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版高中生物苏教版必修一学案421+光合作用的认识过程与光合色素
第二节 光合作用
第1课时 光合作用的认识过程与光合色素
[学习导航] 1.结合教材P72,说出对光合作用的认识过程。
2.结合教材P73~74,学会提取和分离叶绿体中的光合色素,举例说出主要的光合色素。
[重难点击] 提取和分离叶绿体中的光合色素。
一、解开光合作用之谜
时间
科学家
实验过程(方法)及现象
实验结论
17世纪中叶
比利时范·海尔蒙特
用定量的方法研究植物的营养来源
植物生长所需要的养料主要来自____,而不是_____
1771年
英国普利斯特莱
小鼠+绿色植物
小鼠不易窒息死亡
植物生长需要吸收_____,同时释放出____
1779年
荷兰扬·英根豪斯
把带叶的枝条放入水里,这些叶在________下产生O2,在________处并不产生O2
植物需要________才能制造出O2
1864年
德国萨克斯
绿叶
曝光处变蓝,遮光处无颜色变化
确定叶片在光下能产生________
1940年
美国鲁宾和卡门
运用________法:
向小球藻提供含18O的________和含18O的________,追踪O2中氧的来源和糖类中________的来源
证明光合作用释放的O2来自________,糖类中的________来自水
20世纪40年代
美国卡尔文
用14C标记的________,供小球藻进行光合作用,然后追踪检测其放射性
________被用于合成糖类等有机物
1.下图是萨克斯的实验,请分析:
(1)把绿叶先在暗处放置24小时的目的是什么?
(2)该实验是如何形成对照的?
(3)为什么要用酒精脱色后再用碘液处理?
(4)本实验的结论是什么?
2.萨克斯实验跟鲁宾和卡门的实验对照设计方法相同吗?
3.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?
4.根据上述探究历程总结光合作用的概念。
(1)场所:
________。
(2)能量来源:
________。
(3)反应物:
________________。
(4)产物:
________________。
(5)实质:
合成________,储存________。
1.如图是20世纪40年代美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究光合作用的示意图。
他们用氧的同位素(18O)分别标记H2O和CO2,使它们分别成为H
O和C18O2,然后按示意图做实验。
据图回答下列问题:
(1)在小球藻进行光合作用过程中,向第一组提供的物质是____________和____________;向第二组提供的物质是____________和________________;向两组共同提供的是________________。
(2)图中a和b分别代表________和________,它们的相对分子质量比是________。
(3)这个实验说明了____________________________________________________________。
问题导析
(1)通过图示可知,提供给第一组的物质是________和________,提供给第二组的是____________和________。
(2)向两组共同提供的是________。
虽然向每组提供的水和二氧化碳都含有________,但通过________的不同标记,使光合作用释放出的氧却为a和b两种。
(3)两位科学家的实验结果是a为________,而b为________。
a和b的相对分子质量比是________。
2.下图表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下,小球藻进行光合作用的实验示意图。
一段时间后,以下相关比较不正确的是( )
A.Y2的质量大于Y3的质量
B.④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量
C.②中水的质量大于④中水的质量
D.试管①的质量大于试管②的质量
二、提取和分离叶绿体中的光合色素
1.实验原理
无水乙醇能够________绿叶中的各种光合色素;色素在________中的溶解度不同,因而在滤纸条上的________有差异。
2.实验步骤
(1)提取色素:
称取5g新鲜的菠菜叶,剪碎后放入研钵中,加入少许________、________和5mL________,迅速而充分地研磨。
将研磨液过滤到试管中,用棉塞塞紧试管口。
(2)制备滤纸条:
将略短于烧杯高度、宽1cm的干燥滤纸条剪去一端的两个角,在距该段大约________处用铅笔画一条细线。
(3)画滤液细线:
用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔线画一条________的滤液细线,吹干后重复画细线若干次。
(4)分离色素:
将画好滤液细线的滤纸条轻轻地插入盛有3mL层析液的烧杯中,用培养皿覆盖烧杯。
滤液细线不能________。
(5)观察结果:
几分钟后取出滤纸条,观察滤纸条上色素的分布情况。
下图是提取和分离绿叶中色素的实验步骤,请分析:
1.提取色素时,加入剪碎的叶片后还需要加入三种物质,若A是二氧化硅,B、C分别是什么?
A、B、C各起什么作用?
2.某实验小组得到的色素提取液颜色过浅,可能的原因有哪些?
3.制备滤纸条时,剪去两角的作用是什么?
画滤液细线有什么要求?
4.色素分离时,关键应注意层析液不要没及滤液细线,为什么?
5.下图是分离到的色素在滤纸条上的分布情况,那么:
(1)含量最多和最少的色素分别是哪两种?
(2)在层析液中溶解度最高和最低的色素分别是哪两种?
(3)分子结构最相似的是哪两种色素?
知识整合 研磨时加入二氧化硅是使研磨更充分;碳酸钙可以防止研磨中色素被破坏;无水乙醇的作用是溶解色素。
层析实验成功的关键是滤液细线不能没及层析液。
从色素带的宽度可知,色素含量依次为:
叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素。
从色素带的位置可知,在层析液中的溶解度大小依次为:
胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b。
3.在做“提取和分离叶绿体中的光合色素”实验时,甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“+”表示使用,“-”表示未使用),其余操作均正常,他们所得的实验结果依次应为( )
甲
乙
丙
丁
无水乙醇
-
+
+
+
水
+
-
-
-
CaCO3
+
+
-
+
SiO2
+
+
+
-
A.①②③④B.②④①③
C.④②③①D.③②①④
4.如图表示某同学做“绿叶中色素的分离”实验的改进装置,请据图回答下列问题:
(1)该实验采用的方法是________法,应将提取到的滤液滴在a、b中的________处,向培养皿中倒入________,棉线灯芯下端应______________中。
(2)实验结果得到四个不同颜色的同心圆(如图),则1、2、3、4四条带依次表示____________、________、__________、________。
若采用的实验材料是秋季的黄叶,四个圆中颜色明显变浅的是________。
三、光合色素与光能的捕获
1.恩吉尔曼的实验
(1)实验材料:
________和________。
(2)过程及现象
(3)结论:
叶绿体中的光合色素能有效地吸收和利用________和________。
2.色素对光的吸收
(1)叶绿素a和叶绿素b主要吸收________和红光。
(2)胡萝卜素和叶黄素主要吸收________。
下图是恩吉尔曼探究叶绿体功能的实验示意图,据图思考:
甲 乙
1.该实验选择水绵和好氧细菌作为实验材料,有什么优点?
2.甲组是在黑暗环境中用极细的光束点状投射叶绿体,好氧细菌的分布是怎样的?
说明什么?
3.乙组是完全暴露在光照下,好氧细菌分布于叶绿体所有的受光部位,这组实验的设计目的是什么?
4.两组实验都要求在隔绝空气的条件下进行,为什么?
知识整合
(1)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)没有空气的黑暗环境:
排除了氧气和光的干扰。
(3)用极细的光束点状投射:
叶绿体上可分为光照多和光照少的部位,相当于一组对比实验。
(4)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。
5.下面有关叶绿体的叙述中,正确的是( )
A.叶绿体的色素分布在类囊体膜上
B.叶绿体的色素分布在外膜和内膜上
C.光合作用的酶只分布在叶绿体基质中
D.光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上
6.为探究叶绿体吸收光能后是否有氧气产生,某学者设计了以下实验:
制作载有水绵和好氧细菌的临时装片,用极细光束照射水绵,同时放在显微镜下观察。
下列关于该实验的分析,不正确的是( )
A.在光束照射到水绵之前,应该加三棱镜将混合光分解成连续光谱
B.临时装片应放置在没有空气的黑暗环境中
C.好氧细菌起指示作用
D.水绵的带状叶绿体有利于设置对照实验
1.在提取和分离叶绿体中的光合色素实验中,要使色素带清晰又整齐,下列哪项措施与之无关( )
A.定性滤纸要干燥
B.剪去滤纸条一端的两角
C.滤液细线要画得细、齐、直、均匀
D.盖上培养皿盖
2.下列有关叶绿体的说法正确的是( )
A.叶绿体增大膜面积的方式与线粒体相同
B.叶绿体中的色素都分布在类囊体膜上,酶都分布在基质中
C.叶绿体的功能不受细胞核调控
D.线粒体产生的CO2被叶绿体利用至少需要穿过4层磷脂双分子层
3.如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a
D.叶绿素a、叶绿素b
4.如图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上的分离情况,以下说法正确的是( )
A.色素乙在滤纸条上扩散速度最快
B.四种色素都能溶解在层析液中,丁色素的溶解度最小
C.水稻在开花季节采下的新鲜叶片做实验,其结果与图中结果相似
D.研磨时未加碳酸钙,滤纸条上四种色素可能都不出现
5.德国科学家恩吉尔曼利用一种绿藻(这种绿藻具有呈螺旋状的叶绿体),研究光对光合作用的效应。
他将该种绿藻放在一张载有好氧细菌悬浮液的玻片上,这些细菌会移往氧浓度高的区域。
他观察细菌在不同光照下的分布情况,结果如图所示:
(1)描述B情况下细菌的分布情况如何?
__________________,如此分布是因为光合作用释放________。
(2)该实验证实了光合作用的场所是__________,吸收光能的色素和催化反应的酶分别分布在________________、______________________。
(3)恩吉尔曼进行装置C的实验,其目的是什么?
________________________________,在______________区域的细菌特别多。
答案精析
一、基础梳理
水 土壤 CO2 O2 阳光 黑暗 阳光 淀粉 同位素标记 水 CO2 氢 水 氢 CO2 CO2
问题探究
1.
(1)消耗掉叶片中原有的淀粉,防止干扰实验结果。
(2)树叶一半遮光,一半曝光,形成了对照。
(3)避免叶片颜色对实验结果的干扰。
(4)光合作用的产物中有淀粉。
2.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:
H
O和C18O2)。
3.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。
4.
(1)叶绿体
(2)光能 (3)二氧化碳和水 (4)有机物和氧气 (5)有机物 能量
拓展应用
1.
(1)H2O C18O2 H
O CO2 光能和小球藻
(2)O2 18O2 8∶9 (3)光合作用产生的氧气中的氧全部来自水
问题导析
(1)H2O C18O2 H
O CO2
(2)光能、小球藻 氧 同位素 (3)O2 18O2 32∶36=8∶9
2.C [Y1和Y3是O2,Y2和Y4是18O2,因此Y2的质量大于Y3;④中小球藻中含有(CH
O)的有机物,而①中小球藻含有(CH2O)的有机物,故④中小球藻质量大于①中的;④和②中的水都为H
O,且含量相同,因此质量相等;在试管①和②原有质量相等的情况下,②中释放出的是18O2,而①中释放出的是O2,故剩余质量①大于②。
]
二、基础梳理
1.溶解 层析液 扩散速度
2.
(1)二氧化硅 碳酸钙 无水乙醇
(2)1cm (3)细而直
(4)触及层析液
问题探究
1.A是二氧化硅,作用是使研磨更充分;B是碳酸钙,作用是防止研磨中色素被破坏;C是无水乙醇,作用是溶解色素。
2.研磨不充分,色素未能充分提取出来;称取绿叶过少或加入无水乙醇过多,色素溶液浓度小;未加碳酸钙或加入过少,色素分子部分被破坏。
3.防止色素带不整齐。
画滤液细线的要求是细、齐、直,还要重复画几次。
4.否则滤液细线会被层析液溶解,不能分离。
5.
(1)叶绿素a和胡萝卜素。
(2)胡萝卜素和叶绿素b。
(3)叶绿素a和叶绿素b。
拓展应用
3.B [色素提取中,SiO2可使研磨充分,CaCO3可保护叶绿素免受破坏,无水乙醇用于溶解色素,色素不溶于蒸馏水。
因此,甲同学不能提取出色素;乙同学操作符合要求,提取的色素多;丙同学在提取色素时,因未加入CaCO3,叶绿素会部分被破坏而导致含量减少,色素带变窄,而类胡萝卜素受影响较小,色素带几乎无变化;丁同学因未加入SiO2而导致提取不充分,分离时各色素带都变窄。
]
4.
(1)纸层析 a 层析液 浸入层析液
(2)胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 3和4
三、基础梳理
1.
(1)水绵 好氧细菌
(2)水绵 好氧细菌 没有空气 极细 光下 被光束照射的叶绿体 聚集现象 所有受光 红光区 蓝光区 (3)红光 蓝光
2.
(1)蓝光
(2)蓝紫光
问题探究
1.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.好氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中。
说明氧气是由叶绿体在光照条件下释放出来的。
3.和甲组进行对照,明确实验结果完全是由光照引起的。
4.排除空气中的氧气对实验结果的干扰。
拓展应用
5.A [叶绿体由内外双层膜、类囊体和基质三部分构成。
类囊体是一种扁平的囊状结构,在类囊体膜上,有进行光合作用必需的色素和酶。
许多类囊体堆叠成基粒,基粒之间充满着基质,其中含有与光合作用有关的酶。
]
6.A [本实验的目的是验证叶绿体在光照下能够产生氧气,而与光照的颜色种类没有关系,不需要用三棱镜将混合光分解成连续光谱;为了防止空气对实验结果的影响,应该排除空气;好氧细菌的分布密疏,表示了氧气产生的多少;水绵的带状叶绿体便于观察,有利于设置对照实验。
]
课堂小结 叶绿素a 黄绿色 蓝光和红 胡萝卜素 黄色 蓝紫
当堂检测
1.D [使色素带清晰整齐的措施有定性滤纸要干燥,剪去滤纸条一端的两角,画滤液细线要画得细、齐、直、均匀,不让层析液触及滤液细线,这些都是为了保证同种色素随层析液扩散时速度一致,色素带整齐明显。
盖上培养皿盖是为了防止层析液挥发,与色素带清晰、整齐无关。
]
2.D [叶绿体内的类囊体叠合形成基粒,扩大了细胞内的膜面积,这与线粒体不同。
叶绿体中的色素都分布在类囊体膜上;酶在类囊体膜和叶绿体基质中都有分布。
叶绿体的功能受细胞核和叶绿体本身的调控。
线粒体产生的CO2被同一细胞的叶绿体利用时,穿过的膜层数最少,只需要穿过2层线粒体膜和2层叶绿体膜共4层磷脂双分子层。
]
3.A [叶绿素能吸收短波的蓝光和长波的红光,类胡萝卜素主要吸收短波的蓝紫光。
]
4.C [色素乙在滤纸条上最宽,扩散速度最快的是丁,A错误;四种色素都能溶解在层析液中,丁色素的溶解度最大,所以扩散速度最快,B错误;水稻在开花季节采下的新鲜叶片做实验,新鲜叶片中色素种类齐全,其结果与图中结果相似,C正确;提取色素时加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏,所以研磨时未加碳酸钙,滤纸条上有两种色素可能不出现,D错误。
]
5.
(1)细菌集中在叶绿体周围 O2
(2)叶绿体 类囊体的膜上 类囊体上和叶绿体基质中 (3)找出不同颜色的光对光合作用的影响 红光和蓝光
解析
(1)白光的光质较为均匀,好氧细菌主要分布在能进行光合作用产生O2的叶绿体周围。
(2)通过螺旋状的叶绿体与好氧细菌的关系可以看出进行光合作用的位置在叶绿体上,色素分布在叶绿体的类囊体膜上,而酶有的分布在类囊体上,有的分布在叶绿体的基质中。
(3)在C实验中的自变量是光质,主要有红、绿、蓝三区,而在红光和蓝光区域的好氧细菌远远多于绿光区域。
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- 关 键 词:
- 高中生物 苏教版 必修 一学案 421 光合作用 认识 过程 光合 色素