2024-2025学年新教材高中生物第3章细胞中能量的转换和利用第2节第1课时解开光合作用之谜叶绿体与光能的捕获教案苏教版必修1

PAGE10-解开光合作用之谜叶绿体与光能的捕获课标内容要求核心素养对接1．说明植物细胞中的叶绿体从阳光中捕获能量。2．提取和分别叶绿体中的光合色素。1．生命观念——结构与功能观：叶绿体的结构尤其是基粒大大扩展了膜面积，与光合作用的功能相适应。2．科学思维——分析与综合：分析光合作用光反应和暗反应过程，认同两个阶段既有区分又有联系。3．科学探究——试验思路及设计：科学设计提取和分别色素的试验步骤，留意每个操作步骤的规范性。一、解开光合作用之谜时间人物试验方法结论1627年海尔蒙特采纳了定量探讨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，发觉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年萨克斯采纳碘蒸气处理叶片的方法叶片在光下能产生淀粉19世纪60年头利用光学仪器光合作用中利用的光与叶绿素汲取光能有关1941年鲁宾和卡门运用同位素标记法光合作用释放的O2来自于水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．恩格尔曼的试验(1)试验材料：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)试验过程和结果eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(水绵,好氧细菌))eq\o(→,\s\up10(黑暗),\s\do10(无空气))eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(极细光束照耀→细菌集中于,被光束照耀到的叶绿体部位,完全曝光→好氧细菌分布于叶绿体,全部受光部位,用透过三棱镜的光照耀→在红光区,和蓝光区的叶绿体部位都聚集,了大量的好氧细菌))(3)试验结论叶绿体中含有能有效地汲取利用红光和蓝光的物质，这些物质汲取的光与绿叶在光下产生氧气有关。2．光合色素(1)分布：叶绿体中的类囊体膜上(2)种类、颜色与汲取光谱种类颜色汲取光谱叶绿素叶绿素a蓝绿色主要汲取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汲取蓝紫光，还有爱护叶绿素免遭强光损害的作用叶黄素黄色(3)作用：光合色素能汲取大部分的可见光用于光合作用，但对绿光汲取最少，大部分绿光被反射出来，因而叶片呈现绿色。3．提取和分别叶绿体中的光合色素(1)试验原理①提取：无水乙醇等有机溶剂能溶解绿叶中的各种光合色素。②分别：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)试验步骤步骤方法缘由提取色素①选取簇新叶片：色素含量高②加入少许二氧化硅和碳酸钙：作用分别是研磨充分、爱护色素③加入5mL无水乙醇：溶解色素制备滤纸条剪去两角：防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快分别色素画滤液细线画得细、直：防止色素带重叠层析装置示意图①层析液不能触及滤液细线：防止色素溶于层析液中②烧杯加盖：防止层析液挥发推断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)1．色素提取液是无水乙醇，分别液是层析液。 ()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．分别结束后，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汲取蓝紫光，除此之外，叶绿素还主要汲取红光。 ()5．植物叶片多呈现绿色的缘由是对绿光的汲取最多。 ()6．研磨菠菜叶时加入二氧化硅是为了爱护叶绿素。 ()提示：1.√2.√3．×分别结束后，滤纸条上的颜色自下而上依次是黄绿色、蓝绿色、黄色和橙黄色。4．√5．×植物叶片多呈绿色的缘由是叶绿素对绿光汲取最少，使绿光被反射出来。6．×研磨菠菜叶时加入二氧化硅是为了研磨更充分。解开光合作用之谜1．萨克斯的试验(1)试验过程及现象黑暗中饥饿处理的绿叶eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(一半曝光\o(→,\s\up10(碘蒸气处理))变蓝,一半遮光\o(→,\s\up10(碘蒸气处理))不变蓝))(2)试验分析①设置了自身比照，自变量为光照，因变量是叶片颜色改变。②试验的关键是饥饿处理，以使叶片中的养分物质消耗掉，增加了试验的劝服力。③本试验除证明白光合作用的产物有淀粉外，还证明白光是光合作用的必要条件。2．鲁宾和卡门的试验(1)试验过程及结论Heq\o\al(18,2)O＋CO2→植物→18O2；H2O＋C18O2→植物→O2光合作用释放的O2来自于水。(2)试验分析设置了比照试验，自变量是标记物质(Heq\o\al(18,2)O和C18O2)，因变量是O2的放射性。3．恩格尔曼的试验(1)试验材料选得妙：试验材料选择水绵和好氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于视察；用好氧细菌可确定释放氧气多的部位。(2)解除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境，解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检测，从而能够精确地推断出水绵细胞中释放氧的部位。(4)设计的试验比照妙：进行黑暗(局部光照)和曝光对比试验，明确试验结果完全是光照引起的。还奇妙利用三棱镜，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汲取利用红光和蓝光的物质。1．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，结果发觉遮光部分不变蓝，曝光部分变蓝。下列有关本试验的分析及结论合理的是()①本试验未设置比照组②有无光照是遮光和曝光区域表现不同结果的唯一缘由③试验初始时遮光和曝光区域均达到无淀粉状态④试验证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉A．①②③④ B．②③④C．①②③ D．②③D[该试验中曝光部分与遮光部分形成了比照；该试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。]2．1880年，德国生物学家恩格尔曼设计了一个试验探讨光合作用的光谱。他将三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好氧细菌，视察好氧细菌在水绵不同区段的聚集状况(如图)，以确定该区段水绵光合作用的强度。下列相关叙述错误的是()A．该试验可证明水绵叶绿体色素对不同波长的光汲取量不同B．好氧细菌聚集较多的区段，水绵的光合作用较弱，导致好氧细菌能够汲取更多光能C．若将装置置于黑暗中，则好氧细菌会在悬浮液中基本匀称分布D．试验中应选用进行有氧呼吸的好氧细菌来检验水绵不同区段光合作用的强弱B[本题考查对恩格尔曼试验的分析。通过视察好氧细菌的分布可以判定光合作用的强度。从试验中可见好氧细菌在不同波长的光中分布不同，及水绵对不同波长的光汲取量不同；好氧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，则好氧细菌在悬浮液中基本匀称分布。]提取和分别叶绿体中的光合色素1．试验操作中的关键步骤(1)研磨要快速、充分：研磨充分使叶绿体完全裂开，可提取较多的色素。(2)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在同一位置重复画滤液细线。(3)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。2．滤纸条上色素的分布和对光的汲取3．叶绿体中色素的提取和分别试验的异样现象分析(1)收集到的滤液中绿色过浅的缘由分析：①未加二氧化硅，研磨不充分。②运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，叶绿素分子被破坏。(2)滤纸条色素带重叠：滤液细线画得过粗。(3)滤纸条看不见色素带：①遗忘画滤液细线。②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。4．叶绿体中色素的汲取光谱分析(1)叶绿体中的色素只汲取可见光，不汲取不行见光。(2)叶绿素主要汲取红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要汲取蓝紫光，也汲取少量其他颜色的光。(3)叶绿体中的色素很少汲取绿光，绿光被反射，所以大多数叶片看起来呈绿色。深化探究：1.试验过程中，甲同学遗忘加入二氧化硅和碳酸钙，乙同学遗忘加入无水乙醇，丙同学加的无水乙醇过多。请分析他们可能出现的试验结果。提示：甲同学研磨不充分，部分色素被破坏，过滤收集的滤液颜色浅；乙同学不能提取到色素；丙同学的滤液颜色浅，提取的滤液色素的浓度低。2．试验操作时，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，且要在干燥后在同一位置重复画滤液细线，请分析这样做的缘由是什么？提示：剪去两角的目的是防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快。滤液细线要细、直、齐是使分别的色素不重叠，重复画线的目的是增加色素含量，使分别的色素带清楚，便于视察。1．下列有关“绿叶中色素的提取和分别”试验的叙述中，错误的是()A．研磨时加入碳酸钙可防止叶绿素在酸性条件下分解B．滤纸条的一端剪去两角的目的是使色素带扩散匀称且比较直C．画滤液细线时需快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C[剪碎的绿叶放入研钵后应当依次加入二氧化硅(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项正确；滤纸条的一端剪去两角的目的是使色素带扩散匀称且比较直，防止色素带不整齐，B项正确；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项错误；试验胜利后应当可以清楚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项正确。]2．(多选)为探讨强光照对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述错误的是()A．强光照下的幼苗相比正常光照下的绿色更深B．强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成C．四种色素在层析液中溶解度大小是Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ<ⅣD．色素分别过程中假如滤液线触及石油醚，会缩短得到四条色素带的时间ACD[依据题图来看：强光照导致该植物叶绿素含量降低，绿色变浅，A错误；强光照和正常光照相比，叶绿素含量降低，类胡萝卜素含量增加，可见强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成，B正确；四种色素在层析液中溶解度大小是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ，C错误；色素分别过程中假如滤液线触及石油醚，色素会溶解在层析液中，不会得到色素带，D错误。][课堂小结]学问网络构建核心语句背诵1.提取色素的原理是色素能溶解在无水乙醇等有机溶剂中。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.层析后滤纸条上自上而下的四条色素带依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。4.叶绿素主要汲取红光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素主要汲取蓝紫光。类胡萝卜素还有爱护叶绿素免遭强光损害的作用。5.光合色素分布于叶绿体类囊体膜上，叶绿素是光合作用过程中的主要色素。1．请按时间先后依次排列下列事务()①德国科学家萨克斯证明白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纳同位素标记法，证明白光合作用释放的氧气来自参与反应的水③荷兰科学家英格豪斯发觉绿叶只有在阳光下产生气体，在黑暗处不产生气体④德国生物科学家恩格尔曼用水绵做试验，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A．①②③④ B．④③②①C．③①④② D．①③②④C[1779年，英格豪斯发觉绿叶只有在阳光下产生气体，在黑暗处不产生气体；萨克斯在1864年证明叶片光合作用产生了淀粉；恩格尔曼则是在19世纪80年头用水绵做试验，证明自己的观点；最晚的是鲁宾和卡门在1940年采纳同位素标记法，证明光合作用释放的O2来自于水，因此C选项是正确的。]2．19世纪80年头，科学家恩格尔曼设计了一个试验探讨光合作用的光谱。他将三棱镜产生的光谱投射到水绵的带状叶绿体上，并在水绵的悬液中放入好氧细菌，视察细菌的聚集状况(如图)，他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。这个试验的思路是()A．好氧细菌对不同的光反应不一，好氧细菌聚集多的地方，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，则在该种光照耀下植物光合作用强C．好氧细菌聚集多的地方，水绵光合作用产生的有机物多，则在该种光照耀下植物光合作用强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[本题通过试验探讨光合作用的光谱，考查试验分析实力。好氧细菌的生活是须要O2的，因此在好氧细菌聚集的地方应当是O2多的地方，也就是水绵光合作用强的地方。]3．下列关于叶绿素提取的叙述中错误的是()A．菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料B．加入少许碳酸钙能避开叶绿素被破坏C．用无水乙醇提取的叶绿体色素中无胡萝卜素D．研磨时加入二氧化硅可使叶片研磨更充分C[叶绿体中的四种色素包括胡萝卜素，均溶于无水乙醇，C项错误；菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料，研磨时加入SiO2可使叶片研磨更充分，加入少许碳酸钙，可以中和叶肉细胞中的有机酸，能避开叶绿素分子被破坏。]4．(多选)下列有关绿叶中色素的提取和分别试验的叙述中，正确的是()A．叶绿素的提取须要加入层析液作为提取液B．过滤时应运用单层尼龙布，并用棉塞塞住试管口C．分别色素时不能将滤液细线置于层析液中D．选材不同，四条色素带在滤纸条上的排列依次不同BC[提取叶绿素运用的是无水乙醇，层析液用于分别色素；过滤时运用单层尼龙布，并用棉塞塞住试管口，以防止挥发性强的无水乙醇挥发；分别色素时不能将滤液细线置于层析液中，否则色素会溶入层析液中；不同材料中四种色素在层析液中的溶解度相同，来自不同材料叶绿体中的四种色素含量可能不同，经过纸层析后，在滤纸上的排列依次相同，色素带粗细可能不同。]5．下图所示为“提取和分别叶绿体中的光合色素”试验的部分材料和用具。请据图回答下列问题：(1)图中步骤①加入研钵内的物质：A________5mL，作用