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(共40张PPT)
第9讲　光合作用的原理
SHENG WU XUE
考点一
捕获光能的色素和结构
基础·精细梳理
疑难·精准突破
典例·精心深研
一.捕获光能的色素和结构
1.绿叶中色素的提取和分离
(1)实验原理
溶解度
可看作两个实验哦！
一.捕获光能的色素和结构
1.绿叶中色素的提取和分离
(2)实验装置及操作
防止色素被破坏
(2)实验操作
选材？
新鲜成熟（深色）的叶片
什么色素？
色素种类 色素 颜色 色素含量 溶解度 扩散速度
胡萝卜素 橙黄色 _____ ____ _____
叶黄素 黄色 较少 较高 较快
叶绿素a 蓝绿色 ____ 较低 较慢
叶绿素b 黄绿色 较多 ____ ____
(3)实验结果
最少
最高
最多
最慢
最快
最低
色素带条数与种类有关;
色素带宽窄与含量有关; 扩散速度与溶解度有关
一.捕获光能的色素和结构
1.绿叶中色素的提取和分离
(3)实验结果及分析
色素种类
色素含量
溶解度
1.提取叶绿体中的色素，也可用如图所示的方法：即在圆心处滴加适量滤液，待干燥后再滴加适量层析液进行层析，结果会出现不同颜色的4个同心圆，则①～④依次对应哪种色素及颜色？
从外向内：
①胡萝卜素(橙黄色)　
②叶黄素(黄色)　
③叶绿素a(蓝绿色)　
④叶绿素b(黄绿色)
(2019·江苏高考)如图为某次光合作用色素纸层析的实验结果，样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝藻经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是( )
A．研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素
B．层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液
C．在敞开的烧杯中进行层析时，需通风操作
D．实验验证了该种蓝藻没有叶绿素b
D
层析液为：石油醚、丙酮、苯混合而成的有机溶剂
层析时，应盖上皿盖，防止挥发
归纳整理：色素的元素
叶绿素a:C55H72O5N4Mg
叶绿素b:C55H70O6N4Mg
胡萝卜素：C40H56
叶黄素：C40H56O2
延伸.(不定项)(2021·江苏连云港期中，7)霜叶红于二月花，植物叶子呈现的颜色是各种色素的综合表现，色素主要存在于液泡和叶绿体中，叶绿体中的色素主要包含两大类，叶绿素和类胡萝卜素。下列对高等植物的正常叶子中色素的相关叙述，正确的是
A.纸层析法分离叶绿体中色素，最宽和最窄的色素带分别是蓝绿色、橙黄色
B.提取叶绿体中色素可用丙酮作为提取液，用水当层析液可分离液泡中色素
C.叶绿素对可见光的吸收有一个高峰，类胡萝卜素有两个高峰
D.叶绿体中四种色素都含有N、Mg元素，作用是吸收、传递、转化光能
　AB　
①绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析
A.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提取浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。
碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
（4）实验分析：资料书P72
甲、乙、丙、丁四位同学，在利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料，用层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于操作不同，得到了四种不同的层析结果(如图所示)。下列分析错误的是
A.甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液
B.乙可能是因为研磨时加入无水乙醇过多
C.丙可能是正确操作得到的理想结果
D.丁可能是研磨时未加入CaCO3
C
未用提取液
未加碳酸钙
B.滤纸条色素带重叠：画线问题：没经干燥处理，滤液线不能达到细、直、匀的要求，使色素扩散不一致造成的。
C.滤纸条看不到色素带
忘记画滤液细线。
滤液细线接触到层析液。
D.滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：
忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏；
所用叶片为“黄叶”。
②为什么研磨时要迅速？
叶绿素不稳定，易被破坏。因此研磨要迅速、充分，以保证提取较多的色素。
（4）实验分析：
③为什么盛放滤液的试管管口加棉塞？
防止乙醇挥发和色素氧化
④分析滤纸条上色素带宽窄不同的原因
不同种类的色素在绿叶中的含量不同，含量多的色素带宽，反之色素带窄。
由图可以看出：
①叶绿素主要吸收_____________；类胡萝卜素主要吸收_______。
红光和蓝紫光
蓝紫光
2.色素的吸收光谱
可见光的波长范围为：
400～760 nm
②叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同
教材隐性知识：源于必修1 P99“图5－12”
(1)从叶绿素吸收光谱图可知：叶绿素a在红光部分的吸收百分比较叶绿素b高，且吸收光谱带比叶绿素b宽，叶绿素b在蓝紫光部分的吸收光谱带比叶绿素a
(填“宽”或“窄”)，且吸收百分比高。
宽
教材隐性知识：源于必修1 P99“图5－12”
(2)研究表明：在遮光条件下，以蓝紫光为主的散光占比增加。请预测：在适当遮光的条件下叶片(比如同一植物底层叶片)中叶绿素a/b_____，弱光下的吸收能力 ，有利于提高植物的捕光能力，是对弱光环境的一种适应。
降低
增强
例2.植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是(　　)
A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D.叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
A
(2021年湖南省适应性考试，20）叶绿体色素吸收特定波长光的能量后，从基态跃迁至激发态，但激发态不稳定，通过发射荧光回到基态，这些荧光组成的光谱称为发射光谱。类胡萝卜素分子吸收的光能可传递给叶绿素分子，导致类胡萝卜素的发射光遭强度减弱，能量传递效率与色素分子间的距离有关。图中A-D是叶绿素，类胡萝卜素及分子同能量传递的光谱学分析的实验结果。
回答下列问题：
（1）比较图A与图B，图A中曲线b是__________（填“叶绿素”或“类胡萝卜素”）的__________（填“发射”或“吸收”）光谱。
发射
类胡萝卜素
（2）图C是以454nm的激发光分别诱导1×10-4mol/L类胡萝卜素的苯溶液、5×10-7mol/L叶绿素的苯溶液、1×10-4mol/L类胡萝卜素+5×10-7mol/L叶绿素的苯溶液产生的发射光谱。图中曲线g对应 （填“类胡萝素”“叶绿素”或“类胡萝卜素+叶绿素”）的发射光谱：曲线g与e、f有差异，原因是__________。
因为类胡萝卜素分子吸收的光能可以传递给叶绿素分子，导致类胡萝卜素的发射光谱强度减弱，叶绿素分子的发射光谱强度增强，所以图中发射光谱e为类胡萝卜素的、f为叶绿素的、g为类胡萝卜素+叶绿素的
类胡萝卜素+叶绿素
（3）图C实验的叶绿素+类胡萝卜素的混合液中，保持类胡萝卜素的浓度为1×10-4mol/L，依次增加叶绿素浓度，以454nm的光对混合液进行激发，分别检测叶绿素和类胡萝卜素的发射光谱，得到图D中的曲线j（叶绿素）和曲线k（类胡萝卜素），据此可知色素间能量传递效率与分子间距离的关系是__________。
分子间距离越小，色素间能量传递效率越高
判断：秋天，有的植物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。
影响叶绿素合成的三大因素
叶绿素不稳定，低温下易分解
3.捕获光能色素特点
对
教材P101拓展：海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻、红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象是如何造成的？
水对红、橙光（长波）的吸收比对蓝、绿光（短波）的吸收要多,即到达深水层的光线是短波长的光,因此,吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层,吸收蓝紫光和绿光较多的褐藻分布于海水中层，吸收蓝紫光较多的红藻分布于海水的深层。
ABC
例1：如图1所示为某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行相关实验的流程，请分析回答下列问题：
(3)将刚制备的等量的韭菜和韭黄的色素滤液放在阳光与三棱镜之间，“结果②”吸收光谱最明显的差异出现在______(填“蓝紫”或“红”)光区域。将制得的韭菜色素滤液放在强光下曝光1～2 h，再重复上述实验，其结果与韭黄色素滤液的实验结果基本一致，其原因是__________________________。
(4)一分子叶绿素中含有一个Mg2＋(可被H＋、Cu2＋等置换)。将韭菜色素滤液用质量分数为5%的HCl溶液处理一段时间后，其颜色与研磨过程中未加入________时的颜色相似。
红
叶绿素不稳定，在强光下易分解
碳酸钙
例1：如图1所示为某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行相关实验的流程，请分析回答下列问题：
(1)提取色素时为了研磨充分应加入____________，纸层析法分离色素的原理是_____________________________。
(2)纸层析法分离色素的“结果①”如图2所示，其中共有的色素带的颜色是 ，据此能得出的结论是_________________。
二氧化硅
色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸条上扩散的快，反之则慢
橙黄色、黄色
叶绿素的形成需要光
判断：
1.红光照射时，胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a。(2019·海南卷，9B)( )
2.所有的光合色素均能吸收、传递、转化光能 （ ）
×
扩展：少量的叶绿素a是转化光能的色素。其他色素主要是吸收和传递光能。
×
实验设计
研究表明，光照会影响韭菜叶绿素的合成，但不会影响类胡萝卜素的合成。请利用色素的提取和分离技术，以暗处生长的韭菜幼苗作为材料，设计实验以验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
将部分韭菜幼苗置于光照条件下培养(甲组)，部分置于黑暗条件下培养(乙组)。一段时间后，提取并用纸层析法分离两组韭菜中的色素，比较滤纸条上的色素带
甲组滤纸条上有蓝绿色和黄绿色的色素带，乙组滤纸条上没有蓝绿色和黄绿色的色素带
根据色素对不同波长的光的吸收的特点，想一想温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的塑料薄膜或补充光源？
选无色透明的塑料薄膜，为了让各种波长的太阳光都穿过塑料薄膜，即让植物吸收更多的光能；
大棚内照明灯在功率相同的情况下，最好选蓝紫光和红光；
4.植物色素与生活
D
②基质：含有与_______有关的酶
③_____：由类囊体堆叠而成，分布有_____和与光反应有关的酶
外表：①_______
内部
知识梳理
基粒
色素
双层膜
暗反应
结构
决定
功能：进行__________的场所。
光合作用
谁的实验证明？
5.捕获光能的结构-叶绿体
下图为类囊体薄膜上发生的光反应示意图，PSI和PSⅡ分别是光系统I和光系统Ⅱ，是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能进行电子的传递。PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质，其中PQ在传递电子的同时能将 运输到类囊体腔中。图中实线为电子的传递过程，虚线为 的运输过程。以下说法错误的是（ ）
C
下图为类囊体薄膜上发生的光反应示意图，PSI和PSⅡ分别是光系统I和光系统Ⅱ，是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能进行电子的传递。PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质，其中PQ在传递电子的同时能将
运输到类囊体腔中。图中实线为电子的传递过程，虚线为
的运输过程。以下说法错误的是（ ）
A．ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成，在进行
顺浓度梯度运输的同时催化ATP的合成B．图中电子传递的过程，最初提供电子的物质为水，最终接受电子的物质为NADP+C．类囊体两侧
浓度差的建立仅由PQ主动运输
进入类囊体腔而形成的D．光反应产生的氧气可用于细胞的有氧呼吸，且在线粒体内膜消耗
(经典实验分析)下面是光合作用探究历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图，请分析：
(1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？
选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位。
(2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是什么？
教材P100
排除氧气和除极细光束外的其他光的干扰
(3)萨克斯实验中进行“黑暗”处理的目的是？
消耗掉细胞中原有的淀粉，防止对实验结果造成干扰。
极细光束
完全曝光
(4)两实验设计中是如何形成对照的？
恩格尔曼的实验中，黑暗与完全曝光、照光处理与不照光形成对照；
萨克斯的实验中，暗处理的叶片一半曝光、一半遮光形成对照。
恩格尔曼第二个实验的示意图
(3)在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？
因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于需氧细菌在此区域分布。

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