2019_2020学年高中生物第5章捕获光能的色素和结构、光合作用的探究历程学案新人教版.docx

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)提取绿叶中的色素原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。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。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实验者：德国科学家恩格尔曼。实验过程及现象实验结论：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18O20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323689。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C.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，B正确；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H2OD.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)图中步骤将研磨液倒入漏斗中，漏斗基部放有_。(3)图中步骤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。题组一叶绿体中的色素1.(2018四川成都七中高一上月考)下列关于绿叶中色素的提取和分离实验的叙述，正确的是()A.滤纸条上未见色素带，可能的原因是滤液细线触及层析液B.依据色素可以溶于有机溶剂中，可以分离色素C.研磨过程中需要加入碳酸钙，目的是研磨充分D.滤纸条上出现的四条色素带中最窄的一条呈蓝绿色答案A解析若滤液细线触及层析液，则色素会溶解到层析液中，导致滤纸条上无色素带，A正确；分离色素的原理是色素在层析液中的溶解度不同，B错误；研磨过程中需要加入碳酸钙，目的是防止色素被破坏，C错误；四条色素带中最窄的是胡萝卜素，呈橙黄色，D错误。2.(2018江苏宿州期末考试)在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，研磨绿叶时要加入无水乙醇，其目的是()A.防止叶绿素被破坏B.使叶片充分研磨C.使各种色素充分溶解在无水乙醇中D.使叶绿素溶解在无水乙醇中答案C解析加入碳酸钙的作用是防止叶绿素被破坏，A错误；加入二氧化硅的作用是使叶片充分研磨，B错误；无水乙醇能溶解绿叶中的色素(包括叶绿素和类胡萝卜素)，进而提取色素，C正确、D错误。3.(2018甘肃兰州一中期末考试)叶绿体色素的纸层析结果显示，叶绿素b位于层析滤纸的最下端，主要原因是()A.分子量最小B.分子量最大C.在层析液中的溶解度最低D.在层析液中的溶解度最高答案C解析叶绿素b在层析液中溶解度最低，所以在滤纸条上随层析扩散得最慢，位于最下端，C正确。4.(2017全国卷，3改编)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是()A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光合作用B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示D.叶片在640660nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的答案A解析类胡萝卜素只吸收蓝紫光，不吸收红光，A错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，其吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制，B正确；CO2的吸收速率和O2的释放速率随光波长的变化均可表示光合作用的作用光谱，C正确；根据叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱可知，叶片在640660nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的，D正确。题组二叶绿体的结构和功能5.(2018葫芦岛高一检测)如图为叶绿体结构示意图，下列叙述不正确的是()A.1具有选择透过性B.吸收光能的色素分布在2上C.与光合作用有关的酶只分布在3中D.它具有双层膜答案C解析图中结构1为叶绿体的外膜，主要由磷脂和蛋白质构成，在功能上具有选择透过性，A正确；结构2为类囊体堆叠而成的基粒，叶绿体色素分布于类囊体薄膜上，具有吸收、传递和转化光能的作用，B正确；光合作用有关的酶分布在类囊体薄膜(结构2)和叶绿体基质(结构3)中，C错误；由图可知，叶绿体具有双层膜，D正确。6.(2019郑州高一检测)下列关于叶绿体中的类囊体的正确叙述是()A.叶绿体中的一个个基粒就是一个个类囊体B.全部光合色素都分布在类囊体的双层薄膜上C.组成各基粒的类囊体之间没有结构上的联系D.基粒和类囊体极大地扩大了光合作用的反应面积答案D解析基粒由类囊体堆叠而成，多个类囊体堆叠成一个基粒，A错误；类囊体是单层膜围成的，叶绿体中的色素分布在类囊体薄膜上，B错误；组成各基粒的类囊体之间在结构上是相互联系的，C错误；光反应发生在类囊体薄膜上，基粒和类囊体极大地扩大了光合作用的反应面积，D正确。7.德国科学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到丝状水绵体上，并在水绵悬液中放入好氧型细菌，观察细菌的聚集情况(如图所示)。他由实验结果得出光合作用在红光区和蓝光区最强。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.好氧型细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强C.好氧型细菌聚集多的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强D.好氧型细菌大量消耗O2，使水绵的光合速率大幅度加快答案B解析细菌不能进行光合作用，该实验中进行光合作用的是水绵，A错误；该实验的设计思路是好氧型细菌需要O2，水绵光合作用强的部位，产生的O2多，在O2含量多的地方好氧型细菌的数量多，B正确；好氧型细菌聚集多，说明光合作用产生的O2多，C错误；水绵光合速率的快慢与好氧型细菌呼吸速率无明显关系，D错误。题组三光合作用的探究历程8.(2018聊城高一检测)萨克斯在实验中将绿色叶片放在暗处几小时的目的是()A.将叶片中的水分消耗尽B.将叶片中原有的淀粉消耗尽C.增加叶片的呼吸强度D.提高叶片对光的敏感度答案B9.(2018湖南长沙一中月考)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O2B.甲、乙均为18O2C.甲为O2，乙为18O2D.甲、乙均为O2答案C解析光合作用释放的氧气来自水的光解，所以甲、乙两试管最初释放的氧气分别为O2和18O2。10.(2018山东青岛二中高一上期末考试)捕获光能的色素存在于叶绿体中，下列相关说法中不正确的是()A.色素种类有4种，分别是叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素B.叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光C.绿叶中叶绿素和类胡萝卜素含量不同D.叶绿素对绿光吸收最多，所以叶子一般呈现绿色答案D解析叶绿体中色素有两大类，分别是叶绿素和类胡萝卜素，前者又分为叶绿素a、叶绿素b，后者又分为叶黄素、胡萝卜素，A正确；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，B正确；绿叶的色素中叶绿素含量约占3/4，类胡萝卜素含量约占1/4，C正确；叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶子一般呈现绿色，D错误。11.(2019泉州高一检测)如图分别是萨克斯、鲁宾和卡门、恩格尔曼所做的关于光合作用的三个经典实验。下列相关叙述中正确的是()A.图1中A与C部分对照说明光合作用需要光B.图2所示实验运用的实验方法是荧光标记法C.图3所示实验中，好氧细菌分布于光束照射的部位D.萨克斯的实验证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉答案C解析图1中B与C部分对照说明光合作用需要光，A错误；图2所示实验运用的实验方法是同位素标记法，B错误；图3所示实验中，光束照射的部位通过光合作用产生了氧气，所以好氧细菌分布于光束照射的部位，C正确；萨克斯的实验只能证明有淀粉生成，但不能证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉，D错误。12.科学是在实验和争论中前进的，光合作用的探究历程就是如此。在下面几个关于光合作用的实验中，相关叙述正确的是()A.恩格尔曼的实验定量分析了水绵光合作用生成的氧气量B.萨克斯的实验证明了光合作用的产物除氧气外还有淀粉C.普利斯特利的实验证明了植物可以更新CO2并产生O2D.鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的氧气来自CO2而不是H2O答案B解析恩格尔曼的实验证明了水绵光合作用生成氧气，没有定量分析生成的氧气量，A错误；萨克斯的实验成功证明了光合作用产生了淀粉，B正确；普利斯特利的实验证明了植物可以更新空气，C错误；鲁宾和卡门的实验中，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，D错误。13.叶绿素是植物细胞内参与光合作用的重要色素，请回答下列相关问题：(1)叶绿素等光合色素分布在叶绿体的_上，与糖类相比，叶绿素分子中特有的元素是_。(2)将绿叶中提取的色素溶液放在光源和分光镜之间，在光谱中可以看到明显变暗的是_区域。分离色素所依据的原理是_，使用的方法是_。(3)植物种子在黑暗中萌发形成的幼苗，节间特别长，叶子很小，呈黄色或黄白色，即“黄化现象”。从光合色素形成所需要的环境条件方面进行分析，“黄化现象”说明了_。答案(1)类囊体薄膜氮(N)、镁(Mg)(2)红光和蓝紫光不同的色素在层析液中的溶解度不同纸层析法(3)叶绿素的形成需要光，类胡萝卜素的形成可以不需要光解析(1)与光合作用有关的色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，叶绿素与糖类相比含有氮元素和镁元素。(2)叶绿体色素主要吸收红光和蓝紫光，所以将绿叶中提取的色素溶液放在光源和分光镜之间，在光谱中红光和蓝紫光区域明显变暗；叶绿体色素分离的原理是不同的色素在层析液中的溶解度不同，使用的方法是纸层析法。(3)由题意可知，叶绿素的形成需要光，类胡萝卜素的形成可以不需要光。14.(2018四川成都七中月考)(1)甲同学利用新鲜的玉米绿色叶片进行“叶绿体色素的提取和分离”实验，在滤纸上出现了四条清晰的色素带，其中呈黄绿色的色素带为_。(2)该同学改变层析液组成后继续进行实验，滤纸条上只出现了黄、绿两条色素带。他用刀片裁出带有色素带的滤纸条，用乙醚分别溶解条带上的色素，浓缩后用一分析仪器检测，通过分析色素溶液的_可判断条带的色素种类。(3)实验结束几天后，乙、丙两同学发现部分预留叶片已变黄。乙同学认为这是叶片中某些色素降解所致，丙同学则认为这是某些色素含量增加所致。根据所学知识，你将如何设计实验来判断