2026届高三生物一轮复习课件第17讲 捕获光能的色素和结构及光合作用的探索历程

学案17 捕获光能的色素和结构及光合作用的原理的探索 考情分析 捕获光能的色素 2024·广东·T3　2024·贵州·T3　2024·江苏·T20　2024·河北·T19 2023·江苏·T12　2023·全国乙·T2　2023·海南·T16　2023·全国甲·T29，2022·湖北·T12 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：提取和分离绿叶中的色素。 3.探究光照强度、CO2浓度等对光合作用强度的影响；关注光合作用与农业生产及生活的联系。 课标要求 知识构建 问题 探讨 能量转变需经哪些生理过程？ 光能 糖类等有机物中稳定的化学能 ATP中活跃的化学能 直接用于各种生命活动 ① ② ③ 光合作用 呼吸作用 ATP水解 光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径，是生物圈得以维持运转的基础。 因此，有人称光合作用是“地球上最重要的化学反应”。 目录 考点一 捕获光能的色素和结构 （1）提取色素的原理：绿叶中的色素能溶于有机溶剂无水乙醇中。(可用体积分数为95％的乙醇加入适量无水碳酸钠来代替) （2）分离色素的原理：各种色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散速度也不同，溶解度高的色素分子随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。 1.绿叶中色素的提取和分离实验的原理和步骤 考点一 捕获光能的色素和结构 由石油醚、丙酮、苯混合而成 知识点一、实验：绿叶中色素的提取和分离 2.实验步骤： （1）提取色素： 鲜嫩、颜色深绿的叶片；称取、剪碎；加入SiO2和CaCO3、10ml无水乙醇，迅速研磨并用单层尼龙布过滤，过滤后及时用棉塞将试管塞严 色素含量高 帮助研磨充分 保护叶绿素 溶解色素 防止滤纸吸附色素 （2）分离色素 纸层析法 重复画（积累色素）， 细齐直（防止色素带出现重叠） 防止色素溶解在层析液中，无法分离 层析液 培养皿 滤液线 含量、溶解度、颜色 3. 结果分析： 类胡萝卜素(占1/4) 叶绿素(占3/4) 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） 知识点一、实验：绿叶中色素的提取和分离 [拓展变式] 提取叶绿体中的色素，也可用右图所示的方法：即在圆心处滴加适量滤液，待干燥后再滴加适量层析液进行层析，结果会出现不同颜色的4个同心圆，则①～④依次对应哪种色素及颜色? ①——胡萝卜素(橙黄色) ②——叶黄素(黄色) ③一一叶绿素a(蓝绿色) ④——叶绿素b(黄绿色)。 知识点一、实验：绿叶中色素的提取和分离 异常现象 发生的原因 滤液绿色过浅(色素条带变窄) 未加二氧化硅,研磨不充分 使用放置数天的菠菜叶,滤液中色素(叶绿素)太少 一次加入大量的无水乙醇,色素浓度太低 滤纸条色素带重叠 滤液细线不直 滤液细线过粗 滤纸条无色素带 忘记画滤液细线 滤液细线接触到层析液,且时间较长,色素全部溶解到层析液中 滤纸条色素带少 未加碳酸钙导致叶绿素被破坏 所用叶片为“黄叶” [2024广东卷] 银杏是我国特有的珍稀植物，其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，下列实验操作正确的是（　　） A. 选择新鲜程度不同的叶片混合研磨 B. 研磨时用水补充损失的提取液 C. 将两组滤纸条置于同一烧杯中层析 D. 用过的层析液直接倒入下水道 C 叶绿素溶液 实验表明： 叶绿素主要吸收蓝紫光和红光， 4. 色素的吸收光谱 知识点一、实验：绿叶中色素的提取和分离 实验表明： 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。 4. 色素的吸收光谱 类胡萝卜素溶液 知识点一、实验：绿叶中色素的提取和分离 （2024贵州）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 类胡萝卜素(占1/4) 叶绿素(占3/4) 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） 吸收蓝紫光和红光 主要吸收蓝紫光 4. 色素的吸收光谱（笔记） 400+ 600+ 400+ 波长？ 结论：一般情况下，光合作用吸收的光是可见光。 【教材隐性知识】源于必修1 P99“图5－12”“旁栏思考” 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(比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。 降低 增强 知识点二、教材中与色素有关的知识（拓展延伸） 类胡萝卜素 （含量约1/4） 胡萝卜素 胡萝卜素主要有α、β、γ三种形式，其中最为重要的为β-胡萝卜素。它是自然界中最普遍存在也是最稳定的天然色素。它是一种最常见的维生素A补充剂。维生素A对于人体视觉发育至关重要。 叶黄素 叶黄素在蔬菜、水果、花卉等植物中广泛存在，也是存在于人眼视网膜黄斑区的主要色素。人类等哺乳动物不能自行合成叶黄素，外来食物是唯一的叶黄素摄入来源。 组成元素为C、H、O 组成元素为C、H 1.光合色素： 知识点二、光合色素有关的知识（拓展延伸） 叶绿素 （含量约3/4） ①组成元素： C、H、O、N、Mg ②影响叶绿素合成的三大因素 光照 温度 必需元素 韭黄，同属于韭菜的一种，韭黄是韭菜通过培土，遮光等在黑暗环境中软化栽培后产生的黄化韭菜。 秋天叶片变黄 柑橘缺镁，叶面黄化 1.光合色素： 知识点二、光合色素有关的知识（拓展延伸） 2.光合色素与细胞液色素： 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 6. 色素的吸收光谱的相关应用 ① [必修一 P99] 植物工厂/温室种蔬菜时，应该选择什么玻璃或塑料薄膜? ！ ②用绿色的玻璃可以吗？ ③为什么许多植物到了秋天叶子就变黄了? 蓝紫色和红色，最好是无色透明 不可以，色素对绿光吸收最少；同理，补充光照时也不选择绿色光 寒冷时叶绿素易破坏，而类胡卜素较稳定。 所以表现出类胡萝卜素的颜色 ►捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位？ (2)叶绿体基质中分布了暗反应所需酶和C5等物质。 (3)类囊体堆叠增大了光合色素和光反应所需酶的附着面积。 5.叶绿体适于进行光合作用的结构特点是什么? (1)叶绿体中含有光合色素，不同光合色素有不同吸收光谱，利于植物充分吸收光能。 思考： 1）色素分布在哪个部位？ 2）光合色素的作用？ 3）叶绿体的功能是什么？ 吸收、传递、转化（只有少数特殊状态的叶绿素a）光能 叶绿体中类囊体的薄膜上 光合作用的场所（养料制造车间、能量转化站） 形态：椭圆形和球形（光学显微镜） 如何验证？ 如何验证？ 目录 考点二　 光合作用的探究历程 考点二：光合作用的探究历程 1.叶绿体的功能及其实验验证 —— 恩格尔曼 第一个实验，在黑暗中用极细光束照射水绵，发现需氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中，证明___________________________________。 氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所 教材P100 ①选择水绵的优点____________________________________ ②好氧细菌的作用_________________________ ③设置无氧条件的作用______________________________ ④设置黑暗和极细光线的意义______________________ ⑤装片曝光的作用____________________________________ 水绵的叶绿体大，呈螺旋式带状，便于观察； 可确定释放氧气多的部位。 没有空气的黑暗环境排除氧气和光的干扰； 使叶绿体分为有光无光，形成对比实验； 再一次验证实验结果。 1.叶绿体的功能及其实验验证 —— 恩格尔曼 第二个实验，用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在___________________区域。证明了叶绿体中的色素主要吸收__________________。 红光和蓝紫光 红光和蓝紫光 考点二：光合作用的探究历程 2．科学家是如何对光反应和暗反应的过程进行实验研究的? 科学家 实验过程及现象 实验结论 希尔 在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有水，没有二氧化碳)，在光照下可以释放出氧气 光合作用释放的O2中的氧元素来自水；氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应 鲁宾和 卡门 O+CO2→植物→18O2 H2O+C18O2→植物→O2 光合作用释放的氧气来自水 阿尔农 在光照下，叶绿体可合成ATP，且这一过程总是与水的光解相伴随 水的光解可合成 ATP 卡尔文 用带标记的14CO2供小球藻进行光合作用，通过同位素示踪法追踪放射性14C的去向 暗反应阶段中碳原子的转移途径是从外界的二氧化碳与五碳化合物结合生成三碳化合物，三碳化合物经过还原生成葡萄糖 考点二：光合作用的探究历程 2．科学家是如何对光反应和暗反应的过程进行实验研究的? 科学家 实验过程及现象 实验结论 希尔 在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有水，没有二氧化碳)，在光照下可以释放出氧气 光合作用释放的O2中的氧元素来自水；氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应 鲁宾和 卡门 O+CO2→植物→18O2 H2O+C18O2→植物→O2 光合作用释放的氧气来自水 阿尔农 在光照下，叶绿体可合成ATP，且这一过程总是与水的光解相伴随 水的光解可合成 ATP 卡尔文 用带标记的14CO2供小球藻进行光合作用，通过同位素示踪法追踪放射性14C的去向 暗反应阶段中碳原子的转移途径是从外界的二氧化碳与五碳化合物结合生成三碳化合物，三碳化合物经过还原生成葡萄糖 2. 希尔反应(1937年)[必修一 P102] 结论：光合产物氧气中的氧可以来自于H2O。 C18O2 CO2 H2O H218O 光照下的小 球藻悬液 O2 18O2 3. 光合作用释放的O2到底来自CO2还是H2O？ 1939年，鲁宾和卡门用同位素标记法标记氧原子 文字表述： 向甲小球藻提供C18O2和O2，向乙小球藻提供CO2和H218O，置于光下培养，分析两组的氧气。 结果：氧气相对分子质量，甲：乙为16：18 结论：光合作用释放的氧全部来自于水 相互对照（对比实验） 4. 在20世纪40年代，美国科学家卡尔文为了探明CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。用14CO2供小球藻进行光合作用追踪其放射性。 一般答法： CO2→ C3 → (CH2O) 中 2．科学家是如何对光反应和暗反应的过程进行实验研究的? 科学家 实验过程及现象 实验结论 希尔 在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有水，没有二氧化碳)，在光照下可以释放出氧气 光合作用释放的O2中的氧元素来自水；氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应 鲁宾和 卡门 O+CO2→植物→18O2 H2O+C18O2→植物→O2 光合作用释放的氧气来自水 阿尔农 在光照下，叶绿体可合成ATP，且这一过程总是与水的光解相伴随 水的光解可合成 ATP 卡尔文 用带标记的14CO2供小球藻进行光合作用，通过同位素示踪法追踪放射性14C的去向 暗反应阶段中碳原子的转移途径是从外界的二氧化碳与五碳化合物结合生成三碳化合物，三碳化合物经过还原生成葡萄糖 考点二：光合作用的探究历程 易错点分析 ①希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，原因是水的光解实验是在没有CO2的情况下进行的，没有碳参与反应，而糖的合成需要碳的参与。 ②鲁宾和卡门的实验以及卡尔文的实验都用到了同位素标记法。 ③同位素标记法中使用的同位素不都具有放射性，如18O就没有放射性；而14C有放射性，可被追踪检测。 随着人们的不断探究，光合作用渐渐解开面纱，正是光合作用解释了植物的生长之迷。 CO2 ＋ H２O (CH2O) ＋ O２ 光能 叶绿体 考点二：光合作用的探究历程 暗反应中碳的转化和去向研究 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14CO2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： 解题能力 形成 (1)卡尔文等人用沸腾的乙醇杀死细胞，目的是 。 (2)随后通过双向纸层析分离小球藻中的有机物。对代谢物纸层析的原理是什么？ 提示　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。 终止反应，溶解有机物 (5)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→尿苷二磷酸葡萄糖 [2023全国甲卷节选] 某同学将从菠菜叶中分离到叶绿体悬浮于缓冲液中，给该叶绿体悬浮液照光后糖产生。回答下列问题。 1）叶片是分离制备叶绿体的常用材料，若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离，可以采用的方法是_____________（答出1种即可）。叶绿体中光合色素分布_______________上，其中类胡萝卜素主要吸收_________（填“蓝紫光”“红光”或“绿光”）。 差速离心法 类囊体(薄)膜 蓝紫光 [2023全国乙卷] 植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是（ ） A. 氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素 B. 叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上 C. 用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰 D. 叶绿体中色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢 D × √ × × √ √ Lavf58.29.100 $