5知识讲解——与光合作用有关的试验设计和分析

1、高考总复习5与光合作用有关的实验分析和设计【学习目标】1了解光合作用的探究历程2 理解并会分析与光合作用有关的实验，提高生物学实验素养【要点梳理】考点一、光合色素的提取和分离实验1. 实验原理：提取原理：光合色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，可用无水乙醇来提取色素。分离原理：用纸层析法分离，不同的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的色素随层析液 在滤纸上的扩散速度快解度低的色素扩散速度慢，这样，在扩散的过程不同的色素会分离开。2. 实验材料：新鲜的绿色叶片（如菠菜的绿叶）注意:一定要选取新鲜、浓绿的植物叶片，这样的叶片光合色素含量高。3. 实验过程及注意事项： 色素的提取（加入二氧化硅、碳酸钙

2、、无水乙醇，并研磨）（注意：加入二氧化硅的目的是使研磨更充分，加入碳酸钙的目的是防止研磨时 J色素被破坏。正常情况下获得的色素提取液应为深绿色） 制备滤纸条（滤纸条的一端要剪去两角，并在这端用铅笔画线） 画滤液细线（用毛细吸管画滤液细线，干后再重复画一两次）（注意:所画滤液细线一定要细而直，且色素含量高。I操作时要重复画线，画线要迅速，等滤液风干后再重复画，以防滤液扩散开使滤液线过宽，影响分离效果） 纸层析法分离色素（在试管中倒入层析液，将滤纸条有滤液细线的一端朝下放入试管中）（注意：试管中的层析液高度不要接近或超过滤液细线所处的高度，即J不能让滤液细线触及层析液，以防色素溶解到层析液中而导致

3、实验失败。） 观察并记录结果4. 实验结果:f 胡萝卜素（最窄） 滤液细线叶黄素叶绿素a （最宽）叶绿素b考点二、光合作用探究历程中的典型实验【高清课堂：与光合作用有关的实验分析和设计388586萨克斯的实验：淀粉是光合作用的产物 1. 1864年，德国萨克斯的实验(1) 实验过程及结果，如下：陪处理叶片将叶片在暗处放置一段时间对叶片进行部分遮光处理用碘蒸气熏蒸该叶片，观 察结果。发现有光照的部分呈深蓝 色，遮光部分无颜色变化(2)实验分析： 实验目的：证明植物在光照条件下能进行光合作用产生淀粉 实验自变量：是否有光照注意：找到自变量有助于分析实验旦的4自变量是光照强度，实验目的便是研究光照强

4、度对 某过程的影响；自变量为是否提供水，实验目的便是研究某过程与水的关系) 暗处理的目的：暗处理，又叫做饥饿处理，可消耗掉叶片中本来含有的有机物，避免其对实验 结果造成影响。【高清课堂：与光合作用有关的实验分析和设计2. 1880年，美国恩格尔曼的实验(1) 实验过程及结果：388586恩格尔曼的实验：叶绿体是光合作用的场所-可提供二氧化碳一实验结果：好氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中将含有好氧细菌和水绵的临时装片放在无空气的黑暗环境中，然后用极细的光束照射水绵(2)实验分析:实验结论：叶绿体在光下进行光合作用，产生Q。实验设计的巧妙之处:选择水绵和好氧细菌做为实验材料：水绵的叶绿体较大

5、，而且呈细长的带状，有利于观察叶绿体是否为光合作用的场所；光合作用可释放02,将植物和好氧细菌一起培养,可直接观察到正在进行光合作用的部位。 用极细的光束照射水绵：可精准地研究光合作用的场所3. 1941年，美国鲁宾和卡门的实验(1) 实验过程及结果：CO2 H?0用二0标记Hbo和eg,进行两组实验：一组向植物提供 fo和c18Q,释放出来的氧气为 02另一组向植物提供 H218o和co，释放出来的氧气为 二02(2)实验分析： 实验目的：探究光合作用所释放的氧气的来源。 实验方法：同位素标记法，用18o标记Hb0或C0中的氧原子 实验结论：光合作用释放的氧气来自水。_注意：应检测最先释放出

6、来的氧 _水既是光合作用的反应物，又是光合作用的产物，如果检测时实验已进行了较长时间，则不能保证释放的氧气仅来自实验者提供的水，也可能来自于光合作用生成的水，而在光合作用过程中二氧18 Q,第二组释放出14C在不同化合物中出现化碳中的氧原子 可以进入光合产物水中，这样第一组释放出来的氧气便可能含有 来的氧气便可能含有 Q，实验结果便有了误差。4. 1945年，美国卡尔文的实验 实验目的：探究 co中的碳在光合作用中转变成有机物的途径 实验方法：同位素标记法,用14C标记CQ，检测光合作用过程中放射性 的顺序。 实验结论：卡尔文循环(co中的碳在光合作用中转变成有机物的途径)CO2+C5 2 C

7、3 _ C6H12O6*' C5【典型例题】类型一、光合色素的提取和分离例1.分别在A、B、C 3个研钵中加2克剪碎的新鲜菠菜绿叶， 并按照下表所示添加试剂， 经研磨、 过滤得到3种不同颜色的溶液，即：深绿色、黄绿色(或褐色)、几乎无色处理ABC二氧化硅（少量）+碳酸钙（少量）95% 乙醇 10mL蒸馏水10mL注：“+”表示加该试剂；“一”表示不加该试剂试回答下列问题：（1）A处理得到的溶液颜色是 ，原因是 。（2）B处理得到的溶液颜色为 ，原因是 。（3）C处理得到的溶液颜色为 ，原因是 。【答案】（1）黄绿色；没加碳酸钙，部分色素受到了破坏；（2）近乎无色；未加乙醇等有机溶剂，色

8、素不能溶解；（3）深绿色；加入的二氧化硅可加速研磨，加入的碳酸钙可使提取到的色素免受破坏，加入的乙醇可使色素溶解；【解析】提取色素时，提取液的正常颜色为深绿色，提取时需加入二氧化硅（加速研磨）、碳酸钙（色素存在的环境偏碱性，而细胞中有酸性物质，加碳酸钙可维持碱性环境，防止研磨过程中色素被 破坏）及无水乙醇（溶解色素）。【总结升华】本题主要考查光合色素的提取和分离实验中的提取过程。举一反三：【变式1】请回答下列有关问题：（1）甲同学利用新鲜的玉米绿色叶片进行“叶绿体色素提取和分离”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的位置和名称 。（2）该同学改变层析液组成后继续进行实验，

9、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？请简述实验思路并预期实验结果。【答案】（1）最下面的叶绿素 b （2）吸收光谱（3）实验分2组：（正常的绿叶和已变黄的叶片为实验材料）从预留的叶片中挑选出足量的、份量相等、大小相近的已变黄的叶片（实验组）和尚未变黄的叶 片（对照组）为实验材料

10、，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，比较这两种叶片各种色素的组成及含量后，得出结论。对照组自上而下将出现4条色素带，颜色依次为：橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色。若实验组只 有最上面的2条色素带，则乙同学假设成立，若实验组出现4条色素带，且最上面2条色素带均明显 宽于对照组，则丙同学假设成立。类型二、光合作用的探究历程例2.（2015 安徽高考）下图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图，下列叙述正确的是弋唯多料闊 aA. CQ的固定实质上是将 ATP中的化学能转变为 C3中的化学能B. CQ可直接被H还原，再经过一系列的变化形成糖类C. 被还原的G在有关酶的催化

11、作用下，可再形成C5D. 光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高【答案】C【解析】CQ的固定是CQ与C3在酶的催化下合成 C5的过程，不消耗能量，所以A错误，.被还原的Cs在有关酶的催化作用下，可再形成C5,所以C正确。【总结升华】本题以光合作用暗反应过程的图解为载体，考查学生对光合作用过程的掌握程度，光合作用属于高频考点，需要掌握扎实。举一反三：【变式1】将某植物（其叶片如图一所示）放在黑暗中两天后，根据图二所示，处理其中一片叶。然后将整株植物置于阳光下 4小时，取该叶片经酒精脱色处理后，滴加碘液显色，下列有关该实验结果 和现象的描述正确的是（）图二A. 叶片置于黑暗中两天的目的是使叶片

12、脱色B. 要研究叶绿素对光合作用的影响，实验组和对照组分别是Y和W部位C. X和Y两部分显色结果对照，能证明光合作用是否需要水D. 显色后X为蓝色，Y和Z为棕黄色【答案】D【解析】该实验中，只有 X部分满足光合作用的条件，显色后只有X部分为蓝色；将叶片置于黑暗中是为了消耗掉叶片中本来含有的有机物，避免其影响实验结果；要研究叶绿素对光合作用的影响，X和Y的区别在于是实验组和对照组应是 X和W部位；玻璃瓶中放置有碱石灰可吸收二氧化碳，所以 否有二氧化碳，两部分显色结果对照能证明光合作用是否需要二氧化碳；【总结升华】本题与光合作用探究历程中萨克斯的实验有关，还需掌握光合作用的条件，经过认 真的读图审

13、题便可得出正确答案。可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予NaHCO稀溶液NaHCO稀溶液NaHCO稀溶液NaHCO稀溶液例3.为证实叶绿体有放氧功能, 定的条件，这些条件是()A. 光照、有空气、临时装片中无B. 光照、无空气、临时装片中有C. 黑暗、有空气、临时装片中无D. 黑暗、无空气、临时装片中有【答案】B【解析】水绵需进行光合作用所以要提供光照，要证明叶绿体有放氧功能，为避免空气中本来含 有的氧气的影响，需要无空气的环境，NaHCO可分解为光合作用提供二氧化碳。【总结升华】解答本题只要清楚光合作用探究历程中恩格尔曼的实验即可。举一反三：a为实验装置，b为【变式1】下

14、图为探究CO2是否为植物光合作用原料的实验装置示意图。其中 对照装置。有关用塑料袋扎紧花盆的实验设计思路是()菇摘水坯厲钟瑕 Qh装賈A. 确保植株与外界空气进一步隔绝B. 排除土壤中微生物代谢活动的干扰C. 防止NaOH溶液对植物根系的影响D. 避免土壤中自养微生物光合作用形成淀粉【答案】B类型三、与光合作用有关的其它实验例4.为证实“ CQ是光合作用合成有机物的必需原料”，某同学制定了下列实验方案： 用一适当大小的玻璃罩罩住一株生长正常的盆栽植物和一杯NaOH溶液，密封不漏气。 将上述植物及装置放在暗中饥饿，消耗掉叶片内贮藏的有机物。暗室内装有红色安全灯。 饥饿一定时间后，自暗室中取出，照

15、光若干小时，使其充分进行光合作用。 取一片叶，放入盛有酒精的烧杯中，水浴加热，使叶绿素溶于酒精中。 将已脱色的叶片取出，平铺在一个培养皿内，用碘一碘化钾溶液，检测有无葡萄糖的特异颜色 反应出现。该实验方案有几项明显错误，请指出错误并改正。【答案】有3处明显错误：(1) 实验步骤中暗室内用红色安全灯是错误的，应改为绿色安全灯(2) 实验步骤中的“葡萄糖”是错误的，应改为淀粉(3) 没有设置对照。设置对照的做法是:玻璘罩玻碼罩对酯组A. 装置同题干中的步骤，但玻璃罩内用同一种生长状况相同的另一株植物代替题干中植物；用 一杯清水代替NaOH溶液B. 将上述植物放在暗室中饥饿，消耗掉叶片内贮藏的有机物

16、。暗室内装有绿色安全灯C. 重复题干中的、及改正后的【解析】安全灯可用于暗室中的照明方便实验，但不可用红色灯，应用绿色灯，因为植物可吸收 红光，但不吸收绿光；碘液是用来检测淀粉的；一般情况下，生物实验要设置对照；【总结升华】解答本题需要生物基础知识及良好的实验素养，要注意实验素养的培养。举一反三：【变式1】将一株绿色植物置于密闭锥形瓶中，如图甲所示。在连续60分钟监测过程中，植物前20分钟以固定的光照强度持续照光，其余时间则处于黑暗中， 其他外界条件相同且适宜，测得瓶内CO浓度变化结果如图乙所示。据此分析可知()T计声机址接他植物酸満水的世菅25002000150010005000102030

17、乙405060(min)A. 最初10min内，瓶内CO浓度逐渐下降，说明植物的光合作用逐渐增强B. 第2030min内，瓶内植物光合作用逐渐减弱，呼吸作用逐渐增强C. 第4060min内，瓶内植物光合作用速率与呼吸作用速率大致相等D. 瓶内植物在照光时段内实际光合作用速率平均为90ppmCOmin2【答案】D0【解析】D正确：从图中可看出，0 min时CO浓度为1 7 5 0 ppm, 2 0 min时CO浓度为15 0 ppm, 6 0 min时CO 浓度为5 5 0 ppm,照光时间即 020min的净光合作用速率为：(1750 150)/ 20 = 80 ppmCQmin ,2060m

18、in时无光照，只进行呼吸作用，呼吸速率为：(550 150)/ 4 0 = 1 0 ppmCOmin所以实际光合作用速率为80+1 0 = 90 ppmCOmin。A B C错误:只要进行光合作用，CO浓度便会下降，CQ浓度逐渐下降不能说明光合作用逐渐增强，所以A错误；由题意知2 0 min后无光照，不进行光合作用，所以B、C错误例5.（2014 全国大纲卷）植物的光合作用受多种因素的影响。回答下列问题:（1）右图表示了对某种C3植物和某种C4植物的影响。当光照强度大于P时，C3植物和C4植物中光能利用率高的是植物。通常提高光能利用率的措施有增加气体等。的面积，补充F光强强度（2） 在光合作用

19、过程中，C4植物吸收的CO2被固定后首先形成 化合物。（3） C3植物的光合作用的暗反应需要光反应阶段产生的ATP和NADPH，这两种物质在叶绿体内形成的部位是 。NADPH的中文名称是 ，其在暗反应中作为 剂,用于糖类等有机物的形成。【答案】（1 ）光照强度（1分）光合作用强度（1分）C 4（ 1分）光合作用（1分，其他合理答案也给分）CO2（ 1分）（2）四碳（或G） （1分）（3） 囊状结构薄膜（或类囊体薄膜）（1分）还原型辅酶（ 1分） 还原（1分）【解析】（1）根据图示的横、纵坐标可知，该图表示了光照强度对C3和G植物光合作用强度的影响；光照强度为 P时，C3植物已达光的饱和点，而此时C4植物还没有达到光的饱和点，因此光照强度大于P时，C4植物对光的利用率更高；在一定光强强度下，可通过增加光合作用的面积、提高CO的浓度来提高光能利用率。（2） 与C3植物不同的是，G植物具有 G途径，其吸收的 CO被PEP（G）固定后首先形成 C4 （四 碳化合物），能通过对C