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第9讲光与光合作用[考纲要求] 1.光合作用的基本过程(Ⅱ)。
2.影响光合作用速率的环境因素(Ⅱ)。
3.实验：叶绿体色素的提取和分离。
考点一绿叶中色素的提取和分离1．实验原理2．实验步骤3．实验结果色素种类色素颜色色素含量溶解度扩散速度胡萝卜素橙黄色最少最高最快叶黄素黄色较少较高较快叶绿素a 蓝绿色最多较低较慢叶绿素b 黄绿色较多最低最慢实验注意事项和目的注意事项操作目的提取选新鲜绿色的叶片使滤液中色素含量高色素研磨时加无水乙醇溶解色素加少量SiO2和CaCO3研磨充分和保护色素迅速、充分研磨防止乙醇过度挥发，充分溶解色素盛放滤液的试管管口加棉塞防止乙醇挥发和色素氧化分离色素滤纸预先干燥处理使层析液在滤纸上快速扩散滤液细线要细、齐、直使分离出的色素带平整不重叠滤液细线干燥后再画一两次使分离出的色素带清晰分明滤液细线不触及层析液防止色素直接溶解到层析液中命题点一实验的基本原理和过程分析1．甲、乙、丙、丁四位同学，在利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料，用层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于操作不同，得到了四种不同的层析结果(如图所示)。
下列分析错误的是( )A．甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液B．乙可能是因为研磨时加入无水乙醇过多C．丙可能是正确操作得到的理想结果D．丁可能是研磨时未加入CaCO3答案 C解析甲图中看不到色素带，叶绿体中的色素属于有机物，易溶于酒精等有机溶剂，难溶于水，所以出现甲图结果可能是误用蒸馏水作提取液和层析液导致的，A项正确；乙图中每种色素都有，但含量很少，可能是无水乙醇过多，色素浓度太低导致的，B项正确；丙图中每种色素都有，但是胡萝卜素和叶黄素含量较多，叶绿素a和叶绿素b含量较少，这不是正确操作得到的理想结果，C项错误；丁结果中叶绿素a和叶绿素b含量很少，可能是研磨时未加入CaCO3，破坏了叶绿素类物质造成的，因为与类胡萝卜素相比，叶绿素更易受到破坏，D 项正确。
科学探究绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
②使用放置数天的绿叶，滤液色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇，色素溶液浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
(2)滤纸条色素带重叠：没经干燥处理，滤液细线不能达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致。
(3)滤纸条看不到色素带：①忘记画滤液细线；②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。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
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．①②③④B．②④①③C．④②③①D．③②①④答案 B解析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。
命题点二实验的拓展与应用3．以圆形滤纸的中心为圆心，画叶绿体色素滤液的小圆进行色素分离，看到近似同心环状的四个色素圈，排列在最外圈的一个呈( )A．蓝绿色B．黄绿色C．黄色D．橙黄色答案 D解析绿叶中的色素能够在滤纸上彼此分离的原因是色素在层析液中的溶解度不同，在滤纸上的扩散速度不同。
其中胡萝卜素(橙黄色)的溶解度最大，故其扩散速度最快，排列在最外圈。
4．利用无水乙醇提取出叶绿体中的色素，设法分离得到各种色素，并将叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素和混合液依次点样在滤纸的1、2、3、4、5位置(如下图所示)。
当滤纸下方浸入层析液后，滤纸条上各色素正确的位置应为( )答案 B解析在层析液中四种色素的溶解度从大到小的顺序依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，色素溶解度越大，随层析液在滤纸上扩散的速度越快，混合液中含4种色素，扩散后在滤纸条上形成4条色素带。
考点二捕获光能的色素和结构及光合作用的探究历程1．捕获光能的色素及色素的吸收光谱由图可以看出：(1)叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。
(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
2．叶绿体的结构与功能 (1)结构模式图(2)结构⎩⎨⎧外表：①双层膜内部⎩⎪⎨⎪⎧②基质：含有与暗反应有关的酶③基粒：由类囊体堆叠而成，分布有色素和与光反应有关的酶↓决定(3)功能：进行光合作用的场所。
3．光合作用的探究历程(连线)(1)植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光( × ) (2)叶绿素a 和叶绿素b 都含有镁元素( √ )(3)叶绿素a 和叶绿素b 在红光区的吸收峰值不同( √ ) (4)叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多( × )(5)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中( ×)(6)叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积( ×)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：(1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？提示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)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是什么？提示排除氧气和除极细光束外的其他光的干扰。
(3)萨克斯实验中进行“黑暗”处理的目的是什么？提示消耗掉细胞中原有的淀粉，防止对实验结果造成干扰。
(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，目的是什么？提示防止叶片中色素颜色对实验结果的干扰。
(5)两实验设计中是如何形成对照的？提示恩格尔曼的实验中，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。
命题点一捕获光能的色素和结构分析1．(2016·全国Ⅱ，4)关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是( )A．叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中B．构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收C．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D．黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的答案 C解析叶绿体中的色素能够溶解在包括乙醇在内的有机溶剂中，A项正确；镁作为细胞中的无机盐，可以离子状态由植物的根从土壤中吸收，进而参与叶绿素的合成，B项正确；一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光，可见光不包括红外光和紫外光，C项错误；叶绿素的合成需要光，黑暗中生长的植物幼苗，因没有光照而导致叶绿素合成受阻，使类胡萝卜素的颜色显现出来，因而叶片呈黄色，D 项正确。
生命观念 影响叶绿素合成的因素2．(2018·衡水模拟)如图是在电子显微镜下观察到的高等植物叶绿体结构模式图，下列有关叙述错误的是( )A ．①和②均为选择透过性膜B ．③上分布有与光反应有关的色素和酶，这些色素对绿光吸收最少C ．③上所含色素均含Mg 2＋，故缺Mg 2＋时这些色素都无法合成 D ．在③上形成的产物[H]和ATP 进入④中为暗反应提供物质和能量 答案 C解析 ①和②分别为叶绿体的外膜和内膜，膜结构均具有选择透过性，A 项正确；③为类囊体，其上分布有与光反应有关的色素和酶，这些色素对绿光吸收最少，所以叶片一般为绿色，B 项正确；叶绿素分子中含Mg 2＋，胡萝卜素、叶黄素中不含Mg 2＋，C 项错误；在类囊体上形成的产物[H]和ATP 进入④中为暗反应提供物质和能量，D 项正确。
命题点二 探究光合作用的相关实验分析3．人们对光合作用这一重要生命现象的发现及认识经历了漫长的过程，以下是光合作用探究历程中的几个经典实验，请结合所学知识回答下列问题： 实验一：普利斯特利的实验密闭玻璃罩＋绿色植物＋蜡烛/小鼠→蜡烛不易熄灭/小鼠不易窒息死亡。
(1)本实验缺乏________组，应该如何改进？_______________________________________ _____________________________________________________________________________。
实验二：萨克斯的实验黑暗中饥饿处理的绿叶⎩⎪⎨⎪⎧一半曝光――→碘蒸气变蓝一半遮光――→碘蒸气不变蓝(2)本实验的自变量为______________，因变量为_____________________________________，实验组是________(填“曝光组”或“遮光组”)。
(3)实验中进行饥饿处理的目的是________________________________________________________________________________________________________________________________。
实验三：鲁宾和卡门的实验(4)鲁宾和卡门应用了__________法追踪CO 2和H 2O 中的氧元素在光合作用中的转移途径。
(5)写出光合作用总反应式，并用同位素18O 标明H 2O 中氧的转移途径：___________________ _______________________________________________________________________________。
答案 (1)对照(或空白对照) 将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于密闭玻璃罩内，作为空白对照 (2)光的有无 叶片颜色变化 遮光组 (3)使叶片中的营养物质(淀粉)被消耗掉，排除对实验的干扰，增强实验的说服力 (4)同位素标记 (5)CO 2＋H 218O ――→光能叶绿体(CH 2O)＋18O 2 解析 (1)在设计探究性实验时应遵循单一变量和对照性原则，而本实验缺乏对照(或空白对照)组，应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于密闭玻璃罩内，作为空白对照。
(2)分析实验可知，本实验的自变量为光的有无，因变量为叶片颜色变化。
本实验中曝光组为对照组，遮光组是实验组。
(3)实验中进行饥饿处理的目的是使叶片中的营养物质(淀粉)被消耗掉，排除对实验结果的干扰，增强实验的说服力。
(4)鲁宾和卡门应用了同位素标记法追踪CO 2和H 2O 中的氧元素在光合作用中的转移途径。
(5)由于产生的氧气全部来自于水，在反应中标明同位素(如18O)，总反应式为CO 2＋H 218O ――→光能叶绿体(CH 2O)＋18O 2。
