第3讲 光合作用与能量转化-【创新教程】2025年高考生物总复习大一轮教师用书word（人教版 单选）

第3讲　光合作用与能量转化 知识体系——定内容 核心素养——定能力 生命 观念 运用物质与能量观，分析光合作用过程中物质和能量的转化 科学 思维 分析ATP、NADPH、C3、C5等物质变化曲线模型，理解光反应和暗反应之间的联系 科学 探究 通过叶绿体色素的提取和分离实验，掌握实验操作能力和实验的结果分析 考点1　捕获光能的色素和结构 [必备知识·整合] 1．捕获光能的色素 (1)叶绿体中色素的种类和颜色 (2)叶绿体中色素的吸收光谱 ①吸收光谱实验 在色素溶液与阳光之间，放置一块三棱镜。阳光是由不同波长的光组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成　　不同颜色的光带　　，称为光谱。分别让不同颜色的光照射　　色素溶液　　，就可以得到色素溶液的吸收光谱。 ②叶绿体中色素的吸收光谱分析 2．叶绿体 1．一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。( √ ) 2．叶绿体中只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作用。( × ) 3．观察光学显微镜下的叶绿体结构可以看到叶绿体由双层膜包被。( × ) 4．水绵叶绿体呈螺旋带状分布。( √ ) 5．叶绿体的色素溶液可以通过光合作用放氧。( × ) 1．(必修1P99“学科交叉”改编)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吗？ 答案：不能。可见光的波长范围是390～760 nm。不同波长的光，颜色不同。波长小于390 nm的光是紫外光；波长大于760 nm的光是红外光。一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。 2．(必修1P99“旁栏思考”)植物工厂里为什么不用发绿光的光源？ 答案：绿色光源发出绿色的光，这种波长的光线不能被光合色素吸收，因此无法用于光合作用中制造有机物。 1．(长句应答)你如何从水层透光与植物光能捕获两层面，解释海洋中红藻、褐藻、绿藻的水层分布状况？ 答案：藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出了红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。水层对光波中的红、橙部分吸收显著多于蓝、绿部分的吸收，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，所以吸收红橙光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光较多的红藻分布于海水深的地方。 2．(情景探究)如图1、2、3所示为光合作用探索历程中的经典实验的分析及拓展(图1中叶片黄白色部分不含叶绿体)请思考： (1)图1中a～d可构成哪些对照组？其验证的结论分别是什么？ 答案：图1中b和c部位都是绿色叶片，即都含有叶绿体，二者的区别在于有无光照，通过对比可以说明光合作用需要光照；a和b部位都有光照，二者的区别在于有无叶绿体，通过对照可以说明光合作用需要叶绿体。 (2)图2所示实验运用了何种技术？可得出何种推论？ 答案：图2所示实验运用了同位素标记技术，该对比实验说明光合作用产生的O2来源于H2O，而不是来自CO2。 (3)图3所示实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？该实验对环境有何特殊要求？其目的是什么？实验结果怎样？可得出何种结论？ 答案：图3实验选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位。该实验要在没有空气的黑暗环境中进行以排除氧气和极细光束外的其他光的干扰，实验结果是好氧细菌分布于叶绿体被光束照射的部位，由此证明叶绿体是光合作用的场所，氧气是由叶绿体释放出来的。 [关键能力·提升] ◆[提升点1]　通过叶绿体色素的吸收光谱考查理解能力和读图能力 1．如图表示叶绿体中色素的吸收光谱。甲、乙两图分别是(　　) A．类胡萝卜素、叶绿素的吸收光谱 B．叶绿素、类胡萝卜素的吸收光谱 C．叶黄素、叶绿素的吸收光谱 D．叶黄素、类胡萝卜素的吸收光谱 解析：B　[叶绿体中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，图中甲为叶绿素的吸收光谱，乙为类胡萝卜素的吸收光谱。] 2．如图为正常绿叶的叶绿素 a的吸收光谱、色素总吸收光谱以及光合作用的作用光谱(作用光谱代表不同波长下植物的光合作用效率)。由图中信息分析，下列叙述错误的是(　　) A．色素的吸收光谱可以通过测量对不同波长光的吸收值来绘制，作用光谱可以通过测量不同波长相应的O2释放量来绘制 B．总吸收光谱与叶绿素 a吸收光谱曲线不吻合，说明绿叶中还含有其他吸收光能的色素 C．总吸收光谱与作用光谱表现出高度一致性，说明绿叶中色素吸收的光能几乎都能用于光合作用 D．总吸收光谱与作用光谱在 450～500 nm波长处出现较大差异，说明其他色素对能量的转换效率比叶绿素对能量的转换效率高 解析：D　[色素的吸收光谱可以通过测量对不同波长光的吸收值来绘制，作用光谱代表各种波长下植物的光合作用效率，可以通过测量不同波长相应的O2释放量来绘制，A正确；总吸收光谱与叶绿素a吸收光谱曲线不吻合，说明绿叶中除了叶绿素a，还含有其他色素也能吸收光能，B正确；总吸收光谱以及作用光谱表现出高度一致性，说明绿叶中色素吸收的光能几乎都能用于光合作用，C正确；绿叶中的类胡萝卜素主要吸收450～500 nm的波长的光，在可见光的其他波段，总吸收光谱与作用光谱几乎完全重叠，说明叶绿素吸收的光能几乎全部用于光合作用，450～500 nm 波长处出现较大差异，说明类胡萝卜素吸收的光能有一部分不能转化成光合作用的能量，叶绿素比其他色素对能量的转换效率高，D错误。] 1．明辨光合色素的三个易错点 (1)色素的功能特点：叶绿素和类胡萝卜素均有主要的吸收光波段，对其他波段的可见光并非不吸收，只是吸收量较少。 (2)色素的分布位置：色素不只分布于叶绿体中，液泡中也含有色素，如花青素，但是液泡中的色素不能用于光合作用。 (3)光合作用的场所：叶绿体不是细胞进行光合作用的唯一场所，如蓝细菌没有叶绿体，也能进行光合作用。 2．叶片颜色变化的原因分析 正常 绿色 正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例为3∶1，且对绿光吸收最少，所以正常叶片总是呈现绿色 叶色 变黄 寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，叶片显示出类胡萝卜素的颜色而变黄 叶色 变红 秋天降温时，植物体为了适应寒冷环境，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶片呈现红色 ◆[提升点2]　通过叶绿体色素的相关实验考查综合分析问题、解决问题的能力 3．1880年美国生物学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到丝状水绵体上，并在水绵悬液中放入好氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图)。他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。下列叙述正确的是(　　) A．细菌的聚集情况说明细菌所含色素主要吸收红光和蓝紫光 B．这个实验的巧妙之处在于选用具有椭圆形叶绿体的丝状水绵体，便于实验结果的观察 C．这个实验的思路是好氧性细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强 D．这个实验的自变量是不同的光强度，因变量是好氧细菌集中的地方 解析：C　[分析曲线图可知，光合作用吸收多的光谱是红橙光和蓝紫光，其他光吸收较少，并非不吸收，细菌的聚集情况说明聚集处氧气含量高，光合速率高，A错误；水绵的叶绿体是螺旋式带状的叶绿体，B错误；在氧气含量多的地方好氧性细菌的数量多，C正确；自变量是不同波长的光，因变量是光合作用释放氧气的多少，用好氧细菌的分布呈现，D错误。] 4．如图1是叶绿体中色素的吸收光谱，图2是探究不同波长的光和CO2浓度对番茄试管苗光合作用的影响，用光照强度相同的白光、红光和黄光做光源，在不同CO2浓度下培养试管苗一段时间后，测定番茄试管苗净光合速率的结果。回答下列问题。 (1)图1中类胡萝卜素的吸收光谱是　　　　　　　　　(填 “a”“b” 或 “c”)。 (2)图 2中，若要探究红光和黄光条件下幼苗叶片的各色素含量是否相同，需要用 　　　分别提取不同条件下的叶片色素，再进行分离和比较。 (3)图 2中，a点时对于番茄试管苗的光合细胞来说，叶绿体消耗的CO2量　　　　　 　　　(填 “大于”“小于”或 “等于”)细胞呼吸产生的CO2量。图中ab段的生物学意义是　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)实验结果表明，大棚种植番茄时，应采用白色或无色塑料薄膜搭建顶棚，原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 解析：(1)据题图可知，曲线c在红光区域无吸收，故图1中三条曲线中可以代表类胡萝卜素的是c。 (2)叶绿体色素溶于有机溶剂而不溶于水，因此可以用无水乙醇等有机溶剂提取色素。 (3)据题图分析，a点的净光合速率等于0，因此对于番茄试管苗的光合细胞来说，叶绿体消耗的CO2量大于细胞呼吸产生的CO2量；图中ab段，在红光照射下，随CO2 浓度升高，番茄幼苗净光合速率逐渐增强。 (4)白色或无色塑料薄膜透入白光，番茄在不同CO2 浓度下，白光的净光合速率都最高，因此大棚种植番茄时，应采用白色或无色塑料薄膜搭建顶棚。 答案：(1)c　(2)无水乙醇　(3)大于　在红光照射下，随CO2 浓度升高，番茄幼苗净光合速率逐渐增强　(4)白色或无色塑料薄膜透入白光，番茄在不同CO2 浓度下，白光的净光合速率都最高 对影响叶绿素合成的三大因素的归纳 考点2　光合作用的原理和应用 [必备知识·整合] 1．光合作用的概念和探索 (1)光合作用的概念(用反应式表示) CO2＋H2O(CH2O)＋O2　　，其中　　(CH2O)　　表示糖类。 (2)探索光合作用原理的部分实验 时间/发现者 内容 19世纪末 科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，　　O2　　被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖 1928年 科学家发现甲醛对植物有　　毒害　　作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖 1937年希尔 (英国) 在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下　　可以释放出氧气　　 1941年鲁 宾、卡门 (美国) 用同位素标记的方法，研究了光合作用中氧气的来源，HO＋CO2→植物→18O2，H2O＋C18O2→植物→O2，得出光合作用释放的氧全部来自　　水　　 1954年阿尔农 (美国) 在光照下，叶绿体可合成　　ATP　　，这一过程总是与　　水的光解　　相伴随 2.光合作用的过程 3．光合作用和化能合成作用的比较 项目 光合作用 化能合成作用 区别 能量来源 　光能 无机物氧化释放的能量 代表生物 绿色植物 硝化细菌 相同点 都能将　　CO2和H2O　　等无机物合成有机物 1．光合作用一定发生在叶绿体中。( × ) 2．希尔的实验说明了植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水。( × ) 3．光反应阶段是在叶绿体基质中进行的。( × ) 4．NADPH和ATP驱动在叶绿体基质中进行的暗反应。( √ ) 5．光合作用的暗反应不会影响光反应。( × ) 1．(必修1P103“相关信息”改编)：光合作用过程中NADPH是怎样形成的？ 答案：水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。 2．(必修1P104“相关信息”改编)说出光合作用过程中C3和C5的含义。 答案：C3是指三碳化合物——3­磷酸甘油酸，C5是指五碳化合物——核酮糖­1,5­二磷酸(RuBP)。 3．(必修1P104“相关信息”)暗反应的产物(CH2O)只表示淀粉吗？ 答案：不是的。光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。 1．(长句应答)某小组为探究镁离子对光合作用的影响，将水稻幼苗分为A、B两组，A组在完全培养液中培养，B组在缺少镁离子的培养液中培养，其他条件适宜且相同。B组幼苗积累的有机物的量比A组低，原因是什么？ 答案：镁离子是构成叶绿素的成分。B组培养液缺少镁离子，幼苗叶绿素合成量减少，光反应减弱，导致暗反应生成的有机物减少，同时A、B两组幼苗的呼吸强度相同，所以B组幼苗有机物的积累量低于A组。 2．(情景探究)光合作用物质含量变化的模型构建与解读 光照强度变化 CO2浓度变化 (1)图1中曲线甲表示　　　　　　　　，曲线乙表示　　　　　　　　　　　　。 (2)图2中曲线甲表示　　　　　　　　　　　　，曲线乙表示　　　　　　　　。 (3)图3中曲线甲表示　　　　　　　　　　　　，曲线乙表示　　　　　　　　。 (4)图4中曲线甲表示　　　　　　　　，曲线乙表示　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)C3　C5、NADPH、ATP　(2)C5、NADPH、ATP　C3　(3)C5、NADPH、ATP　C3 (4)C3　C5、NADPH、ATP [关键能力·提升] ◆[提升点1]　通过光合作用的过程考查获取信息能力 1．研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是(　　) A．产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质 B．该反应体系不断消耗的物质仅是CO2 C．类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原 D．与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素 解析：A　[乙醇酸是在光合作用暗反应产生的，暗反应场所在叶绿体基质中，所以产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质，A正确；该反应体系中能进行光合作用整个过程，不断消耗的物质有CO2和H2O，B错误；类囊体产生的ATP参与C3的还原，产生的O2用于呼吸作用或释放到周围环境中，C错误；该体系含有类囊体，而类囊体的薄膜上含有光合作用色素，D错误。] 2．如图为绿色植物光合作用过程示意图(图中a～g为物质，①～⑥为反应过程，物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示)。有关叙述错误的是(　　) A．图中①表示水分的吸收，③表示水的光解 B．c为ATP，f为NADPH C．将b物质用18O标记，最终在(CH2O)中能检测到18O D．图中a物质主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能 解析：B　[图中a～g分别代表光合色素、O2、ATP、ADP、NADPH、NADP＋、CO2，①～⑥分别代表水分的吸收、ATP的合成、水的光解、CO2的固定、C3的还原、有机物的合成，A正确，B错误；18O2HOC18O2(CHO)，C正确；光合色素具有吸收、传递和转化光能的作用，D正确。] 光合作用反应式及元素去向分析 ①O：HO18O2 C18O2C3(CHO) ②C：14CO2―→14C3―→(14CH2O) ③H：H2O→NADPH→(CH2O) 3．(2022·全国甲卷)根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题。 (1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是　　　　　　　　　　(答出3点即可)。 (2)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出1点即可)。 (3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是_________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)光合作用光反应阶段的场所在叶绿体的类囊体膜上，光反应发生的物质变化包括水的光解以及ATP的形成，因此光合作用光反应阶段生成的产物有O2、NADPH和ATP。 (2)叶片光合作用产物一部分用来建造植物体结构和自身呼吸消耗，其余部分被输送到植物体的储藏器官储存起来。故正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。 (3)干旱会导致气孔开度减小，CO2吸收减少；由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物，则C4植物能够利用较低浓度的CO2，因此光合作用受影响较小的植物是C4植物，C4植物比C3植物生长得好。 答案：(1)O2、NADPH和ATP (2)自身呼吸消耗或建造植物体结构 (3)C4植物的CO2补偿点低于C3植物，C4植物能够利用较低浓度的CO2 ◆[提升点2]　通过条件改变对光合作用的影响考查科学思维和综合判断能力 4．在适宜光照和温度条件下，植物叶绿体内C3和C5的浓度能达到饱和并维持相对稳定，通过改变实验条件可使叶绿体中的C3浓度在短时间内上升。据此分析，改变的实验条件可能是(　　) A．中断CO2供应　 B．突然停止光照 C．降低环境温度 D．减少水分供应 解析：B　[光合作用的暗反应包括CO2的固定和C3的还原，C3的还原需要光反应提供NADPH和ATP。若中断CO2的供应，则CO2的固定受阻，而C3的还原仍在进行，将导致C3浓度降低，C5浓度上升，A错误；若突然停止光照，则光反应不能进行，缺乏光反应提供的NADPH和ATP，C3的还原受阻，而CO2的固定仍在进行，将导致C3浓度上升，C5浓度下降，B正确；若降低环境温度，则光反应和暗反应都会受到影响，暗反应中CO2的固定和C3的还原都会受影响，总体结果是C3浓度和C5浓度都会下降，C错误；若减少水分供应，则会导致叶片气孔关闭，CO2供应不足，C3浓度降低，C5浓度上升，D错误。] 5．已知蛋白核小球藻的光合作用过程表示如图，其中PSⅠ和PSⅡ为光合色素与蛋白质组成的复合光反应系统，在盐胁迫(高浓度NaCl)条件下，蛋白核小球藻的光反应复合体PSⅠ和PSⅡ的结构会受到损伤，电子传递速率降低，光化学反应速率降低，从而使光合作用减弱，下列分析错误的是(　　) A．PSⅡ中的光合色素能利用吸收的光能，将H2O分解为O2和H＋ B．ATP合成酶具有催化功能，并协助H＋实现跨膜运输 C．蛋白核小球藻光反应产生的O2被细胞呼吸利用至少穿过四层生物膜 D．刚遭遇盐胁迫的蛋白核小球藻，叶肉细胞内C3含量上升、C5含量下降 解析：C　[由图可知，PSⅡ上进行水的光解，该膜为类囊体薄膜，其中的光合色素能利用吸收的光能，将H2O分解为O2和H＋，A正确；由图可知，ATP合成酶具有催化功能，催化ADP和Pi合成ATP，并协助H＋实现跨膜运输，B正确；蛋白核小球藻光反应产生的O2被细胞呼吸利用至少穿过五层生物膜，分别是一层类囊体薄膜、两层叶绿体膜、两层线粒体膜，在线粒体内膜上利用，C错误；刚遭遇盐胁迫的蛋白核小球藻，蛋白核小球藻的光反应复合体PSⅠ和PSⅡ的结构会受到损伤，电子传递速率降低，光化学反应速率降低，光反应提供的ATP和NADPH减少，C3的还原速率变低，C5生产速率变低，而C3的合成速率不变，C5消耗速率不变，故叶肉细胞内C3含量上升，C5含量下降，D正确。] 6．光合作用是整个生物圈的物质基础和能量基础。回答下列问题。 (1)为研究光合作用中碳的同化与去向，用________ 的CO2供给小球藻，每隔一定时间取样，并将样品立即加入到煮沸的甲醇中。甲醇用以杀死小球藻并________标记化合物。浓缩后再点样进行双向纸层析，使标记化合物________。根据标记化合物出现的时间，最先检测到的是三碳化合物。猜测此三碳化合物是CO2与某一个二碳分子结合生成的，但当________后，发现五碳化合物的含量快速升高，由此推知固定CO2的物质不是二碳分子。 (2)在“探究环境因素对光合作用的影响”的活动中，选用某植物幼苗，用含有100 mmol/L NaCl的完全营养液进行培养，测定其光合作用速率和气孔导度，结果如图所示。本实验可推出的实验结论是 ________________________________________________________________________。 实验中设置了前后自身对照，还可设置________作为空白对照。测量光合作用速率的指标除本实验采用的之外，还可采用________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(答出两点即可)。 解析：(1)同位素标记法可研究物质的变化和去向。题干强调为研究光合作用中碳的同化与去向，因此可用同位素14C标记的CO2供给小球藻，每隔一定时间取样。通过定时杀死细胞提取标记化合物，可研究碳元素的同化与去向，通过类比叶绿体中光合色素的分离实验，可推知双向纸层析的目的也是为了使标记化合物分离。由题意可知，固定CO2的是五碳化合物，而不是二碳化合物，因此突然降低CO2浓度后，五碳化合物的含量将会快速上升。 (2)由图可知，随NaCl处理时间延长，气孔导度下降，光合速率也下降，且抑制效果与NaCl处理时间呈正相关。作为空白对照，所用完全营养液不加NaCl即可。测量光合作用速率的指标可以采用单位时间单位叶面积的CO2吸收量或O2释放量表示，也可采用单位时间单位叶面积的干物质积累量表示。 答案：(1)同位素14C标记　提取　分离　突然降低CO2浓度 (2)NaCl处理导致光合作用速率及气孔导度下降，且随处理时间的延长，抑制作用越明显　不加NaCl的完全营养液　单位时间单位叶面积的O2释放量、单位时间单位叶面积的干物质积累量 教师用书独具 判断C3、C5等物质含量变化的分析思路 叶绿体内相关物质含量变化可通过对物质的来路和去路是否平衡进行分析： (1)来路与去路动态平衡，则物质含量相对稳定。 (2)来路不变，去路增加，或来路减少，去路不变，则物质含量减少。 (3)来路不变，去路减少，或来路增加，去路不变．则物质含量增加。 探究实践六　绿叶中色素的提取和分离　　 1．实验原理 2．实验步骤 (1)提取色素 ①研磨： 操作图解 添加物质 作用 无水乙醇 溶解色素 二氧化硅 研磨充分 碳酸钙 保护色素 ②过滤：用单层尼龙布过滤→收集滤液。 (2)分离色素 主要操作 操作要点 操作目的 制备滤纸条 一端剪去两角 保证色素在滤纸上扩散均匀、整齐 画滤液 细线 用毛细管吸取色素滤液，沿铅笔线均匀画一条滤液细线 滤液细线要细、直、齐，使各色素扩散的起点相同 待滤液干后，再画一两次 使滤液细线上有较多的色素 层析 层析液不能触及滤液细线，否则色素会溶解在层析液中，而不会沿滤纸条向上扩散 3.实验结果分析 色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度 a 胡萝卜素 橙黄色 最少 最大 最快 b 叶黄素 黄色 较少 较大 较快 c 叶绿素a 蓝绿色 最多 较小 较慢 d 叶绿素b 黄绿色 较多 最小 最慢 影响色素带颜色深浅的“四大”因素 (1)未加SiO2，研磨不充分。 (2)未加CaCO3或加入过少，叶绿素分子被破坏。 (3)菠菜叶放置时间长，滤液色素少。 (4)一次加入无水乙醇过多，色素浓度低。 1．色素带的条数与色素种类的相关性说明了什么问题？ 答案：四条色素带说明有四种色素(即色素带数等于色素种类数)。 2．色素带的宽窄与色素含量的相关性说明了什么问题？ 答案：色素带越宽说明此种色素含量越多。色素带最宽的是叶绿素a，最窄的是胡萝卜素，叶绿素b的色素带比叶黄素的稍宽。 3．色素带扩散速度与溶解度的相关性说明了什么问题？ 答案：扩散速度越快说明溶解度越高。 1．(2023·江苏高考)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是(　　) A．用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏 B．若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现色素带重叠 C．该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量 D．用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带，花青素位于叶绿素a、b之间 解析：B　[用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏，A错误；画滤液细线时要间断画2～3次，即等上一次干了以后再画下一次，若连续多次重复画滤液细线虽可累积更多的色素，但会造成滤液细线过宽，易出现色素带重叠，B正确；该实验中分离色素的方法是纸层析法，可根据各种色素在滤纸条上呈现的色素带的宽窄来比较判断各色素的含量，但该实验不能具体测定绿叶中各种色素含量，C错误；花青素存在于液泡中，溶于水不易溶于有机溶剂，故若得到5条色素带，距离滤液细线最近的色素带为花青素，应在叶绿素b的下方，D错误。] 2．下列有关叶绿体中色素提取与分离实验及创新改进的说法中，不合理的是(　　) A．设计一个对照实验，一组在研磨前加CaCO3，另一组不加，然后按规定步骤研磨，观察现象，可探究CaCO3加与不加对实验的影响 B．秋季使用黄色或红色叶片做实验材料可以证明叶片中不含叶绿素 C．把滤液细线画的宽一点做层析可以探究滤液细线的宽度对实验的影响 D．用不同量的绿叶作实验，实验不同浓度的滤液对实验结果的影响可探究实验中绿叶的量是否需要准确称量及绿叶纯度对实验的影响 解析：B　[探究CaCO3加与不加对实验的影响实验中，自变量是否加CaCO3，因此一组在研磨前加CaCO3，另一组不加，然后按规定步骤研磨，观察现象，A正确；植物细胞叶绿体中含有叶绿素和类胡萝卜素，而红色叶片的颜色是因为液泡中的花青素，与叶绿体中的色素无关，B错误；把滤液细线画的宽一点做层析，与正常宽度做对比，可以探究滤液细线的宽度对实验的影响，C正确；用不同量的绿叶作实验，实验不同浓度的滤液对实验结果的影响可探究实验中绿叶的量是否需要准确称量及绿叶纯度对实验的影响，D正确。] 3．迁移率是用纸层析法分离混合色素中各种成分的重要指标，也可用于各种色素的鉴定，迁移率＝色素移动距离/溶剂移动距离。下表是叶绿体中各种色素的层析结果(部分数据)，下列相关叙述错误的是(　　) 溶剂移 动距离 色素1移 动距离 色素2移 动距离 色素3移 动距离 色素4移 动距离 实验组1 7.8 1.9 实验组2 8.2 1.5 实验组3 8.0 1.4 平均移 动距离 8.0 7.6 0.8 迁移率 0.95 0.53 0.10 A.可用菠菜等绿叶蔬菜的叶片作为该实验的材料 B．色素3是叶绿素a，其迁移率为0.2 C．色素4随层析液在滤纸条上的扩散速度最快 D．色素2在滤纸条上移动的距离大约是4.2 解析：C　[菠菜等绿叶蔬菜的叶片含有大量的色素，可作为该实验的材料；据表格分析，色素3平均移动距离＝(1.9＋1.5＋1.4)÷3＝1.6，迁移率＝色素移动距离/溶剂移动距离＝1.6÷8.0＝0.2，通过比较迁移率可知色素3为叶绿素a；色素4表示叶绿素b，溶解度最低，扩散速度最慢；据表格分析，色素2平均移动距离＝0.53×8.0＝4.24。] 4．某生物小组以新鲜菠菜叶为材料进行叶绿素提取的探究实验，结果如下表。 实验一 实验二 二氧 化硅 粒径/目 用量/g 20 50 100 200 1 3 5 7 9 叶绿素 含量/ mg·g－1 0.611 0.699 0.593 0.592 0.490 0.648 0.610 0.575 0.553 注：“目”表示颗粒大小的单位，且目数越大粒径越小；“叶绿素含量”表示每克叶中叶绿素的提取量。 回答下列问题。 (1) 以上实验的目的是 。 (2) 提取叶绿素的实验原理是 。 实验中二氧化硅的作用是 。 (3)依据实验一的结果，实验二最好选用　　　　　　　　目的二氧化硅。在实验二中，粒径大小属于　　　　　　　　变量。 (4)若实验使用的菠菜培养于缺镁培养液中，则提取到的叶绿素含量将 　　　　　　　　(填“上升”“下降”或“不变”)。 解析：(1)实验一的自变量是二氧化硅的粒径，实验二的自变量是二氧化硅的用量，两个实验的因变量是叶绿素含量，因此实验目的是探究二氧化硅粒径和用量对叶绿素提取量的影响。 (2)叶绿素可以溶于无水乙醇等有机溶剂中，提取叶绿素时加入二氧化硅的作用是有助于研磨充分。 (3)由实验一可知粒径为50目时提取叶绿素含量最多；实验二中二氧化硅的用量是自变量，粒径大小是无关变量。 (4)镁是合成叶绿素的必需元素，在缺镁的培养液中培养，提取到的叶绿素含量将下降。 答案：(1)探究二氧化硅粒径和用量对叶绿素提取量的影响　(2)叶绿素能溶解在无水乙醇等有机溶剂中　有助于研磨得充分　(3)50　无关　(4)下降 教师用书独具 [易错点1]　混淆塑料大棚中“塑料颜色”与“补光类型”的选择 点拨　为提高光能利用率，塑料大棚栽培时常选择“无色塑料”以便透过各色光，这是因为太阳的全色光透过时各种色的光均可被作物吸收(尽管黄绿色吸收量较小)，而阴天或夜间给温室大棚“人工补光”时，则宜选择植物吸收利用效率最高的“红光或蓝紫光”灯泡。因为若利用白炽灯，则其发出的光中“黄、绿光”利用率极低，从节省能源(节电、节省成本)角度讲，用红灯泡、紫灯泡效率最高。 [易错点2]　误认为只能是光反应制约暗反应，暗反应不会制约光反应，从而认为停止CO2供应时，不影响O2产生 点拨　光反应为暗反应提供NADPH和ATP，故光反应停止时，暗反应无法进行，然而光反应也需暗反应为之提供ADP、Pi和NADP＋等，故暗反应停止(如撤掉CO2供应)时，光反应也将受制约，从而导致O2产生速率下降。 [易错点3]　误认为温室生产中昼夜温差越大，作物产量越高 点拨　白天适当提高温度或增加CO2浓度，可有利于提高光合产量，夜晚不进行光合作用，适当降低温度可降低呼吸速率从而减少有机物消耗，故适当提高昼夜温差可提高作物有机物积累量，从而提高作物产量。然而，昼夜温差并非越大越好，因为夜晚温度过低时，呼吸酶活性过小，当呼吸作用被过度抑制时，必将减弱矿质离子的吸收等代谢过程，从而制约次日的光合作用，这对作物生长显然不利。 1.叶绿体中的色素有4种，即叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素。分布在叶绿体的类囊体薄膜上。 2．叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。 3．叶绿体是进行光合作用的场所，其中光反应在类囊体薄膜上进行，暗反应在基质中进行。 4．不同颜色的温室大棚光合效率不同，无色透明大棚效率最高，绿色大棚效率最低；对大棚进行补光时，单色光以蓝紫光最好，红光次之，绿光最差。 5．绿色植物中参与光合作用的酶存在于叶绿体类囊体薄膜上和叶绿体基质中。 6．光合作用的过程可以分为两个阶段，即光反应和暗反应。前者在光下才能进行，并在一定范围内随着光照强度的增加而增强；后者在有光、无光的条件下都可以进行，但需要光反应的产物NADPH和ATP，因此在无光条件下不可以长期进行。 7．生物体中的能量转化：光能→电能→ATP和NADPH中的活跃化学能→有机物中稳定的化学能→ATP和NADH中活跃的化学能(被组织细胞利用)。 [真题研析]——浸润素养 [例](2023·北京高考)在两种光照强度下，不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是(　　) A．在低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升 B．在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关 C．在图中两个CP点处，植物均不能进行光合作用 D．图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大 解析：C　[CO2吸收速率代表净光合速率，低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升，需要从外界吸收的CO2减少，A正确；在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高主要原因是光合酶的活性增强，B正确；CP点代表呼吸速率等于光合速率，植物可以进行光合作用，C错误；图中M点处CO2吸收速率最大，即净光合速率最大，也就是光合速率与呼吸速率的差值最大，D正确。] [信息破题] 信息 信息转化能力 信息1 不同光照强度下，温度对光合作用的影响 信息2 实验结果曲线的分析 [考向分析]　教师用书独具 23年已考考向 未考考向 1.绿叶中色素的提取和分离实验 1.叶绿体中色素的种类、含量及功能 2.光反应、暗反应的物质变化和能量变化 2.叶绿体的结构和功能 3.光合作用原理的应用 3.光合作用实验 4.条件骤变时光合作用中各物质含量的变化 [真题品悟]——厚积素养 [考向]　光反应、暗反应的物质变化和能量变化 (2023·湖北高考)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是(　　) A．叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强 B．Mg2＋含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱 C．弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获 D．PSⅡ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2 解析：C　[叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ与PSⅡ分离减少，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强，A正确；Mg2＋是叶绿素的组成成分，其含量减少会导致PSⅡ光复合体上的叶绿素含量减少，导致对光能的捕获减弱，B正确；弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，增强对光能的捕获，C错误；PSⅡ光复合体能吸收光能，并分解水，水的光解产生H＋、电子和O2，D正确。] [真题变式]——迁移能力 (2023·湖南高考)如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450 μmol·L－1(Km越小，酶对底物的亲和力越大)，该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶(PEPC对CO2的Km为7 μmol·L－1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题。 (1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是　　　　　　　　(填具体名称)，该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成　　　　　　　　(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后，再通过　　　　　　　　长距离运输到其他组织器官。 (2)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度　　　　　　　　(填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是 (答出三点即可)。 (3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出三点即可)。 解析：(1)玉米的光合作用过程与水稻相比，虽然CO2的来源不同，但其卡尔文循环的过程是相同的，结合水稻的卡尔文循环图解，可以看出CO2固定的直接产物是3－磷酸甘油酸，然后直接被还原成3－磷酸甘油醛。3－磷酸甘油醛在叶绿体中被转化成淀粉，在叶绿体外被转化成蔗糖，蔗糖是植物长距离运输的主要糖类，通过维管组织运输。 (2)干旱、高光强时会导致植物气孔关闭，吸收的CO2减少，而玉米的PEPC酶与CO2的亲和力高，可以利用低浓度的CO2进行光合作用，同时抑制植物的光呼吸，且玉米能将叶绿体内的光合产物通过维管组织及时转移出细胞。 (3)将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻叶肉细胞，只是提高了叶肉细胞内的CO2浓度，而植物的光合作用强度受到很多因素的影响；在光饱和条件下如果光合作用强度没有明显提高，可能是水稻的酶活性达到最大，对CO2的利用率不再提高，或是受到ATP和NADPH等物质含量的限制，也可能是因为蓝细菌是原核生物，水稻是真核生物，二者的光合作用机制有所不同。 答案：(1)3－磷酸甘油醛　蔗糖　维管组织 (2)高于　高光照条件下玉米可以将光合产物及时转移；玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸 (3)酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高；受到ATP以及NADPH等物质含量的限制；原核生物和真核生物光合作用机制有所不同 ►[新情景] 1．卡尔文循环是植物界普遍存在的共同规律。水稻的叶绿体基质中核酮糖，二磷酸羧化酶(Rubisco)能够催化CO2与C5结合生成两分子的C3，再发生一系列反应，最终合成糖类等有机物。甘蔗与水稻的CO2的浓缩固定机制有所不同(如图所示)，研究发现PEP与CO2的亲和力远高于Rubisco。下列相关叙述正确的是(　　) A．卡尔文运用了荧光标记法追踪了碳元素的转移途径 B．甘蔗固定CO2的第一产物为三碳化合物 C．若CO2突然中断，则短期内C5增多、C3减少 D．与甘蔗相比，水稻更适应在低浓度的CO2条件下生长 解析：C　[卡尔文运用了同位素标记法，追踪了碳元素的转移途径，A错误；分析题图可知，甘蔗与水稻的CO2的浓缩固定机制有所不同，甘蔗固定CO2的第一产物为四碳化合物，B错误；若CO2突然中断，则短期内C5的去路减少，来源不变，所以C5增多，C3减少，C正确；分析题图可知，甘蔗除了具有C3途径外，还具有C4途径，能有效利用较低浓度的CO2，D错误。] ►[改形式] 2．(2023·山东高考) 当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对光反应阶段的PSⅡ复合体(PSⅡ)造成损伤，使PSⅡ活性降低，进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭(NPQ)将过剩的光能耗散，减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能：①修复损伤的PSⅡ；②参与NPQ的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同，且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。 (1)该实验的自变量为　　　　　　　　。该实验的无关变量中，影响光合作用强度的主要环境因素有　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出2个因素即可)。 (2)根据本实验，　　　　　　　　(填“能”或“不能”)比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱，理由是__________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)据图分析，与野生型相比，强光照射下突变体中流向光合作用的能量　　　　　　　　(填“多”或“少”)。若测得突变体的暗反应强度高于野生型，根据本实验推测，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)据题意拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结合题图分析实验的自变量有拟南芥种类和光照强度；影响光合作用强度的主要环境因素有CO2浓度、温度、水分等。 (2)据图分析，强光照射下突变体的NPQ/相对值比野生型的NPQ/相对值高，能减少强光对PSⅡ复合体造成损伤。但是野生型含有H蛋白，能对损伤后的PSⅡ进行修复，故不能确定强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱。 (3)据图分析，强光照射下突变体中NPQ/相对值较高，而NPQ能将过剩的光能耗散，从而使流向光合作用的能量减少；突变体的NPQ强度大，能够减少强光对PSⅡ的损伤且减少作用大于野生型H蛋白的修复作用，这样导致突变体的PSⅡ活性高，能为暗反应提供较多的NADPH和ATP促进暗反应进行，因此突变体的暗反应强度高于野生型。 答案：(1)拟南芥种类、光照强度　CO2浓度、温度 (2)不能　强光照射下突变体的NPQ/相对值比野生型的NPQ/相对值高，能减少强光对PSⅡ复合体造成损伤。但是野生型含有H蛋白，能对损伤后的PSⅡ进行修复，故不能确定强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱 (3)少　突变体的NPQ强度大，能够减少强光对PSⅡ的损伤 学科网（北京）股份有限公司 $$