2016-2017学年高中生物第四章光合作用和细胞呼吸第二节光合作用第1课时光合作用的认识过程与光合色素练习苏教版必修

第二节光合作用第1课时光合作用的认识过程与光合色素目标导航1.结合教材P72，说出对光合作用的认识过程。2.结合教材P7374，学会提取和分离叶绿体中的光合色素，举例说出主要的光合色素。一、解开光合作用之谜(阅读P72)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二、提取和分离叶绿体中的光合色素(阅读P7374)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5 g新鲜菠菜叶，剪碎放入研钵，加入少许二氧化硅、碳酸钙、和5 mL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：将略短于试管高度、宽1 cm的滤纸条剪去一端的两个角，在距该段大约1 cm处用铅笔画一条细线。(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插入盛有3 mL层析液的烧杯中，滤液细线不能触及层析液。用培养皿覆盖烧杯。(5)观察结果：几分钟后取出滤纸条，观察滤纸条上的色素分布情况。三、光合色素与光能的捕获(阅读P74)1.恩吉尔曼的实验(1)生物材料：丝状绿藻(水绵)和好氧细菌。实验现象：在红光区和蓝光区集中了大部分的好氧细菌。实验结论：叶绿素主要吸收红光和蓝光。(2)可见光束看起来是白色的，通过三棱镜时会分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7色连续光谱。用透过三棱镜后的不同颜色的光照射临时装片中水绵的叶绿体，发现好氧性细菌聚集于红光区和蓝光区的叶绿体部位。这说明叶绿体中的色素能有效的吸收和利用红光和蓝光。2.叶绿体中的色素及作用色素名称颜色功能叶绿素a蓝绿色主要吸收和利用红光和蓝光叶绿素b黄绿色胡萝卜素橙黄色主要吸收蓝紫光，还有保护叶绿素免受强光伤害的作用叶黄素黄色一、解开光合作用之谜1.普利斯特莱的实验(1)实验过程及现象密闭玻璃罩绿色植物小鼠不易窒息死亡(2)实验分析缺少空白对照，实验结果说服力不强，应将小鼠单独置于玻璃罩内，作为空白对照。没有认识到光在植物更新空气中的作用，而将空气的更新归因于植物的生长。限于当时科学发展水平的限制，没有明确植物更新气体的成分。2.萨克斯的实验(1)实验过程及现象黑暗中饥饿处理的绿叶(2)实验分析设置了自身对照，自变量为光照，因变量是叶片颜色变化。实验的关键是饥饿处理，以使叶片中的营养物质消耗掉，增强了实验的说服力。本实验除证明了光合作用的产物有淀粉外，还证明了光是光合作用的必要条件。3.鲁宾和卡门的实验(1)实验过程及结论HOCO2植物18O2；H2OC18O2植物O2光合作用释放的O2全部来自于水。(2)实验分析设置了对照实验，自变量是标记物质(HO和C18O2)，因变量是O2的放射性。1.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：HO和C18O2)。2.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。3.根据上述探究历程总结光合作用的概念。(1)场所：叶绿体。(2)能量来源：光能。(3)反应物：二氧化碳和水。(4)产物：有机物和氧气。(5)实质：合成有机物，储存能量。1.如图是20世纪30年代美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记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HO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_。问题导析(1)通过图示可知提供给第一组的物质是H2O和C18O2，提供给第二组的是HO和CO2。(2)向两组共同提供的是光能、小球藻。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。O2和18O2的相对分子质量比是323689。答案(1)H2OC18O2HOCO2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一题多变下图表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后，以下相关比较不正确的是()A.Y2的质量大于Y3的质量B.中小球藻的质量大于中小球藻的质量C.中水的质量大于中水的质量D.试管的质量大于试管的质量答案C解析Y1和Y3是O2，Y2和Y4是18O2，因此Y2的质量大于Y3；中小球藻中含有(CHO)的有机物，而中小球藻含有(CH2O)的有机物，故中小球藻质量大于中的；和中的水都为HO，且含量相同，因此质量相等；在试管和原有质量相等的情况下，中释放出的是18O2，而中释放出的是O2，故剩余重量大于。二、提取和分离叶绿体中的光合色素1.实验目的(1)尝试用过滤方法提取叶绿体中的色素和用纸层析法分离提取到的色素。(2)分析实验结果，探究叶绿体中有几种色素，以及各自所呈现的颜色。2.实验原理(1)叶绿体中的色素是有机物，不溶于水，易溶于无水乙醇等有机溶剂中，所以用无水乙醇等能提取色素。(2)层析液是一种脂溶性很强的有机溶剂。叶绿体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，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢。所以用纸层析法来分离四种色素。3.实验材料：幼嫩、鲜绿的菠菜叶。4.实验注意事项及原因步骤方法原因色素提取 选取新鲜叶片：色素含量高加入少许二氧化硅和碳酸钙：作用分别是研磨充分、保护色素 加入5 mL无水乙醇：溶解、提取色素分离色素剪去两角：防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快画滤液细线画得细、齐、直：防止色素带重叠 层析液不能触及滤液细线：防止色素溶于层析液中 烧杯加盖：防止层析液挥发5.实验结果1.滤纸条上色素带的宽窄和排序分别代表什么含义？答案宽窄代表色素的含量：色素含量高，色素带宽；反之则窄。排序代表色素在层析液中的溶解度：溶解度高，位于上层；反之，位于下层。2.某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，可能的原因有哪些？答案(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，色素溶液浓度小。(3)未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。3.下图表示某同学做“提取和分离叶绿体中的光合色素”实验的改进装置，思考回答下列问题：(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。答案纸层析a层析液浸入层析液(2)实验结果得到四个不同颜色的同心圆(如图2)，则1、2、3、4四条带依次表示哪种色素？答案1、2、3、4四条带依次表示胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。(3)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哪几个？答案3和4。2.如图表示绿叶中色素的提取和分离实验的部分材料和用具，下列叙述错误的是()A.图加入研钵内的物质有无水乙醇、SiO2、CaCO3B.将糨糊状研磨液倒入中，漏斗基部应放一块单层尼龙布C.画滤液细线的要求是细、齐、直D.层析结果色素带最宽的是叶绿素b，扩散最快的是叶黄素问题导析(1)CaCO3的作用是防止色素遭到破坏、SiO2是使研磨充分、无水乙醇用来溶解提取叶绿体中的色素，因为绿叶中的色素能溶解在无水乙醇里。(2)层析结果是叶绿素a的色素带最宽，扩散最快的是胡萝卜素。答案D一题多变判断正误：(1)色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有四种色素。()(2)色素带的宽窄与色素的含量有关，色素带越宽说明此种色素的含量越多。()(3)色素带的扩散速度与溶解度有关，扩散速度越慢说明此种色素的溶解度越高。()答案(1)(2)(3)×三、光能的捕获1.恩吉尔曼实验过程、现象及结论2.色素的种类和作用吸收光谱：叶绿素a和叶绿素b在蓝光和红光部分吸收峰很高；胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，它们还具有保护叶绿素免受强光伤害的作用。1.恩吉尔曼的实验设计巧妙之处(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：叶绿体上可分为获得光照和无光照的部位，相当于一组对照实验。(4)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等。2.如遇连阴雨，温室内给植物人工补充哪些单色光有利？大棚薄膜用什么颜色的最好？答案红光、蓝紫光属于对植物光合作用最有效的光，因此补充这两种光最有利。大棚薄膜最好用无色透明的，因为可以允许所有单色光透过。3.1880年，德国科学家恩吉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细菌，观察细菌的聚集情况。他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。这个实验的结论是()A.细菌对不同的光反应不一，细菌集中的地方，细菌光合作用强B.好氧细菌集中的地方，O2浓度高，水绵光合作用强C.好氧细菌集中的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强D.好氧细菌大量消耗O2，使水绵光合作用速度加快，则该种光有利于光