第9講光與光合作用

［目標要求］1.光合作用的基本過程。2.影響光合作用速率的環(huán)境因素。3.實驗：葉綠體色素

的提取和分離。

考點一捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)

J知識自主梳理夯實基礎強化要點

1.綠葉中色素的提取和分離

(1)實驗原理

提取

有機溶劑(如無水乙醇)能溶解色素

|實驗原理

分離色素在層析液中溶解度不同,在濾紙

條上擴散的速度不同

(2)實驗步驟

一

綠L二氧化硅:研磨充分

葉

T研磨I—剪碳酸鈣:保護葉綠素

碎

一

提取綠葉-|^濾|無水乙醇:溶解色素

中的色素

I___

J濾液|

I制備油紙條I一端剪去兩角：使擴散均勻I

|畫濾液細線H細、齊、直(待干后重復一兩Q1

分離綠葉濾紙條插入層析液中，層—防止色素溶

中的色素析液不能觸及濾液細線于層析液中

(3)實驗結(jié)果

色素種類色素顏色色素含量溶解度擴散速度

上胡蘿卜素橙黃色最少最高最快

葉黃素黃色較少較高較快

■葉綠素藍綠色最多較低較慢

下=a

葉綠素b黃綠色較多最低最慢

2.葉綠體的結(jié)構(gòu)及其中的色素

(1)葉綠體的結(jié)構(gòu)

①結(jié)構(gòu)模式圖

外膜

內(nèi)膜

基粒：由類囊體堆疊而成

基質(zhì)：暗反應的場所，含

有與暗反應相關的晦

②功能：進行光合作用的場所。

（2）色素的吸收光譜

色素濾液

吸收,

葉綠素b（黃綠）［葉綠素

光能葉綠素a（藍綠）j（含量約占3/4）

的百

-類胡蘿卜素蹲卜素（橙黃）

分比、（含量約占1/4）

也遜（黃）

o400450500550600650700波長（nm）

I暗帶I黃綠又用帶I

430~470640~680

由圖可以看出：

葉綠素主要吸收紅光和藍紫光,類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。

【教材中的隱性知識】（1）源于必修1P99“學科交叉”和圖5-10：光是一種電磁波?？梢姽?/p>

的波長范圍大約是390?760nm。一般情況下，光合作用所利用的光都是可見光。

⑵源于必修1P99"與社會的聯(lián)系”：生產(chǎn)上，用何種顏色的玻璃、塑料薄膜做溫室大棚的頂

棚產(chǎn)量高？陰天時，在功率相同的情況下，應該選擇什么顏色的照明燈為蔬菜補充光源？

提示無色，因為日光中各種顏色的光均能通過，作物光合效率高。應選擇補紅光和藍光的

照明燈。

「診斷常考語句，澄清易錯易混」

（1）提取色素時加碳酸鈣的目的是使研磨更充分（X）

（2）綠葉中含量越多的色素，其在濾紙條上擴散得越快（X）

（3）葉綠素a和葉綠素b只吸收紅光和藍紫光（X）

（4）植物葉片之所以呈現(xiàn)綠色，是因為葉片中的葉綠體吸收了綠光（X）

「闡述基本原理，突破長句表達」

（源于必修IPioo“拓展題”）海洋中的藻類植物，習慣上依其顏色分為綠藻、褐藻和紅藻，它

們在海水中的垂直分布一般依次是淺、中、深，這種現(xiàn)象與光能捕獲有關,既不同顏色的藻

類吸收不同波長的光。

J重點剖析歸納點擊重點攻克難點

實驗出現(xiàn)異?，F(xiàn)象的原因分析

(1)濾紙條上色素帶顏色過淺的原因分析

①未加二氧化硅或研磨不充分，色素未充分提取出來。

②使用放置數(shù)天的綠葉或綠葉用量少，濾液中的色素(葉綠素)含量太少。

③一次加入的無水乙醇過多，導致提取液濃度太低。

④未加碳酸鈣或加入過少，色素分子被破壞。

⑤畫濾液細線次數(shù)過少。

⑥選用的綠葉葉脈過多，葉肉細胞過少。

(2)濾紙條色素帶重疊：濾紙條未經(jīng)干燥處理，濾液細線不能達到細、齊、直的要求，使色素

擴散不一致。

(3)濾紙條看不到色素帶：①忘記畫濾液細線；②濾液細線觸及層析液，色素全部溶解到層析

液中。

(4)濾紙條只呈現(xiàn)胡蘿卜素、葉黃素的色素帶：忘記加碳酸鈣導致葉綠素被破壞或所用葉片為

“黃葉”。

”向逐一突破預測考向總結(jié)方法

考向一實驗的基本原理和過程分析

1.下列關于“綠葉中色素的提取和分離”實驗的敘述，正確的是()

A.綠葉中的色素只能溶解在無水乙醇中

B.層析分離時必須確保濾液細線不觸及層析液

C.制備濾紙條時用圓珠筆畫橫線更方便

D.若研磨綠葉時沒有加入碳酸鈣，則提取不到光合色素

答案B

解析綠葉中的色素能溶解在丙酮、無水乙醇等有機溶劑中，A錯誤；層析分離時必須確保

濾液細線不觸及層析液，否則色素會溶解在層析液中，B正確；圓珠筆筆油中有色素，因此

制備濾紙條時應該用鉛筆畫橫線，C錯誤；碳酸鈣的作用是防止色素被破壞，因此沒有加入

碳酸鈣會導致層析后濾紙條上的葉綠素帶顏色較淺，D錯誤。

2.在做提取和分離葉綠體中的光合色素實驗時，甲、乙、丙、丁四位同學對相關試劑的使用

情況如下表所示(“十”表示使用，“一”表示未使用)，其余操作均正常，他們所得的實驗

結(jié)果依次應為()

試劑甲乙丙T

無水乙醇一+++

CaCC)3++一+

一

SiO2+++

解析甲同學由于沒有加入提取劑無水乙醇，所以提取液中不會出現(xiàn)色素，色素分離的結(jié)果

是②；乙同學操作正確，色素分離后得到的色素帶有四條，與④情況相符；丙同學由于未加

CaCO3,所以葉綠素含量減少，所得到的色素帶中兩條葉綠素帶比正常的色素帶要窄，對應

①；丁同學由于未加SiCh,導致葉片研磨不充分，最終導致各種色素的含量均減少，對應③。

故B正確。

考向二色素的種類和功能

3.（2017?全國III,3）植物光合作用的作用光譜是通過測量光合作用對不同波長光的反應（如

02的釋放）來繪制的。下列敘述錯誤的是（）

A.類胡蘿卜素在紅光區(qū)吸收的光能可用于光反應中ATP的合成

B.葉綠素的吸收光譜可通過測量其對不同波長光的吸收值來繪制

C.光合作用的作用光譜也可用CO2的吸收速率隨光波長的變化來表示

D.葉片在640~660nm波長光下釋放。2是由葉綠素參與光合作用引起的

答案A

解析類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，在紅光區(qū)不吸收光能，A項錯誤；葉綠素主要吸收紅光

和藍紫光，其吸收光譜可通過測量其對不同波長光的吸收值來繪制，B項正確；CO?的吸收

速率和02的釋放速率隨光波長的變化均可表示光合作用的作用光譜，C項正確；根據(jù)葉綠素

和類胡蘿卜素的吸收光譜可知，葉片在640~660nm波長光下釋放Ch是由葉綠素參與光合作

用引起的，D項正確。

4.（2020?河北省唐山市高三一模）下表是科研人員測得大棚中某草莓在補充X光和Y光后葉

片色素含量及果實產(chǎn)量的部分數(shù)據(jù)。下列分析錯誤的是（）

組別葉綠素總量（mg/g）類胡蘿卜素（mg/g）單株果數(shù)量（個）單果質(zhì)量（g）

對照組6.42.51215

X光組5.54.01316

Y光組7.62.41022

A.大棚中草莓葉片在不同光照下會做出適應性變化

B.Y光組葉片顏色比對照組偏黃

C.X光組葉綠體中NADPH合成速率小于Y光組

D.補充Y光更有利于提高大棚草莓產(chǎn)量

答案B

解析根據(jù)表格分析可知，在補充X光和Y光后，X光組和Y光組的色素含量變化不一樣,

說明植株在不同光照下會做出適應性變化，A正確；Y光組葉綠素總量增加，比對照組偏綠,

B錯誤；根據(jù)單株果的數(shù)量和質(zhì)量能推測出Y光組植株制造的有機物量高于X光組，所以X

光組葉綠體中NADPH合成速率小于Y光組，C正確；根據(jù)表格分析，Y光組制造的有機物

量高于X光組，所以補充Y光更有利于提高大棚草莓產(chǎn)量，D正確。

考點二光合作用的過程

J知識自主梳理夯實基礎強化要點

1.光合作用的探究歷程(連線)

I科學家II實驗結(jié)論或觀閡

①普利斯特利、a.只有在陽光下，植物才能更新空氣

②英格豪斯」.植物可以更新空氣

③梅耶、光合作用的產(chǎn)物除外，還有淀粉

④薩克斯光合作用釋放的。2來自水

⑤魯賓和卡門/^e.光合作用把光能轉(zhuǎn)換成化學能

⑥卡爾文------------f.暗反應中碳的轉(zhuǎn)移途徑

2.光合作用的過程

'場所：穗利勺雌

光

反物質(zhì),H20f［H］+O2

應

變化IADP+Pi~ATP

階

段

能量變化：光能

活躍的化學能

暗場所:葉綠體基質(zhì)

反物質(zhì)［CO2+C3+(CH2。)

>曲變化IATP-ADP+Pi

階

段能量變化：活躍的化學能

i

穩(wěn)定的化學能

【教材中的隱性知識】源于必修1P103“相關信息”：光合作用過程中的［H］和呼吸作用中的［H］

不同：光合作用中的用1是還原型輔酶II(NADPH)的簡化表示方法:呼吸作用中的［H］是還原

型輔酶I(NADH)的簡化表示方法。

3.反應式

⑴產(chǎn)物為(CH2O)：CO2+H2O-fg|-(CH2O)+O2o

26：

(2)產(chǎn)物為C6Hl。6CO2+12H?O^|^C6HI?O6+6O2+6H2OO

(3)元素的轉(zhuǎn)移途徑

3H20山

①H：(C3H20)。

②C：14coC6的固定》14C3G的丁原.(14CH20)。

1818

③o：H2O-O2；08(32空磔號

4.光合作用和化能合成作用的比較

項目光合作用化能合成作用

能量來源光能無機物氧化釋放的能量

區(qū)別

代表生物綠色植物硝化細菌

目同點都能將CO2和HzO等無機物合成有機物

「診斷?？颊Z句，澄清易錯易混」

(1)沒有葉綠體的生物無法進行光合作用(X)

(2)植物細胞都含有葉綠體(X)

(3)在真核細胞內(nèi)，能進行光合作用的色素分布在葉綠體以及液泡中(X)

(4)植物在夜晚不能進行光反應，只能進行暗反應(X)

(5)光合作用中ATP的移動方向是從葉綠體基質(zhì)到類囊體薄膜(X)

(6)光合作用過程中產(chǎn)生的ATP可以為細胞內(nèi)的各項生命活動提供能量(X)

⑺14co2中14c的轉(zhuǎn)移途徑是14co2fl4c3fl4c5—(14CH2O)(X)

F闡述基本原理，突破長句表達」

(源于必修1P100.102)下面是光合作用探究歷程中恩格爾曼和薩克斯的實驗示意圖，請分析:

葉部分遮光

恩格爾曼的實驗示意圖薩克斯的實驗示意圖

(1)恩格爾曼實驗在實驗材料的選取上有什么巧妙之處？

提示選擇水綿和好氧細菌，水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察；用好氧細菌可以確定

釋放氧氣多的部位。

(2)恩格爾曼實驗要在沒有空氣的黑暗環(huán)境中進行的原因是什么？

提示排除氧氣和極細光束外的其他光的干擾。

(3)薩克斯實驗中進行“黑暗”處理的目的是什么？

提示消耗掉細胞中原有的淀粉，防止對實驗結(jié)果造成干擾。

(4)薩克斯實驗中在染色前通常用酒精對葉片進行脫色處理，目的是什么？

提示防止葉片中色素顏色對實驗結(jié)果的干擾。

(5)兩實驗設計中是如何形成對照的？

提示恩格爾曼的實驗中，照光處理與不照光、黑暗與完全曝光形成對照；薩克斯的實驗中,

暗處理的葉片一半曝光、一半遮光形成對照。

J重點剖析歸納點擊重點攻克難點

1.光反應和暗反應的比較

項目光反應暗反應

條件光、色素、酶ATP、［印、CO2、多種酶

場所類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)

物質(zhì)變化水的光解、ATP的合成CO2的固定、C3的還原、ATP的水解

能量變化光能轉(zhuǎn)化為活躍的化學能活躍的化學能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的化學能

光反應為暗反應提供［H］和ATP,暗反應為光反應提供NADP+、ADP和

聯(lián)系

Pio沒有光反應，暗反應無法進行，沒有暗反應，有機物無法合成

2.環(huán)境改變時光合作用各物質(zhì)含量的變化

⑴“過程法”

光

反

應

^

光h

變

Ha消耗減少，合成暫不變

弱H

HI減弱C3t

C5消耗暫不變，合成減少

n暫不變

c5|

a合成減少,消耗暫不變

11減弱c3|

co2

供c消耗減少，合成暫不變

in暫不變C5t

應

隨后減弱

減in

[H]tATPt

少1暫不變

⑵“模型法”

?光光照弱光

一一照

強'甲

/強

一甲

/

一

)一乙一乙

的

時間間

圖n圖

2

；co

co；

2

-、甲

田

:不足

"

iXZZ

乙

乙

時間

°

時間

圖4

圖3

Po

］、AT

5、［H

表示C

線乙

，曲

示C3

甲表

曲線

1中

①圖

3。

表示C

線乙

TP,曲

］,A

5、［H

表示C

線甲

中曲

②圖2

3。

表示C

線乙

TP,曲

］、A

5、［H

表示C

線甲

中曲

③圖3

TPo

］、A

5、［H

表示C

線乙

3，曲

表示C

線甲

中曲

④圖4

量分析

物合成

的有機

光照下

和間隔

續(xù)光照

3.連

反

，暗

止時

應停

光反

，在

積累

量的

有少

質(zhì)中

體基

葉綠

TP在

］和A

的［H

提供

反應

為暗

反應

(1)光

成。

續(xù)合

能繼

物還

有機

間，

段時

行一

續(xù)進

可持

應仍

處理有