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叶绿素b
黄绿色
__红光和蓝紫光
叶绿素a
蓝绿色
吸收、传递和转化光能
3.可见光谱与吸收光谱
(1)可见光谱:
太阳光通过三棱镜折射后,便可分为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等不同的颜色。
(2)吸收光谱:
以某种物质对不同波长光的吸收率为纵坐标,以波长为横坐标作图,所得的曲线。
4.活动:
(1)实验原理
①提取:
叶绿体中的色素溶于有机溶剂而不溶于水,可用95%的乙醇等有机溶剂提取绿叶中的色素。
②分离:
各种色素在层析液中溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢,从而使各种色素相互分离。
(2)实验流程
(1)色素提取时常加入层析液(×
)
(2)滤纸条上的滤液细线不能浸没层析液中(√)
(3)滤纸条上最上端呈黄色的色素带最窄(×
(4)植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光(×
(5)叶绿素的形成需要光照(√)
(6)叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素(√)
(7)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同(√)
(8)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中(×
(必修1P88图3-19改编)如图表示某同学做“光合色素的提取与分离”实验的改进装置,据图分析:
(1)实验时应将滤液滴在____(填“a”或“b”)处。
(2)在定性滤纸上会出现4个不同颜色的同心圆,最大的圆圈含有________(填色素种类),呈现________色;
最小的圆圈含有____________(填色素种类),呈现________色。
答案:
(1)a
(2)胡萝卜素 橙黄 叶绿素b 黄绿
考法1 色素的功能和吸收光谱的分析
(1)叶绿体中色素的分析
分布
叶绿体类囊体膜上
吸收、传递(四种色素)和转换光能(只有少量叶绿素a)
化学特性
不溶于水,能溶于乙醇、丙酮和石油醚等有机溶剂
分离方法
纸层析法
色素
叶绿素
(约占3/4)
叶绿素a(蓝绿色)
主要吸收
红光、蓝紫光
叶绿素b(黄绿色)
及特
类胡萝卜
素(约占1/4)
胡萝卜素(橙黄色)
点
叶黄素(黄色)
吸收光谱图示
图示说明:
①阳光经三棱镜折射后形成不同波长和颜色的光
②折射光透过色素滤液时部分光被吸收
③色素对红光和蓝紫光吸收较多,使两光区呈现暗带
(2)影响叶绿素合成的因素
①光照:
光是影响叶绿素合成的主要条件,一般植物在黑暗中不能合成叶绿素,因而叶片发黄。
②温度:
温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性,进而影响叶绿素的合成。
低温时,叶绿素分子易被破坏,而类胡萝卜素分子较为稳定,使叶子变黄。
③必需元素:
叶绿素中含N、Mg等必需元素,缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成,叶片变黄。
[题组冲关]
1.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叶绿素合成受阻引起的
解析:
选C。
提取绿叶中色素的原理是叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂如无水乙醇中,A项正确;
叶绿素分子中含有镁元素,镁元素可以由植物根细胞通过主动转运方式从土壤溶液中吸收,也可以在叶面施肥后由叶片吸收,B项正确;
叶绿体中的色素吸收可见光用于光合作用,其中吸收的主要是可见光中的红光和蓝紫光,红外光和紫外光不属于可见光,C项错误;
叶绿素的合成需要光,在黑暗条件下叶绿素不能合成,黑暗中生长的植物幼苗叶片主要呈现类胡萝卜素(叶黄素和胡萝卜素)的颜色,即幼苗叶片表现为黄色,D项正确。
2.(2020·
宁波期末联考)下表是在适宜条件下测得某植物叶绿体中色素吸收光能的情况,下列分析错误的是( )
波长(nm)
400
450
500
550
600
670
700
吸收光能百分比(%)
40
68
5
15
16
全部色素
75
93
50
35
45
A.O2的释放速率变化与全部色素吸收光能百分比的变化基本一致
B.由550nm波长的光转为670nm波长的光时,叶绿体中三碳酸分子的量会增加
C.该植物缺乏镁时,叶绿素a吸收的光能百分比的减少幅度更大
D.环境温度降低,该植物对光能的利用能力将降低
选B。
植物光合作用吸收光能,发生水的光解产生O2,因此O2的释放速率变化与全部色素吸收光能百分比的变化基本一致;
由550nm波长的光转为670nm波长的光时,植物吸收的光能增加,光反应加快,为碳反应提供的NADPH和ATP增加,三碳酸分子的还原速率加快,叶绿体中三碳酸分子的含量减少;
镁是叶绿素的重要构成成分,植物缺乏镁时,叶绿素a含量降低,吸收的光能百分比的减少幅度更大;
表中实验数据是在最适温度条件下所得的实验结果,因此环境温度降低,该植物对光能的利用能力将降低。
考法2 光合色素提取的注意事项和操作目的
过程
注意事项
操作目的
提取
①
选新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高
②
研磨时加95%乙醇
溶解色素
③
加少量SiO2和CaCO3
研磨充分和保护色素
④
迅速、充分研磨
防止乙醇挥发,
充分溶解色素
⑤
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
滤纸预先干燥处理
增强滤纸的吸收能力,使层析液在滤纸上快速扩散
滤液细线要直、细、匀
使分离出的色素带平整不重叠
滤液细线干燥后再画一次,共画3~4次
增加色素浓度,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
3.(2020·
浙江富阳月考改编)下图表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行的实验流程,相关叙述错误的是( )
A.纸层析法分离色素的原理是不同色素在层析液中的溶解度不同
B.两组实验的结果①中共有色素带的颜色是黄色和橙黄色
C.两组实验的结果②中吸收光谱最明显的差异出现在蓝紫光区域
D.在做提取韭黄色素的实验时,不加碳酸钙对滤液颜色的影响不大
纸层析法分离色素的原理是不同色素在层析液中的溶解度不同,溶解度大的随层析液在滤纸上的扩散速度快;
光下生长的韭菜叶绿体中含有四种色素:
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),避光生长的韭黄只含有两种色素:
胡萝卜素、叶黄素;
叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,故两组实验的结果②中吸收光谱最明显的差异出现在红光区域;
研磨时加碳酸钙主要是防止叶绿素分子被破坏,韭黄中不含叶绿素,不加碳酸钙对滤液颜色的影响不大。
4.(2019·
浙江4月选考节选)回答与光合作用有关的问题:
在“光合色素的提取与分离”活动中,提取新鲜菠菜叶片的色素并进行分离后,滤纸条自上而下两条带中的色素合称为________。
分析叶绿素a的吸收光谱可知,其主要吸收可见光中的________光。
环境条件会影响叶绿素的生物合成,如秋天叶片变黄的现象主要与________抑制叶绿素的合成有关。
在“光合色素的提取与分离”活动中,提取新鲜菠菜叶片的色素并进行分离后,滤纸条自上而下两条带中的色素(胡萝卜素和叶黄素)合称为类胡萝卜素。
叶绿素a主要吸收可见光中的蓝紫光和红光。
秋天叶片变黄的现象主要与低温抑制叶绿素的合成有关。
类胡萝卜素 蓝紫光和红 低温
光反应和碳反应的过程
过程图解
1.光反应
(1)条件:
叶绿体色素、酶、光和水。
(2)场所:
叶绿体类囊体膜。
(3)产物:
NADPH、ATP、O2。
(4)物质转变
①水在光下裂解为H+、O2和电子。
②水中的氢(H++e-)在光下将NADP+还原为NADPH。
(5)能量转变:
光能被吸收并转化为ATP和NADPH中的化学能。
2.碳反应
CO2、多种酶、ATP、NADPH。
叶绿体基质。
三碳糖。
(4)主要变化
①CO2的固定:
CO2+RuBP―→2三碳酸分子。
②三碳酸分子的还原:
三碳酸分子接受NADPH中的氢和ATP中的磷酸基团及能量,被还原成三碳糖,这是碳反应形成的产物。
③RuBP的再生
每3个CO2分子进入卡尔文循环就形成6分子的三碳酸分子,后者都被还原为三碳糖,其中5个三碳糖分子在卡尔文循环中再生为RuBP,另一个三碳糖分子则离开卡尔文循环,或在叶绿体内合成淀粉、蛋白质或脂质,或运出叶绿体,转变成蔗糖。
(1)光合作用过程中光能转变为化学能,细胞呼吸过程中化学能转变为热能和ATP(×
(2)进入叶绿体的CO2不能被NADPH直接还原(√)
(3)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(×
(4)光合作用光反应产生的ATP只用于碳反应阶段,不能用于其他生命活动,其他生命活动所需ATP来自细胞呼吸(√)
(必修1P102T5改编)如图为高等绿色植物光合作用图解,以下说法正确的是( )
A.①是光合色素,分布在叶绿体和细胞溶胶中
B.②是氧气,可参与需氧呼吸的第三阶段
C.③是三碳化合物,能被氧化为三碳糖
D.④是ATP,在叶绿体基质中生成
根据光合作用图解可知,图中①是光合色素,分布在叶绿体类囊体膜(基粒)上;
②是氧气,可参与需氧呼吸的第三阶段,与需氧呼吸第一、二阶段产生的[H]结合生成水,释放大量的能量;
③是三碳化合物,在由光反应阶段提供的NADPH和ATP的作用下被还原为三碳糖;
④是ATP,在叶绿体类囊体膜(基粒)上生成。
考法1 光合作用的过程分析
(1)光反应为碳反应提供NADPH、ATP,碳反应为光反应提供ADP和Pi。
(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。
(3)反应式及元素去向分析
①反应式:
以生成C6H12O6为例。
C6H12O6+6O2+6H2O
②元素去向
对光反应与碳反应认识的五个误区
(1)光合作用中光反应和碳反应不是独立的,而是息息相关的两个过程,没有光反应,碳反应也无法进行。
(2)光合作用的场所在真核生物中一定为叶绿体,在原核生物中为质膜。
(3)碳反应所需要的ATP仅来自光反应,而不能由细胞呼吸提供。
(4)光合作用中,ATP提供能量和磷酸基团;
NADPH提供能量和作为还原剂,也是氢的载体,提供氢。
(5)三碳糖或戊糖(RuBP)组成元素中含有磷。
1.(2020·
浙江平阳质检)如图表示发生在叶绿体中的相关代谢过程,其中①②表示相关过程,A、B表示两种气体物质,下列说法错误的是( )
A.过程①表示光反应,过程②的场所是叶绿体基质
B.物质A表示O2,物质B表示CO2
C.过程②能将活跃的化学能转变成稳定的化学能
D.过程②的两个阶段都需要消耗过程①产生的NADPH和ATP
选D。
由题图可知,过程①②分别表示光反应和碳反应,反应场所分别是叶绿体的类囊体膜和叶绿体基质。
物质A、B分别表示O2和CO2。
光反应能将光能转变成活跃的化学能储存在ATP中,碳反应能将活跃的化学能转变成稳定的化学能储存在葡萄糖中。
过程②包括CO2的固定和C3的还原两个阶段,其中CO2的固定不需要消耗①过程产生的NADPH和ATP。
浙江省三地市联考)在适宜的条件下,为甘蔗提供14CO2,一段时间测得叶肉细胞内三碳糖和蔗糖中含14C的百分比,如下图所示。
请回答:
(1)三碳糖的形成需要ATP提供__________________,NADPH提供________________。
(2)14CO2先转化为________再形成三碳糖。
从图示曲线看,三碳糖可以转化为蔗糖,蔗糖的产生场所是________________________。
产生1分子蔗糖所需要的葡萄糖,需要____________循环________次。
(3)实验开始1200秒后,含14C蔗糖百分比明显下降的原因是_________________。
(2)14CO2先转化为三碳酸再形成三碳糖,其中大部分用于核酮糖二磷酸的再生,少部分离开卡尔文循环的三碳糖运出叶绿体外合成蔗糖,所以蔗糖的产生场所是细胞溶胶(或叶绿体外)。
产生1分子蔗糖所需要的葡萄糖,需要卡尔文循环6次,因为3个二氧化碳形成6个三碳糖,只有1个三碳糖离开卡尔文循环。
(3)实验开始1200秒后,含14C蔗糖百分比明显下降的原因是蔗糖运输至细胞外或用于其他代谢或蔗糖输出速率大于合成速率。
(1)磷酸基团和能量 氢和能量
(2)三碳酸(或三磷酸甘油酸或六碳分子) 细胞溶胶(或叶绿体外) 卡尔文 6
(3)蔗糖运输至细胞外(或用于其他代谢或蔗糖输出速率大于合成速率)
考法2 环境因素骤变对物质含量动态变化的判断
当外界条件改变时,光合作用中三碳酸分子、RuBP、NADPH、ATP的含量变化可以采用如图分析:
(1)图示
(2)分析
条件
过程变化
三碳酸
分子
RuBP
NADPH
和ATP
模型分析
光照由
强到弱,
CO2供
应不变
①过程减弱;
②③过程减弱;
④过程正常进行
增加
减少
减少或
没有
弱到强,
①过程增强;
②③过程增强;
光照不
变,CO2
由充足
到不足
④过程减弱
①②③过程正常进行,随三碳酸分子减少②③减弱,①过程正常
由不足
到充足
④过程增强;
①②③正常进行,随三碳酸分子增加②③增强,①过程正常
三碳酸分子、RuBP含量变化的两点注意
(1)以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化,而非长时间。
(2)以上各物质变化中,三碳酸分子和NADPH含量的变化是相反的,NADPH和ATP的含量变化是一致的。
3.如图是一晴朗夏日某植物光合作用强度随时间变化的曲线图,C点和B点相比较,叶肉细胞内的三碳酸分子、NADPH和ATP的含量发生的变化依次是( )
A.升、升、升 B.降、降、降
C.降、升、升D.升、升、降
分析图解可知,C点和B点相比较,C点光强度大于B点,但是由于光照过强导致植物气孔关闭,使C点二氧化碳浓度降低,将抑制碳反应中二氧化碳的固定反应,导致三碳酸分子含量降低,利用光反应提供的ATP和NADPH减少,从而导致ATP和NADPH的含量升高。
在“探究环境因素对光合作用的影响”活动中,正常光照下,用含有0.1%CO2的溶液培养小球藻一段时间。
当用绿光照射该溶液,短期内小球藻细胞中3磷酸甘油酸的含量会________。
为3磷酸甘油酸还原成三碳糖提供能量的物质是________。
若停止CO2供应,短期内小球藻细胞中RuBP的含量会________。
研究发现Rubisco酶是光合作用过程中的关键酶,它催化CO2被固定的反应,可知该酶存在于叶绿体________中。
当用绿光照射该溶液,由于绿光几乎不被吸收,光反应减弱,ATP和NADPH减少,短期内小球藻细胞中3磷酸甘油酸的含量增加。
为3磷酸甘油酸还原成三碳糖提供能量的物质是ATP和NADPH。
若停止CO2供应,短期内小球藻细胞中RuBP的含量会增加。
Rubisco酶是光合作用过程中的关键酶,它催化CO2被固定的反应,推知该酶存在于叶绿体基质中。
增加 ATP和NADPH 增加 基质
1.下列有关叶绿体及光合作用的叙述,正确的是( )
A.破坏叶绿体外膜后,O2不能产生
B.植物生长过程中,叶绿体内各种色素的比例保持不变
C.与夏季相比,植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短
D.离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后,可完成碳反应
O2在叶绿体类囊体膜上产生,A错误;
植物生长过程中,叶绿体内各种色素的比例会发生变化,B错误;
与夏季相比,植物在冬季光合速率低的主要原因是光强度减弱,C错误;
离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后,可完成碳反应,D正确。
杭州名校调研)如图表示某生物膜结构及其发生的部分生理过程,有关叙述正确的是( )
A.图示膜结构为叶绿体内膜
B.M侧为叶绿体基质,其中含有少量DNA
C.甲表示色素,在层析液中溶解度最高的是叶绿素a
D.图示过程为光反应,该过程不需酶的催化
因图示过程需要光照,故该过程为光反应,场所为类囊体膜。
光反应生成的ATP进入叶绿体基质参与碳反应,故M侧为叶绿体基质,叶绿体基质中含有少量DNA。
在层析液中溶解度最大的色素是胡萝卜素。
光反应过程需要酶的参与。
3.下图为某植物光合作用的示意图,下列相关叙述正确的是 ( )
A.阶段②中稳定的化学能转变成活跃的化学能
B.若突然中断CO2的供应则阶段①产生的b增多,d减少
C.阶段①中c为NADH,作为还原剂参与阶段②中f的还原
D.为该植物提供14CO2,则14C的转移途径为h→f→有机物
阶段②表示碳反应,在碳反应中,活跃的化学能转变成稳定的化学能,A错误;
阶段①为光反应,b为O2,d是ATP,若突然中断CO2的供应,则CO2固定受阻,三碳酸不能继续产生,三碳酸减少,最终使三碳酸还原过程中消耗的NADPH和ATP减少,但光反应继续进行,所以光反应产生的O2与ATP均增多,B错误;
f为三碳酸,阶段①中c为NADPH,NADPH作为还原剂参与阶段②中f的还原,C错误;
h是CO2,f是三碳酸,若为该植物提供14CO2,则14C的转移途径为14CO2→14C3→有机物,D正确。
4.如图为新鲜菠菜叶中4种色素的相对含量及在滤纸条上的分离情况。
下列有关说法不正确的是( )
A.叶绿体中的4种色素分布在类囊体膜上
B.4种色素均可溶于有机溶剂无水乙醇中
C.4种色素在层析液中溶解度最高的是甲
D.发黄菠菜叶中色素含量显著减少的是甲和乙
据图可知,甲、乙、丙、丁分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素,层析液中溶解度最高的是丁,故C项错误。
叶绿体中的4种色素分布在类囊体膜上,故A项正确。
4种色素均可溶于有机溶剂无水乙醇中,因此可用无水乙醇提取色素,故B项正确。
发黄菠菜叶中色素含量显著减少的是叶绿素,即甲和乙,故D项正确。
5.(2020·
嘉兴期末)卡尔文循环中的第一个反应由Rubisco催化,Rubisco的活性受多种因子调控,如下图所示。
下列结论正确的是( )
A.Rubisco能将CO2转化为RuBP
B.光照可直接提高Rubisco的活性
C.Rubisco与镁离子结合后能吸收光能
D.光照时叶绿体基质的pH大于黑暗时
卡尔文循环中的第一个反应是CO2与RuBP结合形成三碳酸;
光照通过促进抑制Rubisco活性的物质的分解,从而间接提高Rubisco的活性;
光能的吸收发生在光反应过程中,Rubisco催化碳反应的进行;
光照时,Rubisco活性增加,CO2的消耗加快,叶绿体基质的pH增大。
6.图甲是菠菜叶肉细胞中的叶绿体亚显微结构示意图,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示不同的部位;
图乙是光合作用的碳反应过程示意图,其中①②表示物质。
请回答下列问题:
(1)利用新鲜菠菜叶片进行“光合色素的提取和分离”活动。
在菠菜叶片研磨过程中,加入95%乙醇的作用是______________;
分离色素的过程中,应注意滤纸上的滤液细线要高于__________的液面;
分离后,在滤纸条上会呈现四条色素带,其中离滤液细线最远的色素带是__________(填相应的色素名称)。
(2)光合色素存在于图甲的[ ]______中,其中叶绿素主要吸收红光和________光。
图乙过程发生在图甲的[ ]__________中。
(在[ ]内填写图中的相应编号)
(3)图乙中,物质①是__________,该物质在光反应产物__________的作用下形成物质②。
若3个CO2分子进入卡尔文循环可形成6个物质②分子,其中有______个物质②分子经过一系列变化再生成RuBP,其余的离开循环,可在叶绿体内作为合成________、蛋白质和脂质等大分子物质的原料。
(1)在提取菠菜叶片色素过程中,加入95%乙醇的作用是溶解色素;
分离色素的过程中,应注意滤纸上的滤液细线要高于层析液的液面;
分离后,在滤纸条上会呈现四条色素带,从上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。
(2)光合色素存在于图甲的类囊体膜中;
其中叶绿素主要吸收红光和蓝紫光;
图乙过程是光合作用碳反应过程,发生在图甲的叶绿体基质中。
(3)图乙中,物质①由RuBP和CO2形成,为三碳酸(3磷酸甘油酸),在ATP和NADPH作用下形成物质②三碳糖;
6个三碳糖分子有5个经过一系列变化再生成RuBP,1个离开循环,在叶绿体内作为合成淀粉、蛋白质、脂质等大分子物质的原料。
(1)作为提取色素的溶剂 层析液 胡萝卜素
(2)Ⅲ 类囊体膜 蓝紫 Ⅱ 叶绿体基质
(3)3磷酸甘油酸 ATP和NADPH 5 淀粉
1.下列关于光合作用的叙述,不正确的是( )
A.把二氧化碳和水转变成有机物
B.把光能转变成化学能
C.全过程都必须在光下进行
D.有氧气放出
光合作用的光反应阶段直接需要光,而碳反应阶段不需要光直接参与。
2.关于叶绿体色素在光合作用过程中作用的描述,不正确的是( )
A.叶绿体中的色素与ATP的合成有关
B.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度最大的是叶绿素a
C.叶绿体中的色素与O2和NADPH的形成有
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