高中生物第4章光合作用和细胞呼吸第二节第1课时光合作用的认识过程与光合色素学案苏教版必修1.docx

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高中生物第4章光合作用和细胞呼吸第二节第1课时光合作用的认识过程与光合色素学案苏教版必修1

第1课时　光合作用的认识过程与光合色素

[学习目标]　1.说出光合作用的发现及研究历史。

2.说出叶绿体中的光合色素的种类和作用。

3.学会提取和分离叶绿体中的光合色素的方法。

一、解开光合作用之谜

时间

科学家

实验过程（方法）及现象

实验结论

17世纪中叶

比利时范·海尔蒙特

用定量的方法研究植物的营养来源

植物生长所需要的养料主要来自水，而不是土壤

1771年

英国普利斯特莱

小鼠＋绿色植物

小鼠不易窒息死亡

植物生长需要吸收CO2，同时释放出O2

1779年

荷兰扬·英根豪斯

把带叶的枝条放入水里，这些叶在阳光下产生O2，在黑暗处并不产生O2

植物需要阳光才能制造出O2

1864年

德国萨克斯

绿叶

曝光处变蓝，遮光处无颜色变化

确定叶片在光下能产生淀粉

1940年

美国鲁宾和卡门

运用同位素标记法：

向小球藻提供含18O的水和含18O的CO2，追踪O2中氧的来源和糖类中氢的来源

证明光合作用释放的O2来自水，糖类中的氢来自水

20世纪40年代

美国卡尔文

用14C标记的CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性

CO2被用于合成糖类等有机物

1.下图是萨克斯的实验，请分析：

（1）把绿叶先在暗处放置24小时的目的是什么？

答案　消耗掉叶片中原有的淀粉，防止干扰实验结果。

（2）该实验是如何形成对照的？

答案　树叶一半遮光，一半曝光，形成了对照。

（3）为什么要用酒精脱色后再用碘液处理？

答案　避免叶片颜色对实验结果的干扰。

（4）本实验的结论是什么？

答案　光合作用的产物中有淀粉。

2.萨克斯实验跟鲁宾和卡门的实验对照设计方法相同吗？

答案　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：

H218O和C18O2）。

3.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？

答案　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.下列实验中，科学家使用的方法不同于其他的是（　　）

A.科学家对分泌蛋白的合成和分泌过程的研究

B.萨克斯证明光合作用的产物除氧气外还有淀粉

C.鲁宾和卡门证明光合作用过程中释放的氧气来自水

D.卡尔文探明CO2中的碳在光合作用过程中的转化途径

答案　B

解析　科学家利用同位素标记法对分泌蛋白的合成和分泌进行了研究，发现3H标记的亮氨酸在细胞内出现的先后顺序；鲁宾和卡门用同位素标记法证明光合作用释放的氧气来自水；卡尔文利用同位素标记法探明CO2被用于合成糖类等有机物，上述三个实验都采用了同位素标记法。

萨克斯通过对绿叶的遮光与曝光处理，证明光合作用的产物除氧气外还有淀粉，该实验没有采用同位素标记法。

2.如图是20世纪40年代美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究光合作用的示意图。

他们用氧的同位素（18O）分别标记H2O和CO2，使它们分别成为H218O和C18O2，然后按示意图做实验。

据图回答下列问题：

（1）在小球藻进行光合作用过程中，向第一组提供的物质是____________和____________；向第二组提供的物质是____________和________________；向两组共同提供的是_________。

（2）图中a和b分别代表________和________，它们的相对分子质量比是________。

（3）这个实验说明了___________________________________________________________。

答案　

（1）H2O　C18O2　H218O　CO2　光能和小球藻

（2）O2　18O2　8∶9　（3）光合作用产生的氧气中的氧全部来自水

解析　

（1）通过图示可知，提供给第一组的物质是H2O和C18O2，提供给第二组的物质是H218O和CO2。

（2）向两组共同提供的是光能、小球藻。

虽然向每组提供的水和二氧化碳都含有氧，但通过同位素的不同标记，使光合作用释放出的氧却为a和b两种。

（3）两位科学家的实验结果是a为O2，而b为18O2。

a和b的相对分子质量比是32∶36＝8∶9。

二、提取和分离叶绿体中的光合色素

1.实验原理

无水乙醇能够溶解绿叶中的各种光合色素；色素在层析液中的溶解度不同，因而在滤纸条上的扩散速度有差异。

2.实验步骤

（1）提取色素：

称取5g新鲜的菠菜叶，剪碎后放入研钵中，加入少许二氧化硅、碳酸钙和5mL无水乙醇，迅速而充分地研磨。

将研磨液过滤到试管中，用棉塞塞紧试管口。

（2）制备滤纸条：

将略短于烧杯高度、宽1cm的干燥滤纸条剪去一端的两个角，在距该段大约1_cm处用铅笔画一条细线。

（3）画滤液细线：

用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线画一条细而直的滤液细线，吹干后重复画细线若干次。

（4）分离色素：

将画好滤液细线的滤纸条轻轻地插入盛有3mL层析液的烧杯中，用培养皿覆盖烧杯。

滤液细线不能触及层析液。

（5）观察结果：

几分钟后取出滤纸条，观察滤纸条上色素的分布情况。

下图是提取和分离绿叶中色素的实验步骤，请分析：

1.提取色素时，加入剪碎的叶片后还需要加入三种物质，若A是二氧化硅，B、C分别是什么？

A、B、C各起什么作用？

答案　A是二氧化硅，作用是使研磨更充分；B是碳酸钙，作用是防止研磨中色素被破坏；C是无水乙醇，作用是溶解色素。

2.某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，可能的原因有哪些？

答案　研磨不充分，色素未能充分提取出来；称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小；未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。

3.制备滤纸条时，剪去两角的作用是什么？

画滤液细线有什么要求？

答案　防止色素带不整齐。

画滤液细线的要求是细、齐、直，还要重复画几次。

4.色素分离时，关键应注意层析液不要没及滤液细线，为什么？

答案　否则滤液细线会被层析液溶解，不能分离。

5.下图是分离到的色素在滤纸条上的分布情况，那么：

（1）含量最多和最少的色素分别是叶绿素a和胡萝卜素。

（2）在层析液中溶解度最高和最低的色素分别是胡萝卜素和叶绿素b。

（3）分子结构最相似的两种色素是叶绿素a和叶绿素b。

归纳提升　从色素带的宽度可知，色素含量依次为：

叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素。

从色素带的位置可知，在层析液中的溶解度大小依次为：

胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b。

3.在做“提取和分离叶绿体中的光合色素”实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示（“＋”表示使用，“－”表示未使用），其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为（　　）

甲

乙

丙

丁

无水乙醇

－

＋

＋

＋

水

＋

－

－

－

CaCO3

＋

＋

－

＋

SiO2

＋

＋

＋

－

A.①②③④B.②④①③

C.④②③①D.③②①④

答案　B

解析　色素提取中，SiO2可使研磨充分，CaCO3可保护叶绿素免受破坏，无水乙醇用于溶解色素，色素不溶于蒸馏水。

因此，甲同学不能提取出色素；乙同学操作符合要求，提取的色素多；丙同学在提取色素时，因未加入CaCO3，叶绿素会部分被破坏而导致含量减少，色素带变窄，而类胡萝卜素受影响较小，色素带几乎无变化；丁同学因未加入SiO2而导致提取不充分，分离时各色素带都变窄。

4.如图表示某同学做“绿叶中色素的分离”实验的改进装置，请据图回答下列问题：

（1）该实验采用的方法是________法，应将提取到的滤液滴在a、b中的________处，向培养皿中倒入________，棉线灯芯下端应______________中。

（2）实验结果得到四个不同颜色的同心圆（如图），则1、2、3、4四条带依次表示____________、________、________、________。

若采用的实验材料是秋季的黄叶，四个圆中颜色明显变浅的是________。

答案　

（1）纸层析　a　层析液　浸入层析液　

（2）胡萝卜素　叶黄素　叶绿素a　叶绿素b　3和4

三、光合色素与光能的捕获

1.恩吉尔曼的实验

（1）实验材料：

水绵和好氧细菌。

（2）过程及现象

（3）结论：

叶绿体中的光合色素能有效地吸收和利用红光和蓝光。

2.色素对光的吸收

（1）叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝光和红光。

（2）胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。

下图是恩吉尔曼探究叶绿体功能的实验示意图，据图思考：

甲　　　　　　乙

1.该实验选择水绵和好氧细菌作为实验材料，有什么优点？

答案　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.甲组是在黑暗环境中用极细的光束点状投射叶绿体，好氧细菌的分布是怎样的？

说明什么？

答案　好氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中。

说明氧气是由叶绿体在光照条件下释放出来的。

3.乙组是完全暴露在光照下，好氧细菌分布于叶绿体所有的受光部位，这组实验的设计目的是什么？

答案　和甲组进行对照，明确实验结果完全是由光照引起的。

4.两组实验都要求在隔绝空气的条件下进行，为什么？

答案　排除空气中的氧气对实验结果的干扰。

关键点拨　

（1）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）没有空气的黑暗环境：

排除了氧气和光的干扰。

（3）用极细的光束点状投射：

叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。

（4）进行黑暗（局部光照）和曝光对照实验：

明确实验结果完全是由光照引起的。

5.红枫是一种木本观赏植物，在生长季节叶片呈红色，下列关于该植物的叙述，正确的是（　　）

A.红枫叶片不含叶绿素

B.红枫叶片呈红色是因为吸收了红光

C.红枫叶片能吸收光能进行光合作用

D.液泡中的色素吸收的光能可用于光合作用

答案　C

解析　红枫叶片能进行光合作用，一定含有叶绿素，故A错误；红枫叶片呈红色是因为其对红光吸收最少，反射最多，故B错误；红枫叶片能吸收光能进行光合作用，故C正确；液泡中没有与光合作用有关的酶，液泡中的色素吸收的光能不能进行光合作用，故D错误。

6.为探究叶绿体吸收光能后是否有氧气产生，某学者设计了以下实验：

制作载有水绵和好氧细菌的临时装片，用极细光束照射水绵，同时放在显微镜下观察。

下列关于该实验的分析，不正确的是（　　）

A.在光束照射到水绵之前，应该加三棱镜将混合光分解成连续光谱

B.临时装片应放置在没有空气的黑暗环境中

C.好氧细菌起指示作用

D.水绵的带状叶绿体有利于设置对照实验

答案　A

解析　本实验的目的是验证叶绿体在光照下能够产生氧气，而与光照的颜色种类没有关系，不需要用三棱镜将混合光分解成连续光谱；为了防止空气对实验结果的影响，应该将装片放置在没有空气的黑暗环境中；好氧细菌的分布密疏，表示了氧气产生的多少；水绵的带状叶绿体便于观察，有利于设置对照实验。

1.下列叙述，正确的打“√”，错误的打“×”。

（1）分离色素时，在层析液中溶解度越高的，则在滤纸条上的扩散速度越慢（　　）

（2）研磨绿叶时，要加入二氧化硅、碳酸钙和无水乙醇（　　）

（3）色素分离后，滤纸条上从上而下的四条色带分别是叶黄素、胡萝卜素、叶绿素a和叶绿素b（　　）

（4）叶绿素和类胡萝卜素都主要吸收蓝紫光和红光（　　）

（5）叶绿体是通过基粒中的类囊体膜扩大生物膜面积的（　　）

（6）叶绿体是光合作用的场所，蓝藻虽然没有叶绿体但也可以进行光合作用（　　）

（7）没有叶绿体的植