1819 第4章 第2节 第1课时 光合色素与光能的捕获Word文件下载.docx
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通过植物和动物之间进行气体交换的实验
植物生长需要吸收CO2,同时释放出O2
1779
扬·
英根豪斯
把带叶的枝条放入水里,发现叶在阳光下产生O2,在暗处不产生O2
植物需要阳光才能制造出O2
864
萨克斯
采用碘液检测淀粉的方法
叶片在光下能产生淀粉
1940
鲁宾和卡门
运用同位素标记法
光合作用释放的O2来自水,糖类中的氢也来自水
1948
卡尔文
用14C标记的CO2进行示踪
CO2被用于合成糖类等有机物
二、光合色素与光能的捕获
1.恩吉尔曼的实验
(1)①生物材料:
丝状绿藻(水绵)和好氧细菌。
②实验现象:
在红光区和蓝光区集中了大部分的好氧细菌。
③实验结论:
叶绿素主要吸收红光和蓝光。
(2)可见光束看起来是白色的,通过三棱镜时会分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7色连续光谱。
用透过三棱镜后的不同颜色的光照射临时装片中水绵的叶绿体,发现好氧性细菌聚集于红光区和蓝光区的叶绿体部位。
这说明叶绿体中的色素能有效的吸收和利用红光和蓝光。
2.叶绿体中的色素及作用
色素名称
颜色
功能
叶绿素a
蓝绿色
主要吸收和利用红光和蓝光
叶绿素b
黄绿色
胡萝卜素
橙黄色
主要吸收蓝紫光,还有保护叶绿素免遭强光伤害的作用
叶黄素
黄色
三、提取和分离叶绿体中的色素
1.实验原理
(1)叶绿体中的色素是有机物,不溶于水,易溶于无水乙醇等有机溶剂中,所以用无水乙醇等能提取色素。
(2)层析液是一种脂溶性很强的有机溶剂。
叶绿体色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快,溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢。
所以用纸层析法来分离四种色素。
2.实验材料:
幼嫩、鲜绿的菠菜叶。
3.实验注意事项及原因
步骤
方法
原因
色素
提取
①选取新鲜叶片:
色素含量高
②加入少许二氧化硅和碳酸钙:
作用分别是研磨充分、保护色素
③加入5mL无水乙醇:
溶解、提取色素
分离
剪去两角:
防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快
画滤液细线
画得细、直:
防止色素带重叠
叶绿体色素层析
装置示意图
①层析液不能触及滤液细线:
防止色素溶于层析液中
②烧杯加盖:
防止层析液挥发
4.实验结果
[基础自测]
1.判断正误
(1)色素提取液是无水乙醇,分离液是层析液。
( )
(2)不同色素在滤纸条上的扩散速度与其在层析液中的溶解度呈正相关。
(3)分离结束后,滤纸条上的颜色自上而下依次是黄绿色、蓝绿色、黄色和橙黄色。
(4)叶绿素和类胡萝卜素都主要吸收蓝紫光,除此之外,叶绿素还主要吸收红光。
(5)植物叶片多呈现绿色的原因是对绿光的吸收最多。
(6)研磨菠菜叶时加入石英砂是为了保护叶绿素。
[答案]
(1)√
(2)√
(3)×
提示:
分离结束后,滤纸条上的颜色自下而上依次是黄绿色、蓝绿色、黄色和橙色。
(4)√
(5)×
植物叶片多呈绿色的原因是叶绿素对绿光吸收最少,绿光被反射出来。
(6)×
研磨菠菜叶时加入石英砂是为了研磨的更充分。
2.请按时间先后顺序排列下列事件( )
①德国科学家萨克斯证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉
②美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法,证明了光合作用释放的氧气来自参加反应的水
③英国科学家普利斯特莱指出植物可以更新空气
④德国生物科学家恩吉尔曼用丝状绿藻做实验,证明光合作用会产生氧气,且产生氧气的多少和光合作用的效率成正比
A.①②③④ B.④③②①
C.③①④②D.①③②④
C [普利斯特莱于1771年指出植物可以吸收CO2,释放O2,更新空气;
萨克斯在1864年证明叶片光合作用产生了淀粉;
恩吉尔曼则是在1883年用丝状绿藻做实验,证明自己的观点;
最晚的是鲁宾和卡门在1940年采用同位素标记法,证明光合作用释放的O2来自水,因此C选项是正确的。
]
3.如图是新鲜绿叶中四种光合色素在滤纸上分离的情况,以下说法正确的是( )
【导学号:
95252125】
A.提取色素时加入碳酸钙是为了防止滤液挥发
B.水稻在收获时节,叶片中色素量(甲+乙)<(丙+丁)
C.四种色素都能溶解在层析液中,乙色素的溶解度最大
D.四种色素中,丙和丁主要吸收红光
B [甲、乙、丙、丁分别表示叶绿素b、叶绿素a、叶黄素和胡萝卜素。
水稻在收获时节,叶片呈黄色,所以叶片中色素含量变化是(甲+乙)<(丙+丁)。
[合作探究·
攻重难]
光合作用过程的研究
[思考交流]
1.萨克斯实验跟鲁宾和卡门的实验对照设计方法相同吗?
提示:
不相同。
萨克斯实验的对照方式为自身对照(一半曝光与另一半遮光);
而鲁宾和卡门实验的对照方式为相互对照(通过标记不同的物质:
HO和C18O2)。
2.借鉴普利斯特莱和萨克斯的实验方法,如何设计实验证明CO2是光合作用的必要条件?
将绿色植物放在玻璃罩内,一组中加入盛有NaOH溶液的烧杯,一组加入盛有等量蒸馏水的烧杯。
暗处理一段时间后,再置于相同光照条件下,经碘蒸气处理,观察是否有蓝色出现。
(1)普利斯特莱的实验
①实验过程及现象
密闭玻璃罩+绿色植物+小鼠→不易窒息死亡
②实验分析
a.缺少空白对照,实验结果说服力不强,应将小鼠单独置于玻璃罩内,作为空白对照。
b.没有认识到光在植物更新空气中的作用,而将空气的更新归因于植物的生长。
c.限于当时科学发展水平的限制,没有明确植物更新气体的成分。
(2)萨克斯的实验
黑暗中饥饿处理的绿叶
a.设置了自身对照,自变量为光照,因变量是叶片颜色变化。
b.实验的关键是饥饿处理,以使叶片中的营养物质消耗掉,增强了实验的说服力。
c.本实验除证明了光合作用的产物有淀粉外,还证明了光是光合作用的必要条件。
(3)鲁宾和卡门的实验
①实验过程及结论
HO+CO2→植物→18O2;
H2O+C18O2→植物→O2
光合作用释放的O2全部来自于水。
设置了对照实验,自变量是标记物质(HO和C18O2),因变量是O2的放射性。
德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处数小时(消耗掉叶片中的淀粉)后,再把叶片的一部分遮光,其余部分曝光。
一段时间后,该叶片经脱色、漂洗后再用碘液处理,结果发现遮光部分不变蓝,曝光部分变蓝。
下列有关本实验的分析及结论合理的是( )
①本实验未设对照组 ②有无光照是遮光和曝光区域表现不同结果的唯一原因 ③实验初始时遮光和曝光区域均达到无淀粉状态 ④实验证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉
A.①~④全部B.只有②③④
C.只有①②③D.只有②③
【技巧点拨】 明确萨克斯实验的过程和结论是解答本题的关键。
D [该实验中曝光部分与遮光部分形成了对照;
该实验能证明有淀粉的生成,但不能证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉。
(1)本实验的实验组是遮光组实验还是曝光组实验?
遮光组实验。
(2)本实验还能得到的结论是什么?
光合作用需要光照。
[活学活用]
1.现有四个实验装置,若要分别验证绿色植物产生O2需要光以及O2是由绿色植物释放的,则应选用的实验组合是( )
A.②③和①②B.①②和①③
C.②④和①③D.②③和③④
A [实验中一定要遵循对照原则和单一变量原则,要验证绿色植物产生O2需要光,单一变量应是光的有无,应选用的实验组合是②③;
要验证O2是由绿色植物释放的,单一变量是绿色植物的有无,应选用的实验组合是①②。
2.1880年美国生物学家C.Engelmann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带状的水绵体上,并在水绵的悬液中放入好氧细菌,观察细菌的聚集情况(如图),他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。
这个实验的思路是( )
95252126】
A.细菌对不同的光反应不一,细菌聚集多的地方,细菌光合作用强
B.好氧细菌聚集多的地方,O2浓度高,水绵光合作用强,则在该种光照射下植物光合作用强
C.好氧细菌聚集多的地方,水绵光合作用产生的有机物多,则在该种光照射下植物光合作用强
D.聚集的好氧细菌大量消耗光合作用的产物——O2,使水绵的光合作用速度加快,则该种光有利于光合作用
B [本题通过实验研究光合作用的光谱,考查实验分析能力。
好氧细菌的生活是需要氧气的,因此在好氧细菌聚集的地方应该是氧气多的地方,也就是水绵光合作用强的地方。
[题后反思] 光合作用探究历程中的重要结论
(1)植物可以更新空气(普利斯特莱)。
(2)证明了光和绿叶在更新空气中不可缺少(扬·
英根豪斯)。
(3)绿色植物在光下释放氧气,吸收二氧化碳。
(4)光合作用的产物有淀粉(萨克斯)。
(5)光合作用释放的氧气来自水(鲁宾和卡门)。
(6)CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳(卡尔文)。
光合色素与光能的捕获
在叶绿体内,类囊体膜上的色素可以分为两类:
一类具有吸收和传递光能的作用,包括绝大多数的叶绿素a,以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素;
另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a,这种叶绿素a能够捕获光能,并将受光能激发的电子传送给相邻的电子受体。
1.夏天时绿叶茂盛,而到了深秋却有“看万山红遍,层林尽染”的美景,你能解释不同季节中树叶颜色不同的原因吗?
夏天,叶片中叶绿素的含量较多,叶片呈绿色。
深秋时,叶绿素大部分被降解掉,而液泡中的花青素导致叶片变红。
2.选择提取色素的材料时,选择颜色浓绿的叶片而不选择颜色发黄的叶片,为什么?
颜色浓绿的叶片比颜色发黄的叶片含有更多的叶绿素。
(1)叶绿体中的色素与吸收光谱
(2)叶绿体中的色素对光的吸收特点
①叶绿体中的色素只吸收可见光,而对红外光和紫外光等不吸收。
②叶绿素对红光和蓝光的吸收量大,类胡萝卜素对蓝紫光吸收量大,对其他可见光并非不吸收,只是吸收量较小。
(3)叶绿体功能的验证实验——恩吉尔曼实验
②实验结论
a.叶绿体是进行光合作用的场所。
b.O2是由叶绿体释放的。
(4)实验设计“四妙”
①实验材料选得妙:
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多的部位。
②排除干扰的方法妙:
没有空气的黑暗环境,排除了氧气和光的干扰。
③观测指标设计的妙:
通过好氧细菌的分布进行检测,从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位。
④实验对照设计的妙:
进行黑暗(局部光照)和曝光对比实验,明确实验结果完全是光照引起的等。
特别提醒:
1并不是所有的真核植物细胞中都含有叶绿体,只有进行光合作用的组织或器官才含有叶绿体,如叶肉细胞。
2能进行光合作用的不一定含有叶绿体,如蓝藻。
1883年,美国生物学家恩吉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含带状叶绿体的丝状水绵体上,并在水绵的悬液中放入了细菌,观察细菌在水绵不同区段的聚集情况(如图),以确定该区段水绵光合作用的强度。
下列相关叙述中错误的是( )
A.该实验可证明水绵叶绿体色