資源簡介

第5章 細胞的能量供應(yīng)和利用
第4節(jié) 光合作用與能量轉(zhuǎn)化
一　捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)
素養(yǎng)導(dǎo)引
1.生命觀念:運用結(jié)構(gòu)與功能觀,說出葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)。
2.科學思維:采用模型與建模的方法,說出葉綠體中色素的功能。
3.科學探究:使用實驗器具提取和分離色素,探究綠葉中色素的種類和含量。
一、綠葉中色素的提取和分離
1.實驗原理:
(1)綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中。
(2)各種色素在層析液中的溶解度不同,溶解度高的隨層析液在濾紙條上擴散得快,反之則慢。
2.實驗選材:新鮮的綠葉。
3.方法步驟:
(1)色素的提取:
(2)色素的分離。
①制備濾紙條:剪去兩角,并用鉛筆畫一條細的橫線。
②畫濾液細線:用毛細吸管吸取少量濾液,沿鉛筆線均勻地畫出一條細線,也可用蓋玻片蘸取濾液沿鉛筆線按壓出均勻的細線。待濾液干后,重畫1~2次。
③分離綠葉中的色素:濾液細線不能觸及層析液。
(3)觀察與記錄:觀察濾紙條上出現(xiàn)幾條色素帶,以及每條色素帶的顏色和寬窄。
　[思考]　為什么要選用新鮮的綠葉為材料進行色素的提取和分離
提示:新鮮綠葉中色素含量高,實驗效果明顯。
二、色素的種類和功能
　[思考]　為使植物工廠里的植物正常生長,能否使用發(fā)綠光的光源 為什么
提示:不能,因為植物的光合色素對綠光的吸收效率較低,光合作用效果較差。
三、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進行光合作用
1.結(jié)構(gòu):
(1)形態(tài):一般呈扁平的橢球形或球形。
(2)結(jié)構(gòu):雙層膜。內(nèi)部有由類囊體堆疊而成的基粒,基粒之間充滿了基質(zhì)。
2.功能:進行光合作用的場所。
　[思考]　葉綠體中有如此眾多基粒的意義是什么
提示:增加膜面積,有利于光能的吸收。
　綠葉海天牛剛孵化時是無色的,幼年時可吃一頓“藻類大餐”,此后余生只依靠陽光便不再進食,請結(jié)合所學知識判斷:
1.綠葉海天牛所食的藻類細胞中含有光合色素。 (√)
2.綠葉海天牛不再進食是因為大量捕食藻類。 (×)
分析:不進食是因為可進行光合作用。
3.可用無水乙醇提取綠葉海天牛細胞中的光合色素。 (√)
學習任務(wù)一:綠葉中色素的提取和分離
1.實驗注意事項及操作目的:
注意事項 操作目的
加入碳酸鈣 防止研磨中色素被破壞,主要保護的是葉綠素
迅速、充分研磨 防止乙醇揮發(fā),充分溶解色素
過濾用單層尼龍布 不能用濾紙,濾紙會吸附色素
試管口加棉塞 防止乙醇揮發(fā)和色素氧化
最好在弱光下進行 葉綠素不穩(wěn)定,見光易分解
2.實驗異常結(jié)果原因分析:
(1)收集到濾液顏色過淺的原因:
①未加二氧化硅:研磨不充分。
②未加碳酸鈣:色素分子被破壞。
③加入無水乙醇過多:提取液濃度過低。
④菠菜葉片不新鮮:色素含量較低。
(2)濾紙條上出現(xiàn)異常色素帶原因:
①色素帶重疊:濾液細線不能達到細、直、齊的要求,造成色素帶擴散不一致。
②看不到色素帶:忘記畫濾液細線;濾液細線接觸到層析液,且時間較長,色素全部溶解到層析液中。
③只出現(xiàn)胡蘿卜素、葉黃素的色素帶:忘記加碳酸鈣。
　[思考探究]　在綠葉中色素的提取和分離實驗中,如果研磨時使用清水沒有使用無水乙醇,那么收集到的濾液會出現(xiàn)什么結(jié)果 試解釋原因。
提示:濾液顏色很淺甚至無顏色,因為色素不溶于水,無法將色素提取出來。
3.實驗結(jié)果分析:
種類 顏色 含量 溶解度 擴散速度
胡蘿卜素 橙黃色 最少 最高 最快
葉黃素 黃色 較少 較高 較快
葉綠素a 藍綠色 最多 較低 較慢
葉綠素b 黃綠色 較多 最低 最慢
【拓展歸納】
影響葉綠素合成因素的分析
【學習加點料】
　思維易錯:為什么畫濾液細線要直、細、齊 待濾液細線干燥后再重復(fù)畫一兩次的原因是什么
提示:畫濾液細線要直、細、齊的目的是使分離出的色素帶平整不重疊;待濾液細線干燥后再重復(fù)畫一兩次,使分離出的色素帶清晰分明。
　某同學用綠色菠菜葉和黃化菠菜葉①進行了光合色素的提取和分離實驗,實驗操作過程相同,分別得到濾紙條甲和乙②,如圖所示。下列敘述正確的是 (　　)
A.分離色素利用了光合色素易溶于有機溶劑無水乙醇的原理
B.濾紙條甲與乙上的色素帶不會隨著層析液的揮發(fā)而消失
C.濾液細線若沒入層析液的液面將得到寬度變窄的色素帶
D.濾紙條乙缺少2條色素帶的原因是未加碳酸鈣
[解題思維]
提取關(guān)鍵點 ①綠色菠菜葉和黃化菠菜葉;②分別得到濾紙條甲和乙
轉(zhuǎn)化知識點 綠色葉片葉綠素含量高,黃化葉片葉綠素被分解;濾液細線不能觸及層析液
排除障礙點 提取色素的原理是色素溶于無水乙醇中,分離色素的原理是色素在層析液中的溶解度不同
【解析】選B。提取色素利用了光合色素易溶于有機溶劑無水乙醇的原理,A錯誤;色素吸附在濾紙條上,濾紙條甲與乙上的色素帶不會隨著層析液的揮發(fā)而消失,B正確;濾液細線若沒入層析液的液面將得不到色素帶,C錯誤;濾紙條乙缺少2條色素帶是因為乙的材料是黃化菠菜葉,本身就缺少葉綠素,D錯誤。
　[借題發(fā)揮]　若用綠色菠菜葉片做材料也得到了濾紙條乙的結(jié)果,試分析出現(xiàn)該結(jié)果的原因。
提示:未加碳酸鈣,研磨中葉綠素被破壞。
1.(2022·金華高一檢測)在“光合色素的提取和分離”活動中,所用試劑和其作用相符的是 (　　)
A.95%的乙醇——分離色素
B.二氧化硅——研磨充分
C.碳酸鈣——保護葉肉細胞
D.層析液——溶解色素
【解析】選B。加入95%的乙醇的作用是溶解色素,A錯誤;在葉綠體色素的提取和分離實驗中,加入少許二氧化硅的作用是使研磨更充分,B正確;研磨時加碳酸鈣是防止研磨中色素被破壞,C錯誤;各色素隨層析液在濾紙上擴散速度不同,從而分離色素,D錯誤。
2.(2022·北京高一檢測)綠葉中色素的提取和分離實驗中,隨層析液在濾紙上擴散最慢的色素名稱及其顏色是 (　　)
A.葉綠素a,藍綠色
B.葉綠素b,黃綠色
C.葉黃素,黃色
D.胡蘿卜素,橙黃色
【解析】選B。分離得到的色素條帶,葉綠素b位于最下面,隨層析液在濾紙上擴散最慢的色素是葉綠素b,其顏色是黃綠色,B符合題意。
【拓展歸納】
濾紙條上色素帶的位置與溶解度大小的關(guān)系
(1)色素在層析液中的溶解度越大,在濾紙條上擴散的速度越快,其位置越靠上。
(2)實驗裝置改進:
實驗結(jié)果:從外到內(nèi)形成四個色素環(huán),依次是胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a和葉綠素b。
【補償訓(xùn)練】
　　在圓形濾紙中央,點上綠葉色素的提取液進行層析,隨著層析液從濾紙的中央向四周擴散,形成四個色素環(huán)帶,排在最里圈的色素 (　　)
A.橙黃色　　　B.黃綠色 C.藍綠色 D.黃色
【解析】選B。葉綠素b在層析液中的溶解度最低,故擴散得最慢,位于色素環(huán)帶的最內(nèi)圈,呈現(xiàn)黃綠色,B正確。
學習任務(wù)二:葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能
1.葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng):
(1)色素分布在類囊體薄膜上,葉綠體內(nèi)有眾多的基粒和類囊體,極大地擴展了葉綠體的受光面積。
(2)光合作用的酶位于類囊體薄膜和葉綠體基質(zhì)中。
　[思考探究]　線粒體和葉綠體都是具有雙層膜結(jié)構(gòu)的細胞器,二者增加膜面積的方式相同嗎
提示:不同。線粒體通過內(nèi)膜向內(nèi)折疊形成嵴增加膜面積,葉綠體通過類囊體堆疊形成基粒增加膜面積。
2.恩格爾曼實驗的巧妙之處:
(1)實驗材料的選擇:
①水綿的葉綠體呈螺旋帶狀分布,便于觀察。
②用需氧細菌檢測光合作用釋放氧氣較多的部位。
(2)對照實驗的設(shè)計:
①黑暗(局部曝光)和完全曝光形成對照實驗。
②利用三棱鏡進行光的散射,形成不同顏色的光之間相互對照。
　[思考探究]　恩格爾曼實驗是在沒有空氣的黑暗環(huán)境中進行的,試分析其目的。
提示:沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了氧氣和光的干擾。
【學習加點料】
1.思維易錯:沒有葉綠體的細胞一定不能進行光合作用嗎 為什么
提示:不一定,如藍細菌沒有葉綠體,但它的細胞質(zhì)中有葉綠素和藻藍素,可以進行光合作用。
2.思維易錯:葉綠體是唯一含有色素的細胞器嗎
提示:不是,液泡中也含有色素,但是液泡中的色素不用于光合作用。
　如圖甲為葉綠體結(jié)構(gòu)模式圖①,圖乙是圖甲中部分結(jié)構(gòu)放大后的示意圖②。下列相關(guān)敘述正確的是 (　　)
A.圖甲所示結(jié)構(gòu)主要通過內(nèi)膜向內(nèi)折疊增大膜面積
B.圖乙中的光合色素能有效吸收綠光使植物呈綠色
C.圖乙所示的膜結(jié)構(gòu)位于圖甲結(jié)構(gòu)中的①或③處
D.提取光合色素時常用無水乙醇作為溶劑
[解題思維]
提取關(guān)鍵點 ①葉綠體結(jié)構(gòu)模式圖;②部分結(jié)構(gòu)放大后的示意圖
轉(zhuǎn)化知識點 葉綠體增加膜面積的方式;色素提取的原理
排除障礙點 類囊體不是葉綠體的內(nèi)膜
【解析】選D。圖甲結(jié)構(gòu)為葉綠體,其主要靠囊狀結(jié)構(gòu)堆疊而成的基粒來增大膜面積,A錯誤;圖乙中的光合色素吸收綠光最少,綠光被反射出來使植物呈綠色,B錯誤;圖乙所示膜結(jié)構(gòu)上含有光合色素,所以是圖甲中③類囊體薄膜的放大圖,C錯誤;葉綠體中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中,因此常用無水乙醇作為提取試劑,D正確。
[借題發(fā)揮]　據(jù)圖可知,葉綠體中的O2擴散進入鄰近的線粒體需要經(jīng)過幾層磷脂分子層
提示:8層,O2擴散出葉綠體需經(jīng)兩層膜,進入鄰近的線粒體也需要通過兩層膜,共四層生物膜,8層磷脂分子層。
1.恩格爾曼用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片,驚奇地發(fā)現(xiàn)大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域,該實驗?zāi)艿贸龅慕Y(jié)論主要是 (　　)
A.葉綠體主要吸收紅光和藍紫光用于光合作用,放出氧氣
B.光合作用釋放氧氣的部位是葉綠體的類囊體
C.葉綠素包括葉綠素a和葉綠素b
D.需氧細菌沒有線粒體也能進行有氧呼吸
【解析】選A。需氧細菌的生命活動需要氧氣,大量細菌集中在紅光和藍紫光區(qū)域,說明此處有氧氣產(chǎn)生,由此可得出結(jié)論:葉綠體主要吸收紅光和藍紫光用于光合作用,放出氧氣,A正確。
2.(2022·南京高一檢測)如圖為葉綠體亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖,下列關(guān)于其結(jié)構(gòu)與功能的敘述,正確的是 (　　)
A.該結(jié)構(gòu)與植物細胞的能量轉(zhuǎn)換有關(guān)
B.①主要由纖維素構(gòu)成
C.吸收光能的色素主要分布在②上
D.與光合作用有關(guān)的酶只位于④中
【解析】選A。葉綠體能將光能轉(zhuǎn)化為化學能,A正確;①葉綠體外膜主要由磷脂和蛋白質(zhì)組成,B錯誤;吸收光能的色素主要分布在③類囊體膜上,C錯誤;與光合作用有關(guān)的酶位于③和④,D錯誤。
　　　2020年8月24日,中科院研究人員揭示了一條連接細胞膜和葉綠體的重要信號傳遞途徑。研究發(fā)現(xiàn),一些與細胞膜相關(guān)聯(lián)的植物蛋白M,在感知病原體存在時,能從細胞膜轉(zhuǎn)移至葉綠體內(nèi)部,“警告”葉綠體有威脅存在;隨之,葉綠體通過“逆行信號傳遞”過程,將這些信息傳遞至細胞核,激活防御以對抗入侵者。
請回答以下問題:
(1)植物蛋白M轉(zhuǎn)移至葉綠體內(nèi)部的過程,體現(xiàn)了生物膜具有________________。
(2)據(jù)資料分析,植物“患病”的機制是:____________________________________。
【解析】(1)植物蛋白M轉(zhuǎn)移至葉綠體內(nèi)部體現(xiàn)了生物膜具有一定的流動性。
(2)據(jù)材料信息蛋白M“在感知病原體存在時,能從細胞膜轉(zhuǎn)移至葉綠體內(nèi)部,‘警告’葉綠體有威脅存在;隨之,葉綠體通過‘逆行信號傳遞’過程,將這些信息傳遞至細胞核,激活防御以對抗入侵者”可知,蛋白M在植物對抗病原體的過程中起到了重要的作用,所以植物“患病”的機理可能是病原體阻止了蛋白M對病原體的感知或病原體阻止了蛋白M從細胞膜向葉綠體內(nèi)部轉(zhuǎn)移的途徑。
答案:(1)一定的流動性
(2)病原體阻止了蛋白M對病原體的感知或病原體阻止了蛋白M從細胞膜向葉綠體內(nèi)部轉(zhuǎn)移的途徑(合理即可)
情境載體 情境類型為生活、學習和實踐情境,突出與生活的聯(lián)系
關(guān)鍵能力　↓信息轉(zhuǎn)化 ①葉綠體的結(jié)構(gòu)
②植物細胞信息傳遞的途徑
學科素養(yǎng) 培養(yǎng)生命觀念中的結(jié)構(gòu)與功能觀、科學思維中的分析與比較等素養(yǎng)
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