第3节能量之源——光与光合作用一、绿叶中色素的提取和分离的实验1、原理解读：（1）色素的提取：可以用无水乙醇（或丙酮）作溶剂提取绿叶中的色素，而不能用水，因为叶绿体中的色素不能溶于水。
（2）色素的分离：利用色素在层析液中的溶解度不同进行分离，溶解度大的在滤纸上扩散得快，反之则慢。
2、实验流程图示：（1）提取色素：加入少许SiO2、CaCO3和10mL无水乙醇研磨；（2）制备滤纸条：长与宽略小于试管，在一端剪去两角；在距剪去两角的一端1cm处画铅笔线。
（3）画滤液细线：用毛细吸管吸取色素绿叶沿铅笔线画一条直且均匀的滤液细线；（4）色素分离：将滤液条插入有3mL层析液的试管中，有滤液细线的一端朝下。
（5）观察结果：滤纸条上色素带有四条，如图。
3、实验中几种化学试剂的作用：（1）无水乙醇用于提取绿叶中的色素。
（2）层析液用于分离绿叶中的色素。
（3）二氧化硅可增加杵棒与研钵间的摩擦力，破坏细胞结构，使研磨充分。
（4）碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏。
4、实验中的注意事项：（1）选材：应选取鲜嫩、颜色深绿的叶片，以保证含有较多的色素。
（2）提取色素：研磨要迅速、充分，且加入各物质的量要成比例，以保证提取较多的色素和色素浓度适宜。
（3）画滤液细线：用力要均匀，快慢要适中。
滤液细线要细、直，且干燥后重复画一两次，使滤液细线既有较多的色素，又使各色素扩散的起点相同。
（4）色素分离：滤液细线不要触及层析液，否则滤液细线中的色素分子将溶解到层析液中，滤纸条上得不到色素带。
5、色素的种类和吸收光谱【例1】下列有关“叶绿体色素的提取和分离”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．用无水酒精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【解析】色素提取与分离中所用化学试剂或物质的作用：A中碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏，B中应该用无水乙醇提取绿叶中的色素，C中层析液用于分离绿叶中的色素而不是无水酒精或丙酮，D正确【答案】D【例2】叶绿体色素的纸层析结果显示，叶绿素b位于层析滤纸的最下端，原因是()A ．在层析液中的溶解度最小B ．在层析液中的溶解度最大C ．分子量最小D ．分子量最大【解析】色素在滤纸条上的扩散速率与其在层析液中的溶解度有关，溶解度越小，扩散的越慢，反之则快。
【答案】A【例3】用新鲜的菠菜叶进行“叶绿体中色素提取和分离”的实验，滤液经层析后，色素带在滤纸条上的分布顺序是()【解析】由于四种色素在层析液中溶解度的不同，造成其扩散速率不同。
溶解度最大的是胡萝卜素，它扩散的距离最远，其次是叶黄素，而叶绿素的溶解度小，所以叶绿素a 和叶绿素b 分别扩散在第三和第四条色素带上。
【答案】B二、叶绿体中的色素1、叶绿体的结构和功能（1）结构：一般呈扁平的椭球形或球形，外表有双层膜，内部的许多基粒是由囊状结构堆叠而成的。
（2）色素和酶的分布：吸收光能的色素分布于类囊体的薄膜上，与光合作用有关的酶分布在类囊体的薄膜上和基质中。
（3）功能：进行光合作用的场所。
2、色素的分布与作用（1）分布：分布于类囊体的薄膜上（2）作用：色素可吸收、传递光能，少数处于特殊状态的叶绿素a 可实现光合作用中光能→电能的转换。
3、色素与吸收光谱4、不同颜色温室大棚的光合速率：（1）无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明的大棚光合效率最高。
（2）叶绿素对绿光吸收量少，因此绿色塑料大棚光合速率最低。
【例1】将在黑暗中放置一段时间的叶片均分4块，置于不同的试管中，按下表进行实验，着色最浅叶片所在的试管是”表示具有该条件A ．①B ．②C ．③D ．④【解析】将叶片在黑暗中放置一段时间的是进行饥饿处理，消耗掉有机物，然后用不同的光照射，进行光合作用，用碘液处理看有机物产生的多少，因为叶绿体中的色素几乎不吸收绿光，所以着色最浅叶片所在的试管是④号管。
【答案】D【例2】下列有关叶绿体的说法正确的是（ ）A 、叶绿体增大膜面积的方式与线粒体相同B 、叶绿体中的色素都分布在类囊体薄膜上，酶都分布在基质中C 、叶绿体产生的O 2除供自身利用外，还可被线粒体利用D 、线粒体产生的CO 2被叶绿体利用至少需穿过4层磷脂双分子层【解析】叶绿体通过囊状结构堆叠而成的基粒来增大膜面积的，而线粒体通过向内凹陷的增加膜面积。
叶绿体中的酶分布在类囊体薄膜上和基质中。
叶绿体自身不利用O 2【答案】D【例3】下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是（ ）A ．叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内B ．H 2O 在光下分解为[H]和O 2的过程发生在基质中C ．CO 2的固定过程发生在类囊体薄膜上D ．光合作用的产物——淀粉是在基质中合成的【解析】叶绿体中的色素主要分布在类囊体膜上，水光解在类囊体膜上进行，CO 2的固定和淀粉的合成发生在暗反应中，部位在叶绿体基质。
【答案】D【例4】在做植物实验的暗室内，为了尽可能地降低植物光合作用的强度，最好安装( )A ．红橙光灯B ．绿光灯C ．白炽灯D ．蓝光灯【解析】本题考查学生运用光合作用知识分析实验设计的能力，叶绿素主要吸收红橙光蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
这些色素所吸收的光能，都能用于光合作用。
光合作用不吸收或很少吸收绿光，绿光下植物光合作用强度最低，题目中要求“尽可能地降低植物光合作用的强度”，当然就不能使用发红橙光和蓝紫光的灯，安装绿光灯是安全的。
至于白炽灯，物理常识告诉我们，白光是由七色光组成的。
【答案】B三、光合作用的过程光合作用过程包括光反应和暗反应两个连续的过程。
1、光反应（1）场所：叶绿体的类囊体薄膜上（2）条件：光，色素，酶等（3）物质变化：将水分解为H 和O 2，将ADP 和Pi 合成ATP（4）能量变化：光能转化为活跃的化学能2、暗反应（1）场所：叶绿体的基质中（2）条件：酶，ATP ，H （3）物质变化：CO 2的固定：CO 2+C 5 2C 3 C 3的还原：2C3+H CH 2O+C 5（4）能量变化：ATP 中活跃的化学能转变为有机物中稳定的化学能3、过程图解4、反应式及元素去向方程式： CO 2＋H 218O（CH 2O ）＋18O 2。
（1）O 元素：H 218O→18O 2。
（2）C 元素：14CO 2→14C 3→（14CH 2O ）。
（3）H 元素：H 218O→[H] →（CH 2O ）。
【例1】某研究性学习小组采用盆栽实验，探究土壤干旱对某种植物叶片光合速率的影响。
实验开始时土壤水分充足，然后实验组停止浇水，对照组土壤水分条件保持适宜，实验结果如下图所示。
下列有关分析不正确的有（ ）酶 酶A ．叶片光合速率随干旱时间延长而呈下降趋势B ．叶片光合速率下降先于叶片叶绿素含量下降C ．实验2-4天，光合速率下降是由叶片叶绿素含量下降引起的D ．实验2-4天，光合速率下降可能是由叶片内CO 2浓度下降引起的【解析】分析甲、乙两图中的曲线：实验组光合速率随干旱时间延长而下降，A 正确；实验组光合速率从第2天开始下降，叶绿素含量第4天开始才下降，B 正确；实验组光合速率的下降早于叶绿素含量的下降，C 错误；实验组光合速率下降的可能原因，由于干旱导致叶片气孔关闭，使叶片内CO2浓度的下降引起，D 正确。
【答案】C【例2】光反应为暗反应提供的物质是（ ）A ．［H ］和H2OB ．［H ］和ATPC ．ATP 和CO2D ．H2O 和CO2【解析】光反应是植物体将光能转化为活跃的化学能贮存在A TP 和NADPH 中，用于暗反应中CO2的同化和还原，ATP 和NADPH 合称同化力，[H]是暗反应中CO2的还原剂，A TP 为暗反应提供能量，因此ATP 和NADPH 是将光暗反应联系起来的关键物质【答案】B四、光合作用原理的应用1、光合作用强度：是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
2、增加光合作用强度的措施：控制光照的强弱和温度高低，适当增加作物环境中二氧化碳浓度等。
3、光照和CO 2浓度变化对植物细胞内C 3、C 5、[H]、ATP 和O 2用（CH 2O ）合成量的影响C 6H 12O 6合 成量减少3还原减弱CO 2光照强→弱 ① 2减少 减少2固定 3含量上升 5含量下降 C 6H 12O 6合成量增加3还原增强CO 2光照弱→强 ② 2增多 增多2固定3含量下降 5含量上升 C 6H 12O 6合 成量减少相对增加相对增加2产生减少减少CO 2光照不变 ③ 2固定减弱3还原3含量下降5含量 C 6H 12O 6合 成量增加相对减少 相对减少2产生增加 增加CO 2光照不变 ④ 2固定增强3还原3含量上升5含量下降4、光照强度对光合作用强度的影响A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。
AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少，这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。
B点：细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度（光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长），B点所示光照强度称为光补偿点。
BC段：表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强了，C点所示光照强度称为光饱和点。
5、CO2浓度对光合作用强度的影响图1和图2都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度的增大而增大，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用速率不再增加。
图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点；图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点。
6、温度对光合作用速率的影响温度主要是通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率。
7、必需元素供应对光合速率的影响在一定浓度范围内，增大必需元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫。
8、水分的供应对光合作用速率的影响水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。
【例1】在其他条件适宜的情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内叶绿体中C3和C5化合物含量的变化是A.C3和C5都迅速减少B.C3和C5都迅速增加C.C3迅速增加，C5迅速减少D.C3迅速减少，C5迅速增加【解析】本题考查光合作用过程。
停止光照，[H]和ATP减少，所以对C3的还原减少，使C3积累增加，C5与二氧化碳的反应因生成物积累也迅速减少。