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1、第4节能量之源光与光合作用 学习目标1说出绿叶中色素的种类和作用。(重点)2说出叶绿体的结构和功能。3说明光合作用以及对它的认识过程。(重点)4说明光反应和暗反应的过程及相关关系。(重点、难点)5尝试探究影响光合作用强度的环境因素。(重点、难点)6说出光合作用原理的应用7简述化能合成作用。, 知识结构 绿叶中色素的提取和分离1实验原理(1)绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，可用无水乙醇提取绿叶中的色素。(2)绿叶中的色素不只一种，它们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，反之则慢。2实验目的(1)进行绿叶中色素的提取和分离。(2)探究绿叶中含有几种色素。3实验材料
2、用具材料仪器药品新鲜的绿色叶片(如菠菜叶片)干燥的定性滤纸、研钵、玻璃、漏斗、尼龙布、毛细吸管、试管、量筒、药匙等无水乙醇、层析液、二氧化硅、碳酸钙4.实验操作及分析步骤实验操作实验分析提取色素二氧化硅：有利于研磨得充分。碳酸钙：中和有机酸，防止研磨中色素被破坏。乙醇：溶解、提取色素。选取新鲜叶片：色素含量高将研磨液迅速倒入基部有单层尼龙布的漏斗中，过滤到试管里，并及时塞紧试管单层尼龙布：过滤杂质(如二氧化硅、叶脉)。塞紧试管：防止乙醇挥发制备滤纸条干燥滤纸：吸收滤液的能力强。剪去两角：防止两边色素扩散快，色素带不整齐画滤液线用毛细吸管吸滤液并沿铅笔线均匀画细直线，干后重复画一两次画细直线：防
3、止色素重叠、影响分离效果。重复画：积累更多色素，使分离后的色素带明显分离色素层析液不能触及滤液细线：防止色素溶解于层析液中。烧杯上盖培养皿盖：防止层析液的挥发(1)选材时应加入的SiO2和CaCO3一定要少，否则滤液浑浊，杂质多，颜色浅，实验效果差。(3)制备滤纸条需注意的问题剪取干燥的定性滤纸，双手尽量不要接触纸面，手要干净、干燥(可以套上塑料袋)，以免污染滤纸。制备滤纸条时，要在画滤液细线的一端剪去两角。这是由于层析时，边缘扩散快，中间扩散慢，剪去两角可使层析液同时到达滤液细线，从而使每条色素带呈一条直线。画滤液细线时，为了层析时起点相同以避免色素带重叠，要求细而直；同时，要等干燥后，重复
4、12次以增加色素含量，增强实验效果。5实验现象滤纸条上分离出四条色素带，从上至下的颜色依次为橙黄色、黄色、蓝绿色和黄绿色，宽度大小顺序为蓝绿色黄绿色黄色橙黄色，如图541所示。注意选取鲜嫩、色浓绿、少浆汁的叶片，如菠菜叶、棉花叶等。(2)提取色素时应注意的问题菠菜叶应剪碎，而且去除叶脉，有利于研磨。研磨要迅速充分。叶绿素不稳定，易被活细胞内的叶绿素酶水解。充分研磨使叶绿体完全破裂，提取较多的色素。此外迅速研磨也可防止乙醇挥发并充分溶解色素。6结果分析(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含量有关，色素带越宽说明此种色素含量越多。(3)色素带扩散速度
5、与溶解度有关，扩散速度越快溶解度越大。(4)相邻两条色素带之间距离最远的是胡萝卜素和叶黄素，最近的是叶绿素a和叶绿素b。(5)色素带最宽的是叶绿素a，最窄的是胡萝卜素，叶绿素b比叶黄素稍宽。(1)观察结果及分析经层析后在滤纸条上出现四条色素带。通过色素带的分布、宽窄程度、色素颜色可以分析出色素的种类、含量和溶解度大小。(2)分离色素的另一种方法圆形滤纸层析用圆形滤纸进行层析实验时，应在圆心处点样，滤液在圆形滤纸上的扩散原理与在滤纸条上是一样的，看到的结果是4个同心圆，最外面的是胡萝卜素，接下依次是叶黄素、叶绿素a、叶绿素b(如图542所示)。教材第9798页参考答案问题探讨1用这种方法可以提高
6、光合作用强度。因为叶绿素吸收最多的是光谱中的蓝紫光和红光。不同颜色的光照对植物的光合作用会有影响。2因为叶绿素对绿光吸收量少，所以不使用绿色的塑料薄膜或补充绿色光源。实验1滤纸条上有4条不同颜色的色带。从上往下依次为：胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色)。其中叶绿素a的色带最宽。这说明绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散的快慢也不一样。2滤纸上的滤液细线如果触及层析液，细线上的色素就会溶解到层析液中，就不会在滤线上扩散开来，实验就会失败。【例1】图543是叶绿体色素的提取和分离实验的部分材料和用具。据图回答下面的问题。 (1
7、)图中步骤加入研钵内的物质：A_10 mL，作用是_；B_少许，作用是研磨得充分；C_少许，作用是_。(2)图中步骤将糨糊状的研磨液倒入漏斗中，漏斗底部放有_。(3)图中步骤剪去两角的作用是_，画滤液细线的要求是_。(4)图中步骤中关键应注意_；加盖的目的是_；色素带最宽的是_，扩散速度最快的是_。解析：(1)研磨时需要加入三种物质：10 mL无水乙醇，作用是溶解色素；二氧化硅可以增大摩擦力，使细胞和叶绿体破碎；细胞研磨破碎后，会溢出有机酸，为防止叶绿素中的镁被氢取代，破坏叶绿素，研磨时需加入少许碳酸钙中和有机酸。(2)过滤研磨液时，漏斗基部不能用滤纸，因为色素可吸附在滤纸上。一般用一层尼龙布
8、过滤。(3)剪去两角的作用是防止两边色素扩散过快。画滤液细线的要求是细、齐、直。(4)层析时不能让层析液触及滤液线，否则滤液线会被层析液溶解，不能分离。四种色素溶于层析液中，因溶解度的差异，造成在滤纸条上扩散速度不同，从而达到分离的目的。由于层析液有毒，而且可以挥发，所以要加盖。色素带的宽度是由各种色素含量不同造成的，含量越多，色素带越宽，一般植物叶片中叶绿素a含量最多，所以叶绿素a色素带最宽。扩散速度最快的是胡萝卜素，在色素带的最上层。答案：(1)无水乙醇溶解色素二氧化硅碳酸钙防止色素被破坏(2)单层尼龙布(3)防止色素带不整齐细、齐、直(4)层析液不要触及滤液细线防止层析液挥发叶绿素a胡萝
9、卜素点拨：本题重点考查实验操作及注意事项，熟练掌握各步操作细节是成功完成实验的前提。 色素的作用及叶绿体的结构1叶绿体中的色素(1)色素与吸收光谱，如图544所示。 (2)不同颜色温室大棚的光合效率无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明的大棚光合率最高。叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低。(1)叶绿体中的色素只吸收可见光，而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，但对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。(3)叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。2叶绿体
10、(1)分布：叶绿体主要分布在绿色植物的叶肉细胞中。(2)形态：扁平的椭球形或球形。(3)结构图(见图545)。双层膜：内膜、外膜，包围着几个到几十个绿色基粒等细微结构。基粒：每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，扩大了内部膜的表面积，这些囊状结构称为类囊体，吸收光能的四种色素和光合作用有关的酶就分布在类囊体的薄膜上。基质：基粒与基粒之间充满了基质，基质中含有与光合作用有关的酶。(4)功能：叶绿体是光合作用的场所。(5)叶绿体功能的实验验证原理：光合作用产生氧气，而好氧细菌分布在氧气充足的地方。所以，可以用好氧细菌的分布来显示光合作用进行的场所。实验过程及现象实验结论a叶绿体是进行光合作用
11、的场所。b氧气是由叶绿体释放的。恩格尔曼实验的巧妙之处(1)实验材料的选择：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)先选用黑暗并且没有空气的环境，是为了排除实验前环境中光线和氧气的干扰，确保实验的准确性。(3)用极细光束照射，叶绿体可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；然后用完全曝光的水绵与之作对照，从而再次证明了实验结果完全是光照引起的，氧气是由叶绿体释放出来的。教材第100页参考答案资料分析1氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。2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多的
12、部位；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，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果，等等3叶绿体是进行光合作用的场所。【例2】叶绿体是植物进行光合作用的细胞器。下列关于叶绿体色素的叙述中正确的有()A植物细胞都有叶绿体，叶绿体普遍分布在植物个体的所有细胞中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解析：不是所有的植物细胞都有叶绿体，一般地讲，叶绿体分布在绿色植物的绿色部分，主要存在于叶肉细胞中；叶绿体
13、中的色素分为两大类：叶绿素和类胡萝卜素。其中，叶绿素又包括蓝绿色的叶绿素a和黄绿色的叶绿素b；类胡萝卜素包括橙黄色的胡萝卜素和黄色的叶黄素；叶绿体的内膜光滑，其内部的基粒和类囊体一方面扩大了膜面积，供色素和酶分布，另一方面扩大了受光面积；而线粒体的内膜上含有许多与有氧呼吸有关的酶；叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，并非不吸收其他颜色的光，只不过吸收量较少。答案：B点拨：(1)原核生物没有叶绿体，但是某些生物细胞中含有能进行光合作用的色素，能进行光合作用。所以能进行光合作用的生物不一定有叶绿体。(2)叶绿体在细胞内不是静止的，会改变方向，有利于接受光照，在弱光时，正面正对光源，强光时，侧面正对
14、光源。(3)植物的某些部位没有叶绿体(如地下的根细胞中)，除了叶外，有些部位也有叶绿体(如植物的幼茎等)。 光合作用的探究历程(1)同位素标记法的实验应用使用范围：可用来研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理等。标记某元素，追踪其转移途径，如用18O标记HO，光合作用只产生18O2，再用18O标记C18O2，光合作用只产生O2，证明光合作用产生的氧气中的氧原子全部来自于H2O而不是来自于CO2。标记特征化合物，探究生理过程，以研究生物学原理。如用3H标记亮氨酸，探究分泌蛋白的分泌过程。(2)对照实验中的对照方法空白对照：如“唾液淀粉
15、酶对淀粉的消化作用”，实验组中加唾液，对照组中加等量的清水。自身对照：如“植物细胞的质壁分离与复原实验”。实验中对同一实验对象的两次对照：复原后与质壁分离状态。相互对照：例如“温度对唾液淀粉酶活性的影响实验”中，80 、60 、37 、0 四个温度梯度组之间相互对照，得出淀粉糊消化程度最高组的温度。再如，光合作用实验中用18O标记HO和C18O2，检验产物氧气中是否有18O即为相互对照。教材第101103页参考答案旁栏思考题持这种观点的人，很可能是在无光条件下做的这个实验。无光时，植物不进行光合作用，只进行呼吸作用。所以没有释放氧气，而是释放二氧化碳，也就是使空气变污浊了。思考与讨论1光合作用的原料是
