高中生物第4章光合作用和细胞呼吸第二节第1课时光合作用的认识过程与光合色素学案苏教版必修1.docx

1、高中生物第4章光合作用和细胞呼吸第二节第1课时光合作用的认识过程与光合色素学案苏教版必修1第1课时光合作用的认识过程与光合色素学习目标1.说出光合作用的发现及研究历史。2.说出叶绿体中的光合色素的种类和作用。3.学会提取和分离叶绿体中的光合色素的方法。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水，而不是土壤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CO2，同时释放出O21779年荷兰扬英根豪斯把带叶的枝条放入水里，这些叶在阳光下产生O2，在黑暗处并不产生O2植物需要

2、阳光才能制造出O21864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淀粉1940年美国鲁宾和卡门运用同位素标记法：向小球藻提供含18O的水和含18O的CO2，追踪O2中氧的来源和糖类中氢的来源证明光合作用释放的O2来自水，糖类中的氢来自水20世纪40年代美国卡尔文用14C标记的CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性CO2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？答案消耗掉叶片中原有的淀粉，防止干扰实验结果。(2)该实验是如何形成对照的？答案树叶一半遮光，一半曝光，形成了对照。(3)为什么要用酒精脱色后再

3、用碘液处理？答案避免叶片颜色对实验结果的干扰。(4)本实验的结论是什么？答案光合作用的产物中有淀粉。2.萨克斯实验跟鲁宾和卡门的实验对照设计方法相同吗？答案不相同。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：H218O和C18O2)。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？答案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。1.下列实验中，科学家使用的方法不同于其他的是(

4、)A.科学家对分泌蛋白的合成和分泌过程的研究B.萨克斯证明光合作用的产物除氧气外还有淀粉C.鲁宾和卡门证明光合作用过程中释放的氧气来自水D.卡尔文探明CO2中的碳在光合作用过程中的转化途径答案B解析科学家利用同位素标记法对分泌蛋白的合成和分泌进行了研究，发现3H标记的亮氨酸在细胞内出现的先后顺序；鲁宾和卡门用同位素标记法证明光合作用释放的氧气来自水；卡尔文利用同位素标记法探明CO2被用于合成糖类等有机物，上述三个实验都采用了同位素标记法。萨克斯通过对绿叶的遮光与曝光处理，证明光合作用的产物除氧气外还有淀粉，该实验没有采用同位素标记法。2.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

5、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H218O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_。答案(1)H2OC18O2H218OCO2光能和小球藻(2)O218O289(3)光合作用产生的氧气中的氧全部来自水解析(1)通过图示可知，提供给第一组的物质是H2O和C18O2，提供给第二组的物质是H218O和CO2。(2)向两组共同提供的是光能、小球藻

6、。虽然向每组提供的水和二氧化碳都含有氧，但通过同位素的不同标记，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O2，而b为18O2。a和b的相对分子质量比是323689。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溶解绿叶中的各种光合色素；色素在层析液中的溶解度不同，因而在滤纸条上的扩散速度有差异。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，加入少许二氧化硅、碳酸钙和5mL无水乙醇，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1_cm处用

7、铅笔画一条细线。(3)画滤液细线：用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线画一条细而直的滤液细线，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。滤液细线不能触及层析液。(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？答案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.某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，可

8、能的原因有哪些？答案研磨不充分，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.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？答案防止色素带不整齐。画滤液细线的要求是细、齐、直，还要重复画几次。4.色素分离时，关键应注意层析液不要没及滤液细线，为什么？答案否则滤液细线会被层析液溶解，不能分离。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叶绿素a和胡萝卜素。(2)在层析液中溶解度最高和最低的色素分别是胡萝卜素和叶绿素b。(3)分子结构最相似的两种色素是叶绿素a和叶绿素b。归纳提升

9、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CaCO3SiO2A. B.C. D.答案B解析色素提取中，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CaCO

10、3，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.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_。答案(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b3和4三、光合色素与光能的捕获1.恩吉尔曼的

11、实验(1)实验材料：水绵和好氧细菌。(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红光和蓝光。2.色素对光的吸收(1)叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝光和红光。(2)胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。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？答案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.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？答案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.乙组是完全暴露在光照下，好氧

12、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？答案和甲组进行对照，明确实验结果完全是由光照引起的。4.两组实验都要求在隔绝空气的条件下进行，为什么？答案排除空气中的氧气对实验结果的干扰。关键点拨(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.红枫是一种木本观赏植物，在生长季节叶片呈红色，下列关于该植物的叙述，正确的是()

13、A.红枫叶片不含叶绿素B.红枫叶片呈红色是因为吸收了红光C.红枫叶片能吸收光能进行光合作用D.液泡中的色素吸收的光能可用于光合作用答案C解析红枫叶片能进行光合作用，一定含有叶绿素，故A错误；红枫叶片呈红色是因为其对红光吸收最少，反射最多，故B错误；红枫叶片能吸收光能进行光合作用，故C正确；液泡中没有与光合作用有关的酶，液泡中的色素吸收的光能不能进行光合作用，故D错误。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

14、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答案A解析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，应该将装片放置在没有空气的黑暗环境中；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。1.下列叙述，正确的打“”，错误的打“”。(1)分离色素时，在层析液中溶解度越高的，则在滤纸条上的扩散速度越慢()(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，滤纸条上从上而下的四条色带分别

15、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()(5)叶绿体是通过基粒中的类囊体膜扩大生物膜面积的()(6)叶绿体是光合作用的场所，蓝藻虽然没有叶绿体但也可以进行光合作用()(7)没有叶绿体的植物细胞不能进行光合作用()(8)普利斯特莱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()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)2.普利斯特莱把一只小白鼠和一盆植物一同放到一个玻璃罩内，结果小白鼠和植物都能存活很长时间。但后来有人重复这个实验，有的成功，有的却不能成功。以下关于这一现象的说法，不正确的是()A.该实验并不科学，没有可重

16、复性B.该实验说明光合作用需要的CO2与小白鼠呼出的CO2达到了平衡C.该实验的成败与否，要看是否将实验装置置于阳光下D.该实验说明光合作用释放的O2与小白鼠需要的O2达到了平衡答案A解析普利斯特莱实验成功的关键是把实验装置置于阳光下。普利斯特莱的实验虽然把实验装置置于阳光下取得了成功，但他没有明确地说明将实验装置置于阳光下是实验成功的必要条件。所以后来的科学工作者重复该实验时，置于阳光下的取得了成功，未置于阳光下的失败。3.如图为新鲜菠菜叶中4种色素的相对含量及在滤纸条上的分离情况。下列有关说法不正确的是()A.4种色素在层析液中溶解度最高的是丁B.4种色素均可溶于有机溶剂无水乙醇中C.4种

17、色素在层析液中溶解度最高的是甲D.发黄菠菜叶中色素含量显著减少的是甲和乙答案C解析据图可知，甲、乙、丙、丁分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，层析液中溶解度最高的是丁，A正确，C错误；4种色素均可溶于有机溶剂无水乙醇中，故可用无水乙醇提取色素，B正确；发黄菠菜叶中色素含量显著减少的是叶绿素a(乙)和叶绿素b(甲)，D正确。4.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答案A解析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。5.

18、下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述，正确的是()A.应该在研磨叶片后立即加入CaCO3，防止酸破坏叶绿素B.即使菜叶剪碎不够充分，也可以提取出4种光合作用色素C.为获得10mL提取液，研磨时一次性加入10mL乙醇研磨效果最好D.层析完毕后应迅速记录结果，否则叶绿素条带会很快随溶液挥发消失答案B解析CaCO3可防止酸破坏叶绿素，应在研磨时加入，A错误；即使菜叶剪碎不够充分，但色素并没有减少，也可提取出4种光合作用色素，B正确；由于研磨时乙醇挥发，故为获得10mL提取液，研磨时加入多于10mL乙醇，C错误；叶绿素条带不会随层析液挥发消失，D错误。6.德国科学家恩吉尔曼利用一种绿藻(这种绿藻具

19、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。请回答下列问题：(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(1)细菌集中在叶绿体周围O2(2)叶绿体类囊体膜上类囊体膜上和叶绿体基质中(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

20、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场所是叶绿体，色素分布在叶绿体的类囊体膜上，而酶有的分布在类囊体膜上，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。题组一光合作用的发现历程1.历经一个多世纪，经过许多科学家的实验，才逐渐发现光合作用的场所、条件、原料和产物，在下面几个著名实验中，相关叙述不正确的是()A.普利斯特莱的实验证明了植物可以更新空气B.萨克斯的实验也可证明光是光合作用的必要条件C.恩吉尔曼的实验定量分析了水绵光合作用生成的氧气量D.鲁宾和卡门的实验

21、中，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的氧气来自H2O而不是CO2答案C解析恩吉尔曼的实验能够证明氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是进行光合作用的场所，但不能定量分析光合作用生成的氧气量。2.在甲、乙两试管中培养小球藻，给甲试管中提供C18O2和H2O，给乙试管提供CO2和H218O，在适宜的光照条件下，两试管最初释放的氧气分别应该是()A.甲为18O2，乙为O2 B.甲、乙均为18O2C.甲为O2，乙为18O2 D.甲、乙均为O2答案C解析光合作用释放的氧气来自水，所以甲、乙两试管最初释放的氧气分别为O2和18O2。3.如图表示德国科学家萨克斯做的实验，将绿叶在暗处放置一段时

22、间后，用锡箔覆盖一部分叶片，置于阳光下，一段时间后，经脱色、漂洗并用碘蒸气处理，结果被锡箔覆盖的部分呈棕色，而不被锡箔覆盖的部分呈蓝色。本实验证明()光合作用需要CO2光合作用需要光光合作用需要叶绿素光合作用放出O2光合作用制造淀粉A.B.C.D.答案C解析光照一段时间后，叶片裸露的部分进行光合作用，经脱色、漂洗后用碘蒸气处理变蓝，说明有淀粉生成，正确。有锡箔覆盖的部分，用碘蒸气处理不变蓝，说明光合作用需要光，没有光就不能进行光合作用，正确。4.下图是光合作用探索历程中恩吉尔曼和萨克斯的实验示意图，有关叙述正确的是()A.两实验均需进行“黑暗”处理，以消耗细胞中原有淀粉B.两实验均需要光的照射

23、C.两实验中只有恩吉尔曼的实验设置了对照D.两实验均可证明光合作用的产物有氧气答案B解析恩吉尔曼的实验中，检测的不是淀粉而是氧气，所以不用进行黑暗处理，以消耗细胞中原有淀粉，但实验要在没有空气的黑暗环境中进行，A项错误；两个实验都需要提供光照，以保证进行光合作用，B项正确；萨克斯的实验也设置了对照，即光照部分和遮光部分形成了对照，C项错误；萨克斯的实验证明了光合作用能产生淀粉，D项错误。5.在光合作用的探究历程中，德国科学家梅耶根据能量转化和守恒定律，曾提出了植物在进行光合作用时发生能量转化的假说。以下科学实验能证明这一假说的是()A.英根豪斯证明植物在光照条件下可以改变空气成分的实验B.恩吉

24、尔曼证明光合作用的有效光是红橙光和蓝紫光的实验C.萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用可以产生淀粉的实验D.鲁宾和卡门证明光合作用产生的氧气来自水的实验答案C解析萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用的产物除氧气外还有淀粉，即光能转变成储存在淀粉等有机物中的化学能，因此该实验能证明“植物在进行光合作用时发生能量转化”的假说。题组二提取和分离叶绿体中的光合色素的实验6.以圆形滤纸的中心为圆心，画叶绿体色素滤液的小圆进行色素分离，看到近似同心环状的四个色素圈，排列在最外圈的一个呈()A.蓝绿色B.黄绿色C.黄色D.橙黄色答案D解析绿叶中的色素能够在滤纸上彼此分离的原因是色素在层析液中的溶解度不同，在滤纸上的

25、扩散速度不同。其中胡萝卜素(橙黄色)的溶解度最大，故其扩散速度最快，排列在最外圈。7.分别在、三个研钵中加2g剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按如表所示添加试剂，经研磨、过滤得到3种不同颜色的溶液(深绿色、黄绿色、几乎无色)，则、三个研钵中的溶液颜色分别是()处理SiO2(少量)CaCO3(少量)无水乙醇(10mL)蒸馏水(10mL)注：“”表示添加；“”表示不添加。A.几乎无色、黄绿色、深绿色B.深绿色、几乎无色、黄绿色C.黄绿色、深绿色、几乎无色D.黄绿色、几乎无色、深绿色答案D解析由表格可知，研钵中未加入CaCO3，从而导致研磨过程中部分叶绿素被破坏，因而提取液呈黄绿色；研钵中未加入无水乙醇，色素

26、不溶于蒸馏水，因此研钵中的溶液几乎无色；研钵中加入了CaCO3、SiO2和无水乙醇，未加入蒸馏水，可得到正常的提取液，故溶液呈深绿色。8.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、类胡萝卜素的吸收光谱答案B解析叶绿素主要吸收红光和蓝光，在光谱上有两个吸收区域；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，在光谱上有一个吸收区域。题组三光合色素与光能的捕获9.某研究小组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析(从上至下)，与正常

27、叶片相比，实验结果是()A.光吸收差异显著，色素带缺第2条B.光吸收差异不显著，色素带缺第2条C.光吸收差异显著，色素带缺第3条D.光吸收差异不显著，色素带缺第3条答案B解析胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，所以缺少叶黄素时对红光的吸收差异不显著；叶绿体中色素层析后色素带从上到下依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。10.(2018太原高一检测)将竖直放置的水绵和某种好氧细菌的混合溶液放在暗处，白光透过三棱镜照在混合液处，一段时间后，好氧细菌的分布情况最可能是()A.随机、均匀分布在混合液中B.集中分布在上下两侧C.集中分布在中央位置D.集中分布在溶液的下层答案B解析由于色素主要吸收红光和

28、蓝紫光，因此竖直放置的水绵在上侧红光处及下侧蓝紫光处的光合作用较强，产生的氧气较多，因此好氧细菌在这两处集中分布。11.如图是恩吉尔曼利用水绵及好氧细菌(图中的小点)做的实验(ag代表不同的波长)。根据此图，下列说法错误的是()A.光合作用最强的波长区段为bcB.好氧细菌的聚集是因为有氧气的存在C.该实验可证明水绵叶绿体色素对不同波长的光吸收量不同D.波长ac区域对应的水绵含叶绿素最多答案D解析好氧细菌分布越多的地方，光合作用越强。在波长ac区域细菌分布比较集中是因为光合色素主要吸收该区域波长的光进行光合作用。12.1880年生物学家恩吉尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将三棱镜产生的光

29、谱投射到丝状的水绵体上，并在水绵的悬液中放入好氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图所示)，他得出光合作用强度在红光区和蓝紫光区最强。这个实验的思路是()A.细菌对不同的光反应不一，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，则在该种光照射下植物光合作用强C.好氧细菌聚集多的地方，水绵光合作用产生的有机物多，则在该种光照射下植物光合作用强D.聚集的好氧细菌大量消耗光合作用产物O2，使水绵的光合速率加快，则该种光有利于光合作用答案B解析好氧细菌分布在氧气浓度较高的环境中。图(a)中，好氧细菌分布多的地方，氧气浓度高，氧气来自光合作用中的光反应，因此好氧细菌的分布也体现出光合速率的大小，故B项正确。13.为研究城市环境污染和某植物生命活动的关系，研究者测定了不同污染程度下该植物叶片光合色素的含量