2024-2025學(xué)年新教材高中生物第3章細(xì)胞中能量的轉(zhuǎn)換和利用第2節(jié)第1課時(shí)解開(kāi)光合作用之謎葉綠體與光能的捕獲教案蘇教版必修1

PAGE10-解開(kāi)光合作用之謎葉綠體與光能的捕獲課標(biāo)內(nèi)容要求核心素養(yǎng)對(duì)接1．說(shuō)明植物細(xì)胞中的葉綠體從陽(yáng)光中捕獲能量。2．提取和分別葉綠體中的光合色素。1．生命觀念——結(jié)構(gòu)與功能觀：葉綠體的結(jié)構(gòu)尤其是基粒大大擴(kuò)展了膜面積，與光合作用的功能相適應(yīng)。2．科學(xué)思維——分析與綜合：分析光合作用光反應(yīng)和暗反應(yīng)過(guò)程，認(rèn)同兩個(gè)階段既有區(qū)分又有聯(lián)系。3．科學(xué)探究——試驗(yàn)思路及設(shè)計(jì)：科學(xué)設(shè)計(jì)提取和分別色素的試驗(yàn)步驟，留意每個(gè)操作步驟的規(guī)范性。一、解開(kāi)光合作用之謎時(shí)間人物試驗(yàn)方法結(jié)論1627年海爾蒙特采納了定量探討的方法柳樹(shù)生長(zhǎng)所需養(yǎng)料主要來(lái)自水，而不是土壤1779年英格豪斯把帶葉的枝條放入水里，發(fā)覺(jué)綠葉只在陽(yáng)光下產(chǎn)生氣體，在黑暗處不產(chǎn)生氣體后來(lái)，人們明白了空氣的組成后，才確定綠葉在陽(yáng)光下放出的氣體是O21864年薩克斯采納碘蒸氣處理葉片的方法葉片在光下能產(chǎn)生淀粉19世紀(jì)60年頭利用光學(xué)儀器光合作用中利用的光與葉綠素汲取光能有關(guān)1941年魯賓和卡門(mén)運(yùn)用同位素標(biāo)記法光合作用釋放的O2來(lái)自于水1948年卡爾文用14C標(biāo)記CO2，追蹤光合作用中碳元素的行蹤C(jī)O2被用于合成糖類等有機(jī)物二、葉綠體與光能的捕獲1．恩格爾曼的試驗(yàn)(1)試驗(yàn)材料：水綿和好氧細(xì)菌。水綿是一種藻類，常生活在淡水中，細(xì)胞中有一條或多條螺旋排列的帶狀葉綠體。(2)試驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(水綿,好氧細(xì)菌))eq\o(→,\s\up10(黑暗),\s\do10(無(wú)空氣))eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(極細(xì)光束照耀→細(xì)菌集中于,被光束照耀到的葉綠體部位,完全曝光→好氧細(xì)菌分布于葉綠體,全部受光部位,用透過(guò)三棱鏡的光照耀→在紅光區(qū),和藍(lán)光區(qū)的葉綠體部位都聚集,了大量的好氧細(xì)菌))(3)試驗(yàn)結(jié)論葉綠體中含有能有效地汲取利用紅光和藍(lán)光的物質(zhì)，這些物質(zhì)汲取的光與綠葉在光下產(chǎn)生氧氣有關(guān)。2．光合色素(1)分布：葉綠體中的類囊體膜上(2)種類、顏色與汲取光譜種類顏色汲取光譜葉綠素葉綠素a藍(lán)綠色主要汲取和利用藍(lán)紫光和紅光葉綠素b黃綠色類胡蘿卜素胡蘿卜素橙黃色主要汲取藍(lán)紫光，還有愛(ài)護(hù)葉綠素免遭強(qiáng)光損害的作用葉黃素黃色(3)作用：光合色素能汲取大部分的可見(jiàn)光用于光合作用，但對(duì)綠光汲取最少，大部分綠光被反射出來(lái)，因而葉片呈現(xiàn)綠色。3．提取和分別葉綠體中的光合色素(1)試驗(yàn)原理①提?。簾o(wú)水乙醇等有機(jī)溶劑能溶解綠葉中的各種光合色素。②分別：色素在層析液中的溶解度不同，因而在濾紙上的擴(kuò)散速度也有差異。(2)試驗(yàn)步驟步驟方法緣由提取色素①選取簇新葉片：色素含量高②加入少許二氧化硅和碳酸鈣：作用分別是研磨充分、愛(ài)護(hù)色素③加入5mL無(wú)水乙醇：溶解色素制備濾紙條剪去兩角：防止層析液在濾紙條的邊緣處擴(kuò)散過(guò)快分別色素畫(huà)濾液細(xì)線畫(huà)得細(xì)、直：防止色素帶重疊層析裝置示意圖①層析液不能觸及濾液細(xì)線：防止色素溶于層析液中②燒杯加蓋：防止層析液揮發(fā)推斷對(duì)錯(cuò)(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)1．色素提取液是無(wú)水乙醇，分別液是層析液。 ()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．分別結(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汲取藍(lán)紫光，除此之外，葉綠素還主要汲取紅光。 ()5．植物葉片多呈現(xiàn)綠色的緣由是對(duì)綠光的汲取最多。 ()6．研磨菠菜葉時(shí)加入二氧化硅是為了愛(ài)護(hù)葉綠素。 ()提示：1.√2.√3．×分別結(jié)束后，濾紙條上的顏色自下而上依次是黃綠色、藍(lán)綠色、黃色和橙黃色。4．√5．×植物葉片多呈綠色的緣由是葉綠素對(duì)綠光汲取最少，使綠光被反射出來(lái)。6．×研磨菠菜葉時(shí)加入二氧化硅是為了研磨更充分。解開(kāi)光合作用之謎1．薩克斯的試驗(yàn)(1)試驗(yàn)過(guò)程及現(xiàn)象黑暗中饑餓處理的綠葉eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(一半曝光\o(→,\s\up10(碘蒸氣處理))變藍(lán),一半遮光\o(→,\s\up10(碘蒸氣處理))不變藍(lán)))(2)試驗(yàn)分析①設(shè)置了自身比照，自變量為光照，因變量是葉片顏色改變。②試驗(yàn)的關(guān)鍵是饑餓處理，以使葉片中的養(yǎng)分物質(zhì)消耗掉，增加了試驗(yàn)的勸服力。③本試驗(yàn)除證明白光合作用的產(chǎn)物有淀粉外，還證明白光是光合作用的必要條件。2．魯賓和卡門(mén)的試驗(yàn)(1)試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)論Heq\o\al(18,2)O＋CO2→植物→18O2；H2O＋C18O2→植物→O2光合作用釋放的O2來(lái)自于水。(2)試驗(yàn)分析設(shè)置了比照試驗(yàn)，自變量是標(biāo)記物質(zhì)(Heq\o\al(18,2)O和C18O2)，因變量是O2的放射性。3．恩格爾曼的試驗(yàn)(1)試驗(yàn)材料選得妙：試驗(yàn)材料選擇水綿和好氧細(xì)菌。水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于視察；用好氧細(xì)菌可確定釋放氧氣多的部位。(2)解除干擾的方法妙：沒(méi)有空氣的黑暗環(huán)境，解除了氧氣和光的干擾。(3)設(shè)計(jì)的觀測(cè)指標(biāo)妙：通過(guò)好氧細(xì)菌的分布進(jìn)行檢測(cè)，從而能夠精確地推斷出水綿細(xì)胞中釋放氧的部位。(4)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)比照妙：進(jìn)行黑暗(局部光照)和曝光對(duì)比試驗(yàn)，明確試驗(yàn)結(jié)果完全是光照引起的。還奇妙利用三棱鏡，將可見(jiàn)光分成七種顏色連續(xù)光譜投射到水綿的帶狀葉綠體上，弄清了葉綠體中含有能有效地汲取利用紅光和藍(lán)光的物質(zhì)。1．德國(guó)科學(xué)家薩克斯將綠色葉片放在暗處數(shù)小時(shí)(消耗掉葉片中的淀粉)后，再把葉片的一部分遮光，其余部分曝光。一段時(shí)間后，該葉片經(jīng)脫色、漂洗后再用碘液處理，結(jié)果發(fā)覺(jué)遮光部分不變藍(lán)，曝光部分變藍(lán)。下列有關(guān)本試驗(yàn)的分析及結(jié)論合理的是()①本試驗(yàn)未設(shè)置比照組②有無(wú)光照是遮光和曝光區(qū)域表現(xiàn)不同結(jié)果的唯一緣由③試驗(yàn)初始時(shí)遮光和曝光區(qū)域均達(dá)到無(wú)淀粉狀態(tài)④試驗(yàn)證明葉綠體利用光照將CO2轉(zhuǎn)變成了淀粉A．①②③④ B．②③④C．①②③ D．②③D[該試驗(yàn)中曝光部分與遮光部分形成了比照；該試驗(yàn)?zāi)茏C明有淀粉的生成，但不能證明葉綠體利用光照將CO2轉(zhuǎn)變成了淀粉。]2．1880年，德國(guó)生物學(xué)家恩格爾曼設(shè)計(jì)了一個(gè)試驗(yàn)探討光合作用的光譜。他將三棱鏡產(chǎn)生的光譜投射到含帶狀葉綠體的絲狀水綿體上，并在水綿的懸液中放入了好氧細(xì)菌，視察好氧細(xì)菌在水綿不同區(qū)段的聚集狀況(如圖)，以確定該區(qū)段水綿光合作用的強(qiáng)度。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A．該試驗(yàn)可證明水綿葉綠體色素對(duì)不同波長(zhǎng)的光汲取量不同B．好氧細(xì)菌聚集較多的區(qū)段，水綿的光合作用較弱，導(dǎo)致好氧細(xì)菌能夠汲取更多光能C．若將裝置置于黑暗中，則好氧細(xì)菌會(huì)在懸浮液中基本勻稱分布D．試驗(yàn)中應(yīng)選用進(jìn)行有氧呼吸的好氧細(xì)菌來(lái)檢驗(yàn)水綿不同區(qū)段光合作用的強(qiáng)弱B[本題考查對(duì)恩格爾曼試驗(yàn)的分析。通過(guò)視察好氧細(xì)菌的分布可以判定光合作用的強(qiáng)度。從試驗(yàn)中可見(jiàn)好氧細(xì)菌在不同波長(zhǎng)的光中分布不同，及水綿對(duì)不同波長(zhǎng)的光汲取量不同；好氧細(xì)菌聚集較多的區(qū)段，說(shuō)明水綿光合作用強(qiáng)，產(chǎn)生的氧氣多；若將裝置置于黑暗中，水綿無(wú)法進(jìn)行光合作用，沒(méi)有氧氣的釋放，則好氧細(xì)菌在懸浮液中基本勻稱分布。]提取和分別葉綠體中的光合色素1．試驗(yàn)操作中的關(guān)鍵步驟(1)研磨要快速、充分：研磨充分使葉綠體完全裂開(kāi)，可提取較多的色素。(2)濾液細(xì)線要求：細(xì)、直、齊，含有較多的色素，所以應(yīng)待濾液干后再在同一位置重復(fù)畫(huà)濾液細(xì)線。(3)濾液細(xì)線不能觸及層析液，否則色素會(huì)溶解到層析液中，使濾紙條上得不到色素帶。2．濾紙條上色素的分布和對(duì)光的汲取3．葉綠體中色素的提取和分別試驗(yàn)的異樣現(xiàn)象分析(1)收集到的濾液中綠色過(guò)淺的緣由分析：①未加二氧化硅，研磨不充分。②運(yùn)用放置數(shù)天的菠菜葉，濾液色素(葉綠素)太少。③一次加入大量的無(wú)水乙醇，提取濃度太低。④未加碳酸鈣或加入過(guò)少，葉綠素分子被破壞。(2)濾紙條色素帶重疊：濾液細(xì)線畫(huà)得過(guò)粗。(3)濾紙條看不見(jiàn)色素帶：①遺忘畫(huà)濾液細(xì)線。②濾液細(xì)線接觸到層析液，且時(shí)間較長(zhǎng)，色素全部溶解到層析液中。4．葉綠體中色素的汲取光譜分析(1)葉綠體中的色素只汲取可見(jiàn)光，不汲取不行見(jiàn)光。(2)葉綠素主要汲取紅光和藍(lán)紫光，類胡蘿卜素主要汲取藍(lán)紫光，也汲取少量其他顏色的光。(3)葉綠體中的色素很少汲取綠光，綠光被反射，所以大多數(shù)葉片看起來(lái)呈綠色。深化探究：1.試驗(yàn)過(guò)程中，甲同學(xué)遺忘加入二氧化硅和碳酸鈣，乙同學(xué)遺忘加入無(wú)水乙醇，丙同學(xué)加的無(wú)水乙醇過(guò)多。請(qǐng)分析他們可能出現(xiàn)的試驗(yàn)結(jié)果。提示：甲同學(xué)研磨不充分，部分色素被破壞，過(guò)濾收集的濾液顏色淺；乙同學(xué)不能提取到色素；丙同學(xué)的濾液顏色淺，提取的濾液色素的濃度低。2．試驗(yàn)操作時(shí)，為什么要將濾紙條的一端剪去兩角？畫(huà)濾液細(xì)線的要求是細(xì)、直、齊，且要在干燥后在同一位置重復(fù)畫(huà)濾液細(xì)線，請(qǐng)分析這樣做的緣由是什么？提示：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。濾液細(xì)線要細(xì)、直、齊是使分別的色素不重疊，重復(fù)畫(huà)線的目的是增加色素含量，使分別的色素帶清楚，便于視察。1．下列有關(guān)“綠葉中色素的提取和分別”試驗(yàn)的敘述中，錯(cuò)誤的是()A．研磨時(shí)加入碳酸鈣可防止葉綠素在酸性條件下分解B．濾紙條的一端剪去兩角的目的是使色素帶擴(kuò)散勻稱且比較直C．畫(huà)濾液細(xì)線時(shí)需快速重復(fù)多畫(huà)幾次以增加色素的含量D．濾紙條上相鄰且距離濾液細(xì)線最遠(yuǎn)的兩條色素帶呈橙黃色和黃色C[剪碎的綠葉放入研缽后應(yīng)當(dāng)依次加入二氧化硅(有助于充分研磨)、碳酸鈣(防止葉綠素分子被破壞)和無(wú)水乙醇(溶解色素)，A項(xiàng)正確；濾紙條的一端剪去兩角的目的是使色素帶擴(kuò)散勻稱且比較直，防止色素帶不整齊，B項(xiàng)正確；畫(huà)濾液細(xì)線的要求是細(xì)、齊、直，待濾液干后，還要重復(fù)畫(huà)幾次，C項(xiàng)錯(cuò)誤；試驗(yàn)勝利后應(yīng)當(dāng)可以清楚地看到濾紙條上有四條色素帶，從上到下依次是胡蘿卜素(橙黃色)、葉黃素(黃色)、葉綠素a(藍(lán)綠色)、葉綠素b(黃綠色)，色素帶的寬窄與色素含量相關(guān)，D項(xiàng)正確。]2．(多選)為探討強(qiáng)光照對(duì)移栽幼苗光合色素的影響，某同學(xué)用乙醇提取葉綠體色素，用石油醚進(jìn)行紙層析，如圖為濾紙層析的結(jié)果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為色素條帶)。下列敘述錯(cuò)誤的是()A．強(qiáng)光照下的幼苗相比正常光照下的綠色更深B．強(qiáng)光照可能抑制葉綠素的合成，促進(jìn)類胡蘿卜素的合成C．四種色素在層析液中溶解度大小是Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ<ⅣD．色素分別過(guò)程中假如濾液線觸及石油醚，會(huì)縮短得到四條色素帶的時(shí)間ACD[依據(jù)題圖來(lái)看：強(qiáng)光照導(dǎo)致該植物葉綠素含量降低，綠色變淺，A錯(cuò)誤；強(qiáng)光照和正常光照相比，葉綠素含量降低，類胡蘿卜素含量增加，可見(jiàn)強(qiáng)光照可能抑制葉綠素的合成，促進(jìn)類胡蘿卜素的合成，B正確；四種色素在層析液中溶解度大小是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ，C錯(cuò)誤；色素分別過(guò)程中假如濾液線觸及石油醚，色素會(huì)溶解在層析液中，不會(huì)得到色素帶，D錯(cuò)誤。][課堂小結(jié)]學(xué)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建核心語(yǔ)句背誦1.提取色素的原理是色素能溶解在無(wú)水乙醇等有機(jī)溶劑中。2.不同色素在層析液中的溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得快，反之則慢。3.層析后濾紙條上自上而下的四條色素帶依次是胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a和葉綠素b。4.葉綠素主要汲取紅光和藍(lán)紫光，胡蘿卜素和葉黃素主要汲取藍(lán)紫光。類胡蘿卜素還有愛(ài)護(hù)葉綠素免遭強(qiáng)光損害的作用。5.光合色素分布于葉綠體類囊體膜上，葉綠素是光合作用過(guò)程中的主要色素。1．請(qǐng)按時(shí)間先后依次排列下列事務(wù)()①德國(guó)科學(xué)家薩克斯證明白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(mén)采納同位素標(biāo)記法，證明白光合作用釋放的氧氣來(lái)自參與反應(yīng)的水③荷蘭科學(xué)家英格豪斯發(fā)覺(jué)綠葉只有在陽(yáng)光下產(chǎn)生氣體，在黑暗處不產(chǎn)生氣體④德國(guó)生物科學(xué)家恩格爾曼用水綿做試驗(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．①③②④C[1779年，英格豪斯發(fā)覺(jué)綠葉只有在陽(yáng)光下產(chǎn)生氣體，在黑暗處不產(chǎn)生氣體；薩克斯在1864年證明葉片光合作用產(chǎn)生了淀粉；恩格爾曼則是在19世紀(jì)80年頭用水綿做試驗(yàn)，證明自己的觀點(diǎn)；最晚的是魯賓和卡門(mén)在1940年采納同位素標(biāo)記法，證明光合作用釋放的O2來(lái)自于水，因此C選項(xiàng)是正確的。]2．19世紀(jì)80年頭，科學(xué)家恩格爾曼設(shè)計(jì)了一個(gè)試驗(yàn)探討光合作用的光譜。他將三棱鏡產(chǎn)生的光譜投射到水綿的帶狀葉綠體上，并在水綿的懸液中放入好氧細(xì)菌，視察細(xì)菌的聚集狀況(如圖)，他得出光合作用在紅光區(qū)和藍(lán)光區(qū)最強(qiáng)。這個(gè)試驗(yàn)的思路是()A．好氧細(xì)菌對(duì)不同的光反應(yīng)不一，好氧細(xì)菌聚集多的地方，細(xì)菌光合作用強(qiáng)B．好氧細(xì)菌聚集多的地方O2濃度高，水綿光合作用強(qiáng)，則在該種光照耀下植物光合作用強(qiáng)C．好氧細(xì)菌聚集多的地方，水綿光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物多，則在該種光照耀下植物光合作用強(qiáng)D．聚集的好氧細(xì)菌大量消耗光合作用的產(chǎn)物—O2，使水綿的光合作用速度加快，則該種光有利于光合作用B[本題通過(guò)試驗(yàn)探討光合作用的光譜，考查試驗(yàn)分析實(shí)力。好氧細(xì)菌的生活是須要O2的，因此在好氧細(xì)菌聚集的地方應(yīng)當(dāng)是O2多的地方，也就是水綿光合作用強(qiáng)的地方。]3．下列關(guān)于葉綠素提取的敘述中錯(cuò)誤的是()A．菠菜綠葉可被用作葉綠素提取的材料B．加入少許碳酸鈣能避開(kāi)葉綠素被破壞C．用無(wú)水乙醇提取的葉綠體色素中無(wú)胡蘿卜素D．研磨時(shí)加入二氧化硅可使葉片研磨更充分C[葉綠體中的四種色素包括胡蘿卜素，均溶于無(wú)水乙醇，C項(xiàng)錯(cuò)誤；菠菜綠葉可被用作葉綠素提取的材料，研磨時(shí)加入SiO2可使葉片研磨更充分，加入少許碳酸鈣，可以中和葉肉細(xì)胞中的有機(jī)酸，能避開(kāi)葉綠素分子被破壞。]4．(多選)下列有關(guān)綠葉中色素的提取和分別試驗(yàn)的敘述中，正確的是()A．葉綠素的提取須要加入層析液作為提取液B．過(guò)濾時(shí)應(yīng)運(yùn)用單層尼龍布，并用棉塞塞住試管口C．分別色素時(shí)不能將濾液細(xì)線置于層析液中D．選材不同，四條色素帶在濾紙條上的排列依次不同BC[提取葉綠素運(yùn)用的是無(wú)水乙醇，層析液用于分別色素；過(guò)濾時(shí)運(yùn)用單層尼龍布，并用棉塞塞住試管口，以防止揮發(fā)性強(qiáng)的無(wú)水乙醇揮發(fā)；分別色素時(shí)不能將濾液細(xì)線置于層析液中，否則色素會(huì)溶入層析液中；不同材料中四種色素在層析液中的溶解度相同，來(lái)自不同材料葉綠體中的四種色素含量可能不同，經(jīng)過(guò)紙層析后，在濾紙上的排列依次相同，色素帶粗細(xì)可能不同。]5．下圖所示為“提取和分別葉綠體中的光合色素”試驗(yàn)的部分材料和用具。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題：(1)圖中步驟①加入研缽內(nèi)的物質(zhì)：A________5mL，作用