第11讲 捕获光能的色素和结构及探索光合作用的经典实验 课件-2026届高三一轮复习生物（全国通用）

专题2 细胞的能量供应和利用 第1部分 分子与细胞 第11讲 捕获光能的色素和结构 及探索光合作用的经典实验 高考考情： 考 情 解 码 考点要求 真题展示 1.叶绿体中的色素及其提取和分离 2024·贵州卷，3 2023·全国甲卷，10 考点定标 1.题型以主观题为主，常结合生产生活实际或实验数据图表 ​2.内容侧重考查“光合作用色素提取和分离，色素吸收光的种类”等知识点考查频率较高。 3.注重考查学生获取和加工信息、分析和推理的能力 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CO2和水转变为糖和O2的过程中，转化并储存为糖分子中的化学能。 2.活动：绿叶中色素的提取和分离实验 考点一 捕获光能的色素 考点二 叶绿体的结构和功能 考点三 探索光合作用的经典实验历程 课标要求及考点预览： 思维预览： 玉米中有时会出现白化苗，图中是白化苗和正常玉米苗的比较，白化苗由于不能进行光合作用，待种子中的营养成分消耗完后就会死亡，这说明什么？  绿叶中有哪些色素呢？  它们分别是什么颜色呢？  各种色素在绿叶中的含量相同吗？ 说明叶片中的色素可能与光能的捕获有关。 课本P97 问题·探讨 S z L w h 1.绿叶中色素的提取和分离 (1)实验原理 一、捕获光能的色素   试剂 原理 方法 提取 ________ 绿叶中的色素溶于 ，而不溶于水 分离 _______ 各种色素在 中的 不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得 ，反之则慢 无水乙醇 层析液 有机溶剂 层析液 溶解度 快 可以用体积分数95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来替代 过滤法 纸层析法 层析液：由石油醚、丙酮、苯混合而成（多种有机溶液的混合物） S z L w h (2)实验步骤 选： 选取浓绿叶片 步骤 剪： 加： 磨： 滤： 剪碎叶片 无水乙醇 二氧化硅 碳酸钙 迅速研磨 用单层尼龙布过滤，收集滤液。 ①提取绿叶中的色素 ——溶解色素； ——使研磨更加充分； ——防止色素被破坏。 （如菠菜叶，但需要剪去主脉） ——色素含量高 加 剪 磨 滤 滤液 (不能换滤纸，滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低) 将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。 （防止乙醇挥发和色素氧化） 一、捕获光能的色素 S z L w h 滤纸、纱布会吸收色素 防止溶剂挥发和色素分子被氧化 7 (2)实验步骤 制：制备滤纸条 画：画滤液细线 析：色素纸层析 ②分离色素 步骤 操作： 目的： 在滤纸条剪去两角的一端1cm处，铅笔画线。 减少边缘效应，保证色素在滤纸条上均匀扩散。 操作： 目的： 用毛细吸管吸取滤液，沿铅笔线画线，干后重复一两次。 使滤液细线含较多色素，同时保证色素扩散起点相同 操作： 目的： 将滤纸条插入含适量层析液的试管，用棉塞塞紧管口（或盖上培养皿）。 细线不触及层析液，防止色素溶解在层析液中，无色素带。 （★要求：细、直、齐） 一、捕获光能的色素 S z L w h 细、直、齐：避免层析液在边缘扩散过快（边缘效应），使其同步到达细线 盖上培养皿：防止层析液挥发 8 胡萝卜素（橙黄色） 叶黄素（黄色） 叶绿素a（蓝绿色） 叶绿素b（黄绿色） 类胡萝卜素 （1/4） 叶绿素 （3/4） ①滤纸上色素带数量代表： ②从上而下的排序代表： ③不同条带的宽窄代表： 色素的种类 色素含量，越宽含量越多 溶解度不同--(溶解度越大，扩散速度越快) (3)实验结果 一、捕获光能的色素 S z L w h ①忘记画滤液细线； （4）实验出现异常现象的原因分析： ①未加 ，研磨不充分； ②未加 ，色素分子被破坏 ③加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低(分次加入少量无水乙醇)； ④使用放置数天的菠菜叶，滤液 太少； 二氧化硅 色素(叶绿素) 碳酸钙 ②滤液细线接触到 ，且时间较长，色素全部溶解到层析液中 层析液 ①收集到的滤液绿色过浅 ②滤纸条无色素带 一、捕获光能的色素 S z L w h ①忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏； ②所用叶片为“黄叶”。 （4）实验出现异常现象的原因分析： ③滤纸条上色素带重叠 ④滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带 ①滤液细线不直；导致色素扩散不一 ②滤纸片未经干燥处理； ③滤液细线过粗 一、捕获光能的色素 S z L w h 如果在圆形滤纸的中央点开始，对叶绿体的色素进行层析，会看到什么现象？ 会出现四个同心圆的色素带，从外往里依次为: ____________________________________________________________________； 胡萝卜素橙黄色、叶黄素黄色、叶绿素a蓝绿色、叶绿素b黄绿色 【拓展1】 一、捕获光能的色素 S z L w h (1)光照 光照是影响叶绿素合成的主要因素，植物在黑暗中一般不能合成叶绿素，因而叶片发黄。 (2)温度 温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成；另外，低温时叶绿素分子易被破坏。 (3)矿质元素 叶绿素中含N、Mg等矿质元素，若缺乏将导致叶绿素无法合成，老叶先变黄； Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也会导致叶绿素合成受阻，幼叶先变黄。 【拓展2】 影响叶绿素合成的三大因素 一、捕获光能的色素 S z L w h 13 比较项目 光合色素 细胞液色素 存在部位 溶解性 代表种类 颜色 颜色变化 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。 叶绿体 液泡 脂溶性 水溶性 类胡萝卜素和叶绿素 花青素 橙黄、黄、绿 红、蓝、紫 不随pH改变变化颜色 随pH改变变化颜色 绿叶中色素的主要功能 ? 吸收、传递、转化光能 一、捕获光能的色素 S z L w h 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） 植物的液泡中含有的色素不参与光合作用。 植物幼嫩的茎和果实的细胞中也含有吸收光能的色素。 阳光是由不同波长的光组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同 波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。 分别让不同颜色的光照射色素溶液就可以得到色素溶液的吸收光谱。 图：自然光经过色素提取液后通过三棱镜 现象：光屏出现明显的色光带 现象：色光带变暗， 且蓝紫光和红光大部分被吸收 光合作用与能量转化(共80张PPT) 图：自然光通过三棱镜 2.叶绿体中色素的吸收光谱分析 一、捕获光能的色素 S z L w h 15 (1)吸收光谱： A.叶绿素主要吸收 ，叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同 B.类胡萝卜素主要吸收 。 学科交叉P99 ：叶绿体中的色素只吸收 ， 而对红外光和紫外光等不吸收。 可见光 红光和蓝紫光 蓝紫光 2.叶绿体中色素的吸收光谱分析 （可见光的波长是400-760nm） 一、捕获光能的色素 S z L w h 1.为什么人们眼中植物的叶子是绿色的？ 2.生产上，用何种颜色的玻璃或塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高？ 3.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 绿叶中色素几乎不吸收绿光，绿光反射入眼，人们看到的是绿色。 问题·探讨 S z L w h 4.秋冬天叶片变黄的原因: 5.一些植物秋天叶片会变红，原因是: 秋天降温时，植物体为适应寒冷，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶子呈现红色。 寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，显示出类胡萝卜素的颜色，叶子变黄。 问题·探讨 S z L w h 1.(2024·贵州，3)为探究不同光照强度对叶色的影响，取紫鸭跖草在不同光照强度下，其他条件相同且适宜，分组栽培，一段时间后获取各组光合色素提取液，用分光光度法(一束单色光通过溶液时，溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比)分别测定每组各种光合色素含量。下列叙述错误的是（ ） A.叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素 B.分离提取液中的光合色素可采用纸层析法 C.光合色素相对含量不同可使叶色出现差异 D.测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段 D 一、捕获光能的色素 S z L w h 2.(2023·江苏，12)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验的叙述，合理的是( ) A.用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏 B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现色素带重叠 C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量 D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带，花青素位于叶绿素a、b之间 B 一、捕获光能的色素 S z L w h （1）叶绿体的亚显微结构模式图(电镜下) 基粒：由 堆叠而成， 分布有 和与 有关的酶 ④ ③ 外膜 内膜 ① ② 类囊体 色素 光反应 叶绿体基质： 含有与 有关的酶 暗反应 (2)叶绿体的功能——进行__________的场所 光合作用 二、叶绿体的结构与功能 （提醒：增大膜面积） S z L w h 恩格尔曼实验一 ①实验材料： 水绵： 需氧细菌： 好氧细菌可确定释放O2的部位。 ②结 论： 直接证明了叶绿体吸收光能 用于光合作用放出氧。（P101） 水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。 暴露在光下 没有空气，黑暗环境，极细光束照射 排除O2和光的干扰 (3)叶绿体功能的实验验证--- 二、叶绿体的结构与功能 叶绿体上可分为有光照和无光照的部位，相当于一组对比实验。 S z L w h 恩格尔曼实验二： 分析：1.这一巧妙的实验说明了什么？ 叶绿体主要吸收红光与蓝紫光用于光合作用放出O2。 叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。 2.综合上述资料，叶绿体具有什么功能？ 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区。 二、叶绿体的结构与功能 S z L w h 二、叶绿体的结构与功能 [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。 S z L w h 三、探索光合作用的经典实验历程 资料1：19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被 分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。 CO2 O2 C + H2O 甲醛 (CH2O) 初步判断： 氧来自 的可能性较小，较可能来源于 。 资料2：1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用； 而且甲醛不能通过光合作用转化成糖 CO2 H2O × S z L w h 三、探索光合作用的经典实验历程 资料3：1937年，英国植物学家希尔将植物细胞破碎，获得离体叶绿体。发现，在光照下，在离体叶绿体的悬浮液中加入足量的铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），离体叶绿体虽然不能合成有机物，但Fe3+被还原为Fe2+，同时离体的叶绿体释放出O2。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。 不能，没有直接看到氧元素的转移，而且反应体系中可以还存在其他氧元素供体。 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？ 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都来自水？ 能，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。 思考：如何追踪O的转移？用什么方法？如何设计实验进行探究？ S z L w h 三、探索光合作用的经典实验历程 CO2 H218O C18O2 H2O 18O2 O2 3.分析鲁宾和卡门做的实验得出什么结论？ 光合作用释放的O2中的氧元素全部来源于H2O，而并不来源于CO2 光照射下的小球藻悬浮液 资料4：1941年 美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法） S z L w h 三、探索光合作用的经典实验历程 延伸思考2：该实验有对照组吗？满足对照原则吗？ 无单独对照组 实验组相互对照（对比实验） 延伸思考1：如何检测试管中释放的是18O2还是O2？ 通过检测相对分子质量判断：O2（32）、18O2（36） 注意：不能通过检测放射性判断：18O2是无放射性的同位素 资料4：1941年 美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法） CO2 H218O C18O2 H2O 18O2 O2 光照射下的小球藻悬浮液 S z L w h 三、探索光合作用的经典实验历程 资料5： 1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验：向反应体系中加入ADP、Pi和NADP+等物质，发现有ATP、NADPH生成。 1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。 H2O O2 + 2H+ + 能量 光照 叶绿体 ADP+Pi ATP ATP的合成与希尔反应的关系： 这一阶段光合作用的相关化学反应，有光才能进行，所以这个阶段叫做光反应阶段。 NADP＋＋H+→NADPH S z L w h 三、探索光合作用的经典实验历程 资料6：20世纪50年代，美国生物化学家卡尔文开始用小球藻悬液研究光合作用的暗反应。卡尔文给小球藻提供持续的光照和CO2，一段时间后，加入放射性同位素标记的14CO2，在不同时段（间隔3s、5s、10s等）内将细胞悬液迅速倾入煮沸的乙醇中以杀死细胞，使酶失活。最后，使用双相纸电泳和放射自显影分离等方法分析产物，发现了C3、C5、C6等一系列中间产物。 1.如何确定二氧化碳中的C先转移到C3、C5和C6中的哪个化合物呢？ 不断缩短反应时间，然后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物，则该物质即为CO2转化成的第一个产物。 CO2 C3 (CH2O) C5 大致描述CO2转化成有机物过程中，C的转移途径： S z L w h 2.CO2与什么物质结合形成C3? 实验发现，在光照条件下，突然降低CO2 的浓度，C3和C5含量有如右图变化： C5 C3 结论：CO2与C5结合形成C3化合物 上述资料表明： 光合作用吸收的二氧化碳与C5结合形成C3，C3经过一系列变化，转化为糖类的同时又形成C5。这些C5又参与C3的形成。这样，C5到C3再到C5的循环，可以源源不断进行下去。 三、探索光合作用的经典实验历程 2C3 CO2 （CH2O） C5 S z L w h 三、探索光合作用的经典实验历程 结论：光合产物中有机物的碳来自CO2 上述所有实验表明，光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成 ，而是分阶段进行的。p103 不是同一个化学反应 这一阶段光合作用的相关化学反应，有光无光都能进行，所以这个阶段叫做暗反应阶段。所以暗反应也称为卡尔文循环（碳循环）。 S z L w h 1 . 某研究小组设计了下图所示的装置，重现经典科学实验希尔反应。装置中叶绿体悬浮液需事先用NaOH调pH至8.4，氧化剂被还原时可由蓝色变为无色，实验中需将两注射器中的液体混合。下列叙述错误的是（ ） A．NaOH的作用是除去叶绿体悬浮液中的CO2 B．光照条件下才能观察到氧化剂的颜色变化 C．反应过程中产生的NADP+导致氧化剂变无色 D．除颜色变化外，装置中还能观察到气泡产生 C 三、探索光合作用的经典实验历程 S z L w h 光反应产生NADPH 2. 科学论证是以事实资料为基础，借助证据或理论依据并通过逻辑推理形成结论的科学活动。下列论述中，不属于科学论证的是（ ） A．显微镜下观察大肠杆菌看不见线粒体，因此细菌细胞中没有细胞器 B．水分子中的18O出现在光合产物氧气中，因此光合作用产生的氧气来自水 C．蚕吃了喷洒过保幼激素类似物的桑叶会推迟作茧，因此保幼激素能调节昆虫的生命活动 D．3H标记的亮氨酸可追踪胰蛋白酶的合成、运输及分泌过程，因此亮氨酸是组成胰蛋白酶的氨基酸 A 三、探索光合作用的经典实验历程 S z L w h 3. 科学家卡尔文等用14CO2供小球藻进行光合作用，每隔一定的时间取样，用热乙醇杀死细胞并以纸层析技术分析细胞产物，根据具有放射性标记的细胞产物出现的顺序探明了CO2中的碳转化为有机物中碳的过程。下列说法错误的是（ ） A．该实验过程中标记CO2的方法称为放射性同位素标记法 B．该实验的自变量是取出的不同样本小球藻光合作用的时间 C．纸层析技术分离细胞产物的原理是不同细胞产物的分子量不同 D．光照时间较短时的细胞产物可能是光照时间较长时细胞产物的原料 C 三、探索光合作用的经典实验历程 S z L w h 纸层析法的原理：细胞产物在层析液中的溶解度不同 结语：感谢观看！ 当会光合作用的聪明植株； 把每份努力都转化成叶绿素； 在阳光与二氧化碳的交响里； 一年后生长出自己的年轮! $$