捕获光能的色素和结构.doc

第五章 第4节 能量之源光与光合作用（上）一、捕获光能的色素和结构高一生物 撰稿人 王志勇 审稿人：四中生物组 2009/6/18一、 学习目标1、知识目标：（1）说出绿叶中色素的种类和作用。（2）说出叶绿体的结构和功能。2、能力目标（1）学会提取、分离绿叶色素的方法（2）通过探究实验，培养学生设计实验的能力、分析和解决问题的能力以及培养语言表达能力。二、学习重点：绿叶中色素的种类和作用。三、学习难点：绿叶中色素提取的实验。四、知识结构：场所叶绿体成分色素种类验证【实验】绿叶中色素的提取和分离内容种 类颜 色含 量叶绿素叶绿素蓝绿色3/4叶绿素黄绿色类胡萝卜素胡萝卜素橙黄色1/4叶 黄 素黄 色功能验证将4种色素溶液分别放在阳光和三棱镜之间，从连续光谱中观察不同波长的光被吸收的情况。内容叶绿素主要吸收蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。应用温室或大棚为提高产量和改善品质使用不同颜色的光结构双层膜：外膜、内膜腔充满液态基质有许多基粒：由类囊体堆叠而成，色素分布于此，还有多种酶，并极大扩展了受光面积功能进行光合作用的场所五、学习过程(一)捕捉光能的色素绿叶中色素的提取和分离（1）可以利用 提取绿叶中的色素，在研磨时还应加入少许 和 ，其中前者有助于研磨充分，后者可防止研磨中 。（2）分离的原理是利用色素在层析液中的溶解度不同， 的在滤液上扩散的快，反之则慢。（3）层析后，在滤纸条上会呈现四条色素带，它们的颜色自上而下依次是 色、 色，色、 色，色素带最宽的颜色呈 色，最窄的颜色呈 色。（二）叶绿体的结构和功能1、结构（1）一般呈扁平的椭球形或球形，外表具 ，内部有基粒和 ，基粒是由 堆叠而成。（2）吸收光谱的色素分布于 ，与光合作用有关的酶分布于 。2、功能是进行 的场所。六、知识链接（一）绿叶中色素的提取和分离“的实验分析1、原理解读（1）利用色素溶于有机溶剂而不溶于水的性质，可以用无水乙醇等提取绿叶中的色素。（2）绿叶中的色素不只一种，它们都能溶解在层析液中。然而，它们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。这样，几分钟之后，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。2、实验流程图示(一)、提取色素(1)称重：称取5g新鲜绿叶(2)剪碎：去掉叶柄和粗的叶脉(3)研磨：加入少许SiO2、CaCO2和10ml无水乙醇(4)过滤：漏斗基部放单层尼龙布(5)收集滤液：用棉塞将试管口塞严(二)、制备滤液条(1)将干燥的滤纸剪成长略大于试管长度、宽略小于试管宽度的滤纸条，并在一端剪去两角(2)在距离剪去两角的一端1cm处用铅笔画一条细的横线(三)、画滤液细线(1)用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔画线处均匀画一条直的滤液细线(2)干燥扣，重复画23次(四)、色素分离(1)倒入试管3ml层析液(2)将滤纸条有滤液细线的一端插入层析液中(3)将棉塞塞紧试管口(五)、观察结果滤纸条上色素带有四条，分别是（由上而下）橙黄色的胡萝卜素，黄色的叶黄素，蓝绿色的叶绿素a，黄绿色的叶绿素b。3、实验中几种化学试剂的作用(1)无水乙醇是各种色素能溶于无水乙醇中被提取出来；(2)迅速研磨是防止无水乙醇挥发影响实验。(3)放二氧化硅是有助于研磨得充分； (4) 放碳酸钙可防止研磨中色素被破坏；(5)层析液用于分离绿叶中的色素。4、实验中的注意事项(1)、选材：应选用鲜嫩、颜色深绿的叶片，以保证含有较多的色素。(2)、提取色素：研磨要迅速充分，且加入各物质的量要成比例，以保证提取较多的色素和色素浓度适度。(3)、画滤液细线：滤液细线要细直，且干燥后重复23次，其目的是既有较多的色素，又使各色素开始扩散的起点相同。(4)、色素分离：滤液细线不要触及层析液，否则滤液细线中的色素分子将溶解到层析液中，滤纸上将得不到色素带。5、色素提取液呈淡绿色的原因分析(1)、研磨不充分，色素未能充分提取出来。(2)、称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度过小。(3)、未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。（二）叶绿体中的色素1、色素与吸收光谱(1)、叶绿素只吸收可见光，而对红外光和紫外光不吸收。(2)、叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，但对其他波段的光并不是不吸收，而是吸收量较少。2、不同颜色温室大棚的光合效率（1）、无色透明大棚日光中各色光均能通透，有色大棚主要透过同色光，其它光被其吸收，所以用无色透明的大棚光合作用效率最高。（2）、叶绿素对绿光吸收量最少，因此绿色塑料大棚光合作用效率最低。3、影响叶绿素合成的因素（1）、光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。（2）、温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成，低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。（3）、必需元素:叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺乏Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶变黄。（三）、叶绿体功能的实验验证1、实验过程及现象恩吉尔曼实验2、实验结论氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。3、实验分析本实验设计巧妙之处在于：(1)选材方面，选用水绵为实验材料。水绵不仅具有细长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中，便于观察、分析研究。(2)将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了光线和氧气的影响，从而确保实验正常进行。(3)选用了极细光束照射，并且选用好氧细菌检测，从而能够准确判断出水绵细胞中释放氧的部位。(4)进行黑暗(局部光照)和曝光对比实验，从而明确实验结果完全是光照引起的。自学检测A级1.在做植物实验的暗室内，为了尽可能地降低植物光合作用的强度最好安装A红光灯 B.绿光灯 C.白炽灯 蓝光灯 2.提取叶绿体中的色素时要加入无水乙醇,其原因是( )A. 防止叶绿素被破坏 B.让色素溶解C.便于将叶片研磨成匀浆 D.促使叶绿体中色素分离3.绿叶中叶绿体内的色素分布在A.外膜 B.类囊体薄膜 C. 内膜 D.基质4.在圆形滤纸的中央，滴上叶绿体的色素滤液进行色素分离，可看到近似同心环状的四个色素圈，排列在最外的一个呈A蓝绿色 B橙黄色 C黄色 D黄绿色5.下列关于高等植物体内叶绿体的说法,错误的是A.双层膜 B.无DNA和RNAC. 其内含有能吸收光能的色素 D.基质中含有于光合作用有关的酶6.含有Mg元素的叶绿体色素主要吸收的光是绿光红光和蓝紫光红光蓝紫光 7.水稻在适宜情况下生长,如改变下列哪一项会使产量增加A 、氧的含量B 、CO2的含量 C 、氮的含量 D 、水蒸气的含量B级1.(多选)海带,蓝藻,小球藻都能进行光合作用,因为它们都具有A.叶绿素 B.叶绿体 C.有关的酶系统 D.类胡萝卜素和叶绿素2.(多选)下列是叶绿素与光能关系的是A.吸收光能 B.传递光能 C. 利用光能 D.储存光能3.(多选)为了提高温室中蔬菜的产量,下列说法中不正确的是A.适当降低温度 B.使用蓝色塑料薄膜C.保持土壤湿润 D. 多施用农家肥4. 下列关于“叶绿体色素提取和分离”的实验描述中，不属于实验要求的是 （ ）A提取高等植物叶绿体中的色素B用纸层析法分离色素C了解各种色素的吸收光谱D验证叶绿体中所含色素的种类5请以“绿叶中的色素”为中心词，将叶绿素、胡萝卜素、类胡萝卜素、叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、蓝绿色、橙黄色、黄色、黄绿色、红光、蓝紫光等词语用概念图形式表示出它们之间的逻辑关系。绿叶中的色素6.叶绿体中色素能够溶解在有机溶剂乙醇中，因此实验室中用无水乙醇提取叶绿体中色素，能否用丙酮作为溶剂替代无水乙醇呢？请设计一个实验，探究丙酮是否可以作为提取叶绿体中色素的有机溶剂。材料用具：新鲜的绿叶，干燥的定性滤纸，尼龙布，丙酮，无水乙醇，层析液，二氧化硅，碳酸钙等。方法步骤：（1） 提取绿色叶片中色素，取2个研钵编号1、2，分别在2个研钵中加入5g剪碎的叶片，少许 ，1号研钵加入 ，2号研钵加入 ，迅速充分研磨后，进行过滤得滤液。（2） 制备滤纸条，将干燥处理过的定性滤纸剪成2个6cm，宽1cm的长条，相应编号，一端剪去两角，并在距该端1cm处用铅笔画线。（3） ，用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀画一条直的滤液细线， 。（4） 分离叶绿体中色素。（5） 观察实验结果。（6） 结果预测及分析：、2号滤纸条与1号出现一致色素带，并分离明显，说明 。、 ，说明丙酮作为提取叶绿体中色素的有机溶剂效果不佳。、 。7.请回答与光合作用有关的问题：（1）甲、乙、丙三种植物光合作用强度与光照强度的关系如右图所示。据图回答： 强光下上述三种植物固定CO2能力最强的植物是。乙植物达到最大光合作用强度所需的最低光照强度是（a、b、c、d）。当光照强度从a到b时，植物光合作用强度增加的最快。（2）植物光合作用产生的O2来自H2O，还是来自CO2？请写出简单实验思路证明你的结论。8. （2009年重庆卷）30.在春末晴朗白天，重庆某蔬菜基地测定了某大棚蔬菜在不同条件下的净光合作用强度（实际光和作用强度与呼吸作用强度之差），结果见题30图1（假设塑料大棚外环境条件相同；植株大小一致、生长正常，栽培管理条件相同）（1）在曲线a中，与11时相比13，时植株叶绿体内与化和物相对含量较高的是 （或）;在11时和13时分别摘取植株上部成熟叶片用碘蒸气处理，13时所取叶片显色较 （深或浅）（2）曲线b 的峰值低于曲线a，其中两个主要决定因素是 （光照强度、环境温度、空气中含量）。曲线c高于曲线b，原因是补充光照能使叶绿体产生更多的 用于还原；若在棚内利用豆料植物做绿肥，可明显增加土壤中 元素的含量，主要促进植株体内 和 等生物大分子的合成。（3）69时和1618时，曲线b高于曲线a，主要原因是此时段棚内 较高。9.（08年江苏卷）某班学生选取了江苏一水体中的4种生物：棚藻（单细胞绿藻），水绵（多细胞绿藻），菹草（高等植物）和颤藻（蓝藻），用其生长旺盛的新鲜材料在人工控制的条件下，A、B两组同时开展平行实验，进行有关光合作用的研究。请分析回答下列问题。（1）这4种生物中，含有叶绿体的有 。（2）A组的实验结果如上图所示。据图推测，一年中最早出现生长高峰的生物可能是 ；夏季高温阶段最具生长优势的生物可能是 。（3）B组测得的棚藻净光合放氧率明显低于A组。仔细对比发现，两组实验条件的唯一差别是B组接种棚藻的浓度明显高于A组。实验在短时间内完成，水中也不缺乏各种营养，造成B组棚藻净光合放氧率低的主要原因是 。（4）在富营养化水体中，浮游藻类的大量增殖常常会引起鱼类缺氧死亡，为种情形下，导致水体缺氧的主要原因有 和 。反思感悟第五章 第4节 能量之源光与光合作用（下）二、光合作用的原理和应用高一生物 撰稿人 王志勇 审稿人：四中生物组 2009/6/18一、学习目标1、知识目标：（1）说明光合作用以及对它的认识过程。（2）尝试探究影响光合作用强度的环境因素。（3）说出光合作用原理的应用。（4）简述化能合成作用。2、能力目标通过探究实验，培养学生设计实验的能力、分析和解决问题的能力以及培养语言表达能力。二、学习重点：（1）光合作用的发现及研究历史。（2）光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系。（3）影响光合作用的环境因素。三、学习难点：（1）光反应和暗反应的过程。（2）探究影响光合作用强度的环境因素。四、知识结构：五、学习过程(一)、光合作用的探究过程时间实验人实验过程结论未解决的问题直到18世纪中期认为植物建造自身的原料只有土壤中的水。未考虑到植物从空气中得到什么。1771年(英)普利斯特利蜡烛与绿色植物一起放在密闭玻璃罩内不熄灭；小鼠与绿色植物一起放在玻璃罩内不易死。植物可以更新空气未发现光在植物更新空气中的作用。1779年（荷）英格豪斯做了植物更新空气的实验普利斯特利的实验只有在光下才能成功。人们不知道植物吸收和释放的是什么气体。1785年发现了空气的组成人们才知道绿叶放出的是O2，吸收的是CO2。这一过程中，光能哪里去了？1845年（德）梅耶根据能量转换和守恒定律指出植物进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来。把光能转换成化学能贮存于什么物质中呢？1864年(德)萨克斯把饥饿处理过的绿色叶片一半曝光，另一半遮光，一段时间后碘蒸气处理，曝光的一半呈深蓝色，遮光的一半无颜色变化。光合作用产生了淀粉光合作用释放的O2来自CO2还是水？1939年(美)鲁宾和卡门用同位素标记法，用18分别标记H2O和CO2，一组向植物提供H2O和C18O2，另一组提供H218O和CO2。第一组释放出的全是O2，第二组全是18O2。光合作用释放的氧全部来自水光合作用产生的有机物是怎样合成的呢？20世纪40年代（美）卡尔文用14CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测放射。CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳。（二）、光合作用的过程1、光合作用过程图解2、反应方程式及元素去向3、叶绿体处于不同的条件下，C3、C5、H、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化条件C3C5H和ATP(CH2O)合成量停止光照CO2供应不变增加下降减少或没有减少或没有突然光照CO2供应不变减少增加增加增加光照不变停止CO2供应减少增加增加减少或没有光照不变CO2供应增加减少减少减少增加光照不变CO2供应不变(CH2O)运输受阻增加减少增加减少4、光反应和暗反应的区别和联系区别(列表)项日光反应暗反应实质光能化学能，放出O2同化还原CO2为(CH2O)条件需叶绿素、光、酶需多种酶催化场所类囊体的薄膜上叶绿体的基质中物质变化a.水的光解:；b.ATP形成:。a.CO2固定:；b.C3化合物还原:。能量变化叶绿素把光能转变成活跃化学能并储存在ATP中。ATP中的活跃化学能转变成储存在有机物中的稳定的化学能。联系光反应与暗反应共同构建成光合作用的完整统一体。两者紧密联系。光反应为暗反应提供能量(ATP)、还原剂(H)，光反应是暗反应的前提和基础；暗反应过程中产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料,是光反应的继续和最后归宿。两者相辅相成，相互影响，相互制约，缺一不可。（三）光合作用原理的应用1、影响光合作用的主要外界因素有：光照、二氧化碳的浓度、温度,另外还有水肥条件等。光照：包括光照的长短、光照的强弱以及光的成分。光照主要影响光反应阶段，光照强弱对光合作用速率影响曲线表示如下： 二氧化碳的浓度：二氧化碳是光合作用（暗反应）的原料，二氧化碳的浓度主要影响暗反应。二氧化碳的浓度对光合作用速率影响曲线表示如下： 温度：温度主要影响酶的活性，主要影响暗反应阶段。温度对光合作用速率影响曲线表示如下：水肥条件：水是光合作用的原料（光反应），同时土壤中的水肥条件也影响植物的生长，从而影响光合作用速率。2、 应用（1） 增强光照，或补充光照，提高光合速率。（2） 延长全年内作物光合作用时间：适时早播或利用温室育苗等方法。（3） 适当提高作物环境中二氧化碳的浓度：施农家肥、利用二氧化碳发生器等。（4） 合理灌溉、合理施肥等。（四）、自养生物、异养生物及化能合成作用类型代谢特征举例自养生物光能自养型绿色植物和少数种类的细菌以光为能量来源，以环境中的CO2为原料、合成有机物，并储存能量（光合作用）绿色植物、蓝藻及少数细菌化能自养型一些细菌，不能进行光合作用，但能利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，储存能量（化能合成作用）硝化细菌、硫细菌、铁细菌等异养生物只能利用环境中现在的有机物来维持自身的生命活动人、动物、真菌以及大多数细菌（五）如何理解光合作用和呼吸作用的关系光合作用呼吸作用代谢类型在哪些细胞中进行反应场所反应条件物质转变能量转变实质联系自我检测A级1.光合作用探究历程 ，经过了很多科学家的不懈努力,下列科学家都做出了重要贡献,其先后顺序： （ ）A普利斯特利 鲁宾和卡门 豪斯 卡尔文B豪斯 普利斯特利 鲁宾和卡门 卡尔文C豪斯 鲁宾和卡门 普利斯特利 卡尔文D普利斯特利 豪斯 鲁宾和卡门 卡尔文2.如右图所示，若甲表示CO2和H2，则：A是光合作用，乙是糖类和氧气，是细胞呼吸B是光合作用，乙是细胞呼吸，是糖类和氧气C是化能合成作用，乙是细胞呼吸，是葡萄糖D是化能合成作用，乙是糖类和氧气，是细胞呼吸3.光能转化成骨骼肌细胞内ATP的能量，需经过的主要生理过程依次是 （ ）光合作用 呼吸作用 消化吸收 主动运输A B C D4.炎热夏季的中午12：00至下午14：00，植物光合作用强度减弱，在这一时间段内，叶绿体中的H、三碳化合物、五碳化合物的含量变化是 （ ）A降低、升高、降低 B降低、降低、升高 C升高、降低、升高 D升高、升高、降低5.温室栽培可不受季节、地域限制，为植物的生长发育提供最适宜的条件，有利于提高作物品质和产量。在封闭的温室内栽种农作物，以下哪种措施不能提高作物产量 （ ）A增加室内CO2浓度 B增大室内昼夜温差 C增加光照强度 D采用绿色玻璃盖顶右图是绿色植物内细胞代谢的某一阶段的简图，判断下列说法错误的是 （ ）Aa过程是指CO2的固定 Bb过程是指三碳化合物的还原Cc过程在线粒体内完成Da、b、c三过程都需要酶参与6.在右面曲线图中，有M、N、O、P、Q五个点，对它们的含义的叙述正确的是 （ ）M点时，植物既进行光合作用，也进行呼吸作用，且光合作用强度弱于呼吸作用强度N点时，植物体只进行呼吸作用；O点时，植物体的光合作用强度等于呼吸作用强度Q点时，光照强度不再是影响光合速率的主要因素P点前，影响光合速率的主要因素是光照强度ABCD7.近年来大气圈的臭氧层严重受损，造成紫外线增强。紫外线为高能量的光线，在生物体内易激发超氧化物的形成，致使脂质氧化而破坏其功能。据此前提，植物短暂暴露在高紫外光下，其光合作用能力立即受抑制的原因主要是 （ ）A光合酶受到破坏 B囊状结构薄膜受到破坏 C暗反应受抑制 DDNA受到破坏B级1.在两个相同的密闭、透明玻璃室内各放置一盆长势相似的甲、乙两种植物幼苗，在充足的水分、光照和适宜的温度等条件下，用红外线测量仪定时测量玻璃室内的CO2含量，结果如下表。下列有关叙述正确的是 （ ）记录时间/min051015202530354045甲种植物mgL11501138358504848484848乙种植物mgL11501101107550188888A在025 min期间，甲和乙两种植物光合作用强度都逐渐减小B在025 min期间，CO2量逐渐降低是有氧呼吸减弱的结果C在025 min期间，影响光合作用强度的主要因素是CO2量D上表数据说明，乙植物比甲植物利用CO2弱2.维持光合作用的光反应和呼吸作用第三阶段的结构基础分别是 （ ）A叶绿体内膜和线粒体内膜 B叶绿体片层结构薄膜和线粒体类囊体膜C叶绿体片层结构薄膜和线粒体内膜 D叶绿体基质和线粒体基质3.下图为探究CO2是否为植物光合作用原料的实验装置示意图。相关叙述正确的是（ ）A用塑料袋扎紧花盆的实验设计思路是确保植物与外界空气进一步隔绝 Ba为实验装置，b为对照装置，自变量是CO2，光照条件应该是相同且是适宜的C在a装置中的植物主要因H和ATP的量不足而限制了光合作用的速率 D在b装置中的植物的光合速率随光照强度的增强而增强4.将植物栽培在适宜的光照、温度和充足的CO2条件下，如果在2h时，将环境中某一条件改变，此时，叶肉细胞中的C3、C5、ATP含量变化如图：那么改变的条件是 （ ）A加强光照 B降低CO2浓度 C提高CO2浓度 D降低温度5.将两个枝条分别置于营养液中。其中一枝仅保留一张叶片（甲），