一輪復習新教材蘇教版第三單元第3課捕獲光能的色素和結構光合作用的原理課件

第3課捕獲光能的色素和結構、光合作用的原理【課標要求】說明植物細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變?yōu)樘桥c氧氣的過程中,轉換并儲存為糖分子中的化學能。【素養(yǎng)目標】1.通過比較光反應與暗反應及它們之間的關系,建立對立統(tǒng)一、結構決定功能的觀點。(生命觀念)2.理解C3、C5等物質變化和光合作用的相關曲線。(科學思維)3.探究光照強度、CO2濃度等對光合作用強度的影響。(科學探究)4.關注光合作用與農業(yè)生產及生活的聯(lián)系。(社會責任)主干知識·多維自查【主干·梳理與辨析】一、捕獲光能的色素和葉綠體的結構與功能1.捕獲光能的色素:功能吸收、傳遞和轉換光能化學特性不溶于水,能溶于有機溶劑(如無水乙醇)中色素種類及分布葉綠素(含量約占3/4)葉綠素a主要吸收_____和_______葉綠素b類胡蘿卜素(含量約占1/4)胡蘿卜素主要吸收_______葉黃素紅光藍紫光藍紫光2.捕獲光能色素的吸收光譜:光是一種電磁波?？梢姽獾牟ㄩL是__________。一般情況下,光合作用所利用的光都是_______。

400~760nm可見光3.光合作用的結構——葉綠體:(1)模式圖:【思考辨析】1.植物呈現(xiàn)綠色是由于葉綠素能有效地吸收綠光。()分析:葉綠體中葉綠素的含量多于類胡蘿卜素,葉綠素不吸收綠光,所以植物葉片呈現(xiàn)綠色。2.液泡中色素吸收的光能用于光合作用。()分析:液泡中色素不能吸收光能用于光合作用,葉綠體中的色素才行。3.光合作用需要的色素和酶分布在葉綠體基粒和基質中。 ()分析:葉綠體中吸收光能的四種色素分布在類囊體薄膜上,在葉綠體基粒和基質中都有與光合作用有關的酶。×××二、實驗:綠葉中色素的提取和分離1.實驗原理:2.實驗步驟:3.實驗結果及分析:(1)實驗結果:(2)結果分析。①由上到下:胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b。原因:不同色素在層析液中的_______不同,溶解度高的在濾紙上擴散得快;反之,則慢。溶解度由高到低的順序為:________________________________②由寬到窄:葉綠素a、葉綠素b、葉黃素、胡蘿卜素。原因:不同色素的含量不同,含量多的在濾紙上顯色較寬;反之,則窄。含量:葉綠素a>葉綠素b>葉黃素>胡蘿卜素溶解度胡蘿卜素>葉黃素>葉綠素a>葉綠素b【思考辨析】1.紫色洋蔥表皮細胞含有色素,可用于葉綠體色素的提取實驗。()分析:紫色洋蔥表皮細胞沒有光合色素,呈紫色是因為液泡中含有花青素。2.分離色素的原理是色素易溶于有機溶劑。()分析:分離色素的原理是不同色素在層析液中的溶解度不同,溶解度越高,隨層析液在濾紙上的擴散速度越快。3.層析時試管口加棉塞的目的是防止層析液揮發(fā)。()分析:層析液易揮發(fā)且有毒,層析時試管口加棉塞的目的是防止層析液揮發(fā)?！痢痢倘?、光合作用的探究歷程及基本原理1.光合作用的探究歷程:時間/發(fā)現(xiàn)者內容19世紀末科學界普遍認為,在光合作用中,CO2分子的C和O被分開,___被釋放,C與H2O結合成甲醛,然后甲醛分子縮合成糖1928年科學家發(fā)現(xiàn)甲醛對植物有_____作用,而且甲醛不能通過光合作用轉化成糖1937年希爾(英國)在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有H2O,沒有CO2),在光照下_______________O2毒害可以釋放出氧氣時間/發(fā)現(xiàn)者內容1941年魯賓、卡門(美國)用同位素示蹤的方法,研究了光合作用中氧氣的來源,H218O+CO2→植物→18O2,H2O+C18O2→植物→O2,得出光合作用釋放的氧全部來自___1954年阿爾農(美國)在光照下,葉綠體可合成_____,這一過程總是與_________相伴隨20世紀40年代卡爾文(美國)用經過14C標記的14CO2,供小球藻進行光合作用,然后追蹤放射性14C的去向,最終探明了CO2中的碳是如何轉化為有機物中的碳的水ATP水的光解2.光合作用:(1)光合作用的概念:綠色植物通過_______,利用_____,將_____________轉化成儲存著能量的_______,并且釋放出_____的過程。(2)光合作用的過程:葉綠體光能二氧化碳和水有機物氧氣(3)光合作用的化學反應式:________________________,其中_______表示糖類。(4)光合作用的意義:①光合作用產生的有機物除供自身利用外,還為所有異養(yǎng)生物提供食物。②光能通過驅動光合作用而驅動生命世界的運轉。CO2+H2O(CH2O)+O2(CH2O)3.化能合成作用:(1)概念:自然界中還有一些微生物利用體外環(huán)境中的某些_________________________來制造有機物,此過程稱為化能合成作用,此類生物屬化能自養(yǎng)型生物。(2)過程:無機物氧化時所釋放的能量(3)代表生物:_________、硫細菌、鐵細菌等。(4)區(qū)別:化能合成作用和光合作用利用二氧化碳和水合成有機物大致相同,但合成有機物時所用的能量是不同的。光合作用合成有機物時使用的ATP是由光能轉換成的;而化能合成作用合成有機物時使用的ATP是利用無機物氧化時釋放的化學能轉換成的。硝化細菌【思考辨析】1.光合作用過程中光能轉變?yōu)榛瘜W能,細胞呼吸過程中化學能轉變?yōu)闊崮芎虯TP。()分析:光合作用將光能轉變?yōu)樘穷惖扔袡C物中的化學能,細胞呼吸將糖類等有機物中化學能轉變?yōu)闊崮芎虯TP中的化學能。2.光合作用可分為光反應和暗反應兩個階段,光反應必須有光才能進行,暗反應必須在無光條件下進行。()分析:光反應必須有光才能進行,暗反應不需要光,有光、無光都可以進行,前提是有光反應產生的NADPH和ATP。3.葉綠體內膜的面積遠遠大于外膜面積。()分析:葉綠體的外膜面積大于內膜的面積?！痢痢痢窘滩摹ね诰蚺c延伸】1.探究延伸:“旁欄思考”植物工廠里不用發(fā)綠光的光源,原因是______________________________________________________。2.習題改編:“練習與應用·拓展應用”海洋中的藻類,習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。分析原因:這種現(xiàn)象與______________________________________________。3.資料延伸:“相關信息”光合作用的產物有一部分是_____,還有一部分是蔗糖。蔗糖可以進入_____,再通過韌皮部運輸?shù)街仓旮魈?。這種波長的光很少被光合色素吸收,因此不能驅動合成有機物光能捕獲有關,即不同顏色的藻類吸收不同波長的光淀粉篩管高頻考點·通法悟道★考點1光合色素的分布、吸收光譜及作用【核心·歸納與整合】1.光合色素的吸收光譜及作用圖解:(1)葉綠體中的色素只吸收可見光,而對紅外光和紫外光等不吸收;葉綠素主要吸收紅光和藍紫光,類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。(2)兩類色素除吸收上述各類光外,對其他光也有不同程度的吸收,但對綠光吸收最少,故對陽光而言,最有效的光是紅光和藍紫光,最無效的光是綠光。2.實踐應用:(1)溫室大棚用無色薄膜最有效。(2)實驗中黑暗處理消耗有機物時需在有光條件下操作、觀察,最好選用綠燈,而不能選紅燈或其他顏色的燈,這樣對實驗影響最小。3.影響葉綠素合成的因素:(1)光照:光是影響葉綠素合成的主要因素,一般植物在黑暗中不能合成葉綠素,因而葉片發(fā)黃。(2)溫度:溫度可影響與葉綠素合成有關的酶的活性,進而影響葉綠素的合成。低溫時,葉綠素分子易被破壞,而使葉片變黃;高溫會使葉綠素變性失活。(3)必需元素:葉綠素中含N、Mg等必需元素,缺乏N、Mg將導致葉綠素無法合成,葉片變黃。另外,Fe是葉綠素合成過程中某些酶的輔助成分,缺Fe也將導致葉綠素合成受阻,葉片變黃?！靖呖季剧姟可氐摹巴迸c“不同”(1)同為色素,呈現(xiàn)花瓣和果實顏色的主要是花青素,呈現(xiàn)葉片綠色的色素主要是葉綠素。(2)同為色素,色素的位置不同,花青素存在于液泡,植物光合色素存在于類囊體薄膜上。(3)同為色素,不同色素吸收不同波長光質,類胡蘿卜素主要吸收藍紫光;葉綠素主要吸收紅光和藍紫光。【典題·剖析與精練】【典題示范】(2022·濰坊模擬)通常情況下,藍細菌依賴葉綠素a來收集、轉化可見光,用于光合作用。研究發(fā)現(xiàn)某些藍細菌①在近紅外光環(huán)境下生長時,含有葉綠素a的光合系統(tǒng)會失效,而含有葉綠素f的光合系統(tǒng)會啟動②。進一步研究發(fā)現(xiàn),葉綠素f能吸收、轉化紅外光,用于光合作用③。下列有關敘述正確的是(

)A.培養(yǎng)藍細菌研究光合作用時,需提供葡萄糖作為碳源B.葉綠素f主要分布在藍細菌葉綠體類囊體薄膜上C.葉綠素f能夠吸收、轉化紅外光,體現(xiàn)了藍細菌對環(huán)境的適應D.在正常光照條件下,藍細菌會同時吸收可見光和紅外光進行光合作用【題眼破譯】提升信息轉化能力信息轉化信息(對接問題)信息①藍細菌是原核生物,無葉綠體信息②葉綠素種類決定利用的光質種類信息③葉綠素f能利用紅外光進行光合作用【解析】選C。藍細菌是自養(yǎng)生物,不從外界吸收葡萄糖,培養(yǎng)藍細菌研究光合作用時,不需提供葡萄糖作為碳源,A錯誤;藍細菌是原核生物,沒有葉綠體,B錯誤;某些藍細菌在近紅外光環(huán)境下生長時,含有葉綠素f的光合系統(tǒng)會啟動。進一步研究發(fā)現(xiàn),葉綠素f能吸收、轉化紅外光,用于光合作用。葉綠素f能夠吸收、轉化紅外光,體現(xiàn)了藍細菌對環(huán)境的適應,C正確;在正常光照條件下,藍細菌光合作用依賴葉綠素a來收集、轉化可見光,用于光合作用,不能吸收紅外光進行光合作用,D錯誤。

【深度思考】藍細菌和綠色植物光合色素的不同在哪里?_____________________________________________________________。綠色植物主要含葉綠素和類胡蘿卜素,而藍細菌主要含葉綠素和藻藍素【對點訓練】(2022·鎮(zhèn)江模擬)Ⅰ:1881年,德國科學家恩格爾曼把載有水綿和好氧細菌X的臨時裝片放在沒有空氣的黑暗環(huán)境中,然后用極細的光束照射水綿探究葉綠體的功能。Ⅱ:某實驗小組根據(jù)恩格爾曼在探究葉綠體的功能實驗的基礎上進一步開展探究實驗,將載有水綿和好氧細菌X的臨時裝片放置在密閉且透明的小室中,再用自然光透過三棱鏡照射臨時裝片,細菌X在不同光區(qū)的聚集情況如圖所示。請回答下列問題:(1)恩格爾曼選用水綿和好氧細菌作實驗材料探究葉綠體的功能是取得成功的重要原因之一,理由是__________。首先將臨時裝片放在沒有空氣的黑暗環(huán)境中,目的是______。

(2)根據(jù)實驗Ⅱ結果分析,細菌X主要密集分布在波長為400~450nm和650~700nm的光區(qū),原因是______________________。

(3)有另外的實驗小組從綠葉中提取了類胡蘿卜素,請設計一組實驗來驗證類胡蘿卜素主要吸收藍紫光(用以上實驗為對照組,補充完整以下實驗方案)。實驗步驟:在三棱鏡之前放置裝有足夠量____________的試管,再用自然光透過試管和三棱鏡照射水綿的臨時裝片。

預期結果:與對照組相比,若_________,

則可驗證類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。【解析】(1)水綿細胞中的葉綠體呈螺旋帶狀分布,有光和無光區(qū)域可形成對照;好氧細菌X聚集的部位代表氧氣豐富,指示光合作用的場所。將臨時裝片放在沒有空氣的黑暗環(huán)境中,使好氧細菌X均勻分布,避免對實驗結果造成干擾。(2)水綿光合色素主要吸收紅光(650~700nm)和藍紫光(400~450nm)進行光合作用,葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍紫光和紅光,胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光。在這些光區(qū)產生的氧氣相對較多,所以好氧細菌X主要密集分布在這些光區(qū)。(3)自然光透過裝有類胡蘿卜素提取液的試管時,藍紫光被吸收,使水綿主要吸收紅光進行光合作用。在650~700nm光區(qū)產生氧氣相對較多,實驗組好氧細菌X在此區(qū)域密集分布。答案:(1)水綿細胞中的葉綠體呈螺旋帶狀分布,有光和無光區(qū)域可形成對照;好氧細菌X聚集的部位代表氧氣豐富,指示光合作用的場所(合理即可)使好氧細菌X均勻分布(2)水綿光合色素主要吸收紅光(650~700nm)和藍紫光(400~450nm)進行光合作用,在這些光區(qū)產生的氧氣相對較多,所以好氧細菌X主要密集分布在這些光區(qū)(3)類胡蘿卜素提取液實驗組好氧細菌X主要密集分布在波長為650~700nm的光區(qū)(合理即可)

【加固訓練·拔高】如圖為正常綠葉的葉綠素a的吸收光譜、色素總吸收光譜以及光合作用的作用光譜(作用光譜代表不同波長下植物的光合作用效率)。由圖中信息分析,下列敘述錯誤的是 (

)A.色素的吸收光譜可以通過測量對不同波長光的吸收值來繪制,作用光譜可以通過測量不同波長相應的O2釋放量來繪制B.總吸收光譜與葉綠素a吸收光譜曲線不吻合,說明綠葉中還含有其他吸收光能的色素C.總吸收光譜與作用光譜表現(xiàn)出高度一致性,說明綠葉中色素吸收的光能幾乎都能用于光合作用D.總吸收光譜與作用光譜在450~500nm波長處出現(xiàn)較大差異,說明其他色素對能量的轉換效率比葉綠素對能量的轉換效率高【解析】選D。色素的吸收光譜可以通過測量對不同波長光的吸收值來繪制,作用光譜代表各種波長下植物的光合作用效率,可以通過測量不同波長相應的O2釋放量來繪制,A正確;總吸收光譜與葉綠素a吸收光譜曲線不吻合,說明綠葉中除了葉綠素a,還含有其他色素,也能吸收光能,B正確;總吸收光譜與作用光譜表現(xiàn)出高度一致性,說明綠葉中色素吸收的光能幾乎都能用于光合作用,C正確;綠葉中的類胡蘿卜素主要吸收450~500nm(藍紫光)波長的光,在可見光的其他波段,總吸收光譜與作用光譜幾乎完全重疊,說明葉綠素吸收的光能幾乎全部用于光合作用,450~500nm波長處出現(xiàn)較大差異,說明類胡蘿卜素吸收的光能有一部分不能轉化成光合作用的能量,葉綠素比其他色素對能量的轉換效率高,D錯誤。

【方法規(guī)律】巧記色素吸收光譜圖中的“三、二、一”(1)“三”指三條曲線:分別代表葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素吸收的光譜曲線。(2)“二”指葉綠素a、b及兩個吸收區(qū)域:葉綠素主要吸收紅光和藍紫光,其中葉綠素a的吸收光譜范圍比葉綠素b的更寬。(3)“一”指類胡蘿卜素及一個吸收區(qū)域:類胡蘿卜素包括胡蘿卜素和葉黃素,主要吸收藍紫光?！锟键c2綠葉中色素的提取和分離實驗【核心·歸納與整合】1.歸納實驗注意事項及操作目的:過程注意事項操作目的提取色素選材選新鮮綠色的葉片使濾液中色素含量高實驗試劑研磨時加無水乙醇溶解色素加少量二氧化硅和碳酸鈣研磨充分和保護色素實驗操作迅速、充分研磨防止乙醇過度揮發(fā)盛放濾液的試管口加棉塞防止乙醇揮發(fā)和色素氧化過程注意事項操作目的分離色素制備濾紙條濾紙預先干燥處理使層析液在濾紙上快速擴散

畫濾液細線濾液細線要直、細、齊使分離出的色素帶平整不重疊濾液細線干燥后再畫一兩次使分離出的色素帶清晰分明分離濾液中色素濾液細線不觸及層析液防止色素直接溶解到層析液中2.分析綠葉中色素的提取和分離實驗中異?，F(xiàn)象:異常現(xiàn)象發(fā)生的原因濾液綠色過淺(色素條帶變窄)未加石英砂(SiO2),研磨不充分使用放置數(shù)天的菠菜葉,濾液中色素(葉綠素)太少一次加入大量的無水乙醇,色素濃度太低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濾液細線不直濾液細線過粗濾紙條無色素帶忘記畫濾液細線濾液細線接觸到層析液,且時間較長,色素全部溶解到層析液中濾紙條色素帶少未加碳酸鈣導致葉綠素被破壞所用葉片為“黃葉”【高考警示鐘】色素提取實驗中的兩個認識誤區(qū)(1)誤認為提取與分離光合色素的試劑相同:提取光合色素用無水乙醇,分離光合色素用層析液。(2)誤認為觀察色素提取液均呈現(xiàn)綠色:由于葉綠體色素主要吸收紅光和藍紫光,綠光幾乎不被吸收,因此對著光源(透射光)為綠色,背著光源(反射光)為紅色。

【拓展延伸】色素提取中的問題及應對措施(1)關于取材:①不選取:蠟質和草質的葉片。原因是蠟質和草質的葉片不易磨碎,葉綠體中的色素不易被充分釋放出來,影響實驗效果。②應選取:鮮綠的,光合色素含量較高,細胞含水量少且軟的葉片。原因是葉綠體中的色素不溶于水,水分多了不利于葉綠體中色素的提取。(2)關于畫線:①易出現(xiàn)畫上的濾液細線中色素過少、畫得過寬或不均勻的問題,影響分離效果。②應對措施。a.把濾紙條翻過來在背面同樣位置再畫濾液細線以增加濾液細線色素的量;b.還可以借助直尺,把直尺翻過來背面朝上,這樣畫的濾液細線細而直,濾液又不會畫到直尺上。(3)關于濾紙條。①易出現(xiàn)問題:濾紙條貼在燒杯內壁或濾液細線浸沒在層析液中,使實驗失敗。②應對措施。a.將濾紙條微斜靠著燒杯內壁插入層析液中;b.將濾紙條上端固定在培養(yǎng)皿蓋上,并垂直放入?！镜漕}·剖析與精練】【典題示范】(2022·泰州模擬)葉綠體中的色素能夠溶解在有機溶劑①無水乙醇中,因此實驗室中用無水乙醇提取葉綠體中的色素。能否用丙酮作為溶劑替代無水乙醇呢?請完善實驗,探究丙酮是否可以作為提取葉綠體中色素的有機溶劑②,并對實驗中存在的問題進行分析:(1)材料用具:新鮮的綠色葉片,干燥的定性濾紙,尼龍布,丙酮,無水乙醇,層析液,二氧化硅,碳酸鈣等。(2)方法步驟:①提取綠色葉片中的色素。a.取兩個研缽分別編號為1、2。b.分別向兩個研缽中加入____________。

c.向1號研缽中加入10mL無水乙醇,______,

均進行充分研磨。d.將研磨液過濾到試管中,并及時用棉塞塞緊試管口。②制備濾紙條。將干燥處理的定性濾紙剪成兩個長10cm,寬1cm的長條,在距一端1cm處用圓珠筆畫線并剪去兩角。③點樣。分別用毛細吸管吸取少量濾液,分別在兩條濾紙條上沿橫線均勻地畫濾液細線,緊接著重復畫1~2次。④分離葉綠體中的色素。將層析液2mL倒入兩支編號為1、2的大試管中。然后,將濾紙條畫有濾液細線的一端朝下,輕輕插入層析液中,并讓層析液沒及濾液細線。(3)觀察實驗結果。請繪出正確的實驗結果,并注明色素種類及相應顏色。(4)結果預測及分析:①2號濾紙條與1號濾紙條出現(xiàn)一致色素帶,并且分離明顯,則說明____________;

②______________,則說明______________;

③2號濾紙條無色素帶,1號濾紙條色素帶分離明顯,則說明____________。

(5)請糾正方法步驟中的錯誤:糾正一:________________________;

糾正二:________________________;

糾正三:________________________。

【題眼破譯】提升信息轉化能力信息轉化信息(對接問題)信息①提取色素選取有機溶劑信息②變量(有機溶劑的種類)的控制【答題關鍵】抓住長句表述得分點(2)①不可缺少的文字“剪碎的綠色葉片”。(4)②不可缺少的信息:2號濾紙條與1號濾紙條相比?！窘馕觥?2)根據(jù)題干,結合實驗原理,提取色素時需向研缽中加剪碎的綠色葉片、少許二氧化硅和碳酸鈣,而要探究丙酮是否可以作為提取葉綠體中色素的溶劑替代無水乙醇,就應設計實驗以丙酮作為溶劑提取葉綠體中的色素,并與以無水乙醇作溶劑提取葉綠體中的色素的分離效果作對照。(3)結合教材和實驗結果,可繪制下圖:(4)實驗設計要遵循單一變量原則,即只有提取液不同,而其他條件相同且適宜。結果有三種可能情況,即與對照組基本一樣;比對照組效果差;得不到分離的色素帶。對應的結論是:丙酮可以作為提取葉綠體中色素的有機溶劑;丙酮作為提取葉綠體中色素的有機溶劑效果不佳;丙酮不能作為提取葉綠體中色素的有機溶劑。(5)結合(2)方法步驟,制備濾紙條時,應改為用鉛筆畫線并編號為1、2;點樣時,應待濾液干后重復畫濾液細線1~2次;分離葉綠體中的色素時,一定不要讓層析液沒及濾液細線。

答案:(2)5g剪碎的綠色葉片、少許二氧化硅和碳酸鈣向2號研缽中加入10mL丙酮(3)如圖所示(4)丙酮可以作為提取葉綠體中色素的有機溶劑2號濾紙條與1號濾紙條相比,現(xiàn)象不如1號明顯丙酮作為提取葉綠體中色素的有機溶劑效果不佳丙酮不能作為提取葉綠體中色素的有機溶劑(5)制備濾紙條時,應改為用鉛筆畫線并編號為1、2點樣時,應待濾液干后重復畫濾液細線1~2次分離葉綠體中的色素時,一定不要讓層析液沒及濾液細線

【方法規(guī)律】圓形濾紙片分離色素的方法提取葉綠體中的色素,也可用如圖所示的方法:即在圓心處滴加適量濾液,待干燥后再滴加適量層析液進行層析,結果會出現(xiàn)不同顏色的4個同心圓?！緦c訓練】1.(2021·日照模擬)下列關于“綠葉中色素的提取和分離”實驗的敘述,正確的是(

)A.色素在提取液中的溶解度不同,導致色素帶的位置不同B.研磨綠葉時不加CaCO3,則濾紙條上四條色素帶變窄的比例相同C.實驗結果中得到的四條條帶在濾紙條上自上而下依次變寬D.與成熟葉相比,幼葉做實驗材料得到的葉綠素a、b的條帶較窄【解析】選D。利用色素在層析液中的溶解度不同來分離色素,從而使色素帶的位置不同,A錯誤;CaCO3可防止葉綠素被破壞,因此研磨綠葉時不加CaCO3,則濾紙條上四條色素帶變窄的比例不相同,B錯誤;色素帶的寬窄與色素含量相關,濾紙條從上到下依次是:胡蘿卜素(最窄)、葉黃素、葉綠素a(最寬)、葉綠素b(第二寬),C錯誤;與成熟葉相比,幼葉所含葉綠素(包括葉綠素a和葉綠素b)較少,做實驗材料得到的葉綠素a、b的條帶較窄,D正確。2.(2022·常州模擬)為研究強光照對移栽幼苗光合色素的影響,某同學用乙醇提取葉綠體色素,用層析液進行紙層析,如圖為濾紙層析的結果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為色素條帶)。下列敘述正確的是 (

)A.色素Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均可溶于無水乙醇B.強光照有利于該植物葉綠素的合成C.色素Ⅰ、Ⅱ主要吸收藍紫光和紅光D.色素Ⅳ在層析液中溶解度最大【解析】選A。葉綠體中的色素都溶于有機溶劑,A正確;強光照和正常光照相比較,葉綠素含量降低,說明強光照導致了該植物葉綠素含量降低,不利于該植物葉綠素的合成,B錯誤;色素Ⅰ、Ⅱ分別為胡蘿卜素和葉黃素,它們主要吸收藍紫光,C錯誤;色素Ⅳ在層析液中溶解度最小,擴散最慢,D錯誤。

【加固訓練·拔高】研究人員發(fā)現(xiàn),離體的葉綠體在一定條件下受到光照后依然能夠釋放氧氣。向離體的葉綠體懸浮液中加入DCIP,光照后藍色氧化型的DCIP接受氫后變成無色。研究人員為了驗證該過程,在密閉條件下進行如表實驗。下列敘述不正確的是(

)試管編號甲乙丙丁葉綠體懸浮液(用蔗糖溶液配制)1mL—1mL—DCIP0.5mL0.5mL0.5mL0.5mL0.5mol/L蔗糖溶液4mL5mL4mL5mL光照條件光照光照黑暗黑暗上層液體顏色無色藍色藍色藍色A.甲試管與丙試管比較可以說明氫的產生需要光照B.設置乙試管和丁試管的目的是說明DCIP在光照和黑暗條件下自身不會變色C.甲試管有葉綠體和光照條件,故實驗過程中用到的蔗糖溶液應全部換成蒸餾水,以方便檢測甲試管內葉綠體中是否有糖類產生D.甲試管除了顏色變化,實驗過程中還能觀察到的現(xiàn)象是有氣泡產生【解析】選C。甲試管與丙試管比較,可以說明氫的產生需要光照,A正確;設置乙試管和丁試管的目的是說明DCIP在光照和黑暗條件下自身不會變色,B正確;使用蒸餾水會使葉綠體吸水漲破,實驗不能正常進行,C錯誤;離體的葉綠體在一定條件下受到光照后依然能夠釋放氧氣,甲試管有葉綠體、蔗糖溶液和光照條件,除了顏色變化,實驗過程中還能觀察到有氣泡產生,D正確。★考點3光合作用過程的綜合分析【核心·歸納與整合】1.明確光反應與暗反應的聯(lián)系:(1)光反應為暗反應提供NADPH、ATP,暗反應為光反應提供NADP+、ADP和Pi。(2)沒有光反應,暗反應無法進行,沒有暗反應,有機物無法合成。(3)光反應中光能轉換為化學能并非只儲存于ATP中,NADPH中也含有能量。(4)C3還原消耗的能量不只來自ATP,還可由NADPH提供。2.厘清光合作用中元素去向:(1)反應式:(2)同位素標記元素轉移途徑:3.分析環(huán)境改變時光合作用各物質含量的變化曲線:(1)“過程法”分析各物質變化。如圖中Ⅰ表示光反應,Ⅱ表示CO2的固定,Ⅲ表示C3的還原,當外界條件(如光照、CO2)突然發(fā)生變化時,分析相關物質含量在短時間內的變化:(2)“模型法”表示C3和C5的含量變化:①以上分析只表示條件改變后短時間內各物質相對含量的變化。②以上各物質變化中,C3和C5含量的變化是相反的,NADPH和ATP含量變化是一致的。③具體分析時只有厘清C3、C5的“來源”與“去路”(C3產生于CO2的固定,消耗于C3的還原;C5產生于C3的還原,消耗于CO2的固定),才能準確作出判斷。④起始值C3高于C5(約為其2倍)。4.連續(xù)光照和間隔光照下的有機物合成量分析:(1)光反應為暗反應提供的NADPH和ATP在葉綠體基質中有少量的積累,在光反應停止時,暗反應仍可持續(xù)進行一段時間,有機物還能繼續(xù)合成。(2)在總光照時間、總黑暗時間均相同的條件下,光照和黑暗間隔處理比一直連續(xù)光照處理有機物積累量要多?！靖呖季剧姟抗夂献饔眠^程的兩個“不是”(1)葉綠體并不是進行光合作用的必要條件:能進行光合作用的生物不一定含有葉綠體,如藍細菌(只要有與光合作用有關的色素和酶,在條件適宜時即可進行光合作用)。(2)為暗反應提供能量的物質不是只有ATP,ATP和NADPH均可為暗反應提供能量。【典題·剖析與精練】【典題示范】(2022·鎮(zhèn)江模擬)如圖為類囊體薄膜上發(fā)生的光反應示意圖,PSⅠ和PSⅡ分別是光系統(tǒng)Ⅰ和光系統(tǒng)Ⅱ,是葉綠素和蛋白質構成的復合體,能吸收利用光能進行電子的傳遞,PQ、Cytbf、PC是傳遞電子的蛋白質,其中PQ在傳遞電子的同時能將H+運輸?shù)筋惸殷w腔中,圖中實線為電子的傳遞過程①,虛線為H+的運輸過程,ATP合成酶由CF0和CF1兩部分組成,在進行H+順濃度梯度運輸?shù)耐瑫r催化ATP的合成②。請回答下列問題:(1)分析圖中電子傳遞的整個過程可知,可以丟失電子的物質是____________,最終接受電子的物質為______________________。

(2)光反應產生的O2去向是_____________。圖中用于暗反應的物質是_________。葉綠體產生的O2進入線粒體至少穿過___________層膜結構。

(3)合成ATP依賴于類囊體薄膜兩側的H+濃度差,圖中使膜兩側H+濃度差增加的過程有_________________。

(4)研究發(fā)現(xiàn),葉綠素中含有鎂元素,PSⅠ中含鐵元素,PC中含銅元素,PSⅡ中含錳元素,由此推測,通過______________________可防止光合作用的效率降低。

【題眼破譯】提升信息轉化能力信息轉化信息(對接問題)信息①理解電子傳遞的整個過程信息②了解類囊體薄膜兩側的H+濃度差的產生原因【解析】(1)根據(jù)圖中所示,水光解后產生O2、H+和電子,故水可以丟失電子(最初提供電子的物質);水光解后電子將NADP+還原為NADPH,故最終接受電子的物質為NADP+。(2)光反應產生的O2被有氧呼吸利用或被植物釋放到大氣中;光反應產生的NADPH和ATP可用于暗反應C3的還原,故圖中用于暗反應的物質是ATP和NADPH;葉綠體和線粒體都具有雙層膜結構,因此葉綠體產生的O2至少需穿過1層類囊體薄膜+2層葉綠體膜+2層線粒體膜=5層生物膜才能進入線粒體中被利用。(3)圖中水光解產生H+,使類囊體腔內H+濃度升高,H+順濃度梯度運輸?shù)饺~綠體基質中,而H+在葉綠體基質中與NADP+結合形成NADPH使葉綠體基質中H+濃度降低,同時還可以通過PQ運回到類囊體腔內,這樣就保持了膜兩側的H+濃度差。(4)光合作用的重要物質中含有鎂元素、鐵元素、銅元素、錳元素,若這些元素含量降低,則會使光合速率降低,故應該保持這些礦質元素的含量穩(wěn)定,以防止光合作用的效率降低。答案:(1)水(H2O)

NADP+

(2)被細胞呼吸消耗或被植物釋放出體外ATP、NADPH

5

(3)水光解產生H+,H+在膜外與NADP+結合形成NADPH、PQ在傳遞電子的同時能將H+運輸?shù)筋惸殷w腔中(4)為植物提供充足的各種礦物質元素(無機鹽)【變式延伸】提升長句應答能力(1)光反應需要光和色素的共同參與,光能被色素分子吸收后,能量有下列去向:①_________________;②以___________(熒光或磷光)釋放;③迅速向鄰近的其他色素分子傳遞;④傳遞到_______中心,推動光反應的進行。(2)光反應過程中,類囊體內外H+濃度差的來源是:____________________________________。轉變?yōu)闊崮鼙会尫殴饽艿男问焦夥磻墓饨?場所為類囊體腔內)后釋放的H+【對點訓練】1.(2022·南通模擬)如圖為光合作用暗反應的產物磷酸丙糖的代謝途徑,研究表明,磷酸丙糖轉移蛋白(TPT)的活性是限制光合速率大小的重要因素,CO2充足時TPT活性降低。下列有關敘述錯誤的是 (

)A.Pi輸入葉綠體減少時,磷酸丙糖從葉綠體輸出減少B.暗反應中磷酸丙糖的合成需要消耗光反應產生的ATPC.葉肉細胞的光合產物主要是以蔗糖形式運出細胞的D.農業(yè)生產上可通過增加CO2來提高作物中淀粉和蔗糖的含量【解析】選D。據(jù)圖示信息,磷酸丙糖通過TPT從葉綠體輸出的同時伴隨著Pi進入葉綠體,Pi輸入葉綠體減少說明磷酸丙糖從葉綠體中輸出的過程受阻,即輸出減少,A正確;光反應產生的ATP能用于暗反應中C3的還原過程,由圖示可知,該過程能合成磷酸丙糖,B正確;葉肉細胞的光合產物磷酸丙糖會在細胞質基質中用于合成蔗糖,然后以蔗糖形式運出細胞,C正確;當CO2充足時,TPT活性降低,磷酸丙糖運出葉綠體合成蔗糖的過程會受到影響,作物中淀粉含量會上升,而蔗糖含量下降,D錯誤。2.(2022·濰坊模擬)玉米、高粱等是一類具有高光合作用效率的C4植物,它們的葉片中存在著結構和功能都不同的葉肉細胞和維管束鞘細胞,如圖1所示。進行光合作用時,葉肉細胞中對CO2高親和力的PEP羧化酶催化CO2固定產生四碳化合物(C4途徑),然后運輸?shù)骄S管束鞘細胞中再分解,釋放出CO2用于卡爾文循環(huán)。這一“CO2泵”可在維管束鞘細胞中產生CO2濃縮效應,大大提高了光合作用效率,如圖2所示。請回答下列問題:(1)C4植物的葉肉細胞和維管束鞘細胞結構和功能不同的根本原因是_________。C4植物光反應發(fā)生在葉肉細胞的_________________上,而CO2固定發(fā)生在_________________________細胞中。

(2)科學家用含14C標記的CO2來追蹤玉米光合作用中的碳原子的轉移途徑,這種碳原子的轉移途徑是________________。暗反應階段中C3的還原在______________細胞中完成,為該過程提供能量的物質是________________。

(3)與水稻、小麥等C3植物相比,C4植物的CO2的補償點較________。高溫、干旱時C4植物還能保持高效光合作用的原因是________________。

【解析】C4植物,葉肉細胞中對CO2高親和力的PEP羧化酶催化CO2固定產生四碳化合物,然后運輸?shù)骄S管束鞘細胞中分解,釋放出CO2用于卡爾文循環(huán),這使得C4植物能利用環(huán)境中較低CO2進行光合作用,大大提高了光合作用效率。(1)C4植物的葉肉細胞和維管束鞘細胞都是由受精卵發(fā)育而來,其遺傳物質相同,兩者細胞結構和功能不同的根本原因是基因的選擇性表達。由圖可知,C4植物光合作用光反應發(fā)生在葉肉細胞的葉綠體類囊體薄膜上,而CO2在葉肉細胞中能固定形成C4,CO2在維管束鞘細胞中能固定形成C3,因此CO2固定發(fā)生在葉肉細胞和維管束鞘細胞。(2)光合作用過程中碳原子的轉移途徑是CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)(糖類或有機物)。由圖可知,卡爾文循環(huán)發(fā)生在維管束鞘細胞中,卡爾文循環(huán)包括CO2的固定和C3的還原,因此暗反應階段中C3的還原在維管束鞘細胞中完成,C3的還原需要消耗能量,提供能量的物質是NADPH和ATP。(3)C4植物的CO2先被PEP羧化酶催化固定成四碳化合物,四碳化合物釋放出CO2用于卡爾文循環(huán),因此C4植物在較低濃度的CO2下也可以吸收并利用CO2進行光合作用,而C3植物在低濃度的CO2下不能生長,因此C4植物CO2的補償點較低。高溫、干旱時,C3植物的部分氣孔關閉,導致吸收CO2減少,光合作用降低,而C4植物還能保持高效光合作用,其原因是C4植物中的PEP羧化酶對CO2具有高親和力,C4植物可利用低濃度的CO2進行光合作用。答案:(1)基因的選擇性表達葉綠體類囊體薄膜葉肉細胞和維管束鞘

(2)CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)(糖類或有機物)維管束鞘NADPH和ATP(3)低PEP羧化酶對CO2具有高親和力,C4植物可利用低濃度的CO2進行光合作用

【加固訓練·拔高】如圖是蒲公英葉肉細胞進行光合作用和細胞呼吸的物質變化示意簡圖,其中①~⑤為生理過程,a~h為物質名稱,請回答:(1)圖中能合成ATP的生理過程有______,過程②和⑤發(fā)生的場所分別是______和_______。(2)物質a可用____________提取,物質g為________________。(3)假如白天突然停止光照,則在短時間內f量的變化是____________。

(4)研究發(fā)現(xiàn),黃光照射時植物光合作用速率減慢,科學家推測黃光可能導致葉綠素含量發(fā)生了改變,現(xiàn)以蒲公英試管苗為實驗材料,探究蒲公英試管苗在黃光照射下葉綠素含量是否發(fā)生改變。寫出簡要的實驗思路:________________?！窘馕觥?1)光反應和有氧呼吸的三個階段均可以產生ATP,即圖中的①③④⑤。過程②為暗反應,其場所是葉綠體基質;過程⑤是有氧呼吸的第三階段,該過程發(fā)生在線粒體內膜。(2)a表示光合色素,位于葉綠體的類囊體薄膜上,易溶于有機溶劑,常用無水乙醇提取。物質g為二氧化碳,是光合作用的原料。(3)若白天突然停止光照,則在短時間內ATP和NADPH減少,影響C3的還原,而二氧化碳的固定還在進行,故f即C5量會減少。(4)要檢測黃光照射是否會引起蒲公英葉綠素含量的變化,實驗的自變量應該是不同的光質,因變量是葉綠素的多少,在自然光和黃光條件下分別培養(yǎng)蒲公英試管苗(甲和乙),一段時間后取甲和乙的葉片,提取其中的色素并分離,通過比較兩組濾紙條上葉綠素a、葉綠素b色素帶,即濾紙條上自上而下的第三和第四條色素帶的寬窄來判斷葉綠素含量是否發(fā)生變化。答案:(1)①③④⑤葉綠體基質線粒體內膜(2)無水乙醇二氧化碳(3)減少(4)自然光和黃光條件下分別培養(yǎng)蒲公英試管苗(甲和乙),一段時間后取甲和乙的葉片,提取其中的色素并分離,通過比較兩組濾紙條上葉綠素a、葉綠素b色素帶的寬窄來判斷葉綠素含量是否發(fā)生變化

高考集訓·命題前瞻【考題體驗·悟透】角度一從實驗探究能力角度,考查色素的分離和吸收光譜1.(2021·北京等級考)關于物質提取、分離或鑒定的高中生物學相關實驗,敘述錯誤的是 (

)A.研磨肝臟以破碎細胞用于獲取含過氧化氫酶的粗提液B.利用不同物質在酒精溶液中溶解性的差異粗提DNAC.依據(jù)吸收光譜的差異對光合色素進行紙層析分離D.利用與雙縮脲試劑發(fā)生顏色變化的反應來鑒定蛋白質突破口:光合色素的吸收光譜。【解析】選C。肝臟經過研磨后細胞破碎,使肝細胞中的過氧化氫酶釋放出來,有利于獲取含過氧化氫酶的粗提液,A項正確;DNA不溶于酒精溶液,而細胞中的某些物質能溶于酒精溶液,利用不同物質在酒精溶液中溶解性的差異可粗提DNA,B項正確;依據(jù)光合色素在有機溶劑中溶解度不同,可以對光合色素進行紙層析分離,C項錯誤;蛋白質能與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應,可利用蛋白質與雙縮脲試劑發(fā)生的顏色變化,來鑒定蛋白質,D項正確。角度二從生命觀念角度,考查光反應和暗反應的聯(lián)系2.(2021·湖南選擇考)綠色植物的光合作用是在葉綠體內進行的一系列能量和物質轉化過程。下列敘述錯誤的是(

)A.弱光條件下植物沒有O2的釋放,說明未進行光合作用B.在暗反應階段,CO2不能直接被還原C.在禾谷類作物開花期剪掉部分花穗,葉片的光合速率會暫時下降D.合理密植和增施有機肥能提高農作物的光合作用強度突破口:光反應與暗反應的聯(lián)系。【解析】選A。弱光條件下,光合作用強度可能小于或等于呼吸作用強度,光合作用產生的O2被呼吸作用消耗完,此時植物雖然進行了光合作用,但是沒有O2的釋放,A錯誤;暗反應包括CO2的固定和C3的還原兩個階段,B正確;在禾谷類作物開花期剪掉部分花穗,光合產物不能及時轉移,產物的堆積抑制了光合作用的進行,故葉片的光合速率會暫時下降,C正確;合理密植能保證植物葉片的有效光照面積;增施有機肥通過提高CO2濃度、提供無機鹽,進而提高農作物的光合作用強度,D正確。角度三從科學思維角度,考查光合作用的過程3.(2021·天津等級考)Rubisco是光合作用過程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2與C5結合,形成C3和C2,導致光合效率下降。CO2與O2競爭性結合Rubisco的同一活性位點,因此提高CO2濃度可以提高光合效率。(1)藍細菌具有CO2濃縮機制,如下圖所示。注:羧化體具有蛋白質外殼,可限制氣體擴散。據(jù)圖分析,CO2依次以________和________方式通過細胞膜和光合片層膜。藍細菌的CO2濃縮機制可提高羧化體中Rubisco周圍的CO2濃度,從而通過促進______________和抑制______________提高光合效率。

(2)向煙草內轉入藍細菌Rubisco的編碼基因和羧化體外殼蛋白的編碼基因。若藍細菌羧化體可在煙草中發(fā)揮作用并參與暗反應,應能利用電子顯微鏡在轉基因煙草細胞的________中觀察到羧化體。

(3)研究發(fā)現(xiàn),轉基因煙草的光合速率并未提高。若再轉入HC和CO2轉運蛋白基因并成功表達和發(fā)揮作用,理論上該轉基因植株暗反應水平應__________,光反應水平應______________,從而提高光合速率。

突破口:光合作用的過程。【解析】(1)由圖可知,CO2通過細胞膜時,沒有載體的協(xié)助,沒有能量的消耗,故該跨膜方式是自由擴散,而CO2在通過光合片層膜時有能量消耗和轉運蛋白協(xié)助,為主動運輸;在題中給出了Rubisco能催化CO2的固定,也能催化O2與C5的結合,導致光合速率下降。CO2與O2競爭性結合Rubisco的同一活性位點,如果提高了CO2的濃度就可以提高光合作用速率。藍細菌的CO2濃縮機制可以提高羧化體中Rubisco周圍的CO2的濃度,從而通過促進CO2的固定和抑制O2與C5的結合,提高光合速率。(2)由圖知羧化體是藍細菌光合作用暗反應的場所,其在煙草中發(fā)揮作用并參與暗反應,應分布在煙草的葉綠體中。(3)由圖可知,HC和CO2轉運蛋白協(xié)助HC和CO2進細胞內,最終形成較多的CO2,提高暗反應速率,暗反應為光反應的進行提供ADP等原料,光反應的速率也會加快,從而提高光合速率。答案:(1)自由擴散主動運輸CO2固定O2與C5結合(2)葉綠體(3)提高提高