1819 时 光合色素与光能的捕获

1、第二节光合作用第1课时光合色素与光能的捕获学习目标知识概览(教师用书独具)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。(重点)3.掌握提取和分离叶绿体中的色素的方法。(难点)自 主 预 习·探 新 知一、解开光合作用之谜 时间人物实验方法结论17世纪中叶范·海尔蒙特用定量的方法植物生长所需养料主要来自水，而不是土壤1771普利斯特莱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O21779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O2864萨克斯采用碘液检测淀粉的方法叶片在

2、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)生物材料：丝状绿藻(水绵)和好氧细菌。实验现象：在红光区和蓝光区集中了大部分的好氧细菌。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

3、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选取新鲜叶片：色素含量高加入少许二氧化硅和碳酸钙：作用分别是研磨充分、保护色素加入

4、5 mL无水乙醇：溶解、提取色素分离色素剪去两角：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层析液不能触及滤液细线：防止色素溶于层析液中烧杯加盖：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

5、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)×提示：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)×提示：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()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英国科学家普利斯特莱指出植物可以更新空气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ABCDC普

6、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

7、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？提示：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)普利斯特莱的实验实验过

8、程及现象密闭玻璃罩绿色植物小鼠不易窒息死亡实验分析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)萨克斯的实验实验过程及现象黑暗中饥饿处理的绿叶实验分析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)鲁宾和卡门的实验实验过程及结论HOCO2植物18O2；H2OC18O2植物O2光

9、合作用释放的O2全部来自于水。实验分析设置了对照实验，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()本实验未设对照组有无光照是遮光和曝光区域表现不同结果的唯一原因实验初始时遮光和曝光区域均达到无淀粉状态实验证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉A全部B只有C只有D只有【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

10、；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？提示：遮光组实验。(2)本实验还能得到的结论是什么？提示：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和B和C和D和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；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。21880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

11、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() 【导学号：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

12、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

13、光能激发的电子传送给相邻的电子受体。思考交流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？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。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？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。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

14、。(3)叶绿体功能的验证实验恩吉尔曼实验实验过程及现象实验结论a叶绿体是进行光合作用的场所。bO2是由叶绿体释放的。(4)实验设计“四妙”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。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。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。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。(

15、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素对不同波长的光吸收量不同B细菌聚集较多的区段，水绵的光合作用较弱，导致细菌能够吸收更多光能C若将装置置于黑暗中，则细菌会在悬浮液中基本均匀分布D实验中应选用进行有氧呼吸的细菌来检验水绵不同区段光合作用的强弱【技巧点拨】明确恩吉尔曼实验过程和实验现象是解答本题的关键。B本题考查对恩

16、吉尔曼实验的分析。通过观察好氧性细菌的分布可以判定光合作用的强度。从实验中可见好氧性细菌在不同波长的光中分布不同，及水绵对不同波长的光吸收量不同；细菌聚集较多的区段，说明水绵光合作用强，产生的氧气多；若将装置置于黑暗中，水绵无法进行光合作用，没有氧气的释放，则细菌在悬浮液中基本均匀分布。活学活用1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() 【导学号：95252127】A甲乙丙丁B甲丙丁乙C丙甲乙丁D乙甲丁丙A甲在阳光的

17、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。2将在黑暗中放置一段时间的叶片均分4块，置于不同的试管中，按下表进行实验，着色最浅叶片所在的试管是()试管编号实验处理CO2溶液光照白光蓝光红光绿光碘液注：“”表示具有该条件。ABCDD叶绿体中的色素几乎不吸收绿光，即绿光下光合作用最弱。所以着色最浅叶片所在的试管是号管。提取和分离叶绿体中的色素思考交流1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。提示：甲同学研磨不充分，部分色素被破坏，过滤

18、收集的滤液颜色浅。乙同学不能提取到色素。2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？提示：滤液颜色浅，提取的滤液色素的浓度低。3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？提示：(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。4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。提示：(1)忘记画滤液细线。(2)层析时滤液细线触及层析液。(1)实验材料和试剂材料：

19、叶片要新鲜、颜色要深绿，这样的叶片含有的色素较多。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。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。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收集到的滤液绿色过浅的原因分析：a未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。b使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少

20、。c一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低。d未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。滤纸条色素带重叠：滤液细线画的过粗。滤纸条看不见色素带：a忘记画滤液细线。b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。分别在、三个研钵中加2 g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SiO2(少量)CaCO3(少量)无水乙醇(10 mL)蒸馏水(10 mL)注：“”表示加；“”表示不加。则、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【技

21、巧点拨】SiO2使菠菜叶研磨的更充分， CaCO3防止色素被破坏，色素溶解于无水乙醇而不溶于水。D由SiO2、CaCO3和无水乙醇的作用分析判断研钵中由于没添加CaCO3而呈现黄绿色；研钵中由于没添加无水乙醇而几乎无色；研钵中由于添加了SiO2、CaCO3和无水乙醇而呈现深绿色。若另加一研钵进行实验，研钵中与比较不加CaCO3，则呈现什么颜色？提示：黄绿色。活学活用1某同学在做提取叶绿体中色素的实验时，收集到的色素提取液为淡绿色。分析产生该结果的可能原因是()研磨不充分，色素未能充分提取出来无水乙醇加入量太多，稀释了色素提取液无水乙醇加的太少，色素未提取出来未加CaCO3粉末，叶绿素分子已被破

22、坏ABCDA中如果无水乙醇加的太少，只要研磨充分，提取液依然是浓绿色，只不过是浓绿色提取液的量少而已。但是研磨不充分、色素被破坏都能使提取出的色素分子减少，是加入的溶剂量太多；三者均会导致提取液颜色变淡。2纸层析法可分离光合色素，以下分离装置示意图中正确的是() 【导学号：95252128】C由于色素分子能溶解于有机溶剂，所以层析时滤液细线不能在层析液中。同时由于有机溶剂易挥发且往往有毒，所以在层析时最好加盖。当 堂 达 标·固 双 基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

23、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CO2C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。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C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叶绿体中色素的纸层析结果显示，叶绿素b位于层析滤纸的最下端，原因是() 【导学号：95252129】A相对分子质量最小B相对分子质量最大C在层析液中的溶解度最低D在层析液中的溶解度最高C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，故色素在滤纸上分散开，形成色素带。4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bA叶绿素能吸收短波的蓝紫光和长波的红光