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課標(biāo)版 生物 第8講 光合作用,知識一 捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu) 一、捕獲光能的色素及其提取和分離 1.捕獲光能的色素 (1)分布:主要分布在① 葉綠體類囊體薄膜上 。 (2)功能:吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能,其中葉綠素主要吸收② 藍(lán)紫光和紅 光;類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光。,2.色素的提取、分離原理 (1)提取:可以利用③ 無水乙醇 提取綠葉中的色素,在研磨時還應(yīng)加入 少許二氧化硅和④ 碳酸鈣 ,其中前者有助于⑤ 研磨充分 ,后者可 防止研磨中色素被破壞。 (2)分離:層析液是一種脂溶性很強(qiáng)的有機(jī)溶劑,色素在層析液中的溶解度 不同:⑥ 溶解度大 的在濾紙上擴(kuò)散得快,溶解度小的隨層析液在濾紙 上擴(kuò)散得慢。因此,綠葉中的色素就在擴(kuò)散過程中被分開。,3.層析時,在濾紙條上會呈現(xiàn)四條色素帶,從上到下依次是:⑦ 胡蘿卜素、 葉黃素、葉綠素a和葉綠素b(記憶口訣:胡葉a b) ,它們的顏色自上而下依 次是⑧ 橙黃色 、黃色、⑨ 藍(lán)綠色 、黃綠色,其中色素帶最寬的色 素呈⑩ 藍(lán)綠 色,在層析液中溶解度最大的色素呈 橙黃 色。 二、捕獲光能的結(jié)構(gòu)——葉綠體 1.結(jié)構(gòu):,3.恩格爾曼的實驗:好氧細(xì)菌只分布于⑨ 葉綠體被光束照射 的部位周圍。,2.功能:進(jìn)行⑧ 光合作用 的主要場所。,1.判斷有關(guān)葉綠體色素敘述的正誤。 (1)植物呈現(xiàn)綠色是由于葉綠素能有效地吸收綠光。(2013課標(biāo)Ⅱ,2D)(?) (2)提取綠葉中的色素過程中,研磨時加入石英砂可使葉片研磨更充分。(2 013海南單科,8D)(√) (3)葉綠素a和葉綠素b主要吸收紅光和藍(lán)紫光。(2012海南單科,9A)(√) (4)液泡中色素吸收的光能用于光合作用。(2011海南單科,12D)(?) (5)葉綠素對低溫較敏感,低溫易分解,故秋季葉片變黃。 (√),2.下圖表示葉綠體中色素的提取和分離實驗的部分材料和用具。據(jù)圖回 答: (1)圖中步驟①中加入研缽內(nèi)的物質(zhì): A. 10 mL,作用是 ; B. 少許,作用是使研磨得充分;,C. 少許,作用是 。 (2)圖中步驟②將糨糊狀的研磨液倒入漏斗中,漏斗基部放有 。 (3)圖中步驟③剪去兩角的作用是 ,畫濾液細(xì) 線的要求是 。 (4)圖中步驟④中關(guān)鍵應(yīng)注意 ;加蓋的目的是 ;色素帶最寬的是 ;擴(kuò)散速度最快的 是 。 答案 (1)無水乙醇 溶解色素 二氧化硅 碳酸鈣 防止色素被破壞 (2)單層尼龍布 (3)防止色素帶不整齊 細(xì)、齊、直 (4)層析液不要沒 及濾液細(xì)線 防止層析液揮發(fā) 葉綠素a 胡蘿卜素,,解析 (1)研磨時除綠葉外需要加入3種物質(zhì)無水乙醇、二氧化硅和碳酸 鈣,10 mL無水乙醇,作用是溶解色素,二氧化硅可以增大摩擦力,使細(xì)胞和葉 綠體破碎;細(xì)胞破碎后,會溢出有機(jī)酸,為防止葉綠素中的鎂被氫取代,破壞 葉綠素,研磨時需加入少許碳酸鈣以中和有機(jī)酸。(2)過濾研磨液時,漏斗基 部不能放濾紙,因為色素可吸附在濾紙上,一般放一塊單層尼龍布進(jìn)行過 濾。(3)步驟③剪去兩角的作用是防止兩邊色素擴(kuò)散過快。畫濾液細(xì)線的 要求是細(xì)、齊、直。(4)層析時關(guān)鍵應(yīng)注意不能讓層析液沒及濾液細(xì)線,否 則,濾液細(xì)線上的色素會被層析液溶解,色素不能分離。4種色素溶于層析 液中,因溶解度的差異,在濾紙條上擴(kuò)散的速度不同,從而達(dá)到分離的目 的。由于層析液有毒,而且可以揮發(fā),所以步驟④中燒杯要加蓋,色素帶的,寬度不同是由各種色素含量不同造成的,含量越多,色素帶越寬,一般植物 葉片中葉綠素a含量最多,所以葉綠素a色素帶最寬。擴(kuò)散速度最快的是胡 蘿卜素。,知識二 光合作用原理及應(yīng)用 一、光合作用的探究歷程 1.直到18世紀(jì)中期,人們一直以為只有① 土壤中的水分 是植物建造自 身的原料。 2.1771年,英國科學(xué)家普利斯特利的實驗證實:② 植物 可以更新因蠟燭 燃燒或小白鼠呼吸而變得污濁的空氣。 3.1779年,荷蘭科學(xué)家英格豪斯證明了③ 陽光 在更新空氣中不可缺少。,4.1785年,隨著空氣組成成分的發(fā)現(xiàn),人們才明確綠葉在光下放出和吸收的 氣體分別是④ O2和CO2 。 5.1864年,德國植物學(xué)家薩克斯的實驗證實了光合作用的產(chǎn)物除氧氣外還 有⑤ 淀粉 。 6.1941年,美國科學(xué)家魯賓和卡門利用⑥ 同位素標(biāo)記法 證明了光合作 用釋放的氧氣來自水。 7.20世紀(jì)40年代,美國科學(xué)家卡爾文,利用⑦ 同位素標(biāo)記技術(shù)最終探明了 ⑧ CO2 中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成⑨ 有機(jī)物 中碳的途徑。,1.反應(yīng)式:① CO2+H2O (CH2O)+O2 。 2.過程,二、光合作用的反應(yīng)式及過程,光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供 [H]和ATP ;暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供 ADP和Pi 。,三、影響光合作用的因素和化能合成作用 1.影響光合作用的因素 2.光合作用和化能合成作用的比較,1.判斷有關(guān)光合作用敘述的正誤。 (1)類囊體產(chǎn)生的ATP可用于暗反應(yīng)。(2014海南單科,7A)(√) (2)水是光合作用的原料,又是光合產(chǎn)物在植物體內(nèi)運輸?shù)闹饕橘|(zhì),停止供 水,植物光合速率下降。[2012浙江理綜,30(1)](√) (3)在葉肉細(xì)胞中,CO2的固定和產(chǎn)生場所分別是葉綠體基質(zhì)、線粒體基 質(zhì)。(2010天津理綜,1A)(√) (4)光合作用過程中光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能,細(xì)胞呼吸過程中化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?和ATP。(2009浙江理綜,4C)(?),(5)破壞葉綠體外膜后,O2不能產(chǎn)生。(2011浙江理綜,1A)(?) (6)夏季連續(xù)陰天,大棚中白天適當(dāng)增加光照,夜晚適當(dāng)降溫,可以提高作物 產(chǎn)量。(2009浙江理綜,4D)(√),2.在正常條件下進(jìn)行光合作用的某植物,當(dāng)突然改變某條件后,發(fā)現(xiàn)該植物 葉肉細(xì)胞內(nèi)C5含量突然上升,則改變的條件可能是 ( ) A.停止光照 B.升高CO2濃度 C.降低CO2濃度 D.停止光照并降低CO2濃度 答案 C CO2是暗反應(yīng)進(jìn)行的條件之一,如果CO2減少,CO2的固定受影 響,C3合成減少,所利用C5減少,已有的C3仍會通過C3的還原途徑生成C5。這 樣C5就積累起來。,,3.光合作用的過程可分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個階段,下列說法正確的是 ( ) A.葉綠體的類囊體膜上進(jìn)行光反應(yīng)和暗反應(yīng) B.葉綠體的類囊體膜上進(jìn)行暗反應(yīng),不進(jìn)行光反應(yīng) C.葉綠體基質(zhì)中可進(jìn)行光反應(yīng)和暗反應(yīng) D.葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行暗反應(yīng),不進(jìn)行光反應(yīng) 答案 D 葉綠體類囊體的薄膜是進(jìn)行光合作用光反應(yīng)的場所,而葉綠體 基質(zhì)是進(jìn)行暗反應(yīng)的場所。,,4.下列變化中,可在葉綠體基質(zhì)中完成的是 ( ) ①H2O [H]+O2 ②ATP ADP+Pi+能量 ③C3還原為C6H12O6、C5 ④CO2+C5 2C3 A.①②③ B.①③④ C.②③④ D.①②③④ 答案 C 葉綠體基質(zhì)是進(jìn)行暗反應(yīng)的場所,主要進(jìn)行CO2的固定和C3的 還原,在該階段需要消耗光反應(yīng)產(chǎn)生的[H]和ATP,而①過程是水的光解,發(fā) 生在葉綠體類囊體薄膜上。,,突破一 光合作用原理與應(yīng)用 1.影響光合作用的因素 (1)單因子,(2)多因子,2.外界條件變化時C5、C3、[H]等的變化,3.凈光合速率的測定 (1)NaHCO3溶液作用:燒杯中的NaHCO3溶液保證了容器內(nèi)CO2濃度的恒 定,滿足了綠色植物光合作用的需求。 (2)植物凈光合速率測定指標(biāo):植物光合作用釋放氧氣,使容器內(nèi)氣體壓強(qiáng) 增大,毛細(xì)管內(nèi)的水滴右移。單位時間內(nèi)水滴右移的體積即表示凈光合 速率。,(3)條件:整個裝置必須在光下,光是植物進(jìn)行光合作用的條件。,典例1 (2014江蘇單科,31,8分)為研究浮游藻類的光合作用,將一種綠藻培 養(yǎng)至指數(shù)生長期,并以此為材料,測定了藻細(xì)胞在不同條件下的凈光合速率 (Pn)。圖1為光合放氧測定裝置的示意圖;圖2是不同NaHCO3濃度(pH 8.5,2 5 ℃)條件下測得的Pn曲線圖。請回答下列問題:,(1)通過變換圖1中光源,可研究 、 對光合作用的影響。 (2)在測定不同光照對Pn的影響時,如不精確控制溫度,則測得的光照與Pn 的關(guān)系 (填“呈正相關(guān)”、“呈負(fù)相關(guān)”或“難以確定”)。,(3)由于弱堿性的藻培養(yǎng)液中游離CO2濃度很低,藻光合作用主要通過胞內(nèi) 碳酸酐酶(CA)分解水中的HC 獲得CO2。圖2中達(dá)到最大Pn值的最低 NaHCO3濃度為 ;在更高NaHCO3濃度下,Pn不再增加的主要原因有 、 。 (4)培養(yǎng)基中的HC 與C 之間的離子平衡與pH有關(guān),堿性條件下pH越高, HC 越少,C 越多,而C 幾乎不能被該藻利用。在測定不同pH(7.0~1 0.0)對光合作用的影響時,導(dǎo)致Pn發(fā)生變化的因素有 、 。 解析 (1)光照強(qiáng)度和光質(zhì)均會影響光合速率,該實驗可通過可調(diào)光源研 究這兩個因素對光合速率的影響。(2)光照的改變會使Pn改變,溫度改變時,,Pn也隨之改變,自變量不單一,無法確定光照與Pn的關(guān)系。(3)由圖2可知:最 大Pn值所對應(yīng)的最低NaHCO3濃度為120 mgL-1;在一定范圍內(nèi),隨NaHCO3 濃度增加,Pn也增加;在更高NaHCO3濃度下,Pn不再增加可能是CO2濃度達(dá) 到了飽和點,也可能是CA數(shù)量有限不能分解更多的NaHCO3。(4)pH改變不 僅影響HC 的含量,也會影響CA的活性,從而影響CO2的供應(yīng),因而導(dǎo)致Pn 變化。 答案 (1)光強(qiáng) 光質(zhì) (2)難以確定 (3)120 mgL-1 達(dá)到了CO2飽和點 CA量有限 (4)CO2(或 HC )供應(yīng)量不同 CA(細(xì)胞)活性變化,1-1 下列有關(guān)光合作用過程的敘述中正確的是 ( ) A.葉綠體類囊體膜上進(jìn)行暗反應(yīng),也進(jìn)行光反應(yīng) B.光反應(yīng)為C3的還原提供[H]、ATP C.突然停止光照,葉綠體中C3的含量將下降 D.若氣孔關(guān)閉,葉綠體中C5的含量將下降 答案 B 解析 光反應(yīng)在葉綠體類囊體薄膜上進(jìn)行,暗反應(yīng)在葉綠體的基質(zhì)中進(jìn) 行,A錯誤;突然停止光照,葉綠體中C3的含量將上升,C錯誤;若氣孔關(guān)閉,葉 綠體中C5的含量將升高,D錯誤。,,1-2 下圖表示一株水稻葉肉細(xì)胞內(nèi)的C5化合物含量在24 h內(nèi)的變化過程, 請據(jù)圖分析: (1)C5化合物的產(chǎn)生和消耗主要發(fā)生于葉綠體的 中。,(2)AB段和IJ段的C5含量維持在較低的水平,其主要原因是缺乏 (化合物)。G點時C5化合物含量升高的主要原因是缺乏 (物質(zhì))。 (3) (填字母)段的出現(xiàn)可能是由于白天該地區(qū)天氣暫時由晴轉(zhuǎn)陰 所造成的。 答案 (1)基質(zhì) (2)[H](或NADPH)、ATP(二者答對其一即可) CO2 (3)CD 解析 (1)C5的產(chǎn)生和消耗發(fā)生在暗反應(yīng)階段,場所為葉綠體基質(zhì)中。(2) AB段和IJ段是無光階段,不能進(jìn)行光反應(yīng),不能產(chǎn)生[H](或NADPH)和ATP, C3不能轉(zhuǎn)變?yōu)镃5,而C5可與CO2結(jié)合生成C3,所以C5含量極低;在中午時,植物 為防止蒸騰過度關(guān)閉氣孔,使外界CO2無法進(jìn)入葉肉細(xì)胞間隙,細(xì)胞缺少CO,,2而使C5不能轉(zhuǎn)變?yōu)镃3,但C3還可在光反應(yīng)產(chǎn)生的[H]和ATP的作用下生成C 5,所以C5含量上升。(3)天氣暫時由晴轉(zhuǎn)陰時,光照強(qiáng)度減弱,產(chǎn)生的[H]和 ATP減少,C3轉(zhuǎn)變?yōu)镃5的量減少,而C5的消耗不變故C5含量下降,當(dāng)再由陰轉(zhuǎn) 晴時,光照強(qiáng)度增強(qiáng),C5含量上升。,突破二 光合作用與細(xì)胞呼吸綜合 1.光合作用和細(xì)胞呼吸的區(qū)別,2.光合作用和細(xì)胞呼吸的聯(lián)系 (1)物質(zhì)聯(lián)系 ①C元素:CO2 (CH2O) 丙酮酸 CO2 ②O元素:H2O O2 H2O ③H元素:H2O [H] (CH2O) [H] H2O (2)能量聯(lián)系,1.光合作用與有氧呼吸過程中[H]和ATP來源、去路的比較,2.光合作用與呼吸作用綜合曲線解讀 曲線解讀如下表:,典例2 夏季晴朗的一天,甲乙兩株同種植物在相同條件下CO2吸收速率的 變化如圖所示。下列說法正確的是 ( ) A.甲植株在a點開始進(jìn)行光合作用,B.乙植株在e點有機(jī)物積累量最多 C.曲線b-c段和d-e段下降的原因相同 D.兩曲線b-d段不同的原因可能是甲植株氣孔無法關(guān)閉 解題關(guān)鍵,解析 圖中兩曲線可表示植物的凈光合速率,a點時光合速率等于呼吸速 率,說明甲植株在a點前就已經(jīng)開始進(jìn)行光合作用,A錯誤;乙植株在18時后 凈光合速率小于0,該植株在18時有機(jī)物的積累量最多,B錯誤;曲線b-c段下 降的原因是氣孔關(guān)閉,乙植株因二氧化碳供應(yīng)不足導(dǎo)致光合速率下降,曲線 d-e段光合速率下降的原因則是光照強(qiáng)度減弱,C錯誤。分析兩曲線b-d段可 知,中午時乙植株出現(xiàn)凈光合速率先下降后上升的現(xiàn)象,這可能是由于乙植 株氣孔發(fā)生關(guān)閉造成的,而甲植株沒有發(fā)生類似的現(xiàn)象可能是甲植株氣孔 無法關(guān)閉,D正確。 答案 D,2-1 如圖是某高等生物細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的生理過程示意圖,1、2、3、4、5、6 表示生理過程,A、B、C、D表示化學(xué)物質(zhì)。下列說法錯誤的是 ( ) A.圖中代表暗反應(yīng)的是6 B.圖中代表有氧呼吸第二階段的是3,C.A、B代表的物質(zhì)分別是丙酮酸和[H] D.發(fā)生于高等動物細(xì)胞內(nèi)的生理過程有1、2、3、4 答案 D 解析 結(jié)合光合作用和細(xì)胞呼吸的過程可知,1、2、3、4、5、6分別表 示細(xì)胞呼吸的第一階段、無氧呼吸的第二階段、有氧呼吸的第二階段、 有氧呼吸的第三階段、光合作用光反應(yīng)階段、光合作用暗反應(yīng)階 段。A、B、C、D分別表示丙酮酸、[H]、ADP和Pi、ATP和[H]。因 此,A、B、C正確。高等動物細(xì)胞內(nèi)無氧呼吸不能產(chǎn)生酒精,因此不能發(fā)生 過程2,故D錯誤。,,2-2 如圖曲線表示適宜溫度下,光照強(qiáng)度對甲、乙兩種植物產(chǎn)生O2的影響 的實驗情況。下列哪項描述是不正確的 ( ) A.本實驗說明光合作用與光照強(qiáng)度有關(guān) B.在 C點,CO2濃度可能是影響甲和乙產(chǎn)生O2的因素,C.在A與B點曲線間,兩種植物的呼吸作用強(qiáng)于光合作用 D.在B與C點曲線間,甲乙兩植物只進(jìn)行光合作用 答案 D 解析 凈產(chǎn)氧量=光合作用產(chǎn)氧量-呼吸作用耗氧量。從圖示中可以看 出,光照強(qiáng)度不同,同一植物的光合作用強(qiáng)度不同,光照強(qiáng)度相同,不同植物 的光合作用強(qiáng)度大小不一樣,故光照強(qiáng)度是影響植物光合作用的外界因素, A正確;C點,甲乙兩種植物的光合作用強(qiáng)度達(dá)到最大值,說明光照強(qiáng)度不再 是影響光合作用的因素,此時,CO2濃度可能是影響兩種植物光合作用強(qiáng)度 的因素,B正確;在A與B點曲線間,兩種植物的呼吸作用消耗氧氣的量大于 光合作用產(chǎn)生氧氣的量,故C正確;在B與C點曲線間,甲乙兩植物的光合作,用大于呼吸作用強(qiáng)度,故凈產(chǎn)氧量為正值,D錯誤。,,突破三 實驗 葉綠體色素的提取和分離 1.實驗原理 (1)提取:葉綠體中的色素溶于有機(jī)溶劑而不溶于水,可用無水乙醇等有機(jī) 溶劑提取色素。 (2)分離:各種色素在層析液中溶解度不同,溶解度高的隨層析液在濾紙上 擴(kuò)散得快,反之則慢,從而使各種色素相互分離。 2.實驗操作,疑難診室 (1)收集到的濾液綠色過淺的原因分析 ①未加石英砂(二氧化硅),研磨不充分。 ②使用放置數(shù)天的菠菜葉,濾液色素(葉綠素)太少。 ③一次加入大量的無水乙醇(正確做法:分次加入少量無水乙醇提取色素)。 ④未加碳酸鈣或加入過少,色素分子被破壞。 (2)濾紙條色素帶重疊:濾紙條濾液細(xì)線接觸到層析液。 (3)濾紙條看不見色素帶 ①忘記畫濾液細(xì)線。 ②濾液細(xì)線接觸到層析液,且時間較長,色素全部溶解到層析液中。,典例3 在做“綠葉中色素的提取和分離”實驗時,甲、乙、丙、丁四位 同學(xué)使用相關(guān)試劑的情況如下表所示(“+”表示使用,“-”表示未使用), 其余操作均正常,他們所得的實驗結(jié)果依次應(yīng)為 ( ),A.①②③④ B.②④①③ C.④②③① D.③②①④ 解析 由表可知,甲同學(xué)加的溶劑為水,而不是有機(jī)溶劑丙酮,色素不溶于 水,因而提取不到葉綠體中的色素,所得結(jié)果應(yīng)為②;乙同學(xué)的操作正確,應(yīng),,為結(jié)果④,即自上而下依次出現(xiàn)胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a和葉綠素b 4 條色素帶,且葉綠素a和葉綠素b的含量較多;丙同學(xué)盡管使用了有機(jī)溶劑丙 酮,可以提取到色素,但由于未加CaCO3,葉綠素可能被破壞,因而葉綠素a和 葉綠素b兩條色素帶比正常的窄,應(yīng)為結(jié)果①;丁同學(xué)未加SiO2,可能研磨不 充分,導(dǎo)致各種色素的提取量均少于正常水平,應(yīng)為結(jié)果③。 答案 B,A.提取色素時加入碳酸鈣是為了防止濾液揮發(fā) B.水稻在收獲時節(jié),葉片中色素量的變化是(甲+乙)(丙+丁) C.四種色素都能溶解在層析液中,乙色素的溶解度最大 D.四種色素中,丙和丁主要吸收紅光 答案 B 解析 根據(jù)色素的含量及擴(kuò)散距離,可推出甲是葉綠素b,乙是葉綠素a,丙,,3-1 下列是新鮮綠葉的四種光合色素在濾紙上分離的情況,以下說法正確 的是 ( ),是葉黃素,丁是胡蘿卜素;提取色素時加入碳酸鈣是為了保護(hù)色素不被破 壞;水稻在收獲時節(jié),葉綠素大量分解,此時葉片中色素含量(甲+乙)(丙+ 丁);在層析液中,丁色素的溶解度最大;四種色素中,丙和丁主要吸收藍(lán)紫 光。,3-2 某同學(xué)提取得到葉綠體色素溶液后,取一圓形濾紙,在濾紙中央滴一 滴色素提取液,再滴一滴層析液,色素隨層析液擴(kuò)散得到如圖所示結(jié)果,則 1、2、3、4四條色素帶依次表示 ( ) A.胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b B.葉黃素、胡蘿卜素、葉綠素a、葉綠素b,C.葉綠素a、葉綠素b、胡蘿卜素、葉黃素 D.葉綠素b、葉綠素a、胡蘿卜素、葉黃素 答案 A 解析 色素隨層析液擴(kuò)散形成1、2、3、4四條不同的色素帶。色素在 層析液中的溶解度不同,擴(kuò)散速度不同,溶解度大的擴(kuò)散速度快,位于最外 圈的色素帶即圖中色素帶1是胡蘿卜素;溶解度小的擴(kuò)散速度慢,位于最里 圈的是葉綠素b,2、3分別是葉黃素和葉綠素a。,,