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1、第4节 能量之源光与光合作用一 捕获光能的色素和结构1知识与技能 (1)说出绿叶中色素的种类和作用。 (2)说出叶绿体的结构和功能。 2过程与方法 (1)自主与合作学习:利用各种媒体调查和收集资 料,学会鉴别、选择、运用和分享信息。 (2)训练表达能力:尝试将你所获得的信息表达出 来。学习目标3情感态度与价值观 通过光合作用发现史的学习,使学生受到科学 家们崇高的精神境界的熏陶,并养成质疑、求实、 创新及勇于实践的科学精神和科学态度。一、实验:绿叶中色素的提取和分离 1实验原理 (1)提取:绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂 _中。 (2)分离:各种色素在层析液中的_不 同,_高的随层析液在滤纸上
2、扩散得快; 反之则慢。因而色素就会随着_在 _上的扩散而分离开。知识清单2实验 流程图示:(5)观察与记录:滤纸条上色素带有四条,如下 图所示:(6)洗手二、绿叶中色素的种类及吸收光谱难点1 有关“绿叶中色素的提取和分离”实验 1原理 (1)各种色素能溶解在有机溶剂(无水乙醇等)中形 成溶液,使色素从生物组织中脱离出来。 (2)各种色素都能溶解在层析液中,但在层析液中 的溶解度不同:溶解度高的色素分子随层析液在滤纸 上扩散得快;反之则慢,因而不同色素分子可以在滤 纸上扩散而分开,各种色素分子在滤纸上可形成不同 的色素带。难点互动2步骤、方法及原因绿叶中色素的提取和分离 步骤方法原因 提取 绿叶
3、 中的 色素加入二氧化硅:有助于研磨 充分;加入碳酸钙:防止研 磨中色素被破坏;加入无水 乙醇:为了溶解、提取色素 将研磨液迅速倒入基部垫有 单层 尼龙布的玻璃漏斗中过 滤,滤液收集到试管中,及 时用棉塞塞紧试 管口单层 尼龙布:过滤 叶脉及二 氧化硅等;试管口塞紧:防 止乙醇挥发制备 滤纸 条干燥滤纸 :透性好、吸收滤 液多;剪去两角:使层析液 同步到达滤液细线绿叶中色素的提取和分离 步骤方法原因 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 条细而直的滤液细线 ,吹 干后再重复画一两次画得细而直:为防止色素带重 叠而影响分离效果;画一两次 :是为积 累更多的色素,使分离 后
4、的色素带明显 分离 绿叶 中的 色素层析液不能没及滤液细线 ,以 防止色素溶解于层析液中而得不 到色素带; 试管加塞是为了防止层析液中 成分挥发观察 与分 析特别提示:实验成功的关键: 叶片要新鲜,颜色要深绿;滤液收集 后,要及时用棉塞将试管口塞紧,以免滤液挥 发;滤液细线要直、细而且含较多色素(待滤 液干后,重复一两次);研磨要迅速、充分: 乙醇容易挥发;为了使叶绿体完全破裂,从而 能提取较多的色素;叶绿素极不稳定,能被活 细胞中的叶绿素水解酶破坏。例1 右图是纸层析法分离叶绿体中色素 的装置图,层析后会得到不同的色素带,在暗 室内用红光照射四条色素带,可以看到较暗的 是( ) A B C
5、D答案:C 解析:四条色素带自上而下依次是胡萝卜 素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b,其中胡萝卜 素和叶黄素主要吸收蓝紫光,叶绿素a和叶绿素 b主要吸收红光和蓝紫光,用红光照射,被叶绿 素a和叶绿素b吸收,因此、呈暗色。变式训练1 在叶绿体色素的提取和分离实验中,收集到 的滤液绿色过浅,其原因可能是( ) 未加石英砂、研磨不充分 一次加入大量的无水酒精 提取 分次加入少量无水酒精提取 使用放置数天的菠菜 叶 A B C D 答案:D 解析:未加石英砂、研磨不充分;使用放置数天的菠菜叶 ,滤液中色素(叶绿素)太少,绿色过浅;一次加入大量的无水 酒精提取,浓度太低。分次加入少量无水酒精提取色素是正确
6、的方法,这样获取的滤液颜色正常。难点2 叶绿体的结构及功能 1叶绿体的分布 植物的叶肉细胞和幼嫩茎的表皮细胞。 2叶绿体的结构及功能 (1)结构示意图:(2)结构特点: 叶绿体的基质和基粒类囊体上含有与光合作用 有关的酶。 类囊体的薄膜上分布有捕获光能的色素。 叶绿体基质中还含有少量的DNA和RNA。 叶绿体中类囊体堆叠成基粒,增大了内部膜面 积。 (3)功能:吸收光能,是光合作用的场所。3叶绿体中色素种类及功能 (1)色素的分布、功能及特性 分布:叶绿体类囊体的薄膜上。 功能:吸收光能、传递 光能(四种色素)、 转化光能(只有少量叶绿素a)。 特性:不溶于水,能溶于酒精、丙酮和 石油醚等有机
7、溶剂。(2)绿叶中色素种类及其吸收光谱色素种类吸收光吸收光谱图 示 叶绿素 (含量 约占 3/4)叶绿素 a (蓝 绿色)吸收红光 和蓝紫光叶绿素 b(黄绿 色)吸收红光 和蓝紫光类胡萝 卜素( 含量约 占1/4)胡萝卜 素(橙 黄色)吸收蓝紫 光叶黄素 (黄色)吸收蓝紫 光例2 下列有关叶绿体的叙述中,正确的 是( ) A植物细胞中都含有叶绿体 B叶绿体中含有少量的DNA和RNA C叶绿体中的色素分布在叶绿体类囊体上 和基质中 D叶绿体基质、线粒体基质和细胞质基质 所含化合物和功能都相同 答案:B解析:叶绿体主要分布在植物的绿色见光 的部分,不是植物所有细胞均含有叶绿体, 如根细胞。植物细胞
8、中具有遗传作用的DNA 存在于细胞核、叶绿体和线粒体中。叶绿体 中具有吸收光能作用的四种色素只分布在叶 绿体的类囊体膜上,在叶绿体的基质中不含 有色素。不同的基质中,所含化合物的成分 不同,功能也不同。变式训练2 叶绿体是植物进行光合作用的细胞 器。下列关于叶绿体及色素的叙述中正确的是( ) A植物细胞都有叶绿体,叶绿体普遍分布在植 物细胞的整个细胞中 B叶绿素在高等植物体内有两种,叶绿素a呈蓝 绿色,叶绿素b呈黄绿色 C同线粒体一样,叶绿体的内膜极大地扩展了 受光面积 D叶绿体中的色素只吸收红光和蓝紫光进行光 合作用 答案:B解析:不是所有的植物细胞都有叶绿体,一般地 讲,叶绿体分布在绿色植
9、物的绿色部分,主要存在于 叶肉细胞中;叶绿体中的色素分为两大类:叶绿素和 类胡萝卜素。其中,叶绿素又包括蓝绿色的叶绿素a和 黄绿色的叶绿素b;类胡萝卜素包括橙黄色的胡萝卜素 和黄色的叶黄素;叶绿体的内膜光滑,其内部的基粒 和类囊体一方面扩大了膜面积,供色素和酶分布;另 一方面极大地扩展了受光面积。而线粒体的内膜上含 有许多与有氧呼吸有关的酶;叶绿体中的色素主要吸 收红光和蓝紫光,并非不吸收其他颜色的光,只不过 吸收量较少。绿叶中色素的吸收光谱 1叶绿体色素的吸收光谱 太阳光不是单一的光,到达地表的光波长大约从 300nm的紫外光到2600nm的红外光。其中只有波长 大约在390nm760nm之
10、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640nm660nm之间的红光部分,另一个在波长 为430nm450nm的蓝紫光部分。对绿光的吸收最少 。由于叶绿素对绿光吸收最少,所以叶绿素的溶液呈 绿色。知识拓展2用三棱镜观察叶绿体中色素的吸收光谱 采用叶绿体中色素的提取方法提取色素,按下图 所示进行观察,要设置对照实验,以便比较说明最 后的结果。通过叶绿素的丙酮提取液的光线,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掉了。3反射光与透射
11、光下观察滤液 猜一猜,按照下面的方式来观察滤液,会看到什 么现象?A装置称为在透射光下观察,B装置称为在反射 光下观察。A装置看到的现象为滤液呈绿色,B装置 看到的现象为滤液呈红色。我们把这种叶绿素溶液 在透射光下呈绿色,在反射光下呈红色的现象称为荧 光现象。因为光波是一种电磁波,各种电磁波的波长不同,对光 合作用有效的可见光的波长在400nm700nm之间。光同时 又是一粒一粒地运动着的粒子流,这些粒子叫做光子。每个光 子所具有的能量叫做光量子或量子。量子的数值和光的波长成 反比,所以长光波(如红光)的量子的能量比短光波(如蓝紫光) 的量子的能量要少。当叶绿素分子吸收量子后,就由最稳定、 最
12、低能量的基态提高到一个不稳定、高能状态的激发态。由于 激发态极不稳定,发射光波,消失能量,迅速由激发态降回 到基态。这时发 射的光波就称为荧光。荧光的寿命很短,为 108s109s。因为叶绿素分子吸收的光能有一部分消耗于分 子内部振动上,辐射出的能量就小,根据波长与光子能量成反 比的规律,反射光的波长比入射光的波长要长一些。所以叶绿素溶液在反射光下呈红色,而 在透射光下,由于红光和蓝紫光被色素吸收 掉,其他颜色的光也有少量吸收,而绿光几 乎不吸收,被完全透过,所以看到的颜色呈 绿色。例 阳光通过三棱镜能显示出七种颜色的连 续光谱。如果将一瓶叶绿素提取液放在光源和三棱镜 之间,连续光谱中就会出现
13、一些黑色条带,这些条带 应位于( ) A绿光区 B红光区和绿光 区 C蓝紫光区和绿光区 D红光区和蓝紫 光区 答案:D解析:本题考查叶绿素吸收光谱的基础知识,但 是换了一种新的情景,将叶绿素溶液置于光源和三棱 镜之间。从物理知识中应该知道阳光通过三棱镜可以 显示出七种颜色的连续光谱,在生物学中已学过叶绿 素主要吸收红光和蓝紫光,不吸收绿光。把这两方面 知识结合起来思考,光线通过叶绿素溶液时,红光和 蓝紫光被吸收,再通过三棱镜以后所显示的连续光谱 中缺乏红光和蓝紫光,就会在这些区域出现黑色条带 ,所以选项D是正确选项,其他各项都是错误的。变式训练 把载有新鲜水绵和细菌的临时装片,置于 显微镜载物
14、台上观察。光线从反光镜反射上来后,可看到细 菌从分散状态逐渐向水绵方向运动,水绵附近细菌的密度增 加。如果在反光镜上方放置一个三棱镜,使七种不同颜色的光 束照射水绵的不同部位,这时看到细菌逐渐聚集成明显的两 堆(如下图所示)请回答:(1)根据上述实验可以判断这类细 菌的异化作用类型是 _。作出这一判断的依据是_。 (2)放置三棱镜后,细菌聚集成两堆的原因_ 。答案:(1)需氧型(有氧呼吸型) 水绵光合作用放出氧气 (2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,叶绿体被红光和蓝紫光照射 部位光合作用较强,放出的氧气多 解析:植物光合作用吸收CO2,放出O2;根据异化作用类 型,细菌有需氧细菌和厌氧细菌之分;
15、考生只要具备这两点基 本知识和平时使用显微镜观察的实践能力,就可根据题目所示 的现象对第(l)问作出正确的分析、判断;这类细菌的异化作用 类型是需氧型,因为光合作用放出氧气。对于第(2)问,需要考 生在对显微镜和三棱镜的构造和性能有所了解的基础上,根据 光合作用利用的光能主要是叶绿素吸收的红光和蓝紫光这一概 念,就可得出,叶绿体被红光和蓝紫光照射部位的光合作用最 强,放出的氧气最多,需氧细菌聚集在放出氧气最多的部位, 即红光和蓝紫光照射处,因而分成两堆。1叶绿体中色素的提取和分离的实验目的是( ) A观察各种色素的吸收光谱 B验证叶绿体中色素的种类和各种色素的颜色 C提取高等植物叶绿体中的色素 D用纸层析法将色素进行分离 答案:B随堂练习2在圆形滤纸 的中央点上叶绿体色素提 取液,对叶绿体的色素进行色素层析,会得到 近似同心的四个色素环,排列在最里圈的色素 呈( ) A橙黄色 B蓝绿 色 C黄绿色 D黄色 答案:C3对绿 色植物的光合作用最有效的一组 光是( ) A红光和黄绿光 B黄光和蓝紫光 C红光和橙光 D红光和蓝 紫光 答案:D4温室或大棚种植蔬菜时,应选择 何种 颜色的玻璃、塑料薄膜( ) A无色 B红色 C蓝紫色 D绿色 答案:A5早在一百多年前(1883年)德国生物学家 C.Enge