2020-2021学年高中生物新教材人教版必修1学案：第5章第4节 第1课时捕获光能的色素和结构（教师备课专用）

2020-2021学年高中生物新教材人教版必修1学案：第5章第4节 第1课时捕获光能的色素和结构（教师备课专用）

www.ks5u.com 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 课标要求 核心素养 ‎1.理解实验“绿叶中色素的提取和分离”的原理和方法，掌握基本操作技能。‎ ‎2.掌握绿叶中色素的种类和作用，明确叶绿体的结构和功能。‎ ‎1.生命观念——结构与功能观：叶绿体的结构尤其是基粒大大扩展了膜面积，与光合作用的功能相适应。‎ ‎2.科学探究——实验思路及设计：科学设计提取和分离色素的实验步骤，注意每个操作步骤的规范性。‎ 知识导图 新知预习·双基夯实 一、绿叶中色素的提取和分离 二、色素的含量和种类 三、叶绿体的结构和功能 ‎1．叶绿体的结构 ‎2．叶绿体的功能：进行__光合作用__的场所。‎ ‎┃┃活学巧练__■‎ ‎1．在绿叶中色素的提取实验中加入二氧化硅可以防止破坏叶绿素(×)‎ ‎2．过滤研磨液时漏斗基部放一块剪好的滤纸进行过滤，将滤液收集到试管中(×)‎ ‎3．叶绿素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。(×)‎ 思考：‎ ‎1．色素的提取非常成功，但层析后滤纸条上色素带非常模糊，其原因可能有哪些？‎ 提示：①画滤液细线次数太少。②滤液细线触及层析液，且时间较长，色素溶解到层析液中。‎ ‎2．实验过程中，甲同学忘记加入二氧化硅，乙同学没有加入无水乙醇，而是加了水，请分析他们可能出现的实验 结果。‎ 提示：甲同学的结果是滤液中的色素浓度很低，滤纸条上色素带颜色很浅；乙同学的结果是滤纸条上没有出现色素带。‎ ‎3．夏季的树叶多为绿的海洋，到了深秋时节更有“看万山红遍，层林尽染”的美景，试从生物学角度分析其原因。‎ 提示：春夏时节叶绿素所占比例大，故叶子为绿色，而到了深秋叶绿素大量分解，类胡萝卜素含量相对增加，故叶子为黄色或橙黄色。‎ ‎4．植物能进行光合作用制造有机物，有位同学就想：“如果人能像绿色植物一样，岂不是不用吃饭了吗？”如果该同学的想法能实现，你认为人体细胞应具备什么样的结构？‎ 提示：细胞质中有叶绿体。‎ ‎5．在大棚种植时一般选用哪种颜色的薄膜？为什么？‎ 提示：一般选用无色透明的薄膜，因为能够透过各种单色光。‎ 学霸记忆·素养积累 重点呈现 ‎1．无水乙醇能提取绿叶中的色素，层析液可分离色素。‎ ‎2．用无水乙醇提取色素的原理是色素能溶解在无水乙醇中。‎ ‎3．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。‎ ‎4．二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。‎ ‎5．层析后滤纸条上自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。‎ ‎6．叶绿素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。‎ ‎7．色素分布于叶绿体类囊体薄膜上，而与光合作用有关的酶则分布于类囊体薄膜和叶绿体基质中。‎ 课内探究·名师点睛 知识点 捕获光能的色素 ‎1．绿叶中色素的功能和合成 ‎(1)功能：色素可以吸收、传递和转化光能。‎ ‎(2)影响叶绿素合成的因素 叶绿素的合成易受光照、温度和矿质元素等因素影响。‎ ‎①光照：光是影响叶绿素合成的主要因素，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而黑暗条件下叶片发黄。‎ ‎②温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，叶片发黄。‎ ‎③矿质元素：叶绿素中含N、Mg等元素，若缺少这些元素，将导致叶绿素无法合成，老叶先变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，幼叶先变黄。‎ ‎2．实验结果——有关色素带的分析 ‎(1)从色素带的位置可知，各种色素在层析液中溶解度的高低依次为：胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b。(记忆口诀：胡、黄、a、b)‎ ‎(2)从色素带的宽度可知，各种色素的含量一般情况下为：叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素。‎ ‎3．注意事项及原因分析 过程 注意事项 原因分析 提取色素 选新鲜绿色的叶片 使滤液中色素含量高 研磨时加无水乙醇 溶解色素 加少量SiO2和CaCO3‎ 研磨充分和保护色素 迅速、充分研磨 减少乙醇挥发，充分溶解色素 盛放滤液的试管口加棉塞 减少乙醇挥发和色素氧化 分离色素 滤纸预先干燥处理 使层析液在滤纸上快速扩散 滤液细线要直、细、匀 使分离出的色素带平整不重叠 滤液细线干燥后再重画一到两次 使分离出的色素带清晰分明 滤液细线不触及层析液 防止色素直接溶解到层析液中 ‎┃┃典例剖析__■‎ 典例1 某班学生完成对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，出现了以下四种不同的层析结果。下列分析最不合理的是(　C　)‎ A．甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液 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：甲图中没有色素的原因可能是误用蒸馏水作提取液和层析液；乙图中色素的量较少，可能是因为研磨时未加入SiO2而导致研磨不充分；丙、丁图中叶绿素含量比类胡萝卜素含量低，原因可能是未加入CaCO3而导致色素被破坏。‎ 规律总结：绿叶中色素提取分离异常现象分析 ‎(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析：‎ ‎①未加石英砂(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，提取液浓度太低。‎ ‎④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。‎ ‎(2)滤纸条色素带重叠的原因分析：‎ ‎①滤液细线不直，重复画线时细线不重叠。‎ ‎②滤液细线过粗。‎ ‎(3)滤纸条看不见色素带的原因分析：‎ ‎①忘记画滤液细线。‎ ‎②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。‎ ‎┃┃变式训练__■‎ ‎1.(2019·河南省洛阳市高一)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(　B　)‎ A．将滤纸条剪去两角的目的是方便层析液的吸附 B．①对应的色素在层析液中的溶解度最大 C．如果③④带宽减小一定是忘记添加碳酸钙 D．画滤液细线前先用铅笔画细线能够促进色素的层析 解析：制备滤纸条时要将滤纸条的一端剪去两角，目的是使色素在滤纸条上扩散均匀，A错误；①对应的色素在层析液中的溶解度最大，所以在滤纸条上扩散的速度最快，处于滤纸条的最上端，B正确；如果③④(叶绿素)带宽减小可能是忘记添加碳酸钙，也可能是材料不新鲜，叶绿素含量减少，C错误；画滤液细线前先用铅笔画细线，能够使得滤液细线画得细而直，D错误。‎ 知识点 叶绿体的结构适于进行光合作用 ‎1．叶绿体中色素的吸收光谱 色素种类 吸收光 吸收光谱图示 叶绿素 叶绿素a (蓝绿色)‎ 吸收红光和蓝紫光 ‎(含量约占3/4)‎ 叶绿素b (黄绿色)‎ 吸收红光和蓝紫光 类胡萝卜素(含量约占1/4)‎ 胡萝卜素(橙黄色)‎ 吸收蓝紫光 叶黄素(黄色)‎ 吸收蓝紫光 ‎2.叶绿体的结构及功能 ‎(1)结构：‎ ‎①双层膜：分为内膜和外膜，其主要功能是控制物质进出叶绿体。‎ ‎②基粒：由囊状结构堆叠而成，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。‎ ‎③基质：在基粒与基粒之间充满基质，基质中含有与光合作用有关的酶。‎ ‎(2)功能：‎ 叶绿体内的基粒和类囊体扩展了受光面积，含有许多吸收光能的色素分子和光合作用所必需的酶，因此叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。‎ ‎3．叶绿体功能的验证实验 ‎(1)实验过程及现象：‎ ‎(2)实验结论：‎ ‎①叶绿体是进行光合作用的场所。‎ ‎②O2是由叶绿体释放的。‎ ‎(3)实验设计巧妙之处：‎ ‎①实验材料选择水绵和好氧细菌：水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可确定释放氧气的部位。‎ ‎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和无光照的部位，相当于一组对照实验。‎ ‎④进行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的对照实验：明确实验结果完全是由光照引起的。‎ 知识贴士 ‎(1)光合作用的酶分布在类囊体的薄膜上和基质中，但光合色素只分布在类囊体的薄膜上。‎ ‎(2)‎ 叶绿体以囊状结构堆叠成基粒的方式增大膜面积，而线粒体以内膜向内腔折叠形成嵴的方式增大膜面积。‎ ‎┃┃典例剖析__■‎ 典例2 下列关于叶绿体中色素的叙述，错误的是(　D　)‎ 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：Mg是合成叶绿素a和叶绿素b的必需元素；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，用于光合作用的光反应过程；叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同；叶绿素不能有效地吸收绿光，绿光被反射出来，使植物呈现绿色。‎ ‎┃┃变式训练__■‎ ‎2．为了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，错误的是(　A　)‎ 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，而与光的种类没有关系，不需要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；水绵的叶绿体便于观察且有利于设置对照实验。‎ 指点迷津·拨云见日 ‎1．不同颜色温室大棚的光合效率 无色透明大棚中各色光均能透过，有色大棚主要透射同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明薄膜的大棚光合效率更高，而叶绿素对绿光吸收最少，绿色的塑料薄膜的大棚光合效率最低。‎ ‎2．光质与光合效率 ‎(1)不同波长的光对光合效率的影响不同。光合效率大小为白光、红光、蓝紫光、橙黄光、绿光。叶绿体中的色素吸收最多的是蓝紫光和红光，在日光照射的基础上，用红色、蓝色灯光可以提高光合效率。‎ ‎(2)不同颜色的藻类吸收不同波长的光。水层对光波中的红、橙部分的吸收明显多于对蓝、绿部分的吸收，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水较深的地方。‎ 这是藻类对光照条件适应的一种表现。‎ 典例3 大棚种植西兰花能够让我们在寒冷的冬季也能享受其美味。为了增加其产量，大棚内照明灯的颜色和大棚的塑料薄膜颜色选择最好的组合为(　A　)‎ A．蓝紫光或红光、无色透明 B．蓝紫光或红光、黄色透明 C．白光、黄色透明 D．白光、无色透明 解析：由于照明灯的功率是一定的，所以在相同的功率下，用蓝紫光或红光的照明灯，植物利用光能的效率更高；由于太阳光是一定的，所以用无色透明的塑料薄膜，植物获得光能更多。‎ 解疑答惑　　‎ 问题探讨⇨P97‎ ‎1．提示：采用人工光源在室内直接给作物补光是促进植物生长的有效途径，可以促进植物生长，提高植物产量。‎ ‎2．提示：二氧化碳是光合作用的原料，原料越多合成的有机物就越多，但二氧化碳浓度过高，光合作用会被抑制，故应控制浓度。植物生长需要多种无机盐，它们对植物的生长起着重要的作用，不同植物和同一植物的不同生长时期所需要的无机盐的种类和比例是不同的，因此应控制营养液成分。温度主要通过影响酶的活性影响光合速率。白天适当增强光照和提高室温，可提高光合作用效率增加有机物的积累，夜晚适当降低室温可减少植物呼吸作用对有机物的消耗，有利于有机物的积累。‎ 探究·实践⇨P98‎ ‎1．提示：滤纸条上有4条不同颜色的色素带，从上往下依次为：胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色)。‎ ‎2．这说明了绿叶中的色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸条上扩散得快慢也不同。‎ 思考·讨论⇨P100‎ ‎1．提示：氧气是叶绿体释放的。‎ ‎2．提示：实验材料选择水绵和需氧细菌，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多的部位；没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上的有光照部位和无光照部位，相当于一组对照实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果等。‎ ‎3．提示：‎ 叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用并释放出大量的氧气，使需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。‎ ‎4．提示：叶绿体是进行光合作用的场所。‎ 练习与应用⇨P101‎ 一、概念检测 ‎1．(1)×　提示：叶绿体中的胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a及叶绿素b都能吸收光能用于光合作用。‎ ‎(2)√‎ ‎(3)×　提示：植物之所以呈现绿色，是因为植物几乎不吸收绿光，将绿光反射出去了。‎ ‎2．A　并不是所有的植物细胞中都含有4种色素，如洋葱根尖细胞中不含叶绿素，A错误；有的植物的液泡也含有一定的色素，主要是花青素，B正确；植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两大类，二者都可以吸收光能，C、D正确。‎ 二、拓展应用 ‎1．提示：有关。不同颜色的藻类植物吸收不同波长的光。藻类植物本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。水层对光波中的红、橙部分的吸收显著多于对蓝、绿部分的吸收，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，所以吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方。‎ ‎2．提示：植物工厂生产蔬菜是一种高投入、高技术、精装备的生产体系。可以更好地满足蔬菜生长的环境条件，提高生产效率。该生产技术的大面积推广具有一定难度，但代表了未来生产技术的一个重要方向。‎ 训练巩固·课堂达标 ‎1．关于叶绿体中色素的提取和分离实验的操作，正确的是(　B　)‎ A．使用定性滤纸过滤研磨液 B．将干燥处理过的定性滤纸条用于层析 C．在画出一条滤液细线后紧接着重复画线1～2次 D．研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素 解析：在提取绿叶中色素时，漏斗基部放单层尼龙布进行过滤；纸层析法分离滤液中色素时，需用干燥的定性滤纸；画出一条滤液细线后需等滤液干后再重画1到2次；研磨叶片时应用无水乙醇溶解色素。‎ ‎2．秋冬季节，由于叶绿体中的某类色素易被破坏，使叶片呈现黄色，导致叶片吸收光的能力减弱，其中吸收明显减少的是(　B　)‎ A．黄光、红光　　　 B．红光、蓝紫光 C．蓝紫光、绿光 D．绿光、黄光 解析：秋冬季节，由于叶绿体中的叶绿素易被破坏，主要含有类胡萝卜素，从而使叶片呈现黄色。由于叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，所以叶绿素被破坏后，导致叶片吸收光的能力减弱，其中吸收明显减少的是红光、蓝紫光。‎ ‎3．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(　D　)‎ 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 解析：叶绿体是光合作用的场所，有叶绿体可进行光合作用，但是有的生物没有叶绿体也可进行光合作用，如蓝细菌。‎ ‎4．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、过滤得到三种不同颜色的溶液，即：深绿色、黄绿色(或褐色)、几乎无色。‎ 处理 A B C SiO2(少量)‎ ‎＋‎ ‎＋‎ ‎＋‎ CaCO3(少量)‎ ‎－‎ ‎＋‎ ‎＋‎ ‎95%乙醇(10毫升)‎ ‎＋‎ ‎－‎ ‎＋‎ 蒸馏水(10毫升)‎ ‎－‎ ‎＋‎ ‎－‎ 注：“＋”表示加；“－”表示不加 试回答下列问题：‎ ‎(1)A处理得到的溶液颜色是__黄绿色__，原因是__部分叶绿素受到破坏__。‎ ‎(2)B处理得到的溶液颜色是__几乎无色__，原因是__叶绿素不溶于水__。‎ ‎(3)C处理得到的溶液颜色是__深绿色__，原因是__大量叶绿素溶于95%的乙醇中__。‎