5.4.1捕获光能的色素和结构导学案-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

捕获光能的色素和结构 学习目标 1．阐明“绿叶中色素的提取和分离”实验的原理与方法； 2．简述叶绿体色素的种类、分布和作用； 3．解释叶绿体结构与功能相适应的特点。 学习过程 新课导入 植物的光合作用是以太阳光能作为动力的，植物是如何捕获光能进行光合作用的？我们来比较健康幼苗与 白化苗的生长状况，请分析为什么白化苗的长势比正常幼苗差？ 新知讲解 内容一：捕获光能的色素 1．实验：绿叶中色素的提取和分离 ①实验原理 提取色素：色素能溶解在丙酮或酒精等有机溶剂中，所以可用无水乙醇提取色素。 分离色素：不同色素在层析液中的溶解度不同，所以在滤纸上的扩散速度不同，从而分离色素。 ②实验选材 选材时应注意选择鲜嫩、色浓绿、无浆汁的叶片，如菠菜叶、棉花叶、洋槐叶等。 ③操作步骤：提取绿叶中的色素 取材：5g 新鲜绿叶，剪去主叶脉，剪碎 ↓ 研磨：加入二氧化硅和碳酸钙，再加入5 -10ml 无水乙醇 ↓ 过滤：玻璃漏斗基部放单层尼龙布 ↓ 收集：试管口用棉塞塞严 ④操作步骤：分离绿叶中的色素 制备滤纸条：剪取滤纸条，剪去两角，铅笔画一条细的横线 ↓ 画滤液细线：用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线，重复 1～2 次 ↓ 分离色素：滤纸条放入层析液（注意滤液细线不能触及层析液） ↓ 观察与记录：色素带条数、颜色和宽窄 ⑤结果分析 2．色素及其吸收的光 （1）光谱：阳光是由不同波长的光组合成的复合光，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。 （2）色素的吸收光谱 思考：阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应选择什么颜色的照明灯为蔬菜补充光源？ 为什么？ 内容二：叶绿体的结构适于进行光合作用 1．叶绿体的结构 思考：为什么说叶绿体的结构适于进行光合作用？ 2．恩格尔曼实验一： 实验过程：把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内，在黑暗中用极细的光束照射水绵，发 现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中；如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位。 实验结论：叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 3．恩格尔曼实验二： 实验过程：用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。 结合其他的实验证据，科学家们得出叶绿体是光合作用的场所这一结论。 学以致用 某同学分别利用韭菜和韭黄（韭菜种子在避光条件下培养而来）进行叶绿体中色素的提取和分离实验，结 果如图所示。下列叙述错误的是( ) A ．研磨韭黄叶片时，加入少许SiO2 ，有助于叶片研磨得更充分 B ．研磨韭菜叶片时，加入适量CaCO3 ，可防止研磨时色素被破坏 第 2 页 学科网（北京）股份有限公司 C ．实验结果表明，避光条件对类胡萝卜素的含量基本无影响 D ．色素带④是叶绿素a ，其在层析液中的溶解度最低 课堂小结 学习过程答案 学以致用 答案：D 课后习题 一、单选题（本题共 5 小题。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。） 1．如图是利用纸层析法分离菠菜叶片光合色素的实验结果。下列叙述正确的是( ) A ．条带①胡萝卜素主要吸收蓝紫光 B ．条带④叶绿素b 在层析液中的溶解度最大 C ．实验过程中可用清水替代层析液分离色素 D ．研磨时需加入SiO2 以防止色素分子被破坏 【答案】A 【解析】分离色素的原理是，色素在层析液中的溶解度不同，随着层析液扩散的速度不同，从上到下依次 是①胡萝卜素（橙黄色）、②叶黄素（黄色）、③叶绿素a （蓝绿色）、④叶绿素b （黄绿色），其中胡萝卜 素主要吸收蓝紫光，A 正确；条带④叶绿素b 离滤液细线最近，在层析液中的溶解度最小，B 错误；光合 色素不溶于水，所以不能用清水替代层析液分离色素，C 错误；研磨时需加入SiO2 是为了使研磨更充分， 从而使叶绿体中的色素释放出来，加入CaCO3 可以防止色素分子被破坏，D 错误。 2．如图为用分光光度计测定叶片中两类色素A 和 B 吸收不同光波的曲线图，请判定A 和B 分别为( ) 第 3 页 学科网（北京）股份有限公司 A ．叶绿素a 、类胡萝卜素 B ．类胡萝卜素、叶绿素b C ．叶黄素、叶绿素a D ．叶绿素a 、叶绿素b 【答案】A 【解析】据题图分析，色素A 吸收波峰为红光和蓝紫光，则色素A 表示叶绿素；色素 B 吸收波峰只有蓝紫 光，则色素B 代表类胡萝卜素，BCD 错误，A 正确。 3．将一束白光通过光合色素的有机溶液，再经过色散得到散射结果如图。关于本实验的分析，错误的是( ) A ．色散结果中会出现暗带对应红光和蓝紫光 B ．提取光合色素时可利用无水乙醇或丙酮作为有机溶剂 C ．将白光换为绿光，散射结果中没有暗带出现 D ．试管中含有光合色素的溶液会有O2 产生 【答案】D 【解析】光合色素主要吸收红光和蓝紫光，因此将光合色素的无水乙醇提取液置于自然光和三棱镜之间， 从三棱镜的一侧观察连续光谱中变暗（暗带）的区域是红光和蓝紫光区域，A 正确；光合色素易溶于无水 乙醇等有机溶剂，故提取绿叶中的色素可以用无水乙醇等有机溶剂，B 正确；光合色素主要吸收红光和蓝 紫光，几乎不吸收绿光，将白光换为绿光，散射结果中没有暗带出现，C 正确；提取的叶绿素溶液，缺少 光反应需要的酶，光照下不会产生氧气，D 错误。 4．在“绿叶中色素的提取和分离 ”实验中，用圆形滤纸代替滤纸条进行色素的分离，实验装置如图所示，则 实验结果最可能是（注：实验材料为新鲜菠菜绿叶）( ) 第 4 页 学科网（北京）股份有限公司 A． C． B． D． 【答案】B 【解析】分离色素的原理是根据色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的在滤纸条上扩散速度最快，而 色素带的宽窄取决于色素的含量。滤纸条从上到下依次是：胡萝卜素（最窄）、叶黄素、叶绿素a （最宽）、 叶绿素b（第 2 宽）。在该实验中，最外侧同心圆是溶解度最高但含量最少的胡萝卜素，向内依次是叶黄素、 叶绿素a 和叶绿素b ，其中叶绿素a 含量最多，因此 B 正确，ACD 错误。 5．恩格尔曼利用需氧细菌和水绵为材料，探究叶绿体的功能。下列有关恩格尔曼实验的叙述，不正确的是( ) A ．水绵具有螺旋带状叶绿体，便于实验观察 B ．恩格尔曼的实验直接证明叶绿体吸收光能用于光合作用放氧 C ．将载有水绵和需氧细菌的临时装片放在充满空气的小室内，进行实验 D ．用透过三棱镜的光照射临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域 【答案】C 【解析】水绵具有螺旋带状叶绿体，用极细的光束可将叶绿体分为实验组和对照组，便于实验观察，A 正 确；用极细的光线束照射水绵的叶绿体，发现需氧型细菌集中分布在照光部位，所以恩格尔曼的实验直接 证明叶绿体吸收光能用于光合作用放氧，B 正确；为排除空气中氧气的干扰，将载有水绵和需氧细菌的临 时装片放在无空气的小室内，进行实验，C 错误；用透过三棱镜的光照射临时装片，发现大量的需氧细菌 聚集在红光和蓝紫光区域，因为光合色素主要吸收红光和蓝紫光，D 正确。 二、填空题（本题共 1 小题） 6．如图表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行相关实验的流程。请回答下列问题： （1）该实验中用来提取色素的试剂是 1 ，分离色素的方法是 2 ，色素能在滤纸条上分离 的原因 3 。 （2）该实验的结果①：韭菜的色素带有 4 条，从下到上分别是黄绿色、蓝绿色、黄色、橙黄色，而韭黄 的色素带是 4 。 （3）对韭黄和韭菜滤液吸收光谱进行比较，结果②显示它们吸收光谱最明显的差异出现在 5 。若 在缺镁条件下完成该实验，两组实验的结果①和结果② 6 。 【答案】1、无水乙醇 2、纸层析法 3、不同的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；溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢 4、只有黄色和橙黄色 2 条（或色素带只 有 2 条，从下到上分别是黄色，橙黄色） 5、红光区域 6、差异不大（或都只有黄色和橙黄色 2 条） 【解析】（1）光合色素可以溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。绿叶中 的色素不止有一种，它们都能溶解在层析液中，但不同的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；溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢。这样绿叶中的色素就会随着层析液在滤 纸上的扩散而分开，这种分离色素的方法叫纸层析法。 （2）光下生长的韭菜，其叶绿体中含有四种色素：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），避光生长的韭黄，其叶绿体内只含有两种色素：胡萝卜素、叶黄素，而韭黄的 色素带的颜色只有黄色和橙黄色（或色素带只有 2 条，从下到上分别是黄色，橙黄色）。 （3）叶绿素a 和叶绿素b 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，因此结果②显示它 们吸收光谱最明显的差异出现在红光区域。镁是叶绿素合成的原料，缺镁会使新的叶绿素分子的合成受阻， 但对该色素的提取和分离的实验影响较小，因此若在缺镁条件下完成该实验，两组实验的结果差异都不大 （或都只有黄色和橙黄色 2 条）。 第 5 页 学科网（北京）股份有限公司 $