2025届高考生物一轮复习：第15课时 捕获光能的色素和结构及光合作用原理的探索

第15讲 捕获光能的色素和结构及光合作用原理的探索 例1、（2024·辽宁抚州模拟）为探究月季紫红叶片中的色素种类和性质，某实验小组使用不同的试剂作为层析液对该叶片色素提取物进行分离，结果如图，以下分析错误的是(　　) A．甲组的实验结果说明在该组层析 液中各种色素的溶解度差异较大 B．色素易溶于无水乙醇，因此无水 乙醇适用于色素的分离 C．分析甲、乙组实验结果可排除紫红色素属于类胡萝卜素的可能性 D．分析丙组实验结果可推测紫红色素可能是位于液泡中的水溶性色素 B 考点一 实验:绿叶中色素的提取和分离 必备知识： 绿叶中色素的提取和分离 (1)实验原理 (1)提取原理:绿叶中的色素能溶解在有机溶剂　　　　　中而不溶于水。  (2)分离原理:绿叶中不同色素在层析液中的　　 　不同,　　　　　的 随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢。 溶解度 无水乙醇 溶解度高 纸层析法分离叶绿体色素时，以多种有机溶剂的混合物作为层析液。(2021·河北卷)( ) √ (2)实验操作 色素被破坏 研磨充分 扩散均匀 色素溶解在层析液中 橙黄色 叶黄素 黄色 叶绿素a 蓝绿色 黄绿色 考点一 实验:绿叶中色素的提取和分离 比较项目 光合色素 细胞液色素 存在部位 叶绿体 液泡 溶解性 脂溶性 水溶性 代表种类 类胡萝卜素和叶绿素 花青素 颜色 橙黄、黄、绿 红、蓝、紫 颜色变化 不随pH改变变化颜色 随pH改变变化颜色 红苋菜：炒菜菜汤出色，因为是水溶性的花青素。 胡萝卜：炒菜菜汤不出色，因为是脂溶性的胡萝卜素。 考点一 实验:绿叶中色素的提取和分离 例2.进行绿叶中色素的提取和分离实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如表所示(“＋”表示使用，“—”表示未使用)，其余操作均规范，实验结果依次为 A.①②③④ B.②④①③ C.④②③① D.③②①④ 项目 甲 乙 丙 丁 无水乙醇 － ＋ ＋ ＋ 水 ＋ － － － CaCO3 ＋ ＋ － ＋ SiO2 ＋ ＋ ＋ － B 考点一 实验:绿叶中色素的提取和分离 实验异常现象分析 题后归纳： 考点一 实验:绿叶中色素的提取和分离 考点二 捕获光能的色素和结构 例3.高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。下图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，正确的是(　　) D A.图中①和②主要分布在叶绿体的内膜上 B.利用纸层析法分离色素时，②应位于滤 纸条的最下端 C.植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收 绿光 D.弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用 (必修1 P99图5－12)从叶绿素吸收光谱图可知，叶绿素a在红光部分的吸收带较叶绿素b偏向长波方面，且吸收光谱带比叶绿素b宽，叶绿素b在蓝紫光部分的吸收光谱带比叶绿素a (填“宽”或“窄”)。研究表明：在遮光条件下，以蓝紫光为主的散光占比增加。请预测：在适当遮光的条件下，叶片(如同一植物底层叶片)中叶绿素a/b ，弱光下的吸光能力______，有利于提高植物的捕光能力，是对弱光环境的一种适应。 宽 降低 增强 考点二 捕获光能的色素和结构 色素的分布和作用 必备知识： (1)分布：叶绿体 上。 (2)作用： (3)吸收光谱：一般情况下，光合作 用所利用的光都是可见光。叶绿素 对 的吸收量大，类胡 萝卜素对 的吸收量大。 类囊体薄膜 红光和蓝紫光 蓝紫光 (必修1 P97问题探讨)生产上，用何种颜色的玻璃、塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高？阴天时，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色的照明灯为蔬菜补充光源？__________________________________________________________________ _________________________________________________________________。 无色，因为日光中各种颜色的光均能通过，作物光合效率高。阴天时，应选择补红光和蓝紫光的照明灯 吸收、传递、转化光能。 考点二 捕获光能的色素和结构 教材P101海洋中的藻类，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大致依次是浅、中、深。这种现象是如何造成的？ 水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多,即到达深水层的光线是短波长的光,因此,吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层,吸收蓝紫光和绿光较多的褐藻分布于海水中层，吸收蓝紫光较多的红藻分布于海水的深层。 海洋中的藻类垂直分布是海洋群落垂直结构的体现，有效的避免的竞争，充分利用了光能。 考点二 捕获光能的色素和结构 光合色素功能：吸收、传递（四种色素）、转化光能（只有少数特殊状态的叶绿素a） 叶绿素a:C55H72O5N4Mg 叶绿素b:C55H70O6N4Mg 胡萝卜素：C40H56 叶黄素：C40H56O2 知识拓展： 考点二 捕获光能的色素和结构 影响叶绿素合成的三大因素 叶绿素不稳定，易分解 研究表明，光照会影响韭菜叶绿素的合成，但不会影响类胡萝卜素的合成。请利用色素的提取和分离技术，以暗处生长的韭菜幼苗作为材料，设计实验以验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。 实验思路：将部分韭菜幼苗置于光照条件下培养(甲组)，部分置于黑暗条件下培养(乙组)。一段时间后，提取并用纸层析法分离两组韭菜中的色素，比较滤纸条上的色素带 预期结果：甲组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带与乙组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带基本一致；甲组滤纸条上有蓝绿色和黄绿色的色素带，乙组滤纸条上没有蓝绿色和黄绿色的色素带 考点二 捕获光能的色素和结构 4.叶绿体是植物进行光合作用的场所，下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是(　　) A.叶绿体中的色素的合成都需要Mg2＋和光照 B.H2O在光下分解为NADPH和O2的过程发生在叶绿体基质中 C.CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上 D.光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的 D 必备知识： 叶绿体的结构和功能 椭球形 球形 双层膜 基质 暗反应 类囊体 色素 光合作用 实验证据？ ①极细光束照射水绵:需氧细菌只集中分布在叶 绿体　　　　　　到的部位。   ②完全曝光:需氧细菌分布在叶绿体　　 　　的 部分。   ③用透过三棱镜的光照射水绵:大量的需氧细菌 聚集在　　　　　　　区域。   (2)实验结论 　　　　　　　　　　 　　　 ;　　　　　　　　　　　　。   证明叶绿体是光合作用场所的实验——恩格尔曼实验 (1)实验步骤及现象 被光束照射 红光和蓝紫光 所有受光 叶绿体能吸收光能用于光合作用并释放氧气　 叶绿体是光合作用的场所 13  (3)实验分析 ①分析恩格尔曼实验在选材上的巧妙之处: 。   ②分析恩格尔曼实验在实验设计上的巧妙之处: 。 选择水绵和需氧细菌,水绵的叶绿体呈螺旋带状,便于观察;用需氧细菌可以确定氧气释放多的部位　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 巧妙排除干扰因素:没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰;巧妙设计对照实验:用极细的光束照射,叶绿体上可分为有光照和无光照的部位,相当于一组对照实验;临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 考点三 光合作用原理的探索 例5.(不定项)实验中常用希尔反应来测定除草剂对杂草光合作用的抑制效果。希尔反应基本过程：将黑暗中制备的离体叶绿体加到含有DCIP(氧化型)、蔗糖和磷酸缓冲液(pH＝7.3)的溶液中并照光。水在光照下被分解，产生氧气等，溶液中的DCIP被还原，颜色由蓝色变成无色。用不同浓度的某除草剂分别处理品种 甲和品种乙杂草的离体叶绿体并进行希尔反应， 实验结果如图所示。下列叙述错误的是 A.相同浓度除草剂处理下，单位时间内溶液颜色变化慢的品种受除草剂抑制效果更显著 B.与品种甲相比，除草剂抑制品种乙类囊体的功能较强 C.除草剂浓度为K时，品种乙的叶绿体能合成有机物 D.不用除草剂处理时，品种乙的叶绿体放氧速率等于品种甲 BC 考点二 光合作用原理的探索 1937年，英国植物学家希尔(R.Hill)发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气。像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。 1.希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？ 能。因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。 2.希尔反应是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？ 不能，反应体系中可以还存在其他氧元素供体。 鲁宾和卡门的实验说明： 光合作用释放的氧来自于水。 同位素标记方法 考点二 光合作用原理的探索 得益于纸层析法的发明和放射性同位素的研究，卡尔文及其同事用CO2饲养单细胞小球藻，观察光合作用过程中碳的转化和去向，从而揭示了光合作用暗反应的过程。如图为卡尔文等研究的主要流程，请回答下列问题： (1)卡尔文等用14CO2处理小球藻不同时 间，随后用沸腾的乙醇杀死细胞，目的 是什么？ 目的是终止反应，溶解有机物。 (2)随后通过双向纸层析分离小球藻中的有机物。 点样处位于滤纸的左下角；双向纸层析是第一次 层析后，将滤纸旋转90°进行第二次层析的方法； 层析液中溶解度越大的物质在滤纸上扩散得越快。据图分析两次层析过程中使用了 (填“相同”或“不同”)的层析液，判断依据是什么？ 不同 有的斑点在水平方向上的扩散距离无明显差异，而在垂直方向上差异明显。 (3)对代谢物纸层析的原理是什么？与单向纸层析相比，双向纸层析的优点是什么？ 原理：在层析液中溶解度越大的物质，在滤纸上扩散得越快，反之则越慢。 优点：将第一次层析重叠或距离较近的物质通过第二次层析彻底分离。 考点二 光合作用原理的探索 (4)如图为小球藻同化14CO2不同时间的放射自显影图。根据实验结果请对“尿苷二磷酸葡萄糖、磷酸丙糖、PGA(C3)”三种物质出现的先后顺序进行排序 。 PGA→磷酸丙糖→尿苷二磷酸丙糖 1964年以后，美国科学家卡尔文用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为卡尔文循环。 刷真题 明考向 (2022·湖北卷，12)某植物的2种黄叶突变体表现型相似，测定各类植株叶片的光合色素含量(单位：μg·g－1)，结果如表。下列有关叙述正确的是(　　)（73练10） D 植株类型 叶绿素a 叶绿素b 类胡萝卜素 叶绿素/类胡萝卜素 野生型 1 235 519 419 4.19 突变体1 512 75 370 1.59 突变体2 115 20 379 0.35 A.两种突变体的出现增加了物种多样性 B.突变体2比突变体1吸收红光的能力更强 C.两种突变体的光合色素含量差异，是由不同基因的突变所致 D.叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色 课堂小结 光合作用 NADPH NADP+ ATP ADP+Pi 214C3 14C5 14C6H1218O6 基粒 （增大膜面积） H2180 H+ e- 14C18O2 光反应 暗反应 18O2 类囊体 类囊体 类囊体 类囊体 类囊体 辅酶ⅱ 还原型辅酶ⅱ C3 的 还 原 CO2 的 固 定 H2O 场所：类囊体薄膜 场所：叶绿体基质 吸收传递转化 （少数叶绿素a） 光能 光能 ATP中活跃的化学能 有机物中稳 定化学能 色素 叶绿素 类胡萝卜素 叶绿素a（蓝绿色） 叶绿素b（黄绿色） 胡萝卜素(橙黄色) 叶黄素(黄色) 叶绿体是捕获光能、进行光合作用的场所。 结构 功能 叶绿体 光合作用原理的探索 $$