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ppt课件

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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
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。
知识点一　捕获光能的色素
1．绿叶中色素的提取和分离
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．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。 ( )3．绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快。 ( )
深入探讨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。
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
典例剖析 (2023·辽宁辽河油田第一高级中学高一期末)下列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．甲、乙、丙、丁依次表示胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素bB．四种色素都能溶解在层析液中，乙色素的溶解度最大C．水稻在收获时节，叶片中色素量的变化是(甲＋乙)<(丙＋丁)D．提取色素时加入碳酸钙是为了研磨充分解析： 甲、乙、丙、丁依次表示叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，A错误；四种色素都能溶解在层析液中，丁色素的溶解度最大，B错误；水稻在收获时节，叶绿素含量较低，所以(甲＋乙)＜(丙＋丁)，C正确；提取色素时加入二氧化硅为了研磨充分，加入碳酸钙为了保护色素，D错误。故选C。
(2023·江苏省镇江市高一质检)在“绿叶中色素的提取和分离”的实验中，加入碳酸钙的目的是(　　)A．溶解色素 B．使研磨更加充分C．分离色素 D．防止色素被破坏解析：在绿叶中色素的提取和分离的实验中，溶解色素的是无水乙醇或丙酮，A错误；实验中加入二氧化硅的目的是使研磨更加充分，B错误；分离色素的是层析液，C错误；加入碳酸钙的目的是防止色素被破坏，D正确。
知识点二　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_______________的场所。
活学巧练1.没有叶绿体的生物无法进行光合作用。( )2．植物细胞都含有叶绿体。 ( )3．在真核细胞内，能进行光合作用的色素分布在叶绿体以及液泡中。 ( )
深入探讨1.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。2．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。在照明灯功率相同的情况下，用发蓝紫光或红光的照明灯，植物利用光能的效率最高。
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
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 如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：与光合作用有关的酶分布在②③。
德国科学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的吸收光谱。他将三棱镜产生的散射光投射到丝状水绵体上，并在水绵悬液中放入需氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图所示)。他由实验结果得出光合作用在红光区和蓝紫光区最强。这个实验的思路是(　　)A．细菌对不同的光反应不一，细菌聚集多的 地方，细菌光合作用强B．需氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强C．需氧细菌聚集多的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强D．需氧细菌大量消耗O2，使水绵的光合速率大幅度加快
解析： 细菌不能进行光合作用，该实验中进行光合作用的是水绵，A错误；该实验的设计思路是需氧细菌需要O2，水绵光合作用强的部位，产生的O2多，在O2含量多的地方需氧细菌的数量多，B正确、C错误；水绵光合速率的快慢与需氧细菌大量消耗O2无明显关系，D错误。
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、蓝紫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。
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．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。
学霸记忆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。
1．(2022·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(　　)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的细而直，D错误。
2．(2023·四川广安高一期末)下图是绿色植物光合作用过程中叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱图。据图分析下列叙述错误的是(　　)
A．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B．叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，而绿光吸收量最少被反射出来，所以叶片呈绿色C．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：由于光反应产生的[H]和ATP能用于暗反应，暗反应要吸收CO2，所以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，A正确；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，叶绿素和类胡萝卜素基本不吸收绿光，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色，B正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，几乎不吸收红光，所以几乎不能利用红光来合成光反应中的ATP，C错误；640～660 nm波长主要是红光区域，该区域的光可被叶绿素吸收利用，因此叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的，D正确。故选C。
3．(2023·广西钦州高一期末)下面是甲、乙、丙三位同学进行“绿叶中色素的提取和分离”实验的过程，请根据问题回答：
(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(左)图所示。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__________________________。从上到下数，叶黄素位于第______条色素带。(2)乙同学改变甲同学所用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，浓缩后分别放在阳光和三棱镜之间，通过分析色素溶液的___________________________________________来判断色素带上色素种类。
色素在层析液中溶解度的大小
吸收光谱(对不同波长的光被吸收的情况)
(3)丙同学对甲同学“绿叶中色素的分离”实验进行改进，实验装置如上图(右)所示，该同学应将提取到的滤液滴在______处(填“a”或“b”)，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)。解析：(1)分离色素使用的方法为纸层析法；色素在层析液中的溶解度不同，其随着层析液在滤纸上扩散的速度不同，最后出现不同位置的色素带，故滤纸条上色素带的位置不同主要取决于色素在层析液中溶解度的大小。由上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，所以叶黄素位于第2条色素带。