2026届高三生物一轮复习课件第13讲捕获光能的色素和结构

第13讲　捕获光能的色素和结构 绝大多数生物体内的能量最终来自于太阳能，即在自然界中万物生长靠太阳，太阳光能的输入、捕获和转化，是生物圈得以维持运转的基础。 光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。对于高等植物来说，叶片是进行光合作用的主要器官。 白化苗 正常苗 正常幼苗进行光合作用，制造有机养料。 白化苗无法进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。 推论： 光能的捕获与叶片颜色有关 分析，提出假设： 光能的捕获需要绿叶所含的色素 问题探讨 2 实验 绿叶中色素的提取和分离 层析液 1.原理： ①提取色素的原理 有机溶剂无水乙醇。 ②分离色素的原理 溶解度越高的色素随层析液在滤纸上的扩散速度就越快， 反之则慢。 可用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来代替无水乙醇 *成分: 20份__________________________、 2份_____和1份___混合而成； 在60-90℃下分馏出来的石油醚 丙酮 苯 层析液 实验 绿叶中色素的提取和分离 2.方法步骤： (1)提取绿叶中的色素 ①研磨 ②过滤：获取色素滤液 实验 绿叶中色素的提取和分离 ①制备滤纸条： 干燥的定性滤纸 (2)色素的分离（纸层析法） 1cm 铅笔线 要剪去两角 ②画滤液细线 实验 绿叶中色素的提取和分离 ③分离色素： 层析液 培养皿 将滤纸条有滤液细线的一端插入层析液。 实验 绿叶中色素的提取和分离 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 3. 观察与记录 探究·实践 绿叶中色素的提取和分离 实验 绿叶中色素的提取和分离 【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。 会出现四个同心圆的色素带，从外往里依次为___________________________________； 胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b 一、捕获光能的色素 （蓝绿色） （黄绿色） （橙黄色） （黄色） 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 溶解度 含量 快 慢 类胡萝卜素 叶绿素 （含量约3/4） （含量约1/4） ④ ① 绿叶中的色素 较稳定 低温下易分解 *色素的宽窄可以表示色素的含量 ② ③ 结果分析：①色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素含 量越多。色素带最宽的是 ，最窄的是 ，叶绿素b 的色素带比叶黄素的稍宽。 ②相邻两条色素带之间距离最远的是 ，最近的 是 ⁠。 ③色素带扩散速度与 有关，扩散速度越快说明溶解度越高。 叶绿素a　 胡萝卜素　 胡萝卜素和叶黄素　 叶绿素a和叶绿素b　 溶解度　 形象记忆：胡黄ab，橙黄蓝绿，橙黄纤细，蓝黄宽厚 探究·实践 绿叶中色素的提取与分离 实验异常现象分析： 1.收集到的滤液颜色浅 2.滤纸条无色素带 3.滤纸条色素带重叠 ①材料不新鲜 ②研磨不充分（未加SiO2）③未加碳酸钙或加入太少，色素分子被破坏 ④一次性加入大量无水乙醇 ①提取失误 ②未画滤液细线 ③滤液细线接触到层析液 滤液细线不直或过粗 2. （2024·江苏南京模拟）利用层析液分离提取的紫色鸭跖草叶中的色素，滤纸条上出现五条色素带，如图所示。下列相关叙述正确的是（　　） A. 条带1～4中的色素都能吸收蓝紫光，条带1和2中的色素基本不吸收红光 B.条带5中的色素在层析液中溶解度极低，但能吸收和转换光能 C. 滤纸条上条带的多少与层析时间无关，但与所含色素种类有关 D. 若用水替换层析液，条带5中的色素不会与其他色素分离 √ 2. （2023·江苏高考12题）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 √ （1）纸层析法分离叶绿体色素时，以多种有机溶剂的混合物作为层析 液。（2021·河北高考） （　√　） （2）探究黑藻叶片中光合色素的种类时，可用无水乙醇作提取液。 （2020·山东高考） （　√　） （3）提取光合色素的实验中，研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素。 （2019·江苏高考） （　×　） （4）红光照射时，胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a。（2019·海南高 考） （　×　） √ √ × × （5）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。（2017·全国Ⅲ卷） （　√　） √ 二、色素的吸收光谱 绿叶中的4种色素对光的吸收是否有差别？ 叶绿体中的色素只吸收 ， 而对红外光和紫外光等不吸收。 可见光 15 二、色素的吸收光谱 阳光是由不同波长的光组成组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。 分别让不同颜色的光照射色素溶液就可以得到色素溶液的吸收光谱。 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 叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱 叶绿素主要吸收： 类胡萝卜素主要吸收： 蓝紫光和红光 蓝紫光 二、色素的吸收光谱 联系 叶绿体中色素的功能是吸收、传递和转化光能，叶绿素和类胡萝卜素 都能吸收、传递光能，但只有少数特殊状态的叶绿素a才能转化光能。 吸收（四种色素）、 传递（四种色素）、 转化（只有少数特殊状态的叶绿素a）光能 思考： 1）蔬菜大棚内补光灯应用什么颜色？为什么？ 蓝紫光或红光，可以提高光合作用强度。 3）用什么颜色大棚光合效率最高？ 无色透明大棚 2）植物工厂里为什么不用发绿光的光源？ 绿光几乎不能被光合色素吸收，无法用于光合作用。 18 色素与叶片的颜色 叶片 绿色 叶色 变黄 叶色 变红 寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，显示出类胡萝卜素的颜色，叶子变黄 秋天降温时，植物体为适应寒冷，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素（液泡），而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶子呈现红色 正常叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量的比例为3∶1，且对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以正常叶片总是呈现绿色。 影响叶绿素合成的因素： （1）光照：光照是影响叶绿素合成的主要因素，植物在黑暗一般不能合成叶绿素，因而叶片发黄； （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；另外，低温时叶绿素分子易被破坏，因为秋天叶片变黄； （3）矿质元素：叶绿素中含有N、Mg等矿质元素，若缺乏将导致叶绿素无法合成； （1）叶绿体的形态(光镜下) 一般呈扁平的椭球形或球形。 （2）叶绿体的结构(电镜下) (1)光合作用的酶分布在基粒的类囊体薄膜上和基质中。 (2)众多的基粒和类囊体，极大得扩展了受光面积，扩大色素和酶的附着位点。 （3）叶绿体的功能 内膜 RNA、DNA 基质 核糖体 类囊体 外膜 基粒 1.叶绿体结构与功能相适应： 问题: 叶绿体适于进行光合作用的结构特点？ 进行光合作用的场所 问题: 光合作用一定发生在叶绿体内吗？ 三、叶绿体的结构适于进行光合作用 叶绿体结构模式图 外膜 内膜 基粒 基质 每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成。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。 每个基粒都含有2个以上的类囊体，多者可达100个以上。叶绿体内有如此多的基粒和类囊体，极大地扩大了受光面积。 1.叶绿体结构与功能相适应： 三、叶绿体的结构适于进行光合作用 极 细 光 束 均匀光照 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 结论： 叶绿体光合作用释放氧气。 2.恩格尔曼实验一： 1881年，美国科学家恩格尔曼用水绵进行有关实验： 把水绵和需氧细菌的临时装片放在无空气空间内。在黑暗中用极细光束照射水绵，发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中。若在光亮条件，则细菌分布在叶绿体所有受光部位。 三、叶绿体的结构适于进行光合作用 问题3在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处？ 极 细 光 束 均匀光照 水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位。 排出了氧气和光的干扰。 用极细的光束照射，叶绿体上可分为有光照和无光照的部位，相当于一组对比实验。 2.恩格尔曼实验一： 问题1 实验材料为什么选择水绵和好氧细菌？ 问题2 为什么要放在没有空气的黑暗环境？ 三、叶绿体的结构适于进行光合作用 临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果。 问题4: 为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？ 三棱镜 照射水绵 好氧细菌聚集在红光和蓝紫光的区域 3.恩格尔曼实验二： 三、叶绿体的结构适于进行光合作用 叶绿体主要吸收红光与蓝紫光用于光合作用放出O2 因为水绵叶绿体上的光合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，适于需氧细菌在此区域分布。 思考：为什么大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域呢？ 结论： 叶绿体的结构与功能 1. 叶绿体结构模式图如图甲所示，图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列叙述正确的是（　　） A. 图甲中生物膜面积的增大主要依靠内膜向内腔折叠成嵴 B. 图乙来自甲中的③，上面只有色素分子而没有酶分子 C. ④中CO2固定过程要消耗③上产生的ATP中的化学能 D. 恩格尔曼实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 √ 4. （2022·湖北高考11题）某植物的2种黄叶突变体表现型相似，测定各类 植株叶片的光合色素含量（单位：μg·g－1），结果如表。下列有关叙述正 确的是（　　） 植林类型 叶绿素a 叶绿素b 类胡萝卜素 叶绿素/类胡萝卜素 野生型 1 235 519 419 4.19 突变体1 512 75 370 1.59 突变体2 115 20 379 0.35 A. 两种突变体的出现增加了物种多样性 B. 突变体2比突变体1吸收红光的能力更强 C. 两种突变体的光合色素含量差异，是由不同基因的突变所致 D. 叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色 √ （蓝绿色） 叶绿素a （黄绿色） 叶绿素b （橙黄色） 胡萝卜素 叶 黄 素 （黄 色） 叶绿素 （约占3/4，主要吸收红光和蓝紫光） 类胡萝卜素 （约占1/4，主 要吸收蓝紫光） 绿叶中的色素 叶绿体 双层膜 基质中有许多由囊状结构堆叠而成的基粒 光合色素分布在类囊体薄膜上，光合作用的酶分布在类囊体薄膜和基质 叶绿体是捕获光能、进行光合作用的场所。 结构 功能 总结 绿藻 褐藻 红藻 不同波长的光穿透深度 不同藻类的吸收光谱 拓展 提示：藻类本身的颜色是反射出来的光所形成的，即红藻反射出红光，绿 藻反射出绿光，褐藻反射出黄光。水对红、橙光的吸收比蓝、绿光的吸收 要多，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，因此，吸收红光和蓝 紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于 海水的深层。 28 Lavf57.84.100 Lavf57.83.100 $