1、第8讲 光合色素与光合作用的 基本过程,-2-,-3-,教材梳理,题型探究,真题演练,光合色素及提取与分离 1.色素及吸收光谱 (1)色素,蓝绿色,黄绿色,类胡萝卜素,胡萝卜素,黄色,化学,-4-,教材梳理,题型探究,真题演练,(2)色素的吸收光谱叶绿素对 的吸收量大,类胡萝卜素对的吸收量大,对其他波段的光并非不吸收,只是吸收量较少。,红光和蓝紫光,蓝紫光,-5-,教材梳理,题型探究,真题演练,2.光合色素的提取和分离 (1)实验原理 提取色素原理:色素是有机物,易溶于有机溶剂而不溶于水,可用 等有机溶剂溶解、提取色素。 分离色素原理:各种色素在 中的溶解度不同,溶解度大的色素随 在滤纸条上扩
2、散得快,反之则扩散得慢,从而使各种色素相互分离;采用 法进行分离。,95%的乙醇,层析液,层析液,纸层析,-6-,教材梳理,题型探究,真题演练,(2)实验步骤 第一步:提取绿叶中的色素 取材:用新鲜的菠菜叶放入4050 的烘箱中烘干 研磨:加少许 ,再加入23 mL ,迅速、充分研磨成匀浆 过滤:在漏斗基部放一块单层尼龙布,将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤 收集:用试管收集色素滤液,及时将试管口用,二氧化硅和碳酸钙,95%的乙醇,棉塞塞严,-7-,教材梳理,题型探究,真题演练,第二步:分离绿叶中的色素,滤纸条,去角的一端1 cm,滤液细线,均匀地,重复画线12次,-8-,教材梳理,题型探究,
3、真题演练,分离绿叶中的色素:将适量层析液倒入试管中,将滤纸条(有滤液细线的一端朝下)轻轻插入 中,随后用棉塞塞紧试管口 注意:不能让滤纸条上的滤液细线触及层析液 观察结果:滤纸条上色素带有4条,层析液,-9-,教材梳理,题型探究,真题演练,题型一:光合色素的种类和功能 【基础典例1】 (2017浙江湖州期末)如图表示叶绿体中各色素的吸收光谱,据图判断,下列判断错误的是( ),-10-,教材梳理,题型探究,真题演练,A.在研究叶绿素的过程中,为避免类胡萝卜素的干扰,应该选用红橙光区 B.进入秋季,植物对420470 nm波长的光的利用量减少 C.用450 nm波长的光比用600 nm波长的光更能
4、提高光合作用强度 D.用550 nm波长的光改用670 nm波长的光后短时间内叶绿体中三碳酸含量增加,答案,解析,-11-,教材梳理,题型探究,真题演练,归纳提升影响叶绿素合成的因素 (1)光照:光是影响叶绿素合成的主要条件,一般植物在黑暗环境中不能合成叶绿素,因而叶片发黄。 (2)温度:温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性,进而影响叶绿素的合成。低温时,叶绿素分子易被破坏,而类胡萝卜素分子较为稳定,使叶片变黄。 (3)必需元素:叶绿素中含N、Mg等必需元素,缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成,叶片变黄。,-12-,教材梳理,题型探究,真题演练,考向二 光合色素提取与分离实验操作 【典例1-2】
5、 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( ),-13-,教材梳理,题型探究,真题演练,A. B. C. D.,答案,解析,-14-,教材梳理,题型探究,真题演练,归纳提升光合色素提取与分离的注意事项,-15-,教材梳理,题型探究,真题演练,-16-,教材梳理,题型探究,真题演练,考向三 光合色素提取与分离的应用提升 【典例1-3】 如图表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行实验的流程。相关叙述错误的是( ),-17-,教材梳理,题型探究,真题演练,A.纸层析法分离色素的
6、原理是色素在层析液中溶解度不同 B.两组实验的结果中共有的色素带的颜色是黄色和橙黄色 C.若在缺镁条件下完成该实验,两组实验的结果和差异都不大 D.两组实验的结果中吸收光谱最明显的差异出现在蓝紫光区域,答案,解析,-18-,教材梳理,题型探究,真题演练,归纳提升滤纸条上色素的分布和对光的吸收,-19-,教材梳理,题型探究,真题演练,A.黄-绿比率增高,有利于水稻有机物的积累 B.水稻在缺Mg的环境,其P/R值将下降 C.b点比a点更适宜水稻的生长 D.在水稻收获季节,叶肉细胞的P/R值在a点,考向四 光合色素与生产实践的联系 【典例1-4】 植物学家研究发现,水稻叶肉细胞中的类胡萝卜素和叶绿素
7、的比率(黄绿比率)与其P(光合作用)/R(细胞呼吸)比率呈现一定的关系,这种关系如图所示,以下判断正确的是( ),答案,解析,-20-,教材梳理,题型探究,真题演练,(2017浙江4月选考,30)为探究不同环境因素对某植物叶片中叶绿素含量的影响,进行了相关实验,结果如图所示。,-21-,教材梳理,题型探究,真题演练,回答下列问题。 (1)本实验的因变量是 。由图中曲线对比可知,经 处理的该植物叶片中叶绿素含量下降最为明显,这将直接导致光反应中叶绿素吸收的 光减少而降低了光合速率。由此推知,若遇到较低温天气,除升温方法外,可对植物进行 处理以减少叶绿素的损失。 (2)提取上述四组该植物叶片中的色
8、素时,为防止色素被破坏,研磨时可加入适量的 。对上述四组色素提取液分别进行纸层析分离,结果发现,第4组得到的色素带中,从上到下的第条色素带均明显变窄。 (3)若用不同波长的光照射叶绿素a的提取液并测定 ,可得到叶绿素a的吸收光谱。,-22-,教材梳理,题型探究,真题演练,答案:(1)叶绿素含量 低温和光照 蓝紫光和红 遮光 (2)碳酸钙 3、4 (3)吸光率 解析:(1)分析图示可知,本实验检测不同处理方式下叶绿素的含量,故因变量是叶绿素含量。相比较其他组别,0 低温和光照条件处理,叶绿素的含量最低。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,叶绿素含量降低,会对上述光吸收减少。曲线3为低温处理,相对曲线4,
9、该组叶绿素含量更高,因此遇低温天气,可适当进行遮光处理。(2)提取光合色素,为防止叶绿素被破坏,可加入少量碳酸钙,以保护叶绿素。对提取的光合色素进行纸层析处理后,自上而下,叶绿素a和叶绿素b分别处于色素带的第3和第4的位置,实验中第4组叶绿素被破坏,上述条带会在层析后明显变窄。(3)不同光合色素吸收不同波长的光,利用不同波长的光照射光合色素,可绘制光合色素对不同波长光的吸收率的吸收光谱。,-23-,教材梳理,题型探究,真题演练,光合作用的基本过程 1.叶绿体的结构与功能 (1)结构模式图,双层,碳反应,基粒,-24-,教材梳理,题型探究,真题演练,(3)功能:进行 的场所。 2.光合作用的概念
10、及反应式 (1)光合作用指绿色植物通过叶绿体,利用光能,把 转化成贮存着能量的有机物,并且释放出 的过程。 (2)总反应式: 。,光合作用,CO2和H2O,氧气,-25-,教材梳理,题型探究,真题演练,3.光合作用的基本过程 (1)光反应 场所:叶绿体 中。 物质变化: a.水光解:水在光下裂解为 和O2。 b.ATP的合成:ADP+Pi ATP。 c.NADPH合成:水中的 将NADP+还原为NADPH。 能量变化: 光能转变为 中的化学能,类囊体膜,2H+2e-,氢(H+和e-),ATP和NADPH,-26-,教材梳理,题型探究,真题演练,(2)碳反应 场所:叶绿体 。 物质变化: a.C
11、O2被固定:1分子CO2和1分子 结合形成一个六碳分子2个 。 b.三碳酸被还原:三碳酸接受来自NADPH的 和ATP的三碳糖(卡尔文循环中的第一个糖)。 c.再生RuBP:每 个二氧化碳进入卡尔文循环,形成6分子三碳酸还原为 三碳糖 个三碳糖再生RuBP,个三碳糖离开卡尔文循环。,基质,RuBP,三碳酸,氢,磷酸基团,3,6分子,5,1,-27-,教材梳理,题型探究,真题演练,能量变化: ATP和NADPH中的化学能转变为 中的化学能,碳反应的产物三碳糖在叶绿体内作为合成淀粉、 和 的原料被利用,大部分运至 ,转变成 供植物所有细胞利用。,糖分子,蛋白质,脂质,叶绿体外,蔗糖,-28-,教材
12、梳理,题型探究,真题演练,考向一 叶绿体结构与光合作用 【典例2-1】 (2018浙江选考十校联盟3月适应性考试)下列关于光合作用的叙述,正确的是( ) A.悬浮在叶绿体基质中的所有类囊体是连成一体的 B.叶绿素只能吸收蓝紫光和红光,不吸收其他光,所以呈绿色 C.类胡萝卜素和叶绿素等光合色素只存在于叶片中 D.卡尔文循环中的关键步骤是二氧化碳与RuBP结合,答案,解析,-29-,教材梳理,题型探究,真题演练,技巧总结“一二三四”法巧记光合作用基本知识,-30-,教材梳理,题型探究,真题演练,考向二 光反应与碳反应的过程 【典例2-2】 (2018浙江稽阳联谊学校高三3月联考)如图为某高等植物细
13、胞光合作用过程示意图,A、B、C、D、E、F分别表示光合作用不同阶段中的物质。据图分析并回答下列问题。,-31-,教材梳理,题型探究,真题演练,(1)含有磷元素的物质是 (填字母),ATP的形成与 (填物质名称)的跨膜运输有关。物质C的作用是 。 (2)脂双层中的色素吸收的光是波长为 nm的可见光。光合作用产生的O2离开这个植物细胞,需要穿过的膜有 。 (3)物质F可以在卡尔文循环中继续转变成物质E,也可以离开卡尔文循环并在叶绿体中作为合成 、蛋白质和脂质等大分子物质的原料。 (4)若将图中的光照撤离,则短时间内叶绿体中物质D的生成速率将 。(填“增大”“减小”或“基本不变”),答案:(1)A
14、、C、D、E、F H+ 为物质D(3-磷酸甘油酸)的还原提供氢和能量 (2)400700 类囊体膜、叶绿体膜、细胞膜 (3)淀粉 (4)减小,-32-,教材梳理,题型探究,真题演练,解析:(1)含有磷元素的物质是A(NADP+)、C(NADPH)、D(3-磷酸甘油酸)、E(RuBP)、F(三碳糖磷酸);据图可知,ATP的形成与H+的跨膜运输有关;物质C(NADPH)的作用是为物质D(3-磷酸甘油酸)的还原提供氢和能量。 (2)脂双层中的色素吸收的光是波长为400700 nm的可见光;光合作用产生的O2离开这个植物细胞,需要穿过的膜包括有类囊体膜、叶绿体膜、细胞膜。 (3)物质F(三碳糖磷酸)可
15、以在卡尔文循环中继续转变成物质E(RuBP),也可以离开卡尔文循环并在叶绿体中作为合成淀粉、蛋白质和脂质等大分子物质的原料。 (4)若将图中的光照撤离,则光反应产生的用于碳反应的ATP和NADPH减少,抑制物质D的还原,导致其生成速率将减小。,-33-,教材梳理,题型探究,真题演练,归纳提升光反应和碳反应的区别与联系,-34-,教材梳理,题型探究,真题演练,-35-,教材梳理,题型探究,真题演练,【典例2-3】 植物叶肉细胞光合作用的碳反应、蔗糖与淀粉合成代谢途径如图所示。图中叶绿体内膜上的磷酸转运器转运出1分子三碳糖磷酸的同时转运进1分子Pi(无机磷酸)。,-36-,教材梳理,题型探究,真题
16、演练,请回答下列问题。 (1)磷除了是光合作用相关产物的组分外,也是叶绿体内核酸和的组分。 (2)卡尔文循环中3-磷酸甘油酸生成三碳糖磷酸的还原反应属于(填“吸能反应”或“放能反应”)。 (3)若蔗糖合成或输出受阻,则进入叶绿体的 数量减少,使三碳糖磷酸大量积累于 中,也导致了光反应中合成 数量下降,卡尔文循环减速。上述这种三碳糖磷酸对卡尔文循环的调节属于 。此时过多的三碳糖磷酸将用于 ,以维持卡尔文循环运行。,-37-,教材梳理,题型探究,真题演练,答案:(1)磷脂 (2)吸能反应 (3)Pi 叶绿体基质 ATP和NADPH 负反馈调节 淀粉的合成 解析:(1)磷元素是核酸、磷脂、ATP等的
17、组成成分,叶绿体内含磷,主要是核酸和类囊体膜中含有磷脂。(2)卡尔文循环中3-磷酸甘油酸生成三碳糖磷酸是一个还原反应,需要吸收ATP释放的能量才能完成,故是一个吸能反应。(3)据图分析,若蔗糖合成或输出受阻,导致三碳糖磷酸的转运受到抑制,进入叶绿体的Pi减少,同时三碳糖磷酸因转运受抑制而在叶绿体基质中大量积累,进一步抑制了碳反应和光反应的进行,使得ATP和NADPH的合成数量下降。这一过程中三碳糖磷酸对卡尔文循环的调节属于负反馈调节过程。此时从题图可以看出过多的三碳糖磷酸将用于淀粉的合成,以维持卡尔文循环运行。,-38-,教材梳理,题型探究,真题演练,考向三 植物细胞中各物质含量变化分析 【典
18、例2-4】 离体的叶绿体在光照下进行稳定的光合作用时,如果突然中断CO2的供应,短时间内叶绿体中三碳酸分子与RuBP相对含量的变化是( ) A.三碳酸分子增多、RuBP减少 B.三碳酸分子增多、RuBP增多 C.三碳酸分子减少、RuBP增多 D.三碳酸分子减少、RuBP减少,答案,解析,-39-,教材梳理,题型探究,真题演练,方法技巧当外界条件改变时,植物细胞中各物质含量变化分析,-40-,教材梳理,题型探究,真题演练,1.(2016浙江4月选考,30)叶绿体中的色素、蛋白质等在某种膜上的分布及部分反应的示意图如右图,请回答下列问题。,-41-,教材梳理,题型探究,真题演练,(1)该膜是 膜,
19、其上含有色素和催化光反应的 。光反应中,色素吸收的光能转变为ATP等物质中的 。 (2)光反应的产物除图中所示的物质外,还有电子和 。ATP为碳反应提供了能量和 。 (3)分离新鲜菠菜叶片中的光合色素时,应注意滤纸条上的滤液细线要高于 的液面,滤纸条上最宽色素带所含的色素是 。,-42-,教材梳理,题型探究,真题演练,答案:(1)类囊体(或光合) 酶 化学能 (2)NADPH 磷酸基团 (3)层析液 叶绿素a 解析:(1)分析图示可知,该膜上发生光能的转换,因此该膜是叶绿体中的类囊体膜(或光合膜),该膜上存在色素和催化光反应的酶,将光能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能。(2)图示中的反应
20、产物有O2、H+、ATP,除此之外还应有NADPH和电子(e-),光反应产生的ATP为碳反应中三碳酸的还原提供能量,同时也会提供磷酸基团。(3)分离色素时,层析液不可没过滤液细线,否则光合色素会溶于层析液而无法被分离,分离结束,距滤液细线由远及近四条色素带分别为胡萝卜素(橙黄色,条带最窄)、叶黄素(黄色,条带略窄)、叶绿素a(蓝绿色,条带最宽)、叶绿素b(黄绿色,条带略宽)。,-43-,教材梳理,题型探究,真题演练,2.(2015浙江10月选考,30)图甲是探究光对黑藻光合作用影响的实验装置,光源位置固定,且光照时间一定,反应室的溶液中含有适量NaHCO3。图乙为黑藻叶绿体中的某生理过程。请回
21、答下列问题。,-44-,教材梳理,题型探究,真题演练,(1)本实验中黑藻的光合速率可用单位时间的 表示。 (2)若变换图甲中的光源,可改变光的 或 。 (3)图乙所示的生理过程为 循环,该循环从一个开始,每形成1分子三碳糖磷酸需经过 轮该循环。三碳糖磷酸大部分运至叶绿体外转变成 ,供植物细胞利用。,-45-,教材梳理,题型探究,真题演练,答案:(1)O2释放量 (2)强度 波长 (3)卡尔文 RuBP 3 蔗糖 解析:反应室的溶液中含有适量NaHCO3,可以维持二氧化碳浓度的恒定,故本实验中光合速率可用单位时间内O2释放量来表示。本实验的目的是探究光对黑藻光合作用的影响,若变换图甲中的光源,可改变光的波长或强度。图乙所示的生理过程为碳反应或卡尔文循环,该循环从一个RuBP开始,每形成1分子的三碳糖磷酸(三碳糖)需要经过3轮该循环,三碳糖磷酸大部分运至叶绿体外转变为蔗糖,供植物细胞利用。,
