学年高中生物 421 光合色素与光能的捕获同步导学案 苏教版必修1.docx

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学年高中生物421光合色素与光能的捕获同步导学案苏教版必修1

2014--2015学年生物（苏教版）必修一同步导学案

4.2.1光合色素与光能的捕获

一、目标导航

1.学习目标：

（1）说出对光合作用的认识过程。

（2）举例说出主要的光合色素。

2.学习重点：

（1）光合作用的发现和研究历史；

（2）绿叶中色素的种类和作用。

3.学习难点：

提取和分离叶绿体中的光合色素。

二、知识网络

三、导学过程

“导”——自主预习

1.德国科学家萨克斯把绿叶先在暗处放置几小时，目的是，这证明

了光合作用的产物有，光合作用的场所是。

2.美国科学家鲁宾和卡门釆用法证明光合作用释放出来的氧全部来自于。

3．叶绿体中色素的颜色、吸收峰和作用

色素

颜色

吸收峰

作用

叶绿素a

叶绿素b

胡萝卜素

叶黄素

4.利用绿叶的色素能够溶解在中，可以利用提取绿叶中的色素；利用几种色素在层析液中不同，经滤纸上的的不同，可以将色素分离。

“学”—互动探究

探究一：

光合作用的发现和研究历史

【回眸历史】解开光合作用之谜

发现者

实验（依据）

结论

蒙特

利尔

柳树实验

他认为植物生长所需的养料主要来自水，而不是土壤

普利斯特莱

小鼠与绿色植物放在同一玻璃罩内，小鼠没有窒息死亡

植物可以更新空气

英根

豪斯

带叶枝条放在水中，500多次植物更新空气实验

植物只有绿叶在阳光照射下，才能更新空气

萨克斯

植物叶片在光合作用中合成淀粉

鲁宾

和卡门

光合作用释放的O2来自于水

卡尔文

用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，发现14CO2→14C3→（14CH2O）

CO2中的碳在光合作用中转换成有机物的途径

1.对于上述实验，你有没有什么质疑，认为说服力不强的？

提示：

普利斯特莱的实验缺乏空白对照，实验结果的说服力不强。

2.萨克斯的实验中，黑暗处理12h的目的是什么？

叶子是绿色的，如何避免颜色干扰实验结果？

提示：

黑暗处理12h即为饥饿处理，目的是消化叶片原有的有机物（淀粉）。

碘蒸气检测之前需要对叶片用酒精溶解色素进行脱色处理，从而避免干扰实验结果（蓝色）的观察。

【经典回眸】下表是生物科学史上一些经典实验的叙述，表中“方法与结果”和“结论或观点”能匹配的是（）

选项

方法与结果

结论或观点

A

观察到植物通过细胞分裂产生新细胞；观察到动物受精卵分裂产生新细胞

所有的细胞都来源于先前存在的细胞

B

单侧光照射下，金丝雀虉草胚芽鞘向光弯曲生长，去尖端的胚芽鞘不生长也不弯曲

生长素具有极性运输的特点

C

将载有水绵和好氧细菌的装片置于黑暗且缺氧的环境中，用极细光束照射后，细菌集中于有光照的部位

光合作用产生的氧气来自于水

D

将活的R型肺炎双球菌与加热杀死的S型肺炎双球菌混合后注入小鼠体内，小鼠体内出现活的S型菌

DNA是主要的遗传物质

【解析】A项符合细胞学说的基本观点。

B项中只能说明胚芽鞘的向光性与尖端有关。

C项说明光合作用的场所是叶绿体。

D项说明S型菌中存在着转化因子。

【答案】A

【变式训练】普里斯特利把一只小白鼠和一盆植物一同放到一个玻璃罩内，结果小白鼠和植物都能存活很长时间，但后来有人重复这个实验，有的成功，有的却不能成功，以下关于这一现象的说法，

不正确的是（）

A、该实验并不科学，没有可重复性

B、该实验的成败与否，要看是否将装置置于阳光下

C、该实验说明光合作用释放的氧与小白鼠需要的氧达到了平衡

D、该实验说明光合作用需要的CO2与小白鼠呼出的CO2达到了平衡

探究二：

光合色素与光能的获取

1.为什么植物的叶片呈现绿色？

提示：

阳光中的可见光为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。

光照到物体表面后，该物体又将这种颜色的光反射出来，就是我们所见到的颜色。

对植物而言，除了部分橙光、黄光和大部分绿光被反射外，其他的基本上都被叶色素分子吸收，所以植物的叶片呈现绿色。

【边做边学】提取和分离叶绿体中的光合色素

①实验原理

（1）提取：

叶绿体中的色素溶于有机溶剂而不溶于水，可用无水乙醇等有机溶剂提取色素。

（2）分离：

各种色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，从而使各种色素相互分离。

②实验程序

—

2.此实验中所加的各种试剂的作用分别是什么？

提示：

SiO2的作用是帮助研磨，使更研磨更加充分。

CaCO3的作用是保护色素，中和细胞中的酸，防止镁从叶绿素分子中移出。

无水乙醇的作用是溶解色素。

层析液的作用是分离色素。

3.叶绿体中的色素有哪几种呢？

提示：

【积极思维】恩吉尔曼的实验巧妙在哪里？

恩格尔曼实验一：

恩格尔曼实验二：

4.可以得出什么结论呢？

提示：

①叶绿体是进行光合作用的场所；

②叶绿体光合作用释放氧气。

③叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光。

5.该实验的巧妙之处有哪些？

提示：

①选择水绵作实验材料，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌确定氧气释放的部位，便于观察。

②没有空气的黑暗环境：

排除了空气中的氧气和光的干扰。

6.几种色素有什么差别？

提示：

色素

呈现

吸收峰

作用

叶绿素a

蓝绿色

蓝（窄）、红（宽）

收集、转换光能

叶绿素b

黄绿色

蓝（宽）、红（窄）

收集光能

胡萝卜素

橙黄色

蓝紫色

收集光能、保护叶绿素免遭强光伤害

叶黄素

黄色

蓝紫色

【经典回眸】右图表示叶绿体色素提取分离实验中纸层析的结果，据图判断用作实验材料的叶片颜色为（　　）　　　　　　　　　　　　　　　　　

A．红色B．黄色C．绿色D．紫色

【解析】本题主要考查叶绿体色素提取和分离实验及滤纸条上各色素带的位置、粗细（含量）、颜色等方面的相关知识。

在叶绿体色素提取和分离实验中，滤纸条上的四条色素带距点样处的距离由近及远分别是：

叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，由图可知，叶绿素含量比类胡萝卜素含量少，用作实验材料的叶片应呈黄色。

B选项正确。

【答案】B

【变式训练】（2012·海南）关于叶绿体色素的叙述，错误的是（　　）

A．叶绿素a和b主要吸收红光和蓝紫光

B．绿叶中叶绿素和类胡萝卜素含量不同

C．利用纸层析法可分离4种叶绿体色素

D．乙醇提取的叶绿体色素不能吸收光能

【变式训练参考答案】

AD

四、达标检测

1．1864年，德国科学家萨克斯将绿色叶片放在黑暗处几小时，然后把该叶片一半遮光，一半曝光。

一段时间后，用碘蒸汽处理叶片，成功地证明绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。

用现代的观点分析这个实验，在设计上具有很强的逻辑上的严密性，具体表现在（）

A．没有对照实验B．本实验不需要设对照实验

C．曝光处作为对照实验D．遮光处作为对照实验

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：

光合作用释放的氧全部来自参加反应的水

③英国科学家普利斯特指出植物可以更新空气

④德国科学家恩吉尔曼用水绵做光合作用实验证明：

氧是由叶绿素释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所

A.①②③④B.④③②①C.③①④②D.①③②④

3．光合作用释放的氧和生成的有机物中的氧分别来自（）

A．C02、H20B．H2O、C02C．H20、H20

D．

CO2、C02

4．绿色植物的叶片呈绿色的原因是（）

A.叶绿素不吸收绿光以外的其它光

B.叶绿素大量吸收阳光中的绿光

C.叶绿体中含的叶绿素通常为类胡萝卜素的四倍

D.叶绿体中含的色素通常为类胡萝卜素的四倍

5.叶绿体色素在层析液中溶解度最高的是（）

A．叶绿素aB．叶绿素bC．叶黄素D．胡萝卜素

6.中国的饮食讲究“色香味”，颜色会影响消费。

小李同学拟研发“绿色”食用色素，他以生长很快的入侵植物水葫芦为材料进行如下实验。

Ⅰ.提取叶绿素

―→

―→

―→

Ⅱ.探究pH对叶绿素稳定性的影响

取一些叶绿素粗产品，配成一定浓度的溶液，于室温（约25℃）下进行实验，方法和结果如下表。

实验组号

叶绿素溶液/mL

调pH至

处理时间/min

溶液颜色

①

3.0

Y

10

绿色

②

3.0

7.0

10

绿色

③

3.0

6.0

10

黄绿色

④

3.0

5.0

10

黄褐色

注：

叶绿素被破坏后变成黄褐色。

根据所学知识和实验结果，请回答问题。

（1）提取食用叶绿素的X应该为________，原因是_________________________________

__________________________________________________________________________。

（2）表中Y应该为________，原因是____________________________________________。

（3）若用作食品色素，天然叶绿素色素不适用于________食品，否则__________________

______________________________________________。

（4）小李想了解叶绿素粗产品中是否含有其他色素，请你提供检测方法并写出主要步骤。

________________________________________________________________________。

参考答案：

1-5DCBCD

6.

（1）对人无害的有机溶剂（食用酒精）　叶绿素溶于有机溶剂和应考虑溶剂对人体的影响

（2）8.0　实验中自变量的变化应有规律和应考虑碱性pH对叶绿素稳定性的影响

（3）酸性　由于叶绿素被破坏造成食品失绿而影响品质

（4）纸层析法。

其主要步骤：

①制备滤纸条，②画色素液细线，③用层析液分离色素，④观察色素带

五、依据考点，归纳总结

【例1】下图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况，以下说法正确的是（　　）

A.水稻在收获时节，叶片中色素含量是（甲＋乙）<（丙＋丁）

B.提取色素时加入碳酸钙是为了防止滤液挥发

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

解析：

依柱状图中扩散距离可推知，甲为叶绿素b，乙为叶绿素a，丙为叶黄素，丁为胡萝卜素。

在水稻收获时节，叶片变黄，类胡萝卜素的含量大于叶绿素的含量；在提取色素时，加入碳酸钙的目的是为了防止研磨过程中，叶绿素遭到破坏；丁色素在层析液中的溶解度最大，故扩散的距离最远，乙色素的含量最多；叶绿素（甲＋乙）主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素（丙＋丁）主要吸收蓝紫光。

答案　A

六、布置作业

选择题

1．在叶绿体色素的提取和分离实验中，收集到的滤液绿色过浅，其原因可能是（　　）

①未加石英砂，研磨不充分　②一次加入大量的无水乙醇提取　③分次加入少量无水乙醇提取　④使用放置数天的菠菜叶

A．①②③B．②③④C．①③④D．①②④

2．关于叶绿体色素的叙述，错误的是（　　）

A．叶绿素a和b主要吸收红光和蓝紫光

B．绿叶中叶绿素和类胡萝卜素含量不同

C．利用纸层析法可分离4种叶绿体色素

D．乙醇提取的叶绿体色素不能吸收光能

3.某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。

将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析（从上至下），与正常叶片相比，实验结果是（　　）

A．光吸收差异显著，色素带缺第2条

B．光吸收差异不显著，色素带缺第2条

C．光吸收差异显著，色素带缺第3条

D．光吸收差异不显著，色素带缺第3条

4．（2014·安徽黄山七校联考）某同学在做叶绿体色素的提取和分离的实验中，观察到的色素带颜色较浅，其可能原因是（　　）

①无水乙醇加入量太多　②未加CaCO3　③未加SiO2　

④使用放置了两天的菠菜叶　⑤只画了一次滤液细线　　　　　　　　　　　　　　　　　

A．2种B．3种C．4种D．5种

5．（2014·河南三市调研）美国生物学家G.Engelmann曾设计了一个实验，研究光合作用的吸收光谱。

他将透过三棱镜的光投射到丝状的水绵体上，并在水绵的悬液中放入好氧型细菌，观察细菌的聚集情况（如图所示），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（　　）

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．好氧型细菌聚集多的地方，O2浓度高，则在该种光照射下水绵光合作用强

C．好氧型细菌聚集多的地方，水绵光合作用产生的有机物多，则在该种光照射下水绵光合作用强

D．聚集的好氧型细菌大量消耗光合作用产物——O2，使水绵的光合速率加快，说明该种光有利于水绵光合作用的进行

6．在进行叶绿素提取和分离的实验时，不能让层析液没及滤液细线的原因是（）

A.滤纸上几种色素会扩散不均匀而影响结果

B.滤纸条上滤液细线会变粗而使色素太分散

C.色素会溶解在层析液中而使结果不明显

D.滤纸条上的几种色素会混合起来

非选择题：

7.科研人员获得一种叶绿素b完全缺失的水稻突变体，该突变体对强光照环境的适应能力更强。

请回答下列有关问题。

（1）提取水稻突变体的光合色素，应在研磨叶片时加入________，以防止色素被破坏。

用纸层析法分离该突变体叶片的光合色素，缺失的色素带应位于滤纸条的________。

（2）该突变体和野生型水稻的O2释放速率与光照强度的关系如上图所示。

当光照强度为n时，与野生型相比，突变体单位面积叶片中叶绿体的氧气产生速率________。

当光照强度为m时，测得突变体叶片气孔开放程度比野生型更大，据此推测，突变体固定CO2形成________的速率更快，对光反应产生的________消耗也更快，进而提高了光合放氧速率。

（3）如果水稻出现叶绿素a完全缺失的突变，将无法进行光合作用，其原因是_________

_________________________________________________。

选择题

1.D【解析】考查叶绿素的提取和分离实验，色素溶于有机溶剂中，在加入无水乙醇时，应该分次加入，以便充分溶解色素。

二氧化硅少，研磨不充分，色素少。

放置过久，色素分解等都可导致色带过浅。

2.D【解析】本题主要考查叶绿体色素的种类、含量、吸收光的种类等方面的知识。

叶绿素a、叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光。

绿叶中叶绿素约占3/4，类胡萝卜素约占1/4。

利用层析液可分离叶绿体色素，提取的叶绿体色素仍可吸收光能，但叶绿体结构被破坏，导致不能进行完整的光合作用。

3.B【解析】叶绿体中的叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，所以当水稻叶黄素缺失突变体进行红光照射时，光吸收差异不显著；对正常叶片叶绿体中的色素提取后，层析的结果自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b，故B正确。

4.D【解析】无水乙醇加入量过多，造成乙醇中的叶绿素含量浓度小，导致色素带颜色浅；不加CaCO3，研磨时会使色素遭到破坏，提取到的色素少，导致色素带颜色浅；未加SiO2导致研磨得不充分，使色素带浅；菠菜叶失绿，导致色素带颜色浅；画滤液细线次数少，导致色素带浅。

5.B【解析】根据好氧型细菌的代谢特点可知，该实验的设计思路是好氧型细菌聚集多的地方，O2浓度高，O2浓度高的原因是该种光照射下的水绵光合作用强，释放的O2多。

6.C【解析】滤纸上几种色素会扩散不均匀而影响结果，所以滤纸条需要剪掉两角，A错误；滤纸条上滤液细线会变粗而使色素太分散这是滤液细线上划的色素分子比较多，B错误；色素会溶解在层析液中而使结果不明显，所以层析液不能触及滤液细线，C正确；滤纸条上的几种色素会混合起来，说明层析液效果不好，几种色素在其中溶解度差别不大，D错误。

非选择题：

7.【答案】

（1）CaCO3　最下端　

（2）较大　C3　[H]、ATP　

（3）缺失叶绿素a不能完成光能转换

【解析】本题主要考查叶绿体色素的提取、分离、色素作用等有关知识。

（1）叶绿体色素的提取和分离实验中，研磨叶片时加入碳酸钙可防止色素被破坏。

纸层析法分离色素得到的色素带自上而下为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。

故突变体缺失的色素带位于滤纸条最下端。

（2）叶绿体产氧速率＝净产氧速率＋呼吸速率。

光强为n时，突变体与野生型水稻净产氧速率相等，但突变体呼吸速率较大，故突变体叶片中叶绿体产氧速率较大。

光强为m时，突变体叶片气孔开放程度更大，吸收、固定CO2速率更高，故C3产生速率及其被还原过程中的[H]、ATP的消耗速率也较大。

（3）因只有少数特殊状态下的叶绿素a可完成光能转换，故叶绿素a缺失突变体将无法进行光合作用。

七、课后反思

同学们，通过这节课学习，你有哪些收获和体会，存在哪些疑问，请把它填在下面的表格中，以便及时总结、弥补知识缺漏。

收获

内容

疑点

内容