5知識講解——與光合作用有關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析

1、高考總復(fù)習(xí)5與光合作用有關(guān)的實(shí)驗(yàn)分析和設(shè)計(jì)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1了解光合作用的探究歷程2. 理解并會分析與光合作用有關(guān)的實(shí)驗(yàn)，提高生物學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)【要點(diǎn)梳理】考點(diǎn)一、光合色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)原理：提取原理：光合色素能溶解在有機(jī)溶劑無水乙醇中，可用無水乙醇來提取色素。分離原理：用紙層析法分離，不同的色素在層析液中的溶解度不同，溶解度高的色素隨層析液 在濾紙上的擴(kuò)散速度快解度低的色素?cái)U(kuò)散速度慢，這樣，在擴(kuò)散的過程不同的色素會分離開。2. 實(shí)驗(yàn)材料：新鮮的綠色葉片（如菠菜的綠葉）注意:一定要選取新鮮、濃綠的植物葉片，這樣的葉片光合色素含量高。3. 實(shí)驗(yàn)過程及注意事項(xiàng)： 色素的提取（加入二氧化硅、碳酸

2、鈣、無水乙醇，并研磨）（注意：加入二氧化硅的目的是使研磨更充分，加入碳酸鈣的目的是防止研磨時 i色素被破壞。正常情況下獲得的色素提取液應(yīng)為深綠色） 制備濾紙條（濾紙條的一端要剪去兩角，并在這端用鉛筆畫線）t 畫濾液細(xì)線（用毛細(xì)吸管畫濾液細(xì)線，干后再重復(fù)畫一兩次）（注意:所畫濾液細(xì)線一定要細(xì)而直，且色素含量高。操作時要重復(fù)畫線，畫線要迅速，等濾液風(fēng)干后再重復(fù)畫，以防濾液擴(kuò) 散開使濾液線過寬，影響分離效果） 紙層析法分離色素（在試管中倒入層析液，將濾紙條有濾液細(xì)線的一端朝下放入試管中）（注意：試管中的層析液高度不要接近或超過濾液細(xì)線所處的高度，即J不能讓濾液細(xì)線觸及層析液，以防色素溶解到層析液中而

3、導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。）觀察并記錄結(jié)果4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果：胡蘿卜素（最窄）葉綠素b濾液細(xì)線葉黃素葉綠素a （最寬）考點(diǎn)二、光合作用探究歷程中的典型實(shí)驗(yàn)【高清課堂：與光合作用有關(guān)的實(shí)驗(yàn)分析和設(shè)計(jì)388586薩克斯的實(shí)驗(yàn)：淀粉是光合作用的產(chǎn)物 1. 1864年，德國薩克斯的實(shí)驗(yàn)(1) 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果，如下：41述芒轉(zhuǎn)45 1A Fhr JL -4 ,fSit期1腆懇氣甲】蓋略處理葉片對葉片進(jìn)行部分遮光處理將葉片在暗處放置一段 時間用碘蒸氣熏蒸該葉片，觀 察結(jié)果。發(fā)現(xiàn)有光照的部分呈深藍(lán) 色，遮光部分無顏色變化(2) 實(shí)驗(yàn)分析： 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模鹤C明植物在光照條件下能進(jìn)行光合作用產(chǎn)生淀粉實(shí)驗(yàn)自變量：是否有光照注意：找到自

4、變量有助于分析實(shí)驗(yàn)旦的4自變量是光照強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋闶茄芯抗庹諒?qiáng)度對 某過程的影響；自變量為是否提供水，實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋闶茄芯磕尺^程與水的關(guān)系) 暗處理的目的：暗處理，又叫做饑餓處理，可消耗掉葉片中本來含有的有機(jī)物，避免其對實(shí)驗(yàn) 結(jié)果造成影響?！靖咔逭n堂：與光合作用有關(guān)的實(shí)驗(yàn)分析和設(shè)計(jì)388586恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)：葉綠體是光合作用的場所2. 1880年，美國恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)(1) 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果：-可提供二氧：化碳將含有好氧細(xì)菌和水綿的臨時裝片實(shí)驗(yàn)結(jié)果：好氧細(xì)菌只放在無空氣的黑暗環(huán)境中，然后用極細(xì)的光束照射水綿向葉綠體被光束照射到的部位集中(2)實(shí)驗(yàn)分析:Q。二氧化碳中的氧原子 可以進(jìn)入光合產(chǎn)物水中，這

5、樣第一組釋放出來的氧氣便可能含有 來的氧氣便可能含有 Q，實(shí)驗(yàn)結(jié)果便有了誤差。4. 1945 年，實(shí)驗(yàn)?zāi)康模篞,第二組釋放出美國卡爾文的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法:的順序。探究 CQ中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)變成有機(jī)物的途徑同位素標(biāo)記法,用14C標(biāo)記CO,檢測光合作用過程中放射性14C在不同化合物 中出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:卡爾文循環(huán)(CO中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)變成有機(jī)物的途徑)CO2+C5 C6H12O6 2 C3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：葉綠體在光下進(jìn)行光合作用，產(chǎn)生 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的巧妙之處：選擇水綿和好氧細(xì)菌做為實(shí)驗(yàn)材料：水綿的葉綠體較大，而且呈細(xì)長的帶狀，有利于觀察葉綠體是否為光合作用的場所；光合作用可釋放O2,將植物和好氧細(xì)菌一起培

6、養(yǎng),可直接觀察到正在進(jìn)行光合作用的部位。 用極細(xì)的光束照射水綿：可精準(zhǔn)地研究光合作用的場所 3. 1941年，美國魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果：芒匕f 一 辛乂 H 0f Hfo用二O標(biāo)記 HO和CO，進(jìn)行兩組實(shí)驗(yàn)：一組向植物提供 H2O和C1 Q,釋放出來的氧氣為 C2 另一組向植物提供 巴1。和CO，釋放出來的氧氣為 冷Q(2) 實(shí)驗(yàn)分析： 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄抗夂献饔盟尫诺难鯕獾膩碓础?實(shí)驗(yàn)方法：同位素標(biāo)記法，用O標(biāo)記H2 O或CO中的氧原子 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：光合作用釋放的氧氣來自水。_注意：應(yīng)檢測最先釋放出來的氧氣。水既是光合作用的反應(yīng)物，又是光合作用的產(chǎn)物，如果檢測時實(shí)驗(yàn)已進(jìn)行了較長時

7、間，則不能 保證釋放的氧氣僅來自實(shí)驗(yàn)者提供的水，也可能來自于光合作用生成的水，而在光合作用過程中【典型例題】類型一、光合色素的提取和分離例1.分別在A、B、C 3個研缽中加2克剪碎的新鮮菠菜綠葉， 并按照下表所示添加試劑，經(jīng)研磨、過濾得到3種不同顏色的溶液，即：深綠色、黃綠色(或褐色)、幾乎無色處理ABC二氧化硅（少量）+碳酸鈣（少量）95% 乙醇 10mL蒸餾水10mL注：“+”表示加該試劑；“一”表示不加該試劑試回答下列問題：，原因是，原因是,原因是（1）A（2）B（3）C處理得到的溶液顏色是處理得到的溶液顏色為（2）近乎無色；未加乙醇等有機(jī)處理得到的溶液顏色為【答案】（1）黃綠色；沒加碳

8、酸鈣，部分色素受到了破壞；溶劑，色素不能溶解；（3）深綠色；加入的二氧化硅可加速研磨，加入的碳酸鈣可使提取到的色素免受破壞，加入的乙醇可使色素溶解；【解析】提取色素時，提取液的正常顏色為深綠色，提取時需加入二氧化硅（加速研磨）、碳酸鈣（色素存在的環(huán)境偏堿性，而細(xì)胞中有酸性物質(zhì)，加碳酸鈣可維持堿性環(huán)境，防止研磨過程中色素被破壞）及無水乙醇（溶解色素）?！究偨Y(jié)升華】本題主要考查光合色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)中的提取過程。舉一反三：【變式1】請回答下列有關(guān)問題：（1）甲同學(xué)利用新鮮的玉米綠色葉片進(jìn)行“葉綠體色素提取和分離”實(shí)驗(yàn)，在濾紙上出現(xiàn)了四條清 晰的色素帶，其中呈黃綠色的色素帶的位置和名稱（2）該同學(xué)

9、改變層析液組成后繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，濾紙條上只出現(xiàn)了黃、綠兩條色素帶。他用刀片裁出帶有色素帶的濾紙條，用乙醚分別溶解條帶上的色素，濃縮后用一分析儀器檢測，通過分析色素溶液 的來判斷條帶的色素種類。（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)束幾天后，乙、丙兩同學(xué)發(fā)現(xiàn)部分預(yù)留葉片已變黃。乙同學(xué)認(rèn)為這是由于葉片中某些色 素降解所造成的，丙同學(xué)則認(rèn)為某些色素含量增加。根據(jù)所學(xué)知識，你將如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來判斷兩個同 學(xué)的觀點(diǎn)是否正確？請簡述實(shí)驗(yàn)思路并預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果?！敬鸢浮浚?）最下面的葉綠素 b （2）吸收光譜（3）實(shí)驗(yàn)分2組：（正常的綠葉和已變黃的葉片為實(shí)驗(yàn)材料）從預(yù)留的葉片中挑選出足量的、份量相等、大小相近的已變黃的葉片（實(shí)驗(yàn)組）和尚未變

10、黃的葉 片（對照組）為實(shí)驗(yàn)材料，在相同條件下，再次進(jìn)行葉綠體色素的提取分離實(shí)驗(yàn)，測定和記錄實(shí)驗(yàn)結(jié) 果，比較這兩種葉片各種色素的組成及含量后，得出結(jié)論。對照組自上而下將出現(xiàn)4條色素帶，顏色依次為：橙黃色、黃色、藍(lán)綠色、黃綠色。若實(shí)驗(yàn)組只 有最上面的2條色素帶，則乙同學(xué)假設(shè)成立，若實(shí)驗(yàn)組出現(xiàn)4條色素帶，且最上面2條色素帶均明顯 寬于對照組，則丙同學(xué)假設(shè)成立。類型二、光合作用的探究歷程（2015安徽高考）下圖為大豆葉片光合作用暗反應(yīng)階段的示意圖，下列敘述正確的是例2.A. CC2的固定實(shí)質(zhì)上是將 ATP中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)?C3中的化學(xué)能B. CC2可直接被H還原，再經(jīng)過一系列的變化形成糖類C. 被還原

11、的C3在有關(guān)酶的催化作用下，可再形成C5D.光照強(qiáng)度由強(qiáng)變?nèi)鯐r，短時間內(nèi)C5含量會升高【答案】C在有關(guān)酶的催化作用下，可再形成C5,所以C正確?！究偨Y(jié)升華】本題以光合作用暗反應(yīng)過程的圖解為載體，考查學(xué)生對光合作用過程的掌握程度，光合作用屬于高頻考點(diǎn)，需要掌握扎實(shí)。舉一反三:【變式1】將某植物 后將整株植物置于陽光下 和現(xiàn)象的描述正確的是（其葉片如圖一所示）放在黑暗中兩天后，根據(jù)圖二所示，處理其中一片葉。然4小時，取該葉片經(jīng)酒精脫色處理后，滴加碘液顯色，下列有關(guān)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果）A.B.C.D.色葉片置于黑暗中兩天的目的是使葉片脫色 要研究葉綠素對光合作用的影響，實(shí)驗(yàn)組和對照組分別是 X和丫兩部分顯色

12、結(jié)果對照，能證明光合作用是否需要水 顯色后X為藍(lán)色，丫和Z為棕黃色 YY和W部位【解析】CQ的固定是CQ與C3在酶的催化下合成 C5的過程，不消耗能量，所以 A錯誤，.被還原的Q【答案】D【解析】該實(shí)驗(yàn)中，只有 X部分滿足光合作用的條件，顯色后只有X部分為藍(lán)色；將葉片置于黑暗中是為了消耗掉葉片中本來含有的有機(jī)物，避免其影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；要研究葉綠素對光合作用的影響，X和丫的區(qū)別在于是實(shí)驗(yàn)組和對照組應(yīng)是 X和W部位；玻璃瓶中放置有堿石灰可吸收二氧化碳，所以 否有二氧化碳，兩部分顯色結(jié)果對照能證明光合作用是否需要二氧化碳；【總結(jié)升華】本題與光合作用探究歷程中薩克斯的實(shí)驗(yàn)有關(guān)，還需掌握光合作用的條件，經(jīng)

13、過認(rèn) 真的讀圖審題便可得出正確答案。例3.為證實(shí)葉綠體有放氧功能, 定的條件，這些條件是(A.可利用含有水綿與好氧細(xì)菌的臨時裝片進(jìn)行實(shí)驗(yàn),裝片需要給予B.C.D.)光照、有空氣、臨時裝片中無光照、無空氣、臨時裝片中有黑暗、有空氣、臨時裝片中無黑暗、無空氣、臨時裝片中有NaHCO稀溶液NaHCO稀溶液NaHCO稀溶液NaHCO稀溶液【答案】B【解析】水綿需進(jìn)行光合作用所以要提供光照，要證明葉綠體有放氧功能，為避免空氣中本來含 有的氧氣的影響，需要無空氣的環(huán)境，NaHCO可分解為光合作用提供二氧化碳?！究偨Y(jié)升華】解答本題只要清楚光合作用探究歷程中恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)即可。舉一反三：a為實(shí)驗(yàn)裝置，b為【變

14、式1】下圖為探究CQ是否為植物光合作用原料的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。其中 對照裝置。有關(guān)用塑料袋扎緊花盆的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路是()B雇、n裝AA.B.C.D.確保植株與外界空氣進(jìn)一步隔絕 排除土壤中微生物代謝活動的干擾 防止NaOH溶液對植物根系的影響 避免土壤中自養(yǎng)微生物光合作用形成淀粉【答案】B類型三、與光合作用有關(guān)的其它實(shí)驗(yàn)例4.為證實(shí)“ CQ是光合作用合成有機(jī)物的必需原料”，某同學(xué)制定了下列實(shí)驗(yàn)方案： 用一適當(dāng)大小的玻璃罩罩住一株生長正常的盆栽植物和一杯NaOH溶液，密封不漏氣。 將上述植物及裝置放在暗中饑餓，消耗掉葉片內(nèi)貯藏的有機(jī)物。暗室內(nèi)裝有紅色安全燈。 饑餓一定時間后，自暗室中取出，照光若干小

15、時，使其充分進(jìn)行光合作用。 取一片葉，放入盛有酒精的燒杯中，水浴加熱，使葉綠素溶于酒精中。 將已脫色的葉片取出，平鋪在一個培養(yǎng)皿內(nèi)，用碘一碘化鉀溶液，檢測有無葡萄糖的特異顏色 反應(yīng)出現(xiàn)。該實(shí)驗(yàn)方案有幾項(xiàng)明顯錯誤，請指出錯誤并改正。，應(yīng)改為綠色安全燈【答案】有3處明顯錯誤：(1) 實(shí)驗(yàn)步驟中暗室內(nèi)用紅色安全燈是錯誤的(2) 實(shí)驗(yàn)步驟中的“葡萄糖”是錯誤的，應(yīng)改為淀粉(3) 沒有設(shè)置對照。設(shè)置對照的做法是:玻找罩JI 對黒A. 裝置同題干中的步驟，但玻璃罩內(nèi)用同一種生長狀況相同的另一株植物代替題干中植物；用 一杯清水代替NaQH溶液B. 將上述植物放在暗室中饑餓，消耗掉葉片內(nèi)貯藏的有機(jī)物。暗室內(nèi)裝

16、有綠色安全燈C. 重復(fù)題干中的、及改正后的【解析】安全燈可用于暗室中的照明方便實(shí)驗(yàn)，但不可用紅色燈，應(yīng)用綠色燈，因?yàn)橹参锟晌?紅光，但不吸收綠光；碘液是用來檢測淀粉的；一般情況下，生物實(shí)驗(yàn)要設(shè)置對照；【總結(jié)升華】解答本題需要生物基礎(chǔ)知識及良好的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，舉一反三：要注意實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的培養(yǎng)?！咀兪?】將一株綠色植物置于密閉錐形瓶中，如圖甲所示。 20分鐘以固定的光照強(qiáng)度持續(xù)照光， 其余時間則處于黑暗中， 濃度變化結(jié)果如圖乙所示。據(jù)此分析可知(60分鐘監(jiān)測過程中，植物前其他外界條件相同且適宜，測得瓶內(nèi)CQ2在連續(xù)G6倍感泰弓計(jì)當(dāng)機(jī)址贛植物瀟蕎水的試管A.B.C.D.最初10min內(nèi)，瓶內(nèi)CQ濃度逐漸

17、下降，說明植物的光合作用逐漸增強(qiáng) 第2030min內(nèi)，瓶內(nèi)植物光合作用逐漸減弱，呼吸作用逐漸增強(qiáng) 第4060min內(nèi)，瓶內(nèi)植物光合作用速率與呼吸作用速率大致相等 瓶內(nèi)植物在照光時段內(nèi)實(shí)際光合作用速率平均為Q90pp mCOmin【答案】D【解析】D正確：從圖中可看出，0 min時CQ濃度為1 7 5 0 ppm, 2 0 min時CQ濃度為15 0ppm, 6 0 min 時 CO濃度為5 5 0 ppm,照光時間即020min的凈光合作用速率為：(1750 150)/ 2 0 = 82060min時無光照，只進(jìn)行呼吸作用，呼吸速率為：所以實(shí)際光合作用速率為8 0+10 = 900 PPmCQ

18、min ,(550 150)/ 4 0 = 1 0 PP mCQminppmCOmin。A B C錯誤:只要進(jìn)行光合作用，CO濃度便會下降，CQ濃度逐漸下降不能說明光合作用逐漸增強(qiáng)，所以誤；由題意知2 0 min后無光照，不進(jìn)行光合作用，所以B、C錯誤例5.（2014 全國大綱卷）植物的光合作用受多種因素的影響?；卮鹣铝袉栴}:（1）右圖表示了對某種C3植物和某種C4植物的影響。當(dāng)光照強(qiáng)度大于P時，C3植物和C4植物中光能利用率高的是植物。通常提高光能利用率的措施有增加的面積，補(bǔ)充氣體等。光蟲度（2）在光合作用過程中，C4植物吸收的CO2被固定后首先形成化合物。（3） C3植物的光合作用的暗反應(yīng)

19、需要光反應(yīng)階段產(chǎn)生的AT P和NAD PH ,這兩種物質(zhì)在葉綠體內(nèi)形成的部位是。NAD PH的中文名稱是，其在暗反應(yīng)中作為劑,用于糖類等有機(jī)物的形成?！敬鸢? （ 1 ）光照強(qiáng)度（1分）光合作用強(qiáng)度（1分）C 4（1分）光合作用（1分，其他合理答案也給分）CO2 （ 1 分）（2）四碳（或 C4）（ 1 分）（3）囊狀結(jié)構(gòu)薄膜（或類囊體薄膜）（1分）還原型輔酶n（1分）還原（1 分）【解析】（1）根據(jù)圖示的橫、縱坐標(biāo)可知，該圖表示了光照強(qiáng)度對C3和G植物光合作用強(qiáng)度的影響；光照強(qiáng)度為 P時，C3植物已達(dá)光的飽和點(diǎn)，而此時C4植物還沒有達(dá)到光的飽和點(diǎn)，因此光照強(qiáng)度大于P時，C4植物對光的利用率更高；在一定光強(qiáng)強(qiáng)度下，可通過增加光合作用的面積、提高CO的濃度來提高光能利用率。（2）與C3植物不同的是，C4植物具有C4途徑，其吸收的 CO被PEP （G）固定后首先形成 O （四碳化合物），能通過對CO的利用提高光能利用率。（3）因?yàn)楣夥磻?yīng)發(fā)