一轮复习新教材苏教版第三单元第3课捕获光能的色素和结构光合作用的原理课件

第3课捕获光能的色素和结构、光合作用的原理【课标要求】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。【素养目标】1.通过比较光反应与暗反应及它们之间的关系,建立对立统一、结构决定功能的观点。(生命观念)2.理解C3、C5等物质变化和光合作用的相关曲线。(科学思维)3.探究光照强度、CO2浓度等对光合作用强度的影响。(科学探究)4.关注光合作用与农业生产及生活的联系。(社会责任)主干知识·多维自查【主干·梳理与辨析】一、捕获光能的色素和叶绿体的结构与功能1.捕获光能的色素:功能吸收、传递和转换光能化学特性不溶于水,能溶于有机溶剂(如无水乙醇)中色素种类及分布叶绿素(含量约占3/4)叶绿素a主要吸收_____和_______叶绿素b类胡萝卜素(含量约占1/4)胡萝卜素主要吸收_______叶黄素红光蓝紫光蓝紫光2.捕获光能色素的吸收光谱:光是一种电磁波。可见光的波长是__________。一般情况下,光合作用所利用的光都是_______。

400~760nm可见光3.光合作用的结构——叶绿体:(1)模式图:【思考辨析】1.植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。()分析:叶绿体中叶绿素的含量多于类胡萝卜素,叶绿素不吸收绿光,所以植物叶片呈现绿色。2.液泡中色素吸收的光能用于光合作用。()分析:液泡中色素不能吸收光能用于光合作用,叶绿体中的色素才行。3.光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。 ()分析:叶绿体中吸收光能的四种色素分布在类囊体薄膜上,在叶绿体基粒和基质中都有与光合作用有关的酶。×××二、实验:绿叶中色素的提取和分离1.实验原理:2.实验步骤:3.实验结果及分析:(1)实验结果:(2)结果分析。①由上到下:胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。原因:不同色素在层析液中的_______不同,溶解度高的在滤纸上扩散得快;反之,则慢。溶解度由高到低的顺序为:________________________________②由宽到窄:叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素。原因:不同色素的含量不同,含量多的在滤纸上显色较宽;反之,则窄。含量:叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素溶解度胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b【思考辨析】1.紫色洋葱表皮细胞含有色素,可用于叶绿体色素的提取实验。()分析:紫色洋葱表皮细胞没有光合色素,呈紫色是因为液泡中含有花青素。2.分离色素的原理是色素易溶于有机溶剂。()分析:分离色素的原理是不同色素在层析液中的溶解度不同,溶解度越高,随层析液在滤纸上的扩散速度越快。3.层析时试管口加棉塞的目的是防止层析液挥发。()分析:层析液易挥发且有毒,层析时试管口加棉塞的目的是防止层析液挥发。××√三、光合作用的探究历程及基本原理1.光合作用的探究历程:时间/发现者内容19世纪末科学界普遍认为,在光合作用中,CO2分子的C和O被分开,___被释放,C与H2O结合成甲醛,然后甲醛分子缩合成糖1928年科学家发现甲醛对植物有_____作用,而且甲醛不能通过光合作用转化成糖1937年希尔(英国)在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O,没有CO2),在光照下_______________O2毒害可以释放出氧气时间/发现者内容1941年鲁宾、卡门(美国)用同位素示踪的方法,研究了光合作用中氧气的来源,H218O+CO2→植物→18O2,H2O+C18O2→植物→O2,得出光合作用释放的氧全部来自___1954年阿尔农(美国)在光照下,叶绿体可合成_____,这一过程总是与_________相伴随20世纪40年代卡尔文(美国)用经过14C标记的14CO2,供小球藻进行光合作用,然后追踪放射性14C的去向,最终探明了CO2中的碳是如何转化为有机物中的碳的水ATP水的光解2.光合作用:(1)光合作用的概念:绿色植物通过_______,利用_____,将_____________转化成储存着能量的_______,并且释放出_____的过程。(2)光合作用的过程:叶绿体光能二氧化碳和水有机物氧气(3)光合作用的化学反应式:________________________,其中_______表示糖类。(4)光合作用的意义:①光合作用产生的有机物除供自身利用外,还为所有异养生物提供食物。②光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。CO2+H2O(CH2O)+O2(CH2O)3.化能合成作用:(1)概念:自然界中还有一些微生物利用体外环境中的某些_________________________来制造有机物,此过程称为化能合成作用,此类生物属化能自养型生物。(2)过程:无机物氧化时所释放的能量(3)代表生物:_________、硫细菌、铁细菌等。(4)区别:化能合成作用和光合作用利用二氧化碳和水合成有机物大致相同,但合成有机物时所用的能量是不同的。光合作用合成有机物时使用的ATP是由光能转换成的;而化能合成作用合成有机物时使用的ATP是利用无机物氧化时释放的化学能转换成的。硝化细菌【思考辨析】1.光合作用过程中光能转变为化学能,细胞呼吸过程中化学能转变为热能和ATP。()分析:光合作用将光能转变为糖类等有机物中的化学能,细胞呼吸将糖类等有机物中化学能转变为热能和ATP中的化学能。2.光合作用可分为光反应和暗反应两个阶段,光反应必须有光才能进行,暗反应必须在无光条件下进行。()分析:光反应必须有光才能进行,暗反应不需要光,有光、无光都可以进行,前提是有光反应产生的NADPH和ATP。3.叶绿体内膜的面积远远大于外膜面积。()分析:叶绿体的外膜面积大于内膜的面积。×××【教材·挖掘与延伸】1.探究延伸:“旁栏思考”植物工厂里不用发绿光的光源,原因是______________________________________________________。2.习题改编:“练习与应用·拓展应用”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。分析原因:这种现象与______________________________________________。3.资料延伸:“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。这种波长的光很少被光合色素吸收,因此不能驱动合成有机物光能捕获有关,即不同颜色的藻类吸收不同波长的光淀粉筛管高频考点·通法悟道★考点1光合色素的分布、吸收光谱及作用【核心·归纳与整合】1.光合色素的吸收光谱及作用图解:(1)叶绿体中的色素只吸收可见光,而对红外光和紫外光等不吸收;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。(2)两类色素除吸收上述各类光外,对其他光也有不同程度的吸收,但对绿光吸收最少,故对阳光而言,最有效的光是红光和蓝紫光,最无效的光是绿光。2.实践应用:(1)温室大棚用无色薄膜最有效。(2)实验中黑暗处理消耗有机物时需在有光条件下操作、观察,最好选用绿灯,而不能选红灯或其他颜色的灯,这样对实验影响最小。3.影响叶绿素合成的因素:(1)光照:光是影响叶绿素合成的主要因素,一般植物在黑暗中不能合成叶绿素,因而叶片发黄。(2)温度:温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性,进而影响叶绿素的合成。低温时,叶绿素分子易被破坏,而使叶片变黄;高温会使叶绿素变性失活。(3)必需元素:叶绿素中含N、Mg等必需元素,缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成,叶片变黄。另外,Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分,缺Fe也将导致叶绿素合成受阻,叶片变黄。【高考警示钟】色素的“同”与“不同”(1)同为色素,呈现花瓣和果实颜色的主要是花青素,呈现叶片绿色的色素主要是叶绿素。(2)同为色素,色素的位置不同,花青素存在于液泡,植物光合色素存在于类囊体薄膜上。(3)同为色素,不同色素吸收不同波长光质,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。【典题·剖析与精练】【典题示范】(2022·潍坊模拟)通常情况下,蓝细菌依赖叶绿素a来收集、转化可见光,用于光合作用。研究发现某些蓝细菌①在近红外光环境下生长时,含有叶绿素a的光合系统会失效,而含有叶绿素f的光合系统会启动②。进一步研究发现,叶绿素f能吸收、转化红外光,用于光合作用③。下列有关叙述正确的是(

)A.培养蓝细菌研究光合作用时,需提供葡萄糖作为碳源B.叶绿素f主要分布在蓝细菌叶绿体类囊体薄膜上C.叶绿素f能够吸收、转化红外光,体现了蓝细菌对环境的适应D.在正常光照条件下,蓝细菌会同时吸收可见光和红外光进行光合作用【题眼破译】提升信息转化能力信息转化信息(对接问题)信息①蓝细菌是原核生物,无叶绿体信息②叶绿素种类决定利用的光质种类信息③叶绿素f能利用红外光进行光合作用【解析】选C。蓝细菌是自养生物,不从外界吸收葡萄糖,培养蓝细菌研究光合作用时,不需提供葡萄糖作为碳源,A错误;蓝细菌是原核生物,没有叶绿体,B错误;某些蓝细菌在近红外光环境下生长时,含有叶绿素f的光合系统会启动。进一步研究发现,叶绿素f能吸收、转化红外光,用于光合作用。叶绿素f能够吸收、转化红外光,体现了蓝细菌对环境的适应,C正确;在正常光照条件下,蓝细菌光合作用依赖叶绿素a来收集、转化可见光,用于光合作用,不能吸收红外光进行光合作用,D错误。

【深度思考】蓝细菌和绿色植物光合色素的不同在哪里?_____________________________________________________________。绿色植物主要含叶绿素和类胡萝卜素,而蓝细菌主要含叶绿素和藻蓝素【对点训练】(2022·镇江模拟)Ⅰ:1881年,德国科学家恩格尔曼把载有水绵和好氧细菌X的临时装片放在没有空气的黑暗环境中,然后用极细的光束照射水绵探究叶绿体的功能。Ⅱ:某实验小组根据恩格尔曼在探究叶绿体的功能实验的基础上进一步开展探究实验,将载有水绵和好氧细菌X的临时装片放置在密闭且透明的小室中,再用自然光透过三棱镜照射临时装片,细菌X在不同光区的聚集情况如图所示。请回答下列问题:(1)恩格尔曼选用水绵和好氧细菌作实验材料探究叶绿体的功能是取得成功的重要原因之一,理由是__________。首先将临时装片放在没有空气的黑暗环境中,目的是______。

(2)根据实验Ⅱ结果分析,细菌X主要密集分布在波长为400~450nm和650~700nm的光区,原因是______________________。

(3)有另外的实验小组从绿叶中提取了类胡萝卜素,请设计一组实验来验证类胡萝卜素主要吸收蓝紫光(用以上实验为对照组,补充完整以下实验方案)。实验步骤:在三棱镜之前放置装有足够量____________的试管,再用自然光透过试管和三棱镜照射水绵的临时装片。

预期结果:与对照组相比,若_________,

则可验证类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。【解析】(1)水绵细胞中的叶绿体呈螺旋带状分布,有光和无光区域可形成对照;好氧细菌X聚集的部位代表氧气丰富,指示光合作用的场所。将临时装片放在没有空气的黑暗环境中,使好氧细菌X均匀分布,避免对实验结果造成干扰。(2)水绵光合色素主要吸收红光(650~700nm)和蓝紫光(400~450nm)进行光合作用,叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。在这些光区产生的氧气相对较多,所以好氧细菌X主要密集分布在这些光区。(3)自然光透过装有类胡萝卜素提取液的试管时,蓝紫光被吸收,使水绵主要吸收红光进行光合作用。在650~700nm光区产生氧气相对较多,实验组好氧细菌X在此区域密集分布。答案:(1)水绵细胞中的叶绿体呈螺旋带状分布,有光和无光区域可形成对照;好氧细菌X聚集的部位代表氧气丰富,指示光合作用的场所(合理即可)使好氧细菌X均匀分布(2)水绵光合色素主要吸收红光(650~700nm)和蓝紫光(400~450nm)进行光合作用,在这些光区产生的氧气相对较多,所以好氧细菌X主要密集分布在这些光区(3)类胡萝卜素提取液实验组好氧细菌X主要密集分布在波长为650~700nm的光区(合理即可)

【加固训练·拔高】如图为正常绿叶的叶绿素a的吸收光谱、色素总吸收光谱以及光合作用的作用光谱(作用光谱代表不同波长下植物的光合作用效率)。由图中信息分析,下列叙述错误的是 (

)A.色素的吸收光谱可以通过测量对不同波长光的吸收值来绘制,作用光谱可以通过测量不同波长相应的O2释放量来绘制B.总吸收光谱与叶绿素a吸收光谱曲线不吻合,说明绿叶中还含有其他吸收光能的色素C.总吸收光谱与作用光谱表现出高度一致性,说明绿叶中色素吸收的光能几乎都能用于光合作用D.总吸收光谱与作用光谱在450~500nm波长处出现较大差异,说明其他色素对能量的转换效率比叶绿素对能量的转换效率高【解析】选D。色素的吸收光谱可以通过测量对不同波长光的吸收值来绘制,作用光谱代表各种波长下植物的光合作用效率,可以通过测量不同波长相应的O2释放量来绘制,A正确;总吸收光谱与叶绿素a吸收光谱曲线不吻合,说明绿叶中除了叶绿素a,还含有其他色素,也能吸收光能,B正确;总吸收光谱与作用光谱表现出高度一致性,说明绿叶中色素吸收的光能几乎都能用于光合作用,C正确;绿叶中的类胡萝卜素主要吸收450~500nm(蓝紫光)波长的光,在可见光的其他波段,总吸收光谱与作用光谱几乎完全重叠,说明叶绿素吸收的光能几乎全部用于光合作用,450~500nm波长处出现较大差异,说明类胡萝卜素吸收的光能有一部分不能转化成光合作用的能量,叶绿素比其他色素对能量的转换效率高,D错误。

【方法规律】巧记色素吸收光谱图中的“三、二、一”(1)“三”指三条曲线:分别代表叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素吸收的光谱曲线。(2)“二”指叶绿素a、b及两个吸收区域:叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,其中叶绿素a的吸收光谱范围比叶绿素b的更宽。(3)“一”指类胡萝卜素及一个吸收区域:类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素,主要吸收蓝紫光。★考点2绿叶中色素的提取和分离实验【核心·归纳与整合】1.归纳实验注意事项及操作目的:过程注意事项操作目的提取色素选材选新鲜绿色的叶片使滤液中色素含量高实验试剂研磨时加无水乙醇溶解色素加少量二氧化硅和碳酸钙研磨充分和保护色素实验操作迅速、充分研磨防止乙醇过度挥发盛放滤液的试管口加棉塞防止乙醇挥发和色素氧化过程注意事项操作目的分离色素制备滤纸条滤纸预先干燥处理使层析液在滤纸上快速扩散

画滤液细线滤液细线要直、细、齐使分离出的色素带平整不重叠滤液细线干燥后再画一两次使分离出的色素带清晰分明分离滤液中色素滤液细线不触及层析液防止色素直接溶解到层析液中2.分析绿叶中色素的提取和分离实验中异常现象:异常现象发生的原因滤液绿色过浅(色素条带变窄)未加石英砂(SiO2),研磨不充分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,色素分子被破坏滤纸条色素带重叠滤液细线不直滤液细线过粗滤纸条无色素带忘记画滤液细线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滤纸条色素带少未加碳酸钙导致叶绿素被破坏所用叶片为“黄叶”【高考警示钟】色素提取实验中的两个认识误区(1)误认为提取与分离光合色素的试剂相同:提取光合色素用无水乙醇,分离光合色素用层析液。(2)误认为观察色素提取液均呈现绿色:由于叶绿体色素主要吸收红光和蓝紫光,绿光几乎不被吸收,因此对着光源(透射光)为绿色,背着光源(反射光)为红色。

【拓展延伸】色素提取中的问题及应对措施(1)关于取材:①不选取:蜡质和草质的叶片。原因是蜡质和草质的叶片不易磨碎,叶绿体中的色素不易被充分释放出来,影响实验效果。②应选取:鲜绿的,光合色素含量较高,细胞含水量少且软的叶片。原因是叶绿体中的色素不溶于水,水分多了不利于叶绿体中色素的提取。(2)关于画线:①易出现画上的滤液细线中色素过少、画得过宽或不均匀的问题,影响分离效果。②应对措施。a.把滤纸条翻过来在背面同样位置再画滤液细线以增加滤液细线色素的量;b.还可以借助直尺,把直尺翻过来背面朝上,这样画的滤液细线细而直,滤液又不会画到直尺上。(3)关于滤纸条。①易出现问题:滤纸条贴在烧杯内壁或滤液细线浸没在层析液中,使实验失败。②应对措施。a.将滤纸条微斜靠着烧杯内壁插入层析液中;b.将滤纸条上端固定在培养皿盖上,并垂直放入。【典题·剖析与精练】【典题示范】(2022·泰州模拟)叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂①无水乙醇中,因此实验室中用无水乙醇提取叶绿体中的色素。能否用丙酮作为溶剂替代无水乙醇呢?请完善实验,探究丙酮是否可以作为提取叶绿体中色素的有机溶剂②,并对实验中存在的问题进行分析:(1)材料用具:新鲜的绿色叶片,干燥的定性滤纸,尼龙布,丙酮,无水乙醇,层析液,二氧化硅,碳酸钙等。(2)方法步骤:①提取绿色叶片中的色素。a.取两个研钵分别编号为1、2。b.分别向两个研钵中加入____________。

c.向1号研钵中加入10mL无水乙醇,______,

均进行充分研磨。d.将研磨液过滤到试管中,并及时用棉塞塞紧试管口。②制备滤纸条。将干燥处理的定性滤纸剪成两个长10cm,宽1cm的长条,在距一端1cm处用圆珠笔画线并剪去两角。③点样。分别用毛细吸管吸取少量滤液,分别在两条滤纸条上沿横线均匀地画滤液细线,紧接着重复画1~2次。④分离叶绿体中的色素。将层析液2mL倒入两支编号为1、2的大试管中。然后,将滤纸条画有滤液细线的一端朝下,轻轻插入层析液中,并让层析液没及滤液细线。(3)观察实验结果。请绘出正确的实验结果,并注明色素种类及相应颜色。(4)结果预测及分析:①2号滤纸条与1号滤纸条出现一致色素带,并且分离明显,则说明____________;

②______________,则说明______________;

③2号滤纸条无色素带,1号滤纸条色素带分离明显,则说明____________。

(5)请纠正方法步骤中的错误:纠正一:________________________;

纠正二:________________________;

纠正三:________________________。

【题眼破译】提升信息转化能力信息转化信息(对接问题)信息①提取色素选取有机溶剂信息②变量(有机溶剂的种类)的控制【答题关键】抓住长句表述得分点(2)①不可缺少的文字“剪碎的绿色叶片”。(4)②不可缺少的信息:2号滤纸条与1号滤纸条相比。【解析】(2)根据题干,结合实验原理,提取色素时需向研钵中加剪碎的绿色叶片、少许二氧化硅和碳酸钙,而要探究丙酮是否可以作为提取叶绿体中色素的溶剂替代无水乙醇,就应设计实验以丙酮作为溶剂提取叶绿体中的色素,并与以无水乙醇作溶剂提取叶绿体中的色素的分离效果作对照。(3)结合教材和实验结果,可绘制下图:(4)实验设计要遵循单一变量原则,即只有提取液不同,而其他条件相同且适宜。结果有三种可能情况,即与对照组基本一样;比对照组效果差;得不到分离的色素带。对应的结论是:丙酮可以作为提取叶绿体中色素的有机溶剂;丙酮作为提取叶绿体中色素的有机溶剂效果不佳;丙酮不能作为提取叶绿体中色素的有机溶剂。(5)结合(2)方法步骤,制备滤纸条时,应改为用铅笔画线并编号为1、2;点样时,应待滤液干后重复画滤液细线1~2次;分离叶绿体中的色素时,一定不要让层析液没及滤液细线。

答案:(2)5g剪碎的绿色叶片、少许二氧化硅和碳酸钙向2号研钵中加入10mL丙酮(3)如图所示(4)丙酮可以作为提取叶绿体中色素的有机溶剂2号滤纸条与1号滤纸条相比,现象不如1号明显丙酮作为提取叶绿体中色素的有机溶剂效果不佳丙酮不能作为提取叶绿体中色素的有机溶剂(5)制备滤纸条时,应改为用铅笔画线并编号为1、2点样时,应待滤液干后重复画滤液细线1~2次分离叶绿体中的色素时,一定不要让层析液没及滤液细线

【方法规律】圆形滤纸片分离色素的方法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。【对点训练】1.(2021·日照模拟)下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述,正确的是(

)A.色素在提取液中的溶解度不同,导致色素带的位置不同B.研磨绿叶时不加CaCO3,则滤纸条上四条色素带变窄的比例相同C.实验结果中得到的四条条带在滤纸条上自上而下依次变宽D.与成熟叶相比,幼叶做实验材料得到的叶绿素a、b的条带较窄【解析】选D。利用色素在层析液中的溶解度不同来分离色素,从而使色素带的位置不同,A错误;CaCO3可防止叶绿素被破坏,因此研磨绿叶时不加CaCO3,则滤纸条上四条色素带变窄的比例不相同,B错误;色素带的宽窄与色素含量相关,滤纸条从上到下依次是:胡萝卜素(最窄)、叶黄素、叶绿素a(最宽)、叶绿素b(第二宽),C错误;与成熟叶相比,幼叶所含叶绿素(包括叶绿素a和叶绿素b)较少,做实验材料得到的叶绿素a、b的条带较窄,D正确。2.(2022·常州模拟)为研究强光照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,用层析液进行纸层析,如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是 (

)A.色素Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均可溶于无水乙醇B.强光照有利于该植物叶绿素的合成C.色素Ⅰ、Ⅱ主要吸收蓝紫光和红光D.色素Ⅳ在层析液中溶解度最大【解析】选A。叶绿体中的色素都溶于有机溶剂,A正确;强光照和正常光照相比较,叶绿素含量降低,说明强光照导致了该植物叶绿素含量降低,不利于该植物叶绿素的合成,B错误;色素Ⅰ、Ⅱ分别为胡萝卜素和叶黄素,它们主要吸收蓝紫光,C错误;色素Ⅳ在层析液中溶解度最小,扩散最慢,D错误。

【加固训练·拔高】研究人员发现,离体的叶绿体在一定条件下受到光照后依然能够释放氧气。向离体的叶绿体悬浮液中加入DCIP,光照后蓝色氧化型的DCIP接受氢后变成无色。研究人员为了验证该过程,在密闭条件下进行如表实验。下列叙述不正确的是(

)试管编号甲乙丙丁叶绿体悬浮液(用蔗糖溶液配制)1mL—1mL—DCIP0.5mL0.5mL0.5mL0.5mL0.5mol/L蔗糖溶液4mL5mL4mL5mL光照条件光照光照黑暗黑暗上层液体颜色无色蓝色蓝色蓝色A.甲试管与丙试管比较可以说明氢的产生需要光照B.设置乙试管和丁试管的目的是说明DCIP在光照和黑暗条件下自身不会变色C.甲试管有叶绿体和光照条件,故实验过程中用到的蔗糖溶液应全部换成蒸馏水,以方便检测甲试管内叶绿体中是否有糖类产生D.甲试管除了颜色变化,实验过程中还能观察到的现象是有气泡产生【解析】选C。甲试管与丙试管比较,可以说明氢的产生需要光照,A正确;设置乙试管和丁试管的目的是说明DCIP在光照和黑暗条件下自身不会变色,B正确;使用蒸馏水会使叶绿体吸水涨破,实验不能正常进行,C错误;离体的叶绿体在一定条件下受到光照后依然能够释放氧气,甲试管有叶绿体、蔗糖溶液和光照条件,除了颜色变化,实验过程中还能观察到有气泡产生,D正确。★考点3光合作用过程的综合分析【核心·归纳与整合】1.明确光反应与暗反应的联系:(1)光反应为暗反应提供NADPH、ATP,暗反应为光反应提供NADP+、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。(3)光反应中光能转换为化学能并非只储存于ATP中,NADPH中也含有能量。(4)C3还原消耗的能量不只来自ATP,还可由NADPH提供。2.厘清光合作用中元素去向:(1)反应式:(2)同位素标记元素转移途径:3.分析环境改变时光合作用各物质含量的变化曲线:(1)“过程法”分析各物质变化。如图中Ⅰ表示光反应,Ⅱ表示CO2的固定,Ⅲ表示C3的还原,当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时,分析相关物质含量在短时间内的变化:(2)“模型法”表示C3和C5的含量变化: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。②以上各物质变化中,C3和C5含量的变化是相反的,NADPH和ATP含量变化是一致的。③具体分析时只有厘清C3、C5的“来源”与“去路”(C3产生于CO2的固定,消耗于C3的还原;C5产生于C3的还原,消耗于CO2的固定),才能准确作出判断。④起始值C3高于C5(约为其2倍)。4.连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析:(1)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,暗反应仍可持续进行一段时间,有机物还能继续合成。(2)在总光照时间、总黑暗时间均相同的条件下,光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。【高考警示钟】光合作用过程的两个“不是”(1)叶绿体并不是进行光合作用的必要条件:能进行光合作用的生物不一定含有叶绿体,如蓝细菌(只要有与光合作用有关的色素和酶,在条件适宜时即可进行光合作用)。(2)为暗反应提供能量的物质不是只有ATP,ATP和NADPH均可为暗反应提供能量。【典题·剖析与精练】【典题示范】(2022·镇江模拟)如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H+运输到类囊体腔中,图中实线为电子的传递过程①,虚线为H+的运输过程,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②。请回答下列问题:(1)分析图中电子传递的整个过程可知,可以丢失电子的物质是____________,最终接受电子的物质为______________________。

(2)光反应产生的O2去向是_____________。图中用于暗反应的物质是_________。叶绿体产生的O2进入线粒体至少穿过___________层膜结构。

(3)合成ATP依赖于类囊体薄膜两侧的H+浓度差,图中使膜两侧H+浓度差增加的过程有_________________。

(4)研究发现,叶绿素中含有镁元素,PSⅠ中含铁元素,PC中含铜元素,PSⅡ中含锰元素,由此推测,通过______________________可防止光合作用的效率降低。

【题眼破译】提升信息转化能力信息转化信息(对接问题)信息①理解电子传递的整个过程信息②了解类囊体薄膜两侧的H+浓度差的产生原因【解析】(1)根据图中所示,水光解后产生O2、H+和电子,故水可以丢失电子(最初提供电子的物质);水光解后电子将NADP+还原为NADPH,故最终接受电子的物质为NADP+。(2)光反应产生的O2被有氧呼吸利用或被植物释放到大气中;光反应产生的NADPH和ATP可用于暗反应C3的还原,故图中用于暗反应的物质是ATP和NADPH;叶绿体和线粒体都具有双层膜结构,因此叶绿体产生的O2至少需穿过1层类囊体薄膜+2层叶绿体膜+2层线粒体膜=5层生物膜才能进入线粒体中被利用。(3)图中水光解产生H+,使类囊体腔内H+浓度升高,H+顺浓度梯度运输到叶绿体基质中,而H+在叶绿体基质中与NADP+结合形成NADPH使叶绿体基质中H+浓度降低,同时还可以通过PQ运回到类囊体腔内,这样就保持了膜两侧的H+浓度差。(4)光合作用的重要物质中含有镁元素、铁元素、铜元素、锰元素,若这些元素含量降低,则会使光合速率降低,故应该保持这些矿质元素的含量稳定,以防止光合作用的效率降低。答案:(1)水(H2O)

NADP+

(2)被细胞呼吸消耗或被植物释放出体外ATP、NADPH

5

(3)水光解产生H+,H+在膜外与NADP+结合形成NADPH、PQ在传递电子的同时能将H+运输到类囊体腔中(4)为植物提供充足的各种矿物质元素(无机盐)【变式延伸】提升长句应答能力(1)光反应需要光和色素的共同参与,光能被色素分子吸收后,能量有下列去向:①_________________;②以___________(荧光或磷光)释放;③迅速向邻近的其他色素分子传递;④传递到_______中心,推动光反应的进行。(2)光反应过程中,类囊体内外H+浓度差的来源是:____________________________________。转变为热能被释放光能的形式光反应水的光解(场所为类囊体腔内)后释放的H+【对点训练】1.(2022·南通模拟)如图为光合作用暗反应的产物磷酸丙糖的代谢途径,研究表明,磷酸丙糖转移蛋白(TPT)的活性是限制光合速率大小的重要因素,CO2充足时TPT活性降低。下列有关叙述错误的是 (

)A.Pi输入叶绿体减少时,磷酸丙糖从叶绿体输出减少B.暗反应中磷酸丙糖的合成需要消耗光反应产生的ATPC.叶肉细胞的光合产物主要是以蔗糖形式运出细胞的D.农业生产上可通过增加CO2来提高作物中淀粉和蔗糖的含量【解析】选D。据图示信息,磷酸丙糖通过TPT从叶绿体输出的同时伴随着Pi进入叶绿体,Pi输入叶绿体减少说明磷酸丙糖从叶绿体中输出的过程受阻,即输出减少,A正确;光反应产生的ATP能用于暗反应中C3的还原过程,由图示可知,该过程能合成磷酸丙糖,B正确;叶肉细胞的光合产物磷酸丙糖会在细胞质基质中用于合成蔗糖,然后以蔗糖形式运出细胞,C正确;当CO2充足时,TPT活性降低,磷酸丙糖运出叶绿体合成蔗糖的过程会受到影响,作物中淀粉含量会上升,而蔗糖含量下降,D错误。2.(2022·潍坊模拟)玉米、高粱等是一类具有高光合作用效率的C4植物,它们的叶片中存在着结构和功能都不同的叶肉细胞和维管束鞘细胞,如图1所示。进行光合作用时,叶肉细胞中对CO2高亲和力的PEP羧化酶催化CO2固定产生四碳化合物(C4途径),然后运输到维管束鞘细胞中再分解,释放出CO2用于卡尔文循环。这一“CO2泵”可在维管束鞘细胞中产生CO2浓缩效应,大大提高了光合作用效率,如图2所示。请回答下列问题:(1)C4植物的叶肉细胞和维管束鞘细胞结构和功能不同的根本原因是_________。C4植物光反应发生在叶肉细胞的_________________上,而CO2固定发生在_________________________细胞中。

(2)科学家用含14C标记的CO2来追踪玉米光合作用中的碳原子的转移途径,这种碳原子的转移途径是________________。暗反应阶段中C3的还原在______________细胞中完成,为该过程提供能量的物质是________________。

(3)与水稻、小麦等C3植物相比,C4植物的CO2的补偿点较________。高温、干旱时C4植物还能保持高效光合作用的原因是________________。

【解析】C4植物,叶肉细胞中对CO2高亲和力的PEP羧化酶催化CO2固定产生四碳化合物,然后运输到维管束鞘细胞中分解,释放出CO2用于卡尔文循环,这使得C4植物能利用环境中较低CO2进行光合作用,大大提高了光合作用效率。(1)C4植物的叶肉细胞和维管束鞘细胞都是由受精卵发育而来,其遗传物质相同,两者细胞结构和功能不同的根本原因是基因的选择性表达。由图可知,C4植物光合作用光反应发生在叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜上,而CO2在叶肉细胞中能固定形成C4,CO2在维管束鞘细胞中能固定形成C3,因此CO2固定发生在叶肉细胞和维管束鞘细胞。(2)光合作用过程中碳原子的转移途径是CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)(糖类或有机物)。由图可知,卡尔文循环发生在维管束鞘细胞中,卡尔文循环包括CO2的固定和C3的还原,因此暗反应阶段中C3的还原在维管束鞘细胞中完成,C3的还原需要消耗能量,提供能量的物质是NADPH和ATP。(3)C4植物的CO2先被PEP羧化酶催化固定成四碳化合物,四碳化合物释放出CO2用于卡尔文循环,因此C4植物在较低浓度的CO2下也可以吸收并利用CO2进行光合作用,而C3植物在低浓度的CO2下不能生长,因此C4植物CO2的补偿点较低。高温、干旱时,C3植物的部分气孔关闭,导致吸收CO2减少,光合作用降低,而C4植物还能保持高效光合作用,其原因是C4植物中的PEP羧化酶对CO2具有高亲和力,C4植物可利用低浓度的CO2进行光合作用。答案:(1)基因的选择性表达叶绿体类囊体薄膜叶肉细胞和维管束鞘

(2)CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)(糖类或有机物)维管束鞘NADPH和ATP(3)低PEP羧化酶对CO2具有高亲和力,C4植物可利用低浓度的CO2进行光合作用

【加固训练·拔高】如图是蒲公英叶肉细胞进行光合作用和细胞呼吸的物质变化示意简图,其中①~⑤为生理过程,a~h为物质名称,请回答:(1)图中能合成ATP的生理过程有______,过程②和⑤发生的场所分别是______和_______。(2)物质a可用____________提取,物质g为________________。(3)假如白天突然停止光照,则在短时间内f量的变化是____________。

(4)研究发现,黄光照射时植物光合作用速率减慢,科学家推测黄光可能导致叶绿素含量发生了改变,现以蒲公英试管苗为实验材料,探究蒲公英试管苗在黄光照射下叶绿素含量是否发生改变。写出简要的实验思路:________________。【解析】(1)光反应和有氧呼吸的三个阶段均可以产生ATP,即图中的①③④⑤。过程②为暗反应,其场所是叶绿体基质;过程⑤是有氧呼吸的第三阶段,该过程发生在线粒体内膜。(2)a表示光合色素,位于叶绿体的类囊体薄膜上,易溶于有机溶剂,常用无水乙醇提取。物质g为二氧化碳,是光合作用的原料。(3)若白天突然停止光照,则在短时间内ATP和NADPH减少,影响C3的还原,而二氧化碳的固定还在进行,故f即C5量会减少。(4)要检测黄光照射是否会引起蒲公英叶绿素含量的变化,实验的自变量应该是不同的光质,因变量是叶绿素的多少,在自然光和黄光条件下分别培养蒲公英试管苗(甲和乙),一段时间后取甲和乙的叶片,提取其中的色素并分离,通过比较两组滤纸条上叶绿素a、叶绿素b色素带,即滤纸条上自上而下的第三和第四条色素带的宽窄来判断叶绿素含量是否发生变化。答案:(1)①③④⑤叶绿体基质线粒体内膜(2)无水乙醇二氧化碳(3)减少(4)自然光和黄光条件下分别培养蒲公英试管苗(甲和乙),一段时间后取甲和乙的叶片,提取其中的色素并分离,通过比较两组滤纸条上叶绿素a、叶绿素b色素带的宽窄来判断叶绿素含量是否发生变化

高考集训·命题前瞻【考题体验·悟透】角度一从实验探究能力角度,考查色素的分离和吸收光谱1.(2021·北京等级考)关于物质提取、分离或鉴定的高中生物学相关实验,叙述错误的是 (

)A.研磨肝脏以破碎细胞用于获取含过氧化氢酶的粗提液B.利用不同物质在酒精溶液中溶解性的差异粗提DNAC.依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离D.利用与双缩脲试剂发生颜色变化的反应来鉴定蛋白质突破口:光合色素的吸收光谱。【解析】选C。肝脏经过研磨后细胞破碎,使肝细胞中的过氧化氢酶释放出来,有利于获取含过氧化氢酶的粗提液,A项正确;DNA不溶于酒精溶液,而细胞中的某些物质能溶于酒精溶液,利用不同物质在酒精溶液中溶解性的差异可粗提DNA,B项正确;依据光合色素在有机溶剂中溶解度不同,可以对光合色素进行纸层析分离,C项错误;蛋白质能与双缩脲试剂发生紫色反应,可利用蛋白质与双缩脲试剂发生的颜色变化,来鉴定蛋白质,D项正确。角度二从生命观念角度,考查光反应和暗反应的联系2.(2021·湖南选择考)绿色植物的光合作用是在叶绿体内进行的一系列能量和物质转化过程。下列叙述错误的是(

)A.弱光条件下植物没有O2的释放,说明未进行光合作用B.在暗反应阶段,CO2不能直接被还原C.在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗,叶片的光合速率会暂时下降D.合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度突破口:光反应与暗反应的联系。【解析】选A。弱光条件下,光合作用强度可能小于或等于呼吸作用强度,光合作用产生的O2被呼吸作用消耗完,此时植物虽然进行了光合作用,但是没有O2的释放,A错误;暗反应包括CO2的固定和C3的还原两个阶段,B正确;在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗,光合产物不能及时转移,产物的堆积抑制了光合作用的进行,故叶片的光合速率会暂时下降,C正确;合理密植能保证植物叶片的有效光照面积;增施有机肥通过提高CO2浓度、提供无机盐,进而提高农作物的光合作用强度,D正确。角度三从科学思维角度,考查光合作用的过程3.(2021·天津等级考)Rubisco是光合作用过程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2与C5结合,形成C3和C2,导致光合效率下降。CO2与O2竞争性结合Rubisco的同一活性位点,因此提高CO2浓度可以提高光合效率。(1)蓝细菌具有CO2浓缩机制,如下图所示。注:羧化体具有蛋白质外壳,可限制气体扩散。据图分析,CO2依次以________和________方式通过细胞膜和光合片层膜。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度,从而通过促进______________和抑制______________提高光合效率。

(2)向烟草内转入蓝细菌Rubisco的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因。若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应,应能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的________中观察到羧化体。

(3)研究发现,转基因烟草的光合速率并未提高。若再转入HC和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用,理论上该转基因植株暗反应水平应__________,光反应水平应______________,从而提高光合速率。

突破口:光合作用的过程。【解析】(1)由图可知,CO2通过细胞膜时,没有载体的协助,没有能量的消耗,故该跨膜方式是自由扩散,而CO2在通过光合片层膜时有能量消耗和转运蛋白协助,为主动运输;在题中给出了Rubisco能催化CO2的固定,也能催化O2与C5的结合,导致光合速率下降。CO2与O2竞争性结合Rubisco的同一活性位点,如果提高了CO2的浓度就可以提高光合作用速率。蓝细菌的CO2浓缩机制可以提高羧化体中Rubisco周围的CO2的浓度,从而通过促进CO2的固定和抑制O2与C5的结合,提高光合速率。(2)由图知羧化体是蓝细菌光合作用暗反应的场所,其在烟草中发挥作用并参与暗反应,应分布在烟草的叶绿体中。(3)由图可知,HC和CO2转运蛋白协助HC和CO2进细胞内,最终形成较多的CO2,提高暗反应速率,暗反应为光反应的进行提供ADP等原料,光反应的速率也会加快,从而提高光合速率。答案:(1)自由扩散主动运输CO2固定O2与C5结合(2)叶绿体(3)提高提高