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