光合作用第一課時(shí)光合色素與光能的捕獲學(xué)習(xí)目標(biāo)1．說(shuō)出光合作用的發(fā)現(xiàn)歷程以及色素的種類和作用。2.掌握提取和分離光合色素原理和實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并說(shuō)出光合色素的性質(zhì)(重點(diǎn))。|基礎(chǔ)知識(shí)|一、光合作用的發(fā)現(xiàn)過(guò)程時(shí)間科學(xué)家實(shí)驗(yàn)過(guò)程(方法)及現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論1648范·海爾蒙特用定量的方法研究植物的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源植物生長(zhǎng)所需的養(yǎng)料主要來(lái)自水，而不是土壤1771普利斯特萊小鼠＋綠色植物eq\o(→,\s\up14(密閉))小鼠不易窒息死亡植物生長(zhǎng)需要吸收CO2，同時(shí)釋放出O21779揚(yáng)·英根豪斯把帶葉的枝條放入水里，這些葉在陽(yáng)光下產(chǎn)生O2，在黑暗處并不產(chǎn)生O2植物需要陽(yáng)光才能制造出O21864薩克斯綠葉eq\o(→,\s\up14(暗處放置),\s\do14(幾小時(shí)))eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(一半曝光,一半遮光))eq\o(→,\s\up14(碘液處理))曝光處變藍(lán)，遮光處無(wú)顏色變化確定葉片在光下能產(chǎn)生淀粉1940魯賓和卡門運(yùn)用同位素標(biāo)記法，向小球藻提供含18O的水和含18O的CO2，追蹤O2中氧的來(lái)源和糖類中氫的來(lái)源證明光合作用釋放的O2來(lái)自水，糖類中的氫來(lái)自水1948卡爾文用14C標(biāo)記的CO2，供小球藻進(jìn)行光合作用，然后追蹤檢測(cè)其放射性CO2被用于合成糖類等有機(jī)物二、提取和分離葉綠體中的光合色素三、光合色素與光能的捕獲1．恩吉爾曼的實(shí)驗(yàn)(1)生物材料：水綿(絲狀綠藻)和好氧細(xì)菌。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在紅光區(qū)和藍(lán)光區(qū)集中了大部分的好氧細(xì)菌。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：葉綠體中的光合色素能有效地吸收和利用紅光和藍(lán)光。(2)可見光束看起來(lái)是白色的，通過(guò)三棱鏡時(shí)會(huì)分成紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫7色連續(xù)光譜。用透過(guò)三棱鏡后的不同顏色的光照射臨時(shí)裝片中水綿的葉綠體，發(fā)現(xiàn)好氧性細(xì)菌聚集于紅光區(qū)和藍(lán)光區(qū)的葉綠體部位。這說(shuō)明葉綠體中的色素能有效的吸收和利用紅光和藍(lán)光。2．葉綠體中的色素及作用色素名稱顏色功能葉綠素a藍(lán)綠色主要吸收和利用紅光和藍(lán)紫光葉綠素b黃綠色胡蘿卜素橙黃色主要吸收藍(lán)紫光，還有保護(hù)葉綠素免遭強(qiáng)光傷害的作用葉黃素黃色|自查自糾|判斷正誤：(1)色素提取液是無(wú)水乙醇，分離液是層析液。()(2)不同色素在濾紙條上的擴(kuò)散速度與其在層析液中的溶解度呈正相關(guān)。()(3)分離結(jié)束后，濾紙條上的顏色自上而下依次是黃綠色、藍(lán)綠色、黃色和橙黃色。()(4)葉綠素和類胡蘿卜素都主要吸收藍(lán)紫光，除此之外，葉綠素還主要吸收紅光。()(5)植物葉片多呈現(xiàn)綠色的原因是對(duì)綠光的吸收最多。()(6)研磨菠菜葉時(shí)加入石英砂是為了保護(hù)葉綠素。()答案(1)√(2)√(3)×(4)√(5)×(6)×|圖解圖說(shuō)|★英根豪斯實(shí)驗(yàn)________________________________________________________________________________________________★普利斯特萊實(shí)驗(yàn)。________________________________________________________________________________________________★同位素標(biāo)記法探究小球藻光合作用產(chǎn)生的O2來(lái)源：O2來(lái)自H2O中的O，而非CO2中的O。________________________________________________________________________________________________★濾紙條邊緣的溶液運(yùn)動(dòng)速度快，中間的溶液運(yùn)動(dòng)速度慢。為了跑出平齊的色素帶，要剪去濾紙條兩角。________________________________________________________________________________________________★濾紙條上的濾液細(xì)線不可浸入層析液中。________________________________________________________________________________________________探究點(diǎn)一光合作用的發(fā)現(xiàn)過(guò)程1．普利斯特萊的實(shí)驗(yàn)有什么不足？提示：(1)缺少空白對(duì)照，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)服力不強(qiáng)，應(yīng)將小鼠單獨(dú)置于玻璃罩內(nèi)，作為空白對(duì)照。(2)指出了植物可以更新空氣，但沒有認(rèn)識(shí)到植物更新空氣要在有光照的條件下才可以。(3)未指明植物所更新的空氣成分。2．薩克斯的實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵點(diǎn)、結(jié)論是什么？提示：(1)①暗處理耗盡葉片內(nèi)原有的淀粉，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的說(shuō)服力。②部分曝光、部分遮光形成對(duì)照，因變量是葉片顏色變化，曝光部分合成的有機(jī)物不能以淀粉的形式向遮光部分運(yùn)輸。③用碘液處理葉片，使曝光的一半葉片顏色(藍(lán)黑色)更深，便于比較說(shuō)明。(2)本實(shí)驗(yàn)除證明了光合作用的產(chǎn)物有淀粉外，還證明了光是光合作用的必要條件。3．探討以下魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)問題：(1)在魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)中，同組實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裼?8O同時(shí)標(biāo)記H2O和CO2？為什么？提示：不能。若同時(shí)標(biāo)記H2O和CO2，則不能區(qū)分氧元素是來(lái)自H2O還是CO2。(2)魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)方法是什么？提示：同位素標(biāo)記法。(3)魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是什么？提示：實(shí)驗(yàn)組中收集的O2全部都是具有放射性18O的18O2；而對(duì)照組的實(shí)驗(yàn)中，所收集的O2全部是無(wú)放射性的O2，說(shuō)明了光合作用所產(chǎn)生的O2都來(lái)自于參加光合作用的水，而不是二氧化碳。4．薩克斯實(shí)驗(yàn)跟魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)對(duì)照設(shè)計(jì)方法相同嗎？提示：不相同。薩克斯實(shí)驗(yàn)的對(duì)照方式為自身對(duì)照(一半曝光與另一半遮光)；而魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)的對(duì)照方式為相互對(duì)照(通過(guò)標(biāo)記不同的物質(zhì)：Heq\o\al(18,2)O和C18O2)。5．借鑒普利斯特萊和薩克斯的實(shí)驗(yàn)方法，如何證明CO2是光合作用的必要條件？提示：將綠色植物放在玻璃罩內(nèi)，一組中加入盛有NaOH溶液的燒杯，一組加入盛有等量蒸餾水的燒杯。暗處理一段時(shí)間后，再置于相同光照條件下，經(jīng)碘蒸氣處理，觀察是否有藍(lán)色出現(xiàn)。6．結(jié)合教材中P72“回眸歷史”，總結(jié)光合作用的外界條件、原料、產(chǎn)物。提示：光合作用必須在光下才能進(jìn)行，需要的原料是CO2和H2O，產(chǎn)物是氧氣和糖類等有機(jī)物。光合作用探究歷程中的重要結(jié)論(1)植物可以更新空氣(普利斯特萊)。(2)證明了光和綠葉在更新空氣中不可缺少(揚(yáng)·英根豪斯)。(3)綠色植物在光下釋放氧氣，吸收二氧化碳。(4)光合作用的產(chǎn)物有淀粉(薩克斯)。(5)光合作用釋放的氧氣來(lái)自水(魯賓和卡門)。(6)CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中的碳(卡爾文)?！纠?】某植物葉片不同部位的顏色不同，將該植物在黑暗中放置48h后，用錫箔紙遮蔽葉片兩面，如下圖所示。在日光下照光一段時(shí)間，去除錫箔紙，用碘染色法處理葉片，觀察到葉片有的部位出現(xiàn)藍(lán)色，有的沒有出現(xiàn)藍(lán)色。其中，沒有出現(xiàn)藍(lán)色的部位是()A．a(chǎn)、b和d B．a(chǎn)、c和eC．c、d和e D．b、c和e嘗試解答解析光合作用需要光照。部位c、e被錫箔紙遮蓋，不能進(jìn)行光合作用產(chǎn)生淀粉，而a部位為黃白色，沒有葉綠素，也不能進(jìn)行光合作用產(chǎn)生淀粉，所以碘處理后不會(huì)變藍(lán)。答案B【跟蹤訓(xùn)練】1．如圖表示較強(qiáng)光照且溫度相同以及水和小球藻的質(zhì)量相等的條件下，小球藻進(jìn)行光合作用的實(shí)驗(yàn)示意圖。一段時(shí)間后，以下相關(guān)比較不正確的是()A．Y2的質(zhì)量大于Y3的質(zhì)量B．④中小球藻的質(zhì)量大于①中小球藻的質(zhì)量C．②中水的質(zhì)量大于④中水的質(zhì)量D．試管①的質(zhì)量大于試管②的質(zhì)量解析Y1和Y3是O2，Y2和Y4是18O2，因此Y2的質(zhì)量大于Y3；④中小球藻含有(CHeq\o\al(18,2)O)的有機(jī)物，而①中小球藻含有(CH2O)的有機(jī)物，故④中小球藻質(zhì)量大于①中的；④和②中的水都為Heq\o\al(18,2)O，且含量相同，因此質(zhì)量相等；在試管①和②原有質(zhì)量相等的情況下，②中釋放出的是18O2，而①中釋放出的是O2，故剩余重量①大于②。答案C探究點(diǎn)二光合色素與光能的捕獲1.“綠葉配紅花”，植物葉片為何會(huì)呈現(xiàn)綠色？提示：植物葉片多呈綠色的原因?yàn)椋孩僬Ｈ~片呈綠色是因?yàn)槿~綠素含量遠(yuǎn)多于類胡蘿卜素的含量，綠色掩蓋了黃色。②色素分子吸收綠光能力弱，大部分綠光被反射出來(lái)。2．提取和分離光合色素的實(shí)驗(yàn)中，(1)選擇什么樣的葉片為宜？原因是什么？提示：取新鮮的深綠色葉片，使濾液中含有較多的色素。(2)請(qǐng)分析實(shí)驗(yàn)加入下列物質(zhì)各有什么作用。試劑作用二氧化硅有助充分研磨碳酸鈣防止色素被破壞無(wú)水乙醇把色素從生物組織中提取出來(lái)層析液分離色素(3)實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，為什么要將濾紙條的一端剪去兩角？畫濾液細(xì)線的要求是細(xì)、直、齊，且要在干燥后重復(fù)畫一兩次，請(qǐng)分析其中的原因是什么？提示：(1)剪去兩角的目的是防止層析液在濾紙條的邊緣擴(kuò)散過(guò)快。(2)濾液細(xì)線要求細(xì)、直、齊的目的是使分離的色素帶不重疊，重復(fù)畫線的目的是增加色素含量使分離的色素帶清晰，便于觀察。(4)向盛有層析液的燒杯中插入濾紙條時(shí)，應(yīng)特別注意什么？為什么？提示：濾液細(xì)線不可浸入層析液。浸入層析液時(shí)，色素會(huì)溶解在有機(jī)溶劑層析液中，從而不能在濾紙條上層析出來(lái)。(5)結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)的色素帶，思考：①導(dǎo)致色素帶分布不同的原因。提示：色素在層析液中溶解度的不同是導(dǎo)致色素帶分布不同的原因。溶解度：胡蘿卜素>葉黃素>葉綠素a>葉綠素b。②導(dǎo)致色素帶寬度不同的原因。提示：色素含量的不同是導(dǎo)致色素帶寬度不同的原因。含量：葉綠素a>葉綠素b>葉黃素>胡蘿卜素。(6)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后某同學(xué)的濾紙條上沒有出現(xiàn)色素帶，請(qǐng)?zhí)接懫鋵?shí)驗(yàn)失敗的可能原因。提示：(1)忘記畫濾液細(xì)線。(2)層析時(shí)濾液細(xì)線觸及層析液。1．恩吉爾曼實(shí)驗(yàn)巧妙之處分析(1)實(shí)驗(yàn)材料方面：選用絲狀綠藻作為實(shí)驗(yàn)材料，絲狀綠藻不僅具有細(xì)而長(zhǎng)的帶狀葉綠體，而且葉綠體呈螺旋狀分布在細(xì)胞中，便于觀察和分析研究。(2)實(shí)驗(yàn)環(huán)境方面：將臨時(shí)裝片放在黑暗并且沒有空氣的環(huán)境中，排除了環(huán)境中光線和氧氣的影響，從而確保實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘５剡M(jìn)行。(3)光源選擇方面：選用極細(xì)的光束照射，并且用好氧細(xì)菌進(jìn)行檢測(cè)，從而能夠準(zhǔn)確地判斷出絲狀綠藻細(xì)胞中釋放氧氣的部位。(4)對(duì)比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面：進(jìn)行黑暗(局部光照)和曝光的對(duì)照實(shí)驗(yàn)，從而明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全是由光照引起的。2．色素在層析液中的溶解度不同溶解度高的色素分子隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得快，溶解度低的色素分子隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得慢，因而可用層析液將不同色素分離。3．提取和分離光合色素實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵(1)葉片要新鮮、顏色要深綠。(2)濾液收集后，要及時(shí)用棉塞將試管口塞緊，以免濾液揮發(fā)。(3)濾液細(xì)線不僅要細(xì)、直、齊，而且要含有比較多的色素(可以重復(fù)畫若干次)。(4)濾紙上的濾液細(xì)線不能浸入層析液中?！纠?】1883年德國(guó)科學(xué)家恩吉爾曼的實(shí)驗(yàn)。他將水綿放到暗處，然后用白光束對(duì)水綿細(xì)胞的不同部位做點(diǎn)狀投射，發(fā)現(xiàn)水中的好氧細(xì)菌明顯聚集在投射到葉綠體上的光點(diǎn)處。(1)這說(shuō)明。(2)這位科學(xué)家又將白光通過(guò)棱鏡投射到水綿上。他發(fā)現(xiàn)水中的好氧性細(xì)菌在橙光、黃光、綠光、青光的投射區(qū)域明顯稀少。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明。解析好氧細(xì)菌分布在氧氣多的地方；葉綠體在光照下能進(jìn)行光合作用并釋放O2，因而好氧細(xì)菌的分布位置同光所照射的葉綠體的位置是一致的。好氧細(xì)菌在紅光、藍(lán)紫光投射區(qū)大量聚集，是因?yàn)檫@兩個(gè)區(qū)域氧氣較多，說(shuō)明光合作用主要吸收紅光和藍(lán)紫光。答案(1)葉綠體是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所(2)葉綠體進(jìn)行光合作用時(shí)主要吸收紅光和藍(lán)紫光【跟蹤訓(xùn)練】2．將長(zhǎng)勢(shì)相同的三盆麥苗分別置于鐘罩內(nèi)，如下圖所示，若干天后，與丙盆相比，甲、乙兩盆麥苗長(zhǎng)勢(shì)()A．甲、乙、丙三盆麥苗長(zhǎng)勢(shì)相近B．甲與丙長(zhǎng)勢(shì)相近，乙比丙長(zhǎng)勢(shì)差C．乙與丙長(zhǎng)勢(shì)相近，甲比丙長(zhǎng)勢(shì)差D．甲、乙長(zhǎng)勢(shì)都比丙好解析麥苗對(duì)綠光吸收最少，綠色透明膜透過(guò)的是綠光，所以甲長(zhǎng)勢(shì)最差。雖然乙能吸收到紅光和藍(lán)光，但丙各種可見光均能吸收，所以乙比丙長(zhǎng)勢(shì)稍差或相近。答案C知識(shí)脈絡(luò)要點(diǎn)晨背1.綠色植物葉綠體中所含的光合色素主要包括葉綠素a(藍(lán)綠色)、葉綠素b(黃綠色)、胡蘿卜素(橙黃色)和葉黃素(黃色)。2.葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的細(xì)胞器，葉綠素是光合作用中的主要色素，葉綠素能有效地吸收紅光和藍(lán)紫光。3.胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍(lán)紫光，它們還具有保護(hù)葉綠素免受強(qiáng)光傷害的作用。1．請(qǐng)按時(shí)間先后順序排列下列事件()①德國(guó)科學(xué)家薩克斯證明了綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉②美國(guó)科學(xué)家魯賓和卡門采用同位素標(biāo)記法，證明了光合作用釋放的氧氣來(lái)自參加反應(yīng)的水③英國(guó)科學(xué)家普利斯特萊指出植物可以更新空氣④德國(guó)生物科學(xué)家恩吉爾曼用絲狀綠藻做實(shí)驗(yàn)，證明光合作用會(huì)產(chǎn)生氧氣，且產(chǎn)生氧氣的多少和光合作用的效率成正比A．①②③④ B．④③②①C．③①④② D．①③②④解析普利斯特萊于1771年指出植物可以吸收CO2，釋放O2，更新空氣；薩克斯在1864年證明葉片光合作用產(chǎn)生了淀粉；恩吉爾曼則是在1883年用絲狀綠藻做實(shí)驗(yàn)，證明自己的觀點(diǎn)；最晚的是魯賓和卡門在1940年采用同位素標(biāo)記法，證明光合作用釋放的O2來(lái)自水，因此C選項(xiàng)是正確的。答案C2．關(guān)于“提取和分離葉綠體中的光合色素”實(shí)