苏教版必修1 光合作用 第1课时 光合色素与光能的捕获 学案Word文档格式.docx

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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用于合成糖类等有机物

探讨

：

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：

H

O和C18O2）。

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

①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。

②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。

③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

①设置了自身对照，自变量为光照，因变量是叶片颜色变化。

②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。

③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

O＋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（H

O和C18O2），因变量是O2的放射性。

1．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

【解析】　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。

【答案】　D

2．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

【解析】　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。

【答案】　A

光合色素与光能的捕获

1．恩吉尔曼的实验

（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．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

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？

【提示】　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。

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？

【提示】　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

①叶绿体是进行光合作用的场所。

②O2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。

（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。

1．恩吉尔曼将载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中，进行局部照光处理，照光的部位聚集大量的好氧细菌。

关于这个实验的叙述错误的是（　　）

A．水绵含有较多带状叶绿体

B．好氧细菌分布于水绵产生氧气较多的部位

C．根据好氧细菌的分布判断水绵光合作用的部位

D．好氧细菌也能进行光合作用

【解析】　好氧细菌只分布于被光照射的叶绿体周围，说明O2是由叶绿体释放的，而且O2的产生需要光，好氧细菌不能进行光合作用。

2．有甲、乙、丙、丁四盆长势均匀的植物置于阳光下如下图所示，甲添加品红色光照（红橙光和蓝紫光混合而成），乙添加绿色光照，丙与阳光之间隔品红色滤光片，丁与阳光之间隔绿色滤光片。

经过一段时间后，各盆植物长势由好到差的顺序是（　　）

A．甲→乙→丙→丁B．甲→丙→丁→乙

C．丙→甲→乙→丁D．乙→甲→丁→丙

【解析】　甲在阳光的基础上再添加品红色光照，光合作用最强；

乙添加绿色光照，但是要比加滤光片的丙和丁长势要好；

丙与阳光之间隔品红色滤光片要比丁与阳光之间隔绿色滤光片长势要好。

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

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，请分析他们可能出现的实验结果。

甲同学研磨不充分，部分色素被破坏，过滤收集的滤液颜色浅。

乙同学不能提取到色素。

用相同的绿叶，如果一次加的无水乙醇过多，可能会是什么结果？

滤液颜色浅，提取的滤液色素的浓度低。

实验操作时，为什么要将滤纸条的一端剪去两角？

画滤液细线的要求是细、直、齐，且要在干燥后重复画一两次，请分析这样做的原因是什么？

①剪去两角的目的是防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快。

②滤液细线要细、直、齐是使分离的色素不重叠，重复画线的目的是增加色素含量，使分离的色素带清晰，便于观察。

实验结束后，某同学的滤纸条上没有出现色素带，请探讨其实验失败的可能原因。

①忘记画滤液细线。

②层析时滤液细线触及层析液。

1．实验材料和试剂

（1）材料：

叶片要新鲜、颜色要深绿，这样的叶片含有的色素较多。

（2）试剂及作用：

试剂名称

作用

二氧化硅

有利于绿叶的充分研磨和色素的释放

碳酸钙

防止研磨中色素被破坏

无水乙醇

溶解色素

层析液

分离色素

2.实验操作中的关键步骤

（1）研磨要迅速、充分：

研磨充分使叶绿体完全破裂，可提取较多的色素。

（2）滤液细线要求：

细、直、齐，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．滤纸条上色素的分布和对光的吸收

4．绿叶中色素的提取和分离实验的异常现象分析

（1）收集到的滤液绿色过浅的原因分析：

①未加石英砂（二氧化硅），研磨不充分。

②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素（叶绿素）太少。

③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低。

④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。

（2）滤纸条色素带重叠：

滤液细线画的过粗。

（3）滤纸条看不见色素带：

②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。

1．分别在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个研钵中加2g剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到3种不同颜色的溶液（深绿色、黄绿色、几乎无色）。

处理

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

SiO2（少量）

＋

CaCO3（少量）

－

无水乙醇（10mL）

蒸馏水（10mL）

注：

“＋”表示加；

“－”表示不加。

则Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个研钵中的溶液颜色分别是（　　）

A．几乎无色、黄绿色、深绿色

B．深绿色、几乎无色、黄绿色

C．黄绿色、深绿色、几乎无色

D．黄绿色、几乎无色、深绿色

2．下图所示为“提取和分离叶绿体中的色素”实验的部分材料和用具。

请据图回答下列问题。

（1）图中步骤①加入研钵内的物质：

A________5mL，作用是________；

B________少许，作用是研磨得充分；

C________少许，作用是________________。

（2）图中步骤②将浆糊状的研磨液倒入漏斗中，漏斗底部放有一层________。

（3）图中步骤③剪去两角的作用是________________，画滤液细线的要求是________。

（4）图中步骤④中关键应注意________________；

加盖的目的是______________；

色素带最宽的是________，扩散速度最快的是________。

【解析】　

（1）研磨时需要加入3种物质：

5mL无水乙醇，作用是溶解色素；

二氧化硅可以使研磨更充分；

加入少许碳酸钙防止色素被破坏。

（2）过滤研磨液时，漏斗基部不能用滤纸，因为色素可吸附在滤纸上。

一般用一层尼龙布过滤。

（3）剪去两角的作用是防止两边色素扩散得过快。

画滤液细线的要求是细、齐、直。

（4）层析时的关键技术是不能让层析液没及滤液细线，否则，滤液细线会被层析液溶解，不能分离。

由于层析液有毒，而且可以挥发，所以要加盖。

色素带的宽度是由各种色素含量不同造成的，含量越多，色素带越宽，一般植物叶片中叶绿素a含量最多，所以叶绿素a色素带最宽。

扩散速度最快的是胡萝卜素，在色素带的最上层。

【答案】　

（1）无水乙醇　溶解色素　二氧化硅　碳酸钙　防止色素被破坏

（2）尼龙布

（3）防止两边色素扩散过快　细、齐、直

（4）层析液不能没及滤液细线　防止层析液挥发　叶绿素a　胡萝卜素

1．历经一个多世纪，经过许多科学家的实验，才逐渐发现光合作用的场所、条件、原料和产物，在下面几个著名实验中，相关叙述不正确的是（　　）

A．普里斯特莱的实验证明了植物可以更新空气

B．萨克斯的实验可证明光是光合作用的必要条件

C．恩吉尔曼的实验定量分析了水绵光合作用生成的氧气量

D．鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的氧气来自于H2O而不是CO2

【解析】　恩吉尔曼的实验能够证明氧气由叶绿体释放，但不能定量分析光合作用生成的氧气量。

【答案】　C

2．下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，不正确的是（　　）

A．可以用无水乙醇提取绿叶中的色素

B．绿叶中色素能够分离的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同

C．研钵中加入二氧化硅、碳酸钙和绿叶后直接用杵棒进行研磨，不用作任何处理

D．滤液细线要画得细而直，避免色素带间的部分重叠

【解析】　在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，研磨前要向研钵中加入二氧化硅、碳酸钙和无水乙醇，因此C项不正确。

3．下图为用分光光度计测定叶片中两类色素吸收不同波长光波的曲线图，请判定A和B分别为何种色素（　　）

A．叶绿素、类胡萝卜素　　　B．类胡萝卜素、叶绿素

C．叶黄素、叶绿素aD．叶绿素a、叶绿素b

【解析】　叶绿素能吸收短波的蓝紫光和长波的红光，类胡萝卜素主要吸收短波的蓝紫光。

4．关于叶绿素的叙述，错误的是（　　）

A．叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素

B．被叶绿素吸收的光可用于光合作用

C．叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同

D．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光

【解析】　叶绿素主要是叶绿素a和叶绿素b，叶绿素中都含有镁元素，故A正确。

叶绿素吸收的光能可用于光合作用，故B正确。

叶绿素a和叶绿素b在红光区吸收峰值不同，叶绿素a较高，故C正确。

植物呈现绿色是由于叶绿素不能吸收绿光，故D错误。

5．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上图表示（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】　色素提取的原理是色素能溶解于有机溶剂无水乙醇中，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的目的是为了防止对色素分子的破坏；

色素分离的结果如选项C中图所示，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相似。

课堂小结：

网络构建

核心回扣

1.用无水乙醇提取色素的原理是色素能溶解在无水乙醇中。

2.不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的扩散快，反之则慢。

3.层析后滤纸条上自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。

4.叶绿素主要吸收红光和蓝光。

胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。

5.光是叶绿素合成的必要条件，植物在黑暗中叶呈黄色。

6.低温抑制叶绿素的合成，破坏已有的叶绿素分子，从而使叶片变黄。

7.镁是构成叶绿素的主要成分，缺镁叶片变黄。