高中生物必修1541 捕获光能的色素和结构光合作用的探究历程学案.docx
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高中生物必修1541捕获光能的色素和结构光合作用的探究历程学案
第4节 能量之源——光与光合作用
第1课时 捕获光能的色素和结构、光合作用的探究历程
一、捕获光能的色素
1.实验:
绿叶中色素的提取和分离
(1)提取绿叶中的色素
①原理:
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。
②步骤
取材:
称取5g新鲜绿叶
↓
研磨:
剪碎叶片,放入研钵中,加少许二氧化硅和碳酸钙,再加入10mL无水乙醇,
迅速、充分研磨
↓
过滤:
漏斗基部放一块单层尼龙布,将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤
↓
收集:
用小试管收集色素滤液,及时将试管口用棉塞塞严
(2)分离绿叶中的色素
①原理:
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。
②步骤
制备滤纸条
↓
画滤液细线
↓
分离绿叶中的色素:
将适量的层析液倒入试管中,将滤纸条(有滤液细线的一端朝下)
轻轻插入层析液中,随后用棉塞塞紧试管口
↓
观察并记录结果:
滤纸条上出现4条色素带
2.色素的种类及吸收光谱
类胡萝卜素
主要吸收蓝紫光
叶绿素
主要吸收蓝紫光和红光
归纳总结 实验中的材料试剂及操作目的
过程
操作内容
操作目的
提
取
色
素
材料
叶片要新鲜、深绿
使滤液中色素含量高
试剂
二氧化硅
利于绿叶的充分研磨
碳酸钙
防止研磨过程中色素被破坏
无水乙醇
溶解色素
关键
步骤
研磨要迅速、充分
提取较多色素、防止溶剂挥发
盛滤液的试管口加棉塞
防止溶剂挥发
用单层尼龙纱布过滤而不用滤纸
防止色素吸附在滤纸上
分
离
色
素
试剂
层析液
分离色素
关键
步骤
滤纸条的一端剪去两角
防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快
滤液细线重复画若干次,且要求细、直、齐
使分离的色素带清晰
滤液细线不能触及层析液
防止色素溶解到层析液中
(1)分离色素时,在层析液中溶解度越高的,则在滤纸条上扩散的速度越慢( )
(2)研磨绿叶时,要加入二氧化硅、碳酸钙和无水乙醇( )
(3)色素分离后,在滤纸条上的从上而下的四条色素带分别是叶黄素、胡萝卜素、叶绿素a和叶绿素b( )
(4)叶绿素和类胡萝卜素都主要吸收蓝紫光和红光( )
[答案]
(1)×
(2)√ (3)× (4)×
1.很多植物的叶片到秋天会变红,是什么原因造成的?
提示 红叶不是叶绿体中的色素造成的,而是由液泡中的花色素造成的。
2.温室或大棚种植蔬菜时,应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜?
提示 应选择无色透明的玻璃、塑料薄膜更有利于植物光合作用。
二、叶绿体的结构和功能
1.叶绿体的结构
(1)[1]外膜和[2]内膜使其内部结构与细胞质基质分开,保证了叶绿体相对独立地进行代谢活动。
(2)由[3]类囊体堆叠而成的[4]基粒,增大了膜面积。
(3)[3]类囊体的薄膜上分布着能够吸收、传递和转化光能的色素。
(4)[5]叶绿体基质中还含有少量的DNA和RNA。
(5)与光合作用有关的酶分布在类囊体的薄膜上和叶绿体基质中。
2.叶绿体的功能
(1)功能:
叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
(2)叶绿体功能的实验验证
①实验者:
德国科学家恩格尔曼。
②实验过程及现象
③实验结论:
O2是由叶绿体在光照条件下释放出来的,叶绿体是光合作用的场所。
归纳总结 恩格尔曼实验的巧妙之处
(1)实验材料选择巧妙:
实验材料选择水绵,水绵不但具有细而长的带状叶绿体,而且叶绿体在细胞中呈螺旋式分布,便于观察实验结果和设置对照。
(2)排除干扰的方法巧妙:
没有空气的黑暗环境排除了环境中氧气和光的干扰。
(3)观测指标设计巧妙:
通过好氧细菌的分布进行检测,从而能够准确地判断出释放氧气的部位。
(4)实验对照设计巧妙:
用极细的光束点状投射,使叶绿体上可分为获得光照和无光照的部位,相当于一组对照实验;进行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的对照实验。
明确实验结果完全是由光照引起的。
(1)叶绿体增大膜面积的方式与线粒体相同( )
(2)叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内( )
(3)光合作用的酶分布于叶绿体内膜、外膜、类囊体薄膜和叶绿体基质中( )
(4)植物细胞一定能进行光合作用( )
(5)没有叶绿体的细胞一定不能进行光合作用( )
[答案]
(1)×
(2)× (3)× (4)× (5)×
三、光合作用的探究历程
时间及科学家
实验过程、方法和现象
实验结论
实验特点
1771年普利
斯特利(英国)
密闭玻璃罩+绿色植物+点燃蜡烛→蜡烛不熄灭;
密闭玻璃罩+绿色植物+小鼠→小鼠不易窒息死亡
植物可以更新空气
缺少空白对照
1779年英格
豪斯(荷兰)
做了500多次植物更新空气实验→只有在光照下,且只有绿叶才能更新空气
植物更新空气需要绿叶和阳光
缺少空白对照
1845年梅耶
(德国)
根据能量转化与守恒定律推测
植物进行光合作用时,把光能转换成化学能储存起来
理论推理
1864年萨克
斯(德国)
绿叶
绿色叶片光合作用产生淀粉
空白对照。
自变量:
是否有光照;
因变量:
叶片颜色
变化
1941年鲁宾、卡门(美国)
向植物提供
光合作用释放的O2来自水
相互对照。
自变量:
标记物;
因变量:
释放的O2是否含18O
20世纪
40年代卡
尔文(美国)
用14C标记的14CO2,供小球藻进行光合作用,而后追踪检测其放射性
探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的
途径
同位素标记法
(1)普利斯特利发现植物可以更新空气,他还发现植物只有在光下才能更新空气( )
(2)证明光合作用产生淀粉和氧气的科学家是荷兰科学家英格豪斯( )
[答案]
(1)×
(2)×
1.萨克斯的实验中先把绿叶在暗处放置的目的是什么?
如何形成对照?
提示 消耗掉叶片中原有的淀粉,防止干扰实验结果。
绿叶一半遮光,一半曝光,形成了对照。
2.如图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图,图中A物质和B物质的相对分子质量之比是多少?
提示 图中A、B物质是氧气,均来自反应物中的水。
A、B分别为O2、18O2,二者的相对分子质量之比为32∶36=8∶9。
1.(2018·沈阳高一检测)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
[答案] D
[解析] 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。
2.如图表示叶绿体中色素的吸收光谱(颜色深、浅分别表示吸收量多、少),则甲、乙两图分别是( )
A.类胡萝卜素、叶绿素的吸收光谱B.叶绿素、类胡萝卜素的吸收光谱
C.叶黄素、叶绿素的吸收光谱D.叶黄素、胡萝卜素的吸收光谱
[答案] B
[解析] 由图可知,甲图的吸收光谱主要在蓝紫光区和红光区,应为叶绿素的吸收光谱;乙图的吸收光谱主要在蓝紫光区,应为类胡萝卜素的吸收光谱。
3.(2018·龙岩高一检测)如图甲是叶绿体结构模式图,图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。
下列相关叙述正确的是( )
A.图甲生物膜的面积主要靠内膜向内折叠成嵴而增大
B.图乙所示的结构来自图甲中的③
C.③中的叶绿素在液泡中也有
D.ATP的合成场所只有叶绿体
[答案] B
[解析] 图甲是叶绿体,主要通过大量的类囊体堆叠成基粒来增大膜面积,A错误;图甲中的③是类囊体,图乙含有光合色素,光合色素分布在类囊体薄膜上,所以图乙所示结构来自图甲中的③,B正确;③中的色素是叶绿素和类胡萝卜素,与光合作用有关,液泡中的色素是花青素等,和光合作用没有关系,C错误;ATP的合成场所是叶绿体、线粒体和细胞质基质,D错误。
4.美国科学家鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2中的氧,证明了光合作用( )
A.制造了有机物
B.利用了根系吸收的水分
C.释放的氧气全部来自H2O
D.释放的氧气全部来自CO2
[答案] C
[解析] 美国科学家鲁宾和卡门通过同位素18O分别标记H2O和CO2,发现只有标记H2O的一组产生了18O2,两组对照说明光合作用释放的氧气全部来自水。
5.(2018·荆州中学检测)下图表示叶绿体中色素的提取和分离实验的部分材料和用具,据图回答下列问题:
(1)图中步骤①加入研钵内的物质:
A__________10mL,作用是________________;B_________少许,作用是使研磨充分;C_________少许,作用是_________________。
(2)图中步骤②将研磨液倒入漏斗中,漏斗基部放有______________________。
(3)图中步骤③滤纸条剪去两角的目的是____________________________________________,画滤液细线的要求是__________。
(4)图中步骤④中关键应注意______________________________________________________;加盖的目的是_________;色素带最宽的是_________,扩散速度最快的是__________。
[答案]
(1)无水乙醇 溶解色素 二氧化硅 碳酸钙 防止色素被破坏
(2)单层尼龙布 (3)防止两侧色素扩散过快使色素带不整齐 细、齐、直 (4)层析液不要触及滤液细线 防止层析液挥发 叶绿素a 胡萝卜素
[解析]
(2)过滤研磨液时,漏斗基部不能用滤纸,因为色素可吸附在滤纸上。
一般用单层尼龙布过滤。
(3)滤纸条剪去两角的作用是防止两边色素扩散过快。
画滤液细线的要求是细、齐、直。
(4)层析时的关键是不能让层析液触及滤液细线,否则滤液细线会被层析液溶解而不能被分离。
四种色素溶于层析液中,因溶解度的差异,造成在滤纸条上扩散速度不同,从而达到分离的目的。
由于层析液有毒,而且容易挥发,所以要加盖。
色素带的宽度是由各种色素含量不同造成的,含量越多,色素带越宽,一般植物叶片中叶绿素a含量最多,所以叶绿素a的色素带最宽。
扩散速度最快的是胡萝卜素。
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