光合作用(一)光合作用发现史中的经典实验2018
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假设三：噬菌体的DNA和蛋白质外 壳都进入了细菌
2、如何才能知道噬菌体的DNA和 蛋白质外壳有没有进入细菌？
放射性同位素示踪法
P DNA：C、H、O、N、P 32
能不能用H3、C14标记噬菌体？
汉
水
丑
生
侯
伟
作 品
S 蛋白质：C、H、O、N、S 35
能不能同时用P32和S35标记噬菌体？
如何标记噬菌体？
32P标记的噬菌体可以用来研究噬菌体侵染大肠杆菌的 过程中_________是否进入大肠杆菌
14C标记的14CO2可以用来研究_____________的过程
汉 水 丑 生 侯 伟 作 品
大肠杆菌
1、噬菌体是如何侵染大肠杆菌的？ 假设一：噬菌体的蛋白质外壳进 入细菌，DNA未进入 假设二：噬菌体的DNA进入细菌， 蛋白质外壳未进入
依据：能量转换和守 恒定律
光
化
能 德国 学 梅耶 能
储存在什 么物质中？
6、1864年萨克斯的实验
光照
一 在 半 暗 曝 处 光 放 ， 置
一 几 暗处理
半 小 遮 的 光 叶 片
碘蒸汽处理
酒精 脱色
结论:绿色叶片在光合作用中产生了淀粉
7.1880年，美国科学家恩格尔
曼
黑
暗
处
暴
用
露
极
在
细
光
光
下
束
最早发现的碳元素原子量是12，后来又发现了原子量
为13和14的碳元素，12C、13C和14C除了原子量不同
外，其他的化学性质相同，因此只能放在元素周期表
的
同
一
位
置
，
这
就
是
同
位
素
名
称
最
初
的
由
来
。汉 水 丑 生 侯 伟 作 品
放射性同位素：
原子核能自动放射出看不见的具
有一定穿透能力的射线。用特定
汉
水
丑
生
对ＤＮＡ复制方式的推测
提问4 四条链中，有两条是原来的模板链，称为“母链”， 两条新合成的链称为“子链”，你觉得复制后的两个DNA的两 条链是怎样的？
？
半保留复制
半保留复制
轻DNA
汉 水 丑 生 侯 伟 作 品
重DNA
N14 N14
N15 N15
你觉得这两种DNA最大的区别是什么？ 分子质量
如何依据两种DNA分子质量不同这一特点来区分两 种DNA？ 离心
验。实验结果如右图，下列判断正确的是( A )
将可见光通过三棱镜后照射到绿色植物叶片的某 种色素提取液上，可获得该吸收光谱(图中的数字 表示光的波长，单位为nm，暗带表示溶液吸收该 波长的光后形成的光谱)。则该色素是( D )
A.类胡萝卜素 C.胡萝卜素
B.叶黄素 D.叶绿素a
1 23 4
红枫是一种木本观赏植物，在生长季节叶片呈红 色，下列关于该植物的叙述，正确的是( C ) A.红枫叶片不含叶绿素 B.红枫叶片呈红色是因为吸收了红光 C.红枫叶片能吸收光能进行光合作用 D.液泡中色素吸收的光能用于光合作用
防止研磨中色素被破坏。）
滤纸吗？
将研磨液迅速倒入玻 璃漏斗中进行过滤。
收集滤液,封口。
2、分离绿叶中的色素
纸层析法
制备滤纸条
画滤液细线
剪去两
角的原
铅笔线
因？画铅笔细线
细、直、齐 重复2—3次
色素的分离： 纸层析法
原理：不同色素随层析液在滤纸上扩散速度 不同，从而分离色素。
培养皿
汉 水 丑 生 侯 伟 作 品
与作用
(橙黄色) (黄色)
吸收蓝紫光
(蓝绿色)
吸收红光、蓝紫光
(黄绿色)
叶绿素a（中心色素）具有吸收、传递和 转换光能的作用，其余色素（天线色素） 仅具有吸收和传递光能的作用。
(2014·绵阳模拟)某生物兴趣小组想探究蔬菜不同叶 片在叶绿素含量上的区别，选择了新鲜菠菜的“绿叶 ”、“嫩黄叶”，做“绿叶中色素的提取和分离”实
同位素的应用：
①科学家通过特殊的放射性显影装置追踪放射性同位 素标记的化合物，可以弄清生命活动和化学反应的过 程。例如。汉
水 丑 生 侯 伟 作 品
用3H标记的氨基酸可以用来研究___________过程
35S标记的噬菌体可以用来研究噬菌体侵染大肠杆 菌的过程中_________是否进入大肠杆菌。
作用、提取溶解的分子。然后将提取物用纸层析法分离，
并通过一定的方法鉴定其成分。
①通C14O2光下培养 ②杀死细胞，终止光合作用 ③提取溶液中的物质，纸层析法分离 ④从滤纸上洗脱物质，并鉴定
实验结果：
照光30秒，发现放射性出现在多种化合物 中，有C C C C C 化合物。汉
水 丑 生 侯 伟 作 品
照
射
恩吉尔曼实验的结果
积 极 思 维
分析：这一巧妙的实验说明了什么？
叶绿体中的色素对不同波长的吸收的 强度不同，主要吸收红光与蓝紫光， 几乎不吸收绿光
8.1939年，美国的科学家鲁宾和卡门利用同位素 标记法,用18O做示踪原子，对光合作用的产物氧 气中氧的来源进行了探究。
鲁宾和卡门实验
CO2
18O2
大肠杆菌
①先标记细菌：在含有放射性同位素 32P的培养基中培养细菌。 ②再标记噬菌体:用上述细菌培养噬菌 体，制备含32P的噬菌体
第一组实验：用35S标记的噬菌体（跟踪噬菌体的_____） 侵染普通的大肠杆菌，保温一段时间，搅拌，离心，检 测沉淀物（大肠杆菌）和上清液的放射性。
第二组实验：用32P标记的噬菌体（跟踪噬菌体的_____） 侵染普通的大肠杆菌，保温一段时间，搅拌，离心，检 测沉淀物（大肠杆菌）和上清液的放射性。
N14 N15
中DNA
按半保留复制演绎推理
结果 预期
按全保留复制演绎推理
结果 预期
亲代DNA
15N 15N
15N 15N
在14N环境 中DNA复制 1次
15N 14N
14N 15N
15N 15N
14N 14N
DNA复 制2次
15N 14N 14N 14N 14N 14N 14N 15N
15N 15N 14N 14N 14N 14N 14N 14N
由于叶绿素的含量大大超过类 胡萝卜素，而使类胡萝卜素的 颜色被掩盖，只显示出叶绿素 的绿色
由于叶绿素比类胡萝卜素易 受到低温的破坏，秋季低温 使叶绿素大量破坏，而使类 胡萝卜素的颜色显示出来
二、色素的作用
叶绿体中的色 素提取液
叶绿素主要吸收_蓝__紫_光__、__红_光__ 类胡萝卜素主要吸收_蓝__紫_光____
同位素的应用：
②科学家也可通过测量分子质量或用离心技术来区 别同位素。
用18O标记的H218O和C18O2可以用来研究 ____________________________________。
用15N标记的大肠杆菌的DNA可以用来研究 ____________________________________。
层析液
色素在层析液体中溶解度大，扩散速度快；溶解度 小，扩散速度慢。
（石油醚）
注意：层析液不能没及滤液线
3、色素的种类
胡萝卜素（ 橙黄色）
胡
类胡萝卜素
爷
(1/4)
叶黄素（黄 色）
爱
叶绿素a(蓝绿色)
叶绿素
币
(3/4) 叶绿素b（黄绿色）
汉 水 丑 生 侯 伟 作 品
分析：为什么植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶片金 黄呢？
卡尔文的思路：用C14标记的C14O2，供小球藻进行光合作 用，然后追踪检测其放射性依次出现在什么物质里，从 而弄明白CO2中的碳转化成有机物的途径。
汉 水 丑 生 侯 伟 作 品
将小球藻放置在密闭容器中,然后将14C标记的14CO2 通入容器，在照光后的不同时间，将培养的小球藻浸入 热的乙醇中，这种处理有三种功效:杀死细胞、终止酶的
3、 4、 5、 6、 7
如何确定放射性首先Biblioteka Baidu现在哪个化合物中？
卡尔文和他的科研小组通过不断缩短光照 时间，发现放射性几乎只出现在一种三碳化合 物（ C3化合物）中，从而证明最先生成的是C3 化合物。
光合作用的探究历程(连线)
知识梳理
答案
同位素标记法小结：
同位素：质子数相同，中子数不同的同一元素。例如，
1 23 4
1、问题：植物生长所需的物质来自何处？
2000多年前 亚里士多德 (Aristotle)
认为：构成植物 体的原料是土壤 植物增加的重量=土壤减少的重量
2、1648年比利时海尔蒙特的实验 五年后
柳树增重80kg 土壤只减少0.06kg
结论：植物增重主要来自水分
3、1771年英国普利斯特利实验
光合作用的完整单位——叶绿体
4 1 2 3
捕获光能的色素和结构
一、绿叶中色素的提取和分离
1、提取绿叶的色素
原理：色素能溶 解在有机溶剂无水乙 醇中，所以可用无水 乙醇提取色素。
称取5g的绿叶，剪碎，放入研钵中。
汉 水 丑 生 侯 伟 作 品
少许二氧化硅和碳酸钙 再放入10mL无水乙醇
（二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可
一段时间后
一段时间后
普 利 斯 特 利 实 验
结论：植物可以更新空气
4、1779年，荷兰 英格豪斯的实验
A组 B组
结论：只有在实光验照重下复绿了叶5才0可0多以次更新空气
1785年，发现了空气的组成， 科学家在明确绿叶在光下放出的 气体是氧气，吸收的是二氧化碳
5、 1845年，德国的科学家梅 耶指出：植物光合作用时，把光能 转换成化成化学能储存起来。
C18O2
O2
绿色植物
（如小球 藻）
H218O
H2O
光合作用产生的有机 物又是怎样合成的呢？
1961年诺贝 尔化学奖得主
20世纪40年代，美国科
学家卡尔文利用放射性
同位素14C标记的14CO2做 实验研究这一问题。最
终探明CO2中的碳在光合 作用中转化成有机物中
的碳的途径，这一途径
称为卡尔文循环。
侯
的
显
影
装
置
可
检
测
到
。伟 作 品
稳定性同位素： 原子核比较稳定，不能发出射线
14C是放射性同位素，12C、13C则是
稳定性同位素。高中阶段学习过的放射
性同为素还有_______、_______、
________、131I等。需要注意的是15N和
O是稳定性同位素。 18
汉 水 丑 生 侯 伟 作 品
2、如何才能知道噬菌体的DNA和 蛋白质外壳有没有进入细菌？
放射性同位素示踪法
P DNA：C、H、O、N、P 32
能不能用H3、C14标记噬菌体？
汉
水
丑
生
侯
伟
作 品
S 蛋白质：C、H、O、N、S 35
能不能同时用P32和S35标记噬菌体？
如何标记噬菌体？
32P标记的噬菌体可以用来研究噬菌体侵染大肠杆菌的 过程中_________是否进入大肠杆菌
14C标记的14CO2可以用来研究_____________的过程
汉 水 丑 生 侯 伟 作 品
大肠杆菌
1、噬菌体是如何侵染大肠杆菌的？ 假设一：噬菌体的蛋白质外壳进 入细菌，DNA未进入 假设二：噬菌体的DNA进入细菌， 蛋白质外壳未进入
依据：能量转换和守 恒定律
光
化
能 德国 学 梅耶 能
储存在什 么物质中？
6、1864年萨克斯的实验
光照
一 在 半 暗 曝 处 光 放 ， 置
一 几 暗处理
半 小 遮 的 光 叶 片
碘蒸汽处理
酒精 脱色
结论:绿色叶片在光合作用中产生了淀粉
7.1880年，美国科学家恩格尔
曼
黑
暗
处
暴
用
露
极
在
细
光
光
下
束
最早发现的碳元素原子量是12，后来又发现了原子量
为13和14的碳元素，12C、13C和14C除了原子量不同
外，其他的化学性质相同，因此只能放在元素周期表
的
同
一
位
置
，
这
就
是
同
位
素
名
称
最
初
的
由
来
。汉 水 丑 生 侯 伟 作 品
放射性同位素：
原子核能自动放射出看不见的具
有一定穿透能力的射线。用特定
汉
水
丑
生
对ＤＮＡ复制方式的推测
提问4 四条链中，有两条是原来的模板链，称为“母链”， 两条新合成的链称为“子链”，你觉得复制后的两个DNA的两 条链是怎样的？
？
半保留复制
半保留复制
轻DNA
汉 水 丑 生 侯 伟 作 品
重DNA
N14 N14
N15 N15
你觉得这两种DNA最大的区别是什么？ 分子质量
如何依据两种DNA分子质量不同这一特点来区分两 种DNA？ 离心
验。实验结果如右图，下列判断正确的是( A )
将可见光通过三棱镜后照射到绿色植物叶片的某 种色素提取液上，可获得该吸收光谱(图中的数字 表示光的波长，单位为nm，暗带表示溶液吸收该 波长的光后形成的光谱)。则该色素是( D )
A.类胡萝卜素 C.胡萝卜素
B.叶黄素 D.叶绿素a
1 23 4
红枫是一种木本观赏植物，在生长季节叶片呈红 色，下列关于该植物的叙述，正确的是( C ) A.红枫叶片不含叶绿素 B.红枫叶片呈红色是因为吸收了红光 C.红枫叶片能吸收光能进行光合作用 D.液泡中色素吸收的光能用于光合作用
防止研磨中色素被破坏。）
滤纸吗？
将研磨液迅速倒入玻 璃漏斗中进行过滤。
收集滤液,封口。
2、分离绿叶中的色素
纸层析法
制备滤纸条
画滤液细线
剪去两
角的原
铅笔线
因？画铅笔细线
细、直、齐 重复2—3次
色素的分离： 纸层析法
原理：不同色素随层析液在滤纸上扩散速度 不同，从而分离色素。
培养皿
汉 水 丑 生 侯 伟 作 品
与作用
(橙黄色) (黄色)
吸收蓝紫光
(蓝绿色)
吸收红光、蓝紫光
(黄绿色)
叶绿素a（中心色素）具有吸收、传递和 转换光能的作用，其余色素（天线色素） 仅具有吸收和传递光能的作用。
(2014·绵阳模拟)某生物兴趣小组想探究蔬菜不同叶 片在叶绿素含量上的区别，选择了新鲜菠菜的“绿叶 ”、“嫩黄叶”，做“绿叶中色素的提取和分离”实
同位素的应用：
①科学家通过特殊的放射性显影装置追踪放射性同位 素标记的化合物，可以弄清生命活动和化学反应的过 程。例如。汉
水 丑 生 侯 伟 作 品
用3H标记的氨基酸可以用来研究___________过程
35S标记的噬菌体可以用来研究噬菌体侵染大肠杆 菌的过程中_________是否进入大肠杆菌。
作用、提取溶解的分子。然后将提取物用纸层析法分离，
并通过一定的方法鉴定其成分。
①通C14O2光下培养 ②杀死细胞，终止光合作用 ③提取溶液中的物质，纸层析法分离 ④从滤纸上洗脱物质，并鉴定
实验结果：
照光30秒，发现放射性出现在多种化合物 中，有C C C C C 化合物。汉
水 丑 生 侯 伟 作 品
照
射
恩吉尔曼实验的结果
积 极 思 维
分析：这一巧妙的实验说明了什么？
叶绿体中的色素对不同波长的吸收的 强度不同，主要吸收红光与蓝紫光， 几乎不吸收绿光
8.1939年，美国的科学家鲁宾和卡门利用同位素 标记法,用18O做示踪原子，对光合作用的产物氧 气中氧的来源进行了探究。
鲁宾和卡门实验
CO2
18O2
大肠杆菌
①先标记细菌：在含有放射性同位素 32P的培养基中培养细菌。 ②再标记噬菌体:用上述细菌培养噬菌 体，制备含32P的噬菌体
第一组实验：用35S标记的噬菌体（跟踪噬菌体的_____） 侵染普通的大肠杆菌，保温一段时间，搅拌，离心，检 测沉淀物（大肠杆菌）和上清液的放射性。
第二组实验：用32P标记的噬菌体（跟踪噬菌体的_____） 侵染普通的大肠杆菌，保温一段时间，搅拌，离心，检 测沉淀物（大肠杆菌）和上清液的放射性。
N14 N15
中DNA
按半保留复制演绎推理
结果 预期
按全保留复制演绎推理
结果 预期
亲代DNA
15N 15N
15N 15N
在14N环境 中DNA复制 1次
15N 14N
14N 15N
15N 15N
14N 14N
DNA复 制2次
15N 14N 14N 14N 14N 14N 14N 15N
15N 15N 14N 14N 14N 14N 14N 14N
由于叶绿素的含量大大超过类 胡萝卜素，而使类胡萝卜素的 颜色被掩盖，只显示出叶绿素 的绿色
由于叶绿素比类胡萝卜素易 受到低温的破坏，秋季低温 使叶绿素大量破坏，而使类 胡萝卜素的颜色显示出来
二、色素的作用
叶绿体中的色 素提取液
叶绿素主要吸收_蓝__紫_光__、__红_光__ 类胡萝卜素主要吸收_蓝__紫_光____
同位素的应用：
②科学家也可通过测量分子质量或用离心技术来区 别同位素。
用18O标记的H218O和C18O2可以用来研究 ____________________________________。
用15N标记的大肠杆菌的DNA可以用来研究 ____________________________________。
层析液
色素在层析液体中溶解度大，扩散速度快；溶解度 小，扩散速度慢。
（石油醚）
注意：层析液不能没及滤液线
3、色素的种类
胡萝卜素（ 橙黄色）
胡
类胡萝卜素
爷
(1/4)
叶黄素（黄 色）
爱
叶绿素a(蓝绿色)
叶绿素
币
(3/4) 叶绿素b（黄绿色）
汉 水 丑 生 侯 伟 作 品
分析：为什么植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶片金 黄呢？
卡尔文的思路：用C14标记的C14O2，供小球藻进行光合作 用，然后追踪检测其放射性依次出现在什么物质里，从 而弄明白CO2中的碳转化成有机物的途径。
汉 水 丑 生 侯 伟 作 品
将小球藻放置在密闭容器中,然后将14C标记的14CO2 通入容器，在照光后的不同时间，将培养的小球藻浸入 热的乙醇中，这种处理有三种功效:杀死细胞、终止酶的
3、 4、 5、 6、 7
如何确定放射性首先Biblioteka Baidu现在哪个化合物中？
卡尔文和他的科研小组通过不断缩短光照 时间，发现放射性几乎只出现在一种三碳化合 物（ C3化合物）中，从而证明最先生成的是C3 化合物。
光合作用的探究历程(连线)
知识梳理
答案
同位素标记法小结：
同位素：质子数相同，中子数不同的同一元素。例如，
1 23 4
1、问题：植物生长所需的物质来自何处？
2000多年前 亚里士多德 (Aristotle)
认为：构成植物 体的原料是土壤 植物增加的重量=土壤减少的重量
2、1648年比利时海尔蒙特的实验 五年后
柳树增重80kg 土壤只减少0.06kg
结论：植物增重主要来自水分
3、1771年英国普利斯特利实验
光合作用的完整单位——叶绿体
4 1 2 3
捕获光能的色素和结构
一、绿叶中色素的提取和分离
1、提取绿叶的色素
原理：色素能溶 解在有机溶剂无水乙 醇中，所以可用无水 乙醇提取色素。
称取5g的绿叶，剪碎，放入研钵中。
汉 水 丑 生 侯 伟 作 品
少许二氧化硅和碳酸钙 再放入10mL无水乙醇
（二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可
一段时间后
一段时间后
普 利 斯 特 利 实 验
结论：植物可以更新空气
4、1779年，荷兰 英格豪斯的实验
A组 B组
结论：只有在实光验照重下复绿了叶5才0可0多以次更新空气
1785年，发现了空气的组成， 科学家在明确绿叶在光下放出的 气体是氧气，吸收的是二氧化碳
5、 1845年，德国的科学家梅 耶指出：植物光合作用时，把光能 转换成化成化学能储存起来。
C18O2
O2
绿色植物
（如小球 藻）
H218O
H2O
光合作用产生的有机 物又是怎样合成的呢？
1961年诺贝 尔化学奖得主
20世纪40年代，美国科
学家卡尔文利用放射性
同位素14C标记的14CO2做 实验研究这一问题。最
终探明CO2中的碳在光合 作用中转化成有机物中
的碳的途径，这一途径
称为卡尔文循环。
侯
的
显
影
装
置
可
检
测
到
。伟 作 品
稳定性同位素： 原子核比较稳定，不能发出射线
14C是放射性同位素，12C、13C则是
稳定性同位素。高中阶段学习过的放射
性同为素还有_______、_______、
________、131I等。需要注意的是15N和
O是稳定性同位素。 18
汉 水 丑 生 侯 伟 作 品