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课标版 生物 第8讲 光合作用,知识一 捕获光能的色素和结构 一、捕获光能的色素及其提取和分离 1.捕获光能的色素 (1)分布:主要分布在 叶绿体类囊体薄膜上 。 (2)功能:吸收、传递、转化光能,其中叶绿素主要吸收 蓝紫光和红 光;类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。,2.色素的提取、分离原理 (1)提取:可以利用 无水乙醇 提取绿叶中的色素,在研磨时还应加入 少许二氧化硅和 碳酸钙 ,其中前者有助于 研磨充分 ,后者可 防止研磨中色素被破坏。 (2)分离:层析液是一种脂溶性很强的有机溶剂,色素在层析液中的溶解度 不同: 溶解度大 的在滤纸上扩散得快,溶解度小的随层析液在滤纸 上扩散得慢。因此,绿叶中的色素就在扩散过程中被分开。,3.层析时,在滤纸条上会呈现四条色素带,从上到下依次是: 胡萝卜素、 叶黄素、叶绿素a和叶绿素b(记忆口诀:胡叶a b) ,它们的颜色自上而下依 次是 橙黄色 、黄色、 蓝绿色 、黄绿色,其中色素带最宽的色 素呈 蓝绿 色,在层析液中溶解度最大的色素呈 橙黄 色。 二、捕获光能的结构叶绿体 1.结构:,3.恩格尔曼的实验:好氧细菌只分布于 叶绿体被光束照射 的部位周围。,2.功能:进行 光合作用 的主要场所。,1.判断有关叶绿体色素叙述的正误。 (1)植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。(2013课标,2D)() (2)提取绿叶中的色素过程中,研磨时加入石英砂可使叶片研磨更充分。(2 013海南单科,8D)() (3)叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光。(2012海南单科,9A)() (4)液泡中色素吸收的光能用于光合作用。(2011海南单科,12D)() (5)叶绿素对低温较敏感,低温易分解,故秋季叶片变黄。 (),2.下图表示叶绿体中色素的提取和分离实验的部分材料和用具。据图回 答: (1)图中步骤中加入研钵内的物质: A. 10 mL,作用是 ; B. 少许,作用是使研磨得充分;,C. 少许,作用是 。 (2)图中步骤将糨糊状的研磨液倒入漏斗中,漏斗基部放有 。 (3)图中步骤剪去两角的作用是 ,画滤液细 线的要求是 。 (4)图中步骤中关键应注意 ;加盖的目的是 ;色素带最宽的是 ;扩散速度最快的 是 。 答案 (1)无水乙醇 溶解色素 二氧化硅 碳酸钙 防止色素被破坏 (2)单层尼龙布 (3)防止色素带不整齐 细、齐、直 (4)层析液不要没 及滤液细线 防止层析液挥发 叶绿素a 胡萝卜素,解析 (1)研磨时除绿叶外需要加入3种物质无水乙醇、二氧化硅和碳酸 钙,10 mL无水乙醇,作用是溶解色素,二氧化硅可以增大摩擦力,使细胞和叶 绿体破碎;细胞破碎后,会溢出有机酸,为防止叶绿素中的镁被氢取代,破坏 叶绿素,研磨时需加入少许碳酸钙以中和有机酸。(2)过滤研磨液时,漏斗基 部不能放滤纸,因为色素可吸附在滤纸上,一般放一块单层尼龙布进行过 滤。(3)步骤剪去两角的作用是防止两边色素扩散过快。画滤液细线的 要求是细、齐、直。(4)层析时关键应注意不能让层析液没及滤液细线,否 则,滤液细线上的色素会被层析液溶解,色素不能分离。4种色素溶于层析 液中,因溶解度的差异,在滤纸条上扩散的速度不同,从而达到分离的目 的。由于层析液有毒,而且可以挥发,所以步骤中烧杯要加盖,色素带的,宽度不同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。,知识二 光合作用原理及应用 一、光合作用的探究历程 1.直到18世纪中期,人们一直以为只有 土壤中的水分 是植物建造自 身的原料。 2.1771年,英国科学家普利斯特利的实验证实: 植物 可以更新因蜡烛 燃烧或小白鼠呼吸而变得污浊的空气。 3.1779年,荷兰科学家英格豪斯证明了 阳光 在更新空气中不可缺少。,4.1785年,随着空气组成成分的发现,人们才明确绿叶在光下放出和吸收的 气体分别是 O2和CO2 。 5.1864年,德国植物学家萨克斯的实验证实了光合作用的产物除氧气外还 有 淀粉 。 6.1941年,美国科学家鲁宾和卡门利用 同位素标记法 证明了光合作 用释放的氧气来自水。 7.20世纪40年代,美国科学家卡尔文,利用 同位素标记技术最终探明了 CO2 中的碳在光合作用中转化成 有机物 中碳的途径。,1.反应式: CO2+H2O (CH2O)+O2 。 2.过程,二、光合作用的反应式及过程,光反应为暗反应提供 H和ATP ;暗反应为光反应提供 ADP和Pi 。,三、影响光合作用的因素和化能合成作用 1.影响光合作用的因素 2.光合作用和化能合成作用的比较,1.判断有关光合作用叙述的正误。 (1)类囊体产生的ATP可用于暗反应。(2014海南单科,7A)() (2)水是光合作用的原料,又是光合产物在植物体内运输的主要介质,停止供 水,植物光合速率下降。2012浙江理综,30(1)() (3)在叶肉细胞中,CO2的固定和产生场所分别是叶绿体基质、线粒体基 质。(2010天津理综,1A)() (4)光合作用过程中光能转变为化学能,细胞呼吸过程中化学能转变为热能 和ATP。(2009浙江理综,4C)(),(5)破坏叶绿体外膜后,O2不能产生。(2011浙江理综,1A)() (6)夏季连续阴天,大棚中白天适当增加光照,夜晚适当降温,可以提高作物 产量。(2009浙江理综,4D)(),2.在正常条件下进行光合作用的某植物,当突然改变某条件后,发现该植物 叶肉细胞内C5含量突然上升,则改变的条件可能是 ( ) A.停止光照 B.升高CO2浓度 C.降低CO2浓度 D.停止光照并降低CO2浓度 答案 C CO2是暗反应进行的条件之一,如果CO2减少,CO2的固定受影 响,C3合成减少,所利用C5减少,已有的C3仍会通过C3的还原途径生成C5。这 样C5就积累起来。,3.光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段,下列说法正确的是 ( ) A.叶绿体的类囊体膜上进行光反应和暗反应 B.叶绿体的类囊体膜上进行暗反应,不进行光反应 C.叶绿体基质中可进行光反应和暗反应 D.叶绿体基质中进行暗反应,不进行光反应 答案 D 叶绿体类囊体的薄膜是进行光合作用光反应的场所,而叶绿体 基质是进行暗反应的场所。,4.下列变化中,可在叶绿体基质中完成的是 ( ) H2O H+O2 ATP ADP+Pi+能量 C3还原为C6H12O6、C5 CO2+C5 2C3 A. B. C. D. 答案 C 叶绿体基质是进行暗反应的场所,主要进行CO2的固定和C3的 还原,在该阶段需要消耗光反应产生的H和ATP,而过程是水的光解,发 生在叶绿体类囊体薄膜上。,突破一 光合作用原理与应用 1.影响光合作用的因素 (1)单因子,(2)多因子,2.外界条件变化时C5、C3、H等的变化,3.净光合速率的测定 (1)NaHCO3溶液作用:烧杯中的NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒 定,满足了绿色植物光合作用的需求。 (2)植物净光合速率测定指标:植物光合作用释放氧气,使容器内气体压强 增大,毛细管内的水滴右移。单位时间内水滴右移的体积即表示净光合 速率。,(3)条件:整个装置必须在光下,光是植物进行光合作用的条件。,典例1 (2014江苏单科,31,8分)为研究浮游藻类的光合作用,将一种绿藻培 养至指数生长期,并以此为材料,测定了藻细胞在不同条件下的净光合速率 (Pn)。图1为光合放氧测定装置的示意图;图2是不同NaHCO3浓度(pH 8.5,2 5 )条件下测得的Pn曲线图。请回答下列问题:,(1)通过变换图1中光源,可研究 、 对光合作用的影响。 (2)在测定不同光照对Pn的影响时,如不精确控制温度,则测得的光照与Pn 的关系 (填“呈正相关”、“呈负相关”或“难以确定”)。,(3)由于弱碱性的藻培养液中游离CO2浓度很低,藻光合作用主要通过胞内 碳酸酐酶(CA)分解水中的HC 获得CO2。图2中达到最大Pn值的最低 NaHCO3浓度为 ;在更高NaHCO3浓度下,Pn不再增加的主要原因有 、 。 (4)培养基中的HC 与C 之间的离子平衡与pH有关,碱性条件下pH越高, HC 越少,C 越多,而C 几乎不能被该藻利用。在测定不同pH(7.01 0.0)对光合作用的影响时,导致Pn发生变化的因素有 、 。 解析 (1)光照强度和光质均会影响光合速率,该实验可通过可调光源研 究这两个因素对光合速率的影响。(2)光照的改变会使Pn改变,温度改变时,Pn也随之改变,自变量不单一,无法确定光照与Pn的关系。(3)由图2可知:最 大Pn值所对应的最低NaHCO3浓度为120 mgL-1;在一定范围内,随NaHCO3 浓度增加,Pn也增加;在更高NaHCO3浓度下,Pn不再增加可能是CO2浓度达 到了饱和点,也可能是CA数量有限不能分解更多的NaHCO3。(4)pH改变不 仅影响HC 的含量,也会影响CA的活性,从而影响CO2的供应,因而导致Pn 变化。 答案 (1)光强 光质 (2)难以确定 (3)120 mgL-1 达到了CO2饱和点 CA量有限 (4)CO2(或 HC )供应量不同 CA(细胞)活性变化,1-1 下列有关光合作用过程的叙述中正确的是 ( ) A.叶绿体类囊体膜上进行暗反应,也进行光反应 B.光反应为C3的还原提供H、ATP C.突然停止光照,叶绿体中C3的含量将下降 D.若气孔关闭,叶绿体中C5的含量将下降 答案 B 解析 光反应在叶绿体类囊体薄膜上进行,暗反应在叶绿体的基质中进 行,A错误;突然停止光照,叶绿体中C3的含量将上升,C错误;若气孔关闭,叶 绿体中C5的含量将升高,D错误。,1-2 下图表示一株水稻叶肉细胞内的C5化合物含量在24 h内的变化过程, 请据图分析: (1)C5化合物的产生和消耗主要发生于叶绿体的 中。,(2)AB段和IJ段的C5含量维持在较低的水平,其主要原因是缺乏 (化合物)。G点时C5化合物含量升高的主要原因是缺乏 (物质)。 (3) (填字母)段的出现可能是由于白天该地区天气暂时由晴转阴 所造成的。 答案 (1)基质 (2)H(或NADPH)、ATP(二者答对其一即可) CO2 (3)CD 解析 (1)C5的产生和消耗发生在暗反应阶段,场所为叶绿体基质中。(2) AB段和IJ段是无光阶段,不能进行光反应,不能产生H(或NADPH)和ATP, C3不能转变为C5,而C5可与CO2结合生成C3,所以C5含量极低;在中午时,植物 为防止蒸腾过度关闭气孔,使外界CO2无法进入叶肉细胞间隙,细胞缺少CO,2而使C5不能转变为C3,但C3还可在光反应产生的H和ATP的作用下生成C 5,所以C5含量上升。(3)天气暂时由晴转阴时,光照强度减弱,产生的H和 ATP减少,C3转变为C5的量减少,而C5的消耗不变故C5含量下降,当再由阴转 晴时,光照强度增强,C5含量上升。,突破二 光合作用与细胞呼吸综合 1.光合作用和细胞呼吸的区别,2.光合作用和细胞呼吸的联系 (1)物质联系 C元素:CO2 (CH2O) 丙酮酸 CO2 O元素:H2O O2 H2O H元素:H2O H (CH2O) H H2O (2)能量联系,1.光合作用与有氧呼吸过程中H和ATP来源、去路的比较,2.光合作用与呼吸作用综合曲线解读 曲线解读如下表:,典例2 夏季晴朗的一天,甲乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的 变化如图所示。下列说法正确的是 ( ) A.甲植株在a点开始进行光合作用,B.乙植株在e点有机物积累量最多 C.曲线b-c段和d-e段下降的原因相同 D.两曲线b-d段不同的原因可能是甲植株气孔无法关闭 解题关键,解析 图中两曲线可表示植物的净光合速率,a点时光合速率等于呼吸速 率,说明甲植株在a点前就已经开始进行光合作用,A错误;乙植株在18时后 净光合速率小于0,该植株在18时有机物的积累量最多,B错误;曲线b-c段下 降的原因是气孔关闭,乙植株因二氧化碳供应不足导致光合速率下降,曲线 d-e段光合速率下降的原因则是光照强度减弱,C错误。分析两曲线b-d段可 知,中午时乙植株出现净光合速率先下降后上升的现象,这可能是由于乙植 株气孔发生关闭造成的,而甲植株没有发生类似的现象可能是甲植株气孔 无法关闭,D正确。 答案 D,2-1 如图是某高等生物细胞内发生的生理过程示意图,1、2、3、4、5、6 表示生理过程,A、B、C、D表示化学物质。下列说法错误的是 ( ) A.图中代表暗反应的是6 B.图中代表有氧呼吸第二阶段的是3,C.A、B代表的物质分别是丙酮酸和H D.发生于高等动物细胞内的生理过程有1、2、3、4 答案 D 解析 结合光合作用和细胞呼吸的过程可知,1、2、3、4、5、6分别表 示细胞呼吸的第一阶段、无氧呼吸的第二阶段、有氧呼吸的第二阶段、 有氧呼吸的第三阶段、光合作用光反应阶段、光合作用暗反应阶 段。A、B、C、D分别表示丙酮酸、H、ADP和Pi、ATP和H。因 此,A、B、C正确。高等动物细胞内无氧呼吸不能产生酒精,因此不能发生 过程2,故D错误。,2-2 如图曲线表示适宜温度下,光照强度对甲、乙两种植物产生O2的影响 的实验情况。下列哪项描述是不正确的 ( ) A.本实验说明光合作用与光照强度有关 B.在 C点,CO2浓度可能是影响甲和乙产生O2的因素,C.在A与B点曲线间,两种植物的呼吸作用强于光合作用 D.在B与C点曲线间,甲乙两植物只进行光合作用 答案 D 解析 净产氧量=光合作用产氧量-呼吸作用耗氧量。从图示中可以看 出,光照强度不同,同一植物的光合作用强度不同,光照强度相同,不同植物 的光合作用强度大小不一样,故光照强度是影响植物光合作用的外界因素, A正确;C点,甲乙两种植物的光合作用强度达到最大值,说明光照强度不再 是影响光合作用的因素,此时,CO2浓度可能是影响两种植物光合作用强度 的因素,B正确;在A与B点曲线间,两种植物的呼吸作用消耗氧气的量大于 光合作用产生氧气的量,故C正确;在B与C点曲线间,甲乙两植物的光合作,用大于呼吸作用强度,故净产氧量为正值,D错误。,突破三 实验 叶绿体色素的提取和分离 1.实验原理 (1)提取:叶绿体中的色素溶于有机溶剂而不溶于水,可用无水乙醇等有机 溶剂提取色素。 (2)分离:各种色素在层析液中溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上 扩散得快,反之则慢,从而使各种色素相互分离。 2.实验操作,疑难诊室 (1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析 未加石英砂(二氧化硅),研磨不充分。 使用放置数天的菠菜叶,滤液色素(叶绿素)太少。 一次加入大量的无水乙醇(正确做法:分次加入少量无水乙醇提取色素)。 未加碳酸钙或加入过少,色素分子被破坏。 (2)滤纸条色素带重叠:滤纸条滤液细线接触到层析液。 (3)滤纸条看不见色素带 忘记画滤液细线。 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。,典例3 在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时,甲、乙、丙、丁四位 同学使用相关试剂的情况如下表所示(“+”表示使用,“-”表示未使用), 其余操作均正常,他们所得的实验结果依次应为 ( ),A. B. C. D. 解析 由表可知,甲同学加的溶剂为水,而不是有机溶剂丙酮,色素不溶于 水,因而提取不到叶绿体中的色素,所得结果应为;乙同学的操作正确,应,为结果,即自上而下依次出现胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b 4 条色素带,且叶绿素a和叶绿素b的含量较多;丙同学尽管使用了有机溶剂丙 酮,可以提取到色素,但由于未加CaCO3,叶绿素可能被破坏,因而叶绿素a和 叶绿素b两条色素带比正常的窄,应为结果;丁同学未加SiO2,可能研磨不 充分,导致各种色素的提取量均少于正常水平,应为结果。 答案 B,A.提取色素时加入碳酸钙是为了防止滤液挥发 B.水稻在收获时节,叶片中色素量的变化是(甲+乙)(丙+丁) C.四种色素都能溶解在层析液中,乙色素的溶解度最大 D.四种色素中,丙和丁主要吸收红光 答案 B 解析 根据色素的含量及扩散距离,可推出甲是叶绿素b,乙是叶绿素a,丙,3-1 下列是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况,以下说法正确 的是 ( ),是叶黄素,丁是胡萝卜素;提取色素时加入碳酸钙是为了保护色素不被破 坏;水稻在收获时节,叶绿素大量分解,此时叶片中色素含量(甲+乙)(丙+ 丁);在层析液中,丁色素的溶解度最大;四种色素中,丙和丁主要吸收蓝紫 光。,3-2 某同学提取得到叶绿体色素溶液后,取一圆形滤纸,在滤纸中央滴一 滴色素提取液,再滴一滴层析液,色素随层析液扩散得到如图所示结果,则 1、2、3、4四条色素带依次表示 ( ) A.胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b B.叶黄素、胡萝卜素、叶绿素a、叶绿素b,C.叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素 D.叶绿素b、叶绿素a、胡萝卜素、叶黄素 答案 A 解析 色素随层析液扩散形成1、2、3、4四条不同的色素带。色素在 层析液中的溶解度不同,扩散速度不同,溶解度大的扩散速度快,位于最外 圈的色素带即图中色素带1是胡萝卜素;溶解度小的扩散速度慢,位于最里 圈的是叶绿素b,2、3分别是叶黄素和叶绿素a。,
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