时需剪去两角的目的是什么
【提示】 使层析液同步到达滤液细线,防止两侧色素扩散快,色素带不整齐。
6.滤纸条要干燥的目的是什么
【提示】 使层析液在滤纸上快速扩散。
7.滤液细线要画得细、直、匀的目的是什么
【提示】 防止色素带重叠而影响分离效果。
8.滤液细线需要干燥后重复画的原因是什么
【提示】 积累更多的色素,使分离后的色素带明显。
9.为什么盛放滤液的试管口要加棉塞
【提示】 防止乙醇挥发和色素氧化。
10.在层析时,为什么不能让滤液细线触及层析液
【提示】 滤纸条上的滤液细线触及层析液,从而使色素直接溶解到层析液中,从而使滤纸条上得不到色素带。
11.下图是实验得到的色素在滤纸条上的分布情况,分析比较各种色素的含量、在层析液中的溶解度的大小。
【提示】 ①不同种类的色素在绿叶中的含量不同,含量多的色素带宽,反之色素带窄。色素含量:叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素。②不同的色素在层析液中的溶解度不同,溶解度越大,在滤纸条上扩散得越快,越靠近滤纸条顶端。溶解度大小:胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b。
12.分离叶绿体中的色素,也可用下图所示的方法,即在圆心处滴加适量滤液,待滤液干燥后再滴加适量层析液进行层析,结果会出现不同颜色的4个同心圆。同心圆3、4的颜色依次是 ,相邻且距离最宽的同心圆1和2分别是 和 。(后两空填色素名称)
【提示】 蓝绿色、黄绿色 胡萝卜素 叶黄素
认知生成
绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析
1.收集到的滤液绿色过浅
a.未加二氧化硅或二氧化硅加入过少,研磨不充分。
b.使用放置数天的菠菜叶,滤液色素(叶绿素)太少。
c.一次加入大量的无水乙醇,滤液浓度太低。
d.未加碳酸钙或加入过少,色素分子被破坏。
2.滤纸条色素带重叠:滤液细线画得过粗不细直。
3.滤纸条看不见色素带
a.忘记画滤液细线。
b.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。
例1 (不定项)实验材料的选择和不同的处理方式往往对实验结果有很大的影响。下列对绿叶中色素的提取和分离实验的叙述,错误的是( )。
A.若选择衰老的叶片作为实验材料,结果是最下方的两条色素带宽度变窄
B.若在研磨时没有加入二氧化硅,结果是各条色素带均会变窄、颜色变浅
C.若层析时滤液细线触及层析液,会使滤纸条上无色素带或颜色变深
D.若采用92号汽油作层析液层析,会使滤纸条上色素带的位置颠倒
【答案】 CD
【解析】 选择衰老的叶片作为实验材料,叶片中叶绿素的含量低,结果是最下方的两条色素带宽度变窄,A正确;若在研磨时没有加入二氧化硅,则研磨不充分,结果是各条色素带均会变窄、颜色变浅,B正确;若层析时滤液细线触及层析液,则色素溶解在层析液中,会使滤纸条上无色素带或颜色变浅,C错误;采用92号汽油作层析液层析,滤纸条上色素带位置不变,D错误。
对点练1 在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时,若分别在A、B、C三个研钵中加入2 g剪碎的新鲜菠菜绿叶,并添加不同的试剂(如下表所示),经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液,即深绿色、黄绿色、几乎无色。请回答下列问题:
处理 A B C
SiO2(少量) + + +
CaCO3(少量) - + +
无水乙醇(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)分别对绿叶和嫩黄叶做色素的提取和分离实验,若色素层析结果如右图,则绿叶组的滤纸条是 (填字母),判断依据是 ;嫩黄叶组的滤纸条是 (填字母),判断依据是 。
【答案】 (1)黄绿色 部分叶绿素受到破坏 (2)几乎无色 绿叶中的色素不溶于水 (3)深绿色 大量色素溶解在无水乙醇中 (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
【解析】 色素提取实验中,SiO2可使绿叶研磨得充分,CaCO3可防止研磨时色素被破坏,无水乙醇用于溶解色素,叶绿体中的色素不溶于蒸馏水。
活动2 下图为不同色素的吸收光谱,请据图回答下列有关问题
1.春天叶片呈现绿色的原因是什么 秋天叶片变黄的原因是什么
【提示】 春天叶片中叶绿素的含量多于类胡萝卜素,且叶绿素对绿光的吸收最少,绿光被反射出来,所以叶片呈现绿色。秋天气温低,在低温下叶绿素因不稳定而容易被分解,叶黄素和胡萝卜素的颜色呈现出来使叶片变为黄色。
2.为何某些植物的叶片不在秋天也是黄色的 影响叶绿素合成的因素有哪些
【提示】 植物在生长发育过程中,某些原因导致叶绿素不能合成或合成减少。影响因素有(1)光照: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,所以叶片呈黄色,如韭黄。(2)温度:温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性,高温和低温都会抑制叶绿素的合成,破坏已有的叶绿素分子,从而使叶片变黄。(3)N、Mg等必需矿质元素:叶绿素中含N、Mg等必需元素,缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成,叶片变黄。(4)水:叶片缺乏水不但会影响叶绿素的合成,而且会促进已合成的叶绿素加速分解,造成叶片发黄。
3.冬季时,温室或大棚种植蔬菜,应该选择红色、蓝色还是无色的塑料薄膜 为什么
【提示】 无色塑料薄膜。无色塑料薄膜可允许各种光通过,红色塑料薄膜和蓝色塑料薄膜只允许红光和蓝光通过,因此用无色塑料薄膜,植物获得的光能最多,更有利于光合作用的进行。
4.阴天时,为了增加蔬菜的产量,在功率相同的情况下,应该选择什么颜色(蓝紫光或红光/白光)的照明灯为蔬菜补充光源 为什么
【提示】 蓝紫光或红光。叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,在照明灯功率相同的情况下,用蓝紫光或红光的照明灯,植物利用光能的效率最高。
例2 下图是纸层析法分离绿叶中色素的装置图,层析后得到不同的色素带,在暗室内用红光照射四条色素带,可以看到较暗的是( )。
A.①②
B.②③
C.③④
D.①④
【答案】 C
【解析】 叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。用红光照射时,较暗的色素带
为吸收红光的色素带,即③④,C符合题意。
对点练2 为了探究pH对叶绿素稳定性的影响,某研究小组取一些叶绿素粗产品,配成一定浓度的溶液,于室温(约25 ℃)下进行实验,部分处理和结果如下表所示。下列有关说法错误的是( )。
实验 组号 叶绿素溶液/mL 调pH至 处理时间 /min 溶液颜色
① 3.0 Y 10 绿色
② 3.0 7.0 10 绿色
③ 3.0 6.0 10 黄绿色
④ 3.0 5.0 10 黄褐色
注:叶绿素被破坏后变成黄褐色。
A.实验中需要设置一系列pH梯度,pH属于自变量,处理时间属于无关变量
B.通过对实验结果的分析,在pH为6.0的酸性条件下叶绿素可能会分解
C.实验中叶绿素粗产品可以用丙酮酸进行提取
D.可以用纸层析法将叶绿素粗产品中的色素进行分离,以确定是否含有其他色素
【答案】 C
【解析】 本实验的目的是探究pH对叶绿素稳定性的影响,pH属于自变量,叶绿素溶液浓度、温度、处理时间等都属于无关变量,A正确;叶绿素溶液在pH为7.0时的颜色为绿色,在pH为6.0时颜色变为黄绿色,可能是叶绿素分解造成的,B正确;提取光合色素不能使用丙酮酸,C错误;由于不同色素在层析液中的溶解度不同,随层析液在滤纸条上的扩散速率不同,因此可利用纸层析法将叶绿素粗产品中的色素进行分离,从而确定是否含有其他色素,D正确。
任务2 理清叶绿体的结构
活动3 结合恩格尔曼的实验示意图和叶绿体的结构示意图,思考下列问题
1.该实验选择水绵和需氧细菌作为实验材料,有什么优点 示意图1是在黑暗环境中用极细的光束点状投射叶绿体,需氧细菌的分布是怎样的 说明什么
【提示】 水绵的叶绿体呈螺旋带状分布,便于观察;用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。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。
2.通过恩格尔曼的实验可以看出叶绿体的功能是什么
【提示】 叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
3.叶绿体有哪些结构
【提示】 叶绿体结构如下:
结构
认知生成
1.叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所,其中分布着光合色素和与光合作用有关的酶。
2.植物细胞不一定都能进行光合作用,如植物的根细胞、表皮细胞无叶绿体,不能进行光合作用。
3.叶绿体不是细胞进行光合作用的唯一场所,如蓝细菌中没有叶绿体,但含有叶绿素和藻蓝素,也能在细胞质基质中进行光合作用。
4.探究叶绿体的功能
(1)实验者:德国科学家恩格尔曼。
(2)实验过程及现象
(3)实验结论:O2是由叶绿体在光照条件下释放出来的,叶绿体是光合作用的场所。
【归纳总结】 恩格尔曼实验的巧妙之处
1.实验选材妙:水绵的叶绿体呈螺旋带状,便于观察和分析研究;用需氧细菌便于确定产生氧气多的部位。
2.排除干扰的方法妙:实验成功的关键之一在于控制无关变量和减少额外变量,恩格尔曼将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中,排除了环境中光和O2的影响,从而确保实验能够正常进行。
3.用极细的光束点状投射:叶绿体获得光照和无光照的部位相当于一组对照实验(自身对照)。
4.进行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的对照实验:再次明确实验结果完全是由光照引起的。
例3 把载有水绵和需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,需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
【答案】 D
【解析】 实验中通过观察需氧细菌的分布来证明叶绿体能够产生氧气,但氧气的具体来源是无法通过这个实验观察到的,D符合题意。
对点练3 下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临时装片上的水绵,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。
【答案】 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。
素能提升 绿叶中色素的提取和分离实验(实验探究能力)
(1)甲同学选用新鲜菠菜的绿色叶片进行实验,在滤纸上出现了四条清晰的色素带,如图1所示。甲同学分离色素的方法是 ,滤纸条上色素带位置的不同主要取决于 。从上往下数,叶黄素位于第 条色素带。
(2)乙同学改变甲同学所用的层析液组成后继续进行实验,在滤纸条上出现了黄、绿两条色素带。他用刀片裁出含色素带的滤纸条,用乙醚分别溶解条带上的色素,浓缩后用一光学分析仪器检测,通过分析色素溶液的 来判断条带上色素种类。
(3)丙同学对甲同学的实验进行改进,实验装置如图2所示。丙同学应将提取到的滤液滴在 (填“a”或“b”)处,棉线灯芯下端应浸没在 中。实验结果得到四个不同颜色的同心圆,排列在最内侧的色素是 (填色素的名称)。
【答案】 (1)纸层析法 不同的色素在层析液中溶解度的大小 2 (2)吸收光谱 (3)a 层析液 叶绿素b
【解析】 (1)甲同学分离色素用的是纸层析法。不同的色素在层析液中的溶解度不同,其随着层析液在滤纸条上扩散的速度不同,溶解度高的在滤纸上扩散得快,反之则慢。从上往下数,叶黄素位于第2条色素带。(2)乙同学改变甲同学所用的层析液组成后继续进行实验,在滤纸条上出现了黄、绿两条色素带,可通过分析色素溶液的吸收光谱来判断色素种类。(3)丙同学应将提取到的滤液滴在a处,棉线灯芯下端应浸没在层析液中。实验结果得到四个不同颜色的同心圆,排列在最内侧的色素是溶解度最小的叶绿素b。
【随堂检测】
课堂小结 课堂小测
判断正误。 (1)叶绿体的基粒上含有与光合作用有关的色素。 (√) (2)叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光。 (×) (3)叶绿体主要吸收蓝紫光和红光。 (√) (4)没有叶绿体的生物无法进行光合作用。 (×) (5)叶绿体中进行光合作用所需的酶分布于内膜、基质和类囊体。 (×)
2(共40张PPT)
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
1.阐述“绿叶中色素的提取和分离”实验的原理与方法。（科学探究）
2.简述植物捕获光能的色素的种类和作用。（生命观念）
3.运用结构与功能相适应的观念，解释叶绿体适于进行光合作用的结构特点。（生命观念）
4.通过对光合作用光反应阶段和暗反应阶段相关实验研究的思考和讨论，说明光合作用过程，并从物质与能量观视角，阐明光合作用原理，认同人类对光合作用的认识过程是逐步的、不断发展的。（科学思维）
5.设计实验并实施，探究环境因素对光合作用强度的影响。（科学探究）
6.关注光合作用原理在农业生产上的应用。（社会责任）
第1课时 捕获光能的色素和结构
一、绿叶中色素的提取和分离
1.色素的提取
（1）原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂__________中。
无水乙醇
（2）实验用品及作用
提示 Ⅰ ; Ⅱ ; Ⅲ ; Ⅳ
（3）实验步骤
绿叶
二氧化硅和碳酸钙
无水乙醇
单层尼龙布
棉塞
2.色素的分离
（1）实验原理: 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
剪去两角
去角一端底部1cm
毛细血管
待滤液干后
1~2
滤液细线
3.实验结果及分析
胡萝卜素
最少
最高
最快
黄色
叶绿素a
蓝绿色
最多
叶绿素b
黄绿色
最低
最慢
4.色素的吸收光谱
（1）光谱：阳光是由______________组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的
光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。
（2）色素的吸收光谱
不同波长的光
蓝紫
蓝紫光和红光
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
1.光学显微镜下叶绿体的形态：扁平的________或______。
2.电子显微镜下叶绿体的结构模式图
椭球形
球形
（1）&1&
（2）功能：绿色植物进行__________的场所。
暗反应
（3）恩格尔曼的实验：证明叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。
类囊体
光合作用
3.叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础
（1）在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的__________。四种色素均
具有吸收、传递光能的作用。
（2）在____________和______________，还有许多进行光合作用所必需的酶。
色素分子
类囊体膜上
叶绿体基质中
任务1 绿叶中光合色素的提取和分离实验分析
活动1 下图是提取和分离绿叶中色素的实验步骤，回答下列问题
1.提取色素使用的试剂，分离色素依据的原理、使用的方法和使用的试剂，分别是什么？
提示 提取色素使用的试剂是无水乙醇。分离色素的原理是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；分离方法是纸层析法；分离使用的试剂是层析液。
2.为什么需要选用新鲜绿色的叶片作为实验材料？
提示 新鲜绿色的叶片中色素含量高，从而使滤液中色素含量较高，实验效果明显。
3.为什么研磨时要加入少量的二氧化硅和碳酸钙？
提示 二氧化硅有利于绿叶的充分研磨，碳酸钙可防止研磨时色素被破坏。
4.过滤时选用单层尼龙布而不用滤纸的原因是什么？
提示 滤纸会吸附色素。
5.制备滤纸条时需剪去两角的目的是什么？
提示 使层析液同步到达滤液细线，防止两侧色素扩散快，色素带不整齐。
6.滤纸条要干燥的目的是什么？
提示 使层析液在滤纸上快速扩散。
7.滤液细线要画得细、直、匀的目的是什么？
提示 防止色素带重叠而影响分离效果。
8.滤液细线需要干燥后重复画的原因是什么？
提示 积累更多的色素，使分离后的色素带明显。
9.为什么盛放滤液的试管口要加棉塞？
提示 防止乙醇挥发和色素氧化。
10.在层析时，为什么不能让滤液细线触及层析液？
提示 滤纸条上的滤液细线触及层析液，从而使色素直接溶解到层析液中，从而使滤纸条上得不到色素带。
11.下图是实验得到的色素在滤纸条上的分布情况，分析比较各种色素的含量、在层析液中的溶解度的大小。
提示 ①不同种类的色素在绿叶中的含量不同，含量多的色素带宽，反之色素带窄。色
素含量:叶绿素 叶绿素 叶黄素 胡萝卜素。②不同的色素在层析液中的溶解
度不同，溶解度越大，在滤纸条上扩散得越快，越靠近滤纸条顶端。溶解度大小:胡萝
卜素 叶黄素 叶绿素 叶绿素 。
12.分离叶绿体中的色素，也可用下图所示的方法，即在圆心处滴加
适量滤液，待滤液干燥后再滴加适量层析液进行层析，结果会出现
不同颜色的4个同心圆。同心圆3、4的颜色依次是________________
_____，相邻且距离最宽的同心圆1和2分别是__________和________。
（后两空填色素名称）
蓝绿色、黄绿色
胡萝卜素
叶黄素
认知生成
绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析
1.收集到的滤液绿色过浅
.未加二氧化硅或二氧化硅加入过少，研磨不充分。
.使用放置数天的菠菜叶，滤液色素（叶绿素）太少。
.一次加入大量的无水乙醇，滤液浓度太低。
.未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
2.滤纸条色素带重叠:滤液细线画得过粗不细直。
3.滤纸条看不见色素带
.忘记画滤液细线。
.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。
例1 （不定项）实验材料的选择和不同的处理方式往往对实验结果有很大的影响。
下列对绿叶中色素的提取和分离实验的叙述，错误的是( )。
CD
A.若选择衰老的叶片作为实验材料，结果是最下方的两条色素带宽度变窄
B.若在研磨时没有加入二氧化硅，结果是各条色素带均会变窄、颜色变浅
C.若层析时滤液细线触及层析液，会使滤纸条上无色素带或颜色变深
D.若采用92号汽油作层析液层析，会使滤纸条上色素带的位置颠倒
[解析] 选择衰老的叶片作为实验材料，叶片中叶绿素的含量低，结果是最下方的两条色素带宽度变窄，A正确；若在研磨时没有加入二氧化硅，则研磨不充分，结果是各条色素带均会变窄、颜色变浅，B正确；若层析时滤液细线触及层析液，则色素溶解在层析液中，会使滤纸条上无色素带或颜色变浅，C错误；采用92号汽油作层析液层析，滤纸条上色素带位置不变，D错误。
对点练1 在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时，若分别在A、B、C三个研钵中加入
剪碎的新鲜菠菜绿叶，并添加不同的试剂（如下表所示），经研磨、过滤得到三种
不同颜色的溶液，即深绿色、黄绿色、几乎无色。请回答下列问题：
处理 A B C
（少量）
（少量） -
无水乙醇 -
蒸馏水 - -
（1）A处理得到的溶液颜色是________，原因是____________________。
黄绿色
部分叶绿素受到破坏
（2）B处理得到的溶液颜色是__________，原因是______________________。
几乎无色
绿叶中的色素不溶于水
（3）C处理得到的溶液颜色是________，原因是__________________________。
深绿色
大量色素溶解在无水乙醇中
（4）分别对绿叶和嫩黄叶做色素的提取和分离实验，若色素层析结果如右
图，则绿叶组的滤纸条是___（填字母），判断依据是___________________
_________；嫩黄叶组的滤纸条是___（填字母），判断依据是____________
_______________。
A
叶绿素 带和叶绿素 带较宽
B
叶绿素 带和叶绿素 带较窄
[解析] 色素提取实验中， 可使绿叶研磨得充分， 可防止研磨时色素被破坏，无水乙醇用于溶解色素，叶绿体中的色素不溶于蒸馏水。
活动2 下图为不同色素的吸收光谱，请据图回答下列有关问题
1.春天叶片呈现绿色的原因是什么？秋天叶片变黄的原因是什么？
提示 春天叶片中叶绿素的含量多于类胡萝卜素，且叶绿素对绿光的吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。秋天气温低，在低温下叶绿素因不稳定而容易被分解，叶黄素和胡萝卜素的颜色呈现出来使叶片变为黄色。
2.为何某些植物的叶片不在秋天也是黄色的？影响叶绿素合成的因素有哪些？
提示 植物在生长发育过程中，某些原因导致叶绿素不能合成或合成减少。影响因素有
（1）光照: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，所以叶片呈
黄色，如韭黄。（2）温度:温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，高温和低温都
会抑制叶绿素的合成，破坏已有的叶绿素分子，从而使叶片变黄。（3） 、 等必
需矿质元素:叶绿素中含 、 等必需元素，缺乏 、 将导致叶绿素无法合成，叶
片变黄。（4）水:叶片缺乏水不但会影响叶绿素的合成，而且会促进已合成的叶绿素
加速分解，造成叶片发黄。
3.冬季时，温室或大棚种植蔬菜，应该选择红色、蓝色还是无色的塑料薄膜 为什么
提示 无色塑料薄膜。无色塑料薄膜可允许各种光通过，红色塑料薄膜和蓝色塑料薄膜只允许红光和蓝光通过，因此用无色塑料薄膜，植物获得的光能最多，更有利于光合作用的进行。
4.阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色（蓝紫光或红光/白光）的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？
提示 蓝紫光或红光。叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，在照明灯功率相同的情况下，用蓝紫光或红光的照明灯，植物利用光能的效率最高。
例2 下图是纸层析法分离绿叶中色素的装置图，层析后得到不同
的色素带，在暗室内用红光照射四条色素带，可以看到较暗的是
( )。
C
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
[解析] 叶绿素 和叶绿素 主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。用红光照射时，较暗的色素带为吸收红光的色素带，即③④，C符合题意。
对点练2 为了探究 对叶绿素稳定性的影响，某研究小组取一些叶绿素粗产品，配成
一定浓度的溶液，于室温（约 ）下进行实验，部分处理和结果如下表所示。下列
有关说法错误的是( )。
实验组号 叶绿素溶液/ 调 至 处理时间/ 溶液颜色
① 3.0 10 绿色
② 3.0 7.0 10 绿色
③ 3.0 6.0 10 黄绿色
④ 3.0 5.0 10 黄褐色
注：叶绿素被破坏后变成黄褐色。
A.实验中需要设置一系列 梯度， 属于自变量，处理时间属于无关变量
B.通过对实验结果的分析，在 为6.0的酸性条件下叶绿素可能会分解
C.实验中叶绿素粗产品可以用丙酮酸进行提取
D.可以用纸层析法将叶绿素粗产品中的色素进行分离，以确定是否含有其他色素
[解析] 本实验的目的是探究 对叶绿素稳定性的影响， 属于自变量，叶绿素溶液
浓度、温度、处理时间等都属于无关变量，A正确；叶绿素溶液在 为7.0时的颜色为
绿色，在 为6.0时颜色变为黄绿色，可能是叶绿素分解造成的，B正确；提取光合色
素不能使用丙酮酸，C错误；由于不同色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤
纸条上的扩散速率不同，因此可利用纸层析法将叶绿素粗产品中的色素进行分离，从
而确定是否含有其他色素，D正确。
√
任务2 理清叶绿体的结构
活动3 结合恩格尔曼的实验示意图和叶绿体的结构示意图，思考下列问题
1.该实验选择水绵和需氧细菌作为实验材料，有什么优点？示意图1是在黑暗环境中用极细的光束点状投射叶绿体，需氧细菌的分布是怎样的？说明什么？
提示 水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。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。
2.通过恩格尔曼的实验可以看出叶绿体的功能是什么？
提示 叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
3.叶绿体有哪些结构？
提示 叶绿体结构如下：
认知生成
1.叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所，其中分布着光合色素和与光合作用有关的酶。
2.植物细胞不一定都能进行光合作用，如植物的根细胞、表皮细胞无叶绿体，不能进行光合作用。
3.叶绿体不是细胞进行光合作用的唯一场所，如蓝细菌中没有叶绿体，但含有叶绿素和藻蓝素，也能在细胞质基质中进行光合作用。
4.探究叶绿体的功能
（1）实验者：德国科学家恩格尔曼。
（2）实验过程及现象
（3）实验结论： 是由叶绿体在光照条件下释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。
&2& 恩格尔曼实验的巧妙之处
1.实验选材妙:水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察和分析研究；用需氧细菌便于确定产生氧气多的部位。
2.排除干扰的方法妙：实验成功的关键之一在于控制无关变量和减少额外变量，恩格
尔曼将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了环境中光和 的影响，从而
确保实验能够正常进行。
3.用极细的光束点状投射:叶绿体获得光照和无光照的部位相当于一组对照实验（自身对照）。
4.进行黑暗（局部光照）和完全暴露在光下的对照实验:再次明确实验结果完全是由光照引起的。
例3 把载有水绵和需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，需氧细菌在叶绿体被光束照射到的部位集中。该
实验证明了( )。
D
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] 实验中通过观察需氧细菌的分布来证明叶绿体能够产生氧气，但氧气的具体来源是无法通过这个实验观察到的，D符合题意。
对点练3 下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临时装片上的水绵，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。
[答案] 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 较少，因此需氧细菌分布无显著变化。
素能提升 绿叶中色素的提取和分离实验（实验探究能力）
（1）甲同学选用新鲜菠菜的绿
色叶片进行实验，在滤纸上出现了四条清晰
的色素带，如图1所示。甲同学分离色素的方
法是__________，滤纸条上色素带位置的不
同主要取决于___________________________
_______。从上往下数，叶黄素位于第___条
色素带。
纸层析法
不同的色素在层析液中溶解度的大小
2
[解析] 甲同学分离色素用的是纸层析法。不同的色素在层析液中的溶解度不同，其随着层析液在滤纸条上扩散的速度不同，溶解度高的在滤纸上扩散得快，反之则慢。从上往下数，叶黄素位于第2条色素带。
（2）乙同学改变甲同学所用的层析液组成后继续进行实验，在滤纸条上出现了黄、绿
两条色素带。他用刀片裁出含色素带的滤纸条，用乙醚分别溶解条带上的色素，浓缩
后用一光学分析仪器检测，通过分析色素溶液的__________来判断条带上色素种类。
吸收光谱
[解析] 乙同学改变甲同学所用的层析液组成后继续进行实验，在滤纸条上出现了黄、绿两条色素带，可通过分析色素溶液的吸收光谱来判断色素种类。
（3）丙同学对甲同学的实验进行改进，实验装置如图2所示。丙同学应将提取到的滤
液滴在__（填“ ”或“ ”）处，棉线灯芯下端应浸没在________中。实验结果得到四个
不同颜色的同心圆，排列在最内侧的色素是_________（填色素的名称）。
层析液
叶绿素
[解析] 丙同学应将提取到的滤液滴在 处，棉线灯芯下端应浸没在层析液中。实验结
果得到四个不同颜色的同心圆，排列在最内侧的色素是溶解度最小的叶绿素 。
课堂小结
课堂小测
判断正误。
（1）叶绿体的基粒上含有与光合作用有关的色素。( )
√
（2）叶绿素 和叶绿素 只吸收红光和蓝紫光。( )
×
（3）叶绿体主要吸收蓝紫光和红光。( )
√
（4）没有叶绿体的生物无法进行光合作用。( )
×
（5）叶绿体中进行光合作用所需的酶分布于内膜、基质和类囊体。( )
×
