第3章 第2节 第1课时 解开光合作用之谜（Word教参）-【精讲精练】2025-2026学年高中生物必修第一册（苏教版）

第二节　光合作用——光能的捕获和转换 第1课时　解开光合作用之谜 课标 要求 1.说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量。 2.提取和分离叶绿体色素。 知识点一　光合作用的探索历程及叶绿体的结构和功能 1．光合作用的探索历程 科学家 主要观点或成果 1627年比利时　海尔蒙特 树木只要有水，就能生长发育 1779年荷兰　英格豪斯 绿叶只在阳光下产生氧气，在黑暗处不产生氧气 1864年德国　萨克斯 叶片在光下能产生淀粉 1940年美国　鲁宾和卡门 光合作用释放的氧气来自于水 1948年美国　卡尔文 CO2被用于合成糖类等有机物的途径——卡尔文循环 1940年左右英国　希尔 光合作用在叶绿体中进行，由此光合作用的研究从器官水平进入了细胞器水平 19世纪60年代 俄国科学家 光合作用中利用的光与叶绿素吸收光能有关 19世纪80年代 恩格尔曼 叶绿体中含有能有效地吸收利用红光和蓝光的物质，这些物质吸收的光与绿叶在光下产生氧气有关 2.叶绿体的结构和功能 (1)形态：一般呈扁平的椭球形或球形。 (2)结构 填写图中数字所代表的物质： ①外膜；②内膜；③基质；④基粒；⑤类囊体。 (3)功能：进行光合作用的场所。 3．叶绿体功能的验证实验 (1)实验过程图示及现象 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，好氧细菌聚集在红光区和蓝光区。 (2)实验结论：叶绿体中含有能有效地吸收利用红光和蓝光的物质，这些物质吸收的光与绿叶在光下产生氧气有关。也就是说叶绿体是光合作用的场所。 [知识拓展] 恩格尔曼实验的巧妙之处 (1)实验材料选择巧妙：实验材料选择水绵，水绵不但具有细而长的带状叶绿体，而且叶绿体在细胞中呈螺旋式分布，便于观察实验结果和设置对照。 (2)排除干扰的方法巧妙：没有空气的黑暗环境排除了环境中氧气和光的干扰。 (3)观测指标设计巧妙：通过好氧细菌的分布进行检测，从而能够准确地判断出释放氧气的部位。 (4)实验对照设计巧妙：用极细的光束点状投射，使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；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。 4．绿叶中色素的种类与光能吸收 色素种类 叶绿素 类胡萝卜素 叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素 叶黄素 颜色 蓝绿色 黄绿色 橙黄色 黄色 光能吸收 主要吸收蓝紫光和红光 主要吸收蓝紫光 分布 叶绿体中的类囊体膜上 光合色素对绿光吸收最少，大部分绿光被反射出来，因而叶片呈现绿色。 1．进行光合作用的细胞一定含有叶绿体。(×) 提示：有些原核生物如蓝细菌(也称蓝藻)能够进行光合作用，但它不含叶绿体。 2．叶绿体是通过基粒中的类囊体膜扩大生物膜面积的。(√) 3．叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光。(√) 1．鲁宾和卡门的实验 (1)实验方法：同位素标记法。 (2)图中的A、B物质分别表示：A：O2，B：18O2。 (3)在鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记的物质是H2O或CO2。不能同时标记的原因：若同时标记H2O和CO2，则不能区分产物O2中的氧元素是来自H2O还是CO2。 (4)鲁宾和卡门的实验结论是光合作用释放的氧气全部来自水，而不是二氧化碳。 2．色素的种类及对光能的吸收 (1)分析下列因素是如何影响色素合成的： ①光照：光照促进叶绿素的合成。 ②温度：低温抑制叶绿素合成，同时破坏原有的叶绿素。 ③无机盐：镁是合成叶绿素的主要元素。 (2)温室或大棚种植蔬菜，应选用什么颜色的玻璃或塑料薄膜？ 提示　无色玻璃或塑料薄膜。 (3)若遇到连续阴雨天气，应选择补充的光源为：红光或蓝紫光，原因是绿叶中的色素主要吸收红光和蓝紫光。 3．叶绿体的结构和功能 (1)叶绿体增加内部膜面积的方式是类囊体叠加形成基粒。 (2)恩格尔曼的第一个实验 如图是恩格尔曼的实验示意图，据图及相关知识思考： ①该实验选择水绵和需氧细菌作为实验材料，有什么优点？ 提示　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。 ②A组是在黑暗环境中用极细的光束点状投射叶绿体，好氧细菌的分布是怎样的？说明什么？ 提示　好氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中。说明氧气是由叶绿体在光照条件下释放出来的。 ③B组是完全暴露在光照下，好氧细菌分布于叶绿体所有的受光部位，这组实验的设计目的是什么？ 提示　和A组进行对照，明确实验结果完全是由光照引起的。 ④两组实验都要求在隔绝空气的条件下进行，为什么？ 提示　排除空气中的氧气对实验结果的干扰。 (3)恩格尔曼的第二个实验 根据恩格尔曼的第二个实验你能得出什么结论？ 提示　叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用，放出氧气。 色素对光的吸收及叶绿体的结构和功能 1．色素对光的吸收特点：叶绿素主要吸收蓝紫光和红光；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。 2．叶绿体结构：具有双层膜，内部有许多囊状结构的类囊体，色素分布于类囊体薄膜上。 3．叶绿体功能：恩格尔曼的实验证明，叶绿体是进行光合作用的场所。 1．(2025·江苏扬州中学月考)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．英格豪斯的实验证明了植物需要阳光制造气体 B．萨克斯的实验也可证明光是光合作用的必要条件 C．恩格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H2O而不是CO2 解析　恩格尔曼的实验能够证明叶绿体中含有能有效地吸收和利用红光和蓝光的物质，这些物质吸收的光与绿叶在光下产生氧气有关，但不能定量分析光合作用生成的氧气量。 答案　C 2．(2025·江苏宿迁调研)对比实验，一般设置两个或两个以上的实验组，通过对实验结果的比较分析，来探究某种因素与实验对象的关系，常被应用于生物学的实验探究。下列有关叙述错误的是(　　) A．在对比实验中，每个实验组的实验结果一般都是未知的 B．对比实验是对照实验的一种特殊形式，不需要设置空白对照组 C．用同位素标记法探究光合作用释放的 O2 来自 H2O 还是 CO2 属于对比实验 D．探究紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的吸水和失水实验属于对比实验 解析　对比实验常应用于生物学的实验探究，通过对实验结果的比较分析，探究某种因素与实验对象的关系，每个实验组的实验结果一般都是未知的，A正确；对比实验不需要设空白对照组，互为实验组，是对照实验的一种特殊形式，即相当于“相互对照实验”，B正确；探究光合作用释放的O2来自H2O还是CO2运用了对比实验的方法，C正确；探究紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的吸水和失水实验为自身对照实验，不属于对比实验，D错误。 答案　D 知识点二　提取和分离叶绿体中的光合色素 1．提取叶绿体中的光合色素 (1)原理：无水乙醇等有机溶剂能溶解绿叶中的各种光合色素。 (2)实验步骤 取材：称取5 g新鲜绿叶 ↓ 研磨：剪碎叶片，放入研钵中，加少许二氧化硅和碳酸钙，再加入5 mL无水乙醇，迅速、充分地进行研磨 ↓ 过滤收集：将研磨液过滤到试管中，及时用棉塞将试管口塞严 2．分离叶绿体中的光合色素 (1)实验原理：色素在层析液中的溶解度不同，因而在滤纸上的扩散速度也有差异。 (2)实验步骤 制备滤纸条 ↓ 画滤液细线 ↓ 分离叶绿体中的光合色素 ↓ 观察结果 将滤纸剪成与烧杯高度相等、宽1 cm的干燥滤纸条，剪去一端的两角，并在距离这一端1_cm处用铅笔画一条细线 用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画一条细而直的滤液细线，吹干后，在同一位置再重复画滤液细线 将画好滤液细线的滤纸条轻轻插入盛有3 mL层析液的烧杯中，斜靠在烧杯壁上，用培养皿覆盖烧杯。(注意：滤液细线不能触及层析液) 滤纸条上从上往下依次有四条色素带 (3)层析装置示意图 1．提取绿叶中色素过程中加入碳酸钙的目的是为了使研磨更充分。(×) 提示：碳酸钙的作用是防止叶绿素分子被破坏。 2．分离绿叶中色素时为了保证滤液细线画的细而直，只画一次即可。(×) 提示：画滤液细线需要多次重复，否则留在滤纸条上的色素量太少，分离结果不明显。 1．实验选材及用品分析 (1)选择新鲜、浓绿的叶片的原因是什么？ 提示　新鲜、浓绿的叶片中含有较多的叶绿素，保证实验中提取到足够的色素。 (2)为什么不能用秋天已经变黄的叶片？ 提示　叶绿素不稳定，在低温环境中易分解，若使用黄色叶片会导致实验提取到的色素种类和数量均减少，影响实验结果。 (3)分析讨论实验中各种试剂的作用，完成下表： 实验材料或试剂 作用 无水乙醇 提取色素 层析液 分离色素 二氧化硅 有助于充分研磨 碳酸钙 防止叶绿素分子被破坏 2.实验操作的目的分析 操作内容 操作目的 层析液 分离色素 滤纸条的一端剪去两角 防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快 滤液细线重复画若干次，且要求细、直、齐 使分离的色素带清晰 滤液细线不能触及层析液 防止色素溶解到层析液中 3.实验结果及分析 下图是实验得到的色素在滤纸条上的分布图示，分析图示，填写下表： 项目 意义 结论 色素带宽窄 色素带的宽窄与色素含量的关系：色素带越宽，说明此种色素含量越多 含量多少(用“>”表示)：叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素 色素扩散速度 色素扩散速度与溶解度的关系：扩散速度越快，说明色素在层析液中溶解度越大 溶解度大小(用“>”表示)：胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b 两种实验失败的原因分析 1．滤纸条上未出现色素带的原因 (1)忘记画滤液细线，滤纸条上不含色素。 (2)层析时滤液细线触及层析液，使色素溶解在层析液中。 2．滤纸条上出现4条不清晰色素带的原因 (1)选取的叶片不新鲜，颜色太浅。 (2)称取绿叶量过少或加入无水乙醇过多，使色素溶液浓度过低。 (3)未加SiO2，研磨不充分，色素未能充分提取。 (4)未重复画滤液细线。 1．下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是(　　) A．用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏 B．若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现色素带重叠 C．该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量 D．用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带，花青素位于叶绿素a、b之间 解析　用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏，A错误；画滤液细线时要间断画2～3次，即等上一次干了以后再画下一次，若连续多次重复画滤液细线虽可累积更多的色素，但会造成滤液细线过宽，易出现色素带重叠，B正确；该实验中分离色素的方法是纸层析法，可根据各种色素在滤纸条上呈现的色素带的宽窄来比较判断各色素的含量，但该实验不能具体测定绿叶中各种色素含量，C错误；花青素存在于液泡中，溶于水不易溶于有机溶剂，故若得到5条色素带，距离滤液细线最近的色素带为花青素，应在叶绿素b的下方，D错误。 答案　B 2．某同学用绿色菠菜叶和黄化菠菜叶进行了光合色素的提取和分离实验，实验操作过程相同，分别得到滤纸条甲和乙，如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．分离色素利用了光合色素易溶于有机溶剂无水乙醇的原理 B．滤纸条甲与乙上的色素带不会随着层析液的挥发而消失 C．滤液细线若没入层析液的液面将得到宽度变窄的色素带 D．滤纸条乙缺少2条色素带的原因是未加碳酸钙 解析　本题考查的是光合色素的提取和分离。提取色素利用了光合色素易溶于有机溶剂无水乙醇的原理，A错误；色素吸附在滤纸条上，滤纸条甲与乙上的色素带不会随着层析液的挥发而消失，B正确；滤液细线若没入层析液的液面将得不到色素带，C错误；滤纸条乙缺少2条色素带是因为乙的材料是黄化菠菜叶，本身就缺少叶绿素，D错误。 答案　B 1．(2025·苏州期末)下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述中不正确的是(　　) A．提取的原理是叶绿素和类胡萝卜素都易溶于有机溶剂 B．研磨时加入二氧化硅更有助于叶肉细胞的破碎 C．用毛细吸管均匀地在滤纸条上画出一条滤液细线 D．滤纸条上的滤液细线应浸入层析液以更好的分离色素 解析　把画好细线的滤纸条插入层析液中，滤液细线不能触及层析液，不能摇晃，D错误。 答案　D 2．秋冬季节，由于叶绿体中的某类色素易被破坏，使叶片呈现黄色，导致叶片吸收光的能力减弱，其中吸收明显减少的是(　　) A．黄光、红光 B．红光、蓝紫光 C．蓝紫光、绿光 D．绿光、黄光 解析　秋冬季节，叶绿素被破坏，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。 答案　B 3．在叶绿体中光合色素分离过程中，滤纸条上扩散速度最慢的色素及其主要吸收的光是(　　) A．叶绿素a，蓝紫光 B．叶绿素a，红光和蓝紫光 C．叶绿素b，蓝紫光 D．叶绿素b，红光和蓝紫光 解析　各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，叶绿素b溶解度小，扩散速度慢；叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光。 答案　D 4．德国科学家恩格尔曼用水绵和好氧细菌做了两个经典实验，下列对实验叙述正确的是(　　) A．他用同位素标记法发现光合作用的场所是叶绿体 B．选用水绵作材料是因为其叶绿体大且呈球形便于观察 C．他用透过三棱镜的光照射水绵临时玻片，发现好氧细菌大多数聚集在绿光区域 D．恩格尔曼实验证明了光合作用放氧部位是叶绿体 解析　恩格尔曼的实验没有用同位素标记法，A错误；选用水绵作材料是因为其细胞中有一条或多条螺旋排列的带状叶绿体，便于观察，B错误；恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时玻片，发现好氧细菌大多数聚集在红光和蓝紫光区域，C错误；恩格尔曼实验说明了氧是由叶绿体释放出来的，D正确。 答案　D 5．下图为两种光照下同一植物叶片色素提取和分离的结果。据图回答： (1)强光导致了该植物______________(填色素)含量降低，______________(填色素)含量增加有利于该植物抵御强光照。 (2)色素Ⅰ、Ⅱ的颜色分别为______________，色素Ⅲ、Ⅳ主要吸收______________________，正常光照下，含量最高的色素为______________。 (3)画滤液线时，滤液在点样线上要画________次。 答案　(1)叶绿素　类胡萝卜素　(2)橙黄色和黄色　红光和蓝紫光　叶绿素a　(3)2～3 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$