搜索
│光合作用(一)考点整合蓝绿黄绿蓝紫光和红光蓝紫光光能二氧化碳能量绿叶淀粉同位素标记法光合作用释放的氧气来自水色素ATP中的化学能类囊体薄膜有机物要点探究►探究点一绿叶中色素的提取和分离1.实验原理：(1)绿叶中的各种色素能溶解在有机溶剂(无水乙醇或丙酮)中。(2)绿叶中的色素在层析液中的溶解度不同；溶解度大的色素分子随层析液在滤纸上扩散得快，反之，则扩散得慢。因而不同的色素可以在滤纸上扩散开来，各种色素分子在滤纸上可形成不同的色素带。2.实验过程及常见命题点：(1)在研磨绿叶过程中加入二氧化硅，是为了研磨充分，否则，叶绿体中的色素就不可能被充分提取出来。(2)叶绿体内的液体是偏碱性的，在研磨过程中破坏了细胞的结构，细胞液中的有机酸释放出来，很容易破坏叶绿素分子。为了防止破坏叶绿素分子，在研磨过程中要加入碳酸钙。(3)制备滤纸条时，要将滤纸条的一端剪去两角，这样可以使色素在滤纸条上扩散均匀，便于观察实验结果。(4)纸层析：将滤纸条插入层析液时，一定不能让滤纸条的滤液细线触及(或没入)层析液，否则，滤液细线中的色素分子将溶解在层析液中，使实验失败。3.实验结果：色素的种类和作用(见图10－1)：图10－1例1[2009·广东文基卷]从高等植物叶片中分离出四种光合色素，其中呈橙黄色的是()A.叶绿素aB．叶绿素bC.胡萝卜素D．叶黄素【答案】C【解析】叶绿体中色素的提取和分离实验，证明了叶绿体色素的种类、颜色和在色素带的位置。胡萝卜素：位于层析图谱的最上层，呈橙黄色；叶黄素：位于层析图谱的中上层，呈黄色；叶绿素a：位于层析图谱的中下层，呈蓝绿色；叶绿素b：位于层析图谱的最下层，呈黄绿色。【点评】本实验正确的实验结果是，在滤纸条上4条呈平行线分布的色素带，自上而下依次为橙黄色的胡萝卜素、黄色的叶黄素、蓝绿色的叶绿素a、黄绿色的叶绿素b。如果你的实验结果看不清楚4条色素带，可能是实验材料选择时，没有选新鲜、浓绿的叶片，这样导致色素种类不全或含量不够；也可能是在提取时研磨不充分、迅速，导致研磨过程中色素提取到的比较少；还可能是在做色素分离时，层析液触及了滤液细线，色素溶解于层析液中使色素含量减少。如果你看到的是4条不整齐的色素带，可能是在画滤液细线时，细线没有做到细且直，使色素带彼此重叠；也有可能是滤纸条一端的两角剪的过程中不对称造成的等等。下面变式考查完成此实验成败的有关问题。变式题[2010·南京模拟]“叶绿体色素的提取与分离”实验中，与该实验的成败无关的是()A.选用新鲜绿色的叶子作材料B.研磨时要缓慢且均匀用力C.画滤液细线要细要齐且干后重画D.纸层析时层析液不能触及滤液细线【答案】B【解析】选用新鲜绿叶作材料，色素含量高；画滤液细线要细、齐、直，且干后重画有利于色素带整齐，分离效果好；色素易溶于有机溶剂，故不能触及滤液细线。►探究点二光合作用过程的发现时间研究进展18世纪中期以前人们一直认为植物体内的全部营养物质都是从土壤中获得的1771年英国科学家普利斯特利发现植物可以更新空气1779年荷兰科学家英格豪斯发现只有绿叶在光下才能更新空气1785年人们明确了绿叶在光下放出的气体是O2，吸收的是CO21845年德国科学家梅耶发现植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来1864年德国科学家萨克斯通过实验证明绿色叶片在光合作用中产生了淀粉1880年美国科学家恩格尔曼通过实验证明氧是叶绿体释放出来的，叶绿体是植物进行光合作用的场所时间研究进展1939年美国科学家鲁宾和卡门通过同位素标记法证明了光合作用释放的氧全部来自水20世纪40年代美国科学家卡尔文最终探明了CO2中碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径【说明】(1)在光合作用的发现中，科学家们利用了对照实验，使结果和结论更加科学、准确。①萨克斯：自身对照，自变量为光照(一半曝光与另一半遮光)，因变量为叶片的颜色变化。②恩格尔曼：自身对照，自变量为光照(照光处与不照光处；黑暗与完全曝光)，因变量为好氧菌的分布。③鲁宾和卡门：相互对照，自变量为标记物质(H182O与C18O2)，因变量为O2的放射性。④普里斯特利：缺少空白对照，实验结果说服力不强。(2)萨克斯在做实验前，把绿叶放在黑暗处处理一段时间，目的是消耗掉叶片中的营养物质。否则可能会使遮光处仍有可能出现蓝色，影响实验结果的可靠性。在设计光合作用的有关实验时要注意落实这点。2.生物学发展的条件(1)与物理学和化学的研究进展关系密切。由于发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的是O2，吸收的是CO2；放射性同位素为光合作用中产物的元素来源提供了研究手段。(2)技术手段的进步对生物科学的发展起了推动作用：如同位素标记法对光合作用的研究有推动作用。例2[2010·哈尔滨模拟]1864年，德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处几小时，然后把此叶片一半遮光，一半曝光。经过一段时间后，用碘蒸气处理叶片，成功地证明绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。请据此实验回答相关问题：(1)在该实验中，萨克斯看到的现象是()A.叶片全变蓝B.遮光一半变蓝C.曝光一半变蓝D.叶片全不变蓝(2)萨克斯将绿色叶片先放在暗处几小时的目的是()A.将叶片中的水分消耗掉B.将叶片中原有的淀粉消耗掉C.增加叶片的呼吸强度D.提高叶片对光的敏感度(3)萨克斯对这个实验的设计具有很强的逻辑上的严密性，具体体现在()A.没有对照实验B.本实验不需要设置对照实验C.曝光处作为对照实验D.遮光处作为对照实验(4)该实验中若曝光时间过长，遮光处经碘液处理后也呈现蓝色，其原因是________________________________。(5)该实验中叶片内含有的叶绿素等色素，会对碘液处理后表现出的蓝色造成干扰，影响实验现象的观察，为增强实验效果，对叶片应作怎样的处理？________________________________。(6)该实验除了证明“光合作用产生了淀粉”外，还成功地证明了______________________________。【答案】(1)C(2)B(3)D(4)曝光处的淀粉可运输到遮光处(5)在碘液处理之前，将叶片放入盛有酒精的小烧杯中，水浴加热，使叶片内的色素溶解于酒精中，再用清水漂洗叶片(6)光合作用需要光照【解析】(1)该实验通过检测淀粉的有无来证明植物是否进行了光合作用，曝光处有淀粉产生，经碘蒸气处理后将表现出蓝色，遮光处不变色。(2)该实验中事先把叶片放在暗处几小时的目的是让有机物(如淀粉)被彻底消耗，避免叶片内原有淀粉对实验结果造成干扰。(3)该实验设置的是空白对照，其中对照组是指不作任何实验处理的对象组。实验中叶片事先处于黑暗中，对于遮光组，仍处于黑暗状态下，相当于未作处理，故为对照组；而曝光组，从黑暗状态下转变为光照下，相当于给予了光照处理，应为实验组。当然也可如此判断：该实验研究的因素是光照，故用光照处理的对象组(曝光组)就为实验组。(4)有机物在植物体内能够转移，若实验中曝光时间过长，曝光处的淀粉可运输到遮光处。可见，实验时间的长短将影响实验结果。若实验中观察到遮光处也呈蓝色，原因可能是叶片在暗处放置时间过短(有机物未耗尽)或曝光时间过长(有机物发生了转移)。(5)叶绿体中的色素溶解于酒精，故可用酒精水浴加热进行脱色。(6)根据单一变量原则，确定实验结果的不同是由于自变量的不同所导致的。该实验的自变量为光照的有无，故得到的结论是光合作用需要光照。【点评】与光合作用相关的经典实验大多结合光合作用的原料、产物、场所和条件展开。解答此类问题时，需要根据实验目的确定实验自变量，如“验证光合作用需要CO2”的实验中，自变量为CO2的有无，因此，需设置一组有CO2，另一组无CO2。对于植物光合作用及其强度，依不同的实验材料等因素确定观察对象：①水生植物可依气泡的产生量或生成速度；②离体叶片若事先沉入水底，可依单位时间内上浮的叶片数目；③植物体上的叶片，可依指示剂(如碘蒸气)处理后叶片颜色的变化；④水绵为实验材料时借助显微镜，可依好氧型细菌的分布情况。下面的变式演练是从另一个侧面进行考查的。变式题[2010·重庆模拟]普里斯特利把一只小白鼠和一盆植物一同放到一个玻璃罩内，结果小白鼠和植物都能存活很长时间。但后来有人重复这个实验，却有的能成功，有的不能成功。以下关于这一现象的说法，不正确的是()A.该实验并不科学，没有可重复性B.该实验的成功与否，要看是否将装置置于阳光下C.该实验说明光合作用释放的氧气与小白鼠需要的氧气达到了平衡D.该实验说明光合作用需要的CO2与小白鼠呼出的CO2达到了平衡【解析】普里斯特利的实验成败与否的关键：是否把装置置于阳光下。普里斯利的实验虽然把实验装置置于阳光下，取得了成功，但他却忽视了一点，即没有明确地说明将实验装置置于阳光下是取得实验成功的必要条件，所以，后来的科学工作者在重复该实验时，置于阳光下的取得了成功，不置于阳光下的则遭到了失败。【答案】A►探究点三光合作用的生理过程比较项目光反应阶段碳反应阶段概念指光合作用第一阶段中的化学反应，必须有光才能进行(此阶段也有不需光的反应)指光合作用第二阶段中的化学反应，有没有光都可以进行实质光能转变为化学能，并放出O2同化CO2形成有机物时间短促较缓慢条件需色素、光、酶、水不需色素，有光无光均可，需要多种酶、ATP、NADPH、CO2场所在叶绿体类囊体的薄膜上进行在叶绿体基质中进行物质转化水的光解：2H2O――→光4H＋＋4e－＋O2NADPH合成：NADP＋＋2e－＋H＋――→酶NADPHATP的合成：ADP＋Pi＋能量――→酶ATPCO2的固定：CO2＋RuBP――→酶2C3C3的还原：2C3＋NADPH＋ATP――→酶(CH2O)＋RuBP＋ADP＋Pi＋NADP＋比较项目光反应阶段碳反应阶段能量转化光能→活跃化学能，并部分贮存在ATP或NADPH中ATP中的活跃化学能→有机物中稳定的化学能联系(1)光反应为碳反应提供NADPH和ATP；碳反应为光反应提供ADP、Pi、NADP＋；(2)没有光反应，碳反应无法进行；没有碳反应，有机物无法合成。总之，光反应是碳反应的物质和能量的准备阶段。碳反应是光反应的继续，是物质和能量转化的完成阶段。二者是光合作用全过程的两个阶段，既有区别又紧密联系，是缺一不可的整体(如图10－2所示)图10－22.叶绿体处于不同的条件下，C3、C5、[H]、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化光照与CO2浓度变化对植物细胞内C3、C5、NADPH、ATP、C6、H12、O6合成量的影响由于各种因素的变化，如温度变化、光强变化、CO2浓度的变化会影响C3、C5、NADPH、ATP、C6H12O6这些物质的含量，遵照化学平衡的原理进行分析，可以获得它们之间变化的关系如下表：项目光照变强CO2不变光照变弱CO2不变光照不变CO2增多光照不变CO2减少C3↓↑↑↓C5↑↓↓↑ATP↑↓↓↑C6H12O6↑↓↑↓NADPH↑↓↓↑例3[2009·重庆卷]在春末晴朗白天，重庆某蔬菜基地测定了某大棚蔬菜在不同条件下的净光合作用强度(实际光合作用强度与呼吸作用强度之差)，结果见10－3(假设塑料大棚外环境条件相同；植株大小一致、生长正常，栽培管理条件相同)。(1)在曲线a中，与11时相比，13时植株叶绿体内C3与C5化合物相对含量较高的是________(填“C3”或“C5”)；在11时和13时分别摘取植株上部成熟叶片用碘蒸气处理，13时所取叶片显色较________(填“深”或“浅”)。图10－3(2)曲线b的峰值低于曲线a，其中两个主要决定因素是__________________(光照强度、环境温度、空气中CO2含量)。曲线c高于曲线b，原因是补充光照能使叶绿体产生更多的____________用于CO2还原；若在棚内利用豆科植物作绿肥，可明显增加土壤中____________元素的含量，主要促进植株体内__________和__________等生物大分子的合成。(3)6～9时和16～18时，曲线b高于曲线a，主要原因是此时段棚内__