第9講 捕獲光能的色素和光合作用的過程
基礎(chǔ)點 捕獲光能的色素和葉綠體的結(jié)構(gòu)
重難點 光合作用的基本過程
重難點 影響光合作用的因素及應(yīng)用
強化1 光合作用與呼吸作用的綜合應(yīng)用
基礎(chǔ)點 捕獲光能的色素和葉綠體的結(jié)構(gòu)
1.色素的提取與分離實驗2.光合色素的種類、作用、分布和葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能
考點1 綠葉中色素的提取與分離
綠葉中的色素不溶于水，溶于有機溶劑：無水乙醇(或丙酮)
[P98細節(jié)] 如果只有95%的乙醇怎么辦？
不同色素在層析液中的溶解度不同。溶解度高的色素，在濾紙上隨層析液的擴散速度快；溶解度低的色素，在濾紙上隨層析液的擴散速度慢。
由石油醚、丙酮、苯按一定比例混合而成。
色素在層析液中溶解度越大，在濾紙上擴散越快
②色素帶的寬窄與含量有關(guān)，色素帶越寬說明這種色素含量越多。
③色素帶擴散速度與溶解度有關(guān)，在濾紙條上分布越高，說明擴散速度越快，溶解度越大。
綠葉中的光合色素有4種，可以歸納為兩類：
為什么許多植物到了秋天葉子就變黃了? 寒冷時葉綠素易破壞，而類胡卜素較穩(wěn)定。
四、實驗注意事項及原因分析
防止色素直接溶解到層析液中
層析完畢后應(yīng)迅速記錄結(jié)果，否則葉綠素在光下容易被分解而難以觀察
A.濾紙條上色素帶過淺，其原因有：
④選材不當，未選擇新鮮綠葉或稱取的新鮮綠葉量過少，色素含量少 。
②一次加入大量的無水乙醇，使色素提取液濃度太低。（正確操作：少量多次加入）
②未加碳酸鈣或加入的過少，色素分子（主要是葉綠素）被破壞。
①未加SiO2，研磨不充分或研磨速度太慢，乙醇揮發(fā)，色素未能充分提取出來。
③劃濾液細線的次數(shù)太少，濾紙條上的色素含量少 。
B.濾紙條下面兩條色素帶過淺，其原因有：
①實驗材料本身含有的葉綠素較少；
C.濾紙條無色素帶，其原因有：
①用清水代替乙醇進行提取
②層析時，濾液細線觸及層析液，且時間較長，色素全部溶解到層析液中
D.濾紙條上的色帶重疊
①.濾紙條上的濾液細線畫得過粗或不整齊
(實驗創(chuàng)新)提取葉綠體中的色素，也可用如圖所示的方法：即在圓心處滴加適量濾液，待干燥后再滴加適量層析液進行層析，結(jié)果會出現(xiàn)不同顏色的4個同心圓，則①～④依次對應(yīng)哪種色素及顏色？
①胡蘿卜素(橙黃色)?、谌~黃素(黃色)?、廴~綠素a(藍綠色)?、苋~綠素b(黃綠色)
知識拓展：---影響色素合成的因素
1. 光照 光是葉綠素合成的必要條件。植物在黑暗中不能合成葉綠素，使葉子發(fā)黃的現(xiàn)象，稱為黃化現(xiàn)象。
2. 溫度高溫和低溫都會抑制葉綠素的合成，破壞已有的葉綠素分子，從而使葉片變黃。
3. 礦質(zhì)元素：氮、鎂是構(gòu)成葉綠素的組分，缺鎂導致葉片發(fā)黃
4. 水：葉片缺乏水不但影響葉綠素的合成，而且促進已合成的葉綠素加速分解，造成葉片發(fā)黃
A.①②③④B.②④①③C.④②③①D.③②①④
1.葉綠體色素及其吸收光譜
二、光合色素的種類、作用、分布和葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能
葉綠體中的色素主要吸收紅光和藍紫光
◎葉綠素主要吸收藍紫光和紅光
◎類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，不吸收紅光
這4種色素吸收的光波長有差別，吸收峰不同，但是都可以用于光合作用。
色素功能：吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能。
色素吸收光的范圍：一般葉綠體中的色素只吸收可見光(可見光的波長范圍大約是400～760 nm)，對紅外光和紫外光不吸收。
1.溫室或大棚種植蔬菜時，應(yīng)選擇什么顏色的玻璃（或塑料薄膜）、光源？
2.陰天時或者夜間蔬菜大棚內(nèi)懸掛什么顏色的燈管？（相同功率的燈管）
紅光或藍紫光。植物利用光能的效率最高。
3.用綠色的玻璃可以嗎？P99
不可以，色素對綠光吸收最少，同理補充光照也不選擇綠色
1.海洋中的藻類，習慣上依其顏色分為綠藻、褐藻和紅藻，它們在海水中的垂直分布大致依次是淺、中、深。這種現(xiàn)象與光能的捕獲有關(guān)嗎？
不同顏色的藻類吸收不同波長的光。藻類本身的顏色是反射出來的光。
水層對光波中的紅、橙部分的吸收顯著多于對藍、綠部分的吸收，即到達深水層的光線是相對富含短波長的光，所以吸收紅光和藍紫光較多的綠藻分布于海水的淺層，吸收藍紫光和綠光較多的紅藻分布于海水中較深的地方。
例2 左下圖是紙層析法分離綠葉中色素的裝置圖，層析后得到不同的色素帶，在暗室內(nèi)用紅光照射四條色素帶，可以看到較暗的是( @68@ )。
A.①② B.②③C.③④ D.①④
對點練2.右上圖表示葉綠體中色素的吸收光譜（顏色深、淺分別表示吸收量多、少），圖甲、乙分別是( @70@ )。
A.胡蘿卜素、葉綠素的吸收光譜B.葉綠素、類胡蘿卜素的吸收光譜C.葉黃素、葉綠素的吸收光譜D.葉黃素、胡蘿卜素的吸收光譜
二、葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能
判斷：能進行光合作用的細胞不一定都含有葉綠體，但都含有光合色素
判斷：光合色素都分布在葉綠體類囊體薄膜上
判斷：葉綠體外膜、內(nèi)膜和類囊體薄膜都屬于生物膜
關(guān)于光合色素的4點提醒
（1）可進行光合作用的細胞不一定都含有葉綠體（如藍細菌等），但是都含有光合色素。
（2）葉綠素對紅光和藍紫光的吸收量大，類胡蘿卜素對藍紫光的吸收量大，對其他波長的光并非都不吸收，只是對有些波長的光吸收量較少。
（3）植物葉片呈現(xiàn)綠色的原因是葉片中的色素對綠光的吸收少，綠光被反射出來。
（4）植物的液泡中含有的色素不參與光合作用。
實驗一結(jié)論：葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧。（直接證明）
在“沒有空氣的黑暗環(huán)境中”進行，原因是？
排除氧氣和除極細光束以外光的影響
結(jié)合其他實驗證據(jù)，才能得出：葉綠體是進行光合作用的場所。
①水綿________________________________②好氧細菌____________________________
葉綠體大且呈帶狀,方便處理觀察
實驗二結(jié)論：葉綠體主要吸收紅光和藍紫光用于光合作用，放出氧氣。
2個實驗均不研究“光合作用產(chǎn)生有機物”
實驗材料：水綿、好氧細菌
在第二個實驗中,大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域,為什么?
因為水綿葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍紫光,在此波長光的照射下,葉綠體會釋放更多氧氣,適于好氧細菌在此區(qū)域分布。
如果對恩格爾曼的第二個實驗進行改進,用透過三棱鏡的光先通過葉綠體色素提取液,再照射到載有水綿和需氧細菌的臨時裝片上,一段時間后,需氧細菌分布有何特點?
葉綠體色素提取液主要吸收紅光和藍紫光,故先透過三棱鏡,再通過葉綠體色素提取液后照射到水綿臨時裝片上的光中沒有紅光和藍紫光,水綿不同部位的光合作用強度相差不大,產(chǎn)生氧氣的量大致相同,因此水綿周圍 需氧細菌分布無顯著差別。
1.秋天葉片變黃的原因：__________________________________________________________________________________；秋天葉片變紅的原因：__________________________________________________________________________________________________________________。
低溫下葉綠素分子易被破壞，類胡蘿卜素較穩(wěn)定，葉片顯示出類胡蘿卜素的顏色，葉片變黃
低溫和植物體內(nèi)積累的可溶性糖有利于花青素的形成，花青素在酸性的葉肉細胞中變成紅色，而葉綠素逐漸降解，葉片呈現(xiàn)紅色
2.植物工廠不用發(fā)綠光的光源，原因是______________________________________________________________________________。
發(fā)綠光的光源發(fā)出綠色的光，綠光被光合色素吸收的最少，不適合作為植物工廠的光源
[2022湖南] 葉綠體內(nèi)膜上的部分光合色素被光破壞，吸收和傳遞光能的效率降低（ ）
[2023全國乙卷,T2] 植物葉片中的色素對植物的生長發(fā)育有重要作用。下列有關(guān)葉綠體中色素的敘述，錯誤的是（ ）A. 氮元素和鎂元素是構(gòu)成葉綠素分子的重要元素B. 葉綠素和類胡蘿卜素存在于葉綠體中類囊體的薄膜上C. 用不同波長的光照射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在藍紫光區(qū)有吸收峰D. 葉綠體中色素在層析液中的溶解度越高，隨層析液在濾紙上擴散得越慢
[2016年全國卷II] 通常紅外光和紫外光可以被葉綠體的色素吸收用于光合作用（ ）
考點三 光合作用的探究歷程與光合作用的原理
實質(zhì)：合成有機物，儲存能量
一、探索光合作用原理的部分實驗
探究：光合作用釋放的O2到底來自CO2還是H2O？1939年，魯賓和卡門用同位素標記法標記氧原子
文字表述：向甲小球藻提供C18O2和O2，向乙小球藻提供CO2和H218O，置于光下培養(yǎng)，分析兩組的氧氣。結(jié)果甲：乙是16：18，結(jié)論光合作用釋放的氧全部來自于水
（1）概念：綠色植物通過⑦________，利用⑧______，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的⑨________，并且釋放出⑩______的過程。
（3）光合作用的總反應(yīng)式：?____________________________。
光能→(NADPH和ATP中)活躍化學能
第2階段：暗反應(yīng)（碳反應(yīng)）
ATP→ ADP+Pi
NADPH→NADP+
暗反應(yīng)，NADPH既作為還原劑，也能為C3的還原提供能量
(1)光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供了NADPH和ATP;暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供了ADP和Pi
(2)光反應(yīng)與暗反應(yīng)之間相互制約，相互影響。
判斷：植物在夜晚不能進行光反應(yīng)，只能進行暗反應(yīng)
暗反應(yīng)不能長期在無光環(huán)境進行
光反應(yīng)是暗反應(yīng)的物質(zhì)和能量準備階段；暗反應(yīng)是光反應(yīng)的繼續(xù)，是物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的完成階段
酶、NADPH、ATP
水的光解； ATP的生成
CO2的固定； C3的還原
光反應(yīng)是暗反應(yīng)的基礎(chǔ)，為暗反應(yīng)提供NADPH和ATP，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP和Pi，NADP+。光反應(yīng)與暗反應(yīng)之間相互制約，相互影響。
3H2O → NADP3H→ (C3H2O )
14CO2 → 14C3 →（14CH2O）+14C5
C18O2 → C3 →（CH218O）
H218O → 18O2
三、環(huán)境條件改變各物質(zhì)含量的變化分析
寫原因時務(wù)必寫2個（消耗、合成）
光合作用和化能合成作用的比較
將土壤中的氨氧化成亞硝酸，進而將亞硝酸氧化成硝酸，這兩個化學反應(yīng)中釋放出的化學能，就被硝化細菌用來將CO2和H2O合成糖類
針對練1 下圖為高等綠色植物光合作用過程的示意圖，下列說法正確的是( @46@ )。
2011年全國卷（9分）在光照等適宜條件下，將培養(yǎng)在CO2濃度為1%環(huán)境中的某植物迅速轉(zhuǎn)移到CO2濃度為0.003%的環(huán)境中。
1）圖中物質(zhì)A是 ___________（C3化合物、C5化合物）2）將CO2濃度從1%迅速降低到0.003%后，物質(zhì)B濃度升高的原因是__________________________________________________________________________。
當CO2濃度突然降低時，C5化合物的合成速率不變，消耗速率卻減慢，導致C5化合物積累
3）若使該植物繼續(xù)處于CO2濃度為0.003%的環(huán)境中，暗反應(yīng)中C3和C5化合物濃度達到穩(wěn)定時，物質(zhì)A的濃度將比B的________（低、高）。4）CO2濃度為0.003%時，該植物光合速率最大時所需要的光照強度比CO2濃度為1%時的_______（高、低），其原因_______。
CO2濃度低時，暗反應(yīng)的強度低，所需的ATP和[H]少
拓展題 .(2021·泰興月考)科學家以生長狀態(tài)相同的某種植物在適宜且穩(wěn)定的條件下開展下列實驗。請回答下列問題：
（1） 上述實驗表明,光合作用過程包含需要光的階段和___________的階段,為驗證這一觀點,可以對進行光合作用的植物短暫閉光,并提供________,經(jīng)放射性檢測后發(fā)現(xiàn)植物在短暫黑暗中會利用該物質(zhì)。
考點四 光合作用的影響因素及原理的應(yīng)用
1.光合作用的強度；2.影響光合作用的環(huán)境因素及其應(yīng)用分析；3.探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響
光合作用的影響因素及原理的應(yīng)用
1.單位時間(單位葉面積)CO2的吸收量
2.單位時間(單位葉面積)O2的釋放量
3.單位時間(單位葉面積)有機物產(chǎn)生量
植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量。
外部因素(環(huán)境)→內(nèi)部因素→光合速率
①光照強度 ②CO2濃度 ③溫度④光質(zhì) ⑤含水量 ⑥礦質(zhì)元素等
①光合色素的含量 ②光合酶的活性和數(shù)量③有機物的輸出情況 ④氣孔導度等。
延長光照時間不能提高光合作用的強度，只是延長光合作用的時間
1.外部因素 (1)單因子變量對光合作用影響的曲線分析①光照強度
影響原理：影響光反應(yīng)，制約ATP和NADPH的合成，進而制約暗反應(yīng)
光補償點：光合作用補償呼吸作用的點，即超過這個值植物才可以生長，（不是指“才開始進行光合作用”）（光=呼）
光飽和點：光合作用達到飽和時對應(yīng)的光照強度的點，不是C點，而是D點
白光>紅光>藍紫光……>綠光
在一定范圍內(nèi)，光合速率隨光照強度的增強而加快，但光照強度增加到一定強度時，光合速率不再加快，甚至降低(細胞灼傷)。
（3）限制光合作用因素 C點之前： C點之后：
溫度、CO2濃度、葉綠素等
a.陰雨天適當補充光照，及時對大棚除霜消霧。b.間作套種、合理密植（充分利用光能） * 陰生植物的光補償點和光飽和點都比陽生植物低，注意間作套種時農(nóng)作物的種類搭配、林帶樹種的配置。
圖1中A點表示CO2補償點，即光合作用速率=呼吸作用速率時CO2的濃度；圖2中A′點表示光合作用所需CO2的最低濃度,CO2濃度很低時,不能進行光合作用。B和B′點都表示CO2飽和點
應(yīng)用：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上“正其行，通其風”；增施農(nóng)家肥增大CO2濃度影響光反應(yīng)
A和A’意義不同B和B’意義相同
農(nóng)家肥被微生物分解的時候會產(chǎn)生無機鹽和CO2，從而促進光合作用
影響原理：作為光合作用的原料，影響暗反應(yīng)
限制光合作用因素C點之前：CO2濃度C點之后：光照強度等
　　　C4植物　　　　　Vｓ　 　　C3植物
C4植物的CO2補償點很低；在低CO2中存活率高；C4植物可在晚上吸收儲存CO2；C4植物在高溫下能利用儲存的CO2進行光合作用(沒有午休現(xiàn)象)。
影響原理：影響與光合作用有關(guān)酶的活性，主要影響暗反應(yīng)
應(yīng)用：①大田中適時播種; ②溫室中，適當增加晝夜溫差
光合作用最適溫度低于呼吸作用的最適溫度
將某一菜地分為A、B、C三塊，A菜地不遮陽，B菜地上方遮陽，其他條件相同，一段時間后測得B菜地蔬菜的光合作用強度比A菜地的高，原因是？
A地光照強度過高，溫度高，導致蔬菜氣孔關(guān)閉，CO2吸收受阻，光合速率降低
C菜地的上方和四周用遮陽網(wǎng)全部覆蓋，棚內(nèi)溫度比A地高，一段時間后C地的蔬菜產(chǎn)量低，原因是？
C地光照較弱，溫度升高，光合作有有關(guān)酶的活性下降，呼吸作用有關(guān)酶的活性上升，C的凈光合速率下降，產(chǎn)量下降。
影響原理：水分：影響氣孔的開閉，從而影響CO2的吸收礦質(zhì)元素：超過一定濃度后，植物會因土壤溶液濃度過高而滲透失水，出現(xiàn)萎蔫；同時還會影響葉綠素、酶等化合物的合成
植物吸收的水分，主要用于蒸騰作用。（要確保外界溶液濃度

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