光合色素及提取與分離1.色素及吸收光譜(1)色素
(2)色素的吸收光譜葉綠素對　　　　　　　　　　　的吸收量大,類胡蘿卜素對　　　　　　的吸收量大,對其他波段的光并非不吸收,只是吸收量較少。?
2.光合色素的提取和分離(1)實驗原理①提取色素原理:色素是有機物,易溶于有機溶劑而不溶于水,可用　　　　　　　　　　等有機溶劑溶解、提取色素。?②分離色素原理:各種色素在　　　　　　中的溶解度不同,溶解度大的色素隨　　　　　　在濾紙條上擴散得快,反之則擴散得慢,從而使各種色素相互分離;采用　　　　　　法進(jìn)行分離。?
(2)實驗步驟第一步:提取綠葉中的色素取材:用新鮮的菠菜葉放入40~50 ℃的烘箱中烘干↓研磨:加少許　　　　　　　　　　,再加入2~3 mL　　　　　,迅速、充分研磨成勻漿?↓過濾:在漏斗基部放一塊單層尼龍布,將研磨液迅速倒入玻璃漏斗中進(jìn)行過濾↓收集:用試管收集色素濾液,及時將試管口用　　　　　?
第二步:分離綠葉中的色素
分離綠葉中的色素:將適量層析液倒入試管中,將濾紙條(有濾液細(xì)線的一端朝下)輕輕插入　　　　　　中,隨后用棉塞塞緊試管口?注意:不能讓濾紙條上的濾液細(xì)線觸及層析液觀察結(jié)果:濾紙條上色素帶有4條
題型一:光合色素的種類和功能【基礎(chǔ)典例1】 (2017浙江湖州期末)如圖表示葉綠體中各色素的吸收光譜,據(jù)圖判斷,下列判斷錯誤的是(　　)
A.在研究葉綠素的過程中,為避免類胡蘿卜素的干擾,應(yīng)該選用紅橙光區(qū)B.進(jìn)入秋季,植物對420~470 nm波長的光的利用量減少C.用450 nm波長的光比用600 nm波長的光更能提高光合作用強度D.用550 nm波長的光改用670 nm波長的光后短時間內(nèi)葉綠體中三碳酸含量增加
歸納提升影響葉綠素合成的因素(1)光照:光是影響葉綠素合成的主要條件,一般植物在黑暗環(huán)境中不能合成葉綠素,因而葉片發(fā)黃。(2)溫度:溫度可影響與葉綠素合成有關(guān)的酶的活性,進(jìn)而影響葉綠素的合成。低溫時,葉綠素分子易被破壞,而類胡蘿卜素分子較為穩(wěn)定,使葉片變黃。(3)必需元素:葉綠素中含N、Mg等必需元素,缺乏N、Mg將導(dǎo)致葉綠素?zé)o法合成,葉片變黃。
考向二　光合色素提取與分離實驗操作【典例1-2】 在做“綠葉中色素的提取和分離”實驗時,甲、乙、丙、丁四位同學(xué)使用相關(guān)試劑的情況如表所示(“+”表示使用,“-”表示未使用),其余操作均正常,他們所得的實驗結(jié)果依次應(yīng)為(　　)
A.①②③④B.②④①③C.④②③①D.③②①④
歸納提升光合色素提取與分離的注意事項
考向三　光合色素提取與分離的應(yīng)用提升【典例1-3】 如圖表示某生物興趣小組利用韭菜宿根進(jìn)行實驗的流程。相關(guān)敘述錯誤的是(　　)
A.紙層析法分離色素的原理是色素在層析液中溶解度不同B.兩組實驗的結(jié)果①中共有的色素帶的顏色是黃色和橙黃色C.若在缺鎂條件下完成該實驗,兩組實驗的結(jié)果①和②差異都不大D.兩組實驗的結(jié)果②中吸收光譜最明顯的差異出現(xiàn)在藍(lán)紫光區(qū)域
歸納提升濾紙條上色素的分布和對光的吸收
A.黃-綠比率增高,有利于水稻有機物的積累B.水稻在缺Mg的環(huán)境,其P/R值將下降C.b點比a點更適宜水稻的生長D.在水稻收獲季節(jié),葉肉細(xì)胞的P/R值在a點
考向四　光合色素與生產(chǎn)實踐的聯(lián)系【典例1-4】 植物學(xué)家研究發(fā)現(xiàn),水稻葉肉細(xì)胞中的類胡蘿卜素和葉綠素的比率(黃—綠比率)與其P(光合作用)/R(細(xì)胞呼吸)比率呈現(xiàn)一定的關(guān)系,這種關(guān)系如圖所示,以下判斷正確的是(　　)
(2017浙江4月選考,30)為探究不同環(huán)境因素對某植物葉片中葉綠素含量的影響,進(jìn)行了相關(guān)實驗,結(jié)果如圖所示。
回答下列問題。(1)本實驗的因變量是　　　　　　　　　　。由圖中曲線對比可知,經(jīng)　　　　　　　　　　處理的該植物葉片中葉綠素含量下降最為明顯,這將直接導(dǎo)致光反應(yīng)中葉綠素吸收的　　　　　光減少而降低了光合速率。由此推知,若遇到較低溫天氣,除升溫方法外,可對植物進(jìn)行　　　　處理以減少葉綠素的損失。?(2)提取上述四組該植物葉片中的色素時,為防止色素被破壞,研磨時可加入適量的　　　　　　。對上述四組色素提取液分別進(jìn)行紙層析分離,結(jié)果發(fā)現(xiàn),第4組得到的色素帶中,從上到下的第　　　　條色素帶均明顯變窄。?(3)若用不同波長的光照射葉綠素a的提取液并測定　　　　　　,可得到葉綠素a的吸收光譜。?
答案:(1)葉綠素含量　低溫和光照　藍(lán)紫光和紅　遮光(2)碳酸鈣　3、4(3)吸光率解析:(1)分析圖示可知,本實驗檢測不同處理方式下葉綠素的含量,故因變量是葉綠素含量。相比較其他組別,0 ℃低溫和光照條件處理,葉綠素的含量最低。葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光,葉綠素含量降低,會對上述光吸收減少。曲線3為低溫處理,相對曲線4,該組葉綠素含量更高,因此遇低溫天氣,可適當(dāng)進(jìn)行遮光處理。(2)提取光合色素,為防止葉綠素被破壞,可加入少量碳酸鈣,以保護(hù)葉綠素。對提取的光合色素進(jìn)行紙層析處理后,自上而下,葉綠素a和葉綠素b分別處于色素帶的第3和第4的位置,實驗中第4組葉綠素被破壞,上述條帶會在層析后明顯變窄。(3)不同光合色素吸收不同波長的光,利用不同波長的光照射光合色素,可繪制光合色素對不同波長光的吸收率的吸收光譜。
光合作用的基本過程1.葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能(1)結(jié)構(gòu)模式圖
(3)功能:進(jìn)行　　　　　　　　的場所。?2.光合作用的概念及反應(yīng)式(1)光合作用指綠色植物通過葉綠體,利用光能,把　　　　　轉(zhuǎn)化成貯存著能量的有機物,并且釋放出　　　　　的過程。?(2)總反應(yīng)式:?　　　　 　　　　。?
3.光合作用的基本過程(1)光反應(yīng)①場所:葉綠體　　　　　　　　中。?②物質(zhì)變化:a.水光解:水在光下裂解為　　　　　　和O2。?b.ATP的合成:ADP+Pi ATP。c.NADPH合成:水中的　　　　　　　　將NADP+還原為NADPH。?③能量變化:光能轉(zhuǎn)變?yōu)椤　　　　　　　　　　　　　≈械幕瘜W(xué)能?
(2)碳反應(yīng)①場所:葉綠體　　　　。?②物質(zhì)變化:a.CO2被固定:1分子CO2和1分子　　　　　　結(jié)合→形成一個六碳分子→2個　　　　　　。?b.三碳酸被還原:三碳酸接受來自NADPH的　　　和ATP的　　　　　　　　→三碳糖(卡爾文循環(huán)中的第一個糖)。?c.再生RuBP:每　　個二氧化碳進(jìn)入卡爾文循環(huán),形成6分子三碳酸→還原為　　　　　　　三碳糖→　　　個三碳糖再生RuBP,　　　個三碳糖離開卡爾文循環(huán)。?
③能量變化:ATP和NADPH中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)椤　　　　　≈械幕瘜W(xué)能,碳反應(yīng)的產(chǎn)物三碳糖在葉綠體內(nèi)作為合成淀粉、　　　　和　　　的原料被利用,大部分運至　　　　　　　　,轉(zhuǎn)變成　　　　供植物所有細(xì)胞利用。?
考向一　葉綠體結(jié)構(gòu)與光合作用【典例2-1】 (2018浙江選考十校聯(lián)盟3月適應(yīng)性考試)下列關(guān)于光合作用的敘述,正確的是(　　)A.懸浮在葉綠體基質(zhì)中的所有類囊體是連成一體的B.葉綠素只能吸收藍(lán)紫光和紅光,不吸收其他光,所以呈綠色C.類胡蘿卜素和葉綠素等光合色素只存在于葉片中D.卡爾文循環(huán)中的關(guān)鍵步驟是二氧化碳與RuBP結(jié)合
技巧總結(jié)“一·二·三·四”法巧記光合作用基本知識
考向二　光反應(yīng)與碳反應(yīng)的過程【典例2-2】 (2018浙江稽陽聯(lián)誼學(xué)校高三3月聯(lián)考)如圖為某高等植物細(xì)胞光合作用過程示意圖,A、B、C、D、E、F分別表示光合作用不同階段中的物質(zhì)。據(jù)圖分析并回答下列問題。
(1)含有磷元素的物質(zhì)是　　　　　　　(填字母),ATP的形成與　　　　　　　(填物質(zhì)名稱)的跨膜運輸有關(guān)。物質(zhì)C的作用是　?　　　　。?(2)脂雙層中的色素吸收的光是波長為　　　　　　　　　nm的可見光。光合作用產(chǎn)生的O2離開這個植物細(xì)胞,需要穿過的膜有　　　　　　　　　　　　　　。?(3)物質(zhì)F可以在卡爾文循環(huán)中繼續(xù)轉(zhuǎn)變成物質(zhì)E,也可以離開卡爾文循環(huán)并在葉綠體中作為合成　　　　　　、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等大分子物質(zhì)的原料。?(4)若將圖中的光照撤離,則短時間內(nèi)葉綠體中物質(zhì)D的生成速率將　　　　　　　。(填“增大”“減小”或“基本不變”)?
答案:(1)A、C、D、E、F　H+　為物質(zhì)D(3-磷酸甘油酸)的還原提供氫和能量　(2)400~700　類囊體膜、葉綠體膜、細(xì)胞膜　(3)淀粉　(4)減小
解析:(1)含有磷元素的物質(zhì)是A(NADP+)、C(NADPH)、D(3-磷酸甘油酸)、E(RuBP)、F(三碳糖磷酸);據(jù)圖可知,ATP的形成與H+的跨膜運輸有關(guān);物質(zhì)C(NADPH)的作用是為物質(zhì)D(3-磷酸甘油酸)的還原提供氫和能量。(2)脂雙層中的色素吸收的光是波長為400~700 nm的可見光;光合作用產(chǎn)生的O2離開這個植物細(xì)胞,需要穿過的膜包括有類囊體膜、葉綠體膜、細(xì)胞膜。(3)物質(zhì)F(三碳糖磷酸)可以在卡爾文循環(huán)中繼續(xù)轉(zhuǎn)變成物質(zhì)E(RuBP),也可以離開卡爾文循環(huán)并在葉綠體中作為合成淀粉、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等大分子物質(zhì)的原料。(4))若將圖中的光照撤離,則光反應(yīng)產(chǎn)生的用于碳反應(yīng)的ATP和NADPH減少,抑制物質(zhì)D的還原,導(dǎo)致其生成速率將減小。
歸納提升光反應(yīng)和碳反應(yīng)的區(qū)別與聯(lián)系
【典例2-3】 植物葉肉細(xì)胞光合作用的碳反應(yīng)、蔗糖與淀粉合成代謝途徑如圖所示。圖中葉綠體內(nèi)膜上的磷酸轉(zhuǎn)運器轉(zhuǎn)運出1分子三碳糖磷酸的同時轉(zhuǎn)運進(jìn)1分子Pi(無機磷酸)。
請回答下列問題。(1)磷除了是光合作用相關(guān)產(chǎn)物的組分外,也是葉綠體內(nèi)核酸和　　　　的組分。?(2)卡爾文循環(huán)中3-磷酸甘油酸生成三碳糖磷酸的還原反應(yīng)屬于　　　　　　　　(填“吸能反應(yīng)”或“放能反應(yīng)”)。?(3)若蔗糖合成或輸出受阻,則進(jìn)入葉綠體的　　　數(shù)量減少,使三碳糖磷酸大量積累于　　　　　　　　　　中,也導(dǎo)致了光反應(yīng)中合成　　　　　　　　　　　　　數(shù)量下降,卡爾文循環(huán)減速。上述這種三碳糖磷酸對卡爾文循環(huán)的調(diào)節(jié)屬于　　　　　　　　　　。此時過多的三碳糖磷酸將用于　　　　　　　　　　,以維持卡爾文循環(huán)運行。?
答案:(1)磷脂(2)吸能反應(yīng)(3)Pi　葉綠體基質(zhì)　ATP和NADPH　負(fù)反饋調(diào)節(jié)　淀粉的合成解析:(1)磷元素是核酸、磷脂、ATP等的組成成分,葉綠體內(nèi)含磷,主要是核酸和類囊體膜中含有磷脂。(2)卡爾文循環(huán)中3-磷酸甘油酸生成三碳糖磷酸是一個還原反應(yīng),需要吸收ATP釋放的能量才能完成,故是一個吸能反應(yīng)。(3)據(jù)圖分析,若蔗糖合成或輸出受阻,導(dǎo)致三碳糖磷酸的轉(zhuǎn)運受到抑制,進(jìn)入葉綠體的Pi減少,同時三碳糖磷酸因轉(zhuǎn)運受抑制而在葉綠體基質(zhì)中大量積累,進(jìn)一步抑制了碳反應(yīng)和光反應(yīng)的進(jìn)行,使得ATP和NADPH的合成數(shù)量下降。這一過程中三碳糖磷酸對卡爾文循環(huán)的調(diào)節(jié)屬于負(fù)反饋調(diào)節(jié)過程。此時從題圖可以看出過多的三碳糖磷酸將用于淀粉的合成,以維持卡爾文循環(huán)運行。
考向三　植物細(xì)胞中各物質(zhì)含量變化分析【典例2-4】 離體的葉綠體在光照下進(jìn)行穩(wěn)定的光合作用時,如果突然中斷CO2的供應(yīng),短時間內(nèi)葉綠體中三碳酸分子與RuBP相對含量的變化是(　　)A.三碳酸分子增多、RuBP減少B.三碳酸分子增多、RuBP增多C.三碳酸分子減少、RuBP增多D.三碳酸分子減少、RuBP減少
方法技巧當(dāng)外界條件改變時,植物細(xì)胞中各物質(zhì)含量變化分析
1.(2016浙江4月選考,30)葉綠體中的色素、蛋白質(zhì)等在某種膜上的分布及部分反應(yīng)的示意圖如右圖,請回答下列問題。
(1)該膜是　　　　　　　　　　膜,其上含有色素和催化光反應(yīng)的　　　。光反應(yīng)中,色素吸收的光能轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP等物質(zhì)中的　　　　　　。?(2)光反應(yīng)的產(chǎn)物除圖中所示的物質(zhì)外,還有電子和　　　　　。ATP為碳反應(yīng)提供了能量和　　　　　　　　。?(3)分離新鮮菠菜葉片中的光合色素時,應(yīng)注意濾紙條上的濾液細(xì)線要高于　　　　　　的液面,濾紙條上最寬色素帶所含的色素是　　　　　　　　。?
答案:(1)類囊體(或光合)　酶　化學(xué)能　(2)NADPH　磷酸基團(tuán)　(3)層析液　葉綠素a解析:(1)分析圖示可知,該膜上發(fā)生光能的轉(zhuǎn)換,因此該膜是葉綠體中的類囊體膜(或光合膜),該膜上存在色素和催化光反應(yīng)的酶,將光能轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP和NADPH中活躍的化學(xué)能。(2)圖示中的反應(yīng)產(chǎn)物有O2、H+、ATP,除此之外還應(yīng)有NADPH和電子(e-),光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP為碳反應(yīng)中三碳酸的還原提供能量,同時也會提供磷酸基團(tuán)。(3)分離色素時,層析液不可沒過濾液細(xì)線,否則光合色素會溶于層析液而無法被分離,分離結(jié)束,距濾液細(xì)線由遠(yuǎn)及近四條色素帶分別為胡蘿卜素(橙黃色,條帶最窄)、葉黃素(黃色,條帶略窄)、葉綠素a(藍(lán)綠色,條帶最寬)、葉綠素b(黃綠色,條帶略寬)。
2.(2015浙江10月選考,30)圖甲是探究光對黑藻光合作用影響的實驗裝置,光源位置固定,且光照時間一定,反應(yīng)室的溶液中含有適量NaHCO3。圖乙為黑藻葉綠體中的某生理過程。請回答下列問題。
(1)本實驗中黑藻的光合速率可用單位時間的　　　　　表示。?(2)若變換圖甲中的光源,可改變光的　　　　或　　　　。?(3)圖乙所示的生理過程為　　　　　　循環(huán),該循環(huán)從一個　　　　　　開始,每形成1分子三碳糖磷酸需經(jīng)過　　　輪該循環(huán)。三碳糖磷酸大部分運至葉綠體外轉(zhuǎn)變成　　　　,供植物細(xì)胞利用。?

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