资源简介

3.3 光合作用与能量转化（第1课时）
捕获光能的色素、结构和光合作用的原理
目录 Contents
1
2
捕获光能的色素与叶绿体的结构
光合作用的原理
PART 01
捕获光能的色素与叶绿体的结构
植物依靠哪些色素捕获光能？
叶绿体的结构有哪些适于进行光合作用的特点？
考点一 捕获光能的色素与叶绿体的结构
阅读教材P98-99，思考讨论以下问题，展示学习成果：
植物的绿色叶片含有哪些色素？
怎样提取、分离这些色素呢？（实验原理）
实验中二氧化硅（SiO2）、碳酸钙（CaCO3）作用是什么？
研磨液过滤用的什么材料？
1.绿叶中色素的提取和分离
考点一 捕获光能的色素与叶绿体的结构
有机溶剂(如无水乙醇)
溶解度
1.绿叶中色素的提取和分离
（1）实验原理
方法：萃取法。
方法：纸层析法。
考点一 捕获光能的色素与叶绿体的结构
1.绿叶中色素的提取和分离
（2）实验步骤
①提取色素:
①提取色素:
a．研磨
操作图解
添加物质
作用







b.过滤：用_______________过滤。
c．收集滤液：试管口加棉塞。
溶解色素
研磨充分
保护色素
单层尼龙布
考点一 捕获光能的色素与叶绿体的结构
1.绿叶中色素的提取和分离
（2）实验步骤
→过滤叶脉及二氧化硅等
保证色素释放的更加充分且挥发量少
→得到多种光合色素的混合溶液。
迅速、充分研磨
溶解有色素的滤液
无水乙醇
二氧化硅
碳酸钙
→防止乙醇挥发和色素氧化。
考点一 捕获光能的色素与叶绿体的结构
1.绿叶中色素的提取和分离
（2）实验步骤
②分离色素
②分离色素
主要操作
操作要点
操作目的
制备滤纸条
一端剪去两角
保证色素在滤纸上扩散_______________
画滤液
细线
滤液细线要细、直、匀
使______________________
待滤液干燥后，再画一两次
增加色素附着量
层析
加盖、棉花
防止层析液挥发
层析液不能触及____________
防止色素溶解在层析液中
均匀、整齐
各色素扩散的起点相同
考点一 捕获光能的色素与叶绿体的结构
1.绿叶中色素的提取和分离
（2）实验步骤
滤液细线

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
______
______
最少
最高
最快
最多
最低
最慢
考点一 捕获光能的色素与叶绿体的结构
1.绿叶中色素的提取和分离
（3）实验结果
叶绿素
类胡萝卜素
（含量约3/4）
（含量约1/4）
绿叶中的色素
考点一 捕获光能的色素与叶绿体的结构
1.绿叶中色素的提取和分离
（4）实验异常现象分析
异常现象
发生的原因
滤液绿色过浅
(色素条带变窄)




滤纸条色素带重叠


滤纸条无色素带



滤纸条色素带少


未加二氧化硅,研磨不充分、划线次数太少
使用放置数天的菠菜叶,滤液中色素(叶绿素)太少
一次加入大量的无水乙醇,色素浓度太低
未加碳酸钙或加入过少,色素分子被破坏
滤液细线不直
滤液细线过粗
忘记画滤液细线、用清水代替无水乙醇提取色素
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
未加碳酸钙导致叶绿素被破坏
所用叶片为“黄叶”
考点一 捕获光能的色素与叶绿体的结构
1.绿叶中色素的提取和分离
影响光合作用合成因素的分析
【拓展1】某同学推测,适当遮光可能导致叶绿素含量增加,以适应弱光环境。请设计一个简单的实验验证该同学的推测是否正确,简单的写出实验思路:　
提取并用纸层析法分离遮光和未遮光情况下的草莓叶片中的色素,观察并比较叶绿素色素带（最下边两条色素带）的宽度和颜色的深浅
考点一 捕获光能的色素与叶绿体的结构
1.绿叶中色素的提取和分离
考点一 捕获光能的色素与叶绿体的结构
1.绿叶中色素的提取和分离
【拓展2】色素与叶片的颜色
{CE761DD5-6A28-4EB3-B004-5046B33DEF28}光合色素
细胞液色素
叶绿体
液泡
脂溶性
水溶性
类胡萝卜素和叶绿素
花青素
橙黄、黄、蓝绿、黄绿
红、蓝、紫
不随pH改变变化颜色
随pH改变变化颜色
(1)分布：___________________。
(2)功能：吸收、传递(四种色素)和转换光能(只有少量叶绿素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，叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同；类胡萝卜素对_______的吸收量大。
叶绿体类囊体薄膜上
可见光
红光和蓝紫光
蓝紫光
考点一 捕获光能的色素与叶绿体的结构
2.叶绿体中色素的吸收光谱
考点一 捕获光能的色素与叶绿体的结构
2.叶绿体中色素的吸收光谱
【拓展3】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，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光源？为什么？
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；光合作用对蓝紫光和红光吸收和利用率更高。
考点一 捕获光能的色素与叶绿体的结构
2.叶绿体中色素的吸收光谱
【拓展4】教材深挖：新教材P101
海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？
水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多,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。
海洋中的藻类垂直分布是海洋群落垂直结构的体现，有效的避免的竞争，充分利用了光能。
资料1： 1881 年，德国科学家恩格尔曼做了这样的实验：把载有水绵（叶绿体呈螺旋带状分布）和需氧细菌的临时装片放在黑暗没有空气的小室内，在用极细的光束照射水绵，发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中；如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位。
恩格尔曼的第一个实验
1.实验材料为什么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。
考点一 捕获光能的色素与叶绿体的结构
3.叶绿体的功能
叶绿体除吸收光能外，还有什么功能呢？
2.为何要黑暗无空气的小室中？?
没有空气的黑暗环境排出了氧气和光的干扰。
恩格尔曼的第一个实验
4.为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？
临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果。
3.在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处？?
用极细的光束照射，叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。
资料1： 1881 年，德国科学家恩格尔曼做了这样的实验：把载有水绵（叶绿体呈螺旋带状分布）和需氧细菌的临时装片放在黑暗没有空气的小室内，在用极细的光束照射水绵，发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中；如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位
考点一 捕获光能的色素与叶绿体的结构
3.叶绿体的功能
叶绿体除吸收光能外，还有什么功能呢？
5.由资料1中的实验能得出什么结论？
氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
考点一 捕获光能的色素与叶绿体的结构
3.叶绿体的功能
叶绿体除吸收光能外，还有什么功能呢？
恩格尔曼的第一个实验
考点一 捕获光能的色素与叶绿体的结构
3.叶绿体的功能
叶绿体除吸收光能外，还有什么功能呢？
资料2：他又做了一个实验：用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
好氧细菌
水绵
好氧细菌
6.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？
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，适于好氧细菌在此区域分布。
资料 3： 在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。
7．综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？
叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。
考点一 捕获光能的色素与叶绿体的结构
3.叶绿体的功能
叶绿体除吸收光能外，还有什么功能呢？
资料1： 1881 年，德国科学家恩格尔曼做了这样的实验：把载有水绵（叶绿体呈螺旋带状分布）和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内，在黑暗中用极细的光束照射水绵，发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中；如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位
资料2：他又做了一个实验：用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
这是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。
基粒：由类囊体堆叠而成，分布有____和与________有关的酶)
外表：
双层膜
内部：
基质：
含有________有关的酶；
暗反应
色素
光反应
含有________，可进行翻译合成蛋白质；
含有______，可复制转录成______，属于半自主细胞器；
DNA
RNA
核糖体
光学显微镜下，叶绿体一般呈扁平的椭球形或球形。
考点一 捕获光能的色素与叶绿体的结构
4.叶绿体的结构
光合作用原理
PART 02
光合作用是怎样进行的？
光合作用过程中物质变化与能量变化有什么关系？
总反应式：
光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
光能
CO2
+H2O
（CH2O）
+O2
叶绿体
叶绿体如何将光能转化为化学能？
又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？
光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？
考点二 光合作用原理
考点二 光合作用原理
1．探索光合作用原理的部分实验(连一连)课本P102
尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
考点二 光合作用原理
希尔实验
4Fe3+ + 2H2O 4Fe2+ + 4H+ + O2

光能
离体叶绿体
发现：
像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的
化学反应称作希尔反应。
1．探索光合作用原理的部分实验(连一连)课本P102
结合H2O分解产生的2H+和2e-
希尔反应是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？
不能说明，反应体系中可以还存在其他氧元素供体，该实验没有排除叶绿体滤液中其它物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。
希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？
能，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。氧气产生和糖类合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。
考点二 光合作用原理
希尔实验P103
1．探索光合作用原理的部分实验(连一连)课本P102
实验思路：放射性同位素标记14CO2，研究物质转化过程
材料：小球藻
CO2 C3 C6
结论：
考点二 光合作用原理
1．探索光合作用原理的部分实验-课本P104
卡尔文实验
【拓展】(大本科学思维)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是什么，可能的实验思路是什么？
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。
考点二 光合作用原理
2．光合作用的过程图解
叶绿体类囊体的薄膜

H++O2
叶绿体基质
（CHO2）
稳定的化学能
若光反应停止，暗反应可持续进行一段时间，但时间不长。为什么？
必
须
有
光
有
光
/
无
光
ATP和NADPH
NADPH、ATP
ADP、Pi、NADP+
暗反应
光反应
考点二 光合作用原理
3．光合作用过程中元素的去向分析
考点二 光合作用原理
4．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
（1）“来源-去路法”分析各物质变化

CO2浓度不变
NADPH、ATP
C3
C5
（CH2O）
光照减弱
光照增强
增加
减少
减少
增加
增加
减少
减少
增加
4．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
（1）“来源-去路法”分析各物质变化

光照不变
NADPH、ATP
C3
C5
（CH2O）
CO2浓度减少
CO2浓度增加
考点二 光合作用原理
增加
减少
减少
增加
增加
减少
减少
增加
4．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
（1）“来源-去路法”分析各物质变化

考点二 光合作用原理
CO2浓度不变
NADPH、ATP
C3
C5
（CH2O）
光照减弱
光照增强
增加
减少
减少
增加
增加
减少
减少
增加
光照不变
NADPH、ATP
C3
C5
（CH2O）
CO2浓度减少
CO2浓度增加
增加
减少
减少
增加
增加
减少
减少
增加
规律：
C3与C5相反;
NADPH、ATP、C5相同。
考点二 光合作用原理和应用
4．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
(2)模型法表示C3和C5等物质含量变化
规律：
C3与C5相反
NADPH、ATP、C5相同
注：短时间内的变化，后重新平衡。
大本P77-T4
P77-T4：如图表示某植物叶片暗反应中C3和C5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一定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一定是降低了光照强度
C．Ⅱ阶段甲上升一定是因为叶绿体中NADPH和ATP的积累
D．若改变的环境条件是降低CO2浓度，则Ⅱ阶段光合速率最大时所 需光照强度比Ⅰ阶段的低
D
【补充题】德国的瓦伯格等用藻类进行闪光试验。在光能量相同的前提下设置两组实验，第1组连续照光，第2组用闪光照射，中间隔一定暗期；发现第2组光合效率是第1组的200%~400%。该实验阐明了光合作用中存在两个反应，请从光合作用光反应和暗反应的过程对实验现象进行解释：
在光能量相同的前提下，闪光照射时使光反应阶段产生的ATP和NADPH能够及时被利用与再生，提高了暗反应中CO2的同化量，进而提高了藻类的光合作用效率
考点二 光合作用原理和应用
科研人员利用“间隙光”来测定沙棘的光合作用，每次光照20秒，黑暗20秒，交替进行12小时，并用灵敏传感器记录环境中氧气和二氧化碳的变化，实验结果部分记录如下图所示。
据实验结果部分记录图分析，与连续光照6小时，再连续黑暗6小时相比，
“间隙光”处理的光合作用效率___（填“大于”、“等于”或“小于”）连续光照
下的光合效率，原因是“间隙光”能__________________________________ 。
上面曲线出现的原因是光合作用光反应的速率比暗反应的速率____（填“更
快”或“更慢”）。图中两条曲线所围成的面积 ???????? ___ ???????? （填“大于”、“等于”
或“小于”）。
?
大于
充分利用光合作用光反应产生的 NADPH 和ATP
?
更快
等于
（1）光照适宜时，光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可短时进行，有机物还能继续合成。
（2）总光照时间、总黑暗时间均相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比连续光照处理有机物的积累量要多的原因是光反应产生的ATP和NADPH能够及时利用与及时再生，从而提高光合作用中CO2的同化量。
考点二 光合作用原理和应用
5. 连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析
大本P88阅读下列材料，回答下列问题：
光合作用中物质转换过程的联系科学家打碎植物细胞，在叶片匀浆(含离体叶绿体)中加入Fe3＋，然后照光，发现光照下产生了O2。上述系统中有H2O，但没有CO2，推测水的光解与CO2消耗的过程可能相对独立。科学家进一步用离体叶绿体进行实验，实验组用CO2固定抑制剂处理，对照组不作处理，测定得到如图所示结果。
(1)据实验结果可知，水的光解与CO2固定过程相对独立，作出判断的理由是什么？
___________________________________________________________。
(2)据实验结果可知，ATP的合成过程并不与水的光解过程同时进行，作出判断的理由是什么？
______________________________________________________________。
实验组CO2固定量几乎为0，但O2产生量与对照组无显著差异
实验组ATP合成量显著降低，但实验组O2产生量与对照组无显著差异
必背知识
1. 绿叶中的色素在层析液中的溶解度越大，随之扩散的越快。 纸层析法
2. 二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。
3. 单层尼龙布过滤；棉塞防止乙醇挥发和色素氧化；剪去两角；铅笔画细线；细齐直
4.滤纸条上从上到下的顺序：
胡（橙黄色）黄（黄色）
a（蓝绿色）b（黄绿色）
5. 叶绿素a和叶绿素b主要
吸收蓝紫光和红光，类胡萝
卜素主要吸收蓝紫光

展开更多......

收起↑