高考生物一轮复习 第10课时 捕获光能的色素和结构精品学案.doc

第10课时 捕获光能的色素和结构光合作用的过程知识网络基础梳理 一、捕获光能的色素和结构1、对绿色植物来说，捕获光能的色素可分为_、_两类，前者约占3/4，包括_（_ _色）和_(_色)两种，主要吸收_ _光，后者约占1/4，包括_（_色）和_（_色）两种，主要吸收_光。2、这些色素存在于_中。3、叶绿体有双层膜，内部有许多基粒，基粒和基粒之间充满了_。基粒由_堆叠而成。准确地说，色素分布在_。4、与光合作用有关的酶分布在_。二、绿叶中色素的提取和分离1、提取的原理是四种色素能溶解于_中，分离的原理是四种色素在_中的溶解度不同，因此在滤纸上的扩散速度不同，溶解度_的扩散速度快，溶解度_的扩散速度慢，一段时间后，四种色素就逐渐分离开。2、在提取过程中加入碳酸钙和二氧化硅，加碳酸钙的作用是_，加二氧化硅的作用是_ _。3、分离时，滤纸条上的滤液细线不能触及层析液，原因是_。4、层析的结果是，滤纸条上出现四条色素带，至上而下依次是_、_、_、_。三、光合作用的发现1、1771年，英国科学家普利斯特得通过实验证明，植物可以更新空气，1779年，荷兰科学家英格豪斯证明，植物更新空气需要在_条件下进行，1785年，发现绿叶在光下放出_，吸收_。2、德国科学家梅耶根据能量守恒定律指出，光合作用是把_转换成_储存起来。3、1864年，德国科学家萨克斯用半叶法实验证实，光合作用的产生除了_，还有_。4、1880年，美国科学家恩格尔曼用_作实验材料，证明，光合作用发生的场所是_。5、1939年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素标记法进行实验，证明光合作用释放的氧气来源于_。6、卡尔文用同位素_标记_，探明了_在转化为_的途径，这一途径称为卡尔文循环。四、光合作用的过程1、光合作用可分成两个阶段，第一阶段必须有光才能进行，称为_，场所是_，主要物质变化是_，能量变化是 _ _，第二阶段可以在无光条件下进行，称为_，场所是_，主要物质变化是_ _，能量变化是_。2、光合作用的总反应式是_。 考点突破 一、色素的提取和分离实验1、本实验包括提取和分离两大步骤，提取包括选择叶片称取剪碎研磨过滤，经过提取，原来位于叶片中的色素进入到使用的有机溶剂（无水乙醇）中。分离包括准备滤纸条划线放置层析，经过分离，原来混合在一起的色素相互分离开。2、有关试剂有注意事项（1）提取色素应使用有机溶剂，因为色素可以溶解在有机溶剂中。这样提取色素所用的试剂不一定必须用无水乙醇，也可以用其它的有机溶剂，如丙酮等。但有机溶剂中不能混有水，否则会影响到提取效果。如95%的乙醇不能直接使用，需要加入无水碳酸钠除去水后才能使用。如果水没有除去，或者绿色叶片上有较多的水，都将使色素不能充分提取，这样得到的滤液颜色很浅，里面含有色素很少（呈淡绿色或无色）。（2）二氧化硅是有助于研磨充分，碳酸钙可防止色素被破坏。使用二氧化硅的原理是增大磨擦，使用碳酸钙的原理是可以中和研磨过程中液泡破裂释放出的有机酸，避免有机酸对色素（主要是叶绿素）的破坏。因此化学性质和这两种物质比较类似的物质可以作替代物。如果不使用二氧化硅，滤液中溶解的色素也较少（呈淡绿色），如果不使用碳酸钙，叶绿素被破坏（呈棕黄色）。（3）分离色素所用的层析液是多种有机物的混合物，这样四种色素的溶解度会有较明显的差异，93#汽油可以作层析液，原因是汽油也是一种混合物。3、划滤液细线时的要求细而直，并重复多划几次。划细是为了避免将来的色素带距离太近，画直是为了美观。重复多画几次是为了保证色素的含量，因为类胡萝卜素的含量低，如果色素含量低，则类胡萝卜素很有可能看不清楚。4、滤纸下边要剪角，目的是为了保证色素带是水平直线。原因是边缘色素分子扩散快，中间扩散慢，剪角后边缘距离增大，抵消了这个差距。5、放置滤纸条时，不能触及层析液，否则色素将会溶解在层析液中，不向上扩散。6、实验结果四条色素带，位置如下图，其中相邻色素带距离最近的是叶绿素a和叶绿素b，距离最远的是叶黄素和胡萝卜素。例1、提取光合色素，进行纸层析分离，对该实验中各种现象的解释，正确的是 a 未见色素带，说明材料可能为黄化叶片 b 色素始终在滤纸上，是因为色素不溶于层析液c 提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b d 胡萝卜素处于滤纸前方，是因为其在滤液中的溶解度最高【解析】黄花叶片中虽然无叶绿素，但有叶黄素和胡萝卜素，a项错误，色素分子随层析液向上扩散而扩散，不会向下进入层析液，实际上色素是可以溶解在层析液中的，层析是利用了色素在层析液中的溶解度不同，b项也不对，胡萝卜素位置最远，扩散最快，是它在层析液中的溶解度最大，而不是在滤液中。【答案】c变式1、某班同学用新鲜菠菜做“叶绿体中色素的提取和分离”的实验，某小组已完成实验，在滤纸条上发现了四条色素带，但和其他小组对比后发现，他们所得到的色素带的颜色较浅，出现这种现象的原因不可能是a 提取时加入无水乙醇太多b 提取时没有加二氧化硅c 研磨时间过短d 层析时间过短【解析】层析时间短，只会是四条色素带之间距过近，不会是颜色过浅。加乙醇过多、没有加二氧化硅、研磨时间短，都可能是得到的滤液浓度过低，造成颜色浅的结果。【答案】d二、色素的作用及分布1、色素的作用是吸收、传递和转换光能。不同色素吸收的光的波长有所不同。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。（1）在农业生产中建造温室使用玻璃、塑料薄膜，应选用白色（无色）的，因为它们能让所有的光都透过，效果最好。（2）若是补充光照，应选择补充红光或蓝紫光，因为相同强度的红光或蓝紫光，比白光的光合作用强度要高。（3）太阳光分光后照射到色素滤液中，红光、蓝紫光对应的区域为暗带，因为这些光大部分被吸收了。例2、将在黑暗中放置一段时间的叶片均分4块，置于不同的试管中，按下表进行实验，着色最浅叶片所在的试管是试管编号实验处理co2溶液+光照白光蓝光红光绿光碘液+ 注：“+”表示具有该条件a bc d【解析】在黑暗中放置一段时间的叶片，有机物已被消耗掉，然后用不同的光照射，进行光合作用，用碘液处理看有机物产生的多少，因为叶绿体中的色素几乎不吸收绿光，所以着色最浅叶片所在的试管是号管。【答案】d变式2、现提供相同强度的红光和白光两种光源，以及红色和绿色两种玻璃，组成进行四组实验。实验中容器中放有等量的培养液和小球藻，小球藻可进行光合作用产生氧气形成大量气泡。实验中产生氧气最多和最少的一组分别是a 白光b 白光+红色玻璃c 白光+绿色玻璃d 红光【解析】玻璃只允许特定的光通过，阻挡掉的光中仍有可以来进行光合作用的，c只保留中绿光，光合作用最弱；而相同强度的红光比白光的光合作用要强，因此，光合作用最强，产生氧气最多的是d，而光合作用最弱，产生氧气最少的是c【答案】d、c三、叶绿体1、叶绿体和线粒体都是双层膜，它们的功能和分布不同就不再进一步分析，前面复习细胞结构时已经总结过了。这里应注意两点：（1）线粒体的内膜向内折叠形成嵴，而叶绿体的内膜仍和外膜保持相对平行状态。线粒体内膜上进行有氧呼吸最重要的第三阶段，而叶绿体内膜上则没有明显的重要反应。（2）线粒体靠内膜折叠增加膜的表面积，叶绿体增加表面积靠基粒，组成基粒的类囊体膜增大了叶绿体内的膜的表面积。2、酶和色素的分布酶既分布在叶绿体基质中，还分布在基粒上，而色素仅分布在基粒上。从另一个角度讲，基粒上既分布着色素，又分布着酶，而叶绿体基质中仅分布着酶。例3、选取生长良好的植物叶片，用纤维素酶和果胶酶处理，得到溶液甲，对甲溶液进行离心处理，得到上清液a（细胞质基质）的沉淀乙（细胞器），对沉淀乙再进行离心处理，可分离出叶绿体，对叶绿体进行破碎后再离心，得到上清液b（含膜结构）和沉淀丙。下列叙述正确的是：a 能进行光合作用产生氧气的有溶液甲、沉淀乙和上清液bb 光照条件下，沉淀乙和沉淀丙都能合成等量的葡萄糖c 由于细胞结构失去完整性，各种溶液和沉淀物都不能进行光合作用d 若对上清液b继续离心，单独分离出色素，也可以进行光合作用产生氧气【解析】光合作用的光反应发生在类囊体上，只要类囊体完整存在，在光照条件下就可以发生光反应产生氧气，但细胞或细胞器结构被破坏后，代谢会减弱，因此b项中具有完整叶绿体的沉淀乙比仅具有基质的沉淀丙代谢更强，且丙由于没有atp和h的持续供应，不能不断进行暗反应，光反应不但需要色素，还需要酶，因此d项也不对。【答案】a变式3、关于叶绿体和光合作用的叙述，正确的是a 有叶绿体的细胞一定能进行光合作用b 无叶绿体的细胞一定不能进行光合作用c 光照射到植物叶片上，叶肉细胞叶绿体内一定发生了水的分解d 光照射到植物叶片上，叶片一定会向大气中释放氧气【解析】a要考虑条件，必须是在有光条件下，b要考虑特殊生物类型，如蓝藻和光合细菌，无叶绿体但有光合色素，可以进行光合作用，d要考虑光照强度，光照较弱时，光合小于呼吸，不能向外释放氧气。【答案】c四、光合作用的发现1、理解光合作用的发现是逐渐深入的过程。普利斯特利和英格豪斯的实验时人们还不清楚空气的成分。只知道植物能更新空气，直到发现了空气的成分，才知道植物光合作用是吸收二氧化碳，释放氧气。此时，人们对光合作用的认识是需要光、吸收二氧化碳、释放氧气。随后。梅耶把光合作用的过程中物质变化扩展到能量变化，恩格尔曼发现了光合作用的场所，萨克斯发现了光合作用的产物，后来的同位素标记法的应用使光合作用的具体过程被发现。其中的发现与化学研究是分不开的。2、萨克斯的半叶法实验（1）最简单的对照。一半遮光、一半曝光。实验的基础是英格豪斯的发现光合作用需要光。（2）用碘检验有淀粉的生成。这样做是萨克斯预见到会有淀粉生成，当然也是建立在他反复实验的基础上的。3、恩格尔的第一个实验（1）采用水绵做实验材料，并且用好氧细菌的聚集情况当做光合作用进行的标志。他的实验基础仍然是前人已有的结论：光合作用需要光、光合作用产生氧气。（2）当他发现好氧细菌聚集到光束照到的叶绿体周围时，就得出了光合作用的场所是叶绿体的结论。（3）他的实验很好地控制了无关变量，主要是环境因素对实验的影响，黑暗条件，避免了自然光引起光合作用，没有空气，避免了空气中的氧气对实验的影响。4、恩格尔曼的第二个实验，使人们发现了不同颜色的光对光合作用的影响不同。5、同位素标记法追踪o和c原子在光合作用中的转移过程。如下所示：例4、德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处数小时“饥饿”处理（消耗掉叶片中的淀粉）后，再把叶片的一部分遮光，其它部分曝光。一段时间后，将该叶片经脱色、漂洗再用碘液处理，结果遮光部分不变蓝，曝光部分变蓝。下列有关本实验的分析及结论合理的是本实验未设对照组 有无光照是遮光和曝光区域显现不同结果的唯一原因实验初始时遮光和曝光区域均达到无淀粉状态实验证明叶绿体利用光照将co2转变成了淀粉a只有 b只有 c只有 d全部【解析】本实验用一片叶设置了对照，这就是“半叶法”设计的巧妙之处，除了能否接受光照外，同一叶片的不同部位状态是相同的饥饿处理消耗了淀粉，对实验和对照组都一样，实验中的自变量是光照，而不是二氧化碳。【答案】a变式4、将两个枝条分别置于营养液中。其中一枝仅保留一张叶片（甲），另一枝保留两张叶片（乙、丙），叶片置玻璃盒中密封（玻璃盒大小足以保证实验顺利进行），在甲叶和乙叶的盒中注入14co2，装置如下图。照光一段时间后，可以检测到放射性的叶片a.仅在甲中b.仅在甲和乙中c.仅在甲和丙中d.在甲、乙和丙中【解析】甲和乙都能进行光合作用，丙虽然不能进行光合作用，但在植物体内，有机物可以由合成部位向其它部位运输，即乙合成的有机物可以向丙运输，使丙中也出现放射性。【答案】d五、光合作用的过程1、光合作用分为光反应和暗反应，光反应必须在光下进行，暗反应可以在暗处进行，但一般也是在光下进行的，原因是暗反应需要光反应提供atp和h，能在暗处进行的可能情况是光照刚刚结束一小段时间，光反应产生的atp和h还没有被利用完，可以再进行一段时间的暗反应。2、暗反应中二氧化碳的固定和三碳化合物的还原，都是非常复杂的过程，不是简单的两个反应。3、光反应也是非常复杂的过程，也需要酶的参与。比较项目光反应暗反应场所叶绿体类囊体薄膜叶绿体基质外界条件光照、水、适宜的温度等二氧化碳、适宜的温度等主要的物质变化2ho4h+ oadp+pi+能量atpc o+c2c2c+atp+h （c ho）2c+atp+h c能量变化光能转换成atp中活跃的化学能atp中活跃的化学能转换成糖类等有机物中稳定的化学能联系1、光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应的进行提供h和atp2、暗反应是光反应的继续，暗反应为光反应的进行提供合成atp的原料adp和pi3、两者相互独立又同时进行，相互制约又密切联系说明：上表中暗反应的反应式未配平，生成物中有水未标出。例5、.正常条件下进行光合作用的某植物，当突然改变条件后，即可发现其叶肉细胞内五碳化合物含量突然上升，则改变的条件是a.停止光照b.停止光照并降低co2浓度c.升高co2浓度d.降低co2浓度【解析】本题考查二氧化碳浓度和光照强度变化对细胞内五碳化合物含量的影响，二氧化碳的固定要消耗五碳化合物，使其含量减少，而光反应的进行产生atp和h 会使三碳化合物还原，产生新的五碳化合物，使其含量增多。反之，则相反。因此，导致五碳上升的原因可能是二氧化碳不足，也可能是光照增强。【答案】d规律总结：条件三碳化合物含量五碳化合物含量二氧化碳浓度不变停止或减弱光照增加减少增强光照减少增加光照强度不变二氧化碳含量减少减少增加二氧化碳含量增加增加减少变式5、在其他条件适宜的情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内叶绿中c3和c5化合物含量的变化是a. c3和c5都迅速减少 b. c3和c5都迅速增加c. c3迅速增加，c5迅速减少d. c3迅速减少，c5迅速增加【解析】停止光照，atp和h停止产生，影响到c3的还原和c5的再生，因此，c3增多，c5减少。【答案】c六、化能合成作用化能合成作用和光合作用一样，都是自养型，即能把自然界中的无机物转变成有机物。和光合作用不同，化能合成作用的能量来源不同，光合作用的能量来源于光能，化能合成作用的能量来自化学能，如硝化细菌可以利用氨氧化成硝酸释放出来的能量，用来把二氧化碳和水合成有机物。这些生物在生态系统中属于生产者。相对于自养型，类似于人等高等动物是异养型，即自身不会制造有机物，只能从其它生物体内获得有机物。这些生物在生态系统中的地位可以是消费者，也可以是分解者，而消费者和其它生物的关系可能是捕食，也可能是寄生。课时作业1(2010年佛山质检)下列对“提取并纸层析分离光合色素”实验合理的解释是（ ）a滤纸条上未见色素带，说明研磨时加入的碳酸钙使色素被破坏b光合色素不可以用酒精提取c提取液呈绿色是由于其中叶绿素a和叶绿素b的含量高d滤纸条上胡萝卜素处于近层析液处，是因为其在滤液中的溶解度最高【解析】碳酸钙的作用是防止研磨过程中叶绿素被破坏。酒精属于有机溶剂，可用于提取色素。叶片中叶绿素的含量较高，故提取液呈绿色。胡萝卜素在层析液中的溶解度最高，故其在滤纸条上扩散得最快，离层析液最远。【答案】c2对“绿叶中色素的提取和分离”实验，下列描述正确的是（ ）a将5g新鲜完整的菠菜叶，放入研钵中，加入无水乙醇、石英砂、caco3以后，迅速研磨b用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线处小心均匀地划出一条滤液细线，并连续迅速地重复划23次c把划好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d色素分子是有机物，不溶于水，所以研磨过程中加入无水乙醇是为了溶解色素【解析】提取色素时应将新鲜绿叶剪碎，更有利于研磨充分；画滤液细线时要等上次所画的线干燥后再重复画，以增加色素含量；层析分离色素时，画有滤液细线的滤纸条插入层析液时，千万不要让层析液没及滤液细线，更不要摇晃，以防色素溶解在层析液中。【答案】d3下图为叶绿体亚显微结构图，关于其结构与功能的不正确叙述是（ ）a和均为选择透过性膜b光反应的产物有o2、h、atp等c上的反应需要光，不需要酶，上的反应不需要光，需要多种酶d光能转变为活跃的化学能在上进行；活跃的化学能转变为稳定的化学能在中完成【解析】叶绿体的双层膜是选择透过性膜。光合作用的光反应在基粒上进行，需要光，也需要酶，产物有o2、nadph(即h)、atp；反应中将光能转变为atp中稳定的化学能。暗反应在叶绿体基质中进行，需要多种酶催化(即暗反应是一系列的酶促反应)；反应中将atp中活跃的化学能转变为稳定的化学能。【答案】c4光照下的正常生长的某绿色植物，其他条件不变，突然停止光照。短时间内叶绿体中c3含量变化示意图为下图中的(横坐标为时间，纵坐标为含量)（ ）【解析】停止光照nadph、atp合成减少c3还原减弱，但c3的生成(co2固定)继续c3含量升高。【答案】b5.小麦的叶肉细胞通过光合作用合成葡萄糖，组成葡萄糖的碳、氢和氧三种元素分别来自（ ）a.co2、c3h6o3和h2ob.co2、h2o和h2oc.co2、h2o和co2d.c3h6o3、h2o和co2【解析】光合作用产物葡萄糖中的碳和氧来源于二氧化碳，而氢则来源于水。【答案】c6.科学家研究co2浓度、光照强度和温度对同一种植物光合作用强度的影响，得到实验结果如下图。请据图判断下列叙述不正确的是（ ）a.光照强度为a时，造成曲线和光合作用强度差异的原因是co2浓度不同b.光照强度为b时，造成曲线和光合作用强度差异的原因是温度不同c.光照强度为ab，曲线、光合作用强度随光照强度升高而升高d.光照强度为ac，曲线、光合作用强度随光照强度升高而升高【解析】光照强度为a时，曲线、的温度又相同，但co2浓度不同，故光合作用强度差异主要取决于co2浓度，光照强度为b时，曲线、仅温度有差异，故光合作用强度差异主要取决于温度。由曲线、可知光照强度为ab时，光合作用强度随光照强度增加而增加。光照强度为ac时，曲线光合作用强度不再随光照强度的升高而变化。【答案】d7.如图表示不同二氧化碳浓度下温度对光合作用速率影响曲线。下列说法中错误的是（ ）a.光合作用同时受温度、二氧化碳浓度的影响b.曲线a在20和45左右时光合作用速率相近的原因相同c.温度对曲线a影响大的原因是较高二氧化碳浓度有利于暗反应进行d.适宜光照和温度下曲线b的主要限制因素是二氧化碳浓度【解析】20和45时光合作用酶的活性都较低，但两种情况酶活性低的原因不同，20时酶的活性受到抑制，45时部分酶高温变性失活。【答案】b8光合作用强度可以用多种指标表示，以下不适合的是（ ）a植物体鲜重增加量b植物体干重增加量co2释放量dco2吸收量【解析】植物光合作用的强度，可以用o2释放量、co2吸收量、植物体干重增加量表示，但植物鲜重增加量主要是水分，不能代表光合作用的强度。【答案】a9如下图所示表示3株脱淀粉(经充分“饥饿”处理)的长势相同的同种植物放在透光的不同钟罩内，以下关于本实验的目的最准确的叙述是（ ）a证明光合作用的必需条件是co2b证明光合作用的速率随co2浓度增高而增大c证明过多的co2阻碍光合作用d证明naoh能促进光合作用【解析】要想证明光合作用的必要条件是co2，需要设计有无co2的对照实验。【答案】b10.某学习小组用水蕴草进行实验，装置如图中甲和乙，并定时记录试管顶端的气体量，下列各项中为本实验主要目的的是（ ）a.水温对光合作用速率的影响b.光照对光合作用速率的影响c.水量对细胞呼吸速率的影响d.试管口径大小对细胞呼吸速率的影响【解析】比较两实验的各种条件，只有一个变量，即水温，此变量即为自变量，因此本实验就是研究水温对光合作用速率的影响。【答案】a11.(1)甲同学利用新鲜的玉米绿色叶片进行“绿叶中色素的提取和分离”实验，在滤纸上出现了四条清晰的色素带，其中呈黄绿色的色素带为_。(2)该同学改变层析液组成后继续进行实验，滤纸条上只出现了黄、绿两条色素带。他用刀片裁出带有色素带的滤纸条，用乙醚分别溶解条带上的色素，浓缩后用一分析仪器检测，通过分析色素溶液的_来判断条带的色素种类。(3)实验结束几天后，乙、丙两同学发现部分预留叶片已变黄。乙同学认为这是由于叶片中某些色素降解所造成的，丙同学则认为某些色素含量增加。根据所学知识，你将如何设计实验来判断两个同学的观点是否正确？_。【解析】颜色为黄绿色的色素是叶绿素b。色素含量的测定方法多种，其中有原子吸收光谱法和分光光度法。色素的含量可通过比较前后滤纸条上色素带的宽度加以比较，注意遵循实验设计的基本原则。【答案】(1)叶绿素b(2)吸收光谱(3)从预留的叶片中挑选出足量的、分量相等、大小相近的已变黄的叶片和尚未变黄的叶片为实验材料，在相同条件下，再次进行叶绿体色素的提取分离实验，测定和记录实验结果，比较