高中生物苏教版必修一教学案第四章 第二节 第1课时 光合色素与光能的捕获含答案.docx
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高中生物苏教版必修一教学案第四章第二节第1课时光合色素与光能的捕获含答案
学习目标：
1.说出人类对光合作用的认识过程及科学家探索光合作用的实验方法
2．举例说出主要的光合色素
3．体验叶绿体中色素的分离和提取
2019-2020年高中生物苏教版必修一教学案：
第四章第二节第1课时光合色素与光能的捕获（含答案）
一、光合作用的探究历程[连线]
二、“提取和分离叶绿体中的光合色素”实验
1．研磨
（1）加入的试剂：
石英砂、碳酸钙、丙酮。
（2）速度要求：
迅速。
2．过滤后的要求：
用棉塞塞紧试管口。
3．制备滤纸条要求
（1）长宽：
长6_cm、宽1_cm。
（2）某一端的处理：
剪去一端两角；在距离该端大约1_cm处用铅笔画一条细线。
4．画滤液细线的要求：
细、直。
5．分离色素时，对层析液液面高度的要求：
层析液不要触及滤液细线。
三、叶绿体中色素的种类及作用
色素种类
分子式
颜色
作用
叶绿素
叶绿
素a
C55H72O5N4Mg
蓝绿色
主要吸收
红光、蓝光
叶绿
素b
C55H70O6N4Mg
黄绿色
类胡萝卜素
胡萝
卜素
C40H56
橙黄色
主要吸收
蓝紫光
叶黄
素
C40H56O2
黄色
四、植物叶片多呈绿色的原因
1．正常叶片呈绿色是因为叶绿素含量远多于类胡萝卜素的含量，绿色掩盖了黄色。
2．色素分子吸收绿光能力弱，大部分绿光被反射出来。
[牛刀小试]
1．判断下列说法是否正确
（1）加入碳酸钙防止滤液挥发。
（×）
（2）用NaCl溶液提取叶片中的色素。
（×）
（3）用无水酒精或丙酮分离滤液中的色素。
（×）
（4）加入二氧化硅（石英砂）有利于充分研磨。
（√）
（5）未见色素带，说明材料可能为黄化叶片。
（×）
（6）色素始终在滤纸上，是因为色素不溶于层析液。
（×）
（7）植物叶片中的色素主要吸收蓝紫光、红光和绿光。
（×）
（8）叶绿素绝对不吸收绿光。
（×）
（9）叶绿素的形成需要Mg2＋和光照。
（√）
（10）叶绿素的含量是类胡萝卜素的4倍左右。
（×）
2．某同学得到叶绿体色素溶液后，取一圆形滤纸，在滤纸中央滴一滴色素提取液，再不断滴加层析液，色素随层析液扩散得到如图结果，则1、2、3、4四条色素带依次表示（ ）
A．胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b
B．叶黄素、胡萝卜素、叶绿素a、叶绿素b
C．叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素
D．叶绿素b、叶绿素a、胡萝卜素、叶黄素
解析：
选A 图中所示的原理与教材中层析纸条的原理是相同的。
把色素提取液点在中心，再在中央不断滴加层析液时，色素就以此为圆心随层析液向四周扩散，所以仍然是溶解度大的胡萝卜素扩散最快，是最大的一个圈。
而溶解度最小的叶绿素b扩散最慢，是最小的一个圈。
3．思考探究
（1）试从实验材料选择、对照设置等方面分析恩格尔曼的实验方法有什么巧妙之处？
提示：
①实验材料方面：
选用丝状绿藻作为实验材料，丝状绿藻不仅具有细而长的带状叶绿体，而且叶绿体呈螺旋状分布在细胞中，便于观察和分析研究。
②实验环境方面：
将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了环境中光线和氧气的影响，从而确保实验能够正常地进行。
③光源选择方面：
选用极细的光束照射，并且用好氧细菌进行检测，从而能够准确地判断出丝状绿藻细胞中释放氧气的部位。
④对比实验设计方面：
进行黑暗（局部光照）和曝光的对照实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。
（2）叶绿体与其功能相适应的结构特点有哪些？
提示：
叶绿体中基粒的类囊体薄膜上分布有吸收光能的色素和光合作用相关的酶；在叶绿体的基质中含有与光合作用有关的酶；组成基粒的类囊体薄膜，大大增加了膜面积。
（3）如图是某同学实验所得到的层析结果，据图分析并填写图中自上而下色素的名称、颜色。
提示：
①胡萝卜素 橙黄色 ②叶黄素 黄色
③叶绿素a 蓝绿色 ④叶绿素b 黄绿色
[实验探究]
提取和分离叶绿体中的色素
1．实验原理
（1）提取色素：
绿叶中的色素能溶于丙酮中，可用丙酮提取色素。
（2）分离色素：
纸层析法——绿叶中的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），色素就随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。
2．实验流程及结果
[考向聚焦]
[例1] 如图为水稻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．在分离色素时，加入碳酸钙的目的是防止滤液挥发
B．在收获季节，水稻叶片中色素含量是（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
[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；在水稻的收获季节，叶绿素（甲＋乙）的含量小于类胡萝卜素（丙＋丁）的含量；丁色素在层析液中的溶解度最大，故扩散得最远。
叶绿素（甲＋乙）主要吸收红光和蓝光，类胡萝卜素（丙＋丁）主要吸收蓝紫光。
[答案] B
[例2] 实验测得小麦在不同波长的光照下光合作用速率的变化和小麦植株中叶绿素a对不同波长光线的相对吸收量，根据实验数据制成如图所示的曲线。
请据图回答下列问题。
（1）从图中可看出，叶绿素a主要吸收__________光和________光。
（2）在波长为450nm的光照下的产糖速率比在波长为700nm光照下的________；在波长为425nm光照下的O2释放速率比在波长为650nm光照下的________________________________________________________________________。
（3）在波长为750nm到800nm光照下的光合速率为零，其最可能的原因是________________________________________________________________________。
[解析] 注意分析纵横坐标的含义，其中纵坐标有两个含义，即两条曲线的含义不同。
学会从曲线中获取信息，然后加以分析，用于解决问题。
[答案]
（1）蓝 红
（2）高 低 （3）叶绿体中没有能吸收该波长的色素
色素与吸收光谱
图示仅表明叶绿素对红光和蓝光的吸收量较大，对黄绿光区的吸收量较小，并非不吸收；而类胡萝卜素的曲线也仅表示对蓝紫光的吸收量较大，对其他光吸收量较小。
填充：
①光照、适宜的温度等 ②水、CO2 ③O2、淀粉等有机物 ④叶绿素a、叶绿素b ⑤胡萝卜素、叶黄素
[关键语句]
1．绿色植物叶绿体中所含的光合色素主要包括叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色）、胡萝卜素（橙黄色）和叶黄素（黄色）。
2．不同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，反之则慢。
3．二氧化硅有助于研磨充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。
4．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。
5．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。
1．普里斯特莱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，有的却失败。
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
解析：
选A 该实验是否成功，取决于B、C、D三项的内容。
2．如图所示，某植物上的绿叶经阳光照射24h后，经脱色并用碘处理，结果有锡箔覆盖的位置不呈蓝色，而不被锡箔覆盖的部位呈蓝色，该实验证明（ ）
①光合作用需要CO2 ②光合作用需要光 ③光合作用需要叶绿素 ④光合作用放出氧气 ⑤光合作用制造淀粉
A．①② B．③⑤
C．②⑤D．①③
解析：
选C 通过图示说明，有光照射部位有淀粉生成，即进行了光合作用；无光照射部位无淀粉生成，即未发生光合作用，说明光合作用需要光，并且能产生淀粉（遇碘变蓝是淀粉的特性）。
3．20世纪30年代，美国科学家鲁宾和卡门利用氧的同位素18O分别标记水和二氧化碳，使它们分别成为HO和C18O2，然后进行如图所示的两组光合作用实验（容器中为一种低等绿色植物小球藻悬液）。
下列说法正确的是（ ）
A．两个装置，一个置于光下，一个置于暗处，放置相同时间
B．若两管在光下放置相同时间，甲管释放的氧气有放射性
C．将通入CO2改成溶解5%NaHCO3，会增加实验的可靠性
D．该实验的目的是要证明光合作用需要CO2
解析：
选C 对比甲、乙两组实验装置图，发现图中已呈现了变量，如果再将两装置一个置于光下，一个置于暗处相同时间，就不符合实验的单一变量原则；鲁宾和卡门的实验目的是研究光合作用释放氧气的来源。
4．（新课标全国卷Ⅱ）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：
选D 叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素，A项正确。
叶绿素a和叶绿素b吸收的光能可用于光合作用的光反应，B项正确。
在红光区叶绿素a的吸收峰值高于叶绿素b，C项正确。
植物呈现绿色是由于叶绿素吸收绿光最少，绿光被反射出来，D项错误。
5．（广东高考）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：
（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。
解析：
（1）色素不溶水，只溶于有机溶剂。
但是有机溶剂大多有毒，所以应选择对人体无害的有机溶剂。
（2）分析题中表格不难得出Y等于8.0，原因是pH是该实验的自变量，④到①pH逐渐增大且相邻两组的pH相差1，所以①组的pH应该为8.0。
（3）从表中信息可知，酸性条件下天然叶绿素色素容易被破坏造成食品失绿而影响品质。
（4）该叶绿素粗产品来自植物，检测其中是否含有其他色素可用纸层析法。
答案：
（1）对人体无害的有机溶剂（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对叶绿体稳定性的影响 （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画色素滤液细线，③用层析液分离色素，④观察色素带。
（时间：
30分钟；满分：
50分）
一、选择题（每小题2分，共20分）
1．（海南高考）某植物叶片不同部位的颜色不同，将该植物在黑暗中放置48h后，用锡箔纸遮蔽叶片两面，如图所示。
在日光下照光一段时间，去除锡箔纸，用碘染色法处理叶片，观察到叶片有的部位出现蓝色，有的没有出现蓝色。
其中，没有出现蓝色的部位是（ ）
A．a、b和d B．a、c和e
C．c、d和eD．b、c和e
解析：
选B 光合作用需要光照，部位c、e被锡箔纸遮盖所以不能进行光合作用，而a部位为黄白色，没有叶绿素，故也不能进行光合作用，所以a、c、e处加碘液不会变蓝。
2．（海南高考）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．液泡中色素吸收的光能用于光合作用
解析：
选C 红枫叶片呈红色，是因为叶绿素含量少，呈现出了花青素的颜色。
红枫叶片呈红色是吸收其他光而反射红光造成的。
只有叶绿体中的色素能吸收光能进行光合作用。
3．将新鲜菠菜绿叶中的色素用无水乙醇提取，经层析液分离，结果如图所示。
以下叙述正确的是（ ）
A．色素带1为叶绿素b
B．色素带4为橙黄色
C．色素带3、色素带4中的色素主要吸收红光和蓝光
D．色素带1中的色素在层析液中的溶解度最小
解析：
选C 色素带自上而下，依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。
叶绿素主要吸收红光和蓝光。
4．在“提取和分离叶绿体中的色素”实验中，不让层析液没及滤液细线的原因是（ ）
A．滤纸上几种色素扩散不均匀而影响实验结果
B．滤纸上的滤液细线会变粗而使色素太分散
C．色素会溶解在烧杯内的层析液中而使实验失败
D．滤纸上的几种色素会混合起来不分散
答案：
C
5．在“绿叶中色素的提取和分离”实验中得到的色素带颜色较浅，分析其原因可能是（ ）
①加入的提取液太多 ②用无水乙醇代替丙酮 ③研磨时没有加入碳酸钙 ④研磨时没有加入二氧化硅 ⑤取的叶片叶脉过多，叶肉细胞过少 ⑥画滤液细线的次数少 ⑦使用放置数天的菠菜叶
A．①③⑦ B．②④⑤
C．①③④⑤⑥⑦D．②③④⑤⑥
解析：
选C 在实验中，滤纸条上的色素带颜色较浅的原因可能是：
滤液中色素含量少；在滤纸条上画滤液细线时，重复的次数太少；加入的提取液太多，使滤液中色素浓度降低。
滤液中色素含量少的原因可能是：
没有加入二氧化硅，导致研磨不充分；研磨时没有加入碳酸钙，使部分色素被破坏；选取的叶片中叶肉细胞少，色素含量低；叶片不新鲜，里面的色素被破坏。
6．某同学从杨树叶片中提取并分离得到4种色素样品，经测定得到下列吸收光谱图，其中属于叶绿素b的是（纵坐标为吸收光能的百分比）（ ）
解析：
选A 叶绿素主要吸收红光和蓝光，因此叶绿素a和叶绿素b在蓝光和红光部分都有很高的吸收峰。
7．有甲、乙、丙、丁4盆长势均匀的植物置于阳光下，甲添加品红色光；乙添加绿色光；丙添加品红色滤光片A；丁添加绿色滤光片B（如图），经过一段时间，各盆中长势最好和长势最差的依次是（ ）
A．甲和乙 B．乙和丙
C．甲和丁D．丙和丁
解析：
选C 甲添加的是品红色光，这种光在叶绿素的吸收光谱范围内，比单独阳光下的植物光合作用有所增强；乙添加的是绿光，不在叶绿素的吸收光谱范围内，对植物的光合作用属于无效光，对光合作用基本没有影响；丙添加了品红色滤光片，这种滤光片只允许品红色光通过，其余的光很少或不能通过，特别是蓝紫光不能通过，因此光合作用相对减弱；丁添加的是绿色滤光片，这种滤光片只能让绿光通过，而绿光不在叶绿素的吸收光谱范围内，所以丁几乎不进行光合作用，长势最差。
8．阳光通过三棱镜后显示出七种颜色的连续光谱。
如果将一瓶叶绿素提取液放在光源和三棱镜之间，连续光谱中就会出现一些黑色条带，这些条带应位于（ ）
A．绿光区
B．红光区和绿光区
C．蓝紫光区和绿光区
D．红光区和蓝紫光区
解析：
选D 叶绿体中的色素包括叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素，叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，所以该光谱通过叶绿素提取液后，红光和蓝紫光被大量吸收，不能透射而形成黑色条带。
9．（上海高考）如图表示叶绿体色素提取和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：
选B 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为黄色。
10．下列关于叶绿体中色素的叙述，错误的是（ ）
A．矿质元素能影响叶绿素的合成
B．纸层析时选用层析液的原理是色素可溶于有机溶剂
C．低温条件下色素合成受阻
D．黄化苗中无叶绿素，但有其他色素存在
解析：
选B Mg是合成叶绿素的主要元素；提取叶绿素是利用叶绿体中的色素溶解于有机溶剂如酒精或丙酮（相似相溶），形成色素液；层析的原理是不同色素在层析液中的溶解度不同其在滤纸条上的扩散速度不同。
这是两个不同的过程；低温会降低酶的活性进而影响反应速度；黄化苗因缺光而不能产生叶绿素，所以变黄，但有其他色素存在。
二、非选择题（共30分）
11．（10分）下面是“提取和分离叶绿体中的色素”实验的部分材料和用具。
据图回答：
（1）图中步骤①加入研钵内的物质为：
A________5mL，作用是__________；B__________少许，作用是使研磨充分；C________少许，作用是____________。
（2）图中步骤②将研磨液倒入漏斗中，漏斗基部放有____________。
（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中加盖的目的是__________________；色素带最宽的是________。
解析：
（1）研磨时需要加入3种物质：
5mL丙酮，作用是溶解色素；石英砂可以增大摩擦力，使细胞和叶绿体破碎；细胞研磨破碎后，会溢出有机酸，为防止叶绿素中的镁被氢取代而破坏叶绿素，研磨时需要加入少许碳酸钙来中和有机酸。
（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。
一般用单层尼龙布过滤。
（3）滤纸剪去两角的作用是防止两边色素扩散过快。
画滤液细线的要求是细、齐、直。
（4）4种色素溶于层析液中，因其溶解度的差异，各种色素在滤纸条上的扩散速度不同，从而达到分离的目的。
由于层析液有毒，而且容易挥发，所以要加盖。
色素带的宽度是由各种色素含量不同造成的，色素的含量越多，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的色素带最宽。
答案：
（1）丙酮 溶解色素 石英砂 碳酸钙 防止色素被破坏
（2）单层尼龙布 （3）防止色素带扩散不整齐 细、齐、直 （4）防止层析液挥发 叶绿素a
12．（6分）分别在A、B、C三个研钵中加入2g剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，即：
深绿色、黄绿色（或褐色）、几乎无色。
处理
A
B
C
SiO2（少量）
＋
＋
＋
CaCO3（少量）
－
＋
＋
丙酮（5mL）
＋
－
＋
蒸馏水（5mL）
－
＋
－
注：
“＋”表示加；“－”表示不加。
试回答下列问题。
（1）A处理得到的溶液颜色是_______________，原因是________________________。
（2）B处理得到的溶液颜色是_______________，原因是_________________________。
（3）C处理得到的溶液颜色是_______________，原因是_________________________。
解析：
在色素提取的过程中，SiO2可使研磨充分，CaCO3可保护叶绿体中叶绿素免受破坏，丙酮用于溶解色素，色素不溶于蒸馏水。
研钵A中因未加CaCO3，部分叶绿素被破坏，因此提取液应呈黄绿色；研钵B中未加入丙酮，色素不能被溶解，因而溶液几乎无色；研钵C能得到正常的提取液，溶液呈深绿色。
答案：
（1）黄绿色（或褐色） 部分叶绿素受到破坏
（2）几乎无色 叶绿素不溶于水 （3）深绿色 大量叶绿素溶于丙酮中
13．（14分）光和叶绿体是光合作用的重要条件，淀粉是光合作用的主要生成物。
要验证光合作用需要光和叶绿体。
根据提供的实验材料和用具，补充完善实验步骤和实验结果，并分析回答有关问题：
（1）材料用具：
银边天竺葵（叶边缘呈白色，无叶绿体），黑纸片，打孔器，白纸板，吸管，适宜浓度的酒精，碘液，回形针。
（2）实验步骤：
①第一步：
____________________________________________________。
②第二步：
把黑纸片用回形针夹在绿色部位上，然后把植株放在阳光下照射4h～6h。
③第三步：
剪下此叶片，用打孔器分别在A__________________、B__________和C__________各取一个叶圆片。
④第四步：
把取下的叶圆片放入装有酒精溶液的试管中，热水浴加热、脱色，清水中漂洗。
⑤第五步：
______________________________________________________________。
（3）预期结果：
A____________；B____________；C____________。
（4）分析问题：
①要证明光合作用需要光，需比较______________和____________，其中起对照作用的是________________________________________________________________________。
②要证明光合作用需要叶绿体，需比较____________和____________，其中起对照作用的是________________________________________________________________________。
解析：
此实验要证明光合作用需要的条件是光和叶绿体，需做对照实验，给予实验条件处理的是实验组，没有实验条件处理的是对照组，由于实验现象是检测淀粉的生成，所以事先给植物进行黑暗处理，以消耗掉原来的淀粉。
答案：
（2）①将天竺葵放在黑暗处24h ③用黑纸片遮光的绿色部分 照光的绿色部位 照光的白色部位 ⑤将三个叶圆片放在白纸板上，用吸管吸取碘液，分别滴在三个叶圆片上，观察现象 （3）A.不变蓝 B．变蓝 C．不变蓝 （4）①A B B ②C B B
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