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 叶绿体与光能的捕获
1．说明植物细胞中的叶绿体从阳光中捕获能量。 2．提取和分离叶绿体中的光合色素。 1．生命观念——结构与功能观：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。 2．科学思维——分析与综合：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。 3．科学探究——实验思路及设计：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。
一、解开光合作用之谜
1．海尔蒙特的“柳树实验”
(1)实验方法：______研究。只用收集到的______给柳树浇水。
(2)实验结果：柳树苗长成了大柳树，__________只少了0.1 kg。
(3)实验结论：树木只要有____，就能生长发育。
2．英格豪斯实验
(1)实验方法：把______的枝条放入水里。
(2)实验结果：绿叶只在________产生气体，在________不产生气体。
3．萨克斯实验
(1)实验过程：将暗处理过的叶片做部分______后放在光下，采用________处理叶片。
(2)实验结论：叶片在光下能产生______。
4．鲁宾和卡门实验
(1)探究方法：______________。
(2)实验过程及结论
5．卡尔文实验
(1)研究方法：同位素标记法，用14C标记CO2。
(2)研究结果：发现CO2被用于合成糖类等有机物的途径——________循环。
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________。
(2)实验过程和结果
(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。
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 ______
(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。
3．提取和分离叶绿体中的光合色素
(1)实验原理
①提取：__________等有机溶剂能______绿叶中的各种光合色素。
②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
步骤 方法 原因
提取 色素 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________________、______________________ ③加入5 mL无水乙醇：溶解色素
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
层析装置示意图 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
(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．色素提取液是无水乙醇，分离液是层析液。 ( )
2．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。( )
3．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。 ( )
4．叶绿素和类胡萝卜素都主要吸收蓝紫光，除此之外，叶绿素还主要吸收红光。
( )
5．植物叶片多呈现绿色的原因是对绿光的吸收最多。 ( )
6．研磨菠菜叶时加入二氧化硅是为了保护叶绿素。 ( )
解开光合作用之谜
1．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设置了相互对照，自变量为光照，因变量是有无淀粉生成，因变量的检测指标是碘蒸气处理后叶片颜色变化。
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。
2．鲁宾和卡门的实验
(1)实验过程及结论
O＋CO2→植物→18O2；H2O＋C18O2→植物→O2
光合作用释放的O2来自水。
(2)实验分析
设置了对照实验，自变量是标记物质O和C18O2)，因变量是O2的放射性。
3．恩格尔曼的实验
(1)实验材料选得妙：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部位。
(2)排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境，排除了氧气和光的干扰。
(3)设计的观测指标妙：通过好氧细菌的分布进行检测，从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧气的部位。
(4)设计的实验对照妙：进行黑暗(局部光照)和曝光对比实验，明确实验结果完全是光照引起的。还巧妙利用三棱镜，将可见光分成七种颜色的连续光谱投射到水绵的带状叶绿体上，弄清了叶绿体中含有能有效地吸收利用红光和蓝光的物质。
1．某实验小组用O的同位素18O分别标记二氧化碳和水，重复鲁宾和卡门的实验(如图所示)，下列关于实验结果、结论的描述，错误的是( )
A．结果：物质A和物质B都是氧气
B．结果：物质A不含18O，物质B含18O
C．结论：物质A和物质B的相对分子质量相同
D．结论：光合作用释放的氧气中的氧元素来自水
2．1880年，德国生物学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将三棱镜产生的光谱投射到含带状叶绿体的丝状水绵体上，并在水绵的悬液中放入了好氧细菌，观察好氧细菌在水绵不同区段的聚集情况(如图)，以确定该区段水绵光合作用的强度。下列相关叙述错误的是( )
A．该实验可证明水绵叶绿体色素对不同波长的光吸收量不同
B．好氧细菌聚集较多的区段，水绵的光合作用较弱，导致好氧细菌能够吸收更多光能
C．若将装置置于黑暗中，则好氧细菌会在悬浮液中基本均匀分布
D．实验中应选用进行有氧呼吸的好氧细菌来检验水绵不同区段光合作用的强弱
提取和分离叶绿体中的光合色素
1．实验操作中的关键步骤
(1)研磨要迅速、充分：研磨充分使叶绿体完全破裂，可提取较多的色素。
(2)滤液细线要求：细、直、齐。滤液中含有较多的色素，所以应待滤液干后再在同一位置重复画滤液细线。
(3)滤液细线不能触及层析液，否则色素会溶解到层析液中，使滤纸条上得不到色素带。
2．滤纸条上色素的分布和对光的吸收
3．叶绿体中色素的提取和分离实验的异常现象分析
(1)收集到的滤液中绿色过浅：
①未加二氧化硅，研磨不充分。
②使用放置数天的菠菜叶，滤液中色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，叶绿素分子被破坏。
(2)滤纸条色素带重叠：滤液细线画得过粗。
(3)滤纸条看不见色素带：
①忘记画滤液细线。
②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
4．叶绿体中色素的吸收光谱分析
(1)叶绿体中的色素只吸收可见光，不吸收不可见光。
(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，也吸收少量其他颜色的光。
(3)叶绿体中的色素很少吸收绿光，绿光被反射，所以大多数叶片看起来呈绿色。
1．实验过程中，甲同学忘记加入二氧化硅和碳酸钙，乙同学忘记加入无水乙醇，丙同学加入的无水乙醇过多。请分析他们可能出现的实验结果。
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2．实验操作时，为什么要将滤纸条的一端剪去两角？画滤液细线的要求是细、直、齐，且要在干燥后在同一位置重复画滤液细线，请分析这样做的原因是什么？
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3．下列对“叶绿体中色素的提取和分离”实验的描述，正确的是( )
A．将5 g新鲜完整的菠菜叶，放入研钵中，加入无水乙醇、石英砂、CaCO3以后，迅速研磨
B．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2～3次
C．把画好细线的滤纸条插入层析液中并不断摇晃，以加快色素在滤纸条上的扩散
D．色素分子是有机物，不溶于水，所以研磨过程中加入无水乙醇是为了溶解色素
4．如图表示叶绿体中色素的吸收光谱。据图判断，以下说法错误的是( )
A．在研究叶绿素的过程中，为减少类胡萝卜素的干扰，最好选用红光区
B．秋季，植物对420～470 nm波长的光的利用量减少
C．被叶绿素吸收的光能可转化为化学能
D．600 nm左右波长的光比450 nm左右波长的光更有利于提高光合作用强度
红叶谷生态旅游文化区，每至深秋时节，树叶变红，成为一道亮丽的风景线。
通过对材料的分析可知，红叶谷的树叶在深秋变红，因此会从一定角度分析其变红原因和进行相关实验，从而形成生命观念，提升科学探究能力。
(1)试从叶片色素的种类和含量角度分析，秋天树叶为什么变红？(生命观念)
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
(2)研究发现温度和光照都会影响叶绿素的合成，请简单设计实验，探究温度和光照对叶绿素合成的影响。(写出实验思路即可)(科学探究)
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
[课堂小结]
1．提取色素的原理是色素能溶解在无水乙醇等有机溶剂中。
2．不同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，反之则慢。
3．层析后滤纸条上自上而下的四条色素带依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。
4．叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。类胡萝卜素还有保护叶绿素免遭强光伤害的作用。
5．光合色素分布于叶绿体类囊体膜上，叶绿素是光合作用过程中的主要色素。
1．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本质，在下面几个著名实验中，相关叙述错误的是( )
A．经饥饿处理的植株，叶片一半曝光一半遮光，利用碘蒸气处理叶片，确定了淀粉是光合作用的产物
B．恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时玻片，目的是证明光合作用的场所是叶绿体
C．鲁宾和卡门的实验证明光合作用释放的氧气来自水
D．卡尔文用14C标记CO2，发现了CO2被用于合成糖类等有机物的途径
2．19世纪80年代，科学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将三棱镜产生的光谱投射到水绵的带状叶绿体上，并在水绵的悬液中放入好氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图)，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．好氧细菌对不同的光反应不一，好氧细菌聚集多的地方，细菌光合作用强
B．好氧细菌聚集多的地方O2浓度高，水绵光合作用强，则在该种光照射下植物光合作用强
C．好氧细菌聚集多的地方，水绵光合作用产生的有机物多，则在该种光照射下植物光合作用强
D．聚集的好氧细菌大量消耗光合作用的产物——O2，使水绵的光合作用速度加快，则该种光有利于光合作用
3．如表关于“绿叶中色素的提取和分离”实验，操作与目的相匹配的是( )
选项 操作 目的
A 加入无水乙醇 提取和分离色素
B 加入碳酸钙 防止叶绿素被破坏
C 加入二氧化硅 防止细胞破裂
D 重复多次画滤液细线 使滤液细线足够宽
4．(多选)下列有关绿叶中色素的提取和分离实验的叙述，正确的是( )
A．叶绿素的提取需要加入层析液作为提取液
B．过滤时应使用单层尼龙布，并用棉塞塞住试管口
C．分离色素时不能将滤液细线置于层析液中
D．选材不同，四条色素带在滤纸条上的排列顺序不同
5．如图所示为“提取和分离叶绿体中的光合色素”实验的部分材料和用具。请据图回答下列问题：
(1)图中步骤①加入研钵内的物质：A__________5 mL，作用是__________；B__________少许， 作用是使研磨更充分；C__________少许， 作用是____________。
(2)图中步骤②将浆糊状的研磨液倒入漏斗中，漏斗底部放有一层__________。
(3)图中步骤③剪去两角的作用是____________________，画滤液细线的要求是__________。
(4)图中步骤④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__________。
1 / 11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 叶绿体与光能的捕获
1．说明植物细胞中的叶绿体从阳光中捕获能量。 2．提取和分离叶绿体中的光合色素。 1．生命观念——结构与功能观：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。 2．科学思维——分析与综合：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。 3．科学探究——实验思路及设计：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。
一、解开光合作用之谜
1．海尔蒙特的“柳树实验”
(1)实验方法：定量研究。只用收集到的雨水给柳树浇水。
(2)实验结果：柳树苗长成了大柳树，土壤质量只少了0.1 kg。
(3)实验结论：树木只要有水，就能生长发育。
2．英格豪斯实验
(1)实验方法：把带叶的枝条放入水里。
(2)实验结果：绿叶只在阳光下产生气体，在黑暗处不产生气体。
3．萨克斯实验
(1)实验过程：将暗处理过的叶片做部分遮光后放在光下，采用碘蒸气处理叶片。
(2)实验结论：叶片在光下能产生淀粉。
4．鲁宾和卡门实验
(1)探究方法：同位素标记法。
(2)实验过程及结论
5．卡尔文实验
(1)研究方法：同位素标记法，用14C标记CO2。
(2)研究结果：发现CO2被用于合成糖类等有机物的途径——卡尔文循环。
二、叶绿体与光能的捕获
1．恩格尔曼的实验
(1)实验材料：水绵和好氧细菌。
水绵是一种藻类，常生活在淡水中，细胞中有一条或多条螺旋排列的带状叶绿体。
(2)实验过程和结果
(3)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。
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 蓝绿色 主要吸收和利用蓝紫光和红光
叶绿素b 黄绿色
类胡萝卜素 胡萝卜素 橙黄色 主要吸收蓝紫光，还有保护叶绿素免遭强光伤害的作用
叶黄素 黄色
(3)作用：光合色素能吸收大部分的可见光用于光合作用，但对绿光吸收最少，大部分绿光被反射出来，因而叶片呈现绿色。
3．提取和分离叶绿体中的光合色素
(1)实验原理
①提取：无水乙醇等有机溶剂能溶解绿叶中的各种光合色素。
②分离：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
步骤 方法 原因
提取 色素 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：作用分别是有助于充分研磨、防止叶绿素分子被破坏 ③加入5 mL无水乙醇：溶解色素
制备 滤纸 条 剪去两角：防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快
分离 色素 画滤液细线 画得细、直：防止色素带重叠
层析装置示意图 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
(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．色素提取液是无水乙醇，分离液是层析液。 ( )
2．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。( )
3．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。 ( )
4．叶绿素和类胡萝卜素都主要吸收蓝紫光，除此之外，叶绿素还主要吸收红光。
( )
5．植物叶片多呈现绿色的原因是对绿光的吸收最多。 ( )
6．研磨菠菜叶时加入二氧化硅是为了保护叶绿素。 ( )
提示：1．√ 2．√
3．× 分离结束后，滤纸条上的颜色自下而上依次是黄绿色、蓝绿色、黄色和橙黄色。
4．√
5．× 植物叶片多呈绿色的原因是叶绿素对绿光吸收最少，使绿光被反射出来。
6．× 研磨菠菜叶时加入二氧化硅是为了研磨更充分。
解开光合作用之谜
1．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设置了相互对照，自变量为光照，因变量是有无淀粉生成，因变量的检测指标是碘蒸气处理后叶片颜色变化。
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。
2．鲁宾和卡门的实验
(1)实验过程及结论
O＋CO2→植物→18O2；H2O＋C18O2→植物→O2
光合作用释放的O2来自水。
(2)实验分析
设置了对照实验，自变量是标记物质O和C18O2)，因变量是O2的放射性。
3．恩格尔曼的实验
(1)实验材料选得妙：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部位。
(2)排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境，排除了氧气和光的干扰。
(3)设计的观测指标妙：通过好氧细菌的分布进行检测，从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧气的部位。
(4)设计的实验对照妙：进行黑暗(局部光照)和曝光对比实验，明确实验结果完全是光照引起的。还巧妙利用三棱镜，将可见光分成七种颜色的连续光谱投射到水绵的带状叶绿体上，弄清了叶绿体中含有能有效地吸收利用红光和蓝光的物质。
1．某实验小组用O的同位素18O分别标记二氧化碳和水，重复鲁宾和卡门的实验(如图所示)，下列关于实验结果、结论的描述，错误的是( )
A．结果：物质A和物质B都是氧气
B．结果：物质A不含18O，物质B含18O
C．结论：物质A和物质B的相对分子质量相同
D．结论：光合作用释放的氧气中的氧元素来自水
C [光合作用释放氧气，氧气中的氧元素来自水，据图分析可知物质A为O2，物质B为18O2，A、B、D正确；物质A(O2)和物质B(18O2)的相对分子质量之比为8∶9，C错误。]
2．1880年，德国生物学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将三棱镜产生的光谱投射到含带状叶绿体的丝状水绵体上，并在水绵的悬液中放入了好氧细菌，观察好氧细菌在水绵不同区段的聚集情况(如图)，以确定该区段水绵光合作用的强度。下列相关叙述错误的是( )
A．该实验可证明水绵叶绿体色素对不同波长的光吸收量不同
B．好氧细菌聚集较多的区段，水绵的光合作用较弱，导致好氧细菌能够吸收更多光能
C．若将装置置于黑暗中，则好氧细菌会在悬浮液中基本均匀分布
D．实验中应选用进行有氧呼吸的好氧细菌来检验水绵不同区段光合作用的强弱
B [本题考查对恩格尔曼实验的分析。通过观察好氧细菌的分布可以判定光合作用的强度。从实验中可见好氧细菌在不同波长的光中分布不同，及水绵对不同波长的光吸收量不同；好氧细菌聚集较多的区段，说明水绵光合作用强，产生的氧气多；若将装置置于黑暗中，水绵无法进行光合作用，没有氧气的释放，则好氧细菌在悬浮液中基本均匀分布。]
提取和分离叶绿体中的光合色素
1．实验操作中的关键步骤
(1)研磨要迅速、充分：研磨充分使叶绿体完全破裂，可提取较多的色素。
(2)滤液细线要求：细、直、齐。滤液中含有较多的色素，所以应待滤液干后再在同一位置重复画滤液细线。
(3)滤液细线不能触及层析液，否则色素会溶解到层析液中，使滤纸条上得不到色素带。
2．滤纸条上色素的分布和对光的吸收
3．叶绿体中色素的提取和分离实验的异常现象分析
(1)收集到的滤液中绿色过浅：
①未加二氧化硅，研磨不充分。
②使用放置数天的菠菜叶，滤液中色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，叶绿素分子被破坏。
(2)滤纸条色素带重叠：滤液细线画得过粗。
(3)滤纸条看不见色素带：
①忘记画滤液细线。
②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
4．叶绿体中色素的吸收光谱分析
(1)叶绿体中的色素只吸收可见光，不吸收不可见光。
(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，也吸收少量其他颜色的光。
(3)叶绿体中的色素很少吸收绿光，绿光被反射，所以大多数叶片看起来呈绿色。
1．实验过程中，甲同学忘记加入二氧化硅和碳酸钙，乙同学忘记加入无水乙醇，丙同学加入的无水乙醇过多。请分析他们可能出现的实验结果。
提示：甲同学研磨不充分，部分色素被破坏，过滤收集的滤液颜色浅；乙同学不能提取到色素；丙同学的滤液颜色浅，提取的滤液色素的浓度低。
2．实验操作时，为什么要将滤纸条的一端剪去两角？画滤液细线的要求是细、直、齐，且要在干燥后在同一位置重复画滤液细线，请分析这样做的原因是什么？
提示：剪去两角的目的是防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快。滤液细线要细、直、齐是使分离的色素不重叠，重复画线的目的是增加色素含量，使分离的色素带清晰，便于观察。
3．下列对“叶绿体中色素的提取和分离”实验的描述，正确的是( )
A．将5 g新鲜完整的菠菜叶，放入研钵中，加入无水乙醇、石英砂、CaCO3以后，迅速研磨
B．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2～3次
C．把画好细线的滤纸条插入层析液中并不断摇晃，以加快色素在滤纸条上的扩散
D．色素分子是有机物，不溶于水，所以研磨过程中加入无水乙醇是为了溶解色素
D [将5 g菠菜叶去掉主脉，剪碎，然后放入研钵中，加入无水乙醇、石英砂、CaCO3以后，迅速研磨，A错误；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，并重复2～3次，每次要等上一次干燥以后再画，B错误；把画好细线的滤纸条插入层析液中，不能摇晃，防止滤液细线触及层析液，C错误；色素不溶于水，可溶解在有机溶剂无水乙醇中，D正确。]
4．如图表示叶绿体中色素的吸收光谱。据图判断，以下说法错误的是( )
A．在研究叶绿素的过程中，为减少类胡萝卜素的干扰，最好选用红光区
B．秋季，植物对420～470 nm波长的光的利用量减少
C．被叶绿素吸收的光能可转化为化学能
D．600 nm左右波长的光比450 nm左右波长的光更有利于提高光合作用强度
D [由图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500 nm波长的光——蓝紫光，在研究叶绿素的过程中，为减少类胡萝卜素的干扰，最好选用红光区，A正确；秋季大多数植物的叶子会变黄，叶绿素含量减少，植物对420～470 nm波长的光的利用量减少，B正确；被叶绿素吸收的光能可用于光合作用，转化为有机物中的化学能，C正确；叶绿素对420～470 nm波长的光吸收较多，450 nm左右波长的光比600 nm左右波长的光更有利于提高光合作用强度，D错误。]
红叶谷生态旅游文化区，每至深秋时节，树叶变红，成为一道亮丽的风景线。
通过对材料的分析可知，红叶谷的树叶在深秋变红，因此会从一定角度分析其变红原因和进行相关实验，从而形成生命观念，提升科学探究能力。
(1)试从叶片色素的种类和含量角度分析，秋天树叶为什么变红？(生命观念)
提示：秋天天气转凉，气温降低，叶片中的叶绿素含量下降，液泡中花青素的颜色逐渐凸显出来，此季节花青素接近红色。
(2)研究发现温度和光照都会影响叶绿素的合成，请简单设计实验，探究温度和光照对叶绿素合成的影响。(写出实验思路即可)(科学探究)
提示：实验思路：选取相同的某种植物叶片平分为四组，分别进行光照和低温、黑暗和低温、光照和室温、黑暗和室温处理，每隔一段时间检测叶绿素的含量。
[课堂小结]
1．提取色素的原理是色素能溶解在无水乙醇等有机溶剂中。
2．不同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，反之则慢。
3．层析后滤纸条上自上而下的四条色素带依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。
4．叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。类胡萝卜素还有保护叶绿素免遭强光伤害的作用。
5．光合色素分布于叶绿体类囊体膜上，叶绿素是光合作用过程中的主要色素。
1．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本质，在下面几个著名实验中，相关叙述错误的是( )
A．经饥饿处理的植株，叶片一半曝光一半遮光，利用碘蒸气处理叶片，确定了淀粉是光合作用的产物
B．恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时玻片，目的是证明光合作用的场所是叶绿体
C．鲁宾和卡门的实验证明光合作用释放的氧气来自水
D．卡尔文用14C标记CO2，发现了CO2被用于合成糖类等有机物的途径
B [萨克斯将经饥饿处理的植株叶片一半遮光，一半曝光，利用碘蒸气处理叶片，确定了淀粉是光合作用的产物，A正确；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光区域，目的是探究光合作用对光的利用情况，B错误；鲁宾和卡门采用同位素标记法用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，C正确；卡尔文采用同位素标记法探明了CO2的固定过程中碳元素的转移途径，即CO2→C3→(CH2O)，D正确。]
2．19世纪80年代，科学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将三棱镜产生的光谱投射到水绵的带状叶绿体上，并在水绵的悬液中放入好氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图)，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．好氧细菌对不同的光反应不一，好氧细菌聚集多的地方，细菌光合作用强
B．好氧细菌聚集多的地方O2浓度高，水绵光合作用强，则在该种光照射下植物光合作用强
C．好氧细菌聚集多的地方，水绵光合作用产生的有机物多，则在该种光照射下植物光合作用强
D．聚集的好氧细菌大量消耗光合作用的产物——O2，使水绵的光合作用速度加快，则该种光有利于光合作用
B [本题通过实验研究光合作用的光谱，考查实验分析能力。好氧细菌的生活是需要O2的，因此在好氧细菌聚集的地方应该是O2多的地方，也就是水绵光合作用强的地方。]
3．如表关于“绿叶中色素的提取和分离”实验，操作与目的相匹配的是( )
选项 操作 目的
A 加入无水乙醇 提取和分离色素
B 加入碳酸钙 防止叶绿素被破坏
C 加入二氧化硅 防止细胞破裂
D 重复多次画滤液细线 使滤液细线足够宽
B [加入无水乙醇的目的是提取色素，但不能分离色素，分离色素用的是层析液，A错误；加入碳酸钙的目的是防止叶绿素被破坏，B正确；加入二氧化硅的目的是使研磨更加充分，C错误；重复多次画滤液细线的目的是使色素的含量足够多，且画滤液细线时要细、直、齐，D错误。]
4．(多选)下列有关绿叶中色素的提取和分离实验的叙述，正确的是( )
A．叶绿素的提取需要加入层析液作为提取液
B．过滤时应使用单层尼龙布，并用棉塞塞住试管口
C．分离色素时不能将滤液细线置于层析液中
D．选材不同，四条色素带在滤纸条上的排列顺序不同
BC [提取叶绿素使用的是无水乙醇，层析液用于分离色素；过滤时使用单层尼龙布，并用棉塞塞住试管口，以防止挥发性强的无水乙醇挥发；分离色素时不能将滤液细线置于层析液中，否则色素会溶入层析液中；不同材料中四种色素在层析液中的溶解度相同，来自不同材料叶绿体中的四种色素含量可能不同，经过纸层析后，在滤纸上的排列顺序相同，色素带粗细可能不同。]
5．如图所示为“提取和分离叶绿体中的光合色素”实验的部分材料和用具。请据图回答下列问题：
(1)图中步骤①加入研钵内的物质：A__________5 mL，作用是__________；B__________少许， 作用是使研磨更充分；C__________少许， 作用是____________。
(2)图中步骤②将浆糊状的研磨液倒入漏斗中，漏斗底部放有一层__________。
(3)图中步骤③剪去两角的作用是____________________，画滤液细线的要求是__________。
(4)图中步骤④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3种物质：5 mL无水乙醇，作用是溶解色素；加入少许二氧化硅可以使研磨更充分；碳酸钙防止叶绿素分子被破坏。(2)过滤研磨液时，漏斗底部不能用滤纸，因为色素可吸附在滤纸上。一般用一层尼龙布过滤。(3)剪去两角的作用是防止两边色素扩散得过快。画滤液细线的要求是细、齐、直。(4)层析时的关键技术是不能让层析液没及滤液细线，否则，滤液细线会被层析液溶解，不能分离。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 防止叶绿素分子被破坏 (2)尼龙布
(3)防止两边色素扩散过快 细、齐、直
(4)层析液不能没及滤液细线 防止层析液挥发 叶绿素a 胡萝卜素
课时分层作业(14) 解开光合作用之谜 叶绿体与光能的捕获
题组一 解开光合作用之谜
1．在生命科学发展过程的经典实验中，未用到同位素标记法的是( )
A．萨克斯证明光合作用的产物中有淀粉
B．卡尔文发现的卡尔文循环
C．光合作用产物O2中氧原子的来源
D．分泌蛋白的合成与运输
A [萨克斯利用天竺葵证明叶片在光下能产生淀粉是将植物叶片的一部分曝光、另一部分遮光，即“半叶法”，该实验没有用到同位素标记法，A符合题意。]
2．现有四个实验装置，若要分别验证绿色植物产生O2需要光以及O2是由绿色植物释放的，则应选用的实验组合是( )
A．②③和①② B．①②和①③
C．②④和①③ D．②③和③④
A [实验中一定要遵循对照原则和单一变量原则，要验证绿色植物产生O2需要光，单一变量应是光的有无，应选用的实验组合是②③；要验证O2是由绿色植物释放的，单一变量是绿色植物的有无，应选用的实验组合是①②。]
题组二 叶绿体与光能的捕获
3．下列有关植物细胞内色素的叙述，正确的是( )
A．类胡萝卜素主要分布在液泡，叶绿素主要分布在叶绿体
B．光合色素对绿光吸收最少，大部分绿光被反射，因而叶片呈现绿色
C．叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光，叶绿素b主要吸收蓝紫光
D．绿色的叶片细胞中只含有叶绿素，发黄的叶片中只含有类胡萝卜素
B [类胡萝卜素和叶绿素都是光合色素，分布在叶绿体的类囊体膜上，A错误；光合色素对绿光吸收最少，大部分绿光被反射，因而叶片呈现绿色，B正确；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，C错误；绿色的叶片细胞中含有叶绿素和类胡萝卜素，发黄的叶片中主要含有类胡萝卜素，D错误。]
4．为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与好氧细菌的临时玻片进行实验，玻片需要给予一定的条件，这些条件是( )
A．光照、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液
B．光照、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液
C．黑暗、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液
D．黑暗、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液
B [水绵中的叶绿体通过光合作用释放氧气，光合作用需要光照和CO2，NaHCO3稀溶液可提供CO2，玻片中不能有空气，否则好氧细菌均匀分布，无法根据好氧细菌的聚集情况来确定叶绿体是否有放氧功能。]
5．(多选)叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，其内有关结构中分布着光合色素及有关的酶。下列关于叶绿体及色素的叙述中错误的是( )
A．植物细胞都有叶绿体，叶绿体普遍分布在植物体的所有细胞中
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
ACD [植物见光的绿色部位的细胞才有叶绿体，A错误；叶绿素包括两种，叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色，B正确；叶绿体的类囊体极大地扩展了受光面积，C错误；叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用，D错误。]
6．恩格尔曼用极细的光束照射到载有水绵和好氧细菌的载玻片上(下左图)，将玻片(下右图)暴露在光下，结果如图所示。下列关于该实验的说法错误的是( )
A．本实验结论是叶绿体在光照下可产生氧气
B．水绵和好氧细菌实验前要进行饥饿处理
C．光照的部位是该实验的自变量
D．真空和黑暗是实验的两个无关变量
B [好氧细菌聚集在带状叶绿体周围说明光合作用的过程中有氧气释放出来，A正确；水绵和好氧细菌实验前不需要进行饥饿处理，B错误；题述实验的自变量是水绵的光照部位，C正确；光照部位是题述实验的自变量，实验设计的巧妙之一是将临时玻片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了环境中光线和氧气的影响，从而确保实验能够正常地进行，真空和黑暗是实验的两个无关变量，D正确。]
题组三 提取和分离叶绿体中的光合色素
7．下列关于“提取和分离叶绿体中的光合色素”实验的叙述，正确的是( )
A．应该在研磨叶片后立即加入碳酸钙，防止色素被破坏
B．在画出一条滤液细线后紧接着重复画线2～3次
C．若滤液细线全部没入层析液，则无法观察到色素带
D．在层析液中溶解度最高的叶绿素a在滤纸条上扩散得最快
C [在进行“提取和分离叶绿体中的光合色素”实验中，应该在研磨叶片之前加入碳酸钙，防止研磨过程中色素被破坏，A错误；在画出一条滤液细线后，要待滤液干燥后，再在同一位置重复画滤液细线，使得滤液细线细、直、齐，而且色素含量较多，B错误；若滤液细线全部没入层析液，就会溶解到层析液中，则无法观察到色素带，C正确；在层析液中溶解度最高的是胡萝卜素，在滤纸条上扩散得最快，D错误。]
8．利用新鲜的菠菜叶进行“提取和分离叶绿体中的光合色素”的实验，色素带在滤纸条上的分布情况如图所示，下列叙述正确的是( )
A．提取时未加入碳酸钙对a、b两种色素影响更大
B．分离过程中应让滤液细线浸没到层析液中进行分离
C．分离色素的原理是不同色素在蒸馏水中溶解度不同
D．菠菜叶如果放置时间过长，实验中c、d色素带会变窄
D [碳酸钙可防止研磨过程中叶绿素被破坏，因此提取时未加入碳酸钙对c、d两种色素影响更大，A错误；分离过程中应避免让滤液细线浸没到层析液中，因为滤液细线中的色素易溶于层析液，一旦浸没到层析液中，可能将不会在滤纸条上出现色素带，B错误；分离色素的原理是根据不同色素在层析液中的溶解度不同，从而将不同色素进行分离，C错误；菠菜叶如果放置时间过长，叶片将变黄，即叶绿素减少，实验中c、d色素带会变窄，D正确。]
9．(多选)如图甲为叶绿体结构模式图，图乙是图甲中部分结构放大后的示意图。下列相关叙述错误的是( )
A．图甲所示结构主要通过内膜向内折叠增大膜面积
B．图乙中的光合色素能有效吸收绿光使植物呈绿色
C．图乙所示的膜结构位于图甲结构中的①处
D．提取光合色素时常用无水乙醇作为溶剂
ABC [图甲结构为叶绿体，其主要靠囊状结构堆叠而成的类囊体来增大膜面积，A错误；图乙中的光合色素吸收绿光最少，绿光被反射出来使植物呈绿色，B错误；图乙所示膜结构上含有光合色素，所以是图甲中③类囊体膜的放大图，C错误；叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，因此常用无水乙醇作为提取溶剂，D正确。]
10．“霜叶红于二月花”，植物叶子呈现的颜色是各种色素的综合表现，色素主要存在于液泡和叶绿体中，叶绿体中的色素主要包含两大类，叶绿素和类胡萝卜素。下列对高等植物的正常叶子中色素的相关叙述，正确的是( )
A．纸层析法分离叶绿体中色素，最宽和最窄的色素带分别是黄绿色、橙黄色
B．提取叶绿体中色素可用丙酮作为提取液，用水当层析液可分离液泡中色素
C．叶绿素对可见光的吸收有一个高峰，类胡萝卜素有两个高峰
D．叶绿体中四种色素都含有N、Mg元素，作用是吸收、传递、转化光能
B [纸层析法分离叶绿体中色素，最宽和最窄的色素带分别是叶绿素a和胡萝卜素，其中叶绿素a是蓝绿色，胡萝卜素是橙黄色，A错误；液泡中的色素可以溶于水，因此若用纸层析法分离液泡中的色素，可用清水作为层析液，B正确；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，对可见光的吸收有两个峰值，类胡萝卜素只在蓝紫光区有一个高峰，C错误；叶绿素中含N、Mg元素，D错误。]
11．(13分)某科研人员研究不同遮光处理对白桦光合作用生理特性的影响结果如图。
(1)叶片中叶绿素含量是维持植物正常光合作用的主要指标，叶绿素主要存在于白桦叶片的______________(具体部位)，通过上图的结果发现白桦叶绿素含量随__________而增加，提高了白桦在弱光环境下的捕光能力。研究发现植物体内的叶绿素处于不断地合成和分解中。请从该角度去解释叶绿素含量增加的原因：_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)叶绿素b/叶绿素a的值可作为植物利用弱光能力的判断指标，研究人员发现遮光处理增大了白桦叶绿素b/叶绿素a的值。通过高中课本______________实验可以验证该结论。你的实验证据是____________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析] (1)叶绿素分布在叶绿体类囊体膜上。由图读出叶绿素含量随遮光程度的增加而增加。叶绿素含量的增加，可从叶绿素的合成和分解两个角度分析。(2)通过光合色素的提取和分离实验，比较遮光组和全光组叶片色素提取和分离后，黄绿色色素带(叶绿素b)与蓝绿色色素带(叶绿素a)宽度的比值可证明遮光处理增大了白桦树叶片中叶绿素b/叶绿素a的值。
[答案] (共13分，除注明外，每空3分)(1)叶绿体类囊体膜(1分) 遮光程度的增加
叶绿素的合成量变化不大，分解量减少(或叶绿素的合成量增加，分解量变化不大或叶绿素的合成量增加，分解量减少)
(2)光合色素的提取和分离 滤纸条上黄绿色的色素带宽度与蓝绿色的色素带宽度的比值遮光组大于非遮光组
(教师用书独具)
1．图1表示叶绿素分子以其侧链插入生物膜结构中，图2表示用分光光度计测定的叶绿素a分子对不同光的吸收值。请回答下列问题：
(1)图1所示的生物膜为__________。
(2)叶绿素a主要吸收______________光。
(3)有同学认为仅根据吸收光谱图并不能判断哪些波长的光对光合作用最有效(由在不同波长光的作用下的光合效率绘制成的图像称为作用光谱)。请用以下实验材料用具进行探究。
实验材料及用具：水绵、好氧并可以游动的细菌、三棱镜、白色光源、显微镜等。
实验原理：①水绵在光照条件下可以进行光合作用产生氧气。
②________________________________________________________________。
实验步骤：①取一些好氧并可以游动的细菌放在含有一条水绵的溶液中，制成临时玻片。
②将临时玻片置于__________的环境中。
③将__________的光投射到一段水绵上。
④观察水绵不同部位聚集的好氧细菌的多少。
实验结果及分析：根据上述实验结果，某同学画出了水绵的作用光谱与叶绿素a吸收光谱曲线，如图3所示：两者是否完全吻合？__________，其原因可能是
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析] (1)图1上面有叶绿素，应是类囊体膜。
(2)由图2可知叶绿素a主要吸收蓝紫光和红光。
(3)实验原理：水绵在光照条件下可以进行光合作用产生氧气，而好氧细菌会聚集在氧气含量高的部位，可以根据其聚集程度来判断氧气释放速率即光合效率。
实验步骤：临时玻片应放置在黑暗且无空气的环境中，然后将通过三棱镜的光投射到一段水绵上，观察水绵不同部位聚集的好氧细菌的多少。
实验结果与分析：由实验结果可知两者不完全吻合，因为在叶绿体中参与光合作用的色素除叶绿素a外，还有叶绿素b等其他色素，作用光谱反映的是这些光合色素共同作用的结果。
[答案] (1)类囊体膜 (2)红光和蓝紫
(3)实验原理：②好氧细菌会聚集在氧气含量高的部位，可以根据其聚集程度来判断氧气释放速率即光合效率
实验步骤：②黑暗无空气 ③通过三棱镜
实验结果及分析：不完全吻合 参与光合作用的色素除叶绿素a外，还有叶绿素b等其他色素，作用光谱反映的是这些光合色素共同作用的结果
2．图甲～丁表示用新鲜菠菜进行“绿叶中色素的提取和分离”实验的几个主要操作步骤。请据图回答下列问题：
甲 乙 丙 丁
(1)图甲～丁中，实验操作步骤的先后顺序是__________(用箭头连接)。
(2)观察图中试剂a、b，其颜色依次是__________。
(3)步骤丙中，滤纸条上出现四条色素带，最上面一条色素带的色素名称是______________。
(4)在该实验的操作过程中，有同学按下列方法操作，其中不合理的有__________。
a．用蒸馏水替代无水乙醇提取色素
b．在充分研磨叶片后立即加入碳酸钙
c．用定性滤纸替代尼龙布过滤研磨液
d．沿铅笔线迅速连续数次画滤液细线
(5)请尝试运用该实验方法，探究菠菜叶生长过程中色素种类和含量的变化，简要写出实验的主要思路：
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析] (1)据图分析，甲表示画滤液细线，乙表示提取色素，丙表示分离色素，丁表示过滤，则实验操作步骤的先后顺序是乙→丁→甲→丙。(2)图中试剂a表示无色的无水乙醇，b表示淡黄色的层析液。(3)步骤丙表示分离色素，其最上面一条色素带代表的色素是胡萝卜素。(4)蒸馏水属于无机溶剂，不能提取色素，a错误；应在研磨前加入碳酸钙，防止叶绿素被破坏，b错误；定性滤纸会吸收滤液，不能用其替代尼龙布过滤研磨液，c错误；沿铅笔线画滤液细线时，要等上次画的线干燥后再画下次，d错误。(5)探究菠菜叶生长过程中色素种类和含量的变化，实验的主要思路：称取相同质量的不同叶龄菠菜叶，进行相同实验操作，分别提取和分离色素，观察比较层析后滤纸条上色素带条数及带宽。
[答案] (1)乙→丁→甲→丙 (2)无色、淡黄色 (3)胡萝卜素 (4)abcd (5)称取相同质量的不同叶龄菠菜叶，进行相同实验操作，分别提取和分离色素，观察比较层析后滤纸条上色素带条数及带宽
3．如图分别是萨克斯、鲁宾和卡门、恩格尔曼所做的关于光合作用的三个经典实验。下列相关叙述正确的是( )
图1 图2 图3
A．图1中A与C部分对照说明光合作用需要光
B．图2所示实验采用的实验方法是荧光标记法
C．图3所示实验中，好氧细菌分布于光束照射的部位
D．若探究光反应的过程，需要对H2O和CO2进行标记并追踪其去向
C [图1中B与C部分对照说明光合作用需要光，A错误；图2所示实验采用的实验方法是同位素标记法，B错误；图3所示实验中，光束照射的部位通过光合作用产生了氧气，所以好氧细菌分布于光束照射的部位，C正确；H2O是光反应的反应物，CO2是暗反应的反应物，因此若探究光反应的过程，需要对H2O进行标记并追踪其去向，D错误。]
1 / 21
