資源簡介

5.4.1捕獲光能的色素和結構學案
【學習目標】
1.生命觀念——結構與功能觀：葉綠體的結構尤其是基粒大大擴展了膜面積，與光合作用的功能相適應。
2.科學探究——實驗思路及設計：科學設計提取和分離色素的實驗步驟，注意每個操作步驟的規范性。
【學習重難點】
教學重點：1、葉綠體適于光合作用的結構特點
教學難點：1、光合作用過程中物質和能量的變化及相互關系
2、探究影響光合作用強度的環境因素
【預習新知】
捕獲光能的色素
1．生物圈得以維持運轉的基礎：太陽光能的輸入、捕獲和轉化。唯一能夠捕獲和轉化光能的生物學途徑：光合作用。
2．實驗：綠葉中色素的提取和分離
(1)實驗原理
(2)實驗步驟
提取色素
②分離色素
3．觀察結果
濾紙條上色素帶有四條，如下圖所示：
結果分析：
(1)色素帶的條數與色素種類有關，四條色素帶說明有四種色素。
(2)色素帶的寬窄與色素含量有關，色素帶越寬說明此種色素含量越多。色素帶最寬的是葉綠素a，最窄的是胡蘿卜素，葉綠素b的色素帶比葉黃素的稍寬。
(3)色素帶擴散速度與溶解度有關，擴散速度越快說明溶解度越高。
(4)相鄰兩條色素帶之間距離最遠的是胡蘿卜素和葉黃素，最近的是葉綠素a和葉綠素b。
4．綠葉中色素的吸收光譜
(1)光譜：陽光是由不同波長的光組合而成的復合光，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)葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光。
葉綠體的結構適于進行光合作用
1．葉綠體中色素的吸收光譜
色素種類 吸收光 吸收光譜圖示
葉綠素(含量約占3/4) 葉綠素a (藍綠色) 吸收紅光和藍紫光
葉綠素b (黃綠色) 吸收紅光和藍紫光
類胡蘿卜素(含量約占1/4) 胡蘿卜素(橙黃色) 吸收藍紫光
葉黃素(黃色) 吸收藍紫光
2.葉綠體的結構及功能
(1)結構：
①雙層膜：分為內膜和外膜，其主要功能是控制物質進出葉綠體。
②基粒：由囊狀結構堆疊而成，這些囊狀結構稱為類囊體。吸收光能的四種色素就分布在類囊體的薄膜上。
③基質：在基粒與基粒之間充滿基質，基質中含有與光合作用有關的酶。
(2)功能：
葉綠體內的基粒和類囊體擴展了受光面積，含有許多吸收光能的色素分子和光合作用所必需的酶，因此葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所。
3．葉綠體功能的驗證實驗
(1)實驗過程及現象：
(2)實驗結論：
①葉綠體是進行光合作用的場所。
②O2是由葉綠體釋放的。
(3)實驗設計巧妙之處：
①實驗材料選擇水綿和好氧細菌：水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察；用好氧細菌可確定釋放氧氣的部位。
②沒有空氣的黑暗環境：排除了氧氣和光的干擾。
③用極細的光束點狀投射：葉綠體上可分為獲得光照和無光照的部位，相當于一組對照實驗。
④進行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的對照實驗：明確實驗結果完全是由光照引起的。
【易錯提示】
（1）分離色素時，在層析液中溶解度越高的，則在濾紙條上擴散的速度越慢（ ）
（2）研磨綠葉時，要加入二氧化硅、碳酸鈣和無水乙醇（ ）
（3）色素分離后，在濾紙條上從上至下的四條色素帶分別是葉黃素、胡蘿卜素、葉綠素a和葉綠素b（ ）
（4）葉綠素和類胡蘿卜素都主要吸收藍紫光和紅光（ ）
答案：（1）×（2）√（3）×（4）×
【鞏固訓練】
1.下列關于幾種元素與光合作用關系的敘述中，正確的是( )
A.C是組成糖類的基本元素，在光合作用中C元素從CO2先后經C3、C5形成(CH2O)
B.N是葉綠素的組成元素之一，沒有N植物就不能進行光合作用
C.O是構成有機物的基本元素之一，光合作用制造的有機物中的氧來自水
D.P是構成ATP的必需元素，光合作用中光反應和暗反應過程均有ATP的合成
2.如圖為光合作用反應過程示意圖，有關敘述正確的是( )
A.甲過程中光能轉變成ATP
B.乙過程為甲過程提供ATP
C.干旱初期，甲過程產生的NADPH相對含量不會明顯降低
D.乙過程中碳原子轉移途徑是CO2→C5→C3→（CH2O）
3.為研究光照強度對移栽幼苗光合色素的影響，某同學用乙醇提取葉片中的色素，用石油醚進行紙層析，下圖為層析后濾紙條的結果（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為色素條帶）。下列敘述錯誤的是( )
A.色素Ⅳ為黃綠色，其在無水乙醇中的溶解度最低，所以在濾紙條的最下方
B.強光照導致了該植物葉綠素含量降低，類胡蘿卜素含量增加，有利于該植物抵御強光照
C.提取色素時，加入碳酸鈣可防止研磨中色素被破壞，加入二氧化硅使研磨充分
D.色素Ⅲ、Ⅳ吸收光譜的吸收峰值不同，這兩種色素主要吸收藍紫光和紅光
4.如圖是在夏季晴朗的白天(6~18時),甲、乙兩種綠色植物的光合作用強度曲線圖。下列相關敘述正確的是( )
A.兩種綠色植物中甲植物最可能是水生植物
B.乙植物bc段光合作用強度下降的主要原因是光照強度
C.乙植物de段的光合作用強度小于呼吸作用強度
D.乙植物ab段和cd段光合作用強度增大的原因相同
5.夏天炎熱的中午時分，下列物質短時間內會減少的是( )
A. ATP B.C3 C.C5 D. NADPH
6.光合作用是唯一能夠捕獲和轉化光能的生物學途徑。有關高等植物光合作用的敘述,正確的是( )
A.光合作用的暗反應階段可以直接利用光能
B.光反應中將光能轉變為化學能需要ADP參與
C.類胡蘿卜素在紅光區吸收的光能有助于提高光合作用效率
D.光反應階段生成的ATP含有能量,而NADPH不含有能量
7.問天實驗艙里的植物是在實驗柜里培養的，實驗柜里的人工光源可以為植物的生長源源不斷地提供能量，植物之所以能夠利用光能與其細胞內特定的物質和結構是密不可分的。下列關于“綠葉中色素的提取和分離”實驗的敘述，錯誤的是( )
A.研磨時加入無水乙醇的目的是提取色素
B.若研磨時未加入碳酸鈣，則提取的色素有些會被破壞
C.劃濾液細線時要直、細、勻，目的是防止色素帶重疊
D.若使用的葉片已發黃，則層析后濾紙條上可能缺少中間兩條色素帶
8.某同學利用新鮮的菠菜葉片進行“綠葉中色素的提取和分離”實驗。下列關于該實驗的敘述，正確的是( )
A.使用層析液可以將綠葉中的色素提取出來
B.濾液細線過粗可能會導致濾紙條上色素帶重疊
C.提取色素過程中加入碳酸鈣可使更多色素被研磨出來
D.分離色素時，距離濾液細線處最近的色素帶呈黃色
9.利用層析液分離提取的紫色鴨跖草葉中的色素，濾紙條上出現五條色素帶，如右圖所示。下列相關敘述正確的是( )
A.條帶1~4中的色素都能吸收藍紫光，1和2中的色素基本不吸收紅光
B.條帶5中的色素在層析液中溶解度極低，但能吸收和轉換光能
C.濾紙條上條帶的多少與層析時間無關，但與所含色素種類有關
D.若用水替換層析液，條帶5中的色素不會與其他色素分離
10.南通某中學利用層析柱進行色素的分離、收集實驗。各種色素在層析柱填充物硅膠上的吸附力不同，當使用層析液分離時，吸附力強的組分在層析柱中移動速度慢，反之則快。相關敘述錯誤的是( )
A.層析液應該從層析柱的上端滴入從下端流出
B.葉黃素的吸附力最強在層析柱中移動的速度最慢
C.色素從上到下依次是葉黃素、葉綠素b、葉綠素a、胡蘿卜素
D.本實驗的主要原理是色素在層析液中的溶解度不同
參考答案
1.答案：B
解析：A、光合作用中C元素從CO2先經C3形成（CH2O），不進入C5，A錯誤；
B、植物進行光合作用離不開葉綠素，而缺乏Mg植物不能形成葉綠素，沒有葉綠素植物就不能進行光合作用，B正確；
C、O是構成有機物的基本元素之一，光合作用制造的有機物中的氧來自于二氧化碳，C錯誤；
D、光合作用中的暗反應不產生ATP，而是要消耗ATP，D錯誤。
2.答案：C
解析：A、甲表示光反應過程中水的光解，光反應過程可以將光能轉變為ATP中活躍的化學能，A錯誤；
B、乙代表暗反應過程，可以為甲光反應過程提供ADP和Pi，B錯誤；
C、干旱會引起氣孔關閉，影響CO2的吸收，從而影響暗反應過程中CO2的固定，由于光照沒有明顯變化，所以在干旱初期，甲過程產生的NADPH相對含量不會明顯降低，C正確；
D、乙過程代表暗反應，其中碳原子轉移途徑是CO2→C3→（CH2O），D錯誤。
故選C。
3.答案：A
解析：A、各色素隨層析液在濾紙上擴散速度不同，從而分離色素，溶解度大，擴散速度快，濾紙條從上到下依次是：胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b，色素Ⅳ為葉綠素b，為黃綠色，在層析液中的溶解度最低，所以在濾紙條的最下方，無水乙醇是提取色素的溶劑，A錯誤；
B、強光照和正常光照相比，下面兩條條帶變窄，上面兩條變寬，說明強光照導致了該植物的葉綠素含量降低，類胡蘿卜素含量增加，可見類胡蘿卜素含量增加有利于該植物抵御強光照，B正確；
C、提取色素時，加入碳酸鈣可防止研磨中色素被破壞，加入二氧化硅使研磨充分，C正確；
D、色素Ⅲ是葉綠素a、Ⅳ是葉綠素b，葉綠素a和葉綠素b吸收光譜的吸收峰波長不同，這兩種色素主要吸收藍紫光和紅光，D正確。
故選A。
4.答案：A
解析：A、光合午休現象出現的原因是由于夏季中午氣溫過高，關閉氣孔減弱光合作用，而甲植物沒有出現光合午休現象，所以甲植物可能是水生植物，高溫對光合作用的影響不大，A正確;B、由分析可知，乙植物bc段光合作用強度下降的主要原因是光合午休，暗反應減弱，進而引發光合作用強度減弱，B錯誤;C、由圖可知，乙植物de段隨光照減弱光合速率減慢，但其光合作用強度大于呼吸作用強度，C錯誤;D、乙植物ab段是由于光照增強導致光合速率加快，cd段是由于之前蒸騰作用旺盛而關閉的部分氣孔重新打開，CO2吸收量增加導致光合速率加快，D錯誤。
5.答案：B
解析：夏天炎熱的中午時分，氣溫過高，葉片上氣孔關閉，導致葉綠體獲得的二氧化碳減少，直接影響暗反應階段，使合成的C3減少，而短時間內C3還原無明顯變化，C5、NADPH、ATP的量在短時間內沒有減少。ACD錯誤，B正確。
6.答案：B
解析：A、光合作用的光反應階段將光能轉化為ATP和NADPH中的化學能，光合作用的暗反應階段利用ATP和NADPH中的化學能將二氧化碳還原成糖，A錯誤;B、光反應中將光能轉變為ATP化學能需要ADP和Pi的參與，B正確;C、類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，C錯誤;D、光反應階段生成的ATP和NADPH均含有能量，D錯誤。
7.答案：D
解析：A、色素易溶于有機溶劑，故研磨時加入無水乙醇的目的是提取色素，A正確；
B、碳酸鈣能中和酸，提取色素時加入碳酸鈣可防止研磨中色素被破壞，即若研磨時未加入碳酸鈣，則提取的色素有些會被破壞，B正確；
C、濾液細線地直、細、勻，目的是避免色素帶重合，C正確；
D、中間兩條色素帶為葉黃素和葉綠素a，葉片發黃，不會缺少葉黃素，D錯誤。
故選D。
8.答案：B
解析：層析液的作用是分離色素,A錯誤;濾液細線過粗可能會導致濾紙條上色素帶重疊,B正確;提取色素過程中加入碳酸鈣的作用是防止色素被破壞，C錯誤;分離色素時,距離濾液細線處最近的色素帶是葉綠素b,呈黃綠色,D錯誤。
9.答案：A
解析：A、條帶1為胡蘿卜素、條帶2為葉黃素、條帶3為葉綠素a、條帶4為葉綠素b，都能吸收藍紫光，1和2中的色素基本不吸收紅光，A正確；
B、條帶5中的色素在層析液中溶解度極低，屬于水溶性色素，不能吸收和轉換光能，B錯誤；
C、濾紙條上條帶的多少與層析時間和色素種類均有關，C錯誤；
D、花青素是水溶性的，葉綠素和類胡蘿卜素是脂溶性的，若用水替換層析液，條帶5中的色素會與其他色素分離，D錯誤。
故選A。
10.答案： D
解析：A、層析液應該從層析柱的上端滴入從下端流出，以便于色素的分離，A正確;
B、由圖可知，葉黃素(黃色)的吸附力最強在層析柱中移動的速度最慢，位于最上端，B正確;
C、根據色素的顏色可判斷，從上到下依次是葉黃素、葉綠素b、葉綠素a、胡蘿卜素，C正確;
D、由題意可知，本實驗的主要原理是色素在層析柱填充物硅膠上的吸附力不同，D錯誤。

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