5.4.1 光合作用 捕获光能的色素和结构(共29张PPT)

(共29张PPT)
考情分析
新旧教材对比 增：①差速离心法的原理和过程；②内质网种类；③同位素标记法的定义和应用。
改：①水分解为氧和H＋，H＋与NADP＋结合形成NADPH；②C3还原过程中NADPH既提供能量又作还原剂。
删：①叶片呈现绿色的原因；②普利斯特利实验；③英格豪斯实验；④梅耶实验；⑤萨克斯实验。
淡化：化能合成作用改为小字介绍。
考点 由高考知核心知识点 预测
捕获光能的色素和结构及光合作用的原理 考点一：捕获光能的色素 （3年10考，全国卷3年2考） （2024·广东）色素的提取和分离实验 （2023·江苏）色素的提取和分离实验 （2023·海南）色素的种类 （2023·全国）色素的种类及分布 （2022·辽宁）色素的提取和分离实验 题型：选择题、解答题
内容：
本专题为高频考点，考查的知识点非常多，包括色素的种类与作用、叶绿体色素的提取与分离、光合作用的过程。本专题高考试题多为非选择题，多结合曲线分析进行考查。
考点二：叶绿体的结构与功能（3年6考，全国卷3年2考） （2024·广东）叶绿体的结构与功能适应观 （2023·广东、2023·湖北、2023·全国）叶绿体的结构与功能适应观 （2022·广东、2022·山东）叶绿体的结构与功能适应观 考点三：光合作用的原理 （3年12考，全国卷3年4考） （2024·广东、2024·全国）光合作用的过程 （2023·天津、2023·山西）光合作用的过程 （2022·福建、2022·全国）光合作用的过程 1.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。原理
2.活动：提取和分离绿叶中的色素。
3.探究光照强度、CO2浓度等对光合作用强度的影响；关注光合作用与农业生产及生活的联系。应用
课标要求
知识点一、实验：绿叶中色素的提取和分离 P一99
1.实验原理
（1）提取原理:绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂_______________中。
（2）分离原理:各种色素在___________中的__________不同,溶解度高的随层析液在滤纸条上的_____________,反之则慢。
无水乙醇
层析液
溶解度
扩散更快
2.实验方法
（1）提取方法：过滤法
（2）分离方法：纸层析法
3.实验步骤
提取绿叶中的色素
剪碎
加药品
研磨
过滤
无水乙醇：
溶解色素
二氧化硅：
有助于研磨充分
碳酸钙：
防止研磨中叶绿素被破坏
迅速充分：防止乙醇过度挥发，充分溶解色素
单层尼龙布
试管口塞紧
防止无水乙醇挥发和色素氧化
过滤掉滤渣
分离绿叶中的色素
制备滤纸条
干燥的定性滤纸
剪去两角
铅笔画一条细的横线
画滤液细线
毛细吸管划线，细齐直，干后重复2~3次
滤液细线不能触及层析液？
防止色素溶解在层析液中
为何要盖上培养皿？
防止层析液挥发，因其易挥发且有毒
为保证提取效果，无水乙醇应分多次加入
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）
类胡萝卜素
（含量约1/4）
叶绿素
（含量约3/4）
较快
较慢
最慢
较少
最多
较多
较低
最低
最快
最少
最高
较高
5. 实验结果异常分析
1. 绿色过浅：
① 未加碳酸钙
②使用放置数天的绿叶
3. 没有色素带：
①未加无水乙醇
②滤液线没过层析液
③未画铅笔线
2.整体色素过浅：
①未加SiO2
②加入过量的酒精
4. 实验结果分析
4. 色素带重叠：
①重复画线时未干燥
②滤液线没有达到细长直
扩散速度
含量
溶解度
看距离远近
看色素带宽窄
笔帽
滤液细线
棉线
(灯芯)
盖
穿过中间孔
层析
层析液
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
避免了滤液细线触及层析的易错步骤
2
3
4
色素提取液
蘸取
1
拓展：灯芯法
远离同心圆的色素带跑的比较远
结果
5
实验总结：
1. 选取新鲜浓绿色的叶片：
使滤液中的色素含量高
2. 未加二氧化硅：
四种色素都减少
3. 未加碳酸钙：
只有叶绿素a、叶绿素b减少
4. 无水乙醇：
溶解叶片中的色素
5. 迅速充分研磨：
防止溶剂挥发，并充分溶解色素
6. 盛放滤液的小试管管口加棉塞：
防止溶剂挥发和色素被氧化
7. 滤纸预先干燥处理：
使层析液在滤纸条上的扩散速度快
8. 滤纸条的一端剪去两角：
防止层析液在滤纸边缘处扩散过快
9. 滤液细线要直、细、齐：
使分离的色素带平整、不重叠
10. 滤纸细线干燥后重复画2~3次：
增加色素含量，使分离的色素带清晰，便于观察
11. 滤液细线不能触及层析液：
防止色素直接溶解到烧杯内的层析液中
1.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.研磨时添加石英砂有助于色素提取
D.画滤液细线时应尽量减少样液扩散
无水乙醇常作为提取叶绿体色素的溶剂
可防止叶绿素被破坏
研磨时添加石英砂，有助于使研磨得充分，有助于色素的提取
画滤液细线时要做到细、直、齐，减少样液扩散，以保证滤纸条上形成的色素带清晰、整齐
B
（2024·广东·高考真题）银杏是我国特有的珍稀植物，其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，下列实验操作正确的是
A.选择新鲜程度不同的叶片混合研磨
B.研磨时用水补充损失的提取液
C.将两组滤纸条置于同一烧杯中层析
D.用过的层析液直接倒入下水道
C
选择新鲜程度不同的叶片分开研磨
提取液为无水乙醇，
光合色素不溶于水
用过的层析液含有石油醚、丙酮和苯，有毒，不能直接倒入下水道。
(1)分布：叶绿体 上。
(2)作用：吸收（四种色素）、传递（四种色素）、转化光能（只有少数特殊状态的叶绿素a）。
(3)吸收光谱：一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。叶绿素主要吸收______________，类胡萝卜素主要吸收_________，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量_____。
类囊体薄膜
红光和蓝紫光
蓝紫光
较少
知识点二、色素的分布和作用 P一99或大本P61
拓展：实验验证色素的吸收光谱 P一98
色素提取液
拓展：实验验证色素的吸收光谱
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
都是可见光
红橙黄绿青蓝紫
春夏季节叶片中的叶绿素含量较多，大部分绿光未被叶绿素吸收，因而被反射出来，使其呈绿色；寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，故叶片变黄；寒冷时，植物体积累了较多的可溶性糖以适应寒冷环境，这利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶片呈现红色。
1. 一般植物的叶片在春夏季节为绿色，而在秋季呈现黄色，有的树叶甚至变红，出现这一现象的原因是什么？
2.冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选择红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜？为什么？
无色。由于太阳光由七色光组成，所以用无色透明的塑料薄膜，植物获得的光能更多。
3.阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色(蓝紫光或红光/白光)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？
蓝紫光或红光。在照明灯功率相同的情况下，用发蓝紫光或红光的照明灯，植物利用光能的效率最高。
（1）如图所示，三种颜色的膜对紫外光、蓝光和绿光的透过率有明显差异，其中________光可被位于叶绿体 上的光合色素高效吸收后用于光反应，进而使暗反应阶段的还原转化为________和________。与白膜覆盖相比，蓝膜和绿膜透过的________较少，可更好地减弱幼苗受到的辐射。
（2024·河北高考真题）高原地区蓝光和紫外光较强，常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响，研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率，以及覆膜后幼苗光合色素的含量，结果如图、表所示。
蓝光
覆膜处理 叶绿素含量（mg/g） 类胡萝卜素含量（mg/g）
白膜 1.67 0.71
蓝膜 2.20 0.90
绿膜 1.74 0.65
类囊体薄膜
C5
糖类
紫外光
（2）光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比，选择适当波长的光可对色素含量进行测定。提取光合色素时，可利用 作为溶剂。测定叶绿素含量时，应选择红光而不能选择蓝紫光，原因是_______________________
（2024·河北高考真题）高原地区蓝光和紫外光较强，常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响，研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率，以及覆膜后幼苗光合色素的含量，结果如图、表所示。
覆膜处理 叶绿素含量（mg/g） 类胡萝卜素含量（mg/g）
白膜 1.67 0.71
蓝膜 2.20 0.90
绿膜 1.74 0.65
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，选择红光可排除类胡萝卜素的干扰
无水乙醇
（2024·河北高考真题）高原地区蓝光和紫外光较强，常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响，研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率，以及覆膜后幼苗光合色素的含量，结果如图、表所示。
覆膜处理 叶绿素含量（mg/g） 类胡萝卜素含量（mg/g）
白膜 1.67 0.71
蓝膜 2.20 0.90
绿膜 1.74 0.65
覆盖蓝膜紫外光透过率低，蓝光透过率高，降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用；与覆盖白膜和绿膜比，覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高，有利幼苗进行光合作用
（3）研究表明，覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。根据上述检测结果，其原因为_________________________________（答出两点即可）。
1．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。这种现象与光能的捕获有关吗？
藻类中色素种类及光在海水中的分布
藻类 色素种类 含量最多的色素 水层及主要存在的光
绿藻
褐藻
红藻
存在红光和蓝紫光
存在绿光和蓝紫光
叶绿素a、叶绿素b、
胡萝卜素、叶黄素
叶绿素
主要吸收红光和蓝紫光，反射绿光
叶绿素a、叶绿素c、
胡萝卜素、6种叶黄素
某种叶黄素
主要吸收绿光蓝紫光，
反射红黄光
叶绿素a、叶绿素d、
胡萝卜素、叶黄素、
藻红素、藻蓝素
藻红素
主要吸收蓝紫光,
反射红光
存在蓝紫光
浅水层
中水层
深水层
水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是短波长的光，
因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的褐藻分布于海水中层，吸收蓝紫光较多的红藻分布于海水的深层。
胡萝卜素：C40H56
叶黄素：C40H56O2
叶绿素a: C55H72O5N4Mg
叶绿素b: C55H70O6N4Mg
叶绿素由C、H、O、N、Mg构成； 类胡萝卜素无N、Mg
拓展：光合色素的元素组成
比较项目 光合色素 细胞液色素
存在部位
溶解性
代表种类
颜色
颜色变化
红苋菜炒菜菜汤出色：
胡萝卜炒菜菜汤不出色：
拓展：光合色素与细胞液色素：
叶绿体
脂溶性
类胡萝卜素和叶绿素
橙黄、黄、绿
不随pH改变变化颜色
液泡
水溶性
花青素
红、蓝、紫
随pH改变变化颜色
因为是水溶性的花青素。
因为是脂溶性的胡萝卜素。
判断：用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带，花青素位于叶绿素a、b之间（ ）
在真核细胞内，能进行光合作用的色素分布在叶绿体以及液泡中(　)
×
提取光合色素用乙醇等有机溶剂
×
知识点二、影响叶绿素合成的因素
1. 光照
光是叶绿体发育和叶绿素合成必不可少的条件。植物在缺光条件下影响叶绿素形成而使叶子发黄的现象，称为黄化现象。
2. 温度
最适温度是20~30℃，最低温度约为2~4℃，最高温度为40℃左右。
温度过高或过低均降低合成速率，加速叶绿素降解。
秋天叶子变黄和早春寒潮过后秧苗变白等现象，都与低温抑制叶绿素形成有关。
4.水（了解）
植物缺水会抑制叶绿素的生物合成，且与蛋白质合成受阻有关。严重缺水时，叶绿素的合成减慢，降解加速，所以干旱时叶片呈黄褐色。
3. 矿质元素
氮、镁：叶绿素的组分； 铁、铜、锰、锌：叶绿素酶促合成的辅因子。
4.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。
实验思路：_________________________________________________________
___________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
预期结果：________________________________________________________
__________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
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
知识点二、影响叶绿素合成的因素
知识点三、叶绿体的结构 P一100
所有受光部位
椭球形
球形
双层膜
基质
暗反应
类囊体
色素
光合作用
被光束照射到的部位
叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积。(　　)
×
外界光照较强，叶绿体以侧面接收光照
外界光照较弱，叶绿体以正面接收光照
可根据光照强弱来改变自己的状态。保证接收到充分的光照，又可避免被强光灼伤。
内外膜透明
有利于光照的透过
知识点三、叶绿体的结构 P一100
1. 叶绿体的结构适于进行光合作用
【问题1】叶绿体适于进行光合作用的结构特点？
②在类囊体膜上分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体膜上和基质中含有进行光合作用所必需的酶。
①叶绿体内含有大量的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积；
2. 实验证据：恩格尔曼的实验P一100
① 把载有水绵（叶绿体呈螺旋带状分布）和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内，在黑暗中用极细的光束照射水绵，发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中；
②如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位。
结论：
③用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
结论：
叶绿体光合作用释放氧气。
叶绿体主要吸收红光与蓝紫光用于光合作用放出O2
恩格尔曼的实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。
便于观察
确定O2的释放部位
（1）为什么选用水绵和好氧细菌作为实验材料？
水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。好氧细菌可确定释放O2的部位。
（2）为什么选用黑暗并且没有空气的环境？
选用黑暗并且没有空气的环境，可排除光线和氧的干扰。
（3）为什么用极细的光束照射？
叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。
3. 恩格尔曼实验设计的巧妙之处
局部曝光与完全暴光的实验再一次验证实验结果。
（4）为什么又做了一组完全暴光的实验？
1.下列关于叶绿体的叙述，正确的是( )
A.叶绿体的外膜、内膜极大地扩展了受光面积
B.类囊体薄膜中的酶可催化CO2的固定和还原
C.类囊体薄膜上的光合色素都可以吸收蓝紫光
D.叶绿体基质中NADP＋能形成NADPH
叶绿体中众多的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积
CO2分子的固定和还原属于暗反应，发生在叶绿体基质中，相关酶分布在叶绿体基质中
类囊体薄膜上的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，因此类囊体薄膜上的光合色素都可以吸收蓝紫光
NADP＋与H＋结合形成NADPH发生在光反应过程中，场所是叶绿体的类囊体薄膜
C
【2023年全国乙卷】植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是( )
A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢
解析：叶绿素由C、H、O、N、Mg组成，A正确；叶绿体中吸收光能的色素（叶绿素和类胡萝卜素）分布在类囊体薄膜上，B正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰，C正确；叶绿体中的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，D错误。
D