1、第2节 光合作用光能的捕获和转换 第1课时 解开光合作用之谜 叶绿体与光能的捕获 与细胞中的色素有关。1为什么有些植物的叶片不是绿色的?2为什么有些植物的叶片在不同时期颜色不同呢？说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能 1.叶绿体的结构尤其是基粒大大扩展了膜面积，与光合作用的功能相适应。（生命观念）2.分析光合作用光反应和暗反应过程，认同两个阶段既有区别又有联系。（科学思维）3.科学设计提取和分离色素的实验步骤，注意每个操作步骤的规范性。（科学探究）体会课堂探究的乐趣，汲取新知识的营养，让我们一起吧！进走课堂一、解开光
2、合作用之谜 时间 人物 实验方法 结论 1627年 海尔蒙特 采用了定量研究的方法 柳树生长所需养料主要来自_，而不是_ 1779年 英格豪斯 把带叶的枝条放入水里，发现绿叶只在阳光下产生气体，在黑暗处不产生气体 后来，人们明白了空气的组成后，才确定绿叶在阳光下放出的气体是_ 水土壤O21864年 萨克斯 采用_的方法 叶片在光下能产生_ 19世纪60年代 利用光学仪器 光合作用中利用的光与叶绿素吸收光能有关 1941年 鲁宾和 卡门 运用_ 光合作用释放的O2来自_ 1948年 卡尔文 用14C标记CO2，追踪光合作用中碳元素的行踪 CO2被用于合成_等有机物 碘蒸气处理叶片淀粉同位素标记法
3、水糖类O2全部来自于H2O吗？如何证明？对实验现象进行观察、分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。1萨克斯的实验(1)实验过程及现象 碘蒸气处理 一半曝光变蓝 黑暗中饥饿处理的绿叶 一半遮光不变蓝 碘蒸气处理(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。【归纳提升】对解开光合作用之谜的实验进行归纳提升，体现了科学思维的核心素养。2鲁宾和卡门的实验(1)实验过程及结论 H218OCO2植物18O2；H2OC18O2植物O2 光合作用
4、释放的O2来自水。(2)实验分析 设置了对照实验，自变量是标记物质(H218O和C18O2)，因变量是O2的放射性。【例1】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 C 与中H2O均被18O标记，单位时间内消耗等量的水，剩余水的质量也相等。恩格尔曼实验 二、叶绿体与光能的捕获 1恩格尔曼的实验(1)实验材料：_和_。水绵是一种藻类，常生活在淡水中，细胞中有_的带状_。水绵好氧细菌一条或多条
5、螺旋排列叶绿体(2)实验过程和结果 水绵 黑暗 好氧细菌 无空气 极细光束照射细菌集中于_部位完全曝光好氧 细菌分布于_部位用透过三棱 镜的光照射在_和_的 _都聚集了大量的好氧细菌 被光束照射到的叶绿体叶绿体所有受光红光区蓝光区叶绿体部位(3)实验结论 叶绿体中含有能有效地吸收利用_和_的物质，这些物质吸收的光与_有关。红光蓝光绿叶在光下产生氧气1.选材好: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多的部位。2.设计妙:没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上可分为有光照和无光照 的部位，相当于一组对照实验。【归纳提升】恩格尔曼实验的巧妙之处 叶绿
6、体、色素与光合作用 1.并不是所有的植物细胞都含有叶绿体，只有进行光合作用的植物细胞才含有叶绿体。2.色素不只是分布于叶绿体中，也可分布于液泡中，如花青素，但是液泡中的色素不能用于光合作用。3.叶绿体不是细胞进行光合作用的唯一场所，如蓝细菌没有叶绿体，它进行光合作用的场所是细胞质。【拓展延伸】【例2】1880年，德国科学家恩格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，观察到细菌的聚集 情况如图所示。他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。这个实验的思路是()A细菌在不同光下的分布不同，细菌 聚集多的地方，细菌光合作用强 B好氧细菌聚集
7、多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强 C好氧细菌聚集多的地方，产生的有 机物多，水绵光合作用强 D好氧细菌大量消耗O2，使水绵光合作用速率加快，则该种光有利于光合作用 B 恩格尔曼的实验巧妙的利用了好氧细菌会聚集在氧气含量高的部位，得出了光合作用的场所为叶绿体，产物之一为氧气；该细菌的异化作用类型为需氧型，丝状绿藻的同化方式为自养型。从图示可以看出，光合作用吸收多的光谱是红橙光和蓝紫光；用白光或同种单色光均匀照射，各部位光合作用强度相等，产生的氧气也同样多，故好氧细菌会均匀分布。2光合色素(1)分布：叶绿体中的类囊体膜上(2)种类、颜色与吸收光谱 种类 颜色 吸收光谱 叶绿素 叶绿素a _ 主
8、要吸收和利用_和_ 叶绿素b _ 类胡萝卜素 胡萝卜素 _ 主要吸收_，还有保护_的作用 叶黄素 _ 蓝绿色黄绿色蓝紫光红光橙黄色黄色蓝紫光叶绿素免遭强光伤害(3)作用：光合色素能吸收大部分的_用于光合作用，但对_吸收最少，大部分_被反射出来，因而叶片呈现绿色。可见光绿光绿光（1）温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光源？（2）一般植物的叶片在春夏季为绿色，而在秋季呈黄色。请分析出现这一现象的原因。与生活联系 在春夏季节，叶子中叶绿素含量高于类胡萝卜素，叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以呈绿色。在秋季，叶绿素被破坏，类胡萝卜素完好，叶子呈现出来类胡萝卜素的颜色，所
9、以呈现黄色。叶绿体中色素主要吸收红光和蓝紫光，因此应选用无色或蓝紫色的玻璃。运用生物学的知识和方法，解决现实生活问题，体现了社会责任的核心素养。影响叶绿素合成的因素 1.光照：影响叶绿素合成的主要因素，植物在黑暗中一般不能合成叶绿素，因而叶片发黄。2.温度：影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成；另外，低温时叶绿素分子容易被破坏。3.矿质元素：叶绿素中含N、Mg等矿质元素，若缺乏将导致叶绿素无法合成，老叶先变黄；Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也会导致叶绿素合成受阻，幼叶先变黄。【拓展延伸】对影响叶绿素合成的因素进行归纳与概括，体现了科学思维的核心素养。【例3】如图
10、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，请判定A和B分别为何种色素()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a D叶绿素a、叶绿素b A 据题图分析，色素A吸收波峰为红光和蓝紫光，则表示叶绿素；色素B吸收波峰只有蓝紫光，则表示类胡萝卜素。观看绿叶中色素的提取和分离视频 3提取和分离叶绿体中的光合色素(1)实验原理 提取：_等有机溶剂能_绿叶中的各种光合色素。分离：色素在_的溶解度_，因而在滤纸上的_也有差异。(2)实验步骤 无水乙醇溶解层析液中不同扩散速度步骤 方法 原因 提取色素 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_、_ 加
11、入5 mL无水乙醇：溶解色素 研磨充分保护色素制备滤纸条 剪去两角：防止层析液在滤纸条的边缘处扩散_ 分离色素 画滤液细线 画得_、_：防止色素带重叠 分离色素 层析装置示意图 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 过快细直（2）为什么色素会在滤纸条上分离？不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的色素随层析液在滤纸条上扩散的速度快。（1）提取叶绿体色素时使用什么溶剂？叶绿体中的色素溶于有机溶剂而不溶于水，可用无水乙醇等有机溶剂提取色素。对实验现象进行观察分析，并提出问题，体现了科学探究的核心素养。（3）制备滤纸条时为何要剪掉两角？（4）在画滤液细线时有什么要
12、求？提示：用力要均匀，快慢要适中。滤液细线要细、直，且干燥后重复画一两次，使滤液细线既有较多的色素，又使各色素扩散的起点相同。提示：剪掉两角目的是：防止两边滤液扩散速度太快，使色素带扩散均匀。（5）分离绿叶中的色素时，将滤纸条插入层析液中，为什么不能让滤液细线触及层析液？提示：如果滤液细线触及层析液，那么滤纸条上的色素会溶于层析液中。（6）过滤时能否用滤纸代替单层尼龙布？提示：不能用滤纸代替单层尼龙布，因为滤纸对色素具有吸附作用，若用滤纸过滤，会导致收集到的滤液色素含量少，使实验效果不明显或失败。对实验现象进行观察分析，并提出问题，体现了科学探究的核心素养。提示：色素的含量不同。叶绿素a的色素
13、带最宽，说明叶绿素a在4种色素中的含量最多，胡萝卜素色素带最窄，说明胡萝卜素的含量最少。（7）为什么不同颜色的色素带宽度不同？（8）依据色素分离的原理分析为什么色素在滤纸条上会有这样的排布？提示：各种色素在层析液中溶解度的高低依次是：胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b。对实验现象进行观察分析，并提出问题，体现了科学探究的核心素养。提示：在滤纸上距离最近的两条色素带是叶绿素a与叶绿素b，距离最远的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素。（9）在滤纸上距离最近的两条色素带是？距离最远的两条色素带是？试着画出滤纸条上的色素带。对实验现象进行观察分析，并提出问题，体现了科学探究的核心素养。滤纸条上色素带的分布和对光
14、的吸收 1.若最终得到的色素带颜色浅，不清晰，原因可能 有哪些？2.若最终得到的色素带重叠，不整齐，原因可能有 哪些？3.若最终没得到色素带，原因可能有哪些？未加二氧化硅；无水乙醇加多；叶片不够新鲜、浓绿；画滤液细线时没重复 制备滤纸条时，未剪去两角；滤液细线画得不够细、直、齐 未加碳酸钙；未加无水乙醇；层析液触及滤液细线 根据实验过程及注意事项，大家再考虑以下问题：对实验现象进行观察分析，并提出问题，体现了科学探究的核心素养。【易错提醒】实验中注意的事项1.一般选择新鲜的绿叶，其叶绿素含量较高。2.研磨过程中加入无水乙醇的作用是溶解色素。3.提取色素的无水乙醇不应一次加入，为保证提取效果，应
15、分多次加入。4.研磨过程要迅速、充分，目的是防止乙醇挥发，并使色素充分溶解。5.碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏，且主要保护的是叶绿素。6.色素提取最好在弱光下进行，因为叶绿素不稳定，见光易分解。7.滤液细线不能触及层析液，防止色素溶解在层析液中而观察不到色素带。8.试管（烧杯）口一定要盖严，防止层析液中成分挥发。对实验中的注意事项进行归纳与概括，体现了科学思维的核心素养。【例4】下列分离绿叶中色素的装置中，正确的是()B 分离色素时采用纸层析法，原理是色素在层析液中的溶解度不同，随着层析液扩散的速度不同，最后的结果是观察到四条色素带。层析时，滤液细线不能触及层析液；由于层析液易挥发，且有毒性
16、，所以要用培养皿盖盖住烧杯。叶绿素 类胡萝卜素 叶绿素a(蓝绿色)叶绿素b（黄绿色）胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）（吸收红光和蓝紫光）（吸收蓝紫光）含量约占3/4 含量约占1/4 叶绿体功能的验证实验 光合色素 叶绿体和光合色素 提取和分离叶绿体中的光合色素 叶绿体与光能的捕获 解开光合作用之谜 1627年 1779年 1864年 19世纪60年代 1940年 1948年 1.请按时间先后顺序排列下列事件()德国科学家萨克斯证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉 美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法，证明了光合作用释放的氧气来自参加反应的水 荷兰科学家英格豪斯发现绿叶只有在阳光下产生气体，在黑
17、暗处不产生气体 德国生物科学家恩格尔曼用水绵做实验，证明光合作用会产生氧气，且产生氧气的多少和光合作用的效率成正比 A B C D C 1779年，英格豪斯发现绿叶只有在阳光下产生气体，在黑暗处不产生气体；萨克斯在1864年证明叶片光合作用产生了淀粉；恩格尔曼则是在19世纪80年代用水绵做实验，证明自己的观点；最晚的是鲁宾和卡门在1940年采用同位素标记法，证明光合作用释放的O2来自水，因此C选项是正确的。2.大棚种植西兰花能够让我们在寒冷的冬季也能享受其美味。为了增加其产量，大棚内照明灯的颜色和大棚的塑料薄膜颜色选择最好的组合为()A蓝紫光或红光、无色透明 B蓝紫光或红光、黄色透明 C白光、
18、黄色透明 D白光、无色透明 A 由于照明灯的功率是一定的，所以在相同的功率下，用蓝紫光或红光的照明灯，植物利用光能的效率最高；由于太阳光是一定的，所以用无色透明的塑料薄膜，植物获得光能更多。3.某同学用韭黄研磨后的提取液进行色素分离，在 滤纸条上将出现几条明显的色素带（）A.0条 B.1条 C.2条 D.4条 C 韭黄生长在没有光照的环境中，因此不含有叶绿素，只含有叶黄素和胡萝卜素两种色素。4.某小组同学用菠菜叶进行色素的提取和分离实验时，观察到的色素带颜色较浅，其可能的原因有()无水乙醇加入量太多未加CaCO3未加SiO2 使用放置了数天的菠菜叶只画了一次滤液细线 A2种 B3种 C4种 D
19、5种 D 无水乙醇的作用是提取色素，若加入太多，则色素的浓度降低，会导致观察到的色素带颜色过浅，正确；未加CaCO3，叶绿素分子会被破坏，导致观察到的色素带颜色较浅，正确；未加SiO2研磨不充分，则色素的提取量会偏少，会导致观察到的色素带颜色较浅，正确；使用放置了数天的菠菜叶，部分叶绿素已被分解，也会导致观察到的色素带颜色较浅，正确；画滤液细线次数太少，滤纸条上的色素含量较少，也会导致滤纸条上色素带颜色较浅，正确。5.某同学在做“提取和分离叶绿体色素”实验时，操作情况如下所述，结果实验失败，请指出其错误所在：(1)将5克新鲜完整的菠菜叶放入研钵中，加入丙酮、二氧化硅、碳酸钙 后，迅速研磨，然后按要求过滤。_ _。(2)用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线处小心均匀地画出一条滤液细线，并连续迅速地重复画23次。_ _。(3)把画好细线的滤纸条插入层析液中，并不断摇晃，以求加快色素在滤 纸条上的扩散。_。未去除粗叶脉和将叶剪碎，降低了叶绿素的提取率上一次滤液细线未干燥就画下一次，使滤液细线过粗或线上色素较淡由于摇晃，层析液接触滤液细线，溶解了色素 学会放心的人找到自由，学会遗忘的人找到轻松，懂得关怀的人身边有朋友。
