-新教材生物苏教版必修1学案第三章第二节第1课时解开光合作用之谜叶绿体与光能的捕获

温馨提示：此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。第二节光合作用——光能的捕获和转换第1课时解开光合作用之谜、叶绿体与光能的捕获一、解开光合作用之谜时间人物实验方法结论1627年海尔蒙特采用了定量研究的方法柳树生长所需养料主要来自水,而不是土壤1779年英格豪斯把带叶的枝条放入水里,发现绿叶只在阳光下产生气体,在黑暗处不产生气体后来,人们明白了空气的组成后,才确定绿叶在阳光下放出的气体是O21864年萨克斯采用碘蒸气处理叶片的方法叶片在光下能产生淀粉19世纪60年代-利用光学仪器光合作用中利用的光与叶绿素吸收光能有关1941年鲁宾和卡门运用同位素标记法光合作用释放的O2来自水1948年卡尔文用14C标记CO2,追踪光合作用中碳元素的行踪CO2被用于合成糖类等有机物二、叶绿体与光能的捕获1.恩格尔曼的实验:(1)实验材料:水绵和好氧细菌。水绵是一种藻类,常生活在淡水中,细胞中有一条或多条螺旋排列的带状叶绿体。(2)实验结论。叶绿体中含有能有效地吸收利用红光和蓝光的物质,这些物质吸收的光与绿叶在光下产生氧气有关。2.光合色素:种类颜色吸收光谱叶绿素叶绿素a蓝绿色主要吸收和利用蓝紫光和红光叶绿素b黄绿色类胡萝卜素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光合色素1.实验原理:实验原理提取色素无水乙醇能够溶解绿叶中的各种光合色素分离色素色素在层析液中的溶解度不同,因而在滤纸上的扩散速度也有差异2.实验用品及作用:内容作用材料叶片要新鲜、深绿使滤液中色素含量高试剂无水乙醇溶解绿叶中叶绿体色素层析液分离绿叶中叶绿体色素二氧化硅有助于充分研磨碳酸钙防止研磨中叶绿素被破坏3.实验步骤:观察实验结果:色素种类色素颜色①胡萝卜素类胡萝卜素橙黄色②叶黄素黄色③叶绿素a叶绿素蓝绿色④叶绿素b黄绿色4.叶绿体中色素分布及功能:(1)分布:类囊体膜上。(2)功能:叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。类胡萝卜素还有保护叶绿素免受强光伤害的作用。光合作用的探究历程1.海尔蒙特实验:(1)土壤中减少的物质主要是无机盐。(2)柳树干重的增加主要是有机物的增加,这些物质是柳树吸收空气中的二氧化碳合成的。2.萨克斯实验:(1)实验的关键是饥饿处理,使叶片中的营养物质消耗掉,增强了实验的说服力。(2)自身对照(同一实验对象的不同部位,进行不同的处理:一半曝光,另一半遮光)。3.鲁宾和卡门实验:相互对照(条件相同的两组材料,分别标记不同的物质:一组为QUOTEO,另一组为C18O2)。4.恩格尔曼实验:(1)水绵:叶绿体呈螺旋的带状,便于观察。(2)好氧细菌:可以确定放出氧气的部位和放出氧气的多少。(3)没有空气的黑暗环境:排除了氧气和光的干扰。特别提醒:①英格豪斯实验结果分析:带叶的枝条放在水中,如果长时间处于黑暗中,叶片进行呼吸作用,叶片上会出现二氧化碳形成的气泡。②卡尔文实验思路:给小球藻提供14CO2,一段时间后杀死小球藻,分析含有14C化合物的种类,发现随着时间的延长,含有14C化合物的种类越多。若发现只有一种化合物含有14C,则该化合物是14CO2在叶绿体内转化形成的第一种化合物。③恩格尔曼实验和希尔实验结论的不同:恩格尔曼是在水绵细胞内进行的实验,希尔用离体的叶绿体进行实验,希尔反应使光合作用研究从器官水平进入细胞器水平。(2021·枣庄高一检测)在光合作用的探究历程中,恩格尔曼利用水绵和好氧细菌进行的实验,设计巧妙。下列有关实验的叙述,错误的是()A.把临时装片放在空气充足的小室中,黑暗条件下用细光束照射水绵B.水绵的叶绿体呈螺旋式带状分布,便于观察实验结果C.该实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧D.用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,证明了光质对光合作用的影响【思维流程】关键点1:理解实验材料选取的优点。关键点2:明确恩格尔曼实验的处理方式。【解析】选A。该实验要用好氧细菌检测光合作用产生的氧气,因此不能把临时装片放在空气充足的小室中,A错误;选用水绵做材料是因为它的叶绿体呈螺旋式带状分布,便于观察实验结果,B正确;该实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧,C正确;恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,发现好氧细菌大多数聚集在红光和蓝光区域,证明了光质对光合作用的影响,D正确。【母题追问】恩格尔曼实验的巧妙之处在哪里?提示:(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)设计的观测指标妙:通过好氧细菌的分布进行观测,从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位。(4)设计的实验对照妙: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。还巧妙利用三棱镜,将可见光分成七种颜色连续光谱投射到水绵的带状叶绿体上,弄清了叶绿体中含有能有效地吸收利用红光和蓝光的物质。【补偿训练】如图所示,甲是绿色植物在有光照条件下进行光合作用,释放出O2的实验装置图;乙、丙、丁是另外三个实验装置图,则验证绿色植物是否在有光照条件下释放出O2的实验装置图和验证在有光照条件下是否由绿色植物释放出O2的实验装置图依次是()A.乙、丁B.乙、丙C.丙、乙D.丙、丁【解析】选B。根据题意和图示分析可以知道:(1)甲、乙构成一组对照实验,自变量是光照,得出的结论是:光照是绿色植物产生氧气的条件;(2)甲、丙构成一组对照实验,自变量是绿色植物,得出的结论是:氧气是绿色植物进行光合作用产生的。(3)丁没有植物,也没有光照,不能直接与甲进行对照。所以B选项是正确的。提取和分离叶绿体中的光合色素及色素吸收光谱分析1.实验结果分析:色素种类色素颜色色素含量溶解度扩散速度胡萝卜素橙黄色最少最高最快叶黄素黄色较少较高较快叶绿素a蓝绿色最多较低较慢叶绿素b黄绿色较多最低最慢2.实验效果不理想的原因分析:(1)收集到的滤液颜色过浅:①未加二氧化硅,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。⑤过滤时未使用尼龙布,而是使用滤纸,导致色素吸附在滤纸上。(2)滤纸条上色素带重叠:滤液细线画得过粗。(3)滤纸条上色素带不直:①滤纸条未剪去两角,滤液沿两侧扩散过快。②滤液细线画得不直。(4)滤纸条上看不见色素带: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。3.叶绿体中色素的吸收光谱分析:(1)叶绿体中的色素只吸收可见光,不吸收不可见光。(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,也吸收少量其他颜色的光。(3)叶绿体中的色素很少吸收绿光,绿光被反射,所以大多数叶片看起来呈绿色。特别提醒:①光是叶绿素合成的必要条件,植物在黑暗中不能合成叶绿素。②叶绿素的合成需要酶的催化。③镁是构成叶绿素的成分之一,缺镁时叶绿素的合成受阻。【知识拓展】植物中的色素(1)植物色素包括脂溶性的叶绿体色素和水溶性的细胞液色素,前者存在于叶绿体,与光合作用有关,如叶绿素;后者存在于液泡中,特别与花朵的颜色有关,如花青素属于黄酮类物质。(2)在光合作用中,绝大部分叶绿素的作用是吸收及传递光能,仅极少数叶绿素a分子起转换光能的作用。如图是新鲜菠菜叶的光合色素纸层析的结果,下列叙述正确的是()A.色素带①②都是由碳氢链组成的分子B.色素带①②变窄的原因可能是未加碳酸钙C.纸层析的原理是光合色素易溶于无水乙醇D.色素带③④中的色素只能吸收红光和蓝紫光【思维流程】解答本题需突破以下两个关键点:【解析】选A。图中①②③④依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,是由碳氢链组成的分子,A正确,碳酸钙的作用是防止叶绿素被破坏,叶绿素分子被破坏,会导致色素带③④变窄,而①②是胡萝卜素、叶黄素,①②不会变窄,B错误;纸层析的原理是光合色素在层析液中的溶解度不同,提取原理是光合色素易溶于无水乙醇,C错误;色素带③④中的色素主要吸收红光和蓝紫光,D错误。【审答误区】本题常见错因有两种:(1)无水乙醇用于提取色素,而不能用于分离色素。(2)四种色素的溶解度大小易混,应该是胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b。【母题追问】(1)上述实验结果中色素带③④变窄的原因可能有哪些?提示:可能是选取的叶片放置时间过长或实验过程中未加入碳酸钙或二氧化硅、研磨不充分等。(2)能否用纸层析法提取液泡中的色素?说明理由。提示:不能。液泡中主要是花青素,花青素易溶于水,在有机溶剂中溶解度低,提取液中几乎不含花青素。【方法规律】色素种类、颜色及层析结果的联系记忆方法(1)4种色素颜色的递变规律:按照叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素的顺序,颜色逐渐递变,蓝绿成分逐渐减少,黄色成分逐渐增加,由蓝绿色最后变为黄色。(2)滤纸条上色素带排序:颜色递变位于后面的类胡萝卜素移到前面,胡萝卜素、叶黄素在层析液中溶解度较大,依次位于滤纸条上第一、第二色素带的位置。1.(2021·徐州高一检测)某同学在做“提取和分离叶绿体中的光合色素”实验时,为了确定无水乙醇、CaCO3和SiO2的作用,进行了4组实验,实验结果如图所示。下列针对实验结果的相关分析错误的是()A.第①组可能未加CaCO3B.第②组可能用水代替无水乙醇提取色素C.第③组可能未加SiO2D.第④组最宽的色素带为叶绿素b【解析】选D。①组实验结果不理想的原因有可能是未加CaCO3而使色素被破坏,A正确;色素能溶解在无水乙醇中,而不能溶于水,所以第②组可能用水取代无水乙醇而不能分离出色素带,B正确;③中色素带较窄,分离出的色素少,原因可能是未加SiO2而使得研磨不充分,C正确;第④组为正常操作下获得的色素带,最宽的色素带是含量最多的叶绿素a,D错误。2.下列有关“提取和分离叶绿体中的光合色素”实验的叙述中,错误的是()A.研磨时加入碳酸钙可防止叶绿素分子被破坏B.滤纸条的一端剪去两角的目的是使色素带扩散均匀且比较直C.画滤液细线时需迅速重复多画几次以增加色素的含量D.滤纸条上相邻且距离滤液细线最远的两条色素带呈橙黄色和黄色【解析】选C。剪碎的绿叶放入研钵后应该依次加入二氧化硅(有助于充分研磨)、碳酸钙(防止叶绿素分子被破坏)和无水乙醇(溶解色素),A正确;滤纸条的一端剪去两角的目的是使色素带扩散均匀且比较直,防止色素带不整齐,B正确;画滤液细线的要求是细、齐、直,待滤液干后,还要重复画几次,C错误;实验成功后应该可以清晰地看到滤纸条上有四条色素带,从上到下依次是胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色),色素带的宽窄与色素含量相关,D正确。【补偿训练】菠菜是我国北方一种重要的蔬菜,如图是对菠菜叶片叶绿体色素分离的结果示意图。下列相关分析正确的是()A.a的操作目的是方便层析液的吸附B.b选用铅笔细线能够促进色素的层析C.如果c、d带宽减小一定是忘记添加碳酸钙D.色素f在层析液中的溶解度最大【解析】选D。图中a的操作即剪去滤纸条的两角,其目的是防止层析液在滤纸条两边扩散过快,导致得到的色素带不整齐,A错误;b选用铅笔细线能够使得滤液细线画得细而直,得到的色素带比较整齐,便于观察,B错误;c、d带对应的色素分别为叶绿素b、叶绿素a,二者带宽减小说明滤液中叶绿素含量减少,原因可能是忘记添加碳酸钙,也可能是材料不新鲜,叶绿素含量少,C错误;色素f是胡萝卜素,在层析液中的溶解度最大,扩散最快,位于滤纸条的最上方,D正确。1.叶绿体是植物进行光合作用的场所,下列关于叶绿体的结构和功能的叙述正确的是________。

①所有植物细胞中都含有叶绿体②蓝细菌细胞中无叶绿体,不可以进行光合作用③叶绿体内膜向内凹陷,形成嵴,大大增加了膜面积④叶绿体内含有少量的DNA⑤叶绿体中的色素具有吸收、传递和转化光能的作用⑥叶绿体中类囊体薄膜面积非常大,可以为色素和酶提供附着位点【解析】选④⑤⑥。绿色植物的叶肉细胞和幼嫩的茎中含有叶绿体,植物的根部细胞中无叶绿体,①错误;蓝细菌属于原核生物,无叶绿体,但含有藻蓝素和叶绿素,可进行光合作用,②错误;③项描述的是线粒体的特征,③错误;叶绿体属于半自主性细胞器,内含少量的DNA,④正确;叶绿体的色素中,多数具有吸收和传递光能的作用,少数叶绿素a具有转化光能的作用,⑤正确;类囊体薄膜面积非常大,大量的色素和酶附着于此,可提高光合作用效率,⑥正确。2.(2021·北京高一检测)北方秋季,银杏、黄栌、红枫等树种的叶片由绿变黄或变红,一时间层林尽染,分外妖娆。低温造成叶肉细胞中含量下降最显著的色素是()A.叶黄素 B.花青素C.叶绿素 D.胡萝卜素【解析】选C。决定树叶颜色的是叶绿素和花青素,当叶绿素比较多的时候叶子是深绿色,比较少的时候是嫩绿色,花青素多了就会发红、发紫。叶绿素的形成主要与光照有关,而北方秋季,银杏、黄栌等树种的叶片由绿变黄或变红,说明叶肉细胞色素中最易受低温伤害而被破坏的是叶绿素,故选C。3.(2021·成都高一检测)在进行叶绿素提取和分离实验时,不能让层析液没及滤液细线的原因是()A.滤纸条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实验失败D.滤纸条上的几种色素会混合起来【解析】选C。在进行叶绿素提取和分离实验时,如果层析液接触滤液细线,会导致色素溶解在层析液中进而导致实验失败。综上所述,A、B、D不符合题意,C符合题意。4.(2021·北京高一检测)在“提取和分离叶绿体中的光合色素”实验中,随层析液在滤纸上扩散最快的色素名称及其颜色是()A.叶绿素a,蓝绿色 B.叶绿素b,黄绿色C.叶黄素,黄色 D.胡萝卜素,橙黄色【解析】选D。叶绿体各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同,从而分离色素。溶解度大,扩散速度快;溶解度小,扩散速度慢。滤纸条从上到下依次是:胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色)。所以随层析液在滤纸上扩散最快的色素是胡萝卜素。5.(2021·南京高一检测)如图为叶绿体亚显微结构模式图,下列关于其结构与功能的叙述,正确的是()A.该结构与植物细胞的能量转换有关B.①主要由纤维素构成C.吸收光能的色素主要分布在②上D.与光合作用有关的酶只位于④中【解析】选A。叶绿体能将光能转化为化学能,A正确;叶绿体膜主要由磷脂和蛋白质组成,B错误;吸收光能的色素主要分布在③类囊体膜上,C错误;与光合作用有关的酶位于③和④,D错误。6.(2019·江苏学考真题)下图为真核细胞中两种细胞器的结构模型示意图,其中①～⑤表示相关膜结构。请据图回答问题:(1)细胞器甲、乙的名称依次是________________、________________。

(2)图中能进行光合作用的细胞器是________________(填“甲”或“乙”),光合色素分布在结构______________(填序号)上。

(3)细胞器甲中结构________________(填序号)向内腔折叠成嵴,乙中结构________________(填序号)叠合成基粒,从而增加了膜面积,为反应所需的酶提供了更多的附着位点。

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