2023版高考生物一輪總復習第3單元細胞的能量供應和利用第9課捕獲光能的色素和結構及光合作用過程

第9課捕獲光能的色素和結構及光合作用過程

-學業(yè)質量水平要求V

1.通過比較光反應和暗反應的關系與光合作用的元素去向分析，建立生命活動對立統(tǒng)

一的觀點。（生命觀念）

2.通過分析G、Cs等物質變化和影響光合作用的曲線，培養(yǎng)用文字、圖表及數(shù)學模型

準確描述生物學知識的能力。（科學思維）

3.通過“綠葉中色素的提取和分離”實驗，培養(yǎng)實驗探究能力。（科學探究）

息緞=構建必備知識培養(yǎng)關鍵能力

考點一捕獲光能的色素和結構

「概念梳理」

1.綠葉中色素的提取和分離

半]有機溶劑（如無水乙醇）能溶解色素

⑴實驗原理

分離色索在層析液中溶解度不同,在濾

紙條上擴散的速度不同

⑵實驗步驟。

-

綠-二氧化硅:研磨充分

葉

剪-碳酸鈣：保護葉綠素

T研磨I-碎

一-無水乙醇：溶解色素

I提取色素I■I過灌I

U集濾液?

卜制備白紙條H一端剪去兩角：使擴散均勻I

I畫濾液細紋I細、齊、宜、濃（待r后重畫于麗灰T]

濾紙條插入層析液中.層防止色素溶

色索分離

II—析液不能觸及濾液細線于層析液

⑶實驗結果。

色素種類色素顏色溶解度擴散速度

胡蘿卜素橙黃色最高最快

葉黃素黃色較高較快

葉綠素a藍綠色較低較慢

葉綠素b黃綠色最低最慢

2.葉綠體中的色素及色素的吸收光譜

（1）葉綠體中的色素主要吸收可見光。

（2）葉綠素對紅光和藍紫光的吸收量大，類胡蘿卜素對藍紫光的吸收量大，對其他波段

的光并非不吸收，只是吸收量較少。

吸收光譜如下:

3.葉綠體的結構與功能

（1）結構模式圖:

‘外表：雙層膜

「基質：含有與暗反應有關的酶

⑵結構J

內部j基粒：由類囊體堆疊而成，分布有

、I色素和與光反應有關的酶

（3）功能：進行光合作用的場所。

（4）恩格爾曼的實驗：需氧細菌只分布在葉綠體被光束照射的部位,直接證明了葉綠體

能吸收光能用于光合作用放氧。

「概念辨析」

1.植物呈現(xiàn)綠色是由于葉綠素能有效地吸收綠光。（X）

2.葉綠素a和葉綠素b都含有鎂元素。（J）

3.光合作用需要的色素和酶分布在葉綠體基粒和基質中。（X）

4.葉綠體內膜的面積遠遠大于外膜的面積。（X）

5.通常，紅外光和紫外光可被葉綠體中的色素吸收用于光合作用。（X）

6.黑暗中生長的植物幼苗葉片呈黃色是由于葉綠素合成受阻。（V）

7.探究黑藻葉片中光合色素的種類時，可用無水乙醇作提取液。（J）

8.使用定性濾紙過濾研磨液。（X）

9.在畫出一條濾液細線后緊接著重復畫線2?3次。(X)

【教材細節(jié)命題】

1.（必修1P97“問題探討”）生產上，用無色（填顏色）的玻璃、塑料薄膜做溫室大棚

的頂棚產量高。陰天時，在功率相同的情況下，應該選擇紅色和藍紫色（填顏色）的照明燈為

蔬菜補充光源。

2.（必修1P98“探究?實踐”）提取葉綠體中的色素，也可用下圖所示的方法：即在

圓心處滴加適量濾液，待干燥后再滴加適量層析液進行層析，結果會出現(xiàn)不同顏色的4個同

心圓，則①?④依次對應哪種色素及顏色？①一胡蘿卜素（橙黃色），②一葉黃素（黃色），③

一葉綠素a（藍綠色），④一葉綠素b（黃綠色）。

概念深研」

1.實驗注意事項及原因分析

過程注意事項操作目的

選材選新鮮綠色的葉片使濾液中色素含量高

研磨時加無水乙醇溶解色素

提取實驗試劑

加少量SiOz和CaCOs研磨充分和保護色素

色素

迅速、充分研磨防止乙醇過度揮發(fā)

實驗操作

盛放濾液的試管口加棉塞防止乙醇揮發(fā)和色素氧化

制備

濾紙預先干燥處理使層析液在濾紙上快速擴散

濾紙條

濾液細線要直、細、齊使分離出的色素帶平整不重疊

分離畫濾液

濾液細線干燥后再畫一到兩

色素細線使分離出的色素帶清晰分明

次

分離濾

濾液細線不觸及層析液防止色素直接溶解到層析液中

液中色素

2.實驗出現(xiàn)異?，F(xiàn)象的原因分析

異?，F(xiàn)象原因分析

①未加石英砂（二氧化硅），研磨不充分；

收集到的濾液綠

②使用放置數(shù)天的葉片，濾液色素（葉綠素）太少；

色過淺

③一次加入大量的無水乙醇，提取液濃度太低（正確做法：分次加入

少量無水乙醇)；

④未加碳酸鈣或加入過少，色素分子被破壞

濾紙條色素帶重①濾液細線不直；

疊②濾液細線過粗

①忘記畫濾液細線；

濾紙條無色素帶

②濾液細線接觸到層析液，且時間較長，色素全部溶解到層析液中

濾紙條只呈現(xiàn)胡

①忘記加碳酸鈣導致葉綠素被破壞；

蘿卜素、葉黃素

②所用葉片為黃葉

的色素帶

3.恩格爾曼實驗方法的巧妙之處

(1)巧選實驗材料：選擇水綿和需氧細菌，水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察：用

需氧細菌可以確定釋放氧氣的部位。

(2)巧妙排除干擾因素：沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了氧氣和光的干擾。

(3)巧妙設計對照實驗：

①用極細的光束照射，葉綠體上可分為有光照和無光照的部位，相當于一組對照實驗。

②臨時裝片暴露在光下的實驗再一次驗證實驗結果。

4.影響葉綠素合成的三大因素

(1)光照：影響葉綠素合成的主要因素，一般植物在黑暗中不能合成葉綠素，因而葉片

發(fā)黃。

(2)溫度：可影響與葉綠素合成有關的酶的活性，進而影響葉綠素的合成。

(3)必需元素：葉綠素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg將導致葉綠素無法合成，葉

片變黃。

5.色素與葉片的顏色

正常

且對綠光吸收最少,反射最多.所以正常葉片總

是呈現(xiàn)綠色

葉片寒冷時.葉綠素分子易被破壞，類胡蘿卜素較穩(wěn)

定.葉片顯示出類胡蘿卜素的顏色，葉片變黃

"I?片秋天時.低溫和植物體內積累的可溶性糖有利于

花青素的形成,花青素在酸性的細胞液中變成紅

色,而葉綠素逐漸降解.葉片呈現(xiàn)紅色

「案例導引」

考向11綠葉中色素的提取和分離

1.(2020?江蘇卷)采用新鮮菠菜葉片開展“葉綠體色素的提取和分離”實驗，下列敘

述錯誤的是()

A.提取葉綠體色素時可用無水乙醇作為溶劑

B.研磨時加入CaO可以防止葉綠素被氧化破壞

C.研磨時添加石英砂有助于色素提取

D.畫濾液細線時應盡量減少樣液擴散

B解析：葉綠體色素能溶解在無水乙醇或丙酮等有機溶劑中，所以可用無水乙醇作為

溶劑提取葉綠體色素，A正確；研磨時加入CaCOa可以防止葉綠素被氧化破壞，B錯誤；加

入石英砂是為了使研磨更充分，從而使葉綠體中的色素釋放出來，C正確；畫濾液細線時應

盡量減少樣液擴散，防止色素帶之間部分重疊，D正確。

2.在做提取和分離葉綠體中的光合色素實驗時，甲、乙、丙、丁四位同學對相關試劑

的使用情況如下表所示（“+”表示使用，“一”表示未使用），其余操作均正常，他們所得

的實驗結果應依次為（）

試劑甲乙丙丁

無水乙醇—+++

CaC()3++一+

—

Si02+++

A.①②③④B.②④①③

C.④②③①D.③②①④

B解析：甲同學由于沒有加入提取劑無水乙醇，所以提取液中不會出現(xiàn)色素，色素分

離的結果是②；乙同學操作正確，色素分離后得到的色素帶有四條，與④情況相符；丙同學

由于未加CaC03,所以葉綠素含量減少，所得到的色素帶中兩條葉綠素帶比正常的色素帶要

窄，對應結果①；丁同學由于未加SiOz,導致葉片研磨不充分，最終導致各種色素的含量均

減少，對應結果③。故B正確。

考向2|色素的種類及功能

3.（2021?山東臨沂模擬）高等植物的光合作用依賴光合色素。不同環(huán)境條件下，葉綠

素a和葉綠素b之間可以相互轉化，這種轉化稱為“葉綠素循環(huán)”。研究發(fā)現(xiàn)，在適當遮光

條件下，葉綠素a/葉綠素b的值會降低，以適應環(huán)境。下圖是①②兩種葉綠素的吸收光譜。

下列關于葉綠素的敘述，正確的是（）

A.圖中①和②主要分布在葉綠體的內膜上

B.利用紙層析法分離色素時，②應位于濾紙條的最下端

C.植物葉片呈現(xiàn)綠色是由于①②主要吸收綠光

D.弱光下①的相對含量增高有利于植物對弱光的利用

D解析：題圖中①（葉綠素b）、②（葉綠素a）主要分布在葉綠體的類囊體薄膜上，A錯

誤；利用紙層析法分離色素時，①（葉綠素b）應位于濾紙條的最下端，B錯誤：植物葉片呈

現(xiàn)綠色是由于①②吸收綠光最少，透射光下呈綠色，C錯誤；在適當遮光條件下，葉綠素a/

葉綠素b的值會降低，以適應環(huán)境，故弱光下①（葉綠素b）的相對含量增高有利于植物對弱

光的利用，D正確。

4.下列關于光合色素的敘述，正確的是（）

A.葉綠體中的色素有四種，其中葉綠素b含量最多

B.類胡蘿卜素主要吸收藍紫光和紅光

C.大棚種植蔬菜時應選擇紅色或藍色透明的塑料薄膜

D.構成葉綠素的鎂和氮可以由植物的根從土壤中吸收

D解析：葉綠體中的色素包括葉綠素a、葉綠素b、葉黃素和胡蘿卜素，其中葉綠素a

含量最多，A錯誤；類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，葉綠素主要吸收藍紫光和紅光，B錯誤；

大棚種植蔬菜時應選擇白色透明的塑料薄膜，C錯誤；根是植物吸收水和礦質元素的主要器

官，構成葉綠素的鎂和氮可以由植物的根從土壤中吸收，D正確。

5.（2022?吉林長春外國語學校期末）恩格爾曼設計了一個實驗研究光合作用的光譜。

他將棱鏡產生的光譜投射到絲狀水綿體上，并在水綿懸液中放入需氧細菌，觀察細菌的聚集

情況（如下圖）。他得出光合作用在紅光區(qū)和藍光區(qū)最強。這個實驗的思路是（）

A.細菌對不同的光反應不一樣，細菌聚集多的地方，細菌光合作用強

B.需氧細菌聚集多的地方，0?濃度高，水綿光合作用強

C.需氧細菌聚集多的地方，產生的有機物多，水綿光合作用強

D.需氧細菌大量消耗在，使水綿光合作用速率大幅度加快

B解析：需氧細菌不能進行光合作用，該實驗中進行光合作用的是水綿，A錯誤；該

實驗的設計思路是需氧細菌需要水綿光合作用強的部位，產生的多，在含量多的

地方需氧細菌的數(shù)量多，B正確；需氧細菌多說明光合作用產生的多，C錯誤；聚集的需

氧細菌是由于水綿在此區(qū)域進行光合作用產生0”有利于需氧細菌進行呼吸作用，D錯誤。

考向3|葉綠體的結構和功能

6.（2022?廣東茂名月考）下列關于葉綠體的敘述，正確的是（）

A.葉綠體的外膜、內膜極大地擴展了受光面積

B.葉綠體基質中NADP"能形成NADPH

C.類囊體薄膜上的光合色素都可以吸收藍紫光

D.類囊體薄膜中的酶可催化CO2的固定和還原

C解析：葉綠體擴大受光面積的不是外膜和內膜，而是類囊體薄膜，A錯誤；NADP+形

成NADPH的場所是類囊體薄膜，B錯誤；類囊體薄膜上的葉綠素和類胡蘿卜素都能吸收藍紫

光，C正確；催化CO2的固定和還原的酶存在于葉綠體的基質中，D錯誤。

7.(2021?湖南永州三模)葉綠體是植物進行光合作用的場所，下列關于葉綠體結構與

功能的敘述，正確的是()

A.葉綠體中色素的合成都需要卜代+和光照

B.40在光下分解為H'和6的過程發(fā)生在基質中

C.COz的固定過程發(fā)生在類囊體薄膜上

D.光合作用的產物一一淀粉是在葉綠體基質中合成的

D解析：只有葉綠素的合成才需要Mg?卡和光照，A錯誤；水的光解是光反應過程，發(fā)

生在葉綠體類囊體薄膜上，B錯誤；C02的固定發(fā)生在暗反應過程中，場所為葉綠體基質，C

錯誤；光合作用的產物一一淀粉是在葉綠體基質中合成的，D正確。

考點二光合作用的原理

「概念梳理」

1.光合作用原理的部分實驗探索

(1)19世紀末，科學界普遍認為在光合作用中，糖是由里醛分子縮合成的。

(2)1928年，科學家發(fā)現(xiàn)甲醛不能通過光合作用轉化成糖。

(3)1937年，英國科學家希爾：離體葉綠體在適當條件下發(fā)生水的光解,產生氧氣。

(4)1941年，美國科學家魯賓和卡門：研究了光合作用中氧氣來源于水。

(5)1954年，美國科學家阿爾農：光照下，葉綠體可合成AIR。1957年，他還發(fā)現(xiàn)這一

過程總是與水的光解相伴隨。

2.光合作用

(1)概念：指綠色植物通過葉綠體,利用光能將?和丞轉化為儲存能量的有機物，并

且釋放氧氣的過程。

(2)光合作用的過程

光能

①反應式：COz+HQ阡綠缽6氏0)+。2。

②基本過程(據圖填空)。

太陽能co.

I.NADPH：II.2G；Ill.ADP+Pi；IV.O2；V.(Cll20),,

(3)光反應與暗反應的比較。

項II光反應暗反應(碳反應)

場所類囊體的薄膜上葉綠體基質

條件需光有光無光均可

光能3

酶

H20——?H++OZ+能量；

物質C02+C5——-2C3；

NADP++H++能量fNADPH；

變化NADPH、ATP

前2c-------------------->(CH2Q)+G

ADP+Pi+能量——?ATP

能量ATP和NADPH中的化學能f(CH*)中

光能fATP和NADPH中的化學能

變化的化學能

3.光合作用和化能合成作用的比較

項目光合作用化能合成作用

能量來源光能無機物氧化釋放的能量

區(qū)別

代表生物綠色植物硝化細菌

1同點都能將C02和比0等無機物合成有機物

「概念辨析」

1.光反應必須在光照下進行，暗反應必須在黑暗處進行。(X)

2.HQ在光下分解為父和6的過程發(fā)生在葉綠體基質中。(X)

3.光合作用光反應階段產生的NADPH可在葉綠體基質中作為還原劑。(V)

4.沒有葉綠體的生物無法進行光合作用。(X)

5.在真核細胞內，能進行光合作用的色素分布在葉綠體以及液泡中。(X)

6.光合作用中ATP的移動方向是從葉綠體基質到類囊體薄膜.(X)

lll4

7.C02中C的轉移途徑是“C02fMe3f"CL("CH2O)0(X)

8.土壤中的硝化細菌可利用C0?和IL0合成糖類.(V)

9.CO2的固定實質上是將ATP中的化學能轉變?yōu)镃,中的化學能。(X)

【教材細節(jié)命題】

1.(必修1P104正文)美國科學家卡爾文采用了放射性同位素標記技術追蹤光合作用

過程中0)2中的碳的去向。

2.（必修1P103“相關信息”）水分解為氧和卜廣的同時，被葉綠體奪去兩個電子。電子

經傳遞，可用于NADP+與H+結合形成NADPHoNADPH的作用是作為暗反應的還原劑；儲備部

分能量供暗反應利用。

3.（必修1P103正文）光合作用過程中產生的ATP與細胞呼吸過程中產生的ATP的利用

的不同之處在于光反應階段產生的ATP用于暗反應階段G的還原；細胞呼吸過程中產生的

ATP可用于除光合作用以外的生命活動。

概念深研」

1.明確光反應與暗反應的聯(lián)系

NADP，

H,0

I

NADPH

光能T光反應暗反應

~I-ATP

0(CHO)

2ADP+Pi2

（1）光反應為暗反應提供NADPH、ATP,暗反應為光反應提供ADP、Pi和NADP：

⑵沒有光反應，暗反應無法進行，沒有暗反應，有機物無法合成。

⑶C3還原消耗的能量不只來自ATP,還可由NADPH提供。

2.光合作用反應式及元素去向分析

1?光能,+?

I2H,+6cti號+6叫+6,

818

C［光反應H2'O--O2

［暗反應。,正當周盟叫我(CH/C)+H「C

元

素l4,4

bCO:CO?的固線"C,C，的還原.(CH,O)+C5

去

向

舊H,O-NADPH_9也0)+小0

3.環(huán)境改變時光合作用各物質含量的變化分析

（1）“過程法”分析各物質變化。

下圖中I表示光反應，n表示co?的固定，in表示c的還原，當外界條件（如光照、co?）

突然發(fā)生變化時，分析相關物質含量在短時間內的變化：

2C,^<*—CO,

NADPH

III暗反應

ATP

光I變弱八,

變

&消耗速少,金聊還架C,含量上升

弱

III減弱

時耗暫不變，合成減少小含量下降

n行不變

9C、介成減少,消耗新不變c含量下降

供n減弱C,消耗減少，合成暫不變C：含;上升

應%暫不變

減

少［0于+.NADPH和ATP含量上升

I暫不變

（2）“模型法”表示G,和Cs含量的變化［起始值Cs高于G（約其2倍）］。

■光

照

強

甲

-力

乙

拈

O問

圖2

：

質名稱

示的物

曲線表

圖中各

,

、ATP

DPH

、NA

示Cs

乙表

,曲線

示C3

甲表

曲線

1中

①圖

。

示C3

乙表

曲線

TP,

IKA

ADP

s、N

表示C

線甲

中曲

②圖2

。

示C3

乙表

曲線

TP,

H、A

ADP

s、N

表示C

線甲

中曲

③圖3

TP。

H、A

ADP

s、N

表示C

線乙

3,曲

表示C

線甲

中曲

④圖4

」

導引

r案例

程

探究歷

原理的

合作用

11光

考向

鹽，研

酸氫

和碳

的水

率力

同比

含不

供給