5.4 光合作用与能量转化-【大鹏生物】2024高考生物一轮复习讲义

第4节 光合作用与能量转化 4.1 绿叶中色素的提取和分离 1.提取叶绿体色素 （1）实验原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。 （2）实验步骤： ①分离色素时，一般选择新鲜的绿色叶片，因为新鲜绿叶中叶绿素的含量较高。 ②研磨过程中加入无水乙醇的作用是溶解色素。 ③研磨过程要迅速、充分，目的是防止乙醇挥发，并使色素充分溶解。 ④碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏，且主要保护的是叶绿素。 ⑤二氧化硅的作用是使叶片研磨充分。 ⑥盛放滤液的试管口（烧杯）要塞严，目的是防止乙醇挥发和色素氧化。 2.分离叶绿体色素 （1）实验原理： 绿叶中的色素都能溶解在层析液中，不同的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢、这样几分钟后，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。 （2）实验步骤： ①制备滤纸条时： 一要保证滤纸干燥，目的是使层析液能够在滤纸上快速扩散；二要先剪去一端两角，目的是防止色素沿边缘扩散太快。 ②画滤液细线的要求是细、齐、直，目的是使分离出来的色素带平整不重叠。 ③画滤液细线时，要在首次画完干燥后再画1~2次，目的是使分离出的色素带清晰分明。 ④滤液细线一定不能触及层析液，以防止色素溶解在层析液中，在滤纸上观察不到色素带。 ⑤试管（烧杯）一定要盖严，防止层析液中的成分挥发。 ※大鹏老师提示※ 叶绿素a和叶绿素b分子结构中含有一个镁原子，当细胞破裂时，细胞液（液泡）内有机酸的氢可以取代镁原子而成为褐色的去镁叶绿素，碳酸钙可中和有机酸以防止去镁反应的发生。 3.实验结果分析 ①滤纸条上出现四条色素带，说明有四种色素。滤纸条从上至下色素带的颜色依次是橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色，对应色素名称依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。 ②滤纸条上出现的四条色素带的宽窄也不相同，宽窄代表的含义是色素的含量，最宽的色素带是叶绿素a，说明叶绿素a含量最多，最窄的是胡萝卜素，说明胡萝卜素的含量最少。 4.2 捕获光能的色素 1.色素的种类和色素的吸收光谱图 （1）验证实验：将绿叶中的4种色素溶液，分别放在阳光和三棱镜之间，从连续光谱中可以看到不同波长的光被吸收的情况。叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。 （2）实验现象 （3）实验结论： ①叶绿素主要吸收红光和蓝紫光： ②类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。 2.色素的功能及其分布 （1）功能：吸收、传递和转化光能。 （2）分布：光合色素并非存在于植物的整个细胞中，而是集中在一个个更小的结构——叶绿体中。 4.3 叶绿体的结构适于进行光合作用 1.叶绿体的分布和形态 （1）分布：叶绿体主要分布在绿色植物的叶肉细胞中，根尖细胞和表皮细胞等非绿色部位的细胞中则没有叶绿体。 （2）形态：被子植物的叶绿体通常呈扁平的椭球形或球形。 2.叶绿体的结构 （1）双层膜：叶绿体具有内、外双层膜结构，均为生物膜。 （2）类囊体：基粒的一个个圆饼状的囊状结构，吸收光能的色素和与光合作用相关的酶分布在类囊体的薄膜上。 （3）基粒：每个基粒都是由类囊体堆叠而成的，每个基粒都含有两个以上的类囊体，多者可达100个以上，极大地扩展了受光面积。 （4）基质：基粒与基粒之间充满了基质，基质中含有与光合作用相关的酶、少量的DNA和RNA。 3.叶绿体功能的实验探究 （1）实验原理：光合作用会释放氧气，而好氧细菌分布在氧气充足的部位，所以根据好氧细菌的分布，可以判断光合作用进行的场所。 （2）实验者：德国科学家恩格尔曼在1880年进行的。 （3）实验过程及结论 ①实验过程分析 实验一：把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中。极细的光束照射水绵一好氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中。 实验二：临时装片暴露在光下一细菌分布在叶绿体所有受光部位。 ②实验结论 a.叶绿体是进行光合作用的场所。 b.氧气是由叶绿体释放出来的。 4.4 光合作用原理的部分探究实验 实验分析 鲁宾和卡门实验 ①设计的两组实验形成相互对照，能更加直观地证明氧气是来自H2O中的氧，还是来自CO2中的氧。 ②该实验方法是同位素标记法，实验的自变量是不同的标记物质（C18O2或H218O），因变量是氧气是否是18O2。 4.5 光合作用的过程 1.光合作用 概念：绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 2.光合作用的过程 （1）根据是否需要光能，将光合作用过程概括地分为光反应和暗反应两个阶段。 I.光反应阶段：光合作用第一个阶段中的化学反应，必须有光才能进行。 ①反应场所：叶绿体的类囊体薄膜。 ②条件：光照、光合色素、与光反应相关的酶。 ③物质变化： ④能量变化：光能→ATP中活