必修1 第3单元 第4讲 光合作用与能量转化(Ⅰ)

1．叶绿素a和b主要吸收红光和蓝紫光。 2．液泡中色素吸收的光能用于光合作用。
(√ ) (×)
提示：叶绿体中色素吸收的光能用于光合作用。
3．叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多。
(×)
提示：叶片黄化，说明叶绿体中的叶绿素减少，所以吸收红光
减少。
4．光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。 (×)
二、光合作用的概念和反应式 1．光合作用的概念 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。 2．光合作用的化学反应式 CO2＋H2O―叶光―绿―能体→(CH2O)＋O2 。
三、光合作用的过程
1．图解光合作用的过程
H2O
CO2
NADPH 2C3 C5
2．入秋后，叶片逐渐变黄，原因是_______________________ _____________________________________________________。
提示：入秋后，气温逐渐降低，低温可导致叶绿素被破坏，而 类胡萝卜素比较稳定，叶片中叶绿素含量减少，类胡萝卜素相对含 量增加
提示：无色，因为日光中各种颜色的光均能通过，作物光合效 率高。阴天时，应选择补红光和蓝紫光的照明灯。
1．高等植物的叶片一般呈现绿色，原因是_________________ _____________________________________________________。
提示：叶绿体中的色素几乎不吸收绿光，绿光被反射出来
③还原型辅酶Ⅱ的形成：
NADP＋＋H＋＋2e－―酶 ―→NADPH
暗反应
①CO2 的固定：CO2＋ C5―― 酶→2C3 ②C3 的还原： 2C3A―T―P―、酶 ―N― AD―P→H (CH2O)＋C5
光反应
暗反应
能量 变化
光能―→ ATP 和 活跃的化学能
A [类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光，所以在蓝紫光 区吸收的光能可用于光反应中 ATP 的合成；叶绿素主要吸收红光和 蓝紫光，其吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制； CO2 的吸收速率和 O2 的释放速率随光波长的变化均可表示光合作用 的作用光谱；根据叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱可知，叶片在 640～660 nm 波长光下释放 O2 是由叶绿素参与光合作用引起的。]
4．恩格尔曼实验方法的巧妙之处 (1)巧选实验材料：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 氧气的部位。 (2)妙法排除干扰因素：没有空气的黑暗环境排除了氧气 和光的 干扰。 (3)巧妙设计对照实验：用极细的光束照射，叶绿体上可分为 有光照和 无光照 的部位，相当于一组对照实验；临时装片暴露在光 下的实验再一次验证实验结果。
(2)色素吸收光的范围：可见光的波长范围大约是 400～760 nm， 一般叶绿体中的色素只吸收可见光 ，对红外光和紫外光不吸收。
3．叶绿体的结构与功能
外部：① 双层膜
②基质：含有与暗反应有关的酶
(1)结构内部③ 基粒：由类囊体堆叠而成，分布有
色素和与光反应有关的酶
(2)功能：进行 光合作用的场所。
1．叶绿体中色素的种类和颜色
色素的种类
色素的颜色
叶绿素
叶绿素a 叶绿素b
_蓝__绿__色 _黄__绿__色
类胡萝卜素
_叶__黄__素__ _胡__萝__卜__素__
黄色 橙黄色
2．叶绿体中色素的吸收光谱分析
由图可以看出：(1)色素的功能：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)滤纸条色素带重叠：没经干燥处理，滤液细线不能达到细、 齐、直的要求，使色素扩散不一致造成的。
(3)滤纸条看不到色素带：①忘记画滤液细线；②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。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：忘记加碳酸钙导致 叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
D．用不同波长的光照射植物叶片，得到的光合作用产物完全相 同
C [土壤中缺乏镁时，由于镁是可以重复利用的元素，因此缺镁症状首先 表现在老叶上，因此老叶对420 nm～470 nm波长的光(蓝紫光)的利用量比新 叶更少，A错误；用纸层析法分离色素后得到的色素带的宽度，反映了色素在 绿叶中的含量，B错误；叶绿素和类胡萝卜素吸收的不同波长的光都可以用于 光合作用的光反应过程，光反应过程中水光解产生氧气和氢，进而导致叶绿体 基质中pH的变化，即在转化光能过程中会引起叶绿体基质pH发生变化，C正 确；用不同波长的光照射植物叶片，得到的光合作用产物不完全相同，蓝紫光 照射下，植物合成的有机物以蛋白质为主，红光照射下，植物合成的有机物主 要以糖类为主，D错误。]
1．影响叶绿素合成的三大因素
2．光合色素的分布与功能 (1)色素的分布位置：色素不只分布于叶绿体中，液泡中也含有 色素如花青素，但是液泡中的色素不能用于光合作用。 (2)色素的功能特点：叶绿素和类胡萝卜素均有主要的吸收光波 段，对其他波段的可见光并非不吸收，只是吸收量较少。
1．现有载有水绵和好氧型细菌的临时装片、红光源和绿光 源，请设计实验验证植物光合作用对红光的利用率大于对绿光的利 用率，简要写出实验方案和预期实验结果与结论。
提示：基质中有酶分布，但没有色素。
5．没有叶绿体，细胞不能进行光合作用。
(×)
提示：蓝细菌细胞没有叶绿体，但含有叶绿素和藻蓝素，能进 行光合作用。
生产上，用何种颜色的玻璃、塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量 高？阴天时，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色的照明灯为 蔬菜补充光源？(必修1 P97“问题探讨”)
AD [①和②分别为叶绿体的外膜和内膜，膜结构均具有选择 透过性；③为类囊体，其上分布着与光反应有关的色素和酶，这些 色素对绿光吸收最少，所以叶片一般为绿色；叶绿素中含Mg2＋，胡 萝卜素、叶黄素中不含Mg2＋；在类囊体上形成的产物NADPH和 ATP进入④中为暗反应提供物质和能量。]
02 考点2 (探究•实践)绿叶
03
考点3 光合作用的原理
研读教材·积累必备知识 内化知识·提升素养能力
一、探究光合作用的部分经典实验
科学家
关键设计或现象
实验结论(观点)
恩格 尔曼
氧气是 叶绿体 释放出来 的，叶绿体 是光合作用的 场所, 光合作用需要光照
科学家
关键设计或现象
实验结论(观点)
离体叶绿体的悬浮液中加入铁
希尔
盐或其他氧化剂(悬浮液中有 水在叶绿体中光解、产 H2O，没有CO2)，在光照下可 生氧气 以释放出氧气
鲁宾和 卡门
向 提植 供物HH1228OO、、CC18OO2— 2—释释放放18OO22
光合作用释放的氧气全 部来自水
科学家
关键设计或现象
实验结论(观点)
在光照下，叶绿体合成ATP总 叶绿体中水的光解过程
阿尔农
是与水的光解相伴随
伴随ATP合成
卡尔文
用14C标记的14CO2供小球藻进 行光合作用，追踪检测其放射 光合产物中的碳来自 性：14CO2→14C3→(14CH2O)和 二氧化碳 14C5
实验思路： 预期结果：
提示：将部分韭菜幼苗置于光照条件下培养(甲组)，部分置于 黑暗条件下培养(乙组)。一段时间后，提取并用纸层析法分离两组 韭菜中的色素，比较滤纸条上的色素带。
甲组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带与乙组滤纸条上的橙黄 色和黄色的色素带基本一致；甲组滤纸条上有蓝绿色和黄绿色的色 素带，乙组滤纸条上没有蓝绿色和黄绿色的色素带。
中色素的提取和分离
实验基础 关键点拨 对应练习
1．实验原理
层析液
有机溶剂(无水乙醇) 无水乙醇
溶解度
溶解度高
2．实验步骤
二氧化硅
碳酸钙
扩散均匀
色素溶 于层析液中
3．实验结果
最少 最高 最快
最多
最低 最慢
绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析 (1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析 ①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。 ②使用放置数天的绿叶，滤液色素(叶绿素)太少。 ③一次加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低(正确做法：分次 加入少量无水乙醇提取色素)。 ④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
提示：将临时装片置于没有空气的黑暗环境中，分别用同等强 度的红光束和绿光束照射水绵。好氧型细菌更多聚集在红光束照射 的部位，证明植物光合作用对红光的利用率大于对绿光的利用率。
2．研究表明，光照会影响韭菜叶绿素的合成，但不会影响类 胡萝卜素的合成。请利用色素的提取和分离技术，以暗处生长的韭 菜幼苗作为材料，设计实验以验证这一结论。要求简要写出实验思 路和预期结果。
2．(2021·武汉模拟)为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影 响，某同学用无水乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，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．强光下的幼苗相比正常光照下的绿色更深 B．强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成 C．四种色素在层析液中溶解度的大小是Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ<Ⅳ D．如果滤液细线触及石油醚，会缩短分离得到四条色素带的 时间
2．(2021·潍坊检测)如图表示叶绿素和类胡萝卜素的吸收光 谱。下面说法正确的是( )
A．土壤中缺乏镁时，植物新叶对 420 nm～470 nm 波长的光 的利用量比老叶更少
B．用纸层析法分离色素后得到的色素带的宽度，反映了色素在 层析液中溶解度的大小
C．叶绿素和类胡萝卜素吸收的不同波长的光都可以用于光合作 用，且在转化光能过程中会引起叶绿体基质 pH 发生变化
B [由图可知，强光照时叶绿素含量下降，类胡萝卜素含量上 升，因此正常光照下的绿色更深，A错误；强光照的作用可能是抑 制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成，B正确；四种色素中溶 解度大的，在滤纸上扩散速度快，因此四种色素在层析液中溶解度 的大小是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ，C错误；如果滤液细线触及石油醚，四种色 素会溶解于层析液中，得不到四条色素带，D错误。]
1．(2020·江苏高考)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提 取和分离”实验，下列叙述错误的是( )
A．提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂 B．研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏 C．研磨时添加二氧化硅有助于色素提取 D．画滤液细线时应尽量减少样液扩散
B [叶绿体色素能溶解在无水乙醇或丙酮等有机溶剂中，所以 可用无水乙醇作为溶剂提取叶绿体色素，A 正确；研磨时加入 CaCO3 可以防止叶绿素被氧化破坏，B 错误；加入二氧化硅是为了使研磨更 充分，从而使叶绿体中的色素释放出来，C 正确；画滤液细线时应 尽量减少样液扩散，防止色素带之间部分重叠，D 正确。]
ADP＋Pi
O2 光反应
(CH2O)
暗反应
2．比较光反应与暗反应阶段
光反应
暗反应
场所
类囊体薄膜
叶绿体基质
条件 光、色素、酶、H2O、ADP、Pi、 酶、CO2、 ATP
、
NADP＋
NADPH 、C5 等
光反应
①水的光解：
物质 变化
2Fra Baidu bibliotek2O―― 酶→O2＋4H＋＋4e－ ②ATP 的合成： ADP＋Pi＋能量―― 酶→ATP
必修1 分子与细胞 第三单元 细胞代谢
第4讲 光合作用与能量转化(Ⅰ)
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 [课标要求] 储存为糖分子中的化学能 实验：提取和分离叶绿体色素
01 考点1 捕获光能的色素
和结构
研读教材·积累必备知识 内化知识·提升素养能力
考查叶绿体的结构和功能
3．(不定项)右图是在电子显微镜下观察到的高等植物叶绿体结构模 式图，下列有关叙述正确的是( )
A．①和②均为选择透过性膜 B．③上分布着与光反应有关的色素和酶， 这些色素对绿光吸收最多 C．③上所含色素均含Mg2＋，故缺Mg2＋时 这些色素都无法合成 D．在③上形成的产物NADPH和ATP进入④中为暗反应提供物质和 能量
考查光合色素的种类和作用
1．植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如 O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是 ( )
A．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成 B．叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制 C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示 D．叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的