课标版课标版 生物生物第8讲光合作用知识一捕获光能的色素和结构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。知识梳理知识梳理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ab),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。(2013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.10mL,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,10mL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光合作用化能合成作用区别能量光能氧化无机物放出的能量代表生物绿色植物硝化细菌相同点都能将CO2和H2O等无机物合成有机物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CCO2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()H2OH+O2ATPADP+Pi+能量C3还原为C6H12O6、C5CO2+C52C3A.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)单因子重难突破重难突破因素原理图像应用影响光反应阶段,制约ATP及NADPH的产生,进而制约暗反应欲使植物生长,必须使光照强度大于光补偿点温室大棚内适当提高光照强度可以提高光合速率影响暗反应阶段,制约C3的生成大田中增加空气流动,以增加CO2浓度,如“正其行,通其风”温室中可增施有机肥,以增大CO2浓度通过影响酶活性进而影响光合作用(主要制约暗反应)大田中适时播种温室中,增加昼夜温差,保证植物有机物的积累通过构成的与光合作用相关的化合物对光合作用产生直接或间接影响,如K+可影响光合产物的运输和积累合理施肥,加快光合作用速率施用的有机肥,被微生物分解后既可补充CO2又可提供各种矿质元素图像含义P点前,限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子,随该因子的不断加强,光合速率不断提高;Q点时,横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素,影响因素为坐标图中所标示出的其他因子(2)多因子应用温室栽培时,在一定光照强度下,白天可适当提高温度,增加光合酶的活性,提高光合速率,也可同时适当补充CO2,进一步提高光合速率;当温度适宜时,可适当增加光照强度和CO浓度以提高光合作用速率条件光照由强到弱,CO2供应不变光照由弱到强,CO2供应不变CO2供应由充足到不足,光照不变CO2供应由不足到充足,光照不变C3含量增加减少减少增加C5含量减少增加增加减少H和ATP的含量减少或没有增加增加减少(CH2O)的合成量减少增加减少增加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(pH8.5,25)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(7.010.0)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120mgL-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)120mgL-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、ATPC.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24h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CO2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C5,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光合作用细胞呼吸发生范围含叶绿体的植物细胞;蓝藻,光合细菌等所有活细胞发生场所叶绿体(真核生物);细胞质(原核生物)细胞质基质、线粒体发生条件光下时时刻刻进行实质无机物有机物;储存能量有机物无机物;释放能量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CO2O元素:H2OO2H2OH元素:H2OH(CH2O)HH2O(2)能量联系1.光合作用与有氧呼吸过程中H和ATP来源、去路的比较比较项目来源去路H光合作用光反应中水的光解 作为暗反应阶段的还原剂,用于还原C3有氧呼吸第一阶段、第二阶段产生用于第三阶段还原氧气产生水,同时释放大量能量ATP光合作用在光反应阶段合成,其合成所需能量来自色素吸收转化的太阳能用于暗反应阶段C3还原,其中活跃的化学能以稳定的化学能形式储存在有机物中有氧呼吸第一、二、三阶段均产生,其中第三阶段产生最多,其合成所需能量来自有机物的分解水解释放的能量直接用于各项生命活动2.光合作用与呼吸作用综合曲线解读曲线解读如下表:曲线对应点细胞生理活动ATP产生场所细胞或植物体外观表现图示A点植物只进行细胞呼吸,不进行光合作用只在细胞质基质和线粒体从外界吸收O2,向外界排出CO2AB段(不含A、B点)呼吸量光合量细胞质基质、线粒体、叶绿体从外界吸收O2,向外界排出CO2B点光合量=呼吸量与外界不发生气体交换B点之后光合量呼吸量从外界吸收CO2,向外界释放O2此时植物可更新空气典例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D2-1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6B.图中代表有氧呼吸第二阶段的是3C.A、B代表的物质分别是丙酮酸和HD.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.实验操作步骤方法原因提取绿叶中的色素加入二氧化硅:有助于研磨充分加入碳酸钙:防止研磨中色素被破坏加入无水乙醇:为了溶解、提取色素将研磨液迅速倒入基部垫有单层尼龙布的小漏斗中过滤,滤液收集到试管中,及时用棉塞塞紧试管口单层尼龙布:过滤叶脉及二氧化硅等试管口塞紧:防止乙醇挥发制备滤纸条干燥滤纸:透性好、吸收滤液多剪去两角:使层析液同步到达滤液细线画滤液细线用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔细线均匀地画出一条细而直的滤液细线,待干后再重复画一两次画得细而直:防止色素带重叠而影响分离效果画两三次:是为积累更多的色素,使分离后的色素带明显分离绿叶中的色素层析液不能没及滤液细线,以防止色素溶解于层析液中而无法分离烧杯加盖是为了防止层析液中成分挥发观察与记录疑难诊室(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()甲乙丙丁丙酮-+水+-CaCO3+-+SiO2+-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b4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BA.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bB.叶黄素、胡萝卜素、叶绿素a、叶绿素bC.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。