第4节 能量之源－光与光合作用
第4节 能量之源－光与光合作用
(1)被叶绿素吸收的光可用于光合作用(2013·课标卷ⅡT2B)( )
(2)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同(2013·课标卷ⅡT2C)( )
(3)植物呈现绿色是由于叶绿素能有效吸收绿光(2013·课标卷ⅡT2D)( )
(4)利用纸层析法可分离4种叶绿体色素(2012·海南卷T9B)( )
(5)叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光(2012·海南卷T9A)( )
(6)液泡中色素吸收的光能用于光合作用(2011·海南卷T12D)( )
√
√
×
√
√
×
用这种方法有什么好处？这样做对光合作用有影响吗？
问题探讨
有些蔬菜大棚悬挂发红色或蓝色光的灯管，并且在白天也开灯。
提高光合作用强度
叶绿素吸收最多的是光谱中的蓝紫光和红光。
不同颜色的光照对植物的光合作用会有影响，植物在蓝紫光的照射下生长，其光合作用产物中蛋白质和脂肪的含量就会增加；
而在红光的照射下生长，其光合作用产物中糖类的含量就会比较多。
一、捕获光能的色素和结构
(一)捕获光能的色素
（1）绿叶中的四种色素
叶绿素
类胡萝卜素
叶绿素b
叶绿素a
胡萝卜素
叶黄素
（3/4）
（1/4）
1．如右图为高等植物叶肉细胞结构模式图，相关叙述正确的是
A．图中产生ATP的结构只有2和5
B．无氧呼吸产生的CO2分子，进入叶绿体最终被利用，穿越的磷脂分子层数为4层
C．1与4中都含有叶绿素和类胡萝卜素
D．3是遗传物质复制和表达的主要场所
B
(2) 研磨 (迅速 充分)
称取5g新鲜绿色叶片（如菠菜）并剪碎,放入研钵中。
药品
SiO2
CaCO3
无水乙醇
原理：
防止色素被破坏
使研磨充分
溶解色素
(1)取材:
二、实验步骤
1. 提取绿叶中的色素
绿叶中色素的提取和分离
色素能溶解在有机溶剂无水乙醇
中，所以可用无水乙醇提取色素。
(3) 过滤
将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过
滤（漏斗基部放一块单层尼龙布）。

(4)收集 将滤液收集到试管中，及时用
棉塞将试管口塞严。
不能用滤纸代替，
因为滤纸会吸附色素。
能用滤纸代替吗？
防止滤液挥发

方法---纸层析法
2. 分离色素
原理
绿叶中色素的提取和分离
绿叶中的色素都能溶解在层析液中，但溶解度不同。
溶解度高的色素随层析液在滤纸上的扩散速度快，
溶解度低的色素随层析液在滤纸上的扩散速度慢。
1. 细而齐
2. 滤液干后，重复2-3次
(1) 制备滤纸条
(2) 画滤液细线
画滤液细线的要求：
增大色素的量使色素带更清晰
将滤纸的一端减去两角
防止边缘扩散效应
让色素分离时色素带平行
铅笔画线
让滤液细线画的更齐，不画也可
滤液细线
溶有色素的乙醇溶液
(3)分离色素
层析液(3ML)
滤液细线
防止色素溶于层析液中，而得不到色素带。
滤液细线不能触及层析液
⑴扩散得最快的是( )，
最慢的是( )，
宽度最大的是( )；
⑵由上往下分布的色素带依次为( )；
由下往上分布的色素带的颜色依次为( )；
⑶色素带宽窄由( )决定，色素带扩散的距离主要由色素的( )决定。
溶解度
胡萝卜素
叶绿素b
叶绿素a
胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b
黄绿、蓝绿、黄、橙黄
色素含量
(4)观察结果与分析
相邻两条色素带间距最宽的是 ；
相邻两条色素带间距最窄的是 ；
胡萝卜素和叶黄素
叶绿素a和叶绿素b
使滤液中色素含量高
溶解色素
研磨充分和保护色素
防止乙醇挥发，充分溶解色素
防止乙醇挥发和色素氧化
使分离出的色素带平整不重叠
使层析液在滤纸上快速扩散
使分离出的色素带清晰分明
防止色素直接溶解到层析液中
⑴选材：选取新鲜的颜色较深的叶片，并去除粗大的叶柄、叶脉，以便使滤液中含较多色素；
⑵研磨：① 加入少许二氧化硅，目的为使研磨充分，更有效破坏细胞结构，便于叶绿体中的类囊体薄膜上的色素溶解与释放。注意不要过量，否则因杂质过多而滤液颜色变浅，实验现象不明显；② 加入少许碳酸钙，目的为防止叶绿素受到破坏(细胞液内有机酸中可使叶绿素变为褐色的去镁叶绿素，碳酸钙可中和有机酸)；③ 要迅速：一是因为乙醇容易挥发；二是叶绿素不稳定，能被活细胞中的叶绿素酶水解而破坏；
⑶滤纸条制备：要将滤纸条的一端剪去两角，主要是为了延长边缘长度，这样可以使色素在滤纸条上扩散均匀(因为物质分子沿边缘扩散速度要大于里边扩散的速度)；
⑷画线：① 铅笔线(不能用圆珠笔，会溶解)，可画可不画，目的只是为划滤液细线提供参照；② 滤液细线：线要细且直，“细”保证扩散起点一致，可防止色素带重叠，“直”可使色素分子均匀分布在一条直线上；要重复划2~3次，是为了增加色素分子数量，使实验效果更明显。
⑸层析:层析时，一定不要让滤纸条上的滤液细线没及到层析液，这是因为色素易溶解于层析液中。
1．在圆形滤纸的中央，滴上叶绿体的色素滤液进行色素分离，可看到近似同心环状的四个色素圈，排列在最外的一个呈( )色
2．叶绿体中色素的提取和分离实验主要证明了：( )
A．色素分布在叶绿体囊状结构薄膜上
B．叶绿素含量是类胡萝卜素的四倍
C．叶绿体中色素的种类和各种色素的颜色
D．四种色素扩散速度不同
橙黄
C
3．(2010·上海高考)右图中①代表新鲜菠菜叶
的光合色素纸层析结果，则右图②所示结
果最有可能来自 (　　)
A．水培的洋葱叶 B．生长的柳树幼叶
C．培养的衣藻 D．秋冬的银杏落叶
D
4.图1和图2为使用两种不同实验材料时，提取的叶绿体中色素的层析结果，
下列叙述正确的是
A.图1中，四条色素带宽度不同，是由于实验操作的误差造成的
B.色素出现分层是由于四种色素的分子量大小不同
C.图2中，没有出现两种叶绿素，是层析液没及了滤液细线造成的
D.图2结果表明，在缺Mg的营养液中，长期培养的蕃茄，叶绿素
合成受阻
D
5．(改编题)在做“绿叶中色素的提取和分离”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(　　)
② ④ ① ③
酒精
加CaCO3防止研磨时叶绿素受到破坏。因为叶绿素含镁，可被细胞液中的有机酸产生的氢代替，形成去镁叶绿素，CaCO3可中和液泡破坏释放的有机酸，防止叶绿素被破坏。
(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使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低(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：
①滤液细线不直。
②滤液细线过粗。
(3)滤纸条看不见色素带：
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。
绿叶中色素提取分离异常现象分析
【典例1】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

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
B
防止色素受破坏
蓝紫光
溶解度大，扩散快
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
II.探究pH对叶绿素稳定性的影响
取一些叶绿素粗产品，配成一定浓度的溶液，于室温（约25℃）下进行实验，方法和结果如下表。
注：叶绿素被破坏后变成黄褐色。
根据所学知识和实验结果，请回答：
（1）表中Y应该为 ，原因是 。
（2）若用作食品色素，天然叶绿素色素不适用于 食品，否则 。
以1.0作为pH梯度进行实验
叶绿素会由于酸性pH值而被破坏
8.0
pH小于6.0
24.（2014广东高考）观测不同光照条件下生长的柑橘，结果见下表，请回答下列问题：
（注：括号内的百分数以强光照的数据作为参考）
⑴CO2以 方式进入叶绿体后，与 结合而被固定，固定产物的还原需要光反应提供的 。
⑵在弱光下，柑橘通过 和 来吸收更多的光能，以适应弱光环境。
⑶与弱光下相比，强光下柑橘平均每片叶的气孔总数 ，单位时间内平均每片叶CO2吸收量 。对强光下生长的柑橘适度遮阴，持续观测叶色、叶面积和净光合速率，这三个指标中，最先发生改变的是 ，最后发生改变的是 。
自由扩散
C5
ATP和[H]
叶色
平均叶面积
少
少
净光合速率
平均叶面积
捕获光能的色素
类胡萝卜素
叶绿素
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）
(占1/4)
(占3/4)
3:1
1:2
思考
1、春夏叶片为什么是绿色？而秋天树叶为什么会变黄？
2、不见光植物的叶子为什么是黄色的？
因为叶绿素a和叶绿素b都很少吸收绿光，而叶片中的色素又以它们为主，所以太阳光中的绿光或者被叶片反射或者透射过叶片。叶绿素更容易受到破坏。
叶绿素的合成需要光。
(C40H56)
(C40H56O2)
(C55H72O5N4Mg)
(C55H70O6N4Mg
影响叶绿素合成的因素
(1)光照：光是叶绿素合成的必要条件，植物在黑暗中叶呈黄色。
(2)温度：低温抑制叶绿素的合成，破坏已有的叶绿素分子，从而使叶片变黄。
(3)镁等无机盐：镁是构成叶绿素的成分，缺镁叶片变黄。
四种色素对光的吸收
叶绿素主要吸收___________
类胡萝卜素主要吸收________
蓝紫光
蓝紫光、红光
叶绿体色素吸收最少的是________
绿光
蓝紫光
连续光谱
光合效率最大的是________
P1002、海洋中的藻类植物，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻、和红藻，它们在海水中的垂直分布依次是浅、中、深，这与光能的捕获有关吗？
不同颜色的藻类吸收不同波长的光，藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出了红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。水层对光波中的红、橙部分显著多于对蓝、绿部分的吸收，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，所以吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方。
叶绿素溶液在透射光下和反射光下分别呈：
绿色和红色。
ATP
色素
捕获光能的色素分布在类囊体的薄膜上!
四种色素的作用
(1)吸收、传递光能：叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素。
(2)转换光能：只有少数处于特殊状态的叶绿素a能将光能转换为化学能。
1．叶绿素和类胡萝卜素都主要吸收蓝紫光，除此之外，叶绿素还主要吸收红光。
2．叶绿体中的色素都能吸收、传递和转换光能。
３.光反应产生的O2释放到大气中，至少要穿过4层膜?
×
√
√
1．(双选)下列关于叶绿体和光合作用的描述中，正确的是(　　)
A．叶片反射绿光故呈绿色，因此日光中绿光透过叶  绿体的比例最小
B．叶绿体的类囊体薄膜上含有自身光合作用所需的 各种色素
C．光照下叶绿体中的ATP主要是由光合作用合成的糖
经有氧呼吸产生的
D．在日光下，叶片中的叶绿素对不同波长光的吸收 量不同
BD
1．下图表示叶绿体色素吸收光能的情况，根据此图并结合所学知识，判断以下说法中正确的是
①少数特殊状态下的叶绿素a对420 nm、670 nm光的转换率较高
③据图可知，用白光中450 nm左右波长的光比白光更有利于
提高光合作用强度
④土壤中缺乏镁时，420 nm～470 nm左右波长的光的利用量
显著减少
⑤由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，叶绿体中C3的
量减少
A．①④⑤　　B．①③④⑤ C．②③④⑤ D．①②④⑤
②在晚间用大约550 nm波长的绿光照射行道树，目的是通过
植物光合作用以增加夜间空气中的氧气浓度
解析：由图可知，叶绿素a的吸收高峰为420 nm和670 nm，叶绿素b的吸收高峰为470 nm和650 nm左右，少数特殊状态的叶绿素a能转换光能，在420 nm和670 nm转换效率较高。叶绿体色素吸收绿光很少；白光中各种波长的光都有，其光合作用效率高于某一单色光。叶绿素中含Mg，缺Mg导致叶绿素不能合成，相应波段的光的吸收值下降。在550 nm的波长，光吸收值少，而在670 nm光吸收值高，叶绿素a转换的光能多，生成的ATP多，还原的C3增多，故叶绿体中C3含量减少。
答案：A
外膜
内膜
基粒
基质
类囊体
每个基粒都由多个囊状结构-类囊体组成，增大了膜面积，扩大了色素和酶的附着面，有利于提高光能的利用效率。
(二)叶绿体的结构
叶绿体的作用仅仅是吸收光能吗？
扁平的椭球形或球形。
外膜、内膜、基粒、
基质（含少量DNA、RNA和有关酶）。
形态：
结构：
恩格尔曼实验
实验目的：
植物光合作用的场所是什么？
实验步骤：
实验现象：
实验结论：
实验原理：
叶绿体是光合作用的场所，O2是光合作用
的产物，好氧菌的呼吸需要O2 。
2、取二张载玻片，分别滴加清水，将水绵和
好氧菌放入清水中，盖上盖玻片，标号A、B。
1、选取生长良好的水绵二片。
3、将A置于黑暗且密闭的环境下，用极细的
光束照射水绵，将B置于适宜的光照下。
4、光镜下观察好氧菌的运动和分布情况。
恩格尔曼实验
1、为什么选用水绵作为实验材料？
是因为水绵有细而长的带状叶绿体，螺旋分布于细胞中，便于进行观察研究。
选用黑暗并且没有空气的环境，是为了排除实验中光线和氧的影响，确保实验的准确性。
2、为什么选用黑暗并且没有空气的环境？
恩格尔曼实验
黑暗
光照
极 细 光 束
3、为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水绵完全暴露在光下？
4、此实验设计有什么巧妙之处？
螺旋式带状叶绿体，便于观察，用好氧细菌可确定释放氧气多的部位；没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。
用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。
临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。
恩格尔曼实验
实验目的：
植物光合作用的场所是什么？
实验步骤：
实验现象：
A中的好氧菌向叶绿体被光照到的部位集中，
B中的好氧菌均匀地分布于叶绿体周围。
实验结论：
①光合作用的场所是叶绿体。
②叶绿体能产生O2。
实验原理：
叶绿体是光合作用的场所，O2是光合作用
的产物，好氧菌的呼吸需要O2 。
9.(2008 宁夏2)为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给与一定的条件，这些条件是
A. 光照、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液 B. 光照、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液
C. 黑暗、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液 D. 黑暗、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液
课本 P101-102
1.1771年，英. 普利斯特利：
植物可以更新空气 。
2.1779年，荷兰. 英格豪斯：
在光下，只有植物绿叶才能更新空气 。
3.1785年，法. 拉瓦锡：
植物的绿叶，在光下，吸收CO2，释放O2。
4.1845年，德. 梅耶：
光能转化成化学能 。
5.1864年，德. 萨克斯：
光合作用还产生淀粉 。
6.1880年，美. 恩格尔曼：
O2由叶绿体释放，光合作用场所是叶绿体。
7.1938年，美. 鲁宾和卡门：
O2中的O全来自H2O。
8.20世纪40年代，美. 卡尔文：
CO2中的C转化成有机物中的C的途径 。
二、光合作用的原理和应用
（一）光合作用的探究历程
科学家
实验结论或观点
1、如果在光合作用的实验所用的水中有0.2%的水分子含有18O，所用的CO2 中0.68%的分子中含有18O。那么,光合作用释放的氧气中含有18O的比例为
A、0.20% B、0.68%
C、0.88% D、0.48%
A
(1)光反应为暗反应提供[H]和H2O(2010·海南卷T4A)(　　　　　)
(2)破坏叶绿体外膜后，O2不能产生(2011·浙江卷T1A)
(　　　　　　)
(3)离体叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成碳(暗)反应(2011·浙江卷T1D)(　　　　)
(4)光照下叶绿体中的ATP主要是由光合作用合成的糖经有氧呼吸产生的(2008·江苏卷T5C)(　　　　)
×
×
√
×
在同位素标记中的应用
探究光合作用产生的氧气的来源；
探究分泌蛋白在细胞内的合成与运输途径；
探究了CO2中的C在光合作用中转化成有机物中碳的途径；
探究噬菌体的遗传物质是DNA；
探究DNA分子的半保留复制；
基因工程中的DNA探针 。
(二)光合作用概念及过程
光反应阶段：光合作用第一阶段中的化学反应，必须有光才能进行。
暗反应阶段：光合作用第二阶段中的化学反应，有没有光都可以进行。
划分依据:反应过程是否需要光能
产物为糖类通式：
产物为葡萄糖反应式：
光合作用：指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出O2的过程
酶
光反应阶段
光、色素、酶
叶绿体内的类囊体薄膜上
水的光解：
（还原剂）
ATP的合成：
光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中
场所：
条件：
物质变化
能量变化
进入叶绿体基质，参与暗反应
供暗反应使用
色素
暗反应阶段
CO2的固定：
C3的还原：
叶绿体的基质中
[H] 、ATP、酶
场所：
条件：
物质变化
能量变化
CO2的固定
叶绿体基质
多种酶
糖类
[H]
C3的还原
1．对叶绿体成分进行分析，发现某部位的磷酸含量较高，该部位最可能是
A．外膜 B．内膜 C．基粒 D．基质
D
色素分子
可见光
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
2H2O
O2
4[H]
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
能
固定
还原
酶
光反应
暗反应
光合作用的过程：
（在类囊体的薄膜上进行）
（在叶绿体的基质中进行）
１. 如图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图，图中A物质和B物质的相对分子质量比是（ ）
C
16O2
18O2
A.1∶2 B.2∶1
C.8∶9 D.9∶8
２.用含14C的二氧化碳来追踪光合作用的碳原子，其转移的途径是（ ）
A.CO2→叶绿素→ATP B.CO2→C3→ATP
C.CO2→C3→糖类 D.CO2→C5→C3→糖类
C
6．小麦旗叶是位于麦穗下的第一片叶子，小麦籽粒产量约50%来自旗叶。科学家在适宜的条件下进行了相关研究，在小麦籽粒形成过程中，不可能发生的是(　　)
A．为小麦旗叶提供14CO2，籽粒中的淀粉都含14C
B．为小麦旗叶提供H218O，籽粒中的淀粉会含18O
C．旗叶叶肉细胞的叶绿体中类囊体数目较多
D．若去掉一部分籽粒，旗叶叶肉细胞的光合效率会下降
A
1．玉米叶片的某些细胞中含有一种个体较大但没有基粒的叶绿体。在这种叶绿体中可以发生的化学反应是A．三碳化合物被还原 B．水被分解
C．生成ATP D．合成糖原
维管束鞘细胞比较大，含有数量多且大的又没有基粒的叶绿体，叶肉细胞含正常叶绿体。
A
光反应阶段与暗反应阶段的比较
类囊体的薄膜上
叶绿体的基质中
需光、色素和酶
需多种酶、[H]和ATP
光能转变为ATP/[H]中活泼的化学能
ATP/[H]中活泼的化学能转化为糖类等有机物中稳定的化学能
1、光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应的进行提供[H]和ATP
2、暗反应是光反应的继续，暗反应为光反应的进行提供合成ATP的原料ADP和Pi。
3、没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成；两者相互独立又同时进行，相互制约又密切联系。
1．叶绿体中的类囊体有两种：基粒类囊体和基质类囊体(如下图)，基质类囊体能将单个基粒类囊体连接起来。下列有关叙述正确的是(　　)
A．叶绿体中的色素主要分布于类囊体腔内
B．H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在基质类囊体上
C．CO2的固定过程发生在基粒类囊体上
D．在类囊体上含有与光反应有关的酶和色素
3 表示3 种生物膜结构及其所发生的部分生理过程。 请回答下列问题:(1)图1 表示的生理过程是 ,其主要的生理意义在于 。
(2)图2 中存在3 种信号分子,但只有1 种信号分子能与其受体蛋白结合,这说明 ;
若与受体蛋白结合的是促甲状腺激素释放激素,那么靶器官是 。
(3)图3 中 ATP 参与的主要生理过程是 。
(4)叶肉细胞与人体肝脏细胞都具有图 (填图序号)中的膜结构。
(5)图1 ~ 3 中生物膜的功能不同,从生物膜的组成成分分析,其主要原因是 。
(6)图1 ~ 3 说明生物膜具有的功能有 (写出3 项)。
18．下图是真核细胞内部分能量转换关系图解，下列有关叙述正确的是
A．若在植物细胞内,物质A可以代表淀粉
B．在缺氧状态下，⑤过程发生的场所是细胞质基质
C．通常在动植物细胞中都能发生的过程有②③④⑤
D