生物學(xué)案第三單元細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第5課時(shí)捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)及光合作用的原理

第5課時(shí)捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)及光合作用的原理課標(biāo)要求1.說明植物細(xì)胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)樘桥c氧氣的過程中，轉(zhuǎn)換并儲存為糖分子中的化學(xué)能。2.活動：提取和分離綠葉中的色素。考點(diǎn)一捕獲光能的色素1．綠葉中色素的提取和分離(1)實(shí)驗(yàn)原理試劑原理提取綠葉中的色素溶于，而不溶于水分離各種色素在中的不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得，反之則慢(2)實(shí)驗(yàn)步驟(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析色素種類顏色吸收光譜類胡蘿卜素(含量約占1/4)橙黃色主要吸收_______葉黃素葉綠素(含量約占3/4)藍(lán)綠色主要吸收________葉綠素b結(jié)果分析：①色素帶的條數(shù)與色素種類有關(guān)，四條色素帶說明有________色素。②色素帶的寬窄與色素含量有關(guān)，色素帶越寬說明此種色素含量________。色素帶最寬的是____________，最窄的是________________，葉綠素b的色素帶比葉黃素的稍寬。③色素帶擴(kuò)散速度與________有關(guān)，擴(kuò)散速度越快說明溶解度越________。④相鄰兩條色素帶之間距離最遠(yuǎn)的是__________________，最近的是______________。2．葉綠體中的色素及色素的吸收光譜由圖可以看出：(1)葉綠體中的色素只吸收________，而對紅外光和紫外光等不吸收。(2)葉綠素對________________的吸收量大，類胡蘿卜素對________的吸收量大，對其他波段的光并非不吸收，只是吸收量較少。源于必修1P99“圖5－12”“旁欄思考”(1)從葉綠素吸收光譜圖可知：葉綠素a在紅光部分的吸收帶較葉綠素b偏向長波方面，且吸收光譜帶比葉綠素b寬，葉綠素b在藍(lán)紫光部分的吸收光譜帶比葉綠素a________(填“寬”或“窄”)。(2)研究表明：在遮光條件下，以藍(lán)紫光為主的散光占比增加。請預(yù)測：在適當(dāng)遮光的條件下葉片(比如同一植物底層葉片)中葉綠素a/b________，弱光下的吸光能力________，有利于提高植物的捕光能力，是對弱光環(huán)境的一種適應(yīng)。(3)植物工廠里為什么不用發(fā)綠光的光源？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．海洋中的藻類，習(xí)慣上依其顏色分為綠藻、褐藻和紅藻，它們在海水中的垂直分布大致依次是淺、中、深。這種現(xiàn)象與光能的捕獲有關(guān)嗎？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2．溫室或大棚種植蔬菜時(shí)，應(yīng)選擇什么顏色的玻璃、塑料薄膜或補(bǔ)充什么顏色的光源？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．下列關(guān)于植物細(xì)胞中光合色素的說法，正確的是()A．光合色素分布在葉綠體的類囊體薄膜上B．Mg是構(gòu)成葉綠素所必需的微量元素C．葉綠素對綠光吸收最多，所以葉片呈綠色D．用紙層析法分離色素時(shí)，含量多的色素在濾紙上擴(kuò)散快2．(2020·江蘇，6)采用新鮮菠菜葉片開展“葉綠體色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)，下列敘述錯(cuò)誤的是()A．提取葉綠體色素時(shí)可用無水乙醇作為溶劑B．研磨時(shí)加入CaO可以防止葉綠素被氧化破壞C．研磨時(shí)添加石英砂有助于色素提取D．畫濾液細(xì)線時(shí)應(yīng)盡量減少樣液擴(kuò)散歸納總結(jié)實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象的原因分析異常現(xiàn)象原因分析收集到的濾液綠色過淺①未加二氧化硅，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，提取液濃度太低(正確做法：分次加入少量無水乙醇)；④未加碳酸鈣或加入過少，色素分子被破壞濾紙條色素帶重疊①濾液細(xì)線不直；②濾液細(xì)線過粗濾紙條無色素帶①忘記畫濾液細(xì)線；②濾液細(xì)線接觸到層析液，且時(shí)間較長，色素全部溶解到層析液中考點(diǎn)二葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能1．葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能(1)葉綠體立體結(jié)構(gòu)光合色素分布于________________上。光合作用的酶分布于________________________。(2)葉綠體的功能：進(jìn)行光合作用的場所。(3)葉綠體中色素的功能：________、________、________光能。2．葉綠體功能的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(1)資料1：(必修1P100)①實(shí)驗(yàn)者：德國科學(xué)家________________。②實(shí)驗(yàn)結(jié)論a．葉綠體能________用于光合作用放________。b．葉綠體主要吸收______________________________________________。(2)資料2(必修1P101)：在葉綠體的類囊體膜上和基質(zhì)中，含有多種進(jìn)行光合作用所必需的酶。該資料說明光合作用的有關(guān)生化反應(yīng)在________中進(jìn)行。(3)總結(jié)：在葉綠體內(nèi)部巨大的膜表面上，分布著許多吸收光能的________________，在________________________________中，還有許多進(jìn)行光合作用所必需的酶。______________是葉綠體捕獲光能、進(jìn)行光合作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。1．恩格爾曼實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的巧妙之處(1)實(shí)驗(yàn)材料用__________________________，水綿的葉綠體呈________________分布，便于觀察，用需氧細(xì)菌可確定__________________的部位。(2)沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了____________的干擾。(3)用極細(xì)的光束照射，葉綠體上可分為______和________的部位，相當(dāng)于一組對比實(shí)驗(yàn)。(4)臨時(shí)裝片局部曝光與完全暴露在光下的實(shí)驗(yàn)再一次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2．一般植物的葉片在春夏季節(jié)為綠色，而在秋季呈現(xiàn)黃色。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是什么？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________3．下列關(guān)于葉綠體的敘述，正確的是()A．葉綠體的外膜、內(nèi)膜極大地?cái)U(kuò)展了受光面積B．類囊體薄膜中的酶可催化CO2的固定和還原C．類囊體薄膜上的光合色素都可以吸收藍(lán)紫光D．葉綠體基質(zhì)中NADP＋能形成NADPH4．光合作用的原理是很多科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的，光合作用探索歷程中的部分經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的分析及拓展如圖1、2所示。下列相關(guān)敘述正確的是()A．圖1所示實(shí)驗(yàn)的目的是探究光合產(chǎn)物中O2的來源，其中乙組為對照組B．卡爾文探究暗反應(yīng)的過程與圖1所示的實(shí)驗(yàn)均采用了同位素示蹤法C．圖2所示實(shí)驗(yàn)中需氧細(xì)菌主要分布于接受光照的水綿細(xì)胞各個(gè)部位D．圖2所示實(shí)驗(yàn)需要把載有水綿和需氧細(xì)菌的臨時(shí)裝片放在含有空氣的黑暗環(huán)境中考點(diǎn)三光合作用的原理1．探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)?zāi)攴菘茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)19世紀(jì)末—普遍認(rèn)為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結(jié)合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖1928—發(fā)現(xiàn)對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過________轉(zhuǎn)化成糖1937英國植物學(xué)家希爾發(fā)現(xiàn)，即離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解、產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)1941美國科學(xué)家魯賓和卡門用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣來源于H2O：H218O＋CO2→植物→18O2；H2O＋C18O2→植物→O21954美國科學(xué)家______發(fā)現(xiàn)在光照下，葉綠體可合成。1957年，他發(fā)現(xiàn)該過程總是與相伴隨2.光合作用的概念及反應(yīng)式(1)光合作用的概念：綠色植物通過________，利用________，將________________轉(zhuǎn)化成儲存著能量的________，并且釋放出________的過程。(2)反應(yīng)式：CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up7(光能),\s\do5(葉綠體))(CH2O)＋O23．光合作用的過程項(xiàng)目光反應(yīng)暗反應(yīng)過程模型實(shí)質(zhì)光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，并放出O2同化CO2形成有機(jī)物時(shí)間，以微秒計(jì)較_____條件色素、光、酶、水、ADP、NADP＋、Pi，必須有光多種酶、ATP、NADPH、CO2、C5，有無光均可場所在葉綠體內(nèi)的上進(jìn)行在葉綠體中進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化①水的光解：_______________________；②ATP的合成：________________________；③NADPH的合成：NADP＋＋H＋eq\o(→,\s\up7(酶))NADPH①CO2的固定：__________________；②C3的還原：注：NADPH為C3還原提供還原劑和能量。能量轉(zhuǎn)化光能→______________________ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能→_____________________關(guān)系在光反應(yīng)階段，光能被葉綠體內(nèi)類囊體薄膜上的色素捕獲后，將水分解為_________等，形成，于是光能轉(zhuǎn)化成__________________；____________驅(qū)動在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行的暗反應(yīng)，將CO2轉(zhuǎn)化為儲存化學(xué)能的糖類?？梢姽夥磻?yīng)和暗反應(yīng)緊密聯(lián)系，能量轉(zhuǎn)化與物質(zhì)變化密不可分(1)源于必修1P104“相關(guān)信息”：________是指三碳化合物——3－磷酸甘油酸，________是指五碳化合物——核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)。(2)源于必修1P104“相關(guān)信息”：光合作用的產(chǎn)物有一部分是________，還有一部分是蔗糖。蔗糖可以進(jìn)入________，再通過韌皮部運(yùn)輸?shù)街仓旮魈帯?3)源于必修1P104正文拓展：光照下卡爾文給小球藻懸浮液通入14CO2，一定時(shí)間后殺死小球藻，同時(shí)提取產(chǎn)物并分析。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，僅僅30s的時(shí)間，放射性代謝產(chǎn)物多達(dá)幾十種?？s短時(shí)間到7s，發(fā)現(xiàn)放射性代謝產(chǎn)物減少到12種，想要探究CO2轉(zhuǎn)化成的第一個(gè)產(chǎn)物，可能的實(shí)驗(yàn)思路是_________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)源于必修1P106“小字部分”：光合作用和化能合成作用的比較項(xiàng)目光合作用化能合成作用條件光、色素、酶酶原料CO2和H2O等無機(jī)物產(chǎn)物等有機(jī)物能量來源某些無機(jī)物氧化時(shí)釋放的能量生物種類綠色植物、藍(lán)細(xì)菌等、硫細(xì)菌等4.環(huán)境改變時(shí)光合作用各物質(zhì)含量的變化(1)“過程法”分析各物質(zhì)變化下圖中Ⅰ表示光反應(yīng)，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的還原，當(dāng)外界條件(如光照、CO2)突然發(fā)生變化時(shí)，分析相關(guān)物質(zhì)含量在短時(shí)間內(nèi)的變化：(2)模型法表示C3和C5等物質(zhì)含量變化5．光合作用的意義太陽光能的輸入、捕獲和轉(zhuǎn)化，是生物圈得以維持運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。________________是唯一能夠捕獲和轉(zhuǎn)化光能的生物學(xué)途徑?！岸趸既斯ず铣傻矸邸比脒x2021年度中國生命科學(xué)十大進(jìn)展，中科院研究人員受到了自然光合作用的啟發(fā)，在太陽能分解水的技術(shù)上，開發(fā)出了高效的化學(xué)催化劑，再利用“光能→電能→化學(xué)能”的能量轉(zhuǎn)變方式，將二氧化碳固定還原成了更容易溶于水的甲醇等一碳化合物(C1)。在這個(gè)步驟中，光能的能量轉(zhuǎn)化效率超過10%，遠(yuǎn)超自然光合作用的能量利用效率(2%)。完整的人造淀粉合成代謝路線(ASAP)如圖所示：1．圖示模擬的是光合作用的什么過程？人工合成淀粉過程和自然光合作用下關(guān)于二氧化碳的固定是否相同，為什么？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2．圖中顯示CO2還原需要人工提供的能量來自________________。植物葉肉細(xì)胞中碳的還原所需要能量由________________提供。3．在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下，人工合成淀粉過程中糖類的積累量等于植物嗎？為什么？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________4．從生態(tài)環(huán)境的角度闡述人工合成淀粉的意義。____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________5．(不定項(xiàng))(2023·湖南張家界高三模擬)1941年，美國科學(xué)家魯賓和卡門用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中產(chǎn)生的氧氣的來源，實(shí)驗(yàn)部分過程及結(jié)果如右圖所示。下列敘述正確的是()A．18O不具有放射性，是穩(wěn)定的同位素，可用于示蹤物質(zhì)運(yùn)行和變化規(guī)律B．另一組實(shí)驗(yàn)及結(jié)果圖應(yīng)為：將H218O換成H2O，CO2換成C18O2，其余不變C．該實(shí)驗(yàn)的預(yù)期結(jié)論是光合作用產(chǎn)生的O2中的氧全部來自水D．實(shí)驗(yàn)中小球藻的細(xì)胞內(nèi)含有藻藍(lán)素和葉綠素，沒有完整的葉綠體6．科學(xué)家在我國騰沖熱泉中分離得到硫細(xì)菌，這些細(xì)菌通過氧化硫化物和還原CO2來制造有機(jī)物。下列關(guān)于硫細(xì)菌的敘述，錯(cuò)誤的是()A．硫細(xì)菌和硝化細(xì)菌的同化作用類型均為自養(yǎng)型B．硫細(xì)菌能利用化學(xué)能將CO2和水合成糖類C．硫細(xì)菌擬核中含有環(huán)狀DNAD．硫細(xì)菌的生物膜系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的區(qū)室化和功能專一化1．(2019·江蘇，17)如圖為某次光合作用色素紙層析的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，樣品分別為新鮮菠菜葉和一種藍(lán)細(xì)菌經(jīng)液氮冷凍研磨后的乙醇提取液。下列敘述正確的是()A．研磨時(shí)加入CaCO3過量會破壞葉綠素B．層析液可采用生理鹽水或磷酸鹽緩沖液C．在敞開的燒杯中進(jìn)行層析時(shí)，需通風(fēng)操作D．實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該種藍(lán)細(xì)菌沒有葉綠素b2．(2019·海南，9)下列關(guān)于高等植物光合作用的敘述，錯(cuò)誤的是()A．光合作用的暗反應(yīng)階段不能直接利用光能B．紅光照射時(shí)，胡蘿卜素吸收的光能可傳遞給葉綠素aC．光反應(yīng)中，將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能需要有ADP的參與D．紅光照射時(shí)，葉綠素b吸收的光能可用于光合作用3．(2022·遼寧，22)滸苔是形成綠潮的主要藻類。綠潮時(shí)滸苔堆積在一起，形成大量的“藻席”，造成生態(tài)災(zāi)害。為研究滸苔瘋長與光合作用的關(guān)系，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：Ⅰ.光合色素的提取、分離和含量測定(1)在“藻席”的上、中、下層分別選取滸苔甲為實(shí)驗(yàn)材料，提取、分離色素，發(fā)現(xiàn)滸苔甲的光合色素種類與高等植物相同，包括葉綠素和______________。在細(xì)胞中，這些光合色素分布在____________________。(2)測定三個(gè)樣品的葉綠素含量，結(jié)果見下表。樣品葉綠素a/(mg·g－1)葉綠素b/(mg·g－1)上層中層下層數(shù)據(jù)表明，取自“藻席”下層的樣品葉綠素含量最高，這是因?yàn)開___________________。Ⅱ.光合作用關(guān)鍵酶Y的粗酶液制備和活性測定(3)研究發(fā)現(xiàn)，滸苔細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中存在酶Y，參與CO2的轉(zhuǎn)運(yùn)過程，利于對碳的固定。酶Y粗酶液制備：定時(shí)測定光照強(qiáng)度并取一定量的滸苔甲和滸苔乙，制備不同光照強(qiáng)度下樣品的粗酶液，流程如圖1。粗酶液制備過程保持低溫，目的是防止酶降解和__________。研磨時(shí)加入緩沖液的主要作用是__________穩(wěn)定。離心后的__________為粗酶液。(4)酶Y活性測定：取一定量的粗酶液加入到酶Y活性測試反應(yīng)液中進(jìn)行檢測，結(jié)果如圖2。在圖2中，不考慮其他因素的影響，滸苔甲酶Y活性最高時(shí)的光照強(qiáng)度為___μmol·m－2·s－1(填具體數(shù)字)，強(qiáng)光照會__________滸苔乙酶Y的活性。4.(2020·江蘇·27)大豆與根瘤菌是互利共生關(guān)系，下圖所示為大豆葉片及根瘤中部分物質(zhì)的代謝、運(yùn)輸途徑，請據(jù)圖回答下列問題：(1)在葉綠體中，光合色素分布在____________上；在酶催化下直接參與CO2固定的化學(xué)物質(zhì)是H2O和________。(2)上圖所示的代謝途徑中，催化固定CO2形成3－磷酸甘油酸(PGA)的酶在________________中，PGA還原成磷酸丙糖(TP)運(yùn)出葉綠體后合成蔗糖，催化TP合成蔗糖的酶存在于____________。(3)根瘤菌固氮產(chǎn)生的NH3可用于氨基酸的合成，氨基酸合成蛋白質(zhì)時(shí)，通過脫水縮合形成____________鍵。(4)CO2和N2的固定都需要消耗大量ATP。葉綠體中合成ATP的能量來自________；根瘤中合成ATP的能量主要源于________的分解。(5)蔗糖是大多數(shù)植物長距離運(yùn)輸?shù)闹饕袡C(jī)物，與葡萄糖相比，以蔗糖作為運(yùn)輸物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。1．判斷關(guān)于捕獲光