高三一輪復(fù)習(xí)課件-光合作用與細胞呼吸

第4節(jié)能量之源----光與光合作用“綠葉中色素的提取和分離”實驗的分析1．原理(1)葉綠體中的色素是有機物，不溶于水，易溶于丙酮等有機溶劑中，所以用丙酮、無水乙醇等能提取色素。

(2)層析液是一種脂溶性很強的有機溶劑。葉綠體中不同的色素在層析液中的溶解度不同，分子量小的溶解度高，隨層析液在濾紙上擴散得快；反之則慢。所以用層析法分離四種色素。步驟注意問題分析(1)提取綠葉中的色素5克綠葉剪碎，放入研缽，加SiO2、CaCO3和10mL無水乙醇(或5mL丙酮)迅速、充分研磨①加SiO2②加CaCO3③加丙酮④迅速研磨①加SiO2是為了使研磨更充分②加CaCO3防止研磨時葉綠素受到破壞③葉綠體色素易溶于丙酮等有機溶劑④減少研磨時葉綠素的分解，減少丙酮(有毒)揮發(fā)2．實驗步驟和分析(2)收集濾液用放有單層尼龍布的漏斗過濾，將濾液收集到小試管中，用棉塞塞住試管口①尼龍布起過濾作用②試管口用棉塞塞緊是為了防止丙酮(無水乙醇)揮發(fā)(3)制備濾紙條將干燥的濾紙，剪成略小于試管長與直徑的濾紙條，將濾紙條的一端剪去兩角，并在距離這一端1cm處用鉛筆畫一條細的橫線。①干燥②順著紙紋剪成長條③一端剪去二個角（對稱）④鉛筆①可吸收更多的濾液,使層析液在濾紙條上擴散速度快②層析時，色素分離效果好③可使層析液同時到達濾液細線④不能用圓珠筆，原因是圓珠筆中有色素，會干擾實驗(4)劃濾液細線用毛細吸管吸取少量濾液，沿鉛筆線劃出細、齊、直的一條濾液細線，干后重復(fù)一兩次①濾液細線越細、越齊越好②重復(fù)一兩次①使分離的色素平整，不重疊②增加色素在濾紙上的附著量，使實驗結(jié)果更明顯(5)紙層析法分離色素將適量層析液倒入燒杯，將濾紙條(劃線一端朝下)插入層析液中，用培養(yǎng)皿蓋蓋上燒杯①層析液不能沒及濾紙條細線②燒杯要蓋培養(yǎng)皿蓋①防止色素溶解在層析液中②層析液中的苯、丙酮、石油醚易揮發(fā)實驗結(jié)果：討論：1.濾紙條上有幾條不同顏色的色帶？其排序怎樣？寬窄如何？這說明了什么？2/1/20236步驟注意問題分析(6)觀察實驗結(jié)果擴散最快：胡蘿卜素；擴散最慢：葉綠素b；含量最多：葉綠素a①從色素帶的寬度可知色素的含量：葉綠素a>葉綠素b>葉黃素＞胡蘿卜素②從色素帶的位置可知在層析液中的溶解度大小為：胡蘿卜素＞葉黃素＞葉綠素a>葉綠素b③在濾紙上距離最近的相鄰的兩條色素帶是葉綠素a與葉綠素b，距離最遠的相鄰的兩條色素帶是胡蘿卜素與葉黃素續(xù)表葉綠素類胡蘿卜素（含量約3/4）（含量約1/4）葉綠素a（藍綠色）葉綠素b（黃綠色）胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）綠葉中的色素【突破題1】下列哪組是影響葉綠體色素分離效果的關(guān)鍵步驟？()①選植物綠葉②研磨③過濾④畫濾液細線⑤層析時不要讓濾液細線觸及層析液⑥觀察色素帶A．①④⑤C．②③④B．①②③D．②③⑥

【解題指導(dǎo)】要選取葉綠素含量高的植物葉片，研磨要充分，得到的色素多，濾液細線不要觸及層析液，才能達到滿意的分離效果。過濾只影響色素帶的清晰度，不影響色素帶的分離。

【答案】A2、色素的吸收光譜葉綠素溶液葉綠素主要吸收紅光和藍紫光類胡蘿卜素主要吸收藍紫光類胡蘿卜素溶液色素的吸收光譜圖400500600700nm10050吸收光能百分比葉綠素類胡蘿卜素可見光區(qū)葉綠素：吸收藍紫光和紅光類胡蘿卜素：吸收藍紫光結(jié)論：問題：這些捕獲光能的色素存在于細胞中的什么部位？

1817年，兩位法國科學(xué)家首次從植物中分離出葉綠素，當(dāng)時并不清楚葉綠素在植物細胞中的分布情況。1865年，德國植物學(xué)家薩克斯研究葉綠素在光合作用中的功能時，發(fā)現(xiàn)葉綠素并非普遍分布在植物的整個細胞中，而是集中在一個更小的結(jié)構(gòu)里，后來人們稱之為葉綠體。3.葉綠體葉片中的葉肉細胞綠葉回顧

葉肉細胞亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖

葉綠體亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖捕捉光能的色素存在于細胞中的什么部位？D【案例2】分別在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個研缽中加2g剪碎的新鮮菠菜綠葉，并按下表所示添加試劑，經(jīng)研磨、過濾得到三種不同顏色的溶液，即：深綠色、黃綠色、幾乎無色。

注：“＋”表示加，“－”表示不加。則Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個研缽中的溶液顏色分別是()A．幾乎無色、黃綠色、深綠色B．深綠色、幾乎無色、黃綠色C．黃綠色、深綠色、幾乎無色D．黃綠色、幾乎無色、深綠色處理ⅠⅡⅢSiO2(少量)＋＋＋CaCO3(少量)－＋＋95%乙醇(10mL)＋－＋蒸餾水(10mL)－＋－D【實驗設(shè)計】某同學(xué)在做“綠葉中色素的提取和分離”實驗時，操作情況如下所述：(1)把5g新鮮完整的菠菜葉放在研缽中，加入無水乙醇、石英砂、CaCO3以后，迅速研磨。(2)用毛細吸管吸取少量濾液，沿濾紙上的鉛筆線處小心均勻地畫出一條濾液細線，并連續(xù)迅速地重復(fù)畫2～3次。(3)把畫了細線的濾紙條插入層析液中，并不斷搖晃，以求加快色素在濾紙條上的擴散速度。結(jié)果實驗失敗，請指出其錯誤所在并改正?！窘馕觥看祟}考查“綠葉中色素的提取和分離”實驗的常見錯誤。取材應(yīng)是新鮮的濃綠菠菜葉，為了盡量多地獲取色素，應(yīng)將葉片剪碎再研磨。畫濾液細線時，為了增加濾紙上色素的含量，應(yīng)重復(fù)畫2～3次，但每畫一次后應(yīng)待晾干后重復(fù)畫線。進行層析時，為了避免濾液細線觸及層析液，應(yīng)保持濾紙條靜止，切勿搖晃?！敬鸢浮?1)不應(yīng)用完整葉片而應(yīng)剪碎。(2)不應(yīng)連續(xù)迅速重復(fù)畫線，而應(yīng)晾干后重復(fù)畫線。(3)不應(yīng)搖晃以免層析液沒及濾液細線。結(jié)論:葉綠體是進行光合作用的場所，它內(nèi)部的巨大膜表面上，不僅分布著許多吸收光能的色素分子，還有許多進行光合作用所必需的酶。討論：恩格爾曼實驗在設(shè)計上有什么巧妙之處？（1）、用水綿作實驗材料，有細而長的帶狀葉綠體，螺旋狀分布在細胞中，便于觀察和分析研究。（2）、將臨時裝片置于黑暗且沒有空氣的環(huán)境中，排除了環(huán)境中光線和O2的影響，從而確保實驗?zāi)茼樌M行。（3）、用極細的光束照射，并且用好氧菌進行檢測，能準確的判斷水綿細胞中放O2部位。（4）、進行黑暗（局部光照）與曝光的對照實驗，從而明確實驗結(jié)果完全是由光照引起的。對照實驗的類型1．空白對照：指不做任何實驗處理的對象組2．相互對照：指不另設(shè)空白對照，而是設(shè)有幾個實驗組相互對比來進行研究3．條件對照：指給實驗對象施以某些額外的實驗處理。4．自身對照：指實驗與對照在同一對象上進行，不另設(shè)對照組。自身對照關(guān)鍵是要看清楚實驗處理前后現(xiàn)象變化的差異，實驗處理前的對象狀況為對照組，實驗處理后的對象變化則為實驗組。二、光合作用的原理和應(yīng)用1、光合作用的概念指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。2、光合作用的實質(zhì)合成有機物，儲存能量光合作用的探究歷程結(jié)論：水分是植物建造自身的原料。17世紀海爾蒙特栽培的柳樹實驗一段時間后一段時間后1771年普利斯特利實驗普利斯特利實驗結(jié)論：植物可以更新空氣有人重復(fù)了普利斯特利的實驗，得到相反的結(jié)果，所以有人認為植物也能使空氣變污濁？1779年，荷蘭的英格豪斯普利斯特利的實驗只有在陽光照射下才能成功；植物體只有綠葉才能更新空氣。到1785年，發(fā)現(xiàn)了空氣的組成，人們才明確綠葉在光下放出的是O2，吸收的是CO2。水二氧化碳氧氣光？光能化學(xué)能儲存在什么物質(zhì)中？德國梅耶1864年，薩克斯的實驗（置于暗處幾小時）思考：目的是什么？一半遮光一半曝光為了使綠葉中原有的有機物消耗殆盡1864年，德國薩克斯實驗黑暗處理一晝夜讓一張葉片一半曝光一半遮光綠葉在光下制造淀粉。用碘蒸氣處理這片葉，發(fā)現(xiàn)曝光的一半呈深藍色，遮光的一半則沒有顏色變化。光合作用釋放的O2來自CO2還是H2O？結(jié)論第一組光合作用產(chǎn)生的O2來自于H2O。H2180C02H20C18O2第二組1802021935年美國魯賓和卡門實驗（同位素標記法）結(jié)論光合作用產(chǎn)生的有機物又是怎樣合成的？美國卡爾文用14C標記14CO2，供小球藻進行光合作用，探明了CO2中的C的在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機物中C

的途徑，稱為卡爾文循環(huán)。年代科學(xué)家結(jié)論1664海爾蒙特水分是植物建造自身的原料1771普利斯特利植物可以更新空氣1779英格豪斯只有在光照下只有綠葉才可以更新空氣1845R.梅耶植物在光合作用時把光能轉(zhuǎn)變成了化學(xué)能儲存起來1864薩克斯綠色葉片光合作用產(chǎn)生淀粉1880恩格爾曼氧由葉綠體釋放出來。葉綠體是光合作用的場所。1939魯賓卡門光合作用釋放的氧來自水。20世紀40代卡爾文光合產(chǎn)物中有機物的碳來自CO2光合作用的定義綠色植物通過葉綠體，利用光能，把CO2和H2O轉(zhuǎn)化成儲存能量的有機物，并釋放出O2的過程。總結(jié)光合作用的反應(yīng)式反應(yīng)物、條件、場所、生成物CO2＋H2O（CH2O）＋O2光能葉綠體糖類光合作用過程光反應(yīng)暗反應(yīng)劃分依據(jù):反應(yīng)過程是否需要光能H2O類囊體膜酶Pi

＋ADPATP光反應(yīng)階段光、色素、酶葉綠體內(nèi)的類囊體薄膜上水的光解：2H2O4[H]+O2光能（還原劑）ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）ATP酶光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的化學(xué)能貯存在ATP中[H]場所：條件：物質(zhì)變化能量變化進入葉綠體基質(zhì)，參與暗反應(yīng)供暗反應(yīng)使用CO2

五碳化合物

C5

CO2的固定三碳化合物

2C3C3的還原葉綠體基質(zhì)多種酶H2O類囊體膜酶Pi

＋ADPATP[H]糖類卡爾文循環(huán)暗反應(yīng)階段CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的還原：ATP[H]、ADP+Pi葉綠體的基質(zhì)中

ATP中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惖?/p>

有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能2C3(CH2O)＋C5

酶糖類[H]、ATP、酶場所：條件：物質(zhì)變化能量變化CO2

五碳化合物

C5

CO2的固定三碳化合物

2C3葉綠體基質(zhì)多種酶糖類ATP[H]

聯(lián)系比較光反應(yīng)、暗反應(yīng)光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段條件場所物質(zhì)變化能量變化光、色素、酶、不需光、酶葉綠體類囊體膜葉綠體基質(zhì)中水的光解；ATP的生成CO2的固定；C3的還原

ATP中活躍化學(xué)能光能ATP中活躍化學(xué)能有機物中穩(wěn)定化學(xué)能1、光反應(yīng)是暗反應(yīng)的基礎(chǔ)，為暗反應(yīng)提供[H]和ATP，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP和Pi。2、沒有光反應(yīng)，暗反應(yīng)無法進行；沒有暗反應(yīng)，有機物無法合成。

CO2+H2O（CH2O）+O2光能葉綠體色素分子可見光C52C3ADP+PiATP2H2OO24[H]多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解能固定還原酶光反應(yīng)暗反應(yīng)光合作用總過程：原料和產(chǎn)物的對應(yīng)關(guān)系：（CH2O）CHOCO2CO2H2OO2H2O能量的轉(zhuǎn)移途徑：碳的轉(zhuǎn)移途徑：光能ATP中活躍的化學(xué)能(CH2O)中穩(wěn)定的化學(xué)能CO2C3（CH2O）下圖是光合作用過程圖解，請分析后回答下列問題：①圖中A是______,B是_______,它來自于______的分解。②圖中C是_______，它被傳遞到葉綠體的______部位，用于____________________。③圖中D是____，在葉綠體中合成D所需的能量來自______④圖中G________,F是__________,J是_____________⑤圖中的H表示_______，H為I提供__________光H2OBACDE+PiFGCO2JHIＯ2水[H]基質(zhì)用作還原劑，還原C3ATP色素吸收的光能光反應(yīng)[H]和ATP色素C5化合物C3化合物糖類B光合作用原理的應(yīng)用影響光合作用強度的因素？CO2的濃度，光照的長短與強弱；光的成分；溫度的高低、必需礦物質(zhì)元素、水分等。例：適當(dāng)提高CO2的濃度（溫室大棚），增加光照時間和光照強度，農(nóng)作物間距合理，選擇適當(dāng)?shù)墓庠吹取?4)H2O：原料之一(5)礦質(zhì)元素：葉綠素的組成元素Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｍg(6)葉齡：H2O/礦質(zhì)元素光合速率光合速率葉齡光照強度光反應(yīng)溫度的高低暗反應(yīng)最適溫度隨著溫度的升高，酶活性降低，光合作用速率降低二氧化碳濃度暗反應(yīng)3、提高農(nóng)作物光合作用強度的措施1、適當(dāng)提高光照強度、延長光照時間3、適當(dāng)提高CO2濃度4、適當(dāng)提高溫度5、適當(dāng)增加植物體內(nèi)的含水量6、適當(dāng)增加礦質(zhì)元素的含量2、合理密植(2010·安徽高考)為探究影響光合作用強度的因素，將同一品種玉米苗置于25℃條件下培養(yǎng)，實驗結(jié)果如圖所示。請回答：(1)與D點相比，B點條件下限制玉米對CO2吸收量的因素是__________，C點條件下限制玉米對CO2吸收量的主要因素是__________。(2)實驗結(jié)果表明，在__________的條件下施肥效果明顯。除本實驗所涉及的因素外，從增加光合作用面積的角度考慮，采取__________措施能提高玉米的光能利用率。光照強度(或光強)土壤含水量土壤含水量40%～60%合理密植化能合成作用自養(yǎng)生物以光為能源，以CO2和H2O（無機物）為原料合成糖類（有機物），糖類中儲存著由光能轉(zhuǎn)換來的能量。例如綠色植物。異養(yǎng)生物只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機物來維持自身的生命活動。例如人、動物、真菌及大多數(shù)的細菌。化能合成作用利用環(huán)境中某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物。少數(shù)的細菌，如硝化細菌。光能自養(yǎng)生物化能自養(yǎng)生物所需的能量來源不同（光能、化學(xué)能）能夠利用體外環(huán)境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物的合成作用例如：硝化細菌、硫細菌、鐵細菌等少數(shù)種類的細菌化能合成作用2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量酶2HNO2+O22HNO3+能量酶6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O能量酶光合作用與化能合成作用的比較光合作用化能合成作用本質(zhì)都能將二氧化碳和水等無機化合物合成有機化合物能量光能氧化無機化合物放出化學(xué)能代表生物綠色植物硝化細菌等微生物1、區(qū)別光合作用細胞呼吸發(fā)生范圍與光的關(guān)系場所物質(zhì)變化能量變化實質(zhì)含光和色素的細胞所有活細胞在光照下才能進行與光無關(guān)，每時每刻都在進行葉綠體（原核細胞除外）細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體合成有機物分解有機物儲能，光能→化學(xué)能放能，化學(xué)能→熱能和ATP合成有機物，儲存能量分解有機物，釋放能量③曲線分析光合作用為生物界提供了賴以生存的物質(zhì)和能量基礎(chǔ)，細胞呼吸為生物體的生命活動提供了直接能源。下列有關(guān)光合作用和細胞呼吸的敘述正確的是()A．光合作用與細胞呼吸總是同時進行的B．光合作用形成的糖類和O2可在細胞呼吸中被利用C．光合作用產(chǎn)生的ATP主要用于細胞呼吸D．光合作用在葉綠體中進行，需要消耗O2【解析】

本題考查光合作用與細胞呼吸的關(guān)系。光合作用必須在有光條件下才能進行，而細胞呼吸在有光和無光條件下都能進行；光合作用可以為細胞呼吸提供糖類和O2，但光合作用的光反應(yīng)中產(chǎn)生的ATP只能用于暗反應(yīng)，不能用于除此以外的其他生命活動?！敬鸢浮?/p>

B(2011·新課標全國高考)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%環(huán)境中，其葉片暗反應(yīng)中C3和C5化合物微摩爾濃度的變化趨勢如下圖?；卮鹣铝袉栴}：(1)圖中物質(zhì)A是__________(填“C3化合物”或“C5化合物”)。(2)在CO2濃度為1%的環(huán)境中，物質(zhì)B的濃度比A的低，原因是________________________________________________________________；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______________