第10讲 光合作用①

第10讲 光合作用① 考点一 捕获光能的色素和结构 【核心要点1】绿叶中色素的提取和分离[实验] 【核心要点2】色素的吸收光谱 【核心要点3】叶绿体的结构适于进行光合作用 实验：绿叶中色素的提取和分离【P74】 01 一、实验原理： 1.提取：绿叶中的色素都能够溶解在 中。 2.分离：绿叶中不同的色素在 中溶解度不同， 在滤纸上扩散的速度不同。 有机溶剂(如:无水乙醇) 层析液 在层析液中溶解度越大的色素扩散速度越快。 分离色素用纸层析法。 思考 分离色素的方法是？ 实验：绿叶中色素的提取和分离【P74】 01 二、实验试剂及其作用： 1.无水乙醇： 。 注：可用体积分数为95%的乙醇 加入适量的无水碳酸钠来代替。 2.层析液： 。 注：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。 3.二氧化硅： 。 4.碳酸钙： 。 无水乙醇 层析液 二氧化硅 碳酸钙 溶解并提取色素 有助于研磨得充分 防止色素(叶绿素)被破坏 分离色素 实验：绿叶中色素的提取和分离【P74】 01 三、实验步骤：1.提取绿叶中的色素： ①取材： 称取5g ， 剪去主脉， 剪碎， 放入研钵中。 ②研磨： 向研钵中放入少许 和 ， 再加入5～10mL ， 迅速、充分地研磨。 ③过滤： 将研磨液迅速倒入玻璃漏斗。 （漏斗基部放一块 ）进行过滤。 ④收集： 将滤液收集到试管中，及时用 将试管口塞严。 绿叶 无水乙醇 二氧化硅 碳酸钙 单层尼龙布 棉塞 实验：绿叶中色素的提取和分离【P74】 01 [思考相关问题]提取绿叶中的色素： ①为什么用新鲜绿叶？ ②研磨时应注意什么？原因是什么？ ③过滤时漏斗基部的尼龙布能否用滤纸替代？原因是什么？ ④为什么盛放滤液的试管口要加棉塞？ 保证滤液中色素含量高。 研磨时要迅速、充分，原因：保证色素释放得更加充分且挥发量少。 不能，原因：滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低。 防止乙醇挥发和色素氧化。 实验：绿叶中色素的提取和分离【P74】 01 [思考相关问题]提取绿叶中的色素： ⑤某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，请结合实验步骤分析可能的原因有哪些？ ①未加入二氧化硅或研磨不充分，色素未能充分提取出来； ②称取绿叶过少或加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小； ③未加入碳酸钙或加入过少，部分色素分子被破坏。 实验：绿叶中色素的提取和分离【P74】 01 三、实验步骤：2.分离绿叶中的色素： ① ： 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，将滤纸条一端剪去两角，在距这一端底部1cm处用铅笔画一条细的横线。 铅笔线 制备滤纸条 滤液 细线 ② ： 用毛细吸管吸取少量的滤液，沿铅笔线均匀地画一条细线，（也可用盖玻片蘸取滤液、在横线处按压出均匀细线）待滤液干后，再画1～2次 画滤液细线 注：画滤液细线时要细、直、匀。 实验：绿叶中色素的提取和分离【P74】 01 三、实验步骤：2.分离绿叶中的色素： ③ ： 将适量的层析液倒入试管中，插入滤纸条（有滤液细线一端朝下），随后棉塞塞紧试管口。也可用小烧杯代替试管，用培养皿盖住小烧杯。 分离绿叶中的色素 ④ ： 观察试管内滤纸条上出现几条色素带，以及每条色素带的颜色和宽窄，记录观察结果 观察与记录 插滤纸条 层析液 培养皿 注：层析液不能触及滤液细线。 实验：绿叶中色素的提取和分离【P74】 01 [思考相关问题]分离绿叶中的色素： ①为什么滤纸预先干燥处理？ ②制备滤纸条时为什么要减去两角？ ③滤液细线的划线原则是什么？待滤液干后，再重画一到两次的目的是什么？ ④为何滤液细线不能触及层析液？ 使层析液在滤纸上快速扩散。 避免层析液在边缘扩散过快，使其同步到达细线。 划线原则：细、直、齐。 防止滤液细线中色素溶解于层析液中，不能在滤纸上扩散。 重画目的：可以增加滤液细线中色素的含量，使分离色素带更明显。 实验：绿叶中色素的提取和分离【P74】 01 四、实验结果及分析： 色素种类 颜色 含量 溶解度 扩散速度 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 橙黄色 黄色 蓝绿色 黄绿色 最少 较少 最多 较多 最高 较高 较低 最低 最快 较快 较慢 最慢 ①色素带条数与色素种类有关：四条色素带说明有 色素。 ②色素带宽度与色素含量有关：叶绿素a的含量 ，所以该色素带最宽； 胡萝卜素含量 ，所以其色素带最窄。 ③扩散速度与色素溶解度有关：胡萝卜素在层析液中 ，所以扩散最快。 最多 最少 4种 溶解度最大 类胡萝卜素 （含量约1/4） 叶绿素 （含量约3/4） 拓展实验 如果在圆形滤纸的中央点开始，对叶绿体的色素进行层析，会看到什么现象？ 提示：会出现 个同心圆的色素带， 从外往里依次为： 。 四 胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b 01 考向 结合提取和分离叶绿体色素实验，考查科学探究【P75】 01 1.(2024·广东卷，3)银杏是我国特有的珍稀植物，其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，下列实验操作正确的是(　　) A.选择新鲜程度不同的叶片混合研磨 B.研磨时用水补充损失的提取液 C.将两组滤纸条置于同一烧杯中层析 D.用过的层析液直接倒入下水道 C 选择新鲜程度不同的叶片分开研磨，×； 提取液为无水乙醇，光合色素不溶于水，故不能用水补充损失的提取液，×； 用过的层析液含有石油醚、丙酮和苯，不能直接倒入下水道，×； 两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层析-控制无关变量，√； 考向 结合提取和分离叶绿体色素实验，考查科学探究【P75】 01 2.(2024·贵州卷，3)为探究不同光照强度对叶色的影响，取紫鸭跖草在不同光照强度下，其他条件相同且适宜，分组栽培，一段时间后获取各组光合色素提取液，用分光光度法(一束单色光通过溶液时，溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比)分别测定每组各种光合色素含量。下列叙述错误的是(　　) A.叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素 B.分离提取液中的光合色素可采用纸层析法 C.光合色素相对含量不同可使叶色出现差异 D.测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段 D 【解析】因为类胡萝卜素和叶绿素都可吸收蓝紫光，而叶绿素可吸收红光，因此测定叶绿素的含量时可使用红光波段，D×； 考向 结合提取和分离叶绿体色素实验，考查科学探究【P76】 01 3.(2023·江苏卷，12)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是(　　) A.用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏 B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现色素带重叠 C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量 D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带，花青素位于叶绿素a、b之间 B 提取叶绿体中的色素时，加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏，×； 连续多次重复画滤液细线，会使滤液细线过粗，易出现色素带重叠的现象，√； 花青素是水溶性色素，不可通过该实验中的有机溶剂提取，×； 该实验只能定性分析色素的种类及溶解度等，无法准确测定含量，×； 色素的吸收光谱【P75】 02 【实验结果表明】 叶绿素a和叶绿素b主要吸收 ； 胡萝卜素和叶黄素主要吸收 ； 蓝紫光和红光 蓝紫光 【学科交叉】 光是一种电磁波。 可见光的波长是 nm。 不同波长的光，颜色不同。 波长小于400nm的光是 光， 波长大于760nm的光是 光。 光合作用所利用的光 都是可见光。 400～760 紫外 红外 思考 冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜？为什么？ 思考 阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应选择什么颜色(“蓝紫光和红光”或“白光”)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？ 无色。因为太阳光由七色光组成， 用无色薄膜，植物可以获得更多的光能。 选择蓝紫光和红光。因为在照明灯功率相同的情况下，选用蓝紫光和红光的照明灯补充光源，植物利用光能的效率更高。 色素的吸收光谱【P75】 02 考向 围绕叶绿体的结构和功能，考查生命观念【P76】 02 4.(2025·河北保定调研)科学家将色素溶液与阳光之间放置一块三棱镜，分别让不同颜色的光照射色素溶液，得到色素溶液的吸收光谱如下图所示，①②③代表不同色素。下列说法正确的是(　　) A.①在红光区吸收的光能可转化为ATP中的化学能 B.②为蓝绿色，③为黄绿色，二者均含有Mg2+ C.纸层析法分离色素时，②处于滤纸条最下端 D.种植蔬菜大棚时可使用蓝紫色或红色的塑料薄膜 C ①是类胡萝卜素，不吸收红光，×； ②叶绿素b为黄绿色，③叶绿素a为蓝绿色，二者均含有Mg2+，×； 应使用无色透明的，以提高太阳光中的可见光的利用率，×； ②叶绿素b在层析液中的溶解度最低，扩散速度最慢，故处于滤纸条最下端，√； 类胡萝卜素 叶绿素b 叶绿素a 1.海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗? 提示：有关。不同颜色的藻类吸收 波长的光。 ①藻类本身的颜色是反射出来的光所形成的，即红藻反射出 光， 绿藻反射出 光，褐藻反射出 光。 ②水对红、橙光( 波长)的吸收比对蓝、绿光( 波长)的吸收要多， 即到达深水层的光线是 波长的光。 因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的 层， 吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水的 层。 不同 红 绿 黄 浅 长 短 短 深 【回归课本】(必修一·P101·拓展应用) 02 旧知识回顾 色素种类 颜色 含量 溶解度 扩散速度 主要吸收 橙黄色 黄色 蓝绿色 黄绿色 最少 较少 最多 较多 最高 最快 较高 较快 较低 较慢 最低 最慢 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 蓝紫光 蓝紫光 和红光 思考 与光合作用有关的色素存在于哪呢？ 叶绿体 色素带条数与色素种类有关，色素带宽窄与色素含量有关，色素扩散速度与溶解度有关。 叶绿体的结构适于进行光合作用【P75】 03 图1：光学显微镜下的叶绿体 （放大10×40倍） 菠菜 图2：电子显微镜下的叶绿体 （放大44000倍） 光学显微镜下可观察到叶绿体一般呈 。 若要观察叶绿体内更精细的结构，就必须用 才能观察清楚。 扁平的椭球形或球形 电子显微镜 图3：叶绿体的模式图 叶绿体的结构适于进行光合作用【P75】 03 外表： 层膜(外膜+内膜) 内部 ：含有与 反应有关的酶； 基粒：由 堆叠而成. 分布着许多吸收光能的 ； 含有与 反应有关的酶； 决定 双 叶绿体基质 类囊体 光合作用 暗 色素 光 结构 进行 的场所. 功能 【扩展】每个基粒都含有两个以上的类囊体，多的可达100个以上。叶绿体内有如此众多的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积。 【素养提升】叶绿体功能的实验验证【P75】 03 将水绵和 需氧细菌 放在没有 空气的小室内 光下 黑暗中 细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中 细菌则分布在叶绿体所有受光的部位 极细的光束 思考 恩格尔曼实验在实验材料的选取上的巧妙之处是？ 提示：①水绵的叶绿体呈 分布，便于观察； ②用需氧细菌可确定 的部位。 螺旋带状 释放氧气多 用极细的光束照射，叶绿体上可形成有光和无光部位，当于一组对照实验。 增加临时装片暴露在光下的实验，可明确实验结果是由光照引起的。 【素养提升】叶绿体功能的实验验证【P75】 03 将水绵和 需氧细菌 放在没有 空气的小室内 光下 黑暗中 细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中 细菌则分布在叶绿体所有受光的部位 极细的光束 思考 恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是？ 排除氧气和除极细光束外的其他光的干扰。 【素养提升】叶绿体功能的实验验证【P75】 03 将水绵和 需氧细菌 放在没有 空气的小室内 光下 黑暗中 细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中 细菌则分布在叶绿体所有受光的部位 【结论】恩格尔曼第1个实验证明了： 氧气是 释放出来的， 是绿色植物进行光合作用的场所。 极细的光束 叶绿体 叶绿体 用极细的光束照射，叶绿体上可形成有光和无光部位，当于一组对照实验。 增加临时装片暴露在光下的实验，可明确实验结果是由光照引起的。 【素养提升】叶绿体功能的实验验证【P75】 03 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片。 发现大量的需氧型细菌聚集在红光和蓝紫光区域。 【结论】恩格尔曼第2个实验证明了： 叶绿体主要吸收 光 用于光合作用，放出大量氧气。 红光和蓝紫 思考 该实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？ 答：这是因为水绵叶绿体上的光合色素，主要吸收 光， 在此波长的光照射下，叶绿体会释放 ，适于需氧细菌在此区域分布。 红光和蓝紫 氧气 【素养提升】叶绿体功能的实验验证 03 1.实验者：德国科学家恩格尔曼在1881年完成。 2.实验原理： ①水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，方便操作和观察。 ②需氧细菌会集中在氧气较多的位置，可以通过需氧细菌的分布，确定光合作用的强度。 3.实验过程： 实验操作 对照 结果 结论 载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中， 用极细的光束照射水绵。 实验组 有光照 需氧细菌集中 光合作用需要光照 对照组 无光照 需氧细菌不集中 载有水绵和需氧细菌的临时装片暴露在光下 实验组 有叶绿体 有需氧细菌分布 光合作用的场所是叶绿体 对照组 无叶绿体 无需氧细菌分布 用透过三棱镜的光照射水平临时装片 通过光的色散， 获得不同波长的光，相互之间形成对照 大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域 叶绿体主要利用 红光和蓝紫光进行 光合作用 $$