教材高中生物第三章細(xì)胞中能量的轉(zhuǎn)換和利用第二節(jié)第1課時解開光合作用之謎葉綠體與光能的捕獲課件必修1

第二節(jié)光合作用——光能的捕獲和轉(zhuǎn)換第1課時解開光合作用之謎、葉綠體與光能的捕獲概念認(rèn)知·自主學(xué)習(xí)一、解開光合作用之謎時間人物實(shí)驗(yàn)方法結(jié)論1627年海爾蒙特采用了定量研究的方法柳樹生長所需養(yǎng)料主要來自水,而不是_____1779年英格豪斯把帶葉的枝條放入水里,發(fā)現(xiàn)綠葉只在陽光下產(chǎn)生氣體,在黑暗處不產(chǎn)生氣體后來,人們明白了空氣的組成后,才確定綠葉在陽光下放出的氣體是__1864年薩克斯采用_______________的方法葉片在光下能產(chǎn)生_____土壤O2碘蒸氣處理葉片淀粉時間人物實(shí)驗(yàn)方法結(jié)論19世紀(jì)60年代-利用光學(xué)儀器光合作用中利用的光與葉綠素吸收光能有關(guān)1941年魯賓和卡門運(yùn)用_____________光合作用釋放的O2來自___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_____等有機(jī)物同位素標(biāo)記法水糖類二、葉綠體與光能的捕獲1.恩格爾曼的實(shí)驗(yàn):(1)實(shí)驗(yàn)材料:_____和_________。水綿是一種藻類,常生活在淡水中,細(xì)胞中有___________________的帶狀_______。(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。葉綠體中含有能有效地吸收利用_____和_____的物質(zhì),這些物質(zhì)吸收的光與___________________有關(guān)。水綿好氧細(xì)菌一條或多條螺旋排列葉綠體紅光藍(lán)光綠葉在光下產(chǎn)生氧氣2.光合色素:種類顏色吸收光譜葉綠素葉綠素a_______主要吸收和利用_______和_____葉綠素b_______類胡蘿卜素胡蘿卜素_______主要吸收_______,還有保護(hù)___________________的作用葉黃素_____藍(lán)綠色黃綠色藍(lán)紫光紅光橙黃色黃色藍(lán)紫光葉綠素免遭強(qiáng)光傷害三、提取和分離葉綠體中的光合色素1.實(shí)驗(yàn)原理:實(shí)驗(yàn)原理提取色素_________能夠溶解綠葉中的各種光合色素分離色素色素在_______中的溶解度不同,因而在濾紙上的_________也有差異無水乙醇層析液擴(kuò)散速度2.實(shí)驗(yàn)用品及作用:內(nèi)容作用材料葉片要新鮮、深綠使濾液中色素含量高試劑無水乙醇溶解綠葉中葉綠體色素層析液_____________________二氧化硅有助于充分研磨碳酸鈣_______________________分離綠葉中葉綠體色素防止研磨中葉綠素被破壞3.實(shí)驗(yàn)步驟:觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果:色素種類色素顏色①_________類胡蘿卜素橙黃色②_______黃色③葉綠素a葉綠素_______④葉綠素b_______胡蘿卜素葉黃素藍(lán)綠色黃綠色4.葉綠體中色素分布及功能:(1)分布:_________上。(2)功能:葉綠素主要吸收___________光,類胡蘿卜素主要吸收_____光。類胡蘿卜素還有保護(hù)_______免受強(qiáng)光傷害的作用。類囊體膜紅光和藍(lán)紫藍(lán)紫葉綠素能力形成·合作探究知識點(diǎn)一光合作用的探究歷程1.海爾蒙特實(shí)驗(yàn):(1)土壤中減少的物質(zhì)主要是無機(jī)鹽。(2)柳樹干重的增加主要是有機(jī)物的增加,這些物質(zhì)是柳樹吸收空氣中的二氧化碳合成的。2.薩克斯實(shí)驗(yàn):(1)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是饑餓處理,使葉片中的營養(yǎng)物質(zhì)消耗掉,增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的說服力。(2)自身對照(同一實(shí)驗(yàn)對象的不同部位,進(jìn)行不同的處理:一半曝光,另一半遮光)。3.魯賓和卡門實(shí)驗(yàn):相互對照(條件相同的兩組材料,分別標(biāo)記不同的物質(zhì):一組為,另一組為C18O2)。4.恩格爾曼實(shí)驗(yàn):(1)水綿:葉綠體呈螺旋的帶狀,便于觀察。(2)好氧細(xì)菌:可以確定放出氧氣的部位和放出氧氣的多少。(3)沒有空氣的黑暗環(huán)境:排除了氧氣和光的干擾。特別提醒:①英格豪斯實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析:帶葉的枝條放在水中,如果長時間處于黑暗中,葉片進(jìn)行呼吸作用,葉片上會出現(xiàn)二氧化碳形成的氣泡。②卡爾文實(shí)驗(yàn)思路:給小球藻提供14CO2,一段時間后殺死小球藻,分析含有14C化合物的種類,發(fā)現(xiàn)隨著時間的延長,含有14C化合物的種類越多。若發(fā)現(xiàn)只有一種化合物含有14C,則該化合物是14CO2在葉綠體內(nèi)轉(zhuǎn)化形成的第一種化合物。③恩格爾曼實(shí)驗(yàn)和希爾實(shí)驗(yàn)結(jié)論的不同:恩格爾曼是在水綿細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn),希爾用離體的葉綠體進(jìn)行實(shí)驗(yàn),希爾反應(yīng)使光合作用研究從器官水平進(jìn)入細(xì)胞器水平。【素養(yǎng)案例】

(2021·棗莊高一檢測)在光合作用的探究歷程中,恩格爾曼利用水綿和好氧細(xì)菌進(jìn)行的實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)巧妙。下列有關(guān)實(shí)驗(yàn)的敘述,錯誤的是(

)A.把臨時裝片放在空氣充足的小室中,黑暗條件下用細(xì)光束照射水綿B.水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀分布,便于觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果C.該實(shí)驗(yàn)直接證明了葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧D.用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片,證明了光質(zhì)對光合作用的影響【思維流程】關(guān)鍵點(diǎn)1:理解實(shí)驗(yàn)材料選取的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵點(diǎn)2:明確恩格爾曼實(shí)驗(yàn)的處理方式?！窘馕觥窟xA。該實(shí)驗(yàn)要用好氧細(xì)菌檢測光合作用產(chǎn)生的氧氣,因此不能把臨時裝片放在空氣充足的小室中,A錯誤;選用水綿做材料是因?yàn)樗娜~綠體呈螺旋式帶狀分布,便于觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果,B正確;該實(shí)驗(yàn)直接證明了葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧,C正確;恩格爾曼用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片,發(fā)現(xiàn)好氧細(xì)菌大多數(shù)聚集在紅光和藍(lán)光區(qū)域,證明了光質(zhì)對光合作用的影響,D正確?！灸割}追問】恩格爾曼實(shí)驗(yàn)的巧妙之處在哪里?提示:(1)實(shí)驗(yàn)材料選得妙:實(shí)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,便于觀察;用好氧細(xì)菌可確定釋放氧氣多的部位。(2)排除干擾的方法妙:沒有空氣的黑暗環(huán)境,排除了氧氣和光的干擾。(3)設(shè)計(jì)的觀測指標(biāo)妙:通過好氧細(xì)菌的分布進(jìn)行觀測,從而能夠準(zhǔn)確地判斷出水綿細(xì)胞中釋放氧的部位。(4)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)對照妙:進(jìn)行黑暗(局部光照)和曝光對照實(shí)驗(yàn),明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全是由光照引起的。還巧妙利用三棱鏡,將可見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吸收利用紅光和藍(lán)光的物質(zhì)?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】如圖所示,甲是綠色植物在有光照條件下進(jìn)行光合作用,釋放出O2的實(shí)驗(yàn)裝置圖;乙、丙、丁是另外三個實(shí)驗(yàn)裝置圖,則驗(yàn)證綠色植物是否在有光照條件下釋放出O2的實(shí)驗(yàn)裝置圖和驗(yàn)證在有光照條件下是否由綠色植物釋放出O2的實(shí)驗(yàn)裝置圖依次是(

)A.乙、丁B.乙、丙C.丙、乙D.丙、丁【解析】選B。根據(jù)題意和圖示分析可以知道:(1)甲、乙構(gòu)成一組對照實(shí)驗(yàn),自變量是光照,得出的結(jié)論是:光照是綠色植物產(chǎn)生氧氣的條件;(2)甲、丙構(gòu)成一組對照實(shí)驗(yàn),自變量是綠色植物,得出的結(jié)論是:氧氣是綠色植物進(jìn)行光合作用產(chǎn)生的。(3)丁沒有植物,也沒有光照,不能直接與甲進(jìn)行對照。所以B選項(xiàng)是正確的。知識點(diǎn)二提取和分離葉綠體中的光合色素及色素吸收光譜分析1.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析:色素種類色素顏色色素含量溶解度擴(kuò)散速度胡蘿卜素橙黃色最少最高最快葉黃素黃色較少較高較快葉綠素a藍(lán)綠色最多較低較慢葉綠素b黃綠色較多最低最慢2.實(shí)驗(yàn)效果不理想的原因分析:(1)收集到的濾液顏色過淺:①未加二氧化硅,研磨不充分。②使用放置數(shù)天的菠菜葉,濾液色素(葉綠素)太少。③一次加入大量的無水乙醇,提取濃度太低。④未加碳酸鈣或加入過少,色素分子被破壞。⑤過濾時未使用尼龍布,而是使用濾紙,導(dǎo)致色素吸附在濾紙上。(2)濾紙條上色素帶重疊:濾液細(xì)線畫得過粗。(3)濾紙條上色素帶不直:①濾紙條未剪去兩角,濾液沿兩側(cè)擴(kuò)散過快。②濾液細(xì)線畫得不直。(4)濾紙條上看不見色素帶:濾液細(xì)線接觸到層析液,且時間較長,色素全部溶解到層析液中。3.葉綠體中色素的吸收光譜分析:(1)葉綠體中的色素只吸收可見光,不吸收不可見光。(2)葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光,類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光,也吸收少量其他顏色的光。(3)葉綠體中的色素很少吸收綠光,綠光被反射,所以大多數(shù)葉片看起來呈綠色。特別提醒:①光是葉綠素合成的必要條件,植物在黑暗中不能合成葉綠素。②葉綠素的合成需要酶的催化。③鎂是構(gòu)成葉綠素的成分之一,缺鎂時葉綠素的合成受阻。【知識拓展】植物中的色素(1)植物色素包括脂溶性的葉綠體色素和水溶性的細(xì)胞液色素,前者存在于葉綠體,與光合作用有關(guān),如葉綠素;后者存在于液泡中,特別與花朵的顏色有關(guān),如花青素屬于黃酮類物質(zhì)。(2)在光合作用中,絕大部分葉綠素的作用是吸收及傳遞光能,僅極少數(shù)葉綠素a分子起轉(zhuǎn)換光能的作用?！舅仞B(yǎng)案例】如圖是新鮮菠菜葉的光合色素紙層析的結(jié)果,下列敘述正確的是(

)A.色素帶①②都是由碳?xì)滏溄M成的分子B.色素帶①②變窄的原因可能是未加碳酸鈣C.紙層析的原理是光合色素易溶于無水乙醇D.色素帶③④中的色素只能吸收紅光和藍(lán)紫光【思維流程】解答本題需突破以下兩個關(guān)鍵點(diǎn):【解析】選A。圖中①②③④依次是胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b,是由碳?xì)滏溄M成的分子,A正確,碳酸鈣的作用是防止葉綠素被破壞,葉綠素分子被破壞,會導(dǎo)致色素帶③④變窄,而①②是胡蘿卜素、葉黃素,①②不會變窄,B錯誤;紙層析的原理是光合色素在層析液中的溶解度不同,提取原理是光合色素易溶于無水乙醇,C錯誤;色素帶③④中的色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光,D錯誤?！緦彺鹫`區(qū)】本題常見錯因有兩種:(1)無水乙醇用于提取色素,而不能用于分離色素。(2)四種色素的溶解度大小易混,應(yīng)該是胡蘿卜素>葉黃素>葉綠素a>葉綠素b。

【母題追問】(1)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果中色素帶③④變窄的原因可能有哪些?提示:可能是選取的葉片放置時間過長或?qū)嶒?yàn)過程中未加入碳酸鈣或二氧化硅、研磨不充分等。(2)能否用紙層析法提取液泡中的色素?說明理由。提示:不能。液泡中主要是花青素,花青素易溶于水,在有機(jī)溶劑中溶解度低,提取液中幾乎不含花青素?！痉椒ㄒ?guī)律】色素種類、顏色及層析結(jié)果的聯(lián)系記憶方法(1)4種色素顏色的遞變規(guī)律:按照葉綠素a、葉綠素b、胡蘿卜素、葉黃素的順序,顏色逐漸遞變,藍(lán)綠成分逐漸減少,黃色成分逐漸增加,由藍(lán)綠色最后變?yōu)辄S色。(2)濾紙條上色素帶排序:顏色遞變位于后面的類胡蘿卜素移到前面,胡蘿卜素、葉黃素在層析液中溶解度較大,依次位于濾紙條上第一、第二色素帶的位置。【典題加練】1.(2021·徐州高一檢測)某同學(xué)在做“提取和分離葉綠體中的光合色素”實(shí)驗(yàn)時,為了確定無水乙醇、CaCO3和SiO2的作用,進(jìn)行了4組實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。下列針對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)分析錯誤的是(

)A.第①組可能未加CaCO3B.第②組可能用水代替無水乙醇提取色素C.第③組可能未加SiO2D.第④組最寬的色素帶為葉綠素b【解析】選D。①組實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想的原因有可能是未加CaCO3而使色素被破壞,A正確;色素能溶解在無水乙醇中,而不能溶于水,所以第②組可能用水取代無水乙醇而不能分離出色素帶,B正確;③中色素帶較窄,分離出的色素少,原因可能是未加SiO2而使得研磨不充分,C正確;第④組為正常操作下獲得的色素帶,最寬的色素帶是含量最多的葉綠素a,D錯誤。2.下列有關(guān)“提取和分離葉綠體中的光合色素”實(shí)驗(yàn)的敘述中,錯誤的是(

)A.研磨時加入碳酸鈣可防止葉綠素分子被破壞B.濾紙條的一端剪去兩角的目的是使色素帶擴(kuò)散均勻且比較直C.畫濾液細(xì)線時需迅速重復(fù)多畫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【解析】選C。剪碎的綠葉放入研缽后應(yīng)該依次加入二氧化硅(有助于充分研磨)、碳酸鈣(防止葉綠素分子被破壞)和無水乙醇(溶解色素),A正確;濾紙條的一端剪去兩角的目的是使色素帶擴(kuò)散均勻且比較直,防止色素帶不整齊,B正確;畫濾液細(xì)線的要求是細(xì)、齊、直,待濾液干后,還要重復(fù)畫幾次,C錯誤;實(shí)驗(yàn)成功后應(yīng)該可以清晰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正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】菠菜是我國北方一種重要的蔬菜,如圖是對菠菜葉片葉綠體色素分離的結(jié)果示意圖。下列相關(guān)分析正確的是(

)的操作目的是方便層析液的吸附選用鉛筆細(xì)線能夠促進(jìn)色素的層析C.如果c、d帶寬減小一定是忘記添加碳酸鈣D.色素f在層析液中的溶解度最大【解析】選D。圖中a的操作即剪去濾紙條的兩角,其目的是防止層析液在濾紙條兩邊擴(kuò)散過快,導(dǎo)致得到的色素帶不整齊,A錯誤;b選用鉛筆細(xì)線能夠使得濾液細(xì)線畫得細(xì)而直,得到的色素帶比較整齊,便于觀察,B錯誤;c、d帶對應(yīng)的色素分別為葉綠素b、葉綠素a,二者帶寬減小說明濾液中葉綠素含量減少,原因可能是忘記添加碳酸鈣,也可能是材料不新鮮,葉綠素含量少,C錯誤;色素f是胡蘿卜素,在層析液中的溶解度最大,擴(kuò)散最快,位于濾紙條的最上方,D正確。學(xué)情診斷·課堂測評1.葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的場所,下列關(guān)于葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能的敘述正確的是________。

①所有植物細(xì)胞中都含有葉綠體②藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞中無葉綠體,不可以進(jìn)行光合作用③葉綠體內(nèi)膜向內(nèi)凹陷,形成嵴,大大增加了膜面積④葉綠體內(nèi)含有少量的DNA⑤葉綠體中的色素具有吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能的作用⑥葉綠體中類囊體薄膜面積非常大,可以為色素和酶提供附著位點(diǎn)【解析】選④⑤⑥。綠色植物的葉肉細(xì)胞和幼嫩的莖中含有葉綠體,植物的根部細(xì)胞中無葉綠體,①錯誤;藍(lán)細(xì)菌屬于原核生物,無葉綠體,但含有藻藍(lán)素和葉綠素,可進(jìn)行光合作用,②錯誤;③項(xiàng)描述的是線粒體的特征,③錯誤;葉綠體屬于半自主性細(xì)胞器,內(nèi)含少量的DNA,④正確;葉綠體的色素中,多數(shù)具有吸收和傳遞光能的作用,少數(shù)葉綠素a具有轉(zhuǎn)化光能的作用,⑤正確;類囊體薄膜面積非常大,大量的色素和酶附著于此,可提高光合作用效率,⑥正確。2.(2021·北京高一檢測)北方秋季,銀杏、黃櫨、紅楓等樹種的葉片由綠變黃或變紅,一時間層林盡染,分外妖嬈。低溫造成葉肉細(xì)胞中含量下降最顯著的色素是(

)A.葉黃素 B.花青素C.葉綠素 D.胡蘿卜素【解析】選C。決定樹葉顏色的是葉綠素和花青素,當(dāng)葉綠素比較多的時候葉子是深綠色,比較少的時候是嫩綠色,花青素多了就會發(fā)紅、發(fā)紫。葉綠素的形成主要與光照有關(guān),而北方秋季,銀杏、黃櫨等樹種的葉片由綠變黃或變紅,說明葉肉細(xì)胞色素中最易受低溫傷害而被破壞的是葉綠素,故選C。3.(2021·成都高一檢測)在進(jìn)行葉綠素提取和分離實(shí)驗(yàn)時,不能讓層析液沒及濾液細(xì)線的原因是(

)A.濾紙條上幾種色素會擴(kuò)散不均勻而影響結(jié)果B.濾紙條上濾液細(xì)線會變粗而使色素太分散C.色素會溶解在層析液中而使實(shí)驗(yàn)失敗D.濾紙條上的幾種色素會混合起來【解析】選C。在進(jìn)行葉綠素提取和分離實(shí)驗(yàn)時,如果層析液接觸濾液細(xì)線,會導(dǎo)致色素溶解在層析液中進(jìn)而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。綜上所述,A、B、D不符合題意,C符合題意。4.(2021·北京高一檢測)在“提取和分離葉綠體中的光合色素”實(shí)驗(yàn)中,隨層析液在濾紙上擴(kuò)散最快的色素名稱及其顏色是(

)A.葉綠素a,藍(lán)綠色 B.葉綠素b,黃綠色C.葉黃素,黃色 D.胡蘿卜素,橙黃色【解析】選D。葉綠體各色素隨層析液在濾紙上擴(kuò)散速度不同,從而分離色素。溶解度大,擴(kuò)散速度快;溶解度小,擴(kuò)散速度慢。濾紙條從上到下依次是: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)。所以隨層析液在濾紙上擴(kuò)散最快的色素是胡蘿卜素。5.(2021·南京高一檢測)如圖為葉綠體亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖,下列關(guān)于其結(jié)構(gòu)與功能的敘述,正確的是(

)A.該結(jié)構(gòu)與植物細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換有關(guān)B.①主要由纖維素構(gòu)成C.吸收光能的色素主要分布在②上D.與光合作用有關(guān)的酶只位于④中【解析】選A。葉綠體能將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,A正確;葉綠體膜主要由磷脂和蛋白質(zhì)組成,B錯誤;吸收光能的色素主要分布在③類囊體膜上,C錯誤;與光合作用有關(guān)的酶位于③和④,D錯誤。6.(2019·江蘇學(xué)考真題)下圖為真核細(xì)胞中兩種細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)模型示意圖,其中①～⑤表示相關(guān)膜結(jié)構(gòu)。請據(jù)圖回答問題:(1)細(xì)胞器甲、乙的名稱依次是________________、________________。

(2)圖中能進(jìn)行光合作用的細(xì)胞器是________________(填“甲”或“乙”),光合色素分布在結(jié)構(gòu)______________(填序號)上。

(3)細(xì)胞器甲中結(jié)構(gòu)________________(填序號)向內(nèi)腔折疊成嵴,乙中結(jié)構(gòu)________________(填序號