光合色素与光能量的捕获

第 3 页 共 4 页 第 4页 共4页【学以致用】1.右图是叶绿体的结构简图，有关叙述错误的是（ ） A ．①和②是选择透过性膜B ．与光合作用有关的色素分布在③上C ．③基粒是由一个个圆饼拳的囊状结构堆叠而成D ．与光合作用有关的酶只分布在③上 2.关于叶绿素的叙述，错误的是 A ．叶绿素a 和叶绿素b 都含有镁元素 B ．被叶绿素吸收的光可用于光合作用C ．叶绿素a 和叶绿素b 在红光区的吸收峰值不同D ．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光3. 关于叶绿体中色素的提取和分离实验的操作，正确的是 （ ） A. 使用定性滤纸过滤研磨液B. 将干燥处理过的定性滤纸条用于层析C. 在划出一条滤液细线后紧接着重复划线 2 ~ 3 次D. 研磨叶片时,用体积分数为70%的乙醇溶解色素4.某同学提取得到叶绿体色素溶液后，取一圆形滤纸，在滤纸中央滴一 滴色素提取液，再滴一滴层析液，色素随层析液扩散得到右图结果， 则1、2、3、4四条色带依次表示（ ） A ．胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a 、叶绿素b B ．叶黄素、胡萝卜素、叶绿素a 、叶绿素b C ．叶绿素a 、叶绿素b 、胡萝卜素、叶黄素 D ．叶绿素b 、叶绿素a 、胡萝卜素、叶黄素5．在一定时间内，同一株绿色植物在哪种光的照射下，放出的氧气最多（ ）A ．红光和绿光B ．红光和蓝紫光C ．蓝紫光和绿光D ．蓝紫光和橙光6.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（ ） 色 素 含 量甲乙丙丁 扩散距离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，叶片中色素量的变化是（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，丙和丁主要吸收红光7.某同学用韭黄研磨后的提取液进行色素分离，在滤纸条上将出现几条明显的色素带（ ） A.0条 B.1条 C.2条 D.4条8.某植物叶片不同部位的颜色不同，将该植物在黑暗中放置48 h 后，用锡箔纸遮蔽叶片两面，如图所示。

简述光合作用光反应的机理光合作用的光反应是在植物叶绿体中，通过光反应中心的光化学反应、电子传递及光合磷酸化，将光能转化为储藏在ATP和NADPH中活跃的化学能，并释放氧气的过程。

我想将光反应机理分成光能的捕获与传递、光化学反应与电子传递、光合磷酸化三部分简述。

一、光能的捕获植物叶绿体的类囊体膜上分布有大量光合色素，高等植物的类胡萝卜素，叶绿素b，大部分的叶绿素a只有捕获光能的作用，没有进行光反应的能力，称为天线色素。

它们与蛋白质结合形成复合体，由于这些分子的电子排布不同，使它们可以吸收不同波长的光能。

吸收的光能波长越短，获得的能量越大。

天线色素吸收了光能，可以通过共振转移的方式，传递给与它相近的色素分子，但是由于传递过程中有能量损失，所以它们的传递时有方向性的，即只能传递给吸收光谱比它长的色素分子。

这样所以类囊体膜上光能的传递顺序为胡萝卜素—叶黄素—叶绿素b—叶绿素a，并最终传递给光反应中心的P680和P700。

二、光化学反应与电子传递光能传递到光合反应中心后，就会激活光反应中心的叶绿素a发生光化学反应。

放氧光合生物具有两个光合中心，PS I和PS II。

它们都是色素蛋白复合物。

光能经过天线色素传递给PS II复合体的P680，P680失去电子形成生物体内最强的氧化剂，失去电子的P680+从复合体D1蛋白上的酪氨酸残基上夺取电子，而后者又从放氧复合物OEC上夺取电子。

失去电子的OEC夺取水的电子，产生氧气和质子。

P680失去的电子被去镁叶绿素Pheo获得，Pheo通过QA将电子传递给QB,QB获得两个电子，又从周围介质获得两个质子后形成PQH2，与膜脂中的PQ 进行交换，脱离PS II。

PQH2可以在类囊体膜中自由移动，将电子传递给Cytb6f复合体，并将质子释放到类囊体膜内。

由于Cytb6f复合体内Q循环的作用，使一分子PQH2在转移2个电子的同时，可以从膜外向膜内转移4个质子。

Cytb6f复合体将获得的电子传递给质蓝素PC。

第13讲捕获光能的色素和结构及光合作用的原理课标内容(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：绿叶中色素的提取和分离。

考点一捕获光能的色素和结构1.绿叶中色素的提取和分离可看作两个实验哦！(1)实验原理(2)实验装置及操作(3)实验结果及分析2.叶绿体中色素的吸收光谱分析由图可以看出：①植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。

②植物幼嫩的茎和果实的细胞以及气孔保卫细胞中也含有吸收光能的色素，而根、叶片表皮等处的细胞中观察不到叶绿体，也不含吸收光能的色素。

③植物细胞的液泡中的色素(花青素，为水溶性色素)不参与光合作用。

3.叶绿体的结构适于进行光合作用(1)叶绿体的结构模式图(2)叶绿体的功能——进行光合作用的场所(3)叶绿体功能的实验验证(1)叶绿体中的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。

(2023·全国乙卷，2D)(×)提示溶解度越高扩散得越快。

(2)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，3C)(√)(3)依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离。

(2021·北京卷，13C)(×)提示依据在层析液中的溶解度不同。

(4)提取光合色素的实验中，研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素。

(2019·江苏卷，17A)(×)提示加入CaCO3防止叶绿素被破坏。

(5)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。

(2023·全国乙卷，2C)(√)1.分离叶绿体中的色素，也可用如图所示的方法，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，请写出①～④依次对应的色素及颜色。

①________________，②________________，③________________，④________________。

光合作用的机理
光合作用是植物及某些微生物利用光能将二氧化碳和水转化为有机物和氧气的生物化学过程。

下面是光合作用的基本机理：
1.光能吸收：光合作用发生在植物细胞的叶绿体中。

叶绿体内含有一种绿色的色素分子叫叶绿素，它能够吸收光能。

光能主要被吸收在叶绿素分子中的一个特殊结构叫反应中心。

2.光合色素捕获光能：当叶绿素分子吸收到光能后，光能将能量传递给反应中心的电子。

这个过程被称为光合色素的激发，激发后的电子具有高能量。

3.光化学反应：激发的电子随后经过一系列复杂的光化学反应，其中一个关键步骤是光合作用的两个主要阶段：光能转化和化学能转化。

4.光能转化：在光能转化阶段，激发的电子通过一系列电子传递过程在叶绿体内移动，形成光合电子传递链。

这个链上的蛋白质复合物将电子从一个分子传递到另一个分子，释放出能量。

这个过程中，能量逐渐被升级，保存为能高且稳定的分子中，如ATP（三磷酸腺苷）。

5.化学能转化：在化学能转化阶段，由光能转化产生的高能电子和ATP提供能量，将二氧化碳（CO2）和水（H2O）通过一系列酶催化的反应转化为葡萄糖和其他有机物。

这个阶段被称为碳固定，其主要反应是卡尔文循环。

光合作用的机理是通过吸收和利用光能，将二氧化碳和水转化为有机物和氧气。

这个过程依靠叶绿体中的叶绿素和其他辅助色素分子，通过光能转化和化学能转化两个阶段的反应来实现。

光合作用是地球上生命能量流动的关键过程，为维持生态平衡和氧气的供应发挥着重要作用。

光合作用中光反应过程
光合作用的光反应过程发生在植物叶绿体内的类囊体膜（也称光合膜）上，主要包括以下几个步骤：
1. 光能吸收：
叶绿体中的叶绿素和辅助色素分子（如类胡萝卜素）能够捕获太阳光中的光子能量。

这些色素主要集中在类囊体膜上的光合色素蛋白复合体中，如PSI和PSII。

2. 水裂解：
光能被激发后，能量传递到PSII中，使得水分子发生光解，产生氧气（O2）、氢离子（H+）以及电子（e-）。

这是光反应阶段释放氧气的过程。

3. 电子传递链：
从水中释放出的高能电子通过一系列电子载体在类囊体膜内传递，形成电子传递链，此过程中电子的能量逐步降低，同时驱动质子（H+）从基质转移到类囊体腔，形成跨膜的质子梯度。

4. ATP合成：
利用这个质子梯度驱动ATP合成酶工作，将质子流回基质的过程
中释放的能量转化成化学能，储存为腺苷三磷酸（ATP）。

5. NADPH生成：
高能电子最终会被传递给NADP+，使其还原为NADPH（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸），这是另一种重要的能量货币，用于暗反应阶段的碳固定。

因此，光反应的主要产物是氧气、ATP和NADPH，它们将在随后的暗反应（Calvin循环或C3、C4途径等）中被利用，以实现二氧化碳转化为有机物的过程。

《能量之源——光与光合作用》教案一、教材分析《能量之源——光与光合作用》是人教版必修一“分子与细胞”模块第五章第四节的内容。

这节内容包括两部分：第一部分为捕获光能的色素和结构，第二部分是光合作用的原理和应用。

与旧教材相比，本节内容大体上保持了旧教材的难易程度和编排顺序，仅在以下三个方面作了调整：一是对光合作用的探究历程进行了扩充，增加了英格豪斯、梅耶、卡尔文等科学家的实验，将光合作用的发现过程阐述的更加完整。

二是新增了环境因素对光合作用强度影响的探究实验，这个探究实验的设计和操作均有一定的难度，教材为此提供了相关的提示和参考案例。

三是叶绿体的结构和功能、化能合成作用这两部分内容在旧教材中没有被编排在《光合作用》这一节中，现为了内容的完整性和更符合学生的认知规律，将这两部分内容移至本节中。

本节内容不仅和初中教材中有关光合作用的基础知识密切相关，而且在高中教材中也起着承上启下的作用：一方面通过本节内容的学习，可以进一步理解在第三章中为什么把叶绿体比作“养料制造车间”和“能量转换站”，另一方面本节内容也为必修3中生态系统的物质循环和能量流动、选修3中生态工程等内容的学习打下基础。

二、教学目标依据《课程标准》和学生实际情况，将本节课的三维目标确定为：1．知识方面（1）说出绿叶中色素的种类和作用。

（2）说出叶绿体的结构和功能。

（3）说明光合作用以及对它的认识过程。

（4）尝试探究影响光合作用强度的环境因素。

（5）说出光合作用原理的应用。

（6）简述化能合成作用。

2．能力方面（1）学会提取、分离绿叶色素的方法（2）通过探究实验，培养学生设计实验的能力、分析和解决问题的能力以及培养语言表达能力。

3．情感态度与价值观（1）通过学习科学家对光合作用原理的探究历程，使学生认同科学原理的创立是科学家在不断的观察、实验、探索和争论中建立起来的；认同科学家不仅要继承前人的科研成果，还要具有质疑、创新和勇于实践的科学精神与态度。

第四节能量之源—光与光合作用第一课时捕获光能的色素和结构一、教学分析1、教材分析《捕获光能的色素和结构》是必修一《分子与细胞》第五章第四节《能量之源——光与光合作用》第一课时的内容，主要学习色素的种类和作用、叶绿体的结构和功能以及掌握提取、分离色素的实验方法与技巧。

本节内容是对第3章细胞结构知识的提升，又是后面学习光合作用原理和应用的基础，与日常生活中所见到的现象联系也较为紧密。

2、学情分析学生在初中阶段已经有了光合作用的有关知识，在本册教材第3章中又学习了叶绿体的显微结构及功能，在第四章《细胞中的能量通货—ATP》一节，知道光合作用是合成ATP的重要途径之一。

至此，学生已经具备进一步学习叶绿体亚显微结构和光合作用原理的知识基础和兴趣。

提取和分离色素的原理和方法学生可能不容易理解，通过类比和观看图片与视频，引导学生掌握。

本节课又涉及到物理（光学）、化学知识，对于理解色素吸收不同颜色的光，掌握有关化学试剂的使用方法与技巧，可能存在一定难度。

二、教学目标１、知识目标：（１）识记叶绿体中色素的种类（含量、颜色）和作用；（2）掌握叶绿体的结构和功能２、能力目标：（１）学会提取、分离叶绿体中色素的方法；（２）正确使用实验中的器具；（２）掌握实验材料选择和处理的技能。

３、情感、态度和价值观目标：（1）通过知识与生产实践的关系，激发学生对生物学科的兴趣热爱；（2）借助叶绿体的结构与功能的联系分析，形成结构与功能相统一的观点；三、教学重难点：1、重点：（1）叶绿体中色素的种类和作用（2）叶绿体的结构与功能相适应的特点2、难点：理解实验原理和方法，并能在实验设计中灵活运用四、教学程序：（一）教学设计思路新课标提出学生学习方式的变革，倡导自主、合作与探究的学习方式。

本教学设计以问题导学为理念，课前让学生带着导学案中问题预习教材，初步掌握对教材中的基础知识以及思考拔高知识。

上课过程中，增加了几个探究点和讨论问题，这样既能激发学生的兴趣，又有利于学生对本节课的实验步骤以及叶绿体结构知其所以然。

光合色素被光激发后的能量变化
光合色素的激发态是不稳定的状态，经过一定时间后，就会发生能量的转变，转变的方式有以下几种：
1．放热激发态的叶绿素分子在能级降低时以热的形式释放能量，此过程又称内转换或无辐射退激。

如叶绿素分子从第一单线态降至基态或三线态，以及从三线态回至基态时的放热。

这些都是无辐射退激。

2.发射荧光或磷光激发态的叶绿素分子回至基态时，可以光子形式释放能量。

处在第一单线态的叶绿素分子回至基态时所发出的光称为荧光，而处在三线态的叶绿素分子回至基态时所发出的光称为磷光。

磷光波长比荧光波长长，转换的时间也较长，而强度只有荧光的1%，故需用仪器才能测量到。

对提取的叶绿体色素浓溶液照光，在与入射光垂直的方向上可观察到呈暗红色的荧光。

离体色素溶液为什么易发荧光，这是因为溶液中缺少能量受体或电子受体的缘故。

色素发射荧光的能量与用于光合作用的能量是相互竞争的，这就是叶绿素荧光常常被认作光合作用无效指标的依据。

3.色素分子间的能量传递激发态的色素分子把激发能传递给处于基态的同种或异种色素分子而返回基态的过程称为色素分子间能量的传递。

色素分子吸收的光能，若通过发热、发荧光与磷光等方式退激，能量就被浪费了。

在光合器里，聚光色素分子在第一单线态的能量水平上，通过分子间的能量传递，把捕获的光能传到反应中心色素分子，以推动光反应的进行。

第3课捕获光能的色素和结构、光合作用的原理【课标要求】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。

【素养目标】1.通过比较光反应与暗反应及它们之间的关系，建立对立统一、结构决定功能的观点。

(生命观念)2.理解C3、C5等物质变化和光合作用的相关曲线。

(科学思维)3.探究光照强度、CO2浓度等对光合作用强度的影响。

(科学探究)4.关注光合作用与农业生产及生活的联系。

(社会责任)【主干·梳理与辨析】一、捕获光能的色素和叶绿体的结构与功能1．捕获光能的色素：功能吸收、传递和转换光能化学特性不溶于水，能溶于有机溶剂(如无水乙醇)中色素种类及分布叶绿素(含量约占3/4)叶绿素a 主要吸收红光和蓝紫光叶绿素b类胡萝卜素(含量约占1/4)胡萝卜素主要吸收蓝紫光叶黄素2.捕获光能色素的吸收光谱：光是一种电磁波。

可见光的波长是400～760__nm。

一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。

3．光合作用的结构——叶绿体：(1)模式图：【思考辨析】1．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。

(×)分析：叶绿体中叶绿素的含量多于类胡萝卜素，叶绿素不吸收绿光，所以植物叶片呈现绿色。

2．液泡中色素吸收的光能用于光合作用。

(×)分析：液泡中色素不能吸收光能用于光合作用，叶绿体中的色素才行。

3．光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。

(×)分析：叶绿体中吸收光能的四种色素分布在类囊体薄膜上，在叶绿体基粒和基质中都有与光合作用有关的酶。

二、实验：绿叶中色素的提取和分离1．实验原理：2．实验步骤：3．实验结果及分析：(1)实验结果：(2)结果分析。

①由上到下：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。

原因：不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的在滤纸上扩散得快；反之，则慢。

溶解度由高到低的顺序为：胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a＞叶绿素b②由宽到窄：叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素。

光合作用过程中色素分子光对能量转化规律揭示光合作用是一种常见于植物和一些蓝藻细菌中的生物化学过程，它通过将太阳能转化为化学能，为生物体提供能量和有机物质。

而在光合作用过程中，色素分子充当了关键角色，吸收光能并转化为化学能，从而推动整个光合作用的进行。

本文将深入探讨色素分子在光合作用过程中的光能转化规律。

首先，我们需要了解色素分子在光合作用中的类型和功能。

光合作用中主要的色素分子有叶绿素、类胡萝卜素和蓝藻素等。

其中，叶绿素是最重要的色素分子，它是植物叶绿体中的主要色素，起到了光能吸收的关键作用。

类胡萝卜素是植物中一类黄色色素，起到了吸收光能并传递给叶绿素的作用。

蓝藻素则是蓝藻细菌中使用的一种色素，它在蓝藻细胞的光合作用中起到了光能捕捉和电子传递的作用。

其次，我们来探讨色素分子光对能量转化规律的揭示。

实验结果表明，不同类型的色素分子对光能的吸收具有不同的吸收光谱。

以叶绿素为例，它主要吸收蓝光和红光，而对绿光的吸收较弱。

这也解释了为什么植物的叶子呈现出绿色，因为叶绿素对绿光的吸收较少。

在光合作用过程中，各种色素分子通过吸收不同波长的光能，将其转化为电子能级的激发能，从而驱动化学反应。

叶绿素通过吸收能量丰富的蓝光和红光，使其电子进入激发态，接着通过一系列光化学反应，将激发能逐渐转化为化学能。

光合作用过程中，色素分子之间的能量传递也是十分重要的。

通过共有的载体分子或称作光合作用单元，色素分子之间能够实现能量的传递和共享。

这种共享能量的机制被称为共振能量转移。

例如，在植物叶绿体中，叶绿素分子将吸收到的光能传递给中心反应中心——叶绿素 P680和 P700，从而推动电子传递过程。

这种能量传递的方式大大提高了光合作用的效率。

此外，色素分子对光能的吸收和转化过程受许多因素的影响。

首先，光强度是一个重要的因素。

光强度越高，色素分子所吸收的光能就越多，从而加速了光合作用过程。

其次，不同波长光的能量也不同，对应的色素分子在光的吸收和转化过程中产生的效果也不尽相同。