1、版高中生物第五章细胞的能量供应和利用第4节第1课时捕获光能的色素和结构光合作用探究历程学案第1课时捕获光能的色素和结构、光合作用的探究历程学习目标1.理解“绿叶中色素的提取和分离”实验的原理，掌握色素的种类和作用。2.阐明叶绿体的结构和功能。3.了解科学家对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5 g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10 mL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
2、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：滤纸条上有4条色素带归纳总结实验中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
3、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例1下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的操作，正确的是()A使用定性滤纸过滤研磨液B干燥的定性滤纸可用于分离绿叶中的色素C在画出一条滤液细线后紧接着重复画线一两次D研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素答案B解析在提取绿叶中的色素时，漏斗基部放一块单层尼龙布进行过滤，A项错误；分离绿叶中的色素时，需用干燥
4、的定性滤纸，B项正确；画出一条滤液细线后需等滤液干后再画一两次，C项错误；研磨叶片时用无水乙醇(或体积分数为95%的乙醇，但要加入适量的无水碳酸钠)溶解色素，D项错误。例2为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用无水乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，如图为滤纸层析的结果(、为色素条带)。下列叙述不正确的是()A强光照导致了该植物叶绿素含量降低B类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照C色素、吸收光谱的吸收峰波长不同D画滤液线时，滤液在点样线上只能画一次答案D解析由图示可知，强光下，、表示的叶绿素色素带变窄，说明叶绿素含量降低，A项正确；强光照条件下，类胡萝卜素含量增加，说明类胡萝卜
5、素含量增加有利于植物抵御强光照，B项正确；是叶绿素a，是叶绿素b，都是主要吸收蓝紫光和红光，但吸收光谱的吸收峰波长不同，C项正确；画滤液线时，先画出一条滤液细线，待滤液干后，再重复画一两次，D项错误。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。
6、(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
7、露在光下的对照实验。明确实验结果完全是由光照引起的。例3如图为叶绿体结构示意图，下列叙述不正确的是()A1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叶绿体具有双层膜答案C解析叶绿体具有双层膜；叶绿体的双层膜具有选择透过性；吸收光能的色素分布在类囊体薄膜上；与光合作用有关的酶分布在叶绿体的基粒上和基质中。例4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续光谱B临时装片应放置在没有空气的黑
8、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；为了防止环境中的氧气和光线对实验结果的影响，应将临时装片放置在没有空气的黑暗环境中；好氧细菌的分布表明了产生氧气的部位，因此好氧细菌起到了指示作用；水绵的带状叶绿体便于观察，有利于设置对照实验。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
9、(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例5
10、某植物叶片不同部位的颜色不同，将该植物在黑暗中放置48 h后，用锡箔纸遮蔽叶片两面，如图所示。在日光下照光一段时间，去除锡箔纸，用碘液染色法处理叶片，观察到叶片有的部位出现蓝色，有的没有出现蓝色。其中，没有出现蓝色的部位是()Aa、b和d Ba、c和eCc、d和e b、c和e答案B解析a处黄白色，没有光合色素，c、e处遮光，因此a、c、e都不能合成淀粉。例6人们对光合作用的认识和探究经历了漫长的历程。关于光合作用探究历程的叙述，不正确的是()A萨克斯将叶片在暗处放置几小时，然后一半遮光，一半曝光处理，得出光合作用需要光照才能进行的结论B恩格尔曼以好氧细菌和水绵为实验材料进行实验，得出氧气是由叶
11、绿体在光照条件下释放出来的结论C梅耶根据能量转化与守恒定律，指出植物在进行光合作用时把光能转换成化学能储存起来D鲁宾和卡门利用同位素标记法，证明光合作用释放的氧气来自水答案A解析萨克斯进行的叶片遮光和曝光实验证明了叶片在光下能产生淀粉，故A项错误；恩格尔曼的水绵实验证明了氧气是由叶绿体在光照条件下释放出来的，叶绿体是进行光合作用的场所，故B项正确；梅耶根据能量转化与守恒定律明确指出，植物进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来，故C项正确；鲁宾和卡门用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2，有力地证明了光合作用释放的氧气来自水。1下列叙述，正确的打“”，错误的打“”。(1)分离色素时，在层析
12、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()(5)叶绿体是通过基粒中的类囊体薄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()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)2在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，要使色素带清晰
13、又整齐，下列哪项措施与之无关()A定性滤纸要干燥B剪去滤纸条一端的两角C滤液细线要画得细、齐、直、均匀D盖上培养皿盖答案D解析使色素带清晰整齐的措施有定性滤纸要干燥，剪去滤纸条一端的两角，画滤液细线要画得细、齐、直、均匀，不让层析液触及滤液细线，这些措施都能保证同种色素随层析液扩散时速度一致，使色素带整齐清晰；盖上培养皿盖是为了防止层析液挥发，与色素带清晰、整齐无关。3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，色素A和B分别是()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aD叶绿素a、叶绿素b答案A解析叶绿素能吸收短波的蓝紫光和长波的红光，类胡萝卜素主要吸收短
14、波的蓝紫光。4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()AY2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解析分析题图可知，Y1和Y3是O2，Y2和Y4是18O2，因此Y2的质量大于Y3；中小球藻合成的有机物中含18O，而中小球藻合成的有机物中含O，故中小球藻质量大于中小球藻的质量；和中的水都为H218O，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，故剩余质量大于。5德国科学家恩格尔曼利
15、用一种绿藻(这种绿藻具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：(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)恩格尔曼进行装置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)叶绿体类囊体的薄膜上类囊体上和叶绿体基质中(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)B情况下，叶绿体受光均匀，好氧细菌主要
16、分布在能进行光合作用产生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薄膜上，而酶有的分布在类囊体薄膜上，有的分布在叶绿体的基质中。(3)在装置C的实验中，自变量是光色，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。对点训练题组一叶绿体中的色素1在“提取和分离叶绿体中的色素”实验中，正确的操作顺序应该是()A进行纸层析制取滤液在滤纸条上画线将实验材料研磨B制取滤液进行纸层析在滤纸条上画线取滤液再画线C将实验材料剪碎、研磨在滤纸条上画线制取滤液进行纸层析D将实验材料剪碎、研磨制取滤液在滤纸条上画线进行纸
17、层析答案D2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。3将可见光通过三棱镜后照射到绿色植物叶片的某种色素提取液上，可获得该吸收光谱(图中的暗带表示溶液吸收该波长的光后形成的光谱)。则该色素是()A类胡萝卜素 B叶黄素C
18、胡萝卜素 D叶绿素a答案D解析叶绿体中的色素包括叶绿素和类胡萝卜素。其中，叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b，主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素，主要吸收蓝紫光。从图中可以看出，该色素主要吸收了红光和蓝紫光，所以该色素为叶绿素a。4如图表示新鲜菠菜叶中四种色素的相对含量及在滤纸条上的分离情况。下列说法不正确的是()A叶绿体中的四种色素分布在类囊体薄膜上B四种色素均可溶于有机溶剂无水乙醇C四种色素在层析液中溶解度最大的是甲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。在层析液中溶解度最大的是丁；叶绿体中的四种色素
19、分布在类囊体薄膜上；四种色素均可溶于有机溶剂无水乙醇，故可用无水乙醇提取色素；发黄菠菜叶中色素含量显著减少的是叶绿素(叶绿素a和叶绿素b)。题组二叶绿体的结构和功能5下列有关叶绿体的说法正确的是()A叶绿体增大膜面积的方式与线粒体相同B叶绿体中的色素都分布在类囊体薄膜上，酶都分布在基质中C叶绿体的功能不受细胞核调控D线粒体产生的CO2被叶绿体利用至少需要穿过4层磷脂双分子层答案D解析叶绿体内的类囊体堆叠形成基粒，扩大了细胞内的膜面积，而线粒体的内膜向内折叠形成嵴，使内膜表面积增加；叶绿体中的色素都分布在类囊体薄膜上，酶在类囊体薄膜和叶绿体基质中都有分布；叶绿体的功能受细胞核和叶绿体本身的调控；
20、线粒体产生的CO2被同一细胞的叶绿体利用时，穿过的膜层数最少，只需要穿过2层线粒体膜和2层叶绿体膜共4层磷脂双分子层。6(2018泰州高一检测)如图为某种细胞器的结构模式图，下列叙述错误的是()A结构的基本支架是磷脂双分子层B结构的选择透过性与蛋白质的种类和数量有关C结构的膜表面积大，有利于实现能量转换D结构中能完成丙酮酸的彻底氧化分解答案D解析分析题图可知，该细胞器为叶绿体。结构为叶绿体的外膜，其基本支架是磷脂双分子层，A项正确；结构为叶绿体的内膜，其选择透过性与蛋白质的种类和数量有关，B项正确；结构为基粒，它是由类囊体薄膜构成的，扩大了叶绿体内膜的面积，其上分布着与光反应有关的色素，C项正
21、确；结构为叶绿体的基质，而丙酮酸的彻底氧化分解是在线粒体中进行的，D项错误。7关于叶绿体中的类囊体的叙述正确的是()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D8为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予一定的条件，这些条件是()A光照、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液B光照、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液C黑暗、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液D黑暗、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液答案B解析无空气是排除空
22、气中O2的干扰，NaHCO3溶液提供CO2，光是进行光合作用的必要条件。题组三光合作用的探究历程9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普利斯特利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恩格尔曼的实验定量分析了水绵光合作用生成的氧气量D鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的氧气来自于H2O而不是CO2答案C解析恩格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。10如图所示，某植
23、物上的绿叶经阳光照射24小时后，经脱色并用碘液处理，结果有锡箔覆盖的部位不呈蓝色，而不被锡箔覆盖的部位呈蓝色。本实验证明()光合作用需要二氧化碳光合作用需要光光合作用需要叶绿素光合作用放出氧气光合作用制造淀粉A BC D答案C11普利斯特利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，却有的能成功，有的不能成功。以下关于这一现象的说法，不正确的是()A该实验并不科学，没有可重复性B该实验的成功与否，要看是否将装置置于阳光下C该实验说明光合作用释放的氧气与小白鼠需要的氧气达到了平衡D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
24、衡答案A解析普利斯特利的实验成功的关键，是要把装置置于阳光下。普利斯特利的实验虽然把实验装置置于阳光下，取得了成功，但他却忽视了一点，即没有明确地说明将实验装置置于阳光下是取得实验成功的必要条件。所以后来的科学工作者在重复该实验时，置于阳光下的取得了成功，不置于阳光下的则遭到失败。12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HO，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18
25、O2。综合强化13(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_10 mL，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(
26、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。14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
27、叶片光合色素的含量，获得的数据处理成下面的柱状图。请分析回答下列问题：(1)提取叶片中光合色素时常使用_(试剂)研磨法来获取色素，为使_，还可加入少许二氧化硅。(2)纸层析法是分离叶片光合色素的简便方法。若研究者用该方法能否获得上述实验数据？为什么？_。(3)据图可知，污染程度的加剧使_(色素类型)的含量减少。 答案(1)无水乙醇(有机溶剂)研磨更充分(2)否。利用纸层析法只能在滤纸上观察到分离的色素带，不能定量分析色素(3)叶绿素(叶绿素a和叶绿素b)解析(1)色素能够溶解在有机溶剂中，可以用无水乙醇提取色素，二氧化硅有助于研磨充分。(2)利用纸层析法只能在滤纸上观察到分离的色素带，不能定量分析色素含量。(3)据图可知，污染程度的加剧使叶绿素a和叶绿素b的含量减少，类胡萝卜素含量不变。15韭黄是利用绿色韭菜在避光条件下培养出来的。某同学利用所学知识研究韭黄叶片呈黄色的原因，其方法步骤如下：步骤一：提取叶片中的色素a分别称取5 g韭菜叶片和韭黄叶片，剪碎，放入两个研钵中。b向两个研钵中各加入少许二氧化硅，再加入10 mL无水乙醇，进行迅速、充分的
