5.4.1 捕获光能的色素和结构-2023-2024学年高一上学期生物人教版必修一

：细胞的能量供应和利用 ——从细胞代谢关系探究葡萄甜度差异的原因 2024/6/26 2024/6/26 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？ 用人工光源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。 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。 情景问题一 提取原理 绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，用无水乙醇提取色素。 分离原理 （一）实验：绿叶中色素的提取和分离 一、捕获光能的色素和结构 1.实验原理 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，绿叶中的色素就随着层析液在滤纸上的扩散而分开。 2.分离方法： 纸层析法 3.提取绿叶中的色素 1 2 3 4 ①取材：称取5g的新鲜绿叶，剪碎， 放入研钵中。 ②研磨：放入少许二氧化硅和碳酸钙， 再放入10mL无水乙醇迅速、充分地研磨 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。 防止无水乙醇挥发 叶绿体能够被充分破坏， 使得色素能充分被释放出来 ③过滤：将研磨液迅速倒入玻 璃漏斗 (漏斗基部放一块单层尼龙布)中进行过 滤。 ④收集：收集滤液,封口。 过滤叶脉及二氧化硅等并且不吸附色素。 盛放滤液的试管用棉塞塞紧，防止无水乙醇的挥发。 新鲜的绿叶色素含量多 4 铅笔线 画铅笔细线 4.分离色素 ②画滤液细线 ①制备滤纸条： 干燥的滤纸条，一段剪去两角，底部1cm用铅笔画细线 避免层析液在边缘扩散过快，使其同步到达细线 沿铅笔线画一条细直齐的滤液细线，干燥后，再画一两次 防止色素带重叠 积累更多色素 滤液细线 画滤液细线 透性好、吸收滤液多 插滤纸条 层析液 培养皿 ③分离色素： 纸层析法 防止色素溶解在层析液中，不能分离 将滤纸条有滤液细线的一端朝下轻轻放入层析液中（滤液细线不能触及层析液），随后用培养皿盖住烧杯 防止层析液挥发，因其易挥发且有毒 5、实验结果 叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素 叶黄素 色素颜色 （ 橙黄色） （黄 色） (蓝绿色) （黄绿色） 色素种类 溶解度 最高 较高 较低 最低 扩散速度 最快 较快 较慢 最慢 色素含量 最少 较少 最多 较多 6．结果分析 (1)色素带的条数与 有关，四条色素带说明有 种色素。 (2)色素带的宽窄与 有关，色素带越宽说明此种色素含量 。色素带最宽的是 ，最窄的是 ，叶绿素b比叶黄素稍宽。 (3)色素带扩散速度与 有关，扩散速度越快说明溶解度 。 色素种类 色素含量 越多 叶绿素a 胡萝卜素 溶解度 越高 四 7.色素提取液呈淡黄绿色的原因分析： (1)研磨不充分，色素未能充分提取出来。 (2)称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小。 (3)未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。 思考：这样4种色素对光的吸收有什么差别呢？主要吸收什么光呢？ 习题巩固 1.下图所示“叶绿体中色素的提取和分离”实验的装置正确的是 ( ) 2.纸层析法分离叶绿体色素时,滤纸上最下端的色素名称和颜色分别是 ( ) A．橙黄色的胡萝卜素 B．黄色的叶黄素 C．蓝绿素的叶绿素a D．黄绿色的叶绿素b D B 9 3．下列关于叶绿体中色素的提取和分离的叙述，正确的是(　　) A．无机溶剂不能用于提取色素 B．研磨时加入SiO2目的是保护色素 C．第一次画完滤液细线后应立即再画第二次 D．叶绿素b在层析液中的溶解度最大 A 4. 从种植于室内普通光照和室外强光光照下的同种植物中分别提取叶片的叶绿体色素，用纸层析法分离，结果如图所示。下列判断正确的是(　　) A．室内植物叶片偏黄 B．室外植物叶片偏绿 C．室外植物叶片胡萝卜素含量>叶黄素含量 D．室内植物叶片叶绿素a含量>叶绿素b含量 D 5．李明进行绿叶中色素分离实验时，用圆形滤纸替换条形滤纸，并在滤纸圆心处滴一滴色素提取液进行层析，结果形成近似同心的四个色素环，由圆心向外处于第三圈色素环的颜色为(　　) A．蓝绿色　　　　　　　 B．黄绿色 C．黄色 D．橙黄色 C 6．分别在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个研钵中加2 g剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按表所示添加试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，即深绿色、黄绿色、几乎无色。 则Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个研钵中的溶液颜色分别是(　　) A．几乎无色、黄绿色、深绿色 B．深绿色、几乎无色、黄绿色 C．黄绿色、深绿色、几乎无色 D．黄绿色、几乎无色、深绿色 D 叶绿素 类胡萝卜素 (含量约占1/4) (含量约占3/4) 1.色素种类 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） 绿叶中的色素 （二）色素的种类、作用 叶绿素溶液 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 类胡萝卜素溶液 观察色素的吸收光谱图示，思考讨论色素的作用 实验表明：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，色素对绿光吸收最少。 吸收光的范围：可见光的波长是400～760 nm，一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光 可见色素的功能是： 吸收光能、传递光能 （所有色素）、转化光能（少数叶绿素a） 2作用： 3.分布： 叶绿体的类囊体薄膜。 4.特性： 易溶于有机溶剂，不能溶于水 5.影响叶绿素合成的三大因素 6.与生活的联系 （1）为什么植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶片金黄呢？ 由于叶绿素的含量高，显示出叶绿素的绿色 由于叶绿素易受到低温的破坏，秋季低温使叶绿素大量破坏，而使类胡萝卜素或者其他色素的颜色显示出来 （2）为什么植物叶片呈现绿色？ （3）植物工厂里为什么不用发绿光的光源？ 叶绿体中的色素几乎不吸收绿光。 （4）大棚种植蔬菜时，选择什么颜色的塑料薄膜最好？夜晚补光用什么色光补光？ 白色或无色 蓝紫色的灯光 ①叶绿体中含有叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素含量是类胡萝卜素的3倍。 ②叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收最少，绿光被反射出来 1.结构：一般呈扁平的椭球形或球形，有 膜，内部的 是 由 堆叠而成的。 2.功能： 基粒 基质 双层 基粒 类囊体 （暗反应所需的酶） （色素和光反应所需的酶） 进行光合作用的场所 （三）叶绿体的结构及功能 (1）材料： 叶绿体呈螺旋式带状，便于观察 a.水绵: b.好氧细菌: 水绵： 可以确定释放O2的部位 3.叶绿体的功能---恩格尔曼实验 水绵 好氧细菌 极细光束照射 完全曝光 黑暗 无空气 好氧细菌集中于叶绿体被光束照射的部位 好氧细菌分布于叶绿体所有受光部位 极 细 光 束 均匀光照 结论：叶绿体光合作用释放氧气，叶绿体是进行光合作用的场所 （2）过程： 资料1：恩格尔曼的实验 讨论：恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处？ （1）用水绵作实验材料，有细而长的带状叶绿体，螺旋状分布在细胞中，便于观察和分析研究。 （2）将临时装片置于黑暗且没有空气的环境中，排除了环境中光线和O2的影响，从而确保实验能顺利进行。 （3）用极细的光束照射，并且用好氧菌进行检测，能准确的判断水绵细胞中放O2 部位。 （4）进行黑暗（局部光照）与曝光的对照实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。 三棱镜 结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光 恩格尔曼实验二 综合上述两个实验可以得出：叶绿体是光合作用的场所 照射水绵 好氧细菌聚集在红光和蓝紫光的区域 讨论：为什么大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域？ 这是因为水绵叶绿体上的色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于好氧细菌在此区域分布。 资料2：叶绿体基质中含有多种进行光合作用所必需的酶。 20 绿叶中色素的 提取和分离 叶绿体的结构适于进行光合作用 实验原理 实验过程 实验结论 无水乙醇，层析液 叶绿素 类胡萝卜素 红光 蓝紫光 蓝紫光 色素 叶黄素 胡萝卜素 叶绿素a 叶绿素b （蓝绿色） （黄绿色） （橙黄色） （黄色） 含量约占3/4 含量约占1/4 形态: 结构: 功能: 叶绿体是进行光合作用的场所 课堂小结 21 1.从绿叶中提取色素，选的最佳叶片应是（ ） A.肥嫩多汁的叶片 B.革质叶片 C.刚刚长出来的小嫩叶 D.鲜嫩，颜色浓绿的叶片 D 2．将叶绿体悬浮液置于阳光下，一段时间后发现有氧气放出。下列相关说法正确的是(　　) A．离体叶绿体在自然光下能产生氧气 B．若将叶绿体置于红光下，则不会有氧气产生 C．若将叶绿体置于蓝紫光下，则不会有氧气产生 D．若将叶绿体置于绿光下，则不会有氧气产生 A C C D 6.下列关于“ 绿叶中色素的提取和分离 ”的实验描述中，不属于实验要求的是（ ） A.提取高等植物叶绿体中的色素 B.用纸层析法分离色素 C.了解各种色素的吸收光谱 D.验证叶绿体中所含色素的种类 C 7.下列关于“ 绿叶中色素的提取和分离 ”的实验描述中，不属于实验要求的是（ ） A.提取高等植物叶绿体中的色素 B.用纸层析法分离色素 C.了解各种色素的吸收光谱 D.验证叶绿体中所含色素的种类 C 类囊体薄膜 氮(N)、镁(Mg) 红光和蓝紫光　 不同的色素在层析液中的溶解度不同 纸层析法 叶绿素的形成需要光，类胡萝卜素的形成可以不需要光 处理 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 二氧化硅(少量) ＋ ＋ ＋ 碳酸钙(少量) － ＋ ＋ 无水乙醇(10 mL) ＋ － ＋ 蒸馏水(10 mL) － ＋ － 注：“＋”表示加，“－”表示不加。 3．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．它具有双层膜 4．如图为正常绿色植物的叶绿素a的吸收光谱、叶绿体色素总吸收光谱以及光合作用的作用光谱(作用光谱代表各种波长下植物的光合作用效率)。以下对该图分析错误的是(　　) A．图示表明叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光 B．总吸收光谱代表叶绿体4种色素对光能的吸收 C．图示表明只有叶绿素a吸收的光能才能用于光合作用 D．总吸收光谱与作用光谱基本一致，说明叶绿体色素吸收的光能都能参加光合作用 5．关于叶绿体中的类囊体的正确叙述是(　　) A．叶绿体中的一个个基粒就是一个个类囊体 B．全部光合色素都分布在类囊体的双层薄膜上 C．组成各基粒的类囊体之间没有结构上的联系 D．基粒和类囊体极大地扩大了光合作用的反应面积 (3)植物种子在黑暗中萌发形成的幼苗，节间特别长，叶子很小，呈黄色或黄白色，即“黄化现象”。从光合色素形成所需要的环境条件方面进行分析，“黄化现象”说明了 ________________________________________________ 8．叶绿素是植物细胞内参与光合作用的重要色素，请回答下列相关问题： (1)叶绿素等光合色素分布在叶绿体的______________上，与糖类相比，叶绿素分子中特有的元素是________________。 (2)将绿叶中提取的色素溶液放在光源和分光镜之间，在光谱中可以看到明显变暗的区域是________________。分离色素所依据的原理是________________________________，使用的方法是________________。 $$