第二节 光合作用——光能的捕获和转换
第一课时 解开光合作用之谜、叶绿体与光能的捕获
基础过关练
题组一 解开光合作用之谜
1.下列有关光合作用发现史的叙述,错误的是( )
A.萨克斯证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉
B.海尔蒙特的柳树实验证明植物生长的养料主要来自土壤
C.鲁宾和卡门用同位素标记法证明光合作用释放的氧气来自水
D.恩格尔曼选用水绵做实验证明叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所
题组二 叶绿体中色素的种类和功能
2.下列关于光合色素的叙述正确的是( )
A.叶绿体中的色素有四种,其中叶绿素a含量最大
B.类胡萝卜素主要吸收蓝紫光和红光
C.所有植物细胞内都含有4种光合色素
D.光合色素存在于叶绿体的内膜上
3.如图为用分光光度计测定叶片中两类色素A和B吸收不同波长光的曲线图,请判定A和B分别为( )
A.叶绿素a、类胡萝卜素
B.类胡萝卜素、叶绿素b
C.叶黄素、叶绿素a
D.叶绿素a、叶绿素b
题组三 提取和分离叶绿体中的光合色素
4.用如图所示装置进行“绿叶中色素的提取和分离”实验,下列描述合理的是( )
A.提取色素的原理是色素可溶于层析液
B.滤纸条最上方的色素带颜色是蓝绿色
C.胡萝卜素在层析液中的溶解度最高
D.滤液细线需要浸没在层析液中
5.下列用新鲜菠菜叶进行色素提取、分离实验的叙述,正确的是( )
A.选材不同,四条色素带在滤纸条上的排列顺序不同
B.画滤液细线时应迅速地重复画线,保证滤纸条上有足量的色素
C.即使叶片剪碎不够充分,也可以提取出4种光合色素
D.层析完毕后应迅速记录结果,否则叶绿素条带会很快随层析液挥发而消失
6.如图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况,以下说法正确的是( )
A.水稻在收获时节,叶片中色素含量是(甲+乙)<(丙+丁)
B.提取色素时加入碳酸钙是为了研磨更充分
C.四种色素都能溶解在层析液中,乙色素的溶解度最大
D.四种色素中,丙和丁主要吸收红光
能力提升练
题组 综合分析光合色素及其提取和分离
1.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,下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
2.高等植物的光合作用依赖光合色素。在不同环境条件下,叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化,这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现,在适当遮光条件下,叶绿素a/叶绿素b的值会降低,以适应环境。如图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述,正确的是( )
A.图中①和②分布在叶绿体的内膜上
B.利用纸层析法分离色素时,②应位于滤纸条的最下端
C.植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收绿光
D.弱光下①的相对含量增加有利于植物对弱光的利用
3.为探究十字花科植物羽衣甘蓝的叶片中所含色素种类,某兴趣小组做了如下的色素分离实验:将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样,先置于用石油醚、丙酮和苯配制成的层析液中层析分离,然后再置于蒸馏水中进行层析,过程及结果如下图所示,图中1、2、3、4、5代表不同类型的色素。分析错误的是( )
A.色素1、2、3、4不溶于水,溶于有机溶剂,色素5溶于水
B.色素1、2、3、4可能分布在叶绿体中,色素5可能存在于液泡中
C.色素1和2主要吸收蓝紫光,色素3和4主要吸收蓝紫光和红光
D.色素1在层析液中的溶解度最小,色素4在层析液中溶解度最大
4.如图表示某实验的流程,相关叙述错误的是( )
A.该实验表明植物叶绿体中叶绿素的合成需要光照
B.两组实验的结果①中共有的色素带的颜色是黄色和橙黄色
C.两组实验的结果②中吸收光谱最明显的差异是蓝紫光区域
D.若在缺镁条件下完成该实验,两组实验的结果①和②差异不大
第二课时 绿色植物光合作用的过程
基础过关练
题组一 光合作用的过程
1.(教材习题改编)用含同位素14C的CO2来追踪光合作用碳原子的转移,最可能的途径是( )
A.14CO2叶绿素ADP
B.14CO2ADPATP
C.14CO2三碳化合物糖类
D.14CO2五碳化合物糖类
2.1937年,英国科学家希尔在研磨绿叶后制取叶绿体悬液,并向悬液中加入草酸铁,然后给予光照,下列有关此实验的叙述,不正确的是( )
A.该实验过程中Fe3+被还原为Fe2+
B.实验过程中离体的叶绿体释放出了O2
C.该实验证明了光合作用在叶绿体中进行
D.该实验证明了光合作用产生的氧气来自水
3.下列关于光合作用过程的叙述中,错误的是( )
A.叶绿体中的色素参与光反应
B.某些细菌也可以进行光合作用
C.光反应和暗反应都需要酶的催化
D.暗反应必须在黑暗的条件下进行
4.如图是叶绿体局部结构模式图。据图分析,下列说法错误的是( )
A.①上分布着色素和有关酶
B.①中发生水的光解并产生氧气
C.②中发生ATP的合成
D.CO2的固定发生在结构②中
5.如图表示绿色植物体内光合作用过程,请据图分析并回答:
(1)图中的物质①是 。NADPH能为光合作用的 (填“暗反应”或“光反应”)提供还原剂。
(2)图中的物质④是 ,其与C5反应形成C3,叶肉细胞中该反应的场所为叶绿体的 。
(3)光合作用过程中,物质变化的同时伴随着能量的变化,所需能量来源于 (填“光”或“化学”)能,经过光反应将能量转化为活跃的
(填“光”或“化学”)能,然后经暗反应将其储存在糖分子中。
题组二 化能合成作用
6.下列有关光合作用和化能合成作用的叙述错误的是( )
A.这两个生理过程合成有机物所利用的能量形式不同
B.能进行光合作用或化能合成作用的生物属于自养生物
C.这两个生理过程合成有机物所利用的原料不同
D.这两个生理过程的顺利进行均需要酶的催化
能力提升练
题组一 综合分析光合作用的过程
1.在光合作用的探究历程中,人们利用离体的叶绿体进行实验,逐渐探明了水的光解和NADPH的产生过程,如图所示(e-为负电子)。下列分析正确的是( )
A.完成过程①需要叶绿体色素,有无光照都可进行
B.过程②发生在类囊体膜上并存在能量的转换
C.NADPH进入叶绿体基质并参与合成C3的反应
D.自养生物细胞的过程①②均发生在叶绿体中
2.拟南芥的叶肉细胞中,含有的PSⅡ和PSⅠ是由蛋白质和光合色素组成的复合物,具有吸收、传递、转化光能的作用,下列叙述错误的是( )
A.PSⅡ中的色素吸收光能后,可将H2O分解为O2和H+,并产生电子传递给PSⅠ用于将NADP+和H+结合形成NADPH
B.图示光反应过程显示的能量转换是:光能→电能→ATP和NADPH中的化学能
C.在ATP合酶的作用下,H+逆浓度梯度转运提供分子势能,促进ADP和Pi合成ATP
D.自然界中能发生光合作用的生物,不一定具备PSⅡ和PSⅠ
3.光合作用暗反应中最先产生的糖类化合物是磷酸丙糖,磷酸丙糖既可以在叶绿体内参与淀粉的合成,也可以运到细胞质基质中参与蔗糖的合成。已知Pi和磷酸丙糖通过磷酸转运器的运输严格按照1∶1的比例进行。据图分析,下列相关说法错误的是( )
A.物质A表示H2O,它在类囊体膜上分解
B.物质B表示CO2,它被固定后产生磷酸丙糖
C.两分子磷酸丙糖可经酶催化产生一分子蔗糖
D.若磷酸丙糖的合成速率超过Pi转运进叶绿体的速率,可促进淀粉的积累
4.(教材习题改编)某同学开展了一项有关光合作用所需条件的探究实验。在适宜光照等条件下,将某植株(已在黑暗条件下放置24小时)4片长势相似的叶片进行如图所示的处理。回答下列问题。
(1)该实验的自变量是 。
(2)如果将③号锥形瓶去掉,叶片暴露在空气中,其叶肉细胞内C3物质含量的变化是 ,理由是 。
(3)一段时间后,④号锥形瓶中的叶片用碘液处理后呈蓝色,推测可能的原因是 。
(4)请指出该实验一处不严谨的设计是 。
5.黑藻是一种叶片薄且叶绿体大的常见水生植物,易于取材,常作为生物学实验的材料。如图为黑藻叶肉细胞光合作用部分过程图,请分析回答:
(1)图中NADPH是光反应产物之一,它和光反应的另一产物
都会参与卡尔文循环。卡尔文循环中,产生的NADP+也会移动到 被再次利用。
(2)黑藻叶肉细胞通过进行两次羧化反应固定CO2的方式适应水生环境,据图分析,两次羧化反应的场所分别在 。请解释水中CO2含量较低,但黑藻光合作用效率却依然较高的原因 。
题组二 环境变化导致光合作用各物质变化
6.正常生长的绿藻,照光培养一段时间后,用黑布迅速将培养瓶罩上,此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是( )
A.O2的产生停止
B.CO2的固定减慢
C.ATP/ADP的值上升
D.NADPH/NADP+的值下降
7.(多选题)光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于环境条件变化而引起的光合作用的变化,下列说法不正确的是( )
A.突然中断CO2供应,会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值减小
B.突然中断CO2供应,会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大
C.突然将红光改变为等强度的绿光,会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小
D.突然将绿光改变为等强度的红光,会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小
8.用14CO2“饲喂”叶肉细胞,让叶肉细胞在光下进行光合作用。一段时间后,关闭光源,将叶肉细胞置于黑暗环境中,含放射性的三碳化合物浓度的变化情况如图所示,下列相关叙述不正确的是( )
A.Oa段叶肉细胞中五碳化合物浓度有所下降
B.ab段14C3浓度不变的原因是14CO2消耗殆尽
C.b点后曲线上升是由于细胞内缺少ATP和[H]
D.14C3的合成和消耗均发生在叶绿体基质
答案与分层梯度式解析
第二节 光合作用——光能的捕获和转换
答案与分层梯度式解析
第一课时 解开光合作用之谜、
叶绿体与光能的捕获
基础过关练
1.B 2.A 3.A 4.C 5.C 6.A
1.B 萨克斯通过将暗处理过的叶片进行遮光和照光的对照实验,证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉,A正确;海尔蒙特的柳树实验中,土壤质量减少量远小于柳树干物质增加量,证明植物生长的养料不是主要来自土壤,B错误;鲁宾和卡门用18O分别标记水和二氧化碳进行对比实验,证明光合作用释放的氧气来自水,C正确;恩格尔曼选用水绵和好氧细菌在无空气的黑暗环境中做实验,证明叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所,D正确。
2.A 叶绿体中的色素包括叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素,其中叶绿素a含量最大,A正确;类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,B错误;并不是所有植物细胞都含有光合色素,例如植物根尖细胞无光合色素,C错误;植物体内的光合色素分布在叶绿体中的类囊体膜上,D错误。
3.A 据题图分析,色素A在红光和蓝紫光部分有吸收峰,则色素A表示叶绿素;色素B只在蓝紫光部分有吸收峰,则色素B代表类胡萝卜素,故选A。
4.C 提取色素的原理是色素能溶解在无水乙醇等有机溶剂中,A错误;胡萝卜素在层析液中的溶解度最大,在滤纸上的扩散速度最快,故滤纸条最上方的色素带是胡萝卜素,颜色是橙黄色,B错误,C正确;滤液细线不能浸没在层析液中,这样会使滤液细线上的色素溶解在层析液中导致层析失败,D错误。
5.C 选材不同不会影响色素带在滤纸条上的排列顺序,A错误;画滤液细线时,应待滤液干后再重画,B错误;叶片剪碎不够充分,但色素没有被破坏,故仍可以提取出4种光合色素,只是色素带颜色可能较浅,C正确;滤纸上的色素带不会随层析液挥发而消失,D错误。
6.A 根据扩散距离可知,甲、乙、丙、丁分别为叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素。成熟水稻的叶片是黄色的,其中类胡萝卜素含量高于叶绿素,A正确;碳酸钙的作用是防止叶绿素分子被破坏,B错误;四种色素中,乙色素含量最高,丁色素溶解度最大,C错误;丙和丁主要吸收蓝紫光,D错误。
方法技巧 巧记四条色素带的顺序(由上到下)及颜色
胡(胡萝卜素)黄(叶黄素)a(叶绿素a)b(叶绿素b)向前走,橙(橙黄)黄蓝(蓝绿)黄(黄绿)颜色留。胡萝卜素最“纤细”,叶绿素a最“宽厚”。
能力提升练
1.A 2.D 3.D 4.C
1.A 叶绿体中的色素都溶于有机溶剂无水乙醇,A正确;强光照和正常光照相比,叶绿素含量较低,说明强光照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,D错误。
2.D 结合光谱曲线图分析,①代表的是叶绿素b,②代表的是叶绿素a。在植物细胞中,图中两种色素分布在叶绿体的类囊体膜上,A错误;利用纸层析法分离色素时,叶绿素b应位于滤纸条的最下端,B错误;植物叶片呈现绿色是由于光合色素吸收绿光最少,大部分绿光被反射出来,C错误;由题可知,叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化,叶绿素b的相对含量增加,叶绿素a/叶绿素b的值降低,有利于植物对弱光的利用,D正确。
3.D 根据在层析液中的层析结果可知,色素1、2、3、4溶于有机溶剂,且在层析液中具有不同的溶解度,推测可能是光合色素,分布在叶绿体中;根据在蒸馏水中的层析结果可知,色素1、2、3、4不溶于水,色素5溶于水,推测色素5可能是存在于植物液泡中的色素,A、B正确。根据在滤纸上的扩散距离推测,色素1、2、3、4依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,色素1和2即胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,色素3和4即叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,C正确。根据在层析液中的层析结果,色素1距离色素点样最远,说明色素1在层析液中的溶解度最大;色素4距离色素点样最近,说明色素4在层析液中的溶解度最小,D错误。
4.C 由图中信息可知,植物叶绿体中叶绿素的合成需要光照,A正确;两组实验的结果①中共有的色素带的颜色是黄色和橙黄色,分别是叶黄素和胡萝卜素,B正确;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,所以两组实验的结果②中吸收光谱最明显的差异是红光区域,C错误;镁是叶绿素合成的必需元素,若在缺镁条件下完成该实验,两组实验的结果①和②差异不大,D正确。
第二课时 绿色植物光合作用的过程
基础过关练
1.C 2.D 3.D 4.C 6.C
1.C 根据暗反应中二氧化碳的固定过程可知,二氧化碳中的碳原子转移到三碳化合物中,然后在有关酶的催化下,C3经过一系列生化反应部分转变为糖类,所以碳原子转移途径可能为CO2→C3→糖类,C正确。
2.D 该实验过程中Fe3+被还原为Fe2+,同时离体的叶绿体释放出了氧气,该实验一定程度上证明了光合作用在叶绿体中进行,但没有证明光合作用产生的氧气来自水,D错误。
3.D 叶绿体中的色素能吸收、传递和转化光能,因而能参与光反应,A正确;某些细菌,如光合细菌含有光合色素,因而也可以进行光合作用,B正确;暗反应在有光和无光条件下均可进行,D错误。
4.C ①为类囊体膜,其上分布着色素和有关酶,是光反应的场所,其中可发生水的光解并产生氧气,A、B正确;②为叶绿体基质,是暗反应的场所,其中不能进行ATP的合成,而且还要消耗ATP,C错误;②为叶绿体基质,是暗反应的场所,其中可发生二氧化碳的固定,D正确。
5.答案 (1)氧气 暗反应 (2)二氧化碳 基质 (3)光 化学
解析 结合光合作用过程分析:①为氧气,②为NADPH,③为ATP,④为二氧化碳,⑤为(CH2O)。(1)物质①是氧气,光反应产生的NADPH和ATP用于暗反应过程中C3的还原,其中NADPH作为还原剂。(2)物质④是二氧化碳,其与C5反应形成C3,叶肉细胞中该反应的场所为叶绿体基质。(3)植物光合作用的能量来源于光能,通过光反应将光能转化为化学能,再经暗反应将其储存在糖分子中。
6.C 光合作用和化能合成作用合成有机物所利用的能量形式不同,光合作用是利用光能将CO2和H2O合成有机物,而化能合成作用利用的是化学能,A正确;能进行光合作用或化能合成作用的生物都能制造有机物,都属于自养生物,B正确;光合作用和化能合成作用合成有机物所利用的原料相同,都是二氧化碳和水,C错误;光合作用和化能合成作用的顺利进行均需要酶的催化,D正确。
能力提升练
1.B 2.C 3.C 6.C 7.ACD 8.B
1.B 过程①是水在光下分解,需要叶绿体中的色素分子吸收的光能,故此过程必须在光照环境下才能进行,A错误;过程②表示NADPH的形成,发生在类囊体膜上,此过程存在能量的转换,B正确;在暗反应过程中,NADPH进入叶绿体基质并参与C3的还原反应,C错误;过程①②不一定是在叶绿体中进行的,如自养生物蓝细菌为原核生物,没有叶绿体,也能发生过程①②,D错误。
2.C 在ATP合酶的作用下,H+顺浓度梯度转运出类囊体,该过程提供的电化学势能促进了ADP和Pi合成ATP,C错误;PSⅡ和PSⅠ都分布在叶绿体的类囊体膜上,自然界中能发生光合作用的生物,不一定有叶绿体,因此不一定具备PSⅡ和PSⅠ,如蓝细菌,但一定具有光合色素,D正确。
3.C 物质A是光反应的原料H2O,其在叶绿体类囊体膜上分解,A正确;物质B参与暗反应生成磷酸丙糖,物质B表示CO2,B正确;蔗糖为二糖,有12个碳原子,两分子磷酸丙糖只有6个碳原子,两分子磷酸丙糖不能经酶催化产生一分子蔗糖,C错误;据题意知,Pi和磷酸丙糖通过磷酸转运器的运输严格按照1∶1的比例进行,当磷酸丙糖的合成速率超过Pi转运进叶绿体的速率时,多出的磷酸丙糖可转化成淀粉,D正确。
4.答案 (1)CO2的有无、有无光照 (2)先增加后稳定 叶肉细胞开始固定二氧化碳生成C3,且速度快于C3的还原,所以C3化合物含量先上升;随着光合作用达到最大值,C3的生成和消耗达到平衡,所以C3的含量趋向稳定 (3)其他叶片(或①号锥形瓶中的叶片)产生的淀粉转移到④号锥形瓶中的叶片中 (4)每个锥形瓶中的叶片只有一片(或淀粉可以在不同叶片之间转移)
解析 (1)①号锥形瓶中的碳酸氢钠溶液可以提供二氧化碳;③号锥形瓶中的氢氧化钠溶液可以吸收二氧化碳;②号锥形瓶中为蒸馏水,作为空白对照;④号锥形瓶进行遮光处理,制造无光环境。因此该实验的自变量是CO2的有无、有无光照。(2)③号锥形瓶中是无二氧化碳的环境,如果将③号锥形瓶去掉,将叶片暴露在空气中,叶肉细胞开始固定二氧化碳生成C3,且速度快于C3的还原,所以C3含量先上升;随着光合作用达到最大值,C3的生成和消耗达到平衡,所以C3的含量趋向稳定。(3)正常情况下,④号锥形瓶中的叶片因为无法接受光照不能进行光合作用,不会产生淀粉,但是一段时间后,④号锥形瓶中的叶片用碘液处理后呈蓝色,说明叶片中含有淀粉,推测可能的原因是其他叶片(或①号锥形瓶中的叶片)产生的淀粉转移到④号锥形瓶中的叶片中,因此滴加碘液会呈现蓝色。(4)每个锥形瓶中的叶片只有一片且淀粉可以在不同叶片之间转移,使该实验存在实验误差和偶然性。
5.答案 (1)ATP 类囊体 (2)细胞质基质、叶绿体基质 两次羧化反应升高了叶绿体中CO2浓度
解析 磷酸烯醇式丙酮酸在细胞质基质中可以将HC固定生成草酰乙酸,草酰乙酸进入叶绿体被NADPH还原生成苹果酸,进而分解生成CO2,参与光合作用暗反应过程。(1)图中NADPH是光反应产物之一,它和光反应的另一产物ATP都会参与卡尔文循环。卡尔文循环中,产生的NADP+也会移动到类囊体再次被光反应利用合成NADPH。(2)分析图示可知,两次羧化反应的场所分别在细胞质基质、叶绿体基质。黑藻叶肉细胞两次羧化反应大大升高了叶绿体中CO2浓度,使黑藻在CO2含量较低的水中,依然保持较高的光合速率。
6.C 用黑布迅速将培养瓶罩上使光反应停止,O2的产生停止,A不符合题意;光反应停止后,光反应产生的NADPH和ATP减少,抑制暗反应,因此CO2的固定逐渐减慢,B不符合题意;光反应停止,光反应产生的ATP减少,ADP的含量相对增多,ATP/ADP的值下降,C符合题意;光反应停止,光反应产生的NADPH减少,NADP+的含量相对增多,因此NADPH/NADP+的值下降,D不符合题意。
7.ACD 突然中断CO2供应,导致CO2的固定速率降低,光反应暂时不受影响,叶绿体中C5含量增加、C3含量减少,进而使ATP和[H]含量增加,因此会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值增大,ATP/ADP的值增大,A错误,B正确;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,将红光改变为等强度的绿光后,光反应阶段受影响,ATP和[H]合成减少,抑制C3的还原,进而使C3含量增加、C5含量减少,因此会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值增大,C错误;将绿光改变为等强度的红光后,光反应阶段产生的ATP和[H]含量增加,会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大,D错误。
8.B 图示中,Oa段叶肉细胞中14C3浓度上升,说明消耗的五碳化合物增加,故五碳化合物浓度有所下降,A正确;ab段14C3浓度不变的原因不是14CO2消耗殆尽,而是CO2的固定和C3的还原过程保持相对稳定,B错误;b点后曲线上升是因为黑暗条件下,光反应停止,不能继续产生[H]和ATP,抑制C3的还原,使14C3含量增加,C正确;14C3的合成和消耗均发生在叶绿体基质,D正确。(共19张PPT)
第二节 光合作用——光能的捕获和转换
必备知识 清单破
知识点 1 解开光合作用之谜
时间 人物 实验方法或过程 结论
1627年 海尔蒙特 采用了定量研究的方法 树木只要有水,就能生长发育
1779年 英格豪斯 把带叶的枝条放入水里 发现绿叶只在阳光下产生气体,在黑暗处
不产生气体
1864年 萨克斯 采用碘蒸气处理叶片的方法 叶片在光下能产生淀粉
19世纪60年代 — 利用光学仪器 光合作用中利用的光与叶绿素吸收光能有关
1941年 鲁宾和卡门 运用同位素标记法 光合作用释放的O2来
自水
1948年 卡尔文 用14C标记CO2,追踪光合作用中碳元素的行踪 发现CO2被用于合成糖类等有机物的途径——卡尔文循环
1.恩格尔曼的实验
(1)实验方法和结果
知识点 2 叶绿体与光能的捕获
实验材料 实验条件 实验过程 实验现象
水绵+好氧 细菌 无空气的黑暗环境 用极细的光束照射水绵 细菌聚集在被光束照射到的叶绿体部位
光下 — 好氧细菌的聚集现象消失,它们分布于叶绿体所有的受光部位
透过三棱镜的光照射 让不同颜色的光投射到水绵的带状叶绿体上 在红光区和蓝光区的叶绿体部位聚集了大
量的好氧细菌
(2)实验结论:叶绿体中含有能有效地吸收利用红光和蓝光的物质,这些物质吸收的光与绿叶
在光下产生氧气有关。
2.光合色素
(1)分布:叶绿体中的类囊体膜上。
(2)种类与吸收光谱
种类 吸收光谱
叶绿素 叶绿素a 主要吸收蓝紫光和红光
叶绿素b 类胡萝卜素 胡萝卜素 主要吸收蓝紫光
叶黄素 注:类胡萝卜素还有保护叶绿素免遭强光伤害的作用。
(3)作用:光合色素能吸收大部分的可见光用于光合作用,但对绿光吸收最少,大部分绿光被反
射出来,因而叶片呈现绿色。
3.提取和分离叶绿体中的光合色素
过程 注意事项 操作目的
选材 选新鲜绿色的叶片 使滤液中色素含量高
实验试剂 加无水乙醇 溶解色素
加少量SiO2和CaCO3 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,充分溶解色素
盛放滤液的试管管口加棉塞 防止乙醇挥发和色素氧化
(1)实验操作过程中的注意事项及原因分析
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
滤液细线干燥后再重复画 使分离出的色素带清晰分明
分离滤液中 的色素 滤液细线不触及层析液 防止色素直接溶解到层析液中
(2)异常现象及原因分析
1、收集到的滤液绿色过浅
a.未加石英砂(二氧化硅),研磨不充分。
b.使用放置数天的绿叶,滤液色素(叶绿素)过少。
c.一次加入大量的无水乙醇,提取液浓度过低。
d.未加碳酸钙,叶绿素被破坏。
2、滤纸条色素带重叠
a.滤液细线不直。
b.滤液细线过粗。
3、滤纸条无色素带
a.忘记画滤液细线。
b.滤液细线触及层析液,且时间较长,色素全部溶解到层析液中。
1.英国科学家希尔的实验
(1)实验过程:在研磨绿叶后制取叶绿体悬液,并向悬液中加入草酸铁,给予光照后观察。
(2)实验现象:Fe3+被还原为Fe2+,离体的叶绿体释放出了O2。
(3)实验结论:一定程度上证明了光合作用在叶绿体中进行。
(4)实验意义:使光合作用的研究从器官(叶片)水平进入了细胞器(叶绿体)水平。
2.叶绿体的分布:叶绿体一般分布在细胞质膜与液泡之间的细胞质中。在光照较弱的情况下,
叶绿体会汇集到细胞顶面,最大限度吸收光能;在光照强度很高时,叶绿体会移动到细胞侧面,
以避免强光的伤害。
知识点 3 绿色植物光合作用的过程
光反应 暗反应(碳反应)
条件 光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+等 CO2、ATP、NADPH、酶等
场所 叶绿体的类囊体膜 叶绿体基质
物质 变化 1、水的裂解:H2O O2+H+ 2、NADP+的还原:NADP++H+ NADPH 3、ATP的合成:ADP+Pi ATP 1、CO2的固定:CO2+C5 2C3
2、C3的还原:2C3 C5+(CH2O)
能量变化 光能→电能→化学能(储存在ATP和NADPH中) 化学能→储存于糖分子中的化学能
联系 1、光反应为暗反应提供ATP、NADPH,暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+; 2、没有光反应,则暗反应无法进行,没有暗反应,则有机物无法合成; 3、光反应是暗反应的物质和能量准备阶段,暗反应是光反应的继续,是物质和能量转化的完成阶段 3.光合作用的过程
特别提醒
(1)在光反应中,光合色素吸收光能,水裂解释放O2,电子传递,ATP和NADPH的形成是耦合在
一起的,共同完成光反应。
(2)暗反应又称为卡尔文循环,简单地说,卡尔文循环就是将CO2、ATP和NADPH转变为磷酸
丙糖(一种三碳糖)的复杂生化反应。
4.绿色植物的光合作用:光合作用是绿色植物细胞中的叶绿体从太阳光中捕获能量,并将这些
能量在CO2和H2O转变为糖与O2的过程中,转换并储存为糖分子中化学能的过程。
5.总反应式:CO2+H2O (CH2O)+O2。
1.概念:一些微生物通过氧化外界环境中的无机物获得的化学能来合成有机物,这种制造有机
物的方式,称为化能合成作用。
2.生物类型:自然界中的一些微生物,如土壤中的硝化细菌、硫细菌和铁细菌等。
3.意义:对维持地球上的物质循环和能量的转换、流动具有一定的作用。
知识点 4 化能合成作用
知识辨析
1.光合色素分离结束后,滤纸条上的颜色自上而下依次是黄绿色、蓝绿色、黄色和橙黄色,这
种说法正确吗
2.叶绿素和类胡萝卜素都可吸收蓝紫光,除此之外,叶绿素还可吸收红光,这种说法正确吗
3.当光照强度很高时,叶绿体会移动到细胞顶面,这种说法正确吗
4.光合作用需要的酶只分布在叶绿体基质中,这种说法正确吗
提示
提示
提示
提示
不正确。光合色素分离结束后,滤纸条上的颜色自下而上依次是黄绿色、蓝绿色、黄色和橙黄色。
正确。叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
不正确。当光照强度很高时,叶绿体会移动到细胞侧面,以避免强光的伤害。
不正确。类囊体膜上和叶绿体基质中都有光合作用需要的酶。
5.光合作用的光反应和暗反应阶段在叶绿体的不同部位进行,这种说法正确吗
6.光合作用中光反应必须有光才可以进行,暗反应没有光也可长时间进行,这种说法正确吗
7.光反应和暗反应不仅同时进行,而且耦合在一起,共同完成光合作用过程,这种说法正确吗
8.在光反应阶段中,能量由光能转换成电能,再由电能转换为化学能,只储存在ATP中,这种说
法正确吗
9.卡尔文循环就是将CO2、ATP和NADPH转变为葡萄糖的复杂生化反应,这种说法正确吗
提示
提示
提示
提示
提示
正确。光反应的场所是叶绿体的类囊体膜,暗反应的场所是叶绿体基质。
不正确。暗反应需要光反应提供NADPH和ATP,没有光,暗反应不能长时间进行。
正确。
不正确。光反应中,由电能转换成的化学能储存在ATP和NADPH中。
不正确。卡尔文循环是将CO2、ATP和NADPH转变为磷酸丙糖(一种三碳糖)的复杂生化反应。
1.光照强度变化(其他条件适宜且稳定)
关键能力 定点破
定点 环境变化对光合作用各物质含量变化的影响(短时间内)
1、光照由强变弱,光反应受到限制,形成的[H]和ATP减少,C3的还原速率减慢,CO2固定速率
暂时不变,造成C3积累,同时,生成的C5、(CH2O)减少。
2、光照由弱变强,光反应加快,形成的[H]和ATP增多,C3的还原速率加快,CO2固定速率暂时
不变,造成C3减少,同时,生成的C5、(CH2O)增多。
2.CO2浓度变化(其他条件适宜且稳定)
1、CO2由充足变不足,暗反应受到限制,消耗的C5减少,形成的C3减少,消耗[H]和ATP减慢,[H]
和ATP增多,同时,生成的(CH2O)减少。
2、CO2由不足变充足,暗反应加快,消耗的C5增多,形成的C3增多,消耗[H]和ATP加快,[H]和
ATP减少,同时,生成的(CH2O)增多。
3.规律总结:C5、ATP、[H]变化一致,与C3变化相反。
典例 在适宜反应条件下,用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用光照强度与
白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生的物质变化,组合正确的是( )
A.红光,ATP减少 B.红光,C3增多
C.绿光,[H]减少 D.绿光,C5增多
C
思路点拨 光源改变→光能的吸收量改变→光反应产物([H]和ATP)的变化→暗反应过程中
物质含量的变化。
解析 光合色素主要吸收蓝紫光和红光,对绿光吸收少。在适宜反应条件下,用白光照射离
体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用光照强度与白光相同的红光照射,光反应增强,产生[H]
和ATP的速率加快,C3还原加快,而CO2固定速率暂时不变,因此C3含量减少,C5含量增多,A、B
错误。如果改用光照强度与白光相同的绿光照射,光反应减弱,产生[H]和ATP的速率减慢,C3
还原减慢,而CO2固定速率暂时不变,因此C3含量增多,C5含量减少,C正确,D错误。
