2013-2014学年高中生物必修一第5章第4节一能量之源——光与光合作用.ppt

第4节 能量之源光与光合作用 一 捕获光能的色素和结构 一、绿叶中色素的提取和分离 1.提取绿叶中的色素 (1)原理:绿叶中的色素能溶解在有机溶剂_中。 (2)步骤: 无水乙醇 绿叶 二氧化硅 碳酸钙 玻璃漏斗单层尼龙布 研磨液 棉塞 2.分离绿叶中的色素 (1)原理:不同色素在层析液中_不同,_的随层 析液在滤纸上扩散得快,反之则慢。 (2)实验步骤: 溶解度溶解度高 剪去两角 去角一端 毛细吸管 滤液 层析液 滤液细线 棉塞 (3)实验结果: 胡萝卜素 类胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 叶绿素 二、叶绿体的结构与功能 1.分布 主要分布在植物的_中。 2.形态 扁平的_或_。 3.结构 叶肉细胞 椭球形球形 外膜 内膜 基粒 基质 圆饼状的囊状结构 色素酶 4.功能 绿色植物进行_的场所。 光合作用 【思考辨析】 1.判断正误 (1)在绿叶中色素的提取实验中加入二氧化硅可以防止破坏叶 绿素。 ( ) 【分析】二氧化硅的作用是有助于研磨得充分。 (2)过滤研磨液时漏斗基部放一块剪好的滤纸进行过滤,将滤液 收集到试管中。 ( ) 【分析】过滤时漏斗基部放置的是单层尼龙布,而不是滤纸,滤 纸会吸收色素。 (3)叶绿体主要吸收蓝紫光和红橙光。 ( ) (4)没有叶绿体的生物无法进行光合作用。 ( ) 【分析】蓝藻等原核生物虽然不具有叶绿体,但具有进行光合 作用所需的酶和色素,仍然可以进行光合作用。 (5)叶绿体的囊状结构上既有光合色素也有光合作用所需的 酶。 ( ) 2.问题思考 (1)滤纸条上的滤液细线若触及层析液,会出现什么现象,为什 么? 提示：滤纸条上不会出现色素带。因为色素会溶解于层析液中 。 (2)通过增强光照可以增加光合作用,使用白光还是红光更好一 些?试分析原因。 提示：白光。因为叶绿体中的色素主要吸收红橙光和蓝紫光, 同时也吸收少量其他颜色的光。 一、绿叶中色素的提取和分离的实验分析 1.实验材料和试剂 (1)材料:叶片要新鲜、颜色要深绿,这样的叶片含有很多的色 素。 (2)试剂及作用: 试剂试剂 名称作 用 二氧化硅有利于绿绿叶的充分研磨和色素的释释放 碳酸钙钙防止研磨中色素被破坏 无水乙醇溶解色素 层层析液使色素随层层析液在滤纸滤纸 条上扩扩散开来 2.实验操作中的关键步骤 (1)研磨要迅速、充分,叶绿素不稳定,易被分解,研磨充分使叶 绿体完全破裂,可提取较多的色素。 (2)滤液细线不仅要求细、直、齐,而且要求含有较多的色素, 所以应待滤液干后再画一两次。 (3)滤液细线不能触及层析液,否则色素会溶解到层析液中,使 滤纸条上得不到色素带。 3.实验结果有关色素带的分析 (1)从色素带的位置可知,各种色素在层析液中溶解度的高低依 次为:胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b。(记忆口诀:胡黄a 、b) (2)从色素带的宽度可知,各种色素的含量一般情况下为:叶绿 素a叶绿素b叶黄素胡萝卜素。 【警示钟】 (1)色素在滤纸条上扩散的快慢不代表该色素的含量,而是与色 素在溶剂中溶解度的大小相关。 (2)绿叶中色素的提取和分离用的都是有机溶剂,但两者的原理 是不同的,不能混淆。 【学而后思】 (1)色素的提取非常成功,但层析后滤纸条上色素带非常模糊, 其失败的原因可能有哪些? 提示：画滤液细线次数太少。滤液细线触及层析液,且时 间较长,色素全部溶解到层析液中。 (2)实验过程中,甲同学忘记加入二氧化硅和碳酸钙,乙同学忘 记加入无水乙醇,而是加入了水,请分析他们可能出现的实验结 果。 提示：甲同学忘记加入二氧化硅和碳酸钙会使研磨不充分,导 致释放的色素数量减少,提取的浓度较低,所以在滤纸条上的色 素浓度很低,颜色很浅;乙同学加入了水,由于色素只能溶解于 有机溶剂中,所以用水提取不到任何色素,滤纸上没有出现色素 带。 【典例训练1】如图表示绿叶中色素的提取和分离实验的部分 材料和用具,下列叙述错误的是 ( ) A.图加入研钵内的物质有无水乙醇、SiO2、CaCO3 B.将糨糊状研磨液倒入中,漏斗基部应放一块单层尼龙布 C.画滤液细线的要求是细、齐、直 D.层析结果色素带最宽的是叶绿素b,扩散最快的是叶黄素 【解题关键】解答本题的关键是分析所代表的操作步 骤,结合各步中的关键点进行相应的分析。 【解析】选D。色素提取时加入无水乙醇的目的是溶解色素,加 入SiO2的目的是使细胞中的色素更容易释放出来,加入CaCO3的 目的是防止SiO2对色素造成破坏,在过滤时漏斗的基部应放一块 单层尼龙布,层析的结果是叶绿素a的色素带最宽,扩散最快的 是胡萝卜素。 【互动探究】(1)中色素带从上到下依次是什么颜色? 提示：橙黄色、黄色、蓝绿色和黄绿色。 (2)过程过滤完成后要采取什么措施? 提示：用棉塞塞紧试管口。 【方法规律】四条色素带的记忆口诀 胡黄a、b向前走,橙黄蓝黄颜色留; 叶绿素a、b手拉手,蓝绿黄绿排后头; 胡萝卜素最纤细,叶绿素a最宽厚。 【变式备选1】下列是关于绿叶中色素的提取和分离实验的几 种说法,其中正确的是 ( ) A.色素提取的原理是色素在层析液中的溶解度不同 B.研磨叶片时加CaCO3的作用是使研磨更加充分 C.色素分离的结果可以用下图表示 (1、2、3、4分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b) D.层析液可用93号汽油代替 【解析】选D。色素提取的原理是色素能溶解于有机溶剂,而分 离的原理是色素在层析液中的溶解度不同;研磨叶片时加入 CaCO3的目的是为了防止色素被破坏;若色素分离的结果如选项C 图中所示,则1、2、3、4分别表示的是叶绿素b、叶绿素a、叶 黄素、胡萝卜素;93号汽油在化学性质上与层析液有相似之处, 所以可以用93号汽油代替层析液。 二、叶绿体结构与功能及实验验证 1.叶绿体的结构及功能 (1)结构: 色素的分布:与光合作用相关的色素只分布在类囊体的薄膜 上。 酶的分布:与光合作用相关的酶分布在类囊体的薄膜上和基 质中。 (2)功能: 叶绿体内的基粒和类囊体扩展了受光面积,含有许多吸收光能 的色素分子和光合作用所必需的酶,因此叶绿体是绿色植物进 行光合作用的场所。 2.叶绿体功能的实验验证 (1)实验过程及现象: (2)实验结论: 叶绿体是进行光合作用的场所。 O2是由叶绿体释放的。 (3)实验设计巧妙之处: 实验材料选择水绵和好氧细菌:水绵的叶绿体呈螺旋式带状, 便于观察;用好氧细菌可确定释放氧气的部位。 没有空气的黑暗环境:排除了氧气和光的干扰。 用极细的光束点状投射:叶绿体上可分为获得光照和无光照 的部位,相当于一组对照实验。 进行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的对照实验:明确实 验结果完全是由光照引起的等。 【警示钟】 叶绿体中的两个“不同” (1)光合作用的酶和光合作用色素分布的位置不完全相同。光 合作用的酶分布在类囊体的薄膜上和基质中,但光合色素只分 布在类囊体的薄膜上。 (2)叶绿体和线粒体增大膜面积的方式不同。叶绿体以囊状结 构堆叠成基粒的方式增大膜面积,而线粒体以内膜向内腔折叠 形成嵴的方式增大膜面积。 【学而后思】 (1)一般植物的叶片在春夏季为绿色,而在秋季呈黄色。请分析 出现这一现象的原因。 提示：夏季时叶片中含有丰富的叶绿素,秋季温度降低后叶绿 素被破坏,叶片中只剩下类胡萝卜素,所以叶片呈现黄色。 (2)根据与光合作用有关酶的分布,推测光合作用进行的具体场 所有哪些,与叶绿体内膜有直接关系吗? 提示：光合作用酶主要分布在叶绿体的基质中和基粒上,而在 叶绿体内膜上没有与之相关的酶,据此推测光合作用是在叶绿 体的基粒上和基质中进行的。 【典例训练2】为探究叶绿体吸收光能后是否有氧气产生,某学 者设计了以下实验:制作载有水绵和好氧细菌的临时装片,用极 细光束照射水绵,同时放在显微镜下观察。下列关于该实验的 分析,不正确的是 ( ) A.在光束照射到水绵之前,应该加三棱镜将混合光分解成连续 光谱 B.临时装片应放置在没有空气的黑暗环境中 C.好氧细菌起指示作用 D.水绵的带状叶绿体有利于设置对照实验 【解题关键】解答本题的关键是明确该实验的自变量及好氧细 菌的生活习性决定了它在该实验中的作用。 【解析】选A。本实验的目的是验证叶绿体在光照下能够产生 氧气,而与光照的颜色种类没有关系,不用三棱镜将混合光分解 成连续光谱;为了防止空气对实验结果的影响,应该排除空气; 好氧细菌的分布密疏,表示了氧气产生的多少;水绵的叶绿体便 于观察有利于设置对照实验。 【变式备选2】1880年,美国科学家恩格尔曼设计了一个实验研 究光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到丝状水绵上, 并在水绵悬液中放入好氧细菌,观察细菌的聚集情况。他得出 光合作用在红光区和蓝光区最强。这个实验的结论是 ( ) A.细菌对不同的光反应不一,细菌集中的地方,细菌光合作用强 B.好氧细菌集中的地方,O2浓度高,水绵光合作用强 C.好氧细菌集中的地方,产生的有机物多,水绵光合作用强 D.好氧细菌大量消耗O2,使水绵光合作用速率加快,则该种光有 利于光合作用 【解析】选B。好氧细菌集中的地方就是O2多的地方,O2是光合 作用的产物,所以此处的光合作用强。该实验的思路就是以好 氧细菌聚集为观察指标,代表O2的释放情况,表明光合作用在哪 种光区最强,而与产生有机物的多少无关。 【备选要点】 叶绿体中色素的吸收光谱 1.叶绿体中色素的吸收光谱 太阳光不是单一的光,到达地表的光是大约从300 nm的 紫外光到2 600 nm的红外光。其中只有波长大约在390 nm 760 nm之间的光是可见光。当光束通过三棱镜后,可把白光分 为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色连续光谱,这就是太阳光 的连续光谱。 叶绿素吸收光谱的最强吸收区有两个:一个在波长为640 nm 660 nm之间的红光部分,另一个在波长为430 nm450 nm的蓝 紫光部分。 2.用三棱镜观察叶绿体中色素的吸收光谱 提取叶绿体中的色素,按如图所示进行观察。 通过叶绿体色素提取液的光线,经三棱镜分色后,会发现在红光 和蓝紫光区域的光线变暗,说明这部分光线被叶绿素吸收了。 绿光几乎不被吸收,被完全透过,所以看到的色素提取液颜色呈 绿色。 1.(基础理论辨析题)下列说法与叶绿体中色素提取相关的有( );与色素分离相关的有( ) A.加入少许二氧化硅使研磨充分 B.用无水乙醇将叶绿体中的色素进行提取 C.滤纸条的最上面的色素带呈橙黄色 D.溶解度越高的色素随层析液在滤纸上扩散越快 E.滤液细线不能触及层析液 F.过滤时漏斗中放一块单层的尼龙布 G.用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔细线画出一条细线,待滤液 干后,重复一两次 【解析】选A、B、F;C、D、E、G。提取色素时,加入少量的二 氧化硅是为了使研磨充分,提取较多的色素;色素溶解于无水乙 醇中,可以用无水乙醇进行提取;经过层析后滤纸条上的色素带 分开,最上面的色素呈橙黄色;溶解度高的色素层析时扩散速度 最快;层析时滤液细线不能触及层析液,防止色素溶解于层析液 中;提取色素时用单层尼龙布进行过滤,得到含有色素的滤液; 层析时要将滤液用毛细吸管画在滤纸条减去两角的一端。 2.下列关于色素的提取与分离实验的有关叙述中,错误的是 ( ) A.加入CaCO3是为了防止色素被破坏 B.加入SiO2有利于破坏叶肉细胞 C.加入无水乙醇的目的是溶解色素 D.滤纸条上的滤液细线中色素越少越利于色素分离 【解析】选D。CaCO3是用来防止色素被破坏;SiO2是为了充分研 磨;无水乙醇是用于提取色素的溶剂;色素的量合适才能使分离 效果明显。 3.如图为叶绿体结构示意图,下列叙述不正确的是 ( ) A.1具有选择透过性 B.吸收光能的色素分布在2上 C.与光合作用有关的酶只分布在3中 D.叶绿体具有双层膜 【解析】选C。叶绿体是由双层膜构成的,它们具有选择透过性 ,吸收光能的色素分布在由囊状结构堆叠而成的基粒上;与光合 作用有关的酶分布在基粒上和基质中。 4.如图是在“绿叶中色素的提取和分离”实验 中得到的四条色素带,若将其置于暗室中,并 用红光照射,色素带呈现暗色的是 ( ) A. B. C. D. 【解析】选C。若用红光照射时,红光被吸收后,所在的色素带 就会呈现暗色,由于叶绿素能吸收红光,所以呈现暗色。 5.下图是叶绿体中色素的提取和分离过程图解,根据所学知识 回答下列问题: (1)图一是色素的提取,其中甲过程按a、b、c依次加入5 g绿叶 、SiO2和CaCO3少许、10 mL ;加入c的作用是 。 (2)图一中乙过程是过滤得到含有色素的滤液,其中用的单层尼 龙布而不用纱布,原因是 。 (3)图二中戊是沿铅笔细线画出含色素的滤液细线e,要求做到 画出的e要 ,所以在画线时每画一次滤液后要 待干