4 第9讲 能量之源——光与光合作用
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第9讲 能量之源——光与光合作用
考点1 捕获光能的色素和结构
1．绿叶中色素的提取和分离实验
(1)实验原理
(2)实验步骤
2．叶绿体中色素的吸收光谱分析
由图可以看出：
3．叶绿体的结构与功能
(1)叶绿体的结构模式图
(2)叶绿体的功能
(必修1 P99“与社会的联系”改编)温室或大棚种植蔬菜时，最好选择______________的玻璃、塑料薄膜，理由是____________________________________________________。
答案：无色透明 有色玻璃或塑料薄膜主要透过同色光，其他颜色光很少或不能透过，光照强度会减弱，不利于光合作用；而无色透明的玻璃或塑料薄膜能透过日光中各色光，光照强度较大，有利于光合作用的进行
【真题例证·体验】
(2019·高考江苏卷)如图为某次光合作用色素纸层析的实验结果，样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝藻经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是( )
A．研磨时加入CaCO3 过量会破坏叶绿素 B．层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液
C．在敞开的烧杯中进行层析时，需通风操作
D．实验验证了该种蓝藻没有叶绿素b
解析：选D。研磨时加入CaCO3能防止叶绿素被破坏，A项错误；层析液由有机溶剂配制而成，B项错误；层析液易挥发，层析分离时烧杯上要加盖，C项错误；对照图示结果分析可知，该种蓝藻中没有叶黄素和叶绿素b，D项正确。
【考法纵览·诊断】
(1)叶绿体中含氮的光合色素是叶绿素
[2019·全国卷Ⅲ，T29节选](√)
(2)高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的类囊体膜上，该物质主要捕获可见光中的蓝紫光和红光
[2018·全国卷Ⅲ，T29节选](√)
(3)类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
[2017·全国卷Ⅲ，T3A](×)
(4)叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
[2017·全国卷Ⅲ，T3D](√)
(5)用水作层析液观察花青苷的色素带
[2017·天津卷，T5B](√)
(6)若将叶绿体置于蓝紫光下，则不会有氧气产生
[2017·海南卷，T10C](×)
(7)通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
[2016·全国卷Ⅱ，T4C](×)
(8)黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由叶绿素合成受阻引起的
[2016·全国卷Ⅱ，T4D](√)
(9)层析完毕后应迅速记录结果，否则叶绿素条带会很快随溶剂挥发消失
[2016·江苏卷，T17D](×)
【长句应答·特训】
下面是光合作用探究历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图，请分析回答下列问题：
(1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上巧妙之处．．．．是_____________________________。
(2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因．．是______________________。
(3)萨克斯实验中进行“黑暗”处理的目的．．是________________________。
(4)萨克斯实验中在染色前通常用酒精对叶片进行脱色处理，目的．．是_______________。
(5)两实验设计中是如何形成对照．．的？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位
(2)排除氧气和除极细光束外的其他光的干扰
(3)消耗掉细胞中原有的淀粉，防止对实验结果造成干扰
(4)防止叶片中色素颜色对实验结果的干扰
(5)恩格尔曼的实验中，照光处理与不照光、黑暗与完全曝光形成对照；萨克斯的实验中，暗处理的叶片一半曝光、一半遮光形成对照
1．绿叶中色素提取与分离实验异常现象分析
2．影响叶绿素合成因素的分析
绿叶中色素的提取和分离
科学探究
1．(2020·广东六校一模)提取光合色素，进行纸层析分离，对该实验中各种现象的解释，正确的是( )
A．未见色素带，说明材料可能为黄化叶片
B．色素始终在滤纸上，是因为色素不溶于层析液
C．提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b较多
D．胡萝卜素处于滤纸条最上方，是因为其在提取液中的溶解度最高
解析：选C。黄化叶片也可见叶黄素和胡萝卜素的色素带，未见色素带的原因可能是滤液细线没及层析液而溶解于层析液，A错误；色素能溶于层析液，B错误；一般情况下，叶绿素含量比类胡萝卜素多，故提取液常呈绿色，C正确；叶绿体中的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，如胡萝卜素在层析液(而不是提取液)中扩散得最快，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢，如叶绿素b，D错误。
2．在做提取和分离叶绿体中的光合色素实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为( )
试剂 甲 乙 丙 丁
无水乙醇 － ＋ ＋ ＋
水 ＋ － － －
CaCO3 ＋ ＋ － ＋
SiO2 ＋ ＋ ＋ －
A．①②③④ B．②④①③
C．④②③① D．③②①④
解析：选B。甲同学由于没有加入提取剂无水乙醇，所以提取液中不会出现色素，色素分离的结果是②；乙同学操作正确，色素分离后得到的色素带有四条，与④情况相符；丙同学由于未加CaCO3，所以叶绿素含量减少，所得到的色素带中两条叶绿素带比正常的色素带要窄，对应①；丁同学由于未加SiO2，导致叶片研磨不充分，最终导致各种色素的含量均减少，对应③。
捕获光能色素的种类及功能
科学思维
3．(2020·河北冀州中学段考)下图表示用韭菜宿根进行的相关对照实验流程。下列叙述错误的是(
)
A．提取色素时，要加入SiO2和CaCO3，并进行充分研磨
B．色素在滤纸条上分离的原因是不同色素在无水乙醇中的溶解度不同
C．实验结果①可说明叶绿素合成需要光照
D．实验结果②表明韭菜中提取的色素吸收光的种类更多
解析：选B。提取色素时加入SiO2是为了研磨充分，而加入CaCO3是为了防止色素被破坏，A正确；色素在滤纸条上分离的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同，B错误；实验结果①色素带不同，可说明叶绿素合成需要光照，C正确；实验结果②表明韭菜中提取的色素吸收光的种类更多，D正确。
4．(不定项)(2020·山东临沂模拟)为研究光合色素提取实验中二氧化硅颗粒大小(目值越大，表示颗粒越细)对叶
绿素提取量的影响，某研究小组利用新鲜的菠菜叶片进行了一系列的色素提取与定量测定实验，实验结果如下表。下列有关叙述错误的是( )
二氧化硅
叶绿素种类 颗粒大小(目)
0 20 50 100 200
叶绿素a(mg/g) 0.25 0.53 0.61 0.48 0.47
叶绿素b(mg/g) 0.16 0.08 0.09 0.11 0.12
A．提取色素利用的原理是光合色素易溶于有机溶剂
B．加入二氧化硅对叶绿素a和叶绿素b的提取均有益
C．据表可知，用50目的二氧化硅提取得到的叶绿素总量最多
D．若叶片研磨过程中未加入碳酸钙，则表中数据均增大
解析：选BD。根据光合色素易溶于有机溶剂的原理，可用无水乙醇来提取，A正确；分析表格数据可知，加入二氧化硅会使叶绿素b的含量减少，不利于叶绿素b的提取，B错误；根据表格数据可知，分别使用颗粒大小为20、50、100、200目的二氧化硅提取得到的叶绿素总量分别为0.61、0.70、0.59、0.59 mg/g，故用50目的二氧化硅提取得到的叶绿素总量最多，C正确；碳酸钙可保护叶绿素，防止叶绿素被有机酸分解，若叶片研磨过程中未加入碳酸钙，则表中叶绿素a、叶绿素b数据均减小，D错误。
考点2 光合作用的基本过程
1．光合作用的探究历程[连一连]
2．光合作用的概念
指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
3．光合作用的过程
(1)图解
(2)过程比较
[助学巧记] 光合作用过程的“一、二、三、四”
4．光合作用和化能合成作用的比较
(必修1 P94和P103“相关信息”改编)完成下表，分析光合作用过程中[H]与细胞呼吸过程中[H]的区别。
光合作用过程中[H] 细胞呼吸过程中[H]
本质 还原型辅酶Ⅱ(NADPH) 还原型辅酶Ⅰ(NADH)
来源 ________阶段 无氧呼吸第一阶段、有氧呼吸第一、二阶段
去向 ____________ 有氧呼吸第________阶段生成________
答案：光反应 三碳化合物的还原 三 水
【真题例证·体验】
(2019·高考全国卷Ⅰ)将一株质量为20 g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40 g，其增加的质量来自( ) A．水、矿质元素和空气 B．光、矿质元素和水
C．水、矿质元素和土壤 D．光、矿质元素和空气
解析：选A。该黄瓜幼苗质量增加部分可分为干重的增加和含水量的增加，干重增加量来源于从土壤中吸收的矿质元素及利用CO2(空气)和H2O合成的有机物。故选A。
【考法纵览·诊断】
(1)大气中的碳主要在叶绿体基质部位被固定，进入生物群落
[2018·天津卷，T8节选](√)
(2)水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量
[2017·海南卷，T10D](×)
(3)在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的绿光照射，则[H]下降
[2016·天津卷，T2C改编](√)
(4)在叶绿体中发生的生理过程，不需要蛋白质参与的是Mg2＋吸收
[2015·四川卷，T1A改编](×)
(5)CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能
[2015·安徽卷，T2A](×)
(6)正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内NADPH/NADP＋比值下降
[2014·全国卷Ⅰ，T2D](√)
(7)破坏叶绿体外膜后，O2不能产生
[2011·浙江卷，T1A](×)
(8)离体叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成暗反应
[2011·浙江卷，T1D](√)
【长句应答·特训】
下图为光合作用的过程图解，据图分析并回答下列问题：
(1)乙表示__________阶段，又称作__________循环。
(2)图中的物质a是_______，物质c是________。
(3)甲阶段的两项重要变化．．是__________________________________。
(4)乙阶段的两项重要过程．．是__________________________________。
