高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》一 捕获光能的色素和结构教学演示课件ppt

这是一份高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》一 捕获光能的色素和结构教学演示课件ppt，共41页。PPT课件主要包含了本节聚焦，问题探讨，叶绿体中的色素，色素吸收光谱，光质与光合效率的应用，影响叶绿素合成的因素，叶绿体的结构和功能，恩格尔曼的水绵实验，叶绿体的结构等内容，欢迎下载使用。
捕获光能的色素光合作用的场所及结构
你参观或听说过植物工厂吗?植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。
1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处?2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件?
1.用人工光源生产蔬菜，可以避免由于自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而造成的减产。同时，人工光源的强度和不同色光是可以调控的，可以根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。2.影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件，也有外界环境条件。二氧化碳浓度、营养液和温度是影响植物生长的重要外部条件，因此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。
自养型生物和异养型生物
自养型生物：能够以光能或无机物氧化释放的化学能为能源，以环境中的二氧化碳为碳源，合成自身的组成物质，并且储存能量，包括光能自养型和化能自养型两类，如绿色植物、蓝细菌、硝化细菌等。异养型生物：以环境中现成的有机物作为能源和碳源，将这些有机物转变成自身的组成物质，并且储存能量，如人、动物、真菌和大多数细菌。绝大多数细菌的同化作用类型为异养型，有些细菌含有光合色素，可以进行光合作用，如光合细菌，同化作用类型为自养型；还有些细菌属于化能自养型，常见的有硫细菌、硝化细菌、铁细菌等。
光能合成自养型和化能合成自养型的区别
生物种类不同酶不同摄取的能量不同……
捕获光能的色素 【实验】叶片中色素的提取和分离
实验原理:提取：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。（色素不溶于水）由于色素存在于细胞内，需要先破碎细胞才能释放出色素。分离：绿叶中的色素不只有一种，它们都能溶解在层析液中，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快，反之则慢。这样，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。
目的要求：1.进行绿叶中色素的提取和分离。2.探究绿叶中含有几种色素。材料用具：新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶）。干燥的定性滤纸，试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管剪刀，药匙，量筒(10mL)，天平等。无水乙醇（也可用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来代替） ，层析液（由20份在60~90℃下分馏出来的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成） ，二氧化硅和碳酸钙。
方法步骤：1.提取绿叶中的色素(1)称取5g绿叶，剪去主叶脉，剪碎放入研钵中。(2)向研钵中放入少许二氧化硅和碳酸钙，再加入5~10mL无水乙醇，迅速、充分地进行研磨(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)。(3)将研磨液迅速倒入玻璃漏斗(漏斗基部放一块单层尼龙布)进行过滤。将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。2.制备滤纸条将干燥的定性滤纸剪成宽度略小于试管直径、长度略小于试管长度的滤纸条，再将滤纸条一端剪去两角，并在距这一端底部1cm处用铅笔画一条细的横线。
3.画滤液细线用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线(也可将滤液倒入培养皿，再用盖玻片蘸取滤液，在横线处按压出均匀的细线)。待滤液干后，再重画一到两次。4.分离绿叶中的色素将适量的层析液倒入试管中，将滤纸条(有滤液细线的一端朝下)轻轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口。注意:不能让滤液细线触及层析液，否则滤液细线中的色素会被层析液溶解，而不能在滤纸上扩散。也可用小烧杯代替试管，用培养皿盖住小烧杯。5.观察与记录观察试管内滤纸条上出现了几条色素带，以及每条色素带的颜色和宽窄。将观察结果记录下来。
常见问题为何选用新鲜的绿叶，否则会导致什么结果?在选择实验材料时，没有选新鲜、浓绿的叶片，可能会导致色素种类不全或含量不够。研磨实验时候选择的绿叶有什么要求？选择鲜绿的、光合色素含量较高，质地软，且叶片含水量相对较少的叶片。不能选择含水量较高叶片的原因是什么？叶绿体中的色素不溶于水，水分多了不利于叶绿素中色素的提取。不能选择蜡质和草质叶片的原因是什么？蜡质叶片表面有蜡质层，是保护膜；草质叶片中含有大量的粗纤维，这些叶片都不易磨碎，叶绿体中的色素不易被释放出来，会影响实验的效果。研磨时加入二氧化硅和碳酸钙的作用是什么?提取色素时，加入二氧化硅的目的是使研磨充分，加入碳酸钙是为了防止色素（主要是叶绿素）被破坏。
常见问题研磨为什么要充分、迅速？在提取时研磨不充分，不迅速，导致提取的色素比较少，会影响实验效果。无水乙醇易挥发。过滤研磨液的时候使用尼龙布或者棉花，不使用滤纸的原因？过滤不能用滤纸,要用单层尼龙布。滤纸会吸附色素，降低滤液中色素的含量。滤纸条剪去两角的的目的是什么?为了保证色素在滤纸条扩散均匀整齐，不剪的话会色素带呈现弧形。铅笔画一条细线的目的，滤液细线重复画两三次的目的是什么?使色素扩散的起点相同；使滤液细线处有较多的色素。画滤液细线的要求？细、匀、直、色浓。重复划线一定要等上一次划线干透以后再进行。
常见问题层析时层析液为何不能没过滤液细线?分离色素时，滤液细线不能触及层析液，否则色素会溶解到层析液中无法分离。滤纸条上得到几条色素带，其上下位置排序及颜色、宽窄如何?4条；由上到下依次是橙黄色，最窄，黄色，比橙黄色宽，蓝绿色，最宽，黄绿色，比蓝绿色窄比黄色宽。绿叶中的色素在层析液中溶解度大小排序如何?色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明这种色素含量越多。色素扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快说明这种色素在层析液中的溶解度越大。溶解度：橙黄色＞黄色＞蓝绿色＞黄绿色
常见问题绿叶中的哪一种色素含量最多?蓝绿色的色素含量最多就是叶绿素a。如果滤纸条上没有色素带或色素带颜色偏浅可能的原因是什么?选择实验材料时，没有选新鲜，浓绿的叶片，导致色素种类不全或含量不够。在提取时研磨不充分，不迅速，导致提取的色素比较少。在分离色素时，层析液没及滤液细线，使色素溶解到层析液中。如果看到的不是4条整齐的色素带，可能的原因是？在画滤液细线时，没有做到细、匀、直，色素带彼此重叠。滤纸一端的两角剪得不对称
常见问题滤纸条插入层析液后用棉塞塞紧试管口或者用培养皿盖住小烧杯的原因是？层析液易挥发，这么做可以减少层析液的挥发。实验结束后为什么要即使用肥皂洗手？层析液中含有的丙酮、苯等物质对人体有害。色素的分离除了使用滤纸条，使用圆形滤纸可以吗？可以的，此时应在圆心处点样，滤液在圆形滤纸上的扩散原理与在滤纸条上是一样的，看到的结果是4 个同心圆，最外面的是橘黄色，往内依次是黄色、蓝绿色、黄绿色。实验警示为减少吸入层析液中有独行的挥发物质，分离色素这一块应在通风好的条件下进行，实验结束后应尽快用肥皂将手洗干净。
类胡萝卜素（含量约占1/4）
叶绿素（含量约占3/4）
叶绿素a＞叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素
通过色素提取液的光线，经三棱镜分光后，在红光和蓝紫光区域的光线变弱，说明这部分光被色素吸收了。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。【注意】这里说的是主要吸收，其他波长的光两种色素均能少量吸收，所以“色素只吸收某种光”是错误的说法。
1. 下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述中，错误的是（ ） A. 研磨时加入CaCO3可防止叶绿素在酸性条件下分解B. 滤纸条的一端剪去两角的目的是使色素带扩散均匀且比较直 C. 画滤液细线时需迅速重复多画几次以增加色素的含量D. 滤纸条上相邻且距离滤液细线最远的两条色素带呈橙黄色和黄色
1. 下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述中，错误的是（ C ） A. 研磨时加入CaCO3可防止叶绿素在酸性条件下分解B. 滤纸条的一端剪去两角的目的是使色素带扩散均匀且比较直 C. 画滤液细线时需迅速重复多画几次以增加色素的含量D. 滤纸条上相邻且距离滤液细线最远的两条色素带呈橙黄色和黄色【解析】选C。剪碎的绿叶放入研钵后应该依次加入二氧化硅(充分研磨)、碳酸钙(防止色素被破坏和无水乙醇(提取色素)，A项正确；滤纸条的一端剪去两角的目的是使色素带扩散均匀且比较直，防止色素带不整齐，B项正确；画滤液细线的要求是细、齐、直，待滤液干后，还要重复画一到两次，C项错误；实验成功后应该可以清晰地看到滤纸条上有四条色素带，从上到下依次是胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色)，色素带的宽窄与色素含量相关，D项正确。
2. 为研究高光照对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是（ ）A. 强光下的幼苗相比正常光照下的绿色更深B. 强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成 C. 四种色素在层析液中溶解度大小是Ⅰ＜Ⅱ＜Ⅲ＜ⅣD. 色素分离过程中如果滤液线触及石油醚，会缩短得到四条色素带的时间
2. 为研究高光照对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是（ B ）A. 强光下的幼苗相比正常光照下的绿色更深B. 强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成 C. 四种色素在层析液中溶解度大小是Ⅰ＜Ⅱ＜Ⅲ＜ⅣD. 色素分离过程中如果滤液线触及石油醚，会缩短得到四条色素带的时间【解析】选B。根据题图来看：强光照导致该植物叶绿素含量降低，绿色变浅，A错误；强光照和正常光照相比，明显叶绿素含量降低，类胡萝卜素含量增加，可见强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成，B正确；四种色素在层析液中溶解度大小是Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅳ，C错误；色素分离过程中如果滤液线触及石油醚，色素会溶解在层析液中，不会得到色素带，D错误。
3. 现以叶黄素缺失突变体植株为材料，进行绿叶中色素的提取和分离实验，并以正常绿叶的提取结果为对照组进行对比。下列叙述正确的是（ ）A. 提取色素时要加入适量的二氧化硅，以防止研磨过程中色素被破坏B. 色素提取的原理是不同的色素在无水乙醇中溶解度不同，扩散速率也不同C. 分离色素时要避免滤液细线触及层析液，并用棉花塞紧试管口D. 突变体植株分离的色素带中自上而下第2条消失，对照组中该色素带呈橙黄色
3. 现以叶黄素缺失突变体植株为材料，进行绿叶中色素的提取和分离实验，并以正常绿叶的提取结果为对照组进行对比。下列叙述正确的是（ C ）A. 提取色素时要加入适量的二氧化硅，以防止研磨过程中色素被破坏B. 色素提取的原理是不同的色素在无水乙醇中溶解度不同，扩散速率也不同C. 分离色素时要避免滤液细线触及层析液，并用棉花塞紧试管口D. 突变体植株分离的色素带中自上而下第2条消失，对照组中该色素带呈橙黄色【解析】选C。
4. 下图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”的实验时改进的装置，下列叙述错误的是（ ）A. 应该向培养皿中倒入层析液B. 应将滤液滴在a处，而不能滴在b处C. 实验结果应得到四个不同颜色的同心圆(近似圆形) D. 实验得到的若干个同心圆中，最小的一个呈橙黄色
4. 下图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”的实验时改进的装置，下列叙述错误的是（ D ）A. 应该向培养皿中倒入层析液B. 应将滤液滴在a处，而不能滴在b处C. 实验结果应得到四个不同颜色的同心圆(近似圆形) D. 实验得到的若干个同心圆中，最小的一个呈橙黄色【解析】选D。色素分离的原理是不同色素在层析液中的溶解度不同，扩散速度不同。扩散最快的是胡萝卜素，其形成的圆最大，颜色是橙黄色，最小的圆对应扩散最慢的叶绿素b，颜色是黄绿色。
不同颜色温室大棚中植物的光合效率：对于大棚种植，最好选择无色透明的塑料薄膜。叶绿素对绿光吸收最少（不是完全不吸收绿光，只是利用率低），使用绿色塑料薄膜的大棚中植物光合效率最低。【注意】叶子呈现绿色是因为叶片反射绿光，而不是吸收绿光。
光照：光是叶绿素合成的必要条件，植物在黑暗条件下不能合成叶绿素，因此呈现黄色。温度：叶绿素的合成需要酶的催化。叶绿素形成的最低温度为2~4℃，最适温度为30℃，最高温度为40℃。秋天叶片变黄，是由于低温抑制叶绿素合成，同时原有的叶绿素被分解，而呈现出类胡萝卜素等其他色素的颜色。矿质元素：氮、镁是构成叶绿素的必需成分，缺氮、镁时叶绿素合成受阻；铁、锰、铜、锌等是叶绿素形成过程中某些酶的辅助成分，因此缺少铁、锰、铜、锌等矿质元素时，叶绿素合成也会受阻。
双层膜结构类囊体堆叠成基粒类囊体薄膜上有色素，可以捕获光能，是光反应的场所叶绿体基质是暗反应的场所
吸收、传递光能：大多数的叶绿素a，全部的叶绿素b和全部的类胡萝卜素转化功能：少数的叶绿素a
对于高等植物而言，光合作用的色素只分布在叶绿体的类囊体薄膜上，和光合作用有关的酶分布在叶绿体基质中和类囊体薄膜上。蓝细菌没有叶绿体，但是它有光合色素和光合作用相关的酶，也能进行光合作用。
1881年，德国科学家恩格尔曼(T.Engelmann,1843-1909)做了这样的实验：把载有水绵(叶绿体呈螺旋带状分布)和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内，在黑暗中用极细的光束照射水绵，发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中；如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位。 紧接着，他又做了一个实验：用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
恩格尔曼通过实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。结合其他实验证据，科学家得出叶绿体是光合作用的场所这一结论。
需氧细菌只分布在叶绿体被光束照射到的部位周围
需氧细菌分布在叶绿体所有受光的部位
O2是叶绿体释放的，叶绿体是光合作用的场所
实验设计的巧妙之处实验材料选择水绵和需氧细菌：水绵的叶绿体呈螺旋式带状分布，便于观察；用需氧细菌可用于确定释放氧气多的部位。没有空气的黑暗环境：排除了氧气和光的干扰。用极细的光束点状照射：叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。进行黑暗(局部光照)和曝光对比实验：明确实验结果完全是光照引起的。
1. 下图甲是叶绿体结构模式图，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. 图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的合成场所只有线粒体
1. 下图甲是叶绿体结构模式图，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（ B ）A. 图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的合成场所只有线粒体【解析】选B。图甲是叶绿体，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的合成场所是叶绿体、线粒体和细胞质基质。
2. 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：制作载有水绵和需氧细菌的临时装片，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. 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. 需氧细菌起指示作用D. 水绵的带状叶绿体有利于设置对照实验
2. 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：制作载有水绵和需氧细菌的临时装片，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. 需氧细菌起指示作用D. 水绵的带状叶绿体有利于设置对照实验【解析】选A。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；需氧细菌的分布密疏，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。
3. 下列关于生长在同一植株上的绿色叶片和黄绿色叶片的叙述，错误的是（ ）A. 两种叶片都能吸收蓝紫光B. 两种叶片中均含有类胡萝卜素C. 两种叶片的叶绿体中都含有叶绿素aD. 黄绿色叶片的叶绿体口只含有叶绿素b
3. 下列关于生长在同一植株上的绿色叶片和黄绿色叶片的叙述，错误的是（ D ）A. 两种叶片都能吸收蓝紫光B. 两种叶片中均含有类胡萝卜素C. 两种叶片的叶绿体中都含有叶绿素aD. 黄绿色叶片的叶绿体口只含有叶绿素b【解析】选D。叶片中含有类胡萝卜素和叶绿素，二者均能吸收蓝紫光，A正确。当叶绿素含量高时呈现绿色，含量低时则呈现类胡萝卜素的颜色，B正确。叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b，C正确。黄绿色叶片中还含有胡萝卜素、叶黄素和叶绿素a，D错误。
4. 叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，其内有关结构中分布着光合色素及有关的酶。下列关于叶绿体及色素的叙述中正确的是（ ）A. 植物细胞都有叶绿体，叶绿体普遍分布在植物体的所有细胞中B. 叶绿素在高等植物体内有两种，叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色 C. 同线粒体一样，叶绿体的内膜极大地扩展了受光面积 D. 叶绿体中的色素只吸收红光和蓝紫光进行光合作用
4. 叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，其内有关结构中分布着光合色素及有关的酶。下列关于叶绿体及色素的叙述中正确的是（ B ）A. 植物细胞都有叶绿体，叶绿体普遍分布在植物体的所有细胞中B. 叶绿素在高等植物体内有两种，叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色 C. 同线粒体一样，叶绿体的内膜极大地扩展了受光面积 D. 叶绿体中的色素只吸收红光和蓝紫光进行光合作用【解析】选B。植物见光的绿色部位的细胞才有叶绿体，A错误；叶绿素包括两种，叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色，B正确；叶绿体的类囊体极大地扩展了受光面积，C错误；叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用，D错误。