高中生物第四章光合作用和细胞呼吸第二节光合作用第1课时光合作用的认识过程与光合色素练习苏教版.docx

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高中生物第四章光合作用和细胞呼吸第二节光合作用第1课时光合作用的认识过程与光合色素练习苏教版

第二节　光合作用

第1课时　光合作用的认识过程与光合色素

目标导航

　1.结合教材P72，说出对光合作用的认识过程。

2.结合教材P73～74，学会提取和分离叶绿体中的光合色素，举例说出主要的光合色素。

一、解开光合作用之谜（阅读P72）

时间

科学家

实验过程（方法）及现象

实验结论

17世纪

中叶

比利时

范·海

尔蒙特

用定量的方法研究植物的营养来源

植物生长所需要的养料主要来自水，而不是土壤

1771年

英国

普利斯

特莱　

小鼠＋绿色植物

小鼠不易窒息死亡

植物生长需要吸收CO2，同时释放出O2

1779年

荷兰

扬·英

根豪斯

把带叶的枝条放入水里，这些叶在阳光下产生O2，在黑暗处并不产生O2

植物需要阳光才能制造出O2

1864年

德国

萨克斯

绿叶

曝光处变蓝，遮光处无颜色变化

确定叶片在光下能产生淀粉

1940年

美国

鲁宾和

卡门　

运用同位素标记法：

向小球藻提供含18O的水和含18O的CO2，追踪O2中氧的来源和糖类中氢的来源

证明光合作用释放的O2来自水，糖类中的氢来自水

20世纪

40年代

美国

卡尔文

用14C标记的CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性

CO2被用于合成糖类等有机物

二、提取和分离叶绿体中的光合色素（阅读P73～74）

1.实验原理

无水乙醇能够溶解绿叶中的各种光合色素；色素在层析液中的溶解度不同，因而在滤纸条上的扩散速度有差异。

2.实验步骤

（1）提取色素：

称取5g新鲜菠菜叶，剪碎放入研钵，加入少许二氧化硅、碳酸钙、和5mL无水乙醇，迅速而充分地研磨。

将研磨液过滤到试管中，用棉塞塞紧试管口。

（2）制备滤纸条：

将略短于试管高度、宽1cm的滤纸条剪去一端的两个角，在距该段大约1cm处用铅笔画一条细线。

（3）画滤液细线：

用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线画一条细而直的滤液细线，吹干后重复画细线若干次。

（4）分离色素：

将画好滤液细线的滤纸条插入盛有3mL层析液的烧杯中，滤液细线不能触及层析液。

用培养皿覆盖烧杯。

（5）观察结果：

几分钟后取出滤纸条，观察滤纸条上的色素分布情况。

三、光合色素与光能的捕获（阅读P74）

1.恩吉尔曼的实验

（1）①生物材料：

丝状绿藻（水绵）和好氧细菌。

②实验现象：

在红光区和蓝光区集中了大部分的好氧细菌。

③实验结论：

叶绿素主要吸收红光和蓝光。

（2）可见光束看起来是白色的，通过三棱镜时会分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7色连续光谱。

用透过三棱镜后的不同颜色的光照射临时装片中水绵的叶绿体，发现好氧性细菌聚集于红光区和蓝光区的叶绿体部位。

这说明叶绿体中的色素能有效的吸收和利用红光和蓝光。

2.叶绿体中的色素及作用

色素名称

颜色

功能

叶绿素a

蓝绿色

主要吸收和利用红光和蓝光

叶绿素b

黄绿色

胡萝卜素

橙黄色

主要吸收蓝紫光，还有保护叶绿素免受强光伤害的作用

叶黄素

黄色

一、解开光合作用之谜

1.普利斯特莱的实验

（1）实验过程及现象

密闭玻璃罩＋绿色植物＋小鼠―→不易窒息死亡

（2）实验分析

①缺少空白对照，实验结果说服力不强，应将小鼠单独置于玻璃罩内，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。

2.萨克斯的实验

（1）实验过程及现象

黑暗中饥饿处理的绿叶

（2）实验分析

①设置了自身对照，自变量为光照，因变量是叶片颜色变化。

②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。

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。

3.鲁宾和卡门的实验

（1）实验过程及结论

H

O＋CO2―→植物―→18O2；

H2O＋C18O2―→植物―→O2

光合作用释放的O2全部来自于水。

（2）实验分析

设置了对照实验，自变量是标记物质（H

O和C18O2），因变量是O2的放射性。

1.萨克斯实验跟鲁宾和卡门的实验对照设计方法相同吗？

答案　不相同。

萨克斯实验的对照方式为自身对照（一半曝光与另一半遮光）；而鲁宾和卡门实验的对照方式为相互对照（通过标记不同的物质：

H

O和C18O2）。

2.借鉴普利斯特莱和萨克斯的实验方法，如何设计实验证明CO2是光合作用的必要条件？

答案　将绿色植物放在玻璃罩内，一组中加入盛有NaOH溶液的烧杯，一组加入盛有等量蒸馏水的烧杯。

暗处理一段时间后，再置于相同光照条件下，经碘蒸气处理，观察是否有蓝色出现。

3.根据上述探究历程总结光合作用的概念。

（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。

1.如图是20世纪30年代美国科学家鲁宾和卡门采用同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H

O和C18O2，然后按示意图做实验。

据图回答下列问题。

（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____________________________________________________。

问题导析

（1）通过图示可知提供给第一组的物质是H2O和C18O2，提供给第二组的是H

O和CO2。

（2）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，使光合作用释放出的氧却为a和b两种。

（3）两位科学家的实验结果是a为O2，而b为18O2。

O2和18O2的相对分子质量比是32∶36＝8∶9。

答案　

（1）H2O　C18O2　H

O　CO2　光能和小球藻　

（2）O2　18O2　8∶9

（3）光合作用产生的氧气中的氧全部来自水

一题多变

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（　　）

A.Y2的质量大于Y3的质量

B.④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量

C.②中水的质量大于④中水的质量

D.试管①的质量大于试管②的质量

答案　C

解析　Y1和Y3是O2，Y2和Y4是18O2，因此Y2的质量大于Y3；④中小球藻中含有（CH

O）的有机物，而①中小球藻含有（CH2O）的有机物，故④中小球藻质量大于①中的；④和②中的水都为H

O，且含量相同，因此质量相等；在试管①和②原有质量相等的情况下，②中释放出的是18O2，而①中释放出的是O2，故剩余重量①大于②。

二、提取和分离叶绿体中的光合色素

1.实验目的

（1）尝试用过滤方法提取叶绿体中的色素和用纸层析法分离提取到的色素。

（2）分析实验结果，探究叶绿体中有几种色素，以及各自所呈现的颜色。

2.实验原理

（1）叶绿体中的色素是有机物，不溶于水，易溶于无水乙醇等有机溶剂中，所以用无水乙醇等能提取色素。

（2）层析液是一种脂溶性很强的有机溶剂。

叶绿体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，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢。

所以用纸层析法来分离四种色素。

3.实验材料：

幼嫩、鲜绿的菠菜叶。

4.实验注意事项及原因

步骤

方　法

原　因

色素

提取

1选取新鲜叶片：

色素含量高

②加入少许二氧化硅和碳酸钙：

作用分别是研磨充分、保护色素

2加入5mL无水乙醇：

溶解、提取色素

分离

色素

剪去两角：

防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快

画滤液细线

画得细、齐、直：

防止色素带重叠

1层析液不能触及滤液细线：

防止色素溶于层析液中

2烧杯加盖：

防止层析液挥发

5.实验结果

1.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，位于上层；反之，位于下层。

2.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无水乙醇过多，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。

3.下图表示某同学做“提取和分离叶绿体中的光合色素”实验的改进装置，思考回答下列问题：

（1）该实验采用的方法是______________法，应将提取到的滤液滴在a、b中的________处，向培养皿中倒入______________，棉线灯芯下端应_______________中。

答案　纸层析　a　层析液　浸入层析液

（2）实验结果得到四个不同颜色的同心圆（如图2），则1、2、3、4四条带依次表示哪种色素？

答案　1、2、3、4四条带依次表示胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。

（3）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哪几个？

答案　3和4。

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①加入研钵内的物质有无水乙醇、SiO2、CaCO3

B.将糨糊状研磨液倒入②中，漏斗基部应放一块单层尼龙布

C.③画滤液细线的要求是细、齐、直

D.④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的作用是防止色素遭到破坏、SiO2是使研磨充分、无水乙醇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无水乙醇里。

（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

判断正误：

（1）色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有四种色素。

（　　）

（2）色素带的宽窄与色素的含量有关，色素带越宽说明此种色素的含量越多。

（　　）

（3）色素带的扩散速度与溶解度有关，扩散速度越慢说明此种色素的溶解度越高。

（　　）

答案　

（1）√　

（2）√　（3）×

三、光能的捕获

1.恩吉尔曼实验过程、现象及结论

2.色素的种类和作用

吸收光谱：

叶绿素a和叶绿素b在蓝光和红光部分吸收峰很高；胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，它们还具有保护叶绿素免受强光伤害的作用。

1.恩吉尔曼的实验设计巧妙之处

（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）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。

2.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，因为可以允许所有单色光透过。

3.1880年，德国科学家恩吉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，观察细菌的聚集情况。

他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。

这个实验的结论是（　　）

A.细菌对不同的光反应不一，细菌集中的地方，细菌光合作用强

B.好氧细菌集中的地方，O2浓度高，水绵光合作用强

C.好氧细菌集中的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强

D.好氧细菌大量消耗O2，使水绵光合作用速度加快，则该种光有利于光合作用

问题导析

（1）该实验的思路就是以好氧细菌聚集为观察指标，代表O2的释放情况，表明光合作用在哪种光区最强，而与产生有机物的多少无关。

（2）好氧细菌集中的地方就是O2多的地方，O2是光合作用的产物，所以此处的光合作用强。

答案　B

一题多变

判断正误：

（1）将叶绿体色素滤液放在自然光源和三棱镜之间，从棱镜的另一侧，观察连续光谱中明显变暗的区域是绿光区域。

（　　）

（2）叶绿体色素主要吸收红光和蓝紫光。

（　　）

（3）好氧性细菌分布于叶绿体所有的受光部位说明氧气是由叶绿体在光照条件下释放出来的。

（　　）

（4）如果恩吉尔曼使用厌氧细菌不能得到实验结论。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）√　（3）√　（4）×

1.

关于“提取和分离叶绿体中的光合色素”实验的叙述，不正确的是（　　）

A.可以用无水乙醇提取叶绿体中的色素

B.叶绿体中色素能够分离的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同

C.研钵中加入二氧化硅、碳酸钙和绿叶后直接用杵棒进行研磨，不用作任何处理

D.滤液细线要画得细而直，避免色素带间的部分重叠

答案　C

解析　在“提取和分离叶绿体中的光合色素”实验中，研磨前要向研钵中加入二氧化硅、碳酸钙和无水乙醇，因此C项不正确。

2.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，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aD.叶绿素a、叶绿素b

答案　A

解析　叶绿素能吸收短波的蓝光和长波的红光，类胡萝卜素主要吸收短波的蓝紫光。

3.

某植物叶片a～e部位的颜色如下图所示，将该植物在黑暗中放置48h后，用锡箔纸遮蔽该叶片的部分，光照一段时间，去除锡箔纸后脱色处理，然后用碘染色法处理叶片，会出现蓝色的部位是

A.a、b和dB.a、c和e

C.a和eD.b和d

答案　D

解析　光合作用需要光照；部位c、e被锡箔纸遮盖，不能进行光合作用产生淀粉，而a部位为黄白色，没有叶绿素，也不能进行光合作用产生淀粉，所以加碘液不会变蓝。

4.德国科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：

Ⅰ.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。

Ⅱ.把临时装片暴露在光下，细菌则分布在叶绿体所有的受光部位。

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　基粒类囊体的膜　色素　基质、基粒

（3）红光和蓝

基础巩固

1.下列分离叶绿体中色素的装置，正确的是（　　）

答案　A

解析　由于色素易溶于层析液，所以滤液细线不能没入层析液中，由于层析液易挥发，并有一定的毒性，所以要加盖。

2.叶绿体中有多种色素，可以用纸层析法将它们分离。

如图为纸层析结果示意图，其中Ⅳ是（　　）

A.叶绿素aB.叶绿素b

C.叶黄素D.胡萝卜素

答案　B

解析　叶绿素b在层析液中的溶解度最小，所以扩散得最慢。

3.在提取和分离叶绿体中的光合色素实验中，不让层析液没及滤液细线的原因是（　　）

A.避免滤纸上几种色素扩散不均匀而影响实验结果

B.防止滤纸上的滤液细线变粗而使色素太分散

C.防止色素溶解在层析液中而使实验失败

D.避免滤纸上的几种色素混合起来而不分散

答案　C

解析　层析液没及滤液细线，色素会溶解到层析液中，使实验失败。

4.研磨绿叶时加入无水乙醇的目的是（　　）

A.使色素溶于其中

B.防止色素分子被破坏

C.为了研磨充分

D.使叶绿素从四种色素中分离出来

答案　A

解析　无水乙醇的作用是溶解色素以提取色素。

5.在做植物实验的暗室内，为了尽可能地降低植物光合作用的强度，最好安装（　　）

A.红橙光灯B.绿光灯

C.白炽灯D.蓝光灯

答案　B

解析　叶绿素主要吸收红光和蓝光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。

这些色素所吸收的光能，都能用于光合作用。

光合作用不吸收或很少吸收绿光，绿光下植物光合作用强度最低，题目中要求“尽可能地降低植物光合作用的强度”，当然就不能使用发红光或蓝光的灯，安装绿光灯是最可靠的。

至于白炽灯，物理常识告诉我们，白光是由七色光组成的。

6.叶绿体是植物进行光合作用的细胞器。

下列关于叶绿体及色素的叙述中，正确的是（　　）

A.植物细胞都有叶绿体，叶绿体普遍分布在植物细胞的整个细胞中

B.叶绿素在高等植物体内有两种，叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色

C.同线粒体一样，叶绿体的内膜极大地扩展了受光面积

D.叶绿体中的色素只吸收红光和蓝紫光进行光合作用

答案　B

解析　本题考查叶绿体的有关知识，涉及叶绿体的分布和结构，以及叶绿体中色素的种类、颜色和吸收光谱。

7.下列科学家的实验中，没有用到同位素标记法的是（　　）

A.鲁宾和卡门证明光合作用释放的氧来自水

B.萨克斯证明光合作用产物中有淀粉

C.卡尔文发现卡尔文循环

D.科学家研究分泌蛋白的合成与分泌过程

答案　B

解析　鲁宾和卡门的实验标记的是O；卡尔文实验标记的是C；分泌蛋白的研究中标记的是H；而萨克斯的实验中并没有用到同位素标记法。

巩固提升

8.某研究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，所以本题正确答案为B。

9.提取光合色素，进行纸层析分离，对该实验中各种现象的解释，正确的是（　　）

A.未见色素带，说明材料可能为黄化叶片

B.色素始终在滤纸条上，是因为色素不溶于层析液

C.提取液呈绿色是因为含有叶绿素a和叶绿素b

D.胡萝卜素位于滤纸条的最前方，是因为其在提取液中的溶解度最高

答案　C

10.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.普里斯特莱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　恩吉尔曼的实验能够证明氧气由叶绿体释放出来，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。

11.为了研究叶绿素合成所需的条件，有人设计了如下实验。

实验步骤：

①配制培养基：

1号（含蔗糖、水、植物必需的各种矿质元素等）、2号（不含Mg，其他成分与1号相同）。

3小麦种子用清水浸泡后消毒，在无菌条件下，将种子的胚剥离，去掉胚乳。

4在无菌条件下，将胚接种在培养基上。

培养两周后，观察幼苗的颜色。

如表所示：

5

　　组别

项目　　

甲

乙

丙

丁

培养基

1号

2号

1号

1号

培养瓶

数目

5

5

5

5

每瓶接

种数目

10

10

10

10

培养条件

光照16h/d

25℃

光照16h/d

25℃

黑暗

25℃

光照16h/d

10℃

幼苗颜色

绿色

黄色

黄色

黄绿色

请分析回答下列问题：

（1）上表包含了多组对照实验，请列出每组对照实验并写出相应的结论：

①甲组与乙组对照表明_________________________________________________。

②甲组与丙组对照表明_________________________________________________。

③甲组与丁组对照表明_________________________________________________。

（2）培养基中的各种矿质元素以离子形式被胚细胞吸收，其吸收具有________性。

（3）实验中为何不采用完整种子萌发的方法，而是去掉胚乳，将胚接种在不同的培养基上萌发？

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________。

答案　

（1）①Mg是合成叶绿素所必需的一种元素　②叶绿素的合成需要光照　③叶绿素的合成需要适宜的温度

（2）选择

（3）种子的胚乳中可能含有一定量的Mg，会影响实验结果

解析　通过上述实验结果可知，甲组为对照组，甲组与乙组的培养基不同，乙组的培养基中不含Mg，甲、乙对照可得出Mg是合成叶绿素的必需条件的结论；甲组与丙组相比较不同的是有无光照，在没有光照的条件下，不能形成叶绿素，所以光照是合成叶绿素必需的条件；甲组与丁组相比较不同的是温度，甲的温度较为适宜，而丁组的温度稍低，所以合成的叶绿素较少。

12.德国科学家恩吉尔曼利用一种绿藻（这种绿藻具有呈螺旋的带状叶绿体），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，结果如下图所示：

（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）恩吉尔曼进行装置C的实验，其目的是什么？

_________________________。

在____________光区的细菌特别多。

答案　

（1）细菌集中在叶绿体周围　O2

（2）叶绿体　叶绿体的类囊体膜上　叶绿体的类囊体膜上和叶绿体的基质中

（3）找出不同颜色的光对光合作用的影响　红光和蓝紫

走进高考

13.（2013·新课标卷Ⅱ，2）关于叶绿素的叙述，错误的是（　　）

A.叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素

B.被叶绿素吸收的光可用于光合作用

C.叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同

D.植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光

答案　D

解析　叶绿素中心元素是镁离子，A正确；色素的作用是吸收、传递、转化光能，进行光合作用，B正确；叶绿素a比叶绿素b在红光区的吸收峰值高，C正确；植物主要的吸收峰在