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第4節 光合作用與能量轉化
第1課時　捕獲光能的色素和結構
班級 學號 姓名
1. 運用結構與功能觀,說出葉綠體的結構與功能相適應。
2. 采用分析與比較的方法,說出葉綠體中色素的種類及功能。
3. 利用實驗,探究綠葉中色素提取與分離的方法。
目標一、 綠葉中色素的提取和分離
1. 實驗原理
無水乙醇 溶解度 溶解度
2. 實驗流程
（1） 提取綠葉中的色素
① 取材：稱取④ 綠葉，剪去主葉脈，剪碎，放入研缽中。
② 研磨：向研缽中放入少許⑤二氧化硅和碳酸鈣，再加入 ⑥無水乙醇，迅速、。
③過濾：漏斗基部放一塊，將研磨液迅速倒入玻璃漏斗中進行過濾。
④ 收集：用試管收集濾液，及時用⑦棉塞將試管口塞嚴。
（2） 制備濾紙條
將干燥的定性濾紙剪成寬度略小于試管直徑、長度略小于試管長度的濾紙條，再將濾紙條一端，并在距這一端底部⑧ 處用鉛筆畫一條細的橫線。
（3） 畫濾液細線→要細、齊、直
用⑨毛細吸管吸取少量濾液，沿鉛筆線均勻地畫出一條細線。待⑩濾液干后，再重畫 一到兩次。
（4） 分離綠葉中的色素
將適量的層析液倒入試管中，將濾紙條（有 濾液細線的一端朝下）輕輕中，隨后用棉塞塞緊試管口。
（5）觀察結果——試管內濾紙條上有四條色素帶，如下圖所示：
3．色素的吸收光譜
(1)光譜：陽光是由不同波長的光組合成的復合光，在穿過三棱鏡時，不同波長的光會分散開，形成不同顏色的光帶，稱為光譜。
(2)色素的吸收光譜
4.判斷下列相關表述的正誤
(1)不同色素在濾紙條上的擴散速度與其在層析液中的溶解度呈正相關。 (√)
(2)分離結束后,濾紙條上的顏色自上而下依次是黃綠色、藍綠色、黃色和橙黃色。 (×)
(3)葉綠體中構成基粒的類囊體擴展了捕獲光能的膜面積。 (√)
(4)所有植物細胞都有葉綠體。 (×)
(5)植物葉片之所以呈現綠色,是因為葉片中的葉綠體吸收了綠光。 (×)
任務一　分析實驗過程及結果
(一)色素的提取
閱讀教材P98的“探究·實踐”，回答相關問題：
1．已知色素存在于葉片的葉綠體中，提取色素時要破碎細胞及葉綠體，使色素充分釋放。在酸性條件下，葉綠素分子卟啉環中的鎂離子可以被氫離子取代，導致葉綠素被破壞。試分析色素提取時加入碳酸鈣的作用是什么？
　色素提取時，研磨葉片會導致液泡中的有機酸釋放出來，破壞葉綠素，碳酸鈣可以中和酸性物質，保護葉綠素。
2．研磨時應注意什么？原因是什么？
　研磨時要迅速、充分。這樣可以保證色素釋放得更加充分且揮發量少。
3．過濾時漏斗基部的尼龍布能否用濾紙替代？原因是什么？
　不能。因為濾紙的吸附性強，會導致濾液中色素的濃度過低。
4．某實驗小組得到的色素提取液顏色過淺，請結合實驗步驟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來。(2)稱取綠葉過少或加入的無水乙醇過多，色素溶液濃度小。(3)未加入碳酸鈣或加入過少，部分色素分子被破壞。
(二)色素的分離
1．制備濾紙條時為什么要減去兩角？
　減少邊緣效應，使濾液同時到達濾液細線，防止層析液在濾紙條的邊緣處擴散過快。
2．濾液細線的畫線原則是什么？待濾液干后，再重畫一到兩次的目的是什么？
　畫濾液細線的原則是細、直、齊。待濾液干后，再重畫一到兩次可以增加濾液細線中色素的含量。
3．為何濾液細線不能觸及層析液？
　防止色素溶解在層析液中。
4．濾紙條上色素帶的分布情況說明了什么？
　濾紙條上的色素帶分布說明了綠葉中的色素有4種，它們在層析液中的溶解度不同，隨層析液在濾紙上擴散得快慢也不同。同時由于 4 種色素的顏色不同，也說明不同色素吸收了不同波長的光。
(三)結合色素的吸收光譜分析實際問題
1．冬季時，為了增加蔬菜的產量，應該選紅色、藍色還是無色的大棚塑料薄膜？為什么？
　無色。因為太陽光由七色光組成，所以用無色薄膜，植物可以獲得更多的光能。
2．陰天時，為了增加蔬菜的產量，在功率相同的情況下，應選擇什么顏色(“藍紫光和紅光”或“白光”)的照明燈為蔬菜補充光源？為什么？
　選擇藍紫光和紅光。因為在照明燈功率相同的情況下，選用藍紫光和紅光的照明燈補充光源，植物利用光能的效率更高。
1．采用新鮮菠菜葉片開展“葉綠體色素的提取和分離”實驗，下列敘述錯誤的是(　　)
A．提取葉綠體色素時可用無水乙醇作為溶劑
B．研磨時加入CaO可以防止葉綠素被氧化破壞
C．研磨時添加石英砂有助于色素提取
D．畫濾液細線時應盡量減少樣液擴散
2．實驗材料的選擇和不同的處理方式往往對實驗結果有很大的影響。下列對葉綠體中色素的提取和分離實驗的敘述，錯誤的是(　　)
A．若選擇衰老的葉片為實驗材料，結果最下方的兩條色素帶寬度變窄
B．若在研磨時沒有加入二氧化硅，結果各條色素帶均會變窄、顏色變淺
C．若層析時濾液細線觸及層析液，會使濾紙條上無色素帶或顏色變淺
D．若采用92號汽油作層析液層析，會使濾紙條上色素帶的位置顛倒
3．某生物興趣小組對教材中色素提取和分離的實驗步驟進行了改進，采用水浴法提取葉綠體中的色素，主要操作如下圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)

A．加入碳酸鈣的作用是防止色素被破壞
B．可以用蒸餾水代替無水乙醇提取葉綠體中的色素
C．水浴加熱，用玻璃棒攪拌可加快色素的溶解
D．用紙層析法分離色素時，畫好的濾液細線不能觸及層析液
拓展延伸 長句特訓 與高考接軌
（1） 能否用層析法提取液泡中的色素？不能。理由是液泡中的色素主要是花青素，花青素易溶于水，在有機溶劑中溶解度低，提取液中幾乎不含花青素。
（2） 若濾紙條上下面兩條色素帶較淺，最可能的原因是①未加碳酸鈣或加入量過少，葉綠素被破壞；②實驗材料（如泛黃的葉片）中葉綠素的含量較少。
目標二、 葉綠體的結構和功能及恩格爾曼的實驗
（一）葉綠體的結構和功能
1.結構:
(1)形態:一般呈扁平的橢球形或球形。
(2)結構:
2.功能:進行光合作用的場所。
（二）、恩格爾曼的實驗
1.實驗方法和現象:
實驗 實驗方法 現象
實驗一 把載有水綿(葉綠體呈螺旋帶狀分布)和需氧細菌的臨時裝片放在沒有空氣的小室內,在黑暗中用極細的光束照射水綿 細菌只向葉綠體被光束照射到的部位集中
實驗二 把裝置放在光下 細菌分布在葉綠體所有受光的部位
實驗三 用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片 細菌聚集在紅光和藍紫光區域
2.實驗結論:恩格爾曼的實驗直接證明了葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧。結合其他的實驗證據,科學家們得出葉綠體是光合作用的場所這一結論。
任務二　分析葉綠體的功能
1．實驗選擇水綿和需氧細菌作為實驗材料的優點是：水綿的葉綠體呈螺旋帶狀分布，便于觀察；用需氧細菌可確定釋放氧氣多的部位。
2．為何要除去小室中原有的空氣？
　選用沒有空氣的環境，可排除空氣中氧氣的干擾。
3．在黑暗中用極細光束照射水綿有何巧妙之處？
　用極細光束照射，使葉綠體形成有光和無光部位，相當于一組對比實驗。
4．為何把載有水綿的臨時裝片又暴露于光下？
　和黑暗條件下用極細光束照射進行對照，進一步明確實驗結果完全是由光照射到葉綠體引起的。
5．由此實驗能得出什么結論？
　葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧。
6．在恩格爾曼的第二個實驗中，大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區域，為什么？
　這是因為水綿葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍紫光，在此波長光的照射下，葉綠體會釋放較多氧氣，適于需氧細菌在此區域分布。
7．綜合上述分析，你認為葉綠體具有什么功能？
　葉綠體是進行光合作用的場所，并且能夠吸收特定波長的光。
1. 為探究葉綠體吸收光能后是否有氧氣產生，某學者設計了以下實驗：制作載有水綿和需氧細菌的臨時裝片，用極細光束照射水綿，同時放在顯微鏡下觀察。下列關于該實驗的分析，錯誤的是( )
A. 在光束照射到水綿之前，應該加三棱鏡將混合光分解成連續光譜
B. 臨時裝片應放置在沒有空氣的黑暗環境中
C. 需氧細菌起指示作用
D. 水綿的帶狀葉綠體有利于設置對照實驗
2. [2023·湖南長沙高一檢測]下圖甲是葉綠體結構模式圖，圖乙是從圖甲中取出的部分結構放大圖。下列相關敘述正確的是( )
A. 圖甲中生物膜的面積主要靠內膜向內折疊成嵴而增大
B. 圖乙所示的結構來自圖甲中的③
C. ③中的葉綠素在液泡中也有，不能進行光合作用
D. ATP的合成場所只有葉綠體
拓展延伸 長句特訓 與高考接軌
（1） 紅葉谷生態旅游文化區，每至深秋時節，樹葉變紅，成為一道亮麗的風景線。試從葉片色素的種類和含量角度分析，秋天樹葉變紅的原因是秋天天氣轉涼，氣溫降低，葉片中的葉綠素含量下降，液泡中花青素的顏色逐漸凸顯出來，此季節花青素接近紅色。
（2） 研究發現溫度和光照都會影響葉綠素的合成，請簡單設計實驗，探究溫度和光照對葉綠素合成的影響。（寫出實驗思路即可）選取相同的某種植物葉片平均分為四組，分別進行光照和低溫、黑暗和低溫、光照和室溫、黑暗和室溫處理，每隔一段時間檢測葉綠素的含量。第4節 光合作用與能量轉化
第1課時　捕獲光能的色素和結構
1. 運用結構與功能觀,說出葉綠體的結構與功能相適應。
2. 采用分析與比較的方法,說出葉綠體中色素的種類及功能。
3. 利用實驗,探究綠葉中色素提取與分離的方法。
目標一、 綠葉中色素的提取和分離
1. 實驗原理
無水乙醇 溶解度 溶解度
2. 實驗流程
（1） 提取綠葉中的色素
① 取材：稱取④ 綠葉，剪去主葉脈，剪碎，放入研缽中。
② 研磨：向研缽中放入少許⑤二氧化硅和碳酸鈣，再加入 ⑥無水乙醇，迅速、。
③過濾：漏斗基部放一塊，將研磨液迅速倒入玻璃漏斗中進行過濾。
④ 收集：用試管收集濾液，及時用⑦棉塞將試管口塞嚴。
（2） 制備濾紙條
將干燥的定性濾紙剪成寬度略小于試管直徑、長度略小于試管長度的濾紙條，再將濾紙條一端，并在距這一端底部⑧ 處用鉛筆畫一條細的橫線。
（3） 畫濾液細線→要細、齊、直
用⑨毛細吸管吸取少量濾液，沿鉛筆線均勻地畫出一條細線。待⑩濾液干后，再重畫 一到兩次。
（4） 分離綠葉中的色素
將適量的層析液倒入試管中，將濾紙條（有 濾液細線的一端朝下）輕輕中，隨后用棉塞塞緊試管口。
（5）觀察結果——試管內濾紙條上有四條色素帶，如下圖所示：
3．色素的吸收光譜
(1)光譜：陽光是由不同波長的光組合成的復合光，在穿過三棱鏡時，不同波長的光會分散開，形成不同顏色的光帶，稱為光譜。
(2)色素的吸收光譜
4.判斷下列相關表述的正誤
(1)不同色素在濾紙條上的擴散速度與其在層析液中的溶解度呈正相關。 (√)
(2)分離結束后,濾紙條上的顏色自上而下依次是黃綠色、藍綠色、黃色和橙黃色。 (×)
(3)葉綠體中構成基粒的類囊體擴展了捕獲光能的膜面積。 (√)
(4)所有植物細胞都有葉綠體。 (×)
(5)植物葉片之所以呈現綠色,是因為葉片中的葉綠體吸收了綠光。 (×)
任務一　分析實驗過程及結果
(一)色素的提取
閱讀教材P98的“探究·實踐”，回答相關問題：
1．已知色素存在于葉片的葉綠體中，提取色素時要破碎細胞及葉綠體，使色素充分釋放。在酸性條件下，葉綠素分子卟啉環中的鎂離子可以被氫離子取代，導致葉綠素被破壞。試分析色素提取時加入碳酸鈣的作用是什么？
　色素提取時，研磨葉片會導致液泡中的有機酸釋放出來，破壞葉綠素，碳酸鈣可以中和酸性物質，保護葉綠素。
2．研磨時應注意什么？原因是什么？
　研磨時要迅速、充分。這樣可以保證色素釋放得更加充分且揮發量少。
3．過濾時漏斗基部的尼龍布能否用濾紙替代？原因是什么？
　不能。因為濾紙的吸附性強，會導致濾液中色素的濃度過低。
4．某實驗小組得到的色素提取液顏色過淺，請結合實驗步驟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來。(2)稱取綠葉過少或加入的無水乙醇過多，色素溶液濃度小。(3)未加入碳酸鈣或加入過少，部分色素分子被破壞。
(二)色素的分離
1．制備濾紙條時為什么要減去兩角？
　減少邊緣效應，使濾液同時到達濾液細線，防止層析液在濾紙條的邊緣處擴散過快。
2．濾液細線的畫線原則是什么？待濾液干后，再重畫一到兩次的目的是什么？
　畫濾液細線的原則是細、直、齊。待濾液干后，再重畫一到兩次可以增加濾液細線中色素的含量。
3．為何濾液細線不能觸及層析液？
　防止色素溶解在層析液中。
4．濾紙條上色素帶的分布情況說明了什么？
　濾紙條上的色素帶分布說明了綠葉中的色素有4種，它們在層析液中的溶解度不同，隨層析液在濾紙上擴散得快慢也不同。同時由于 4 種色素的顏色不同，也說明不同色素吸收了不同波長的光。
(三)結合色素的吸收光譜分析實際問題
1．冬季時，為了增加蔬菜的產量，應該選紅色、藍色還是無色的大棚塑料薄膜？為什么？
　無色。因為太陽光由七色光組成，所以用無色薄膜，植物可以獲得更多的光能。
2．陰天時，為了增加蔬菜的產量，在功率相同的情況下，應選擇什么顏色(“藍紫光和紅光”或“白光”)的照明燈為蔬菜補充光源？為什么？
　選擇藍紫光和紅光。因為在照明燈功率相同的情況下，選用藍紫光和紅光的照明燈補充光源，植物利用光能的效率更高。
1．采用新鮮菠菜葉片開展“葉綠體色素的提取和分離”實驗，下列敘述錯誤的是(　　)
A．提取葉綠體色素時可用無水乙醇作為溶劑
B．研磨時加入CaO可以防止葉綠素被氧化破壞
C．研磨時添加石英砂有助于色素提取
D．畫濾液細線時應盡量減少樣液擴散
解析：選B　葉綠體色素能溶解在無水乙醇或丙酮等有機溶劑中，所以可用無水乙醇作為溶劑提取葉綠體色素，A正確；研磨時加入CaCO3可以防止葉綠素被氧化破壞，B錯誤；加入石英砂是為了使研磨更充分，從而使葉綠體中的色素釋放出來，C正確；畫濾液細線時應盡量減少樣液擴散，防止色素帶之間部分重疊，D正確。
2．實驗材料的選擇和不同的處理方式往往對實驗結果有很大的影響。下列對葉綠體中色素的提取和分離實驗的敘述，錯誤的是(　　)
A．若選擇衰老的葉片為實驗材料，結果最下方的兩條色素帶寬度變窄
B．若在研磨時沒有加入二氧化硅，結果各條色素帶均會變窄、顏色變淺
C．若層析時濾液細線觸及層析液，會使濾紙條上無色素帶或顏色變淺
D．若采用92號汽油作層析液層析，會使濾紙條上色素帶的位置顛倒
解析：選D　選擇衰老的葉片為實驗材料，葉綠素的含量低，結果最下方的兩條色素帶寬度變窄，A正確；在研磨時沒有加入二氧化硅，則研磨不充分，結果各條色素帶均會變窄、顏色變淺，B正確；層析時濾液細線觸及層析液，色素溶解在層析液中，會使濾紙條上無色素帶或顏色變淺，C正確；采用92號汽油作層析液層析，濾紙條上色素帶位置不變，D錯誤。
3．某生物興趣小組對教材中色素提取和分離的實驗步驟進行了改進，采用水浴法提取葉綠體中的色素，主要操作如下圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)

A．加入碳酸鈣的作用是防止色素被破壞
B．可以用蒸餾水代替無水乙醇提取葉綠體中的色素
C．水浴加熱，用玻璃棒攪拌可加快色素的溶解
D．用紙層析法分離色素時，畫好的濾液細線不能觸及層析液
解析：選B　加入碳酸鈣的作用是防止研磨過程中色素被破壞，A正確；葉綠體中的色素易溶于無水乙醇等有機溶劑，不溶于水，不能用蒸餾水代替無水乙醇提取葉綠體中的色素，B錯誤；水浴加熱，用玻璃棒攪拌可加快色素的溶解，C正確；用紙層析法分離色素時，畫好的濾液細線不能觸及層析液，否則，色素就溶解在層析液中，不會隨層析液在濾紙條上擴散，D正確。
拓展延伸 長句特訓 與高考接軌
（1） 能否用層析法提取液泡中的色素？不能。理由是液泡中的色素主要是花青素，花青素易溶于水，在有機溶劑中溶解度低，提取液中幾乎不含花青素。
（2） 若濾紙條上下面兩條色素帶較淺，最可能的原因是①未加碳酸鈣或加入量過少，葉綠素被破壞；②實驗材料（如泛黃的葉片）中葉綠素的含量較少。
目標二、 葉綠體的結構和功能及恩格爾曼的實驗
（一）葉綠體的結構和功能
1.結構:
(1)形態:一般呈扁平的橢球形或球形。
(2)結構:
2.功能:進行光合作用的場所。
（二）、恩格爾曼的實驗
1.實驗方法和現象:
實驗 實驗方法 現象
實驗一 把載有水綿(葉綠體呈螺旋帶狀分布)和需氧細菌的臨時裝片放在沒有空氣的小室內,在黑暗中用極細的光束照射水綿 細菌只向葉綠體被光束照射到的部位集中
實驗二 把裝置放在光下 細菌分布在葉綠體所有受光的部位
實驗三 用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片 細菌聚集在紅光和藍紫光區域
2.實驗結論:恩格爾曼的實驗直接證明了葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧。結合其他的實驗證據,科學家們得出葉綠體是光合作用的場所這一結論。
任務二　分析葉綠體的功能
1．實驗選擇水綿和需氧細菌作為實驗材料的優點是：水綿的葉綠體呈螺旋帶狀分布，便于觀察；用需氧細菌可確定釋放氧氣多的部位。
2．為何要除去小室中原有的空氣？
　選用沒有空氣的環境，可排除空氣中氧氣的干擾。
3．在黑暗中用極細光束照射水綿有何巧妙之處？
　用極細光束照射，使葉綠體形成有光和無光部位，相當于一組對比實驗。
4．為何把載有水綿的臨時裝片又暴露于光下？
　和黑暗條件下用極細光束照射進行對照，進一步明確實驗結果完全是由光照射到葉綠體引起的。
5．由此實驗能得出什么結論？
　葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧。
6．在恩格爾曼的第二個實驗中，大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區域，為什么？
　這是因為水綿葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍紫光，在此波長光的照射下，葉綠體會釋放較多氧氣，適于需氧細菌在此區域分布。
7．綜合上述分析，你認為葉綠體具有什么功能？
　葉綠體是進行光合作用的場所，并且能夠吸收特定波長的光。
1. 為探究葉綠體吸收光能后是否有氧氣產生，某學者設計了以下實驗：制作載有水綿和需氧細菌的臨時裝片，用極細光束照射水綿，同時放在顯微鏡下觀察。下列關于該實驗的分析，錯誤的是( )
A. 在光束照射到水綿之前，應該加三棱鏡將混合光分解成連續光譜
B. 臨時裝片應放置在沒有空氣的黑暗環境中
C. 需氧細菌起指示作用
D. 水綿的帶狀葉綠體有利于設置對照實驗
解析：選 。本實驗的目的是驗證葉綠體在光照下能夠產生氧氣，而與光的種類沒有關系，不需要用三棱鏡將混合光分解成連續光譜；為了防止環境中的氧氣和光照對實驗結果造成影響，應該排除氧氣和光照；需氧細菌的分布密疏代表了氧氣產生的多少；水綿的葉綠體便于觀察且有利于設置對照實驗。
2. [2023·湖南長沙高一檢測]下圖甲是葉綠體結構模式圖，圖乙是從圖甲中取出的部分結構放大圖。下列相關敘述正確的是( )
A. 圖甲中生物膜的面積主要靠內膜向內折疊成嵴而增大
B. 圖乙所示的結構來自圖甲中的③
C. ③中的葉綠素在液泡中也有，不能進行光合作用
D. ATP的合成場所只有葉綠體
解析：選 。圖甲是葉綠體，主要通過大量的類囊體堆疊成基粒來增大膜面積；圖甲中的③是類囊體，圖乙含有光合色素，光合色素分布在類囊體的薄膜上，所以圖乙所示結構來自圖甲中的③；③中的色素是葉綠素和類胡蘿卜素，與光合作用有關，液泡中的色素是花青素等，和光合作用沒有關系；ATP的合成場所有細胞質基質、線粒體、葉綠體。
拓展延伸 長句特訓 與高考接軌
（1） 紅葉谷生態旅游文化區，每至深秋時節，樹葉變紅，成為一道亮麗的風景線。試從葉片色素的種類和含量角度分析，秋天樹葉變紅的原因是秋天天氣轉涼，氣溫降低，葉片中的葉綠素含量下降，液泡中花青素的顏色逐漸凸顯出來，此季節花青素接近紅色。
（2） 研究發現溫度和光照都會影響葉綠素的合成，請簡單設計實驗，探究溫度和光照對葉綠素合成的影響。（寫出實驗思路即可）選取相同的某種植物葉片平均分為四組，分別進行光照和低溫、黑暗和低溫、光照和室溫、黑暗和室溫處理，每隔一段時間檢測葉綠素的含量。

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