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1、第11讲 能量之源光与光合作用,走进高考 第一关:教材关,一捕获光能的色素和结构实验:绿叶中色素的提取和分离(纸层析法)色素的种类和功能叶绿素( )叶绿素a(蓝绿色)叶绿素b(黄绿色)主要吸收_和_光类胡萝卜素( )胡萝卜素(橙黄色)叶黄素(黄色)主要吸收_光分布于叶绿体,红光,蓝紫,蓝紫,结构外表:双层膜内部基质:含暗反应所需酶基粒:由类囊体重叠而成,增大膜面积,分布着_和光反应所需_决定功能:光合作用的场所证明恩格尔曼的实验,色素,酶,二光合作用的原理和应用概念:探究历程:1771年普利斯特利(英) 1779年英格豪斯(荷) 1845年梅耶(德) 1864年萨克斯(德) 1880年恩格尔曼
2、(美) 1939年鲁宾卡门(美),ATPNADPH(【H】),叶绿体基质,固定,还原,10ATPNADPH,意义制造有机物将光能转化为化学能,储存在有机物中光合作用是最基本的物质代谢和能量代谢维持大气中O2与CO2相对稳定,促进生物进化:无氧呼吸生物 有氧呼吸生物;水生生物 陆地生物应用:提高农作物产量措施(如控制光照强弱和温度的高低,提高CO2浓度),三化能合成作用同化作用类型自养型:自己将无机物合成有机物并储存能量异养型:利用环境中现成的有机物化能合成作用:利用体外环境中某些_所释放的能量合成有机物,无机物氧化,解读高考 第二关:考点关,考点1 “绿叶中色素的提取和分离”实验分析1. 原理
3、解读(1)各种色素能溶解在有机溶剂(无水乙醇等)中形成溶液,使色素从生物组织中脱离出来(2)各种色素都能溶解在层析液中,但是在层析液中的溶解度不同溶解度大的色素分子随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢,因而不同色素可以在滤纸上扩散而分开,各种色素分子在滤纸上可形成不同的色素带,2. 实验流程图示,3. 实验疑难点拨(1)实验中几种化学试剂的作用无水乙醇可溶解叶绿体中的色素二氧化硅破坏细胞结构,使研磨充分碳酸钙防止研磨过程中色素被破坏,(2)实验成功的关键叶片要新鲜颜色要深绿,含有较多色素研磨要迅速充分叶绿素不稳定,易被活细胞内的有机酸破坏充分研磨使叶绿体完全破裂,提取较多的色素滤液细线要画得细齐
4、直,这样可以防止色素带重叠且要重复23次,以增加色素量,使色素带更加清晰滤液细线不能触及层析液,否则色素溶解到层析液中,滤纸条上得不到色素带,知识拓展,植物叶中色素的化学性质与叶色的关系,例析1下图表示叶绿体色素的提取和分离实验的部分材料和用具据图回答:,(1)图中步骤加入研钵内的物质:A_10 mL,作用是_;B_少许,作用是研磨得充分;C_少许,作用是 _(2)图中步骤将糨糊状的研磨液倒入漏斗中,漏斗底部放有 _(3)图中步骤剪去两角的作用是_,画滤液细线的要求是_ (4)图中步骤中关键应注意_;加盖的目的是_;色素带最宽的是_,扩散速度最快的是_,无水乙醇,溶解色素,二氧化硅,碳酸钙,防
5、止色素被破坏,单层尼龙布,防止色素带不整齐,细齐直,层析液不要没及滤液细线,防止层析液挥发,叶绿素a,胡萝卜素,解析:(1)研磨时需要加入3种物质:10 mL无水乙醇,作用是溶解色素;二氧化硅可以增大摩擦力,使细胞和叶绿体破碎;细胞研磨破碎后,会溢出有机酸,为防止叶绿素中的镁被氢取代,破坏叶绿素,研磨时需加入少许碳酸钙中和有机酸(2)过滤研磨液时,漏斗基部不能用滤纸,因为色素可吸附在滤纸上一般用一层尼龙布过滤(3)剪去两角的作用是防止两边色素扩散过快画滤液细线的要求是细齐直,(4)层析时的关键技术是不能让层析液没及滤液细线,否则,滤液细线会被层析液溶解,不能分离4种色素溶于层析液中,因溶解度的
6、差异,造成在滤纸条上扩散速度不同,从而达到分离的目的由于有的层析液有毒,而且可以挥发,所以要加盖色素带的宽度是由各种色素含量不同造成的,含量越多,色素带越宽,一般植物叶片中叶绿素a含量最多,所以叶绿素a色素带最宽扩散速度最快的是胡萝卜素,在色素带的最上一层,方法技巧:从色素带的宽度知色素含量的多少依次为:叶绿素a叶绿素b叶黄素胡萝卜素 从色素带的位置知在层析液中溶解度大小依次为:胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b在滤纸上距离最近的两条色素带是叶绿素a与叶绿素b,距离最远的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素,互动探究1:(1)甲同学利用新鲜的玉米绿色叶片进行“叶绿体色素提取和分离”实验,在滤纸上出现了四条
7、清晰的色素带,其中呈黄绿色的色素带为_(2)该同学改变层析液组成后继续进行实验,滤纸条上只出现了黄绿两条色素带他用刀片裁出带有色素带的滤纸条,用乙醚分别溶解条带上的色素,浓缩后用一分析仪器检测,通过分析色素溶液的_来判断条带的色素种类,叶绿素b,吸收光谱,(3)实验结束几天后,乙丙两同学发现部分预留叶片已变黄乙同学认为这是由于叶片中某些色素降解所造成的,丙同学则认为某些色素含量增加造成的根据所学知识,你将如何设计实验来判断两个同学的观点是否正确?,从预留的叶片中挑选出足量的份量相等大小相近的已变黄的叶片和尚未变黄的叶片为实验材料,在相同条件下,再次进行叶绿体色素的提取分离实验测定和记录实验结果
8、,比较这两种叶片各种色素的组成及含量后,得出结论,解析:叶绿体的四种色素中,叶绿素b呈黄绿色,黄色色素带含有叶黄素胡萝卜素,绿色部分含有叶绿素a叶绿素b,它们的吸收光谱不同,因此可用吸收光谱来判断要判断叶片变黄是由于某些色素分解还是某些色素增加造成的,可通过变黄叶和未变黄叶色素提取分离的结果作对照,比较两组色素的组成及含量即可,考点2叶绿素及吸收光谱1.影响叶绿素形成的外因(1)光是影响叶绿素形成的主要条件:一般植物在黑暗中生长都不能合成叶绿素,叶片发黄例如根不见光,质体为无色素的白色体,故根为无色然而,藻类蕨类和松柏科植物在黑暗中可合成叶绿素,但比在光照下合成少(2)温度:叶绿素的生物合成过
9、程,绝大部分都有酶的参与一般来说,叶绿素形成的最低温度是-4,秋天叶片变黄和早春寒潮过后水稻秧苗变白等现象,都与低温抑制叶绿素形成有关,(3)矿质元素:植物缺NMgFeMnCu或Zn等元素时,就不能形成叶绿素,呈缺绿病NMg都是组成叶绿素的元素,不可缺少FeMnCuZn等可能是叶绿素形成过程中某些酶的活化剂,在叶绿素形成过程中起间接作用,2.荧光现象叶绿素溶液在透射光下呈绿色,但在反射光下呈红色(叶绿素a为血红色,叶绿素b为棕红色),此为荧光现象因为叶绿素分子吸收的光能有一部分消耗于分子内部振动上,辐射出的能量就小,根据波长与光子能量成反比的规律,反射光的波长比入射光的波长要长一些,3.叶绿素
10、a与叶绿素b的比较(1)含量:叶绿素a大约是叶绿素b的3倍(2)颜色:叶绿素a为蓝绿色,叶绿素b为黄绿色(3)功能:叶绿素a可以吸收和传递光能,少数处于特殊状态的叶绿素a还可将光能转换成电能;叶绿素b只能吸收和传递光能,(4)吸收光谱:叶绿素a的吸收光谱在长波光区(640660nm的红橙光)强于叶绿素b,但在短波光区(430450 nm的蓝紫光)弱于叶绿素b如图:,知识拓展,1.连续光谱:可见光 三棱镜 赤橙黄绿青蓝紫吸收光谱:可见光 色素溶液 三棱镜 红光蓝光紫光区出现强暗带,绿光区几乎无变化(说明绿光吸收非常少)应用:(1)不同颜色的光线会对植物的生长发育产生不同的影响(2)不同的植物对不
11、同波长的光有不同的反应所以根据植物不同的品种,选择不同的色膜,就能改善作物的光合品质,2.关于影响叶绿素合成的条件及吸收光谱问题,均可作为探究素材考查探究和实验能力,例析2有甲乙丙丁4盆长势均匀的植物置于阳光下(如图所示),甲添加品红色光,乙添加绿色光,丙添加品红色滤光片A,丁添加绿色滤光片B,经过一段时间,各盆中长势最旺和长势最差的依次是下列的哪一组( )A. 甲和乙B. 乙和丙C. 甲和丁D. 丙和丁,解析:植物长势取决于其自身光合作用的强度植物进行光合作用时主要吸收红橙光和蓝紫光,图甲不仅有正常阳光,还补加了品红色光,因而光合作用最强,长势最旺丁因阳光透过绿色滤光片B后只有绿色光,而植物
12、光合作用几乎不吸收绿光,因而丁长势最差,答案:C,互动探究2-1:将4支盛有等量衣藻溶液的密闭试管,在暗室中放置一定时间后,放在图中abcd所示位置,经照射1 h后,取出衣藻加热脱色,滴加碘液,则呈现蓝色较浅的应是哪支试管中的衣藻( )A. aB. bC. cD. d,解析:光合作用在白光下效率最高,其次是红光和蓝紫光,叶绿素对绿光吸收量最少,图中太阳光经三棱镜折射后照射到b试管的是红光,照射到d试管的是蓝紫光,c试管上的光是绿光,答案:C,互动探究2-2:下图表示叶绿体中色素的吸收光谱(颜色深浅分别表示吸收量多少)甲乙两图分别是( )A. 胡萝卜素叶绿素的吸收光谱B. 叶绿素胡萝卜素的吸收光
13、谱C. 叶黄素叶绿素的吸收光谱D. 叶黄素胡萝卜素的吸收光谱,解析:(见本知识点内容),答案:B,特别提醒:在光合作用的发现中,科学家们利用了对照实验,使结果和结论更科学准确(1)萨克斯:自身对照,自变量为光照(一半曝光与另一半遮光),因变量为颜色变化(2)恩格尔曼:自身对照,自变量为光照(照光处与不照光处;黑暗与完全曝光),因变量为好氧菌的分布(3)鲁宾和卡门:相互对照,自变量为标记物质(H218O与 C18O2),因变量为O2的放射性(4)普利斯特利:缺少空白对照,实验结果说服力不强,例析3-1下图表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下,小球藻进行光合作用的实验示意图一段时
14、间后,以下相关比较不正确的是( ),A.Y2的质量大于Y3的质量B. 中小球藻的质量大于中小球藻的质量C. 中水的质量大于中水的质量D. 试管的质量大于试管的质量,解析:Y1和Y3是O2,Y2和Y4是18O2,因此Y2的质量大于Y3;中小球藻中含有(CH218O)的有机物,而中小球藻含有(CH2O)的有机物,故中小球藻质量大于;和中的水都为H218O,且含量相同,因此质量相等;在试管和原有质量相等的情况下,中释放出的是18O2,而中释放出的是O2,故剩余重量大于,答案:C,例析3-21883年德国生物学家C.Engelman设计了一个实验研究光合作用的光谱他将棱镜产生的光谱投射到丝状的水绵体上
15、,并在水绵的悬液中放入好氧细菌,观察细菌的聚集情况(如图),他得出光合作用的红光区和蓝光区最强这个实验的思路是( ),A.细菌对不同的光反应不一,细菌聚集多的地方,细菌光合作用强B. 好氧细菌聚集多的地方,O2浓度高,水绵光合作用强,则在该种光照射下植物光合作用强C. 好氧细菌聚集多的地方,水绵光合作用产生的有机物多,则在该种光照射下植物光合作用强D. 聚集的好氧细菌大量消耗光合作用产物O2,使水绵的光合作用速度加快,则该种光有利于光合作用,解析:好氧细菌的生活中是需要氧气的,因此在好氧细菌聚集的地方应该是氧气多的地方,也就是水绵光合作用强的地方,答案:B,互动探究3-1:为证实叶绿体有放氧功能,可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验,装片需要给予一定的条件,这些条件是( )A. 光照有空气临时装片中无NaHCO3稀溶液B. 光照无空气临时装片中有NaHCO3稀溶液C. 黑暗有空气临时装片中无NaHCO3稀溶液D. 黑暗无空气临时装片中有NaHCO3稀溶液,解析:叶绿体必须在有光照的条件下,由NaHCO3稀溶液提供CO2和H2O作为原料,通过光合作用才能产生氧气;要通过观察
