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第5课时
捕获光能的色素和结构及光合作用的原理
2024届生物一轮复习第三单元
课 标 要 求
1.说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。
2.活动：提取和分离绿叶中的色素。
考点一
捕获光能的色素
考点一 捕获光能的色素
一、实验：绿叶中色素的提取和分离
1、实验原理：
试剂 原理
提取 ________ 绿叶中的色素溶于 ，而不溶于水
分离 _______ 各种色素在 中的 不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得 ，反之则慢
无水乙醇
层析液
有机溶剂
层析液
溶解度
快
也可以用丙酮
位于滤纸条上面
纸层析法
（由石油醚、丙酮、苯混合而成）
考点一 捕获光能的色素
一、实验：绿叶中色素的提取和分离
2、实验步骤：
①提取色素：
鲜嫩、颜色深绿的叶片；称取、剪碎；加入SiO2和CaCO3、10ml无水乙醇，迅速研磨并用单层尼龙布过滤，过滤后及时用棉塞将试管塞严
色素含量高
帮助研磨充分
保护叶绿素
溶解色素
防止滤纸吸附色素
考点一 捕获光能的色素
一、实验：绿叶中色素的提取和分离
2、实验步骤：
②制备滤纸条：
铅笔线
在滤纸条的一端剪去两角，使扩散均匀
考点一 捕获光能的色素
一、实验：绿叶中色素的提取和分离
2、实验步骤：
③画滤液细线：
用毛细吸管吸取色素滤液，沿铅笔线画一细线，待干后再画一两次。线要细、齐、直。
滤液细线
（也可将滤液倒入培养皿，再用盖玻片蘸取滤液，在横线处按压出均匀的细线）
考点一 捕获光能的色素
一、实验：绿叶中色素的提取和分离
2、实验步骤：
④分离绿叶中的色素：
将适量层析液倒入试管，插入滤纸，棉塞塞紧试管口。注意，细线不能触及层析液
防止色素溶于层析液而无法在滤纸上扩散
插滤纸条
层析液
培养皿
防止层析液挥发
考点一 捕获光能的色素
一、实验：绿叶中色素的提取和分离
3、实验结果：
滤纸条上呈现四条颜色、宽度不同的色素
胡萝卜素（橙黄色）
叶绿素ａ（蓝绿色）
叶绿素ｂ（黄绿色）
叶黄素（黄色）
①色素带越高
→溶解度越大
②色素带越宽
→含量越多
（胡＞黄＞a＞b）
（a＞b＞黄＞胡）
→扩散速度越快
③相邻两条色素带之间距离最远的是胡萝卜素和叶黄素，最近的是叶绿素a和叶绿素b
考点一 捕获光能的色素
例1：在圆形滤纸的中央，点上叶绿体的色素滤液，用纸层析法进行色素分离，会得到近似同心环形的四个色素带，标号2的色素是（　　）
A．胡萝卜素
B．叶黄素
C．叶绿素a
D．叶绿素b
√
考点一 捕获光能的色素
例2：分别在A、B、C三个研钵中加2g剪碎的新鲜菠菜叶，并按下表所示添加试剂，经研磨，过滤得到三种不同颜色得溶液，即：深绿色、褐色、几乎无色。
处理 A B C
SiO2(少量） ＋ ＋ ＋
CaCO3(少量） － ＋ ＋
95％乙醇（10ml) ＋ － ＋
蒸馏水（10ml） － ＋ －
试回答：
A、B、C处理得到得溶液得分别对应什么颜色？并分析原因？
褐色
无色
深绿
考点一 捕获光能的色素
小结：
色素种类 颜色 吸收光谱
________ 类胡萝卜素(含量约占1/4) 橙黄色 主要吸收___
_____
叶黄素 _____ ________ 叶绿素(含量约占3/4) 蓝绿色 主要吸收___
___________
叶绿素b ______ 胡萝卜素
蓝
紫光
叶绿素a
蓝
紫光和红光
黄色
黄绿色
考点一 捕获光能的色素
二、叶绿体中的色素及色素的吸收光谱
叶绿素b
叶绿素a
(1)叶绿体中的色素只吸收_____________，而对红外光和紫外光等不吸收。
(2)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。
可见光
红光和蓝紫光
蓝紫光
考点一 捕获光能的色素
二、叶绿体中的色素及色素的吸收光谱
叶绿素b
叶绿素a
源于必修1 P99“图5－12”“旁栏思考”
(1)从叶绿素吸收光谱图可知：叶绿素a在红光部分的吸收带较叶绿素b偏向长波方面，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”)。
(2)研究表明：在遮光条件下，以蓝紫光为主的散光（漫射光）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 ，弱光下的吸光能力 ，有利于提高植物的捕光能力，是对弱光环境的一种适应。
宽
降低
增强
考点一 捕获光能的色素
(3)植物工厂里为什么不用发绿光的光源？
教材隐性知识
提示　这种波长的光被光合色素吸收的最少，因此不能用于光合作用中合成有机物。
拓展1：一般植物的叶片在春夏季节为绿色，而在秋季呈现黄色。出现这一现象的原因是什么？
提示　春夏季节叶片中的叶绿素含量较多，叶绿素对绿光吸收较少，绿光大部分被反射出来，所以叶片会呈现绿色。而到了秋季，叶片中主要是类胡萝卜素，故而呈现黄色。
影响叶绿素合成的因素：
温度、光照、必需元素（如Mg）等
考点一 捕获光能的色素
拓展2：温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充什么颜色的光源？
提示　最好选用无色透明的玻璃或塑料薄膜，因为它可以使各种颜色的光通过；补充光源可选择红光或蓝紫光
考点一 捕获光能的色素
突破练1.下列关于植物细胞中光合色素的说法，正确的是
A.光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上
B.Mg是构成叶绿素所必需的微量元素
C.叶绿素对绿光吸收最多，所以叶片呈绿色
D.用纸层析法分离色素时，含量多的色素在滤纸上扩散快
√
考点一 捕获光能的色素
突破练2.(2020·江苏，6)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是
A.提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂
B.研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏
C.研磨时添加石英砂有助于色素提取
D.画滤液细线时应尽量减少样液扩散
√
考点二
叶绿体的结构和功能
考点二 叶绿体的结构和功能
一、叶绿体的结构和功能
基粒
外膜
内膜
基质
1、叶绿体结构
类囊体
（1）光合色素分布于 上。光合作用的酶分布于______________________________。
(2)叶绿体中色素的功能： 、 、 光能。
(3)叶绿体的功能：
（类囊体堆叠而成，增大叶绿体膜面积）
类囊体薄膜
叶绿体基质、基粒(或类囊体膜）
（暗反应）
（光反应）
吸收
传递
转化
进行光合作用的场所
色素和酶是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。
思考：光合作用一定发生在叶绿体内吗？
考点二 叶绿体的结构和功能
一、叶绿体的结构和功能
2、叶绿体功能的验证（教材P100-101资料）
资料1：恩格尔曼实验
暗处、极细光束照射
光下照射
水绵、 好氧细菌
恩格尔曼实验设计的巧妙之处
(1)实验材料用 ，水绵的叶绿体呈
分布，便于观察，用需氧细菌可确定
的部位。
(2)没有空气的黑暗环境排除了 的干扰。
(3)用极细的光束照射，叶绿体上可分为 和
的部位，相当于一组对比实验。
(4)临时装片局部曝光与完全暴露在光下的实验再一次验证实验结果。
水绵和需氧细菌
螺旋带状
释放氧气
氧气和光
有光照
无光照
实验结论1：叶绿体能吸收光能 用于光合作用释放O2
考点二 叶绿体的结构和功能
一、叶绿体的结构和功能
2、叶绿体功能的验证（教材P100-101资料）
资料1：恩格尔曼实验
将光透过三棱镜光照射水绵临时装片，好氧菌聚集在红光和蓝光区域中
实验结论2：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光
考点三
光合作用的原理
考点三 光合作用的原理
一、光合作用的概念及反应式
绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存能量的有机物，并释放出O2的过程。
CO2＋H2O （CH2O）＋O2
光能
叶绿体
考点三 光合作用的原理
二、探索光合作用原理的部分实验
年份 科学家 发现
19世纪末 — 普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖
1928 — 发现 对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过_________转化成糖
甲醛
光合作用
考点三 光合作用的原理
二、探索光合作用原理的部分实验
1937 英国植物学家希尔 发现希尔反应，即离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应
①水的光解和糖的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的
②不能确定O2中的O全部来自H2O
考点三 光合作用的原理
二、探索光合作用原理的部分实验
1941 美国科学家鲁宾和卡门 用同位素标记的方法，研究了光合作用中氧气全部来源于H2O：
H218O＋CO2→植物→18O2；
H2O＋C18O2→植物→O2
对比实验，即相互对照，自变量为标记物质，因变量为氧气是否含18O
无放射性的同位素：15N、18O
考点三 光合作用的原理
二、探索光合作用原理的部分实验
1954 美国科学家______ 发现在光照下，叶绿体可合成 。1957年，他发现该过程总是与 相伴随
阿尔农
ATP
水的光解
考点三 光合作用的原理
三、光合作用的过程
光反应：
类囊体薄膜
1、场所：
3、能量变化：
①水的光解：
②NADPH的合成：
（氧化型辅酶Ⅱ）
（还原型辅酶Ⅱ）
③ATP的合成：
2、物质变化：
光能→ATP和NADPH中活跃的化学能
4、光反应的条件：
水、ADP、NADP＋、Pi、色素、光、酶
（必须有光）
考点三 光合作用的原理
三、光合作用的过程
暗反应：
叶绿体基质
1、场所：
①CO2的固定：
②C3的还原：
2、物质变化：
（有无光均可）
C3是指三碳化合物——3－磷酸甘油酸
C5是指五碳化合物——核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)
（需要水参与 ）
注：NADPH为C3还原提供还原剂和能量。
NADPH NADP+
酶
考点三 光合作用的原理
三、光合作用的过程
暗反应：
△暗反应形成了从C5到C3再到C5的循环，可以源源不断的进行下去，称为碳循环，也叫卡尔文循环
3、能量变化：
ATP和NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
4、暗反应的条件：
ATP、NADPH、CO2、C5，多种酶
考点三 光合作用的原理
三、光合作用的过程
光反应
暗反应
NADPH
ATP
NADP+
ADP
Pi
考点三 光合作用的原理
结合所学知识想一想，这里的氧化剂相当于什么物质？
NAD+（氧化型辅酶Ⅱ）
考点三 光合作用的原理
(2)源于必修1 P104“相关信息”：光合作用的产物有一部分是_____，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入 ，再通过韧皮部运输到植株各处。
淀粉
筛管
教材隐性知识
淀粉——叶绿体基质合成
蔗糖——细胞质基质合成
考点三 光合作用的原理
(3)源于必修1 P104正文拓展：光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30 s的时间，放射性代谢产物多达几十种。缩短时间到7 s，发现放射性代谢产物减少到12种，想要探究CO2转化成的第一个产物，可能的实验思路是：
教材隐性知识
不断缩短光照时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物，该物质即为CO2转化成的第一个产物
考点三 光合作用的原理
典例.(2023·江苏海安高级中学高三练习)卡尔文将14C标记的CO2通入正在进行光合作用的小球藻培养液中，然后在培养后不同时间(0.5 s、3 s、10 s等)将培养液迅速倾入热乙醇中以杀死细胞，最后利用层析法和放射自显影技术进行物质的分离和鉴定，实验结果如图。下列相关分析不正确的是
考点三 光合作用的原理
A.用14C标记CO2可排除细胞中原有物质的干扰
B.热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行
C.推测暗反应的初产物可能是3－磷酸甘油酸
D.可依据放射性的强弱推测出暗反应的过程
√
考点三 光合作用的原理
四、环境改变时光合作用各物质含量的变化
光照和CO2浓度
C3、C5、NADPH、ATP
CO2供应减少时：
C3↓，C5↑，NADPH和ATP↑
光照减弱时：
C3↑，C5↓，NADPH和ATP↓
考点三 光合作用的原理
曲线图表示C3、C5等物质含量的变化
考点三 光合作用的原理
典例1.如图表示某植物叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析正确的是
A.图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP
B.图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度
C.图中Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中NADPH和
ATP的积累
D.图中Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比
Ⅰ阶段低
√
考点三 光合作用的原理
五、化能合成作用
利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。
项目 光合作用 化能合成作用
条件 光、色素、酶 酶
原料 CO2和H2O等无机物 产物 等有机物 能量来源 _____ 某些无机物氧化时释放的能量 生物种类 绿色植物、蓝细菌等 、硫细菌、铁细菌等 糖类
光能
硝化细菌
考点三 光合作用的原理
△注意区分硝化细菌和固氮型微生物
硝化细菌：NH3→HNO2→HNO3，并利用该过程释放的能量合成有机物，属于生产者
固氮菌：将N2转化为植物可利用的氮肥，提高土壤肥力
考点三 光合作用的原理
典例2.亚硝酸细菌和硝酸细菌是土壤中普遍存在的化能自养型细菌，前者将氨氧化为亚硝酸，后者将亚硝酸氧化为硝酸，其过程如图所示。下列相关叙述正确的是
A.氧化氨和亚硝酸
的过程都能释放
出化学能，这两
种细菌都能利用相应的能量合成有机物
B.细菌的化能合成作用可降低土壤中硝酸盐含量，有利于植物渗透吸水
C.亚硝酸细菌化能合成作用与植物光合作用的过程和发生场所均相同
D.由图可知，亚硝酸细菌和硝酸细菌属于分解者
√
考点三 光合作用的原理
拓展：光系统与电子传递链
典例3.(2023·江苏连云港高三模拟)下图为光反应示意图，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是相关蛋白质，其中PQ在传递电子的同时能将H＋运输到类囊
体腔中。ATP合成酶由CF0和CF1两
部分组成，在进行H＋顺浓度梯度
运输的同时催化ATP的合成。据图
回答下列问题：
考点三 光合作用的原理
拓展：光系统与电子传递链
(1)题图说明生物膜具有________________________________功能。与植物细胞膜上的蛋白质相比，类囊体薄膜上的蛋白质具有的独特功能是________________________________。
控制物质进出、能量转化、催化
传递电子，在光能转换中发挥作用
考点三 光合作用的原理
拓展：光系统与电子传递链
(2)O2是水光解的产物，其中需要的光能是通过_________(填“PSⅠ”或“PSⅡ”)吸收利用的。在光系统Ⅰ中发生的物质变化是______________
_____________。NADPH和ATP中都有化学能，NADPH中的化学能来自____________(填光系统名称)吸收和转换的光能。
PSⅡ
→NADPH
NADP＋＋H＋
PSⅠ和PSⅡ
考点三 光合作用的原理
拓展：光系统与电子传递链
(3)类囊体薄膜上的ATP合成酶是一种可逆性复合酶，既能利用_________
________________________(能量)合成ATP，又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙。线粒体和细菌中的ATP合成酶分布的场所分别是___________________。
H＋提供的
电化学势能(质子动力势)
线粒体内膜、细胞膜
考点三 光合作用的原理
拓展：光系统与电子传递链
(4)某种农药与PQ竞争限制了电子传递的速率，若用该农药处理破坏内外膜的叶绿体，会导致ATP的含量____________(填“显著上升”“显著下降”或“不变”)。
显著下降

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