資源簡介 第二節 光合作用——光能的捕獲和轉換第1課時 光合作用的認識過程與光合色素[學習目標] 1.說出光合作用的發現及研究歷史。2.闡述葉綠體中光合色素的種類和作用。3.學會提取和分離葉綠體中的光合色素的方法。一、解開光合作用之謎1.海爾蒙特的“柳樹實驗”(1)實驗方法:定量研究。只用收集到的雨水給柳樹澆水。(2)實驗結果:柳樹苗長成大樹,土壤質量減少很少。(3)實驗結論:樹木只要有水,就能生長發育。2.英格豪斯實驗(1)實驗方法:把帶葉的枝條放入水里。(2)實驗結果:綠葉只在陽光下產生氣體,在黑暗處不產生氣體。3.薩克斯實驗(1)實驗過程:將暗處理過的葉片做部分遮光后放在光下,采用碘蒸氣處理葉片。(2)實驗結論:葉片在光下能產生淀粉。4.魯賓和卡門實驗(1)探究方法:同位素標記法。(2)實驗過程及結論5.卡爾文實驗(1)研究方法:同位素標記法,用14C標記CO2。(2)研究結果:發現CO2被用于合成糖類等有機物的途徑——卡爾文循環。6.恩格爾曼實驗(1)實驗過程(2)實驗結論:葉綠體中含有能有效吸收利用紅光和藍光的物質,這些物質吸收的光與綠葉在光下產生氧氣有關。7.希爾實驗(1)實驗方法:葉綠體懸液中加入草酸鐵,并給予光照。(2)實驗結果:離體葉綠體釋放出了氧氣。(3)實驗結論:一定程度上證明光合作用在葉綠體中進行。判斷正誤(1)英格豪斯證明了植物在陽光下產生O2( )(2)光合作用釋放的O2都來自水( )(3)卡爾文用同位素標記法發現了卡爾文循環( )(4)恩格爾曼利用水綿和好氧細菌進行實驗,證明光合作用的放氧部位是葉綠體( )(5)薩克斯通過實驗證明光照是光合作用的必要條件( )答案 (1)× (2)√ (3)√ (4)√ (5)√光合作用相關實驗分析1.下圖是薩克斯的實驗,請分析回答下列問題:(1)把綠葉先在暗處放置24小時的目的是什么?提示 消耗掉葉片中原有的淀粉,防止干擾實驗結果。(2)該實驗是如何形成對照的?提示 樹葉部分遮光,另一部分曝光,形成了對照。(3)為什么要用酒精脫色后再用碘蒸氣處理?提示 避免葉片顏色對實驗結果的干擾。(4)本實驗的結論是什么?提示 葉片在光下能產生淀粉。2.分析恩格爾曼的實驗,回答下列問題:資料 1881年,德國科學家恩格爾曼(T.W.Engelmann,1843~1909)做了這樣的實驗:把載有水綿(葉綠體呈螺旋帶狀分布)和好氧細菌的臨時裝片放在沒有空氣的小室內,在黑暗中用極細的光束照射水綿,發現細菌只向葉綠體被光束照射到的部位集中;如果把裝置放在光下,細菌則分布在葉綠體所有受光的部位。(1)恩格爾曼實驗的結論是什么?提示 恩格爾曼實驗的結論是:氧氣是葉綠體釋放出來的,葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所。(2)恩格爾曼在選材、實驗設計上有什么巧妙之處?提示 實驗材料選擇水綿和好氧細菌,水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀,便于觀察,用好氧細菌可確定釋放氧氣多的部位;沒有空氣的黑暗環境排除了氧氣和光的干擾;用極細的光束照射,葉綠體上有光照和無光照的部位,相當于一組對比實驗;臨時裝片暴露在光下的實驗再一次驗證了實驗結果,等等。3.分析魯賓和卡門的實驗,回答下列問題:資料 1940年,美國科學家魯賓(S.Ruben)和卡門(M.Kamen)用同位素標記的方法,研究了光合作用中氧氣的來源。他們用16O的同位素18O分別標記H2O和CO2,使它們分別變成HO和C18O2。然后,進行了兩組實驗:第一組給植物提供H2O和C18O2;第二組給同種植物提供HO和CO2。在其他條件都相同的情況下,第一組釋放的氧氣都是O2,第二組釋放的都是18O2。(1)魯賓和卡門的研究運用了什么技術方法?提示 放射性同位素標記法。(2)分析實驗結果,你能得出什么結論?提示 光合作用釋放的O2全部來源于H2O,而不來源于CO2。光合作用的探究歷程實驗者 內容 結論海爾蒙特 研究植物的營養來源 植物生長所需的養料主要來自水,而不是土壤英格豪斯 探究植物產生O2的條件 植物只有在光下才能產生O2薩克斯 檢驗葉片中有機物的成分 葉片在光下能產生淀粉魯賓、卡門 光合作用中水的去處 光合作用釋放的O2都來自水卡爾文 光合作用中碳元素的行蹤 CO2被用于合成糖類等有機物1.如圖所示,某植物綠葉經陽光照射24小時后,經脫色并用碘蒸氣處理,結果有錫箔覆蓋部位不呈藍色,而不被錫箔覆蓋的部位呈藍色。本實驗證明( )A.光合作用需要二氧化碳B.光合作用需要葉綠素C.光合作用需要光D.光合作用需要水答案 C解析 此實驗中,遮光的部分葉片由于沒有見光,沒有進行光合作用故不能制造淀粉,所以不變藍;不遮光的部分由于見光能進行光合作用,制造了淀粉所以葉片變藍色。因此該實驗說明了光合作用需要光、且光合作用制造了淀粉,C正確。2.(2022·江蘇鹽城高一期末)下列有關光合作用發現史的敘述,錯誤的是( )A.薩克斯證明了綠色葉片在光合作用中產生了淀粉B.海爾蒙特的柳樹實驗證明植物生長的養料主要來自土壤C.魯賓和卡門用同位素標記法證明光合作用釋放的氧氣來自水D.恩格爾曼選用水綿做實驗證明葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所答案 B解析 海爾蒙特的柳樹實驗中,土壤質量減少量遠小于柳樹干物質增加量,證明植物生長的養料不是主要來自土壤,B錯誤。二、提取和分離葉綠體中的光合色素1.實驗原理無水乙醇等有機溶劑能溶解綠葉中的各種光合色素;色素在層析液中的溶解度不同,因而在濾紙上的擴散速度有差異。2.實驗步驟(1)提取色素:稱取5 g新鮮的菠菜葉(或其他植物綠葉),剪碎后放入研缽中,加入少許二氧化硅、碳酸鈣和5 mL無水乙醇,迅速而充分地研磨。將研磨液過濾到試管中,及時用棉塞塞緊試管口。(2)制備濾紙條:將與燒杯高度相等、寬1 cm的干燥濾紙條,剪去一端的兩個角,在距離該端大約1_cm處用鉛筆畫一條細線。(3)畫濾液細線:用毛細吸管吸取少量濾液,沿鉛筆畫的細線畫一條細而直的濾液細線,吹干后在同一位置重復畫濾液細線。(4)分離色素:將畫好濾液細線的濾紙條輕輕地插入盛有3 mL層析液的燒杯中,斜靠在燒杯壁上,用培養皿覆蓋燒杯。濾液細線不能觸及層析液。(5)觀察結果:幾分鐘后取出濾紙條,觀察濾紙條上色素的分布情況。色素種類 色素顏色① 胡蘿卜素 類胡蘿卜素 橙黃色② 葉黃素 黃色③ 葉綠素a 葉綠素 藍綠色④ 葉綠素b 黃綠色3.葉綠體中光合色素分布及功能(1)分布:類囊體膜上。(2)功能:葉綠素主要吸收紅光和藍紫光,類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。葉綠素是光合作用過程中的主要色素,類胡蘿卜素還有保護葉綠素免遭強光傷害的作用。判斷正誤(1)提取色素時,要緩慢充分的研磨葉片,以保證色素充分地釋放出來( )(2)研磨綠葉時,要加入二氧化硅、碳酸鈣和無水乙醇( )(3)分離色素時,在無水乙醇中溶解度越高的在濾紙條上的擴散速度越快( )(4)色素分離后,濾紙條上從上而下的四條色素帶分別是葉黃素、胡蘿卜素、葉綠素a和葉綠素b( )答案 (1)× (2)√ (3)× (4)×實驗操作注意事項及結果分析1.如圖是提取和分離葉綠體中的光合色素的實驗步驟,請分析回答下列問題:(1)提取色素時,加入剪碎的葉片后還需要加入三種物質,若A是二氧化硅,B、C分別是什么?A、B、C各起什么作用?提示 A是二氧化硅,作用是有助于充分研磨;B是碳酸鈣,作用是防止研磨中葉綠素分子被破壞;C是無水乙醇,作用是溶解色素。(2)某實驗小組得到的色素提取液顏色過淺,可能的原因有哪些?提示 可能的原因有:①研磨不充分,色素未能充分提取出來;②稱取綠葉過少或加入無水乙醇過多,色素溶液濃度低;③未加碳酸鈣或加入過少,葉綠素分子部分被破壞。(3)制備濾紙條時,剪去兩角的作用是什么?畫濾液細線有什么要求?提示 防止色素帶不整齊。畫濾液細線的要求是細、齊、直,還要重復畫幾次。(4)色素分離時,關鍵應注意層析液不要觸及濾液細線,為什么?提示 濾液細線中的色素會被層析液溶解,濾紙條上分離不到色素帶。2.如圖是分離到的色素在濾紙條上的分布情況,請分析回答下列問題:(1)含量最多和最少的色素分別是哪兩種?提示 葉綠素a和胡蘿卜素。(2)在層析液中溶解度最高和最低的色素分別是哪兩種?提示 胡蘿卜素和葉綠素b。3.分析葉綠體中色素的吸收光譜,回答下列問題:(1)葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜有什么不同?提示 葉綠素主要吸收紅光和藍紫光,類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。(2)從葉綠體中色素的吸收光譜分析大多數葉片看起來呈綠色的原因。提示 葉綠體中的色素很少吸收綠光,綠光被反射,所以大多數葉片看起來呈綠色。1.實驗結果分析色素種類 色素顏色 色素含量 溶解度 擴散速度胡蘿卜素 橙黃色 最少 最高 最快葉黃素 黃色 較少 較高 較快葉綠素a 藍綠色 最多 較低 較慢葉綠素b 黃綠色 較多 最低 最慢2.實驗效果不理想的原因分析(1)收集到的濾液顏色過淺①未加二氧化硅,研磨不充分。②使用放置數天的菠菜葉,濾液色素(葉綠素)太少。③一次加入大量的無水乙醇,提取液濃度太低。④未加碳酸鈣或加入過少,色素分子被破壞。⑤過濾時未使用尼龍布,而是使用濾紙,導致色素吸附在濾紙上。(2)濾紙條上色素帶重疊:濾液細線畫得過粗。(3)濾紙條上色素帶不直①濾紙條未剪去兩角,濾液沿兩側擴散過快。②濾液細線畫得不直。(4)濾紙條上看不見色素帶:濾液細線接觸到層析液,且時間較長,色素全部溶解到層析液中。3.下列有關“提取和分離葉綠體中的光合色素”實驗的敘述,正確的是( )A.稱取菠菜葉片放入研缽中立即加入無水乙醇并迅速研磨,可增加色素的溶解量B.吸取少量濾液,沿鉛筆細線連續快速畫2~3次,可增加鉛筆細線處的色素含量C.把畫好細線的濾紙插入層析液中,并不斷振蕩,以加快層析液在濾紙條上的擴散D.距離濾液細線由近到遠的色素帶顏色依次是:黃綠色、藍綠色、黃色、橙黃色答案 D解析 將5 g新鮮菠菜葉剪碎放入研缽中,加入無水乙醇、二氧化硅、CaCO3以后,迅速研磨,可增加色素的溶解量,A錯誤;吸取少量濾液,沿鉛筆細線畫一條細而直的濾液細線,待濾液干燥后,在同一位置重復畫濾液細線,B錯誤;層析液不能沒及濾液細線,否則濾紙條上分離不到色素帶,C錯誤。4.(2022·江蘇沛縣樹恩中學高二期中)如圖所示是用新鮮菠菜葉片進行的“提取和分離葉綠體中的光合色素”實驗流程。請據圖回答下列問題:(1)圖中步驟①中C是少許碳酸鈣,其作用是_____________________________________。(2)圖中步驟②是過濾,漏斗基部應放________________(填“濾紙”或“單層尼龍布”)。(3)圖中步驟④是色素分離,其原理是______________________________________。實驗過程中擴散速度最快的色素顏色是________。(4)實驗材料和色素提取都正確、規范,若實驗結果濾紙條上不出現色素帶,請分析最可能的原因是________________________________________________________。答案 (1)防止研磨過程中,色素(葉綠素)被破壞 (2)單層尼龍布 (3)不同種類色素在層析液中溶解度不同,溶解度大的色素隨層析液在濾紙條上擴散速度快,反之則慢 橙黃色 (4)色素分離時,濾液細線觸及層析液題組一 光合作用的發現歷程1.1864年,德國科學家薩克斯將綠色葉片放在暗處幾小時,然后把此葉片一半遮光,一半曝光,經過一段時間后,用碘蒸氣處理葉片,成功地證明了( )A.光合作用的產物有淀粉B.光合作用的產物是水C.光合作用的場所在葉綠體D.光合作用產物中的氧氣來自反應物中的水答案 A2.(2022·江蘇徐州高一期末)在光合作用的探究歷程中,德國科學家梅耶根據能量守恒和轉化定律,曾提出了植物在進行光合作用時能量轉化的假說。能證明這一假說的實驗是( )A.英格豪斯證明綠葉在光照條件下可以產生氣體B.卡爾文追蹤了CO2中碳元素的行蹤C.薩克斯證明綠葉在光下進行光合作用能產生淀粉D.魯賓和卡門證明光合作用產生的O2來自水答案 C3.下表為魯賓和卡門利用同位素標記法研究光合作用的實驗記錄,據表判斷甲、乙分別是( )組號 提供的物質 結果產生的氣體 備注Ⅰ H2O和C18O2 甲 其他條件相同Ⅱ HO和CO2 乙 其他條件相同A.18O2、18O2 B.O2、O2C.18O2、O2 D.O2、18O2答案 D解析 光合作用中產生的氧全來自水,組號Ⅰ中的水未被18O標記,產物為O2,組號 Ⅱ 中的水被18O標記,則產物為18O2,D正確。4.(2022·江蘇南京師大附中高一期末)科學家恩格爾曼在證明光合作用放氧部位是葉綠體后,緊接著又做了一個實驗:他用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片,驚奇地發現大量的好氧細菌聚集在紅光和藍光區域。從這一實驗你能得出的結論是( )A.紅光和藍光對好氧細菌有吸引作用B.好氧細菌喜歡聚集在氧氣含量少的光區C.葉綠體主要吸收綠光用于光合作用,放出氧氣D.葉綠體主要吸收紅光和藍光用于光合作用,放出氧氣答案 D解析 該實驗中恩格爾曼用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片,發現好氧細菌聚集在紅光和藍光區域,說明紅光和藍光部位有氧氣產生,所以該實驗說明葉綠體主要吸收紅光和藍光用于光合作用,并釋放出氧氣,故C錯誤、D正確。題組二 提取和分離葉綠體中的光合色素5.利用紙層析法可分離光合色素。下列分離裝置示意圖中正確的是( )答案 C解析 層析液具有一定的毒性,容易揮發,要用橡皮塞塞住試管口,且不能讓濾液細線觸到層析液,C正確。6.在“提取和分離葉綠體中的光合色素”實驗中,加入石英砂(二氧化硅)的作用是( )A.有利于色素分離 B.有利于研磨充分C.防止色素被破壞 D.防止色素揮發答案 B解析 色素提取和分離過程中幾種化學物質的作用:無水乙醇作為提取液,可溶解綠葉中的色素;層析液用于分離色素;二氧化硅破壞細胞結構,使研磨充分;碳酸鈣可防止研磨過程中葉綠素分子被破壞。7.利用無水乙醇提取出葉綠體中的色素,設法分離得到各種色素后,并將葉綠素a、葉綠素b、葉黃素、胡蘿卜素和混合液依次點樣在濾紙的a、b、c、d、e位置(如圖所示)。當濾紙下方浸入層析液后,最終濾紙條上各色素正確位置應為( )答案 D解析 根據色素隨層析液在濾紙上的擴散速度不同,從而分離色素。溶解度大,擴散速度快;溶解度小,擴散速度慢。濾紙條從上到下依次是:胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b,D正確。8.如圖是葉片中兩類色素的吸收光譜,試判定甲和乙分別為何種色素( )A.葉綠素a、葉綠素bB.類胡蘿卜素、葉綠素C.葉黃素、葉綠素aD.葉綠素、類胡蘿卜素答案 D解析 根據曲線分析可知,甲主要吸收紅光和藍紫光,乙主要吸收藍紫光,因此甲為葉綠素,乙為類胡蘿卜素,D正確。選擇題9~10題為單選題,11~13題為多選題。9.下列關于光合作用的發現史的敘述,錯誤的是( )A.英格豪斯的實驗證明了植物需要陽光制造氣體B.薩克斯的實驗證明光是光合作用的必要條件C.恩格爾曼的實驗定量分析了水綿光合作用生成的氧氣量D.魯賓和卡門用18O分別標記H2O和CO2,證明了光合作用產生的氧氣來自H2O答案 C解析 恩格爾曼的實驗證明光合作用場所在葉綠體,但沒有做定量分析,C錯誤。10.(2022·江蘇淮安高一期末)對菠菜葉中提取的色素進行紙層析,以色素擴散距離為橫坐標,光合色素的含量為縱坐標,繪制圖示如下。下列敘述正確的是( )A.色素帶最寬的是乙,丁色素的溶解度最大B.四種色素中,丙和丁主要吸收紅光和藍紫光C.實驗結果表明,不同色素帶的寬度是相同的D.提取色素時,加入少許二氧化硅可防止研磨中色素被破壞答案 A解析 分析圖示可知,色素含量最多的是乙,所以色素帶最寬的是乙,丁擴散距離最遠,所以丁色素的溶解度最大,A正確;丙表示葉黃素,丁表示胡蘿卜素,胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光,B錯誤;不同色素含量是不同的,所以不同色素帶的寬度是不相同的,C錯誤;提取色素時,加入二氧化硅有助于研磨充分,碳酸鈣可防止研磨中葉綠素分子被破壞,D錯誤。11.如圖所示,圖1和圖2分別表示光合作用探索歷程中恩格爾曼和薩克斯的實驗示意圖。下列有關敘述錯誤的是( )A.兩實驗均需進行“黑暗”處理,以消耗細胞中原有的淀粉B.兩實驗均需要光的照射C.兩實驗中只有恩格爾曼的實驗設置了對照D.兩實驗均可證明光合作用的產物有氧氣答案 ACD解析 兩實驗均需進行“黑暗”處理,薩克斯的實驗是為了消耗細胞中原有的淀粉,但恩格爾曼的實驗并非為了消耗原有淀粉,而是為了用極細的光束照射,A錯誤;恩格爾曼實驗的目的是探究光合作用進行的場所,薩克斯實驗的目的是探究光合作用的產物,所以兩實驗均需要光的照射,B正確;恩格爾曼的實驗中,照光與不照光、黑暗與完全曝光形成對照。薩克斯的實驗中,暗處理的葉片一半曝光、一半遮光形成對照。兩實驗中均設置了對照實驗,C錯誤;恩格爾曼的實驗可證明光合作用的產物有氧氣,薩克斯的實驗證明光合作用的產物有淀粉,D錯誤。12.如圖所示為某同學做“提取和分離葉綠體中的光合色素”實驗的改進裝置。下列有關敘述中,正確的是( )A.應向培養皿中倒入層析液B.應將濾液滴在b處,而不能滴在a處C.實驗結果應是得到四個不同顏色的同心圓D.實驗得到的若干個同心圓中,最大的一個圓呈黃色答案 AC解析 利用色素在層析液中的溶解度不同,進行色素的分離,故分離色素時應向培養皿中加入層析液,A正確;利用圖示裝置分離色素時,應將色素提取液滴在a處,b處連接層析液,這樣層析液由棉線上升至a處將色素分離,色素在濾紙上隨層析液由圓心向四周擴散,實驗結果將得到4個同心圓,從外向內分別是胡蘿卜素(橙黃色)、葉黃素(黃色)、葉綠素a(藍綠色)、葉綠素b(黃綠色),B錯誤、C正確;胡蘿卜素在層析液中溶解度最大,擴散速度最快,則形成的圓最大,顏色是橙黃色,D錯誤。13.為了測定葉片葉綠體色素含量,某中學興趣小組利用兩種方法分別提取菠菜葉片的葉綠體色素,并測定含量,實驗過程如圖所示。下列相關敘述正確的是( )A.方法①中的“?”代表的是SiO2,加入該成分以便研磨更充分B.方法①、②中加入CaCO3的作用是保護葉綠素,提高色素的提取量C.方法②中沸水浴可破壞膜結構,使色素充分釋放D.方法②延長沸水浴時間,色素提取更充分答案 ABC解析 方法①中的“?”代表的是SiO2,它能破壞細胞結構,加入該成分以便研磨更充分,A正確;方法①、②中加入CaCO3的作用是保護葉綠素分子在研磨時不被破壞,提高色素的提取量,B正確;方法②中沸水浴可破壞膜上蛋白質結構,從而破壞膜結構,使色素充分釋放,C正確;方法②延長沸水浴時間,葉綠體中的色素可能被分解,色素提取量變少,D錯誤。14.“陽光”生物學興趣小組設計了如圖所示的實驗,請將下列探究活動的有關內容填寫完整。(1)暗處理:將一盆天竺葵放到黑暗處24小時,目的是__________________________。(2)部分遮光:選擇天竺葵的某個葉片,將其半部從上、下兩面用黑紙片遮蓋起來,用曲別針夾緊,該步驟的目的是設置________實驗。(3)照光:將該盆天竺葵移至陽光下照射30分鐘,目的是使天竺葵能夠進行________作用。(4)脫色:對該葉片進行脫色、漂洗等處理,其中脫色用到的試劑是________。(5)滴加碘液:對該葉片滴加碘液、顯色、觀察。原理是淀粉遇碘變____________色。分析實驗結果,得出結論。答案 (1)耗盡葉片中原有的有機物 (2)對照 (3)光合 (4)酒精 (5)藍15.中國的飲食講究“色香味”,顏色會影響消費。小李同學擬研發“綠色”食用色素,他以生長很快的入侵植物水葫蘆為材料進行如下實驗。Ⅰ.提取葉綠素:―→―→―→Ⅱ.探究pH對葉綠素穩定性的影響:取一些葉綠素粗產品,配成一定濃度的溶液,于室溫(約25 ℃)下進行實驗,方法和結果如下表。實驗組號 葉綠素溶液(mL) 調pH至 處理時間(min) 溶液顏色① 3.0 Y 10 綠色② 3.0 7.0 10 綠色③ 3.0 6.0 10 黃綠色④ 3.0 5.0 10 黃褐色注:葉綠素被破壞后變成黃褐色。根據所學知識和實驗結果,請回答下列問題:(1)提取食用葉綠素的X應該為___________,原因是_________________________。(2)表中Y應該為______________,原因是__________________________________。(3)若用作食品色素,天然葉綠素色素不適用于____________食品,否則__________________。(4)小李想了解葉綠素粗產品中是否含有其他色素,請你提供檢測方法并寫出主要步驟:________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案 (1)對人體無害的有機溶劑(食用酒精等) 葉綠素溶于有機溶劑并應考慮溶劑對人體的影響(2)8.0 該實驗是以1.0作為pH梯度進行的 (3)酸性 葉綠素被破壞會造成食品失綠而影響品質 (4)紙層析法,主要步驟:①制備濾紙條,②畫濾液細線,③用層析液分離色素,④觀察色素帶 展開更多...... 收起↑ 資源預覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫