第10.1讲 光合作用的探究实验和基本原理-【高效备战】2025届高考生物一轮复习课件

第10讲 光合作用的探究实验和基本原理 第三单元 细胞的能量供应和利用 序号 内容要求 1 说明：植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能 2 活动：提取和分离叶绿体色素 【课程标准】 绿叶中色素的 提取和分离 叶绿体的结构适 于进行光合作用 光合作用 的原理 03 目录 CONTENTS 01 02 2 【第1-2课时】 考点一：光合作用的部分探究实验 探究1：光合色素的种类——绿叶中色素的提取和分离实验(19世纪早期)。 考点一：光合作用的部分探究实验。 项目 原理 方法 提取 绿叶中的色素能溶解在有机溶剂__________中，因此可用________(也可用________加入___________来代替)提取绿叶中的色素 分离 绿叶中的各种色素在_______中的_______不同，使其在_____上的_________不同。其中________的色素扩散得快，反之则慢，各种色素因此得以分开 1.原理方法。 无水乙醇 95%乙醇 无水乙醇 无水乙醇 提取法 溶解度 溶解度高 层析液 纸层析法 扩散速度 滤纸 【温馨提示】光合色素属于脂溶性色素，层析液由20份石油醚、2份丙酮、1份苯混合而成。 否 无水Na2CO3 溶解度无明显差别 能否用无水乙醇代替层析液来分离色素？ 脂溶性 探究1：光合色素的种类——绿叶中色素的提取和分离实验(19世纪早期)。 SiO2 碳酸钙 无水乙醇 层析液 2.材料用具。 项目 材料-试剂 用具 提取 新鲜的绿叶(如_______) ________(也可用______________________) _____、_______ 天平、研钵、漏斗、尼龙布、试管、棉塞、药匙、量筒等 分离 新鲜的_________________ ______(组分：60~90℃分馏出 的石油醚:丙酮:苯=20:2:1) 干燥的定性滤纸、剪刀、铅笔、吸管、试管或烧杯、培养皿、棉塞等 95%乙醇+无水Na2CO3 无水乙醇 菠菜叶研磨液滤液 菠菜叶 层析液 SiO2 CaCO3 【温馨提示】为__________________________________，分离色素应在通风好的条件下进行。实验结束应尽快__________。 用肥皂洗手 考点一：光合作用的部分探究实验。 减少吸入层析液中有毒性的挥发性物质 3.实验步骤。 步骤 操作图（称→剪→研→滤） 温馨提示 提取色素 称量 剪碎 研磨 过滤 收集 滤液 称量5g新鲜菠菜叶 去除主脉 迅速/充分 5~10mL 放一块单 层尼龙布 糨糊状 选新鲜绿叶的原因 ____________ 色素含量高 SiO2______________ CaCO3_____________ 乙醇______________ 迅速______________ 研磨充分，释放多 防叶绿素被酸破坏 溶解和提取色素 防乙醇挥发/叶氧化 棉塞 塞严 过滤不用滤纸和纱布 的原因____________ 塞严目的__________ ____________ 防乙醇挥发 防叶绿素氧化 会吸附色素 探究1：光合色素的种类——绿叶中色素的提取和分离实验(19世纪早期)。 考点一：光合作用的部分探究实验。 考点一：光合作用的部分探究实验。 3.实验步骤。 探究1：光合色素的种类——绿叶中色素的提取和分离实验(19世纪早期)。 步骤 操作图（备→画→析） 温馨提示 分离色素 制备滤纸条 画滤液线 层析色素 剪角,距一端1cm处 画一条铅笔细线 剪两角 防止色素提前扩散 防止边缘过快 色素带不齐/重叠 干燥 【要求】细-直-齐 干燥后重画/按1～2次 积累更多色素 使色素带明显 防色素带不齐/重叠 方法一 方法二 (蘸取按压) 防止色素溶解到 层析液中而不分离 滤液线不能 触及层析液 防层析液挥发(有毒) 棉塞 或 加培养皿盖 层析液液面 滤液细线 探究1：光合色素的种类——绿叶中色素的提取和分离实验(19世纪早期)。 4.实验结果。 从上往下(从快到慢)依次是：_________________ 从宽到窄(从多到少)依次是：_________________ 5. 实验结论：绿叶中的光合色素(捕光色素)有__种__类。 颜色 名称 宽窄/含量 扩散快慢 溶解度 胡萝卜素 叶 黄 素 叶绿素a 叶绿素b 最少 较少 最多 较多 最快 较快 较慢 最慢 最高 较高 较低 最低 4 2 橙黄色 黄 色 蓝绿色 黄绿色 3C55H72O5N4Mg 叶绿素（3/4） 1C55H70O6N4Mg 1C40H56 类胡萝卜素（1/4） 2C40H56O2 胡黄ab ab黄胡 【层析结论】___种___类 【层析原理】扩散速度和溶解度不同 4 2 蓝细菌呢？ 叶绿素 藻蓝素 橙黄蓝黄 蓝黄黄橙 考点一：光合作用的部分探究实验。 叶黄素 OH HO 【辨析结构】 探究1：光合色素的种类——绿叶中色素的提取和分离实验(19世纪早期)。 5.实验注意。 (1)材料要选幼嫩、鲜绿的叶片，如菠菜叶。因为该类叶片富含叶绿体。 (2)研磨要迅速，以减少研磨过程中叶绿素的分解和有毒性的丙酮挥发。 (3)加二氧化硅是为了研磨充分，加碳酸钙可防止研磨时叶绿素受到破坏。 (4)滤纸条要预先干燥处理，以防止色素提前扩散。 (5)双手不要接触滤纸面，以防止手上的油脂或其他脏物污染滤纸。 (6)将干燥的滤纸一端剪去两角，可以使层析液同时到达滤液细线，层析时的色素分离效果好。 (7)滤液收集后，要及时用棉塞将试管口塞紧，以免滤液挥发。 (8)画滤液细线越细越齐越好，以防止分离后色素带之间部分重叠。画滤液细线需要重复一到两次，以增加色素在滤纸上的附着量，使结果更明显。 考点一：光合作用的部分探究实验。 圆形滤纸层析法 操作 结果 色素颜色 色素名称(含量) 橙黄色 胡萝卜素 黄 色 叶黄素 蓝绿色 叶绿素a 黄绿色 叶绿素b 第1步：向培养皿中倒入________，棉线灯芯下端（b点）应_________。 第2步：将提取到的色素滤液用吸管滴在a、b中的____处。 层析液 浸没其中 a 类胡萝卜素(1/4) 叶绿素(3/4) 色素滤液点样处 滤纸边缘 探究1：光合色素的种类——绿叶中色素的提取和分离实验(19世纪早期)。 考点一：光合作用的部分探究实验。 1.“材料试剂”类。 正常选择 操作失误 提取的滤液颜色 分离出的色素带 新鲜绿叶 无水乙醇 层析液 SiO2 CaCO3 充分研磨 无色素带 4条带都色浅 “叶”几乎无,“类”不变 无色素带 无色素带 “叶”几乎无,“类”不变 无色 黄色 浅绿色 “叶”浅绿色,“类”不变 浅绿色 无色 4条带都色浅 浅绿色 黄色 浅绿色 4条带都色浅 白化苗 黄叶 过多 蒸馏水 蒸馏水 不加或加入少 不加或加入少 研磨不充分 【操作失误】 绿叶中色素的提取和分离实验 放置过久的浅绿叶 操作 正确 失误 只画一次 画得不直 画得过粗 漏画滤线 触及液面 结果 如图 (2)“画滤液线”类。 色素带 重叠 色素带 重叠 无 色素带 无 色素带 色素带 色浅而窄 标准划线 画得过粗 忘记划线 画得不直 只画一次 触及层析液 【操作失误】 绿叶中色素的提取和分离实验 【走进科学】 1.合成：受三大因素的影响。 叶绿素的合成与分解 2.分解：不稳定，易分解。 ①光照：光是叶绿体发育和叶绿素合成必不可少的条件。植物在缺光条件下影响叶绿素形成而使叶子发黄的现象，称为黄化现象。 ②温度：最适温度是20~30℃，最低温度约为2~4℃，最高温度为40℃左右 温度过高或过低均降低合成速率，加速叶绿素降解。 秋天叶子变黄和早春寒潮过后秧苗变白等现象，都与低温抑制叶绿素形成有关。 ③矿质元素：氮、镁是叶绿素的组分；铁、铜、锰、锌是叶绿素合成酶的辅因子。 ④水：植物缺水会抑制叶绿素的生物合成，且与蛋白质合成受阻有关。严重缺水时，叶绿素合成减慢，降解加速，所以干旱时叶片呈黄褐色 由液泡中的花青素所致 【温馨提示】黑暗或土壤缺N、Mg或Fe，都会使绿叶变黄，这是因为： __________________________________________________________________。 叶片为何多为绿色？ 叶绿素＞类胡萝卜素 秋天的叶为何会变黄？ 类胡萝卜素＞叶绿素 某些植物叶为何出现红色、蓝色、紫色呢？ 缺光、N、Mg或Fe都会使叶绿素的合成减少而分解增多，进而使“类＞叶” (秋天：低温、紫外线多) (叶绿素合成少而分解多) 【叶色】绿色和黄色由_______中的光合色素决定， 而红色、蓝色、紫色由_______中的花青素决定 叶绿体 液泡 【走进生活】 显微结构 存在部位 色素 溶解性 颜色 色变因素 光合色素 细胞液色素 【辨析提升】 绿色植物的两类色素 脂溶性 水溶性 橙黄、黄、绿 红、蓝、紫 含量 pH 叶绿体 液 泡 【走进生活】 Why炒菜汤不出色？ Why炒菜汤出色？ 胡萝卜 苋菜 1.下列是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况，以下说法正确的是 A．提取色素时加入碳酸钙是为了防止滤液挥发 B．水稻在收获时节，叶片中色素量的情况是(甲+乙)<(丙+丁) C．四种色素都能溶解在层析液中，乙色素的溶解度最大 D．四种色素中，甲在层析液中溶解度最大 色素含量 甲 乙 丙 丁 扩散距离 【反馈联系】 2.异常现象 原因分析 提取滤液为浅绿色 色素带异常 色素带重叠 无色素带 仅上2条带 ①乙醇过多 ②加CaCO3过少 ④放置过的浅绿色叶片 ③几乎未加SiO2 ①滤纸条未干燥 ②未剪滤纸的两角 ③画线未达到“细-直-齐”的要求 ①白化叶 ②蒸馏水提取或层析 ④滤液细线触及层析液 ③未画滤液线 ①未加CaCO3 ②黄叶 【反馈联系】 3.甲、乙、丙、丁、戊、己六位同学，分别利用菠菜叶进行叶绿体中色素的提取和分离实验，由于操作失误而得到了以下六种异常结果，请探讨原因。 丁同学 未加CaCO3 标准 甲同学 乙同学 丙同学 白化苗、蒸馏水、漏画线、画线触及层析液 SiO2不加/过少/不充分、乙醇过多、画线次数少 黄叶 标准 戊同学 CaCO3过少 画线没有细直齐 未剪两角 滤纸条未干燥 己同学 色素带重叠 【反馈联系】 1.探究光合色素作用的实验： 探究2：光合色素的作用和分布。 滤纸上叶绿素溶液 太阳的连续光谱 叶绿素吸收光谱 类胡萝卜素吸收光谱 三棱镜 滤纸上类胡萝卜素溶液 【实验结果】叶绿素的吸收光谱________区都有变暗(不连续)，_______________区最暗 可见光 类胡素 【准备4种色素溶液】 将分离出的四种色素分别用无水乙醇溶解 400nm 760nm 可见光 红外线 紫外线 考点一：光合作用的部分探究实验。 蓝紫光和红光 ____________________区变暗，___________ 蓝紫光和青绿光 蓝紫光 【操作过程】 1.探究光合色素作用的实验。 探究2：光合色素的作用和分布。 叶绿素 (约3/4) 叶绿素a(C55H72O5N4Mg) 主要吸收_____________ 叶绿素b(C55H70O6N4Mg) 类胡萝卜素 (约1/4) 胡萝卜素(C40H56) 主要吸收________ 叶黄素(C40H56O2) 蓝紫光和红光 蓝紫光 太阳光 连续光谱 叶绿素 吸收光谱 类胡萝卜素 吸收光谱 考点一：光合作用的部分探究实验。 【实验结论】 (色素作用) 能用于光合作用吗？ 不能。因为离体 1.探究光合色素作用的实验。 探究2：光合色素的作用和分布。 紫 蓝 青 绿 黄 橙 红 波长(nm) 吸光率(%) 叶绿素a 叶绿素b 叶绿素b 类胡萝卜素 叶绿素a 【思考】绿叶中的光合色素有何作用呢？____、____、____(少数叶a)光能。 【常考】光合色素对不同可见光的吸收率虽有差异，但____用于光合作用。 转换 吸收 都能 转换 吸收 传递 考点一：光合作用的部分探究实验。 传递 吸收 转换 传递 转换(需酶) 吸收 O2 1.探究光合色素作用的实验。 探究2：光合色素的作用和分布。 【生产应用】塑料大棚栽培时，白天为提高光能利用率，常选择___色(选蓝紫、红、绿、白)塑料薄膜；植物工厂在阴雨天或夜间人工补光时应补________光。 白 蓝紫或红 紫 蓝 青 绿 黄 橙 红 波长(nm) 吸光率(%) 叶绿素a 叶绿素b 叶绿素b 类胡萝卜素 叶绿素a 考点一：光合作用的部分探究实验。 【反馈练习】 1.如图小球藻光合速率由快到慢对应的 玻璃颜色____＞______＞____＞____。 白色 蓝紫色 红色 绿色 (1)浅水层≈陆地：富含七色光，喜好吸收__________光的藻类生存，主要反射___光，故为绿藻。 2.海洋中的藻类植物，习惯上依其颜色分为绿藻，褐藻、红藻，它们在海水中的垂直分布依次是浅、中、深，这与光能的捕获有关吗？ 蓝紫光和红 绿 【提示】水层主要吸收长波光。因此，海水越深，蓝紫等短波光越多 (2)深水层：主要是蓝紫光，喜好吸收_____光的藻类生存，大量反射的光有___________光，故为红藻。 蓝紫 红光等长波 考点一：光合作用的部分探究实验。 2.合理推测：光合色素的分布。 探究2：光合色素的作用和分布。 提取 (无水乙醇) 分离 (层析液) 叶绿体 (含____性色素) 液 泡 (含____性色素) 电镜下 外膜 内膜 类囊体膜 推测1：光合色素分布在植物细胞的 ______中。依据_________________ 叶绿体 色素易溶于有机溶剂 水溶 脂溶 推测2：光合色素具体分布在叶绿体的 _________上。依据_________________ 类囊体膜 蓝细菌光合色素呢？ (分散的类囊体) 1个基粒= 2～100多个 放大 该膜增大受光面积 捕光色素 【叶绿体的功能】 是进行________的场所 探究2：光合色素的作用和分布。 基质 外膜 内膜 类囊体膜 基粒 色素 不参与光合作用 参与光合作用 【归纳提升】叶绿体进行光合作用的结构基础是____________________。 类囊体膜和 叶绿体基质 考点一：光合作用的部分探究实验。 2.合理推测：光合色素的分布。 【研究表明】 光反应 暗反应 极大扩展了受光面积 酶 酶 色素 酶 色素 酶 光合作用 （基粒） (光反应场所) (暗反应场所) 暗反应 【反馈练习】 外膜 叶绿体基质 暗反应 类囊体 色素 光反应 光合作用 光反应 有哪些实验证据呢？ 探究3：叶绿体的部分功能。 1.1881年恩格尔曼的水绵实验。 考点一：光合作用的部分探究实验。 德国·恩格尔曼 (1843-1909) 【选材】水绵又名石衣、水衣、水苔、石发，是一种生活在淡水里的_____多细胞丝状藻类(属________)，内含有1～16条________分布的叶绿体。 螺旋带状 真核 低等植物 项目 第1个实验 第2个实验 过程 结果 分析 结论 三棱镜 需氧细菌集中分布在 __________________ 叶绿体的受光部位 需氧细菌均匀分布在 __________________ 叶绿体的所有部位 需氧细菌主要分布在 _____________________ 叶绿体受红和蓝紫光部位 自变量叶绿体受光——— 叶绿体的受光部位放氧 叶绿体主要吸收红光和 蓝紫光(也说明含光合色素) 无空气且黑暗小室 探究3：叶绿体的部分功能。 1.1881年恩格尔曼的水绵实验。 考点一：光合作用的部分探究实验。 无空气且黑暗小室 【制临时装片】 水绵 + 需氧细菌 无空气且黑暗小室 极 细 光 束 完 全 光 照 叶绿体是否受光 自变量叶绿体受光——— 自变量叶绿体受光——— 叶绿体放氧 有无叶绿体 光质(光波长) 再次证明 自变量 是否 受光 自变量 有无 叶绿体 自变量 光质 (光波长) 项目 第1个实验 第2个实验 过程 三棱镜 无空气且黑暗小室 探究3：叶绿体的部分功能。 1.1881年恩格尔曼的水绵实验。 考点一：光合作用的部分探究实验。 无空气且黑暗小室 无空气且黑暗小室 极 细 光 束 完 全 光 照 自变量 是否 受光 自变量 有无 叶绿体 自变量 光质 (光波长) (1)恩格尔曼在实验的选材和设计上分别有什么巧妙之处？ ①巧妙选材:水绵(_____________便于观察),需氧细菌(便于判断________) 螺旋带状叶绿体 ②巧妙设计：采用无空气黑暗环境(排除________的干扰)；采用三种相互对照(__________________________)展开对比实验。 原氧、光 是否受光、有无叶绿体、光质 放氧部位 糖类等 (2)恩格尔曼实验能否说明：叶绿体就是光合作用的场所？ 否。只能说明：叶绿体是________的场所且吸收__________光放氧最多 不能说明：叶绿体是________的场所。 【敢于质疑】叶绿体是光合作用的唯一场所吗？为什么？ NO！如蓝细菌 项目 第1个实验 第2个实验 过程 三棱镜 无空气且黑暗小室 探究3：叶绿体的部分功能。 1.1881年恩格尔曼的水绵实验。 考点一：光合作用的部分探究实验。 无空气且黑暗小室 无空气且黑暗小室 极 细 光 束 完 全 光 照 自变量 是否 受光 自变量 有无 叶绿体 自变量 光质 (光波长) 光合放氧 红光和蓝紫 合成糖 (分散的类囊体) 探究3：叶绿体的部分功能。 考点一：光合作用的部分探究实验。 英国·R.希尔 (1899～?) 【结论】叶绿体释放的O2可来自________(称作________) 水的光解与糖的合成_____同一个化学反应 【思考】希尔实验否定了O2的其他来源(包括CO2等)吗？ 2.1937年希尔的离体叶绿体悬浮液实验。 希尔反应 水的光解 不是 No 叶绿体悬浮液 含H2O、Fe3+/NADP+ 抽出空气(无O2、CO2) O2 (氧化剂) 叶绿体悬浮液 【结论】____________________________ 探究3：叶绿体的部分功能。 3.1941年鲁宾和卡门的植物同位素示踪实验。 考点一：光合作用的部分探究实验。 小球藻悬液 第1组 第2组 C18O2 CO2 H2O H218O O2 18O2 植物光合产生的O2全部都来自水 2位美国科学家 相互对照 (实验组) (实验组) 对照方式 探究3：叶绿体的部分功能。 4.1954和1957年阿尔农的离体叶绿体悬浮液实验。 考点一：光合作用的部分探究实验。 1954年发现：在光照下，叶绿体可合成____。 1957年发现：合成ATP总是与_________相伴随。 ATP 希尔反应 美国·阿尔农 H2O O2 + 2[H] + 能量 光能 叶绿体 ADP+Pi ATP 【结论】叶绿体中_________________伴随________，属于光合作用________ 水的光解/希尔反应 ATP合成 同一阶段 而与糖的合成，____同一阶段 不是 含H2O、ADP、Pi 抽出空气(无O2、CO2) 叶绿体悬浮液 O2 合成ATP 叶绿体悬浮液 探究3：叶绿体的部分功能。 5.1940年代卡尔文等的小球藻(一种单细胞绿藻)碳同位素示踪实验。 考点一：光合作用的部分探究实验。 卡尔文循环 (暗/碳反应) 合成v=消耗v C5不被消耗 (C5+CO2→C3) 14CO2→ 小球藻 几分之一秒 检测 14C3 5秒 检测 14C5 14C6 糖 ①持续供14CO2：C3、C5含量稳定，糖↑ ②停止供14CO2：C3↓，C5↑ ③恢复供14CO2：C3↑，C5↓ C5被消耗 还原 固定 首次实验发现：14CO2 多次实验发现 再生 1881年，德国科学家________的水绵实验发现：光合放氧的场所是______。 1937年，英国植物学家____的叶绿体悬浮实验发现：光合放出的氧可来自_________(后人将该反应称作_________)，且与_________不是同一反应。 1941年，美国科学家___________的小球藻18O同位素示踪实验发现：光合放出的氧全部都来自___。 1954～1957年，美国科学家_______的叶绿体悬浮实验发现：叶绿体在光照下可_________，且该反应总是与_________相伴随。 1940年代，美国科学家卡尔文等用小球藻14C同位素示踪实验发现14CO2在光合作用中的去向是：___________________。由于该过程无需光故称______。 恩格尔曼 叶绿体 希尔 水的光解 希尔反应 鲁宾和卡门 水 阿尔农 糖的合成 合成ATP 水的光解 CH2O O2 + 光 能(动力) 叶绿体(场所) CO2 H2O + 光合原料 光合条件 光合产物 研究O2来源（水的光解） 研究ATP的合成总与水的光解相伴随 二者都需要光 属于光反应研究成果 【反馈练习】 CO2+C5→C3→C5+C6 暗反应 【现代划分】根据______________，光合作用概括地分为两个阶段：_______(光合作用第一阶段)和_______(光合作用第二阶段，亦称_______或____________)。 是否需要光能 光反应 暗反应 碳反应 卡尔文循环 属于暗反应研究成果 【第3-4课时】 考点二：光合作用的基本原理 FormatFactory : www.pcfreetime.com Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$