1、第三节第三节 光能的捕获和利用光能的捕获和利用 第第 1 课时课时 光合作用的早期研究及叶绿体的结构光合作用的早期研究及叶绿体的结构 目标导航 1.通过阅读资料， 说出人们对光合作用的认识过程， 了解光合作用的原料和产物。 2.结合图示，简述叶绿体的结构。3.通过实验操作，学会提取和分离叶绿体色素，说出色素的 种类和作用。 一、光合作用的早期研究(阅读 P6162) 1光合作用的概念 植物通过叶绿体捕获和利用太阳能，把二氧化碳和水合成有机物，将光能转化为化学能储存 在葡萄糖等有机物中，并释放 O2，这个过程就是光合作用。 2光合作用的早期研究 发现者 实 验 结 论 海尔蒙特(1642) 柳树
2、苗经过五年生长后增重 近 80 千克，而土壤却只减少 了 57g 建造植物体的原料只是水 普里斯特利(1771) 小鼠与绿色植物放在同一个 玻璃罩内， 小鼠没有窒息而死 植物可以更新空气 英格豪斯(1771) 500 多次植物更新空气实验 植物体只有绿叶在光下， 才能 更新空气 萨克斯(1864) 绿色叶片 暗处几小时，叶 片一半曝光另一半遮光 碘蒸汽处理 颜色变化(深 蓝色出现) 植物叶片在光合作用中产生 了淀粉 恩吉尔曼(1880) 利用水绵在不同光照条件下 对好氧细菌分布的影响 氧气是由叶绿体释放出来的， 叶绿体是光合作用的场所 鲁宾、卡门(1941) H2OC18O2 O2 H18 2
3、OCO2 18O 2 光合作用释放的氧气全部来 自于水 3.光合作用的意义 太阳是整个生命世界的能量源泉，植物的光合作用几乎为所有的生物提供了物质和能量，它 是自然界最基本的物质代谢和能量代谢。 二、叶绿体的结构(阅读 P6365) (一)叶绿体 1叶绿体的形态 高等植物细胞中叶绿体通常呈扁平的椭球形或球形，数目较多。 2叶绿体与白色体或有色体的相互转变 将叶绿体长时间置于暗处，叶绿体则转变成不含色素的白色体或只有类胡萝卜素的有色体， 但光照后又可恢复为具有叶绿素的叶绿体。 3叶绿体的亚显微结构 (二)叶绿体中的色素 1实验原理 提取的原理：叶绿体中含有叶绿素和类胡萝卜素两大类色素。它们不溶于
4、水，而易溶于有机 溶剂，故可用丙酮等有机溶剂提取。 分离的原理：各种色素在层析液中的溶解度不同，因而随层析液在滤纸上的扩散速度不同， 因此可用纸层析法分离色素。 2实验步骤 (1)叶绿体色素的提取 取材：称取 5g 新鲜绿叶 研磨：剪碎叶片，加少量石英砂及碳酸钙粉，再加入 2mL 丙酮，迅速研磨 过滤：漏斗基部放一块单层尼龙布，将滤液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤 收集：用小试管收集色素滤液，及时将试,管口用棉塞塞严，避光保存备用 (2)叶绿体色素的分离 制备滤 纸条 干燥滤纸 剪滤纸条：将滤纸剪成长与宽略 小于试管长与宽的滤纸，并在一 端剪去两个角 铅笔画线：在距离角一端1cm 处用铅笔画一条细
5、的横线 画滤液 细线 用毛细吸管吸取滤液 画线：沿铅笔线画出一条细而直的 滤液细线 风干后，重复画细线数次 分离滤液 中的色素： 在烧杯中加入适量的层析液，将滤纸条带有色素 的一端插入烧杯中，使滤纸条下端浸入层析液， 但不能让层析液没及滤液细线，然后迅速盖上 培养皿。 观察结果：观察滤纸条上色素带的条数和颜色，风干后保存。 3叶绿体中的色素 叶绿素 叶绿素a 叶绿素b 主要吸收红光和蓝紫光 类胡萝卜素 叶黄素 胡萝卜素 主要吸收蓝紫光 1连线： 2判断正误： (1)叶绿体一般呈扁平的椭球形或球形。( ) (2)叶绿体是进行光合作用的场所。( ) (3)没有叶绿体的生物无法进行光合作用。( )
6、(4)植物细胞都有叶绿体，叶绿素分布于叶绿体的外膜和内膜上。( ) (5)叶绿体内有许多类囊体，极大地扩大了受光面积。( ) (6)与光合作用有关的酶分布于类囊体和基质中。( ) (7)不同色素在滤纸条上的扩散速度与其在层析液中的溶解度呈正相关。( ) (8)分离结束后，滤纸条上的颜色自上而下依次是黄绿色、蓝绿色、黄色和橙黄色。( ) (9)叶绿素主要吸收蓝紫光和红光。( ) (10)叶绿体中的色素分布于类囊体上，且都吸收蓝紫光。( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 一、光合作用的探究历程及光合作用的过程 1海尔蒙特实验 实验结论：使柳
7、树增重的物质来自水。 (1)土壤减少的质量并非实验误差，而是土壤中被吸收的无机盐的质量。 (2)他忽略了空气的作用。 2普里斯特利的实验 密闭玻璃罩绿色植物 蜡烛不易熄灭 小鼠不易窒息死亡 (1)缺少空白对照，实验结果说服力不强，应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于玻璃罩内，作 为空白对照。 (2)没有认识到光在植物更新空气中的作用，而将空气的更新归因于植物的生长。 (3)限于当时科学发展水平的限制，没有明确植物更新气体的成分。 3萨克斯的实验 黑暗中饥饿处理的绿叶 一半曝光 碘蒸气 变蓝 一半遮光 碘蒸气 不变蓝 (1)设置了对比实验，自变量为光照，因变量是是否产生了淀粉。 (2)实验的关键是饥
8、饿处理，以使叶片中原有的营养物质消耗掉，增强了实验的说服力。 (3)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。 4鲁宾和卡门的实验 H18 2OCO2植物 18O 2 H2OC18O2植物O2 设置了对照实验，自变量是标记物质(H18 2O 和 C 18O 2)，因变量是 O2的放射性。 5恩吉尔曼实验设计的巧妙之处 (1)实验材料选择水绵和好氧细菌：水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可确 定释放氧气的部位。 (2)没有空气的黑暗环境：排除了氧气和光的干扰。 (3)用极细的光束点状投射： 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。 (4
9、)进行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的对照实验： 明确实验结果完全是由光照引起的等。 1根据上述探究历程总结光合作用的有关要点 (1)场所：叶绿体；(2)能量来源：光能；(3)反应物：二氧化碳和水；(4)产物：有机物和氧气； (5)实质：合成有机物，储存能量。 2萨克斯的实验跟鲁宾和卡门的实验中对照设计方法相同吗？并说明理由。 答案 不相同。萨克斯的对照方式为自身对照(一半曝光、另一半遮光)；而鲁宾和卡门实验 的方式为相互对照(通过标记不同的物质：H18 2O 和 C 18O 2)。 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
10、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 问题导析 Y1Y4都代表 O2，Y1和 Y3是 O2，Y2和 Y4是 18O 2，因此 Y2的质量大于 Y3； 中小球藻中含有(CH18 2O)的有机物，而中小球藻含有(CH2O)的有机物，故中小球藻质量 大于中的；和中的水都为 H18 2O，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 18O 2，而中释放出的是 O2，故剩余重量大于。 答案 C 一题多变 下图是 20 世纪 30 年代美国科学家鲁宾和卡门采用同
11、位素标记法研究光合作用的示意图。他 们用氧的同位素(18O)分别标记 H2O 和 CO2，使它们分别成为 H18 2O 和 C 18O 2，然后按示意图 做实验。请对实验作出必要说明。 (1)在小球藻进行光合作用过程中，向第一组提供的物质是_和_；向第二组提 供的物质是_和_；向两组共同提供的是_。 (2)图中 a 和 b 分别代表_和_，它们的相对分子质量比是_。 (3)这个实验说明了_ _ 答案 (1)H2O C18O2 H18 2O CO2 光能和小球藻 (2)O2 18O 2 89 (3)光合作用产生 的氧气中的氧全部来自于水 解析 通过题图示可清晰看到提供给第一组的物质是 H2O 和
12、 C18O2； 提供给第二组的是 H18 2O 和 CO2。向两组共同提供的是光能、小球藻。虽然向每组提供的水和二氧化碳都含有氧，但 通过同位素的不同标记以及实验的有意安排，使光合作用释放出的氧却为 a 和 b 两种。两位 科学家的实验结果是 a 为 O2，而 b 为 18O 2。O2和 18O 2的相对分子质量比是 323689。 二、叶绿体 1白色体、有色体及叶绿体的比较与相互转化 (1)比较 项目 白色体 有色体 叶绿体 色素种类 无 类胡萝卜素 类胡萝卜素 和叶绿素 形成条件 不需要光 不需要光 需要光 存在部位 不见光的部位 果实、花瓣 叶肉细胞幼茎 皮层细胞等 功能 储存淀粉、油滴
13、 使果实、花 瓣着色 进行光合作 用的场所 举例 马铃薯块茎 红辣椒的 果实 绿色植物 的叶片 (2)叶绿体与其他质体可以相互转化 2绿叶中色素的提取和分离实验分析 (1)实验材料和试剂 叶片要新鲜、颜色要深绿，这样的叶片含有很多的色素。 试剂及作用 试剂名称 作 用 二氧化硅 有利于绿叶的充分研磨和色素的释放 碳酸钙 防止研磨中叶绿素被破坏 无水乙醇 溶解色素 层析液 分离色素 (2)实验操作中的关键步骤 研磨要迅速、充分，研磨充分会使叶绿体完全破裂，可提取较多的色素。 滤液细线要求：细、直、齐，含有较多的色素，所以应待滤液干后再画一两次。 滤液细线不能触及层析液，否则色素会溶解到层析液中，
14、使滤纸条上得不到色素带。 (3)层析纸上色素的分布和对光的吸收 3绿叶中的色素对光的吸收特点 (1)绿叶中的色素只吸收可见光，对红外光和紫外光等不吸收。 (2)叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他可见光并非 不吸收，只是吸收量较少。 1所有的植物细胞都能进行光合作用吗？为什么？ 答案 不是，只有含有叶绿体的植物细胞，才能进行光合作用，一般为植物的叶肉细胞和幼 茎的皮层细胞。因为叶绿体是植物进行光合作用的场所。 2滤纸条上色素带的宽窄和排序分别代表什么含义？ 答案 宽窄代表色素的含量：色素含量高，色素带宽；反之则窄。排序代表色素在层析液中 的溶解度：溶解度高，位于
15、上层；反之，位于下层。 3某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，可能的原因有哪些？ 答案 (1)研磨不充分，色素未能充分提取出来。(2)称取绿叶过少或加入丙酮过多，色素溶液 浓度小。(3)未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。 4如遇连阴雨，温室内给植物人工补充哪些单色光有利？大棚薄膜用什么颜色的最好？ 答案 红光、蓝紫光属于对植物光合作用最有效的光，因此可以补充这两种光最有利。大棚 薄膜最好用无色透明的，因为可以允许所有色光透过。 2如图表示绿叶中色素的提取和分离实验的部分材料和用具，下列叙述错误的是( ) A图加入研钵内的物质有丙酮、石英砂、CaCO3 B将浆糊状研磨液倒入中，漏斗基部应
16、放一块单层尼龙布 C画滤液细线的要求是细、齐、直 D层析结果色素带最宽的是叶绿素 b，扩散最快的是叶黄素 问题导析 (1)CaCO3的作用是防止叶绿素遭到破坏、石英砂是使研磨充分、丙酮是用来溶 解提取叶绿体中的色素，因为绿叶中的色素能溶解在丙酮里。 (2)层析结果是叶绿素 a 的色素带最宽，扩散最快的是胡萝卜素。 答案 D 一题多变 若实验中，滤纸条换成滤纸片，实验结果得到四个不同颜色的同心圆(如图)。 则 1、2、3、4 四条带依次表示_、_、_、_。若采用的实验材 料是秋季的黄叶，四个圆中颜色明显变浅的是_。 答案 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素 a 叶绿素 b 3 和 4 1.历经一个多世纪，
17、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普里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恩吉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 H 2O 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 恩吉尔曼的实验能够证明氧气是由叶绿体释放出来，叶绿体是进行光合作用的场所， 而不能定量分析光合作用生成的氧气量。 2.下列有关叶绿体的叙述中，错误的是( ) A叶绿体中的色素分为两大类 B叶绿体的基质中和基
18、粒上分布有叶绿素 C光合作用的全过程都是在叶绿体内完成的 D叶绿体具有双层膜并含有少量核酸 答案 B 解析 叶绿体是绿色植物进行光合作用全过程的场所。具有内、外双层膜结构，并含有少量 的 DNA 和 RNA。在叶绿体基粒类囊体的薄膜上含有叶绿素和类胡萝卜素。在基质中不含有 色素，但含有与光合作用的暗反应有关的酶。 3.在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情 况如下表所示(“”表示使用，“”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结 果依次应为( ) 甲 乙 丙 丁 丙酮 水 CaCO3 石英砂 A B C D 答案 B 解析 由于甲在提取过程中没用丙
19、酮提取，而色素不溶于水，因此得到的提取液中不含有色 素， 得到的结果对应； 乙的操作正常， 得到的结果对应； 丙在研磨过程中没有加入CaCO3， 部分色素分子被破坏，对应的结果为；丁在研磨过程中没有加入石英砂，使研磨不充分， 提取的色素含量较少，对应的结果为。 4.如图表示叶绿体中色素的吸收光谱。甲、乙两图分别是( ) A类胡萝卜素、叶绿素的吸收光谱 B叶绿素、类胡萝卜素的吸收光谱 C叶黄素、叶绿素的吸收光谱 D叶黄素、类胡萝卜素的吸收光谱 答案 B 解析 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，在光谱上有两个吸收区域；类胡萝卜素主要吸收蓝紫 光，在光谱上只有一个吸收区域，据此可做出正确判断。 5.美国科
20、学家恩吉尔曼以水绵为实验材料，把载有水绵和能运动的好氧细菌的临时装片，放 在一定的环境中进行如下实验： A把临时装片放在没有空气的黑暗环境中，然后用极细的光束照射水绵，发现细菌只向叶 绿体被光束照射的部位集中。如图 A 所示。 B把临时装片暴露在光下，细菌则分布在叶绿体的周围。如图 B 所示。 分析回答问题： (1)细菌聚集在叶绿体周围是因为光合作用能释放_。 (2)该实验证明了光合作用的场所是_。其中，_上分布有许多吸收光能 的_分子，还有多种进行光合作用所必需的酶分布在_中。 (3)后来恩吉尔曼对实验加以改进，将可见光经三棱镜后照到临时装片上，结果发现在 _光区域细菌特别多。 答案 (1)O2 (2)叶绿体 基粒类囊体的薄膜 色素 基质、基粒 (3)红光和蓝紫