高三一轮复习课件-光合作用与细胞呼吸

第4节能量之源----光与光合作用“绿叶中色素的提取和分离”实验的分析1．原理(1)叶绿体中的色素是有机物，不溶于水，易溶于丙酮等有机溶剂中，所以用丙酮、无水乙醇等能提取色素。

(2)层析液是一种脂溶性很强的有机溶剂。叶绿体中不同的色素在层析液中的溶解度不同，分子量小的溶解度高，随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。所以用层析法分离四种色素。步骤注意问题分析(1)提取绿叶中的色素5克绿叶剪碎，放入研钵，加SiO2、CaCO3和10mL无水乙醇(或5mL丙酮)迅速、充分研磨①加SiO2②加CaCO3③加丙酮④迅速研磨①加SiO2是为了使研磨更充分②加CaCO3防止研磨时叶绿素受到破坏③叶绿体色素易溶于丙酮等有机溶剂④减少研磨时叶绿素的分解，减少丙酮(有毒)挥发2．实验步骤和分析(2)收集滤液用放有单层尼龙布的漏斗过滤，将滤液收集到小试管中，用棉塞塞住试管口①尼龙布起过滤作用②试管口用棉塞塞紧是为了防止丙酮(无水乙醇)挥发(3)制备滤纸条将干燥的滤纸，剪成略小于试管长与直径的滤纸条，将滤纸条的一端剪去两角，并在距离这一端1cm处用铅笔画一条细的横线。①干燥②顺着纸纹剪成长条③一端剪去二个角（对称）④铅笔①可吸收更多的滤液,使层析液在滤纸条上扩散速度快②层析时，色素分离效果好③可使层析液同时到达滤液细线④不能用圆珠笔，原因是圆珠笔中有色素，会干扰实验(4)划滤液细线用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线划出细、齐、直的一条滤液细线，干后重复一两次①滤液细线越细、越齐越好②重复一两次①使分离的色素平整，不重叠②增加色素在滤纸上的附着量，使实验结果更明显(5)纸层析法分离色素将适量层析液倒入烧杯，将滤纸条(划线一端朝下)插入层析液中，用培养皿盖盖上烧杯①层析液不能没及滤纸条细线②烧杯要盖培养皿盖①防止色素溶解在层析液中②层析液中的苯、丙酮、石油醚易挥发实验结果：讨论：1.滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？宽窄如何？这说明了什么？2/1/20236步骤注意问题分析(6)观察实验结果扩散最快：胡萝卜素；扩散最慢：叶绿素b；含量最多：叶绿素a①从色素带的宽度可知色素的含量：叶绿素a>叶绿素b>叶黄素＞胡萝卜素②从色素带的位置可知在层析液中的溶解度大小为：胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a>叶绿素b③在滤纸上距离最近的相邻的两条色素带是叶绿素a与叶绿素b，距离最远的相邻的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素续表叶绿素类胡萝卜素（含量约3/4）（含量约1/4）叶绿素a（蓝绿色）叶绿素b（黄绿色）胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）绿叶中的色素【突破题1】下列哪组是影响叶绿体色素分离效果的关键步骤？()①选植物绿叶②研磨③过滤④画滤液细线⑤层析时不要让滤液细线触及层析液⑥观察色素带A．①④⑤C．②③④B．①②③D．②③⑥

【解题指导】要选取叶绿素含量高的植物叶片，研磨要充分，得到的色素多，滤液细线不要触及层析液，才能达到满意的分离效果。过滤只影响色素带的清晰度，不影响色素带的分离。

【答案】A2、色素的吸收光谱叶绿素溶液叶绿素主要吸收红光和蓝紫光类胡萝卜素主要吸收蓝紫光类胡萝卜素溶液色素的吸收光谱图400500600700nm10050吸收光能百分比叶绿素类胡萝卜素可见光区叶绿素：吸收蓝紫光和红光类胡萝卜素：吸收蓝紫光结论：问题：这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位？

1817年，两位法国科学家首次从植物中分离出叶绿素，当时并不清楚叶绿素在植物细胞中的分布情况。1865年，德国植物学家萨克斯研究叶绿素在光合作用中的功能时，发现叶绿素并非普遍分布在植物的整个细胞中，而是集中在一个更小的结构里，后来人们称之为叶绿体。3.叶绿体叶片中的叶肉细胞绿叶回顾

叶肉细胞亚显微结构模式图

叶绿体亚显微结构模式图捕捉光能的色素存在于细胞中的什么部位？D【案例2】分别在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个研钵中加2g剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，即：深绿色、黄绿色、几乎无色。

注：“＋”表示加，“－”表示不加。则Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个研钵中的溶液颜色分别是()A．几乎无色、黄绿色、深绿色B．深绿色、几乎无色、黄绿色C．黄绿色、深绿色、几乎无色D．黄绿色、几乎无色、深绿色处理ⅠⅡⅢSiO2(少量)＋＋＋CaCO3(少量)－＋＋95%乙醇(10mL)＋－＋蒸馏水(10mL)－＋－D【实验设计】某同学在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时，操作情况如下所述：(1)把5g新鲜完整的菠菜叶放在研钵中，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，沿滤纸上的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2～3次。(3)把画了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速度。结果实验失败，请指出其错误所在并改正。【解析】此题考查“绿叶中色素的提取和分离”实验的常见错误。取材应是新鲜的浓绿菠菜叶，为了尽量多地获取色素，应将叶片剪碎再研磨。画滤液细线时，为了增加滤纸上色素的含量，应重复画2～3次，但每画一次后应待晾干后重复画线。进行层析时，为了避免滤液细线触及层析液，应保持滤纸条静止，切勿摇晃。【答案】(1)不应用完整叶片而应剪碎。(2)不应连续迅速重复画线，而应晾干后重复画线。(3)不应摇晃以免层析液没及滤液细线。结论:叶绿体是进行光合作用的场所，它内部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。讨论：恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处？（1）、用水绵作实验材料，有细而长的带状叶绿体，螺旋状分布在细胞中，便于观察和分析研究。（2）、将临时装片置于黑暗且没有空气的环境中，排除了环境中光线和O2的影响，从而确保实验能顺利进行。（3）、用极细的光束照射，并且用好氧菌进行检测，能准确的判断水绵细胞中放O2部位。（4）、进行黑暗（局部光照）与曝光的对照实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。对照实验的类型1．空白对照：指不做任何实验处理的对象组2．相互对照：指不另设空白对照，而是设有几个实验组相互对比来进行研究3．条件对照：指给实验对象施以某些额外的实验处理。4．自身对照：指实验与对照在同一对象上进行，不另设对照组。自身对照关键是要看清楚实验处理前后现象变化的差异，实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化则为实验组。二、光合作用的原理和应用1、光合作用的概念指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把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。2、光合作用的实质合成有机物，储存能量光合作用的探究历程结论：水分是植物建造自身的原料。17世纪海尔蒙特栽培的柳树实验一段时间后一段时间后1771年普利斯特利实验普利斯特利实验结论：植物可以更新空气有人重复了普利斯特利的实验，得到相反的结果，所以有人认为植物也能使空气变污浊？1779年，荷兰的英格豪斯普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功；植物体只有绿叶才能更新空气。到1785年，发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的是O2，吸收的是CO2。水二氧化碳氧气光？光能化学能储存在什么物质中？德国梅耶1864年，萨克斯的实验（置于暗处几小时）思考：目的是什么？一半遮光一半曝光为了使绿叶中原有的有机物消耗殆尽1864年，德国萨克斯实验黑暗处理一昼夜让一张叶片一半曝光一半遮光绿叶在光下制造淀粉。用碘蒸气处理这片叶，发现曝光的一半呈深蓝色，遮光的一半则没有颜色变化。光合作用释放的O2来自CO2还是H2O？结论第一组光合作用产生的O2来自于H2O。H2180C02H20C18O2第二组1802021935年美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）结论光合作用产生的有机物又是怎样合成的？美国卡尔文用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的在光合作用中转化成有机物中C

的途径，称为卡尔文循环。年代科学家结论1664海尔蒙特水分是植物建造自身的原料1771普利斯特利植物可以更新空气1779英格豪斯只有在光照下只有绿叶才可以更新空气1845R.梅耶植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来1864萨克斯绿色叶片光合作用产生淀粉1880恩格尔曼氧由叶绿体释放出来。叶绿体是光合作用的场所。1939鲁宾卡门光合作用释放的氧来自水。20世纪40代卡尔文光合产物中有机物的碳来自CO2光合作用的定义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。总结光合作用的反应式反应物、条件、场所、生成物CO2＋H2O（CH2O）＋O2光能叶绿体糖类光合作用过程光反应暗反应划分依据:反应过程是否需要光能H2O类囊体膜酶Pi

＋ADPATP光反应阶段光、色素、酶叶绿体内的类囊体薄膜上水的光解：2H2O4[H]+O2光能（还原剂）ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）ATP酶光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中[H]场所：条件：物质变化能量变化进入叶绿体基质，参与暗反应供暗反应使用CO2

五碳化合物

C5

CO2的固定三碳化合物

2C3C3的还原叶绿体基质多种酶H2O类囊体膜酶Pi

＋ADPATP[H]糖类卡尔文循环暗反应阶段CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的还原：ATP[H]、ADP+Pi叶绿体的基质中

ATP中活跃的化学能转变为糖类等

有机物中稳定的化学能2C3(CH2O)＋C5

酶糖类[H]、ATP、酶场所：条件：物质变化能量变化CO2

五碳化合物

C5

CO2的固定三碳化合物

2C3叶绿体基质多种酶糖类ATP[H]

联系比较光反应、暗反应光反应阶段暗反应阶段条件场所物质变化能量变化光、色素、酶、不需光、酶叶绿体类囊体膜叶绿体基质中水的光解；ATP的生成CO2的固定；C3的还原

ATP中活跃化学能光能ATP中活跃化学能有机物中稳定化学能1、光反应是暗反应的基础，为暗反应提供[H]和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。

CO2+H2O（CH2O）+O2光能叶绿体色素分子可见光C52C3ADP+PiATP2H2OO24[H]多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解能固定还原酶光反应暗反应光合作用总过程：原料和产物的对应关系：（CH2O）CHOCO2CO2H2OO2H2O能量的转移途径：碳的转移途径：光能ATP中活跃的化学能(CH2O)中稳定的化学能CO2C3（CH2O）下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：①图中A是______,B是_______,它来自于______的分解。②图中C是_______，它被传递到叶绿体的______部位，用于____________________。③图中D是____，在叶绿体中合成D所需的能量来自______④图中G________,F是__________,J是_____________⑤图中的H表示_______，H为I提供__________光H2OBACDE+PiFGCO2JHIＯ2水[H]基质用作还原剂，还原C3ATP色素吸收的光能光反应[H]和ATP色素C5化合物C3化合物糖类B光合作用原理的应用影响光合作用强度的因素？CO2的浓度，光照的长短与强弱；光的成分；温度的高低、必需矿物质元素、水分等。例：适当提高CO2的浓度（温室大棚），增加光照时间和光照强度，农作物间距合理，选择适当的光源等。(4)H2O：原料之一(5)矿质元素：叶绿素的组成元素Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｍg(6)叶龄：H2O/矿质元素光合速率光合速率叶龄光照强度光反应温度的高低暗反应最适温度随着温度的升高，酶活性降低，光合作用速率降低二氧化碳浓度暗反应3、提高农作物光合作用强度的措施1、适当提高光照强度、延长光照时间3、适当提高CO2浓度4、适当提高温度5、适当增加植物体内的含水量6、适当增加矿质元素的含量2、合理密植(2010·安徽高考)为探究影响光合作用强度的因素，将同一品种玉米苗置于25℃条件下培养，实验结果如图所示。请回答：(1)与D点相比，B点条件下限制玉米对CO2吸收量的因素是__________，C点条件下限制玉米对CO2吸收量的主要因素是__________。(2)实验结果表明，在__________的条件下施肥效果明显。除本实验所涉及的因素外，从增加光合作用面积的角度考虑，采取__________措施能提高玉米的光能利用率。光照强度(或光强)土壤含水量土壤含水量40%～60%合理密植化能合成作用自养生物以光为能源，以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。例如绿色植物。异养生物只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。例如人、动物、真菌及大多数的细菌。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。少数的细菌，如硝化细菌。光能自养生物化能自养生物所需的能量来源不同（光能、化学能）能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌化能合成作用2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量酶2HNO2+O22HNO3+能量酶6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O能量酶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二氧化碳和水等无机化合物合成有机化合物能量光能氧化无机化合物放出化学能代表生物绿色植物硝化细菌等微生物1、区别光合作用细胞呼吸发生范围与光的关系场所物质变化能量变化实质含光和色素的细胞所有活细胞在光照下才能进行与光无关，每时每刻都在进行叶绿体（原核细胞除外）细胞质基质和线粒体合成有机物分解有机物储能，光能→化学能放能，化学能→热能和ATP合成有机物，储存能量分解有机物，释放能量③曲线分析光合作用为生物界提供了赖以生存的物质和能量基础，细胞呼吸为生物体的生命活动提供了直接能源。下列有关光合作用和细胞呼吸的叙述正确的是()A．光合作用与细胞呼吸总是同时进行的B．光合作用形成的糖类和O2可在细胞呼吸中被利用C．光合作用产生的ATP主要用于细胞呼吸D．光合作用在叶绿体中进行，需要消耗O2【解析】

本题考查光合作用与细胞呼吸的关系。光合作用必须在有光条件下才能进行，而细胞呼吸在有光和无光条件下都能进行；光合作用可以为细胞呼吸提供糖类和O2，但光合作用的光反应中产生的ATP只能用于暗反应，不能用于除此以外的其他生命活动。【答案】

B(2011·新课标全国高考)在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%环境中，其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。回答下列问题：(1)图中物质A是__________(填“C3化合物”或“C5化合物”)。(2)在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是________________________________________________________________；将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是______________