第12讲 能量之源光与光合作用Word文件下载.docx
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”。
（1）叶绿体色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸上扩散就越慢。
（ ×
）
（2）叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素，都主要吸收红光和蓝紫光。
（ √ ）
（3）利用纸层析法可分离4种叶绿体色素。
（4）光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。
（5）叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同。
（6）植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。
（7）叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多。
2．（经典高考题）关于叶绿体中色素的提取和分离实验的操作，正确的是（ B ）
A．使用定性滤纸过滤研磨液
B．将干燥处理过的定性滤纸条用于层析
C．在画出一条滤液细线后紧接着重复画线2～3次
D．研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素
解析 过滤研磨液使用的是单层尼龙布；
层析时使用的是干燥处理过的定性滤纸条；
在画出一条滤液细线后，待滤液干燥后再重复画线1～2次；
研磨叶片时，用无水乙醇或体积分数为95%的乙醇（加适量无水碳酸钠除去水分）溶解色素。
3．如图所示为某同学做“叶绿体中色素的提取和分离”实验的改进装置，下列叙述错误的是（ D ）
A．应向培养皿中倒入层析液
B．应将滤液滴在a处，而不能滴在b处
C．实验结果应得到四个不同颜色的同心圆（近似圆形）
D．实验得到的若干个同心圆中，最小的一个圆呈橙黄色
解析 实验得到的若干个同心圆中，最小的一个圆呈黄绿色，然后向外依次是蓝绿色、黄色、橙黄色。
一 考查实验选材、试剂的作用和实验操作
[例1]某班同学完成对新鲜菠菜叶进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于各组操作不同，出现了以下四种不同的层析结果。
下列分析不合理的是（ C ）
A．甲可能误用蒸馏水做提取液和层析液
B．乙可能是因为研磨时未加入SiO2
C．丙是正确操作得到的理想结果
D．丁可能是因为研磨时未加入CaCO3
解析 叶绿体中色素能溶解在有机溶剂中，几乎不溶于蒸馏水中，A项正确；
SiO2可使研磨充分，未加入SiO2导致研磨不充分，获得的色素少，B项正确；
在滤纸条上距离点样处近的叶绿素b含量比胡萝卜素多，C项错误；
CaCO3可防止叶绿素被破坏，未加入CaCO3可导致叶绿素提取量减少，D项正确。
绿叶中色素的提取和分离实验中异常实验现象原因分析
（1）滤纸条上色素带颜色均较浅：
①未加二氧化硅，研磨不充分；
②加入无水乙醇的量过多；
③实验材料中色素含量较少。
（2）滤纸条下面两条色素带较浅：
①未加碳酸钙或加入量过少，叶绿素被破坏；
②实验材料（如泛黄的叶片）中叶绿素的含量较少。
（3）滤纸条上色素带重叠：
①滤液细线不直；
②滤液细线过粗。
（4）滤纸条上看不见色素带：
①忘记画滤液细线；
②滤液细线接触到层析液，色素溶解到层析液中。
二 色素与叶片颜色
正常绿色
正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例为3∶1，且对绿光吸收最少，所以正常叶片总是呈现绿色
叶色变黄
寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，叶片显示出类胡萝卜素的颜色而变黄
叶色变红
秋天降温时，植物体为适应寒冷环境，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶片呈现红色
[例2]下列对提取光合色素进行纸层析分离实验中各种现象的解释，正确的是（ C ）
A．未见色素带，说明材料可能为黄化叶片
B．色素始终在滤纸上，是因为色素不溶于层析液
C．提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b较多
D．叶黄素排在滤纸最前方，是因为其在提取液中的溶解度最大
解析 未见色素带，其原因是操作失误；
叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇、层析液中；
由于叶绿素含量比类胡萝卜素多且叶绿素呈现绿色，所以，提取液呈绿色；
胡萝卜素在层析液（而不是提取液）中扩散得最快，排在滤纸最前方。
三 考查色素提取与分离原理的应用
1．提取：
绿叶中的色素溶于有机溶剂无水乙醇而不溶于水，可用无水乙醇提取色素。
2．分离：
各种色素在层析液中溶解度不同，溶解度大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。
[例3]下图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（ A ）
A．水稻在收获时节，叶片中色素含量是（甲＋乙）<
（丙＋丁）
B．提取色素时加入碳酸钙是为了防止滤液挥发
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
解析 依柱状图中扩散距离可推知，甲为叶绿素b，乙为叶绿素a，丙为叶黄素，丁为胡萝卜素。
在水稻收获时节，叶片变黄，类胡萝卜素的含量大于叶绿素的含量；
在提取色素时，加入碳酸钙的目的是防止研磨过程中叶绿素遭到破坏；
丁色素在层析液中的溶解度最大，故扩散的距离最远，乙色素的含量最多；
叶绿素（甲＋乙）主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素（丙＋丁）主要吸收蓝紫光。
影响叶绿素合成的3种因素
（1）温度：
叶绿素合成需要酶的催化作用，低温抑制叶绿素的合成。
（2）光照：
光是叶绿素合成的必要条件，黑暗中不能合成。
（3）矿质元素：
镁是合成叶绿素的必需元素，铁、锰等是叶绿素形成过程中某些酶的辅助成分。
[例1]回答下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验中的问题：
（1）某同学的操作程序如下：
①将5g新鲜完整的菠菜叶放入研钵中，加入无水乙醇、石英砂、CaCO3以后，迅速研磨；
②用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线处小心均匀地画出一条滤液细线，并连续迅速地重复画1～2次；
③将画好细线的滤纸条插入层析液中，并不断摇晃，以求加快色素在滤纸条上的扩散。
结果实验失败，请指出其错误所在：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________。
（2）某兴趣小组同学想探究蔬菜不同叶片在叶绿素含量上的区别，选择了新鲜菠菜的“绿叶”“嫩黄叶”，做“绿叶中色素的提取和分离”实验。
色素层析结果如图，请根据实验结果填写表格：
组别
滤纸条编号
判断依据
绿叶组
①__________
②______________
嫩黄叶组
③__________
④______________
（3）秋天，北方树叶大都由绿变黄，其原因是占四种色素总量80%的__________和__________分解，从而显示出__________和__________的颜色。
[答题送检]来自阅卷名师报告
错误
致错原因
扣分
（1）
①考生生活阅历浅，菠菜的叶柄不含色素
－1
②审题未注意“连续迅速”，对课本实验不熟，未能理解滤液细线越细越好
③层析液不能没及滤液细线是实验成功的关键
（2）
（3）
考生对四种色素表现出的颜色记忆不牢，色素含量与叶片颜色的关系不清
－4
[解析]
（1）将菠菜叶含大量叶肉细胞的部分取下，剪掉叶柄，从而保证含更多的色素；
画滤液细线时要细、齐、直，画下一次时要待上一次的滤液细线干燥；
滤液细线一定不能没及层析液。
（2）A层析结果中各色素位置和带宽符合“绿叶”提取的实验结果，而B层析结果与A相比，靠下的两条带宽明显变窄，表明叶绿素含量较少，故为“嫩黄叶”。
（3）秋天，北方叶片变黄是因为叶绿素降解，叶片更多表现出类胡萝卜素的颜色。
[规范答题]（每空1分）
（1）①不应用完整叶片，而应去掉叶柄后剪碎 ②不应迅速重复画线，而应待干燥后再重复画线
③不应摇晃以免层析液没及滤液细线
（2）①A ②叶绿素a带和叶绿素b带较宽
③B ④叶绿素a带和叶绿素b带较窄
（3）叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素 叶黄素
1．为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，右图为滤纸层析的结果（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带）。
下列叙述不正确的是（ D ）
A．强光照导致了该植物叶绿素含量降低
B．类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照
C．色素Ⅲ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰波长不同
D．画滤液线时，滤液在点样线上只能画一次
解析 在分离色素的实验中，画滤液细线时需要重复画线增加色素量，但操作应在前一次画线晾干后再进行。
考点二 光合作用的探究历程和过程
一、光合作用的探究历程
科学家
实验过程
结论
萨克斯
绿叶在光合作用中产生了__淀粉__
恩格
尔曼
氧是由__叶绿体__释放出来的，__叶绿体__是绿色植物进行光合作用的场所
鲁宾和
卡门
光合作用释放的氧全部来自__H2O__
二、光合作用的过程：
根据是否需要__光__可以概括地分为__光反应__和__暗反应__两个阶段。
1．光反应阶段：
必须__有光__才能进行
（1）水的光解：
H2O
__1/2O2__＋2[H]，[H]作为还原剂，参与__暗反应__阶段的化学反应。
（2）ATP的生成：
ADP＋Pi＋光能
ATP，ATP参与__暗反应__阶段的化学反应。
2．暗反应阶段：
__有没有光__都可以进行
（1）CO2的固定：
CO2＋C5
2C3 。
（1）H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体基质中。
（2）光反应产生的ATP可用于核糖体合成蛋白质。
（3）光合作用光反应阶段产生的[H]可在叶绿体基质中作为还原剂。
（4）离体的叶绿体基质中添加ATP、[H]和CO2后，可完成暗反应。
（5）番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降的原因是光反应强度和暗反应强度都降低。
（6）在其他条件适宜情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内，叶绿体中C3和C5化合物含量都迅速增加。
2．银边天竺葵叶片边缘细胞因不含叶绿体而显白色（如图中b所示）。
将整株银边天竺葵放在黑暗中两天后，再做如图所示处理。
两小时后取该叶片经酒精脱色处理，滴加碘液显色后进行观察。
根据实验结果分析不正确的是（ D ）
A．实验中a处和b处两部分对照说明光合作用发生于叶绿体中
B．实验中a处和c处两部分对照说明光合作用需要CO2
C．实验中a处和遮光纸遮挡部分对照说明光合作用需要光
D．实验中光照的时间越长，效果越明显
解析 细胞中进行光合作用合成的有机物可运输到植物的其它部分，光照的时间越长，效果不一定越明显。
3．（2015·
安徽卷）下图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。
下列叙述正确的是（ C ）
A．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能
B．CO2可直接被[H]还原，再经过一系列的变化形成糖类
C．被还原的C3在相关酶的催化作用下，可再形成C5
D．光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高
解析 C3的还原实质上是将ATP中的化学能转变为（CH2O）中的化学能；
C3可直接被[H]和ATP还原，再经过一系列的变化形成糖类；
光照减弱时，ATP和[H]合成减少，C3还原受阻，C5生成减少，短时间内C5去路不变，最终导致C5含量降低。
一 探究光合作用历程的实验分析
1．在光合作用的探究历程中，科学家们利用了对照实验，使结果和结论更加科学、准确。
（1）普利斯特利：
缺少空白对照，实验结果说服力不强。
（2）鲁宾和卡门：
相互对照，自变量为标记物质（H
O与C18O2），因变量为O2的是否带有放射性。
（3）萨克斯：
自身对照，自变量为光照（一半曝光、另一半遮光），因变量为叶片的颜色变化。
2．萨克斯在做实验前，把绿叶放在黑暗中处理一段时间，目的是消耗掉叶片中的营养物质。
如果不进行该步操作，结果可能会变为遮光处也出现蓝色，因为其中的营养物质没有被充分消耗掉。
3．应用普利斯特利的实验装置和萨克斯的实验处理方法可以验证CO2是光合作用必需的原料，在实验时应注意对植物做饥饿处理。
[例1]（海南卷）某植物叶片不同部位的颜色不同，将该植物在黑暗中放置48h后，用锡箔纸遮蔽叶片两面，如图所示。
在日光下照光一段时间，去除锡箔纸，用碘染色法处理叶片，观察到叶片有的部位出现蓝色，有的没有出现蓝色。
其中，没有出现蓝色的部位是（ B ）
A．a、b和d B．a、c和e
C．c、d和eD．b、c和e
解析 c、e部位被锡箔纸遮盖，且e部位无叶绿素，所以不能进行光合作用，而a部位为黄白色，没有叶绿素，不能进行光合作用产生淀粉，所以加碘液也不会变蓝。
二 分析光合作用的过程
1．光反应与暗反应的联系
（1）光反应为暗反应提供[H]、ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi。
（2）没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。
2．光合作用过程中元素转移途径分析
（1）光合作用总反应式及各元素去向
（2）光合作用过程中O元素的转移途径
H
O
18O2
C18O2
C3
（CH
O）＋H
（3）光合作用过程中C元素的转移途径
14CO2
14C3
（14CH2O）
[例2]（2015·
福建卷）在光合作用中，RuBP羧化酶能催化CO2＋C5（即RuBP）→2C3。
为测定RuBP羧化酶的活性，某学习小组从菠菜叶中提取该酶，用其催化C5与14CO2的反应，并检测产物14C3的放射性强度。
下列分析错误的是（ B ）
A．菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质
B．RuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行
C．测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法
D．单位时间内14C3生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高
解析 暗反应在有光或无光条件下均能进行。
三 条件骤变对光合作用物质含量变化的影响
1．以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化，而非长时间。
2．以上各物质变化中，C3和C5含量的变化是相反的，[H]和ATP含量变化是一致的。
[例3]下图1表示光合作用部分过程的图解，图2表示改变光照后，与光合作用有关的C5和C3在细胞内的变化曲线。
请椐图回答问题：
（1）图1中A表示的物质是__[H]__，它是由__水在光下分解__产生的，其作用主要是__用于C3的还原__。
（2）图1中ATP形成所需的能量最终来自于__太阳光能__。
若用放射性同位素标记14CO2，则14C最终进入的物质是__（CH2O）__。
（3）图2中曲线a表示的化合物是__C3__，在无光照时，其含量迅速上升的原因是：
__CO2与C5结合形成C3，而C3不能被还原__。
（4）曲线b表示的化合物是__C5__，在无光照时，其含量下降的原因是：
__C5与CO2结合形成C3，而C3不能被还原为C5__。
解析
（1）光反应为暗反应提供的物质是[H]和ATP，由此可确定A是[H]，[H]是由水光解后经一系列过程产生的，其作用主要是用于C3的还原。
（2）光反应中，光能转换为活跃的化学能储存于ATP等化合物中，14CO2的同化途径为14CO2→14C3→（14CH2O）。
（3）（4）题干中已说明曲线a、b表示C3和C5的含量变化，光照停止后，光反应停止，[H]和ATP含量下降，C3的还原减弱直至停止，而CO2的固定仍将进行，因此C3含量相对升高，C5含量相对下降，即a表示C3，b表示C5。
[例1]如图为绿色植物光合作用过程示意图（图中a～g为物质，①～⑥为反应过程，物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示）。
请回答以下问题：
（1）图中a物质主要吸收______________，绿色植物能利用它将光能转换成______________。
（2）图中①表示水分的吸收，③表示__________，c为__________，该物质只能用于暗反应，不能用于其他生命活动。
（3）③和④进行的场所分别是______________________，通过[H]和ATP将光反应和暗反应联系起来。
（4）当g突然停止供应，则细胞内e的含量会__________，当光照突然增强，细胞内e的含量会__________。
各种色素的吸收光谱记忆不牢；
考生表述不清楚绿色植物能利用色素将光能转换成ATP中活跃的化学能
－3
图文转换能力不强，对用图表示光合作用过程不熟练；
c与d转化，e与f转化考生未能区分
－2
光反应场所与暗反应场所书写不全
（4）
环境骤变对物质含量变化的分析考生不会
[解析]图中①表示水分的吸收，a为色素，吸收的光能用于③过程，③为水的光解产生b（O2），e为[H]，f为NADP＋，②表示部分光能用于d即ADP转化成c（ATP），④为CO2固定过程，g为CO2，⑤为C3还原，其中一部分C3变为C5，另一部分C3通过⑥得到（CH2O）。
（1）a（色素）主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成ATP中活跃的化学能。
（2）③表示水的光解，c为ATP。
（3）③在类囊体薄膜上进行，④在细胞质基质中进行。
（4）当g突然停止供应，CO2固定停止，C3合成减少，C3还原变慢，消耗e减少，但光反应产生e不变，故e含量上升；
当光照突然增强，产生e增加，而消耗e的速率不变，故e含量上升。
[规范答题]（除注明外，每空1分）
（1）红光和蓝紫光
ATP中活跃的化学能（2分）
（2）水的光解 ATP
（3）叶绿体类囊体薄膜、叶绿体基质（2分）
（4）上升 上升
1．下图为光合作用过程示意图，在适宜条件下栽培小麦，如果突然将c降低至极低水平（其他条件不变），则a、b在叶绿体中含量的变化将会是（ B ）
A．a上升、b下降B．a、b都上升
C．a、b都下降D．a下降、b上升
解析 由图解分析知，c是CO2,a和b分别是[H]、ATP，若在其他条件不变的情况下，将c降低至极低水平，CO2的固定减弱，C3还原减慢，消耗[H]和ATP减少，则a、b在叶绿体中含量将会都上升。
光合作用过程中物质含量变化的分析技巧
当光照强度发生变化时，从光反应入手分析；
当CO2浓度发生变化时，从暗反应入手分析。
以[H]、ATP为连接，落到所问物质的量的变化。
考点三 影响光合作用的因素
1．光合作用强度
（1）含义：
植物在__单位时间内__通过光合作用制造有机物的量。
（2）指标：
一定时间内
2．影响光合作用强度的因素
（1）空气中__CO2的浓度__。
（2）土壤中水分的多少，温度的高低。
（3）光照的__时间长短__与__强弱__，光的成分。
3．光合作用与化能合成作用的比较
光合作用
化能合成作用
本质
都能将CO2和H2O等__无机物__合成为有机物
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__等微生物
影响光合作用因素的实验分析
在光合作用的实验中，可能会涉及多个影响因素，在分析实验的过程中，要善于找到单一变量，结果的不同就是由单一变量引起的。
另外在解题中我们经常会遇到用NaOH溶液或NaHCO3溶液，有NaOH溶液存在的封闭环境中不存在CO2，有NaHCO3溶液的封闭环境中会维持一定的CO2浓度。
（1）与夏季相比，植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短。
（2）生长于较弱光照条件下的植物，当提高CO2浓度时，其光合速率未随之增加，主要限制因素是光反应。
（3）延长光照时间能提高光合作用强度。
（4）植物体从土壤中吸收的水分主要用于光合作用。
（5）光合作用与化能合成作用的本质区别是前者主要是绿色植物，而后者主要是硝化细菌等。
2．如图是水生植物黑藻在光照、CO2等因素影响下光合速率变化的示意图。
下列有关叙述正确的是（ D ）
A．t1→t2，叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加，叶绿体基质中水光解加快、O2释放增多
B．t2→t3，暗反应限制光合作用。
若在t2时刻增加光照，光合速率将再提高
C．t3→t4，光照强度不变，光合速率的提高是由于光反应速率不变、暗反应增强
D．t4后短暂时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3化合物还原后的直接产物含量降低
解析 水的光解发生在叶绿体类囊体膜上，而不是叶绿体基质中，A项错误；
t2→t3，限制光合作用的是暗反应，要想提高光合速率，应提高CO2浓度，B项错误；
t3→t4，光合速率提高是因为暗反应增强，同时也促进了光反应的进行，光反应和暗反应是相互联系、相互依存的整体，C项错误；
t4后短暂时间内，细胞原有的ATP被消耗生成ADP和Pi，但是因无光，不能合成ATP，所以ADP和Pi含量升高，且C3化合物还原后的直接产物也因不断消耗而减少，D项正确。
3．如图所示为研究光照强度和CO2浓度对某植物光合作用速率影响的结果。
下列有关叙述中不正确的是（ A ）
A．曲线由a点转向b点时，叶绿体中C3浓度升高
B．曲线由b点转向d点时，叶绿体中C5浓度升高
C．在一定范围内增加光照和CO2浓度
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