《细胞的能量供应和利用》 “光合作用与能量转化”章节重点归纳&典例示范 【基础归纳】 【叶绿体的结构与功能】  叶绿体的结构与功能 结构（如图） 1. 双层膜：分为内膜和外膜，其主要功能是控制物质进出叶绿体。 2. 基粒：由囊状结构（类囊体）堆叠而成。吸收光能的四种色素和光反应所需 的酶就分布在类囊体的薄膜上。 3. 基质：在基粒与基粒之间充满基质，基质中含有与光合作用暗反应有关的酶。 另外，还含有少量 DNA 与 RNA，与叶绿体的遗传有关。 功能 叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。  叶绿体功能的验证实验 恩格尔曼的实验过程及现象 【特别提示】 恩格尔曼实验的巧妙之处 （1）排除干扰的方法妙 没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。 （2）实验材料选择妙 实验材料选择水绵。水绵不仅具有细而长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地 分布在细胞中，便于观察。 （3）实验对照设计妙 用极细的光束点状投射，叶绿体上可分为获得光照部位和无光照部位，相当于 一组对照实验；进行黑暗（局部光照）和完全暴露在光下的对照实验；明确实 验结果完全是由光照引起的等。 （4）观测指标设计妙 通过好氧细菌的分布进行检测，从而能够准确地判断出释放氧气的部位。  典例示范 下图为叶绿体中色素吸收光能的情况，以下说法中正确的是 （ ） ① 在晚间用绿光照射行道树，目的是通过植物光合作用以增加夜间空气中的 O2 浓度　 ② 据图可知，用波长 400 ～ 470nm 的光比用白光更有利于提高光合作用强 度　 ③ 在经过纸层析法分离出来的色素带上，胡萝卜素的色素带在最上面　 ④ 一般情况下，光合作用所利用的都是可见光，波长范围是 390 ～ 760 nm ⑤ 土壤中缺乏镁时，新叶对 620 ～ 670 nm 波长的光利用量无明显变化 A. ②④⑤　　B. ③④⑤　C. ②③④　　D. ①②⑤ 【答案】B 红枫是一种木本观赏植物，在生长季节叶片呈红色，下列关于该植物的叙述， 正确的是（　　） A. 红枫叶片不含叶绿素 B. 红枫叶片呈红色是因为吸收了红光 C. 红枫叶片能吸收光能进行光合作用 D. 液泡中色素吸收的光能用于光合作用 【答案】C 下列关于叶绿体的描述，错误的是（　　） A. 基粒由类囊体堆叠而成 B. 叶绿体的外表有双层膜 C. 暗反应发生在类囊体薄膜上 D. 类囊体薄膜上具有叶绿素和酶 【答案】C 【捕获光能的色素】  绿叶中色素的提取和分离 实验原理 1. 色素提取的原理：绿叶中的色素易溶于无水乙醇、丙酮、石油醚等有机溶剂。 2. 色素分离的原理：不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液 在滤纸上扩散得快；反之，则慢。 方法步骤 步骤 方法 原因 提取绿 称取 5 g 绿叶，剪碎， ① 加入少许二氧化硅：有助于研磨得充分 叶中的 放入研钵中，再向研 色素 钵中加入少许二氧化 ② 加入碳酸钙粉：防止研磨过程中色素被破坏 ③ 加入无水乙醇：溶解、提取色素 硅和碳酸钙粉及 5~10 mL 无水乙醇， 进行迅速、充分的研 磨 提取绿 将研磨液迅速倒入基 叶中的 部垫有单层尼龙布的 色素 玻璃漏斗中过滤。将 滤液收集到试管中， ① 单层尼龙布：过滤叶脉、叶渣及二氧化硅等 ② 塞紧试管口：防止无水乙醇挥发和色素氧化 及时用棉塞塞紧试管 口 ① 干燥的滤纸：透性好、吸收滤液多 制备滤 ② 剪去两角：防止色素随层析液在边缘扩散过快， 纸条 使层析液同步到达滤液细线，随后形成的色素带整齐、平行 用毛细吸管吸取少量 滤液，沿铅笔线均匀 ① 画得细、直、齐：防止色素带重叠而影响分离效果 画滤液 地画出一条直的滤液 细线 ② 画两三次：积累更多的色素，使分离后的色素带明显 细线，待滤液干后再 重复画一两次 分离绿 将适量的层析液倒入 叶中的 试管中，将滤纸条 ① 层析液不能触及滤液细线：防止色素溶解于层析液中 而无法分离 （有滤液细线的一端 色素 朝下）轻轻插入层析 ② 塞紧试管口：防止层析液中的成分挥发 液中，随后用棉塞塞 紧试管口 观察与 分析 【问题思考】 （1）为什么研磨时要迅速？为什么研磨时要加入少量的碳酸钙和二氧化硅？ 提示：叶绿素不稳定，易被破坏，因此研磨要迅速、充分， 以保证提取较多的 色素。二氧化硅会破坏细胞结构， 使研磨充分。碳酸钙可防止研磨过程中色素 被破坏。 （2）为什么需要选用新鲜绿色的叶片做实验材料？ 提示：新鲜绿色的叶片中色素含量高，从而使滤液中色素含量较高，实验效果 明显。 （3）滤纸为什么需预先干燥处理？在制备滤纸条时， 为什么将一端的两个角 剪掉？ 提示：干燥处理的目的是使层析液在滤纸上快速扩散；剪掉两角的目的是防止 层析液沿滤纸边缘扩散过快，以保证色素带分离整齐。 （4）为什么盛放滤液的试管管口加棉塞？ 提示：防止无水乙醇挥发和色素氧化。 （5）在层析时，为什么不能让滤液细线触及层析液？ 提示：滤纸条上的滤液细线触及层析液，会使色素直接溶解到层析液中，结果 使滤纸条上得不到色素带。 （6）为什么滤液细线要画得直、细、齐，而且待滤液细线干燥后再重复画一 两次？ 提示：滤液细线要画得直、细、齐的目的是使分离出的色素带平整、不重叠； 滤液细线干燥后再重复画一两次，使分离出的色素带清晰分明。 （7）叶绿体中各色素溶解度大小的关系是怎样的？ 溶解度大小：胡萝卜素> 叶黄素> 叶绿素 a> 叶绿素 b。 （8）分析滤纸条上色素带宽窄不同的原因？ 提示：不同种类的色素在绿叶中的含量不同，含量多的色素带宽；反之，色素 带窄。  捕获光能的色素 种类（如图） 色素含量：叶绿素 a> 叶绿素 b> 叶黄素> 胡萝卜素。 分布：叶绿体的类囊体薄膜上。 作用：吸收光能用于光合作用。  叶绿体中的色素及色素的吸收光谱 由图中可以看出： 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. 叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其 他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。  典例示范 下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，正确的是（　　） A. 加入碳酸钙防止滤液挥发 B. 用 NaCl 溶液提取叶片中的色素 C. 用无水乙醇或丙酮分离滤液中的色素 D. 加入二氧化硅（石英砂）有利于充分研磨 【答案】D 如图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验时的改进装置，下列与之有 关的叙述中，错误的是（　　） A. 应向培养皿中倒入层析液 B. 应将滤液滴在 a 处，而不能滴在 b 处 C. 实验结果应是得到四个不同颜色的同心圆（近似圆形） D. 实验得到的若干个同心圆中，最小的一个圆呈橙黄色 【答案】D 分别在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个研钵中加 2 g 剪碎的新鲜菠菜绿叶， 并按下表所示添加 试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，即深绿色、黄绿色、几乎无色。 注：“+”表示加，“-”表示不加。 则Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个研钵中的溶液颜色分别是（　　） A. 几乎无色、黄绿色、深绿色 B. 深绿色、几乎无色、黄绿色 C. 黄绿色、深绿色、几乎无色 D. 黄绿色、几乎无色、深绿色 【答案】D 某同学在做“绿叶中色素的提取和分离” 实验时，为了确定无水乙醇、CaCO3 和 SiO2 的作用，进行了 4 组实验来验证，4 组实验结果如下图所示，第④组 是进行了正确操作的对照组。下列针对实验结果的分析，不正确的是 （　） A. ① 可能是未加 CaCO3 而得到的实验结果 B. ② 可能是因用水取代了无水乙醇而得到的实验结果 C. ③ 可能是因未加 SiO2 而得到的实验结果 D. 绿叶中的色素都能够溶解在层析液中，四种色素的溶解度相同 【答案】D 下图是新鲜菠菜叶的光合色素纸层析的结果，下列叙述中正确的是 （　） A. 色素带①②都是由碳氢链组成的分子 B. 色素带①②变窄的原因可能是未加碳酸钙 C. 纸层析的原理是光合色素易溶于体积分数为 95% 的乙醇 D. 色素带③④中的色素只能吸收红光和蓝紫光 【答案】A 下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，正确的是 （　） A. 应该在研磨叶片后立即加入碳酸钙，防止叶绿素被破坏 B. 在画出一条滤液细线后紧接着重复画线 2～3 次 C. 若滤液细线全部没入层析液，则无法观察到色素带 D. 在层析液中溶解度最高的叶绿素 a 在滤纸条上扩散得最快 【答案】C 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， 他们所得到的实验结果依次应为图中的（　　） A. ①②③④ 　　 B. ②④①③ C. ④②③① 　　 D. ③②①④ 【答案】B 【光合作用的过程】  光反应阶段 概念：光合作用第一个阶段中的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫光 反应阶段。 场所：叶绿体的类囊体薄膜上。 条件：必须有光、叶绿体中的色素和酶。 过程 水的光解：2H2O → 4［H］+O2 ATP 的合成：ADP+Pi → ATP 实质：将光能转变为储存在 ATP 中的活跃的化学能，释放 O2。  暗反应阶段 概念：光合作用第二个阶段中的化学反应，有没有光都可以进行，这个阶段叫 暗反应阶段。 场所：叶绿体基质中。 条件：多种酶参与。 过程 CO2 的固定：CO2+C5 → 2C3 C3 的还原：2C3+［H］→（CH2O）+C5 实质：同化 CO2，将活跃的化学能转变为有机物中稳定的化学能。  光反应阶段和暗反应阶段的关系 联系：光反应和暗反应是一个整体，二者紧密联系。光反应是暗反应的基础， 为暗反应提供能量（ATP）和还原剂（［H］），暗反应产生的 ADP 和 Pi 为光 反应合成 ATP 提供原料。 区别 比较项目 光反应 暗反应 光能转变为化学能（水光解产生 实质 同化 CO2，形成有机物 O2 和［H］） 时间 短促，以微秒计 较缓慢 条件 色素、光、酶 不需要色素和光，需要多种酶 场所 类囊体薄膜上 叶绿体基质中 CO2 的固定：CO2+C5 →2C3 2H2O →4［H］+ O2 物质转化 ADP+Pi →ATP C3 还原：2C3+［H］ →（CH2O） +C5 ATP 中活跃的化学能→ （CH2O） 中稳 能量转换 光能→电能→ ATP 中活跃的化学能 定的化学能 【特别注意】 暗反应在有光、无光条件下都能进行。若光反应停止， 暗反应可利用光反应阶 段产生的还未被利用的［H］ 和 ATP 继续进行一段时间，但时