第4节 第1课时 捕获光能的色素和结构（教师用书）-【勤径学升】2024-2025学年高中生物必修1同步练测（人教版2019）

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 [学习目标] 1．掌握“绿叶中色素的提取和分离”的实验原理和方法。 2．说出叶绿体中色素的种类和作用。 3．描述叶绿体的结构和功能。 一、捕获光能的色素 1．绿叶中色素的提取 （1）原理：绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。 （2）实验步骤 取材：称取5 g新鲜绿叶 　↓ 研磨：剪碎叶片，放入研钵中，加少许二氧化硅和碳酸钙，再加入5～10 mL无水乙醇，迅速、充分地进行研磨 　↓ 过滤：漏斗基部放一块单层尼龙布，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗进行过滤 　↓ 收集：用小试管收集滤液，及时用棉塞将试管口塞严 2．分离绿叶中的色素 （1）原理：各种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。因而色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。 （2）步骤 制备滤纸条 ↓ 画滤液细线 将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，并在一端剪去两角。并在距这一端1 cm处用铅笔画一条细的横线 用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线，待滤液干后，再重画细线一到两次 分离绿叶中的色素 ↓ 观察结果 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） 滤纸条上色素带有四条 （3）实验装置 3．色素的种类、含量、颜色及吸收光谱 种类 叶绿素（约占3/4） 类胡萝卜素（约占1/4） 叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素 叶黄素 颜色 蓝绿色 黄绿色 橙黄色 黄色 吸收光谱 主要吸收蓝紫光和红光 主要吸收蓝紫光 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 1．叶绿体形态 一般呈扁平的椭球形或球形。 2．叶绿体结构模式图 （1）外表：双层膜。 （2）内部 基质：含有与暗反应有关的酶；基粒：由类囊体堆叠而成，分布有光合色素和与光反应有关的酶。 3．功能 进行光合作用的场所。 4．恩格尔曼的实验结论 （1）水绵光照实验：需氧细菌只分布于叶绿体被光束照射到的部位。 （2）透过三棱镜的光线照射水绵实验：大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。 结论：叶绿体是光合作用的场所。 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 1．分离色素时，在层析液中溶解度越高的，则在滤纸条上扩散的速度越慢。 （×） 2．研磨绿叶时，要加入二氧化硅、碳酸钙和无水乙醇。 （√） 3．色素分离后，在滤纸条上的从上而下的四条色素带分别是叶黄素、胡萝卜素、叶绿素a和叶绿素b。 （×） 4．叶绿素和类胡萝卜素都主要吸收蓝紫光和红光。 （×） 5．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。 （×） 6．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。 （×） 知识点一　捕获光能的色素 　　分析“绿叶中色素的提取和分离”实验，回答下列问题： （1）如图是某同学实验所得到的层析结果，据图分析并填写图中自上而下色素的名称、颜色。 （2）滤纸条上色素带的宽窄代表什么含义？　　　　。  （3）从色素带的宽度可知色素含量的多少依次为：　　　　。  （4）在滤纸上距离滤液细线最近的色素带是　　　　，最远的是　　　　。  （5）从色素带的位置可知在层析液中几种色素的溶解度大小依次为：　　　　。  （6）实验结束后，某同学的滤纸条上没有出现色素带，请探讨其实验失败的可能原因。 提示：（1）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）色素含量多，色素带宽，反之则窄 （3）叶绿素a＞叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素 （4）叶绿素b　胡萝卜素 （5）胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a＞叶绿素b （6）忘记画滤液细线；分离色素时滤液细线触及层析液。 1．“绿叶中色素的提取和分离”实验中的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 提取色素 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 滤液细线要细、齐、直 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 2．影响叶绿素合成的三大因素 光照 光照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 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 必需元素 叶绿素中含N、Mg等元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成 1．下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，不正确的是 （　　） A．提取的原理是叶绿素和类胡萝卜素都易溶于有机溶剂 B．研磨时加入二氧化硅更有助于叶肉细胞的破碎 C．用毛细吸管均匀地在滤纸条上画出一条滤液细线 D．滤纸条上的滤液细线应浸入层析液以更好地分离色素 解析　提取色素的原理是叶绿素和类胡萝卜素都易溶于有机溶剂，如无水乙醇、丙酮等，A正确；研磨过程中加入二氧化硅能增大摩擦，更有助于叶肉细胞的破碎，B正确；用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线处小心均匀地画出一条滤液细线，待滤液干后，再重复画1～2次，C正确；把画好细线的滤纸条插入层析液中，滤液细线不能触及层析液，不能摇晃试管，D错误。 答案　D 2．小明分别对紫藤的绿叶和黄叶进行了叶绿体中色素的提取和分离实验，结果如图。对该实验结果说明合理的是 （　　） A．②是紫藤绿叶的色素分离结果 B．结果②表明叶片研磨不充分 C．紫藤黄叶中缺少叶绿素 D．紫藤黄叶中缺少类胡萝卜素 解析　紫藤的绿叶中含有4种色素，经提取、分离后可出现4条色素带，应为图①，A错误；如果叶片研磨不充分，则提取到的色素量少，经分离仍有4条色素带，B错误；图②缺少叶绿素a和叶绿素b两条色素带、说明紫藤黄叶中缺少叶绿素，C正确，D错误。 答案　C 知识点二　叶绿体的结构适于进行光合作用 　　据计算，1 g菠菜叶片中的类囊体的总面积竟有60 m2左右。德国科学家恩格尔曼对叶绿体的功能进行了实验探究。请根据教材知识，分析并回答以下问题： （1）叶绿体与其功能相适应的结构特点有哪些？ （2）下图是恩格尔曼探究叶绿体功能的实验示意图，据图思考： ①甲组是在黑暗环境中用极细的光束照射水绵，需氧细菌的分布是怎样的？说明什么？ ②乙组完全暴露在光照下，需氧细菌分布于叶绿体所有的受光部位，这组实验的设计目的是什么？ ③两组实验都要求在隔绝空气的条件下进行，为什么？ 提示：（1）叶绿体中基粒的类囊体薄膜上分布有吸收光能的色素和与光合作用相关的酶；在叶绿体的基质中含有与光合作用有关的酶；组成基粒的类囊体，大大增加了受光面积。（2）①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和甲组进行对照，明确实验结果完全是由光照引起的。③排除空气中的氧气对实验结果的干扰。 恩格尔曼水绵实验设计巧妙之处 1．实验材料选得妙：实验材料选择水绵和需氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察；用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。 2．排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境，排除了空气中氧气和光的干扰。 3．观测指标设计得妙：用极细的光速照射水绵，叶绿体上可分为获得光照和不获得光照的部位，需氧细菌集中分布在获得光照的部位，不获得光照的部位需氧细菌几乎没有，相当于一组对照实验。 4．实验对照设计得妙：进行黑暗（局部光照）和曝光对照实验，明确实验结果完全是由光照引起的。 1．下图为叶绿体结构模式图。叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，下面有关叶绿体结构和功能的叙述错误的是 （　　） A．①④分别为外膜和内膜，具有选择透过性的功能特点 B．②为基粒，类囊体的薄膜上含有与光合作用有关的色素和酶 C．③为叶绿体基质，与光合作用无关 D．光合作用的酶分布在②③ 解析　①是叶绿体外膜，②是基粒，③是基质，④是内膜，光反应在基粒的类囊体薄膜上进行，暗反应在基质中进行，所以C错误。 答案　C 2．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，该实验中能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。 答案　B 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 （1）没有叶绿体的细胞一定不能进行光合作用。 （×） （2）叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内。 （×） （3）光合作用的酶分布于叶绿体内膜、外膜、类囊体薄膜和叶绿体基质中。 （×） （4）叶绿体中色素吸收光能不需要酶的催化。 （√） 2．在研磨时加入少许二氧化硅和碳酸钙，其作用分别是 （　　） A．研磨充分，溶解色素 B．防止色素被破坏，溶解色素 C．研磨充分，防止色素被破坏 D．防止色素被破坏，研磨充分 解析　加入二氧化硅使研磨得充分；加入碳酸钙，防止研磨中色素被破坏。故C正确。 答案　C 3．下列关于高等植物细胞内色素的叙述，错误的是 （　　） A．所有植物细胞中都只含有4种色素 B．有的植物细胞的液泡中也含有一定量的色素 C．叶绿体的类囊体有巨大的膜面积，色素就位于膜上 D．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 解析　植物细胞叶绿体内有4种色素，液泡中可能有花青素等色素，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；真核细胞光合色素都存在于叶绿体的类囊体薄膜上，C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，D正确。 答案　A 4．把载有水绵和好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，好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射的部位。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O2来自水 D．叶绿体是光合作用的场所 解析　好氧细菌集中在被光束照射的叶绿体上，说明叶绿体产生了O2，即进行了光合作用，所以叶绿体是进行光合作用的场所。 答案　D 5．(山东泰安高一期末)某同学用菠菜叶做色素的提取和分离实验的过程中，用纸层析法分离色素，在滤纸条分离出5条色素带，计算出每条色素带的迁移率如图1所示。可以确定最下面的两条色素带分别为叶绿素a和叶绿素b，但上方还有三条色素带。为了弄清这些色素带的成分，该同学做了β－胡萝卜素和叶黄素的标准品迁移率的对比，结果如图2所示。请回答下列问题： (1)实验中可以用________提取菠菜叶中的色素，纸层析法分离色素的原理是 ________________________________________________________ ________________________________________________________ ______________________________________________________。 (2)菠菜叶中的光合色素主要分布在叶绿体的____________上，色素带的迁移率与________________________有关。 (3)叶绿素a的颜色是________，叶绿素主要吸收________光。 (4)根据图2实验结果可以推测β－胡萝卜素和叶黄素分别对应图1中色素带________和________。 答案　(1)无水乙醇　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)类囊体薄膜　色素在层析液中的溶解度 (3)蓝绿色　蓝紫光和红 (4)1　2 学科网（北京）股份有限公司 $$