3.3.1 捕获光能的色素和结构及光合作用的原理（课件PPT）-【创新方案】2025年高考生物一轮总复习（新教材Ⅰ）

光合作用与能量转化 第三讲 课标要求 2.2.3 说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧 化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能 捕获光能的色素和结构及光合作用的原理细胞呼吸的原理 第1课时 内容索引 1.自主学习单 基础为主打 · 学生为主体 2.深化学习单 能力为主攻 · 教师为主导 3.发展报告单 创新为主线 · 优化为主调 4.素养提升训练 4 基础为主打· 学生为主体 自主学习单 01 (一)教材中的主旨语句要“悟透” 1．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。 (1)(2022·湖北卷)叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致植物的叶片呈黄色。 ( ) (2)(2021·北京卷)依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离。 ( ) (3)叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。 ( ) 基础点(一)　捕获光能的色素和结构 × √ × (4)依据光合色素的吸收光谱解释植物正常叶片通常呈绿色的原因：_____________________________________________________________ ___________________。 2．光合作用在植物细胞的叶绿体中进行。叶绿体类囊体的薄膜上有捕获光能的色素，在类囊体膜上和叶绿体基质中还有许多进行光合作用所必需的酶。 (1)(2022·浙江卷)叶绿体内膜上存在与水裂解有关的酶。( ) (2)(2021·湖北卷)叶绿体的类囊体膜上分布着光合色素和蛋白质。( ) 绿叶中的色素叶绿素约占3/4，它们几乎不吸收绿光，经反射后便形成了看起来绿色的叶片 × √ 7 (3)叶绿体内的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积。( ) (4)蓝细菌没有叶绿体不能进行光合作用。 ( ) (5)1g菠菜叶的膜面积能达到60m2，这么巨大的膜面积是怎样形成的？__________________________________________________ _____________________。 叶片的叶绿体内部，具有许多由类囊体堆叠形成的基粒，它们大大增加了膜面积 √ × 8 (二)知识点间的关系要“融通” 1．辨清绿叶中的色素及其吸收光谱 (1)吸收范围：叶绿体中的色素 只吸收______，而对红外光和 紫外光等不吸收。 (2)色素功能：叶绿素a和叶绿素b主要吸收_____________，胡萝卜素和叶黄素主要吸收______。这4种色素吸收的光波长有差别，但是都可以用于光合作用。 可见光 蓝紫光和红光 蓝紫光 模 式 图 2．理清叶绿体的结构适于进行光合作用 光反应 暗反应 结 构 和 功 能 暗反应 外膜 叶绿体基质 类囊体 色素 光反应 光合作用 (三)教材潜在的命题导向要“发掘” 1．(必修1 P97“问题探讨”拓展)有的植物工厂在种植蔬菜等植物时，完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。为什么选择这些光源而不选择绿色的光源？ 提示：红色、蓝色光源发出的分别是红光、蓝光，光合色素对红光、蓝光吸收最多；白光是复合光，含有不同波长的光，光合色素能吸收更多的光。绿色光源发出绿色的光被光合色素吸收的最少，不利于植物生长。 2．(必修1 P98～99“探究·实践”拓展)分离绿叶中的色素时，滤纸条上的滤液细线一定不能接触层析液的原因是什么？ 提示：防止滤液细线上的色素溶解在层析液中，而不能在滤纸上扩散。 3．(必修1 P101“拓展应用T1”延伸)海洋中绿藻、褐藻、红藻在海洋中的垂直分布大致依次是浅层、中层、深层，从水层透光与植物光能捕获两个层面解释其原因。 提示：藻类本身的颜色是反射出来的光所形成的，即红藻反射出红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄光。水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方。 基础点(二)　光合作用的原理 (一)教材中的主旨语句要“悟透” 1．光反应阶段必须有光才能进行，发生在类囊体薄膜上，将光能转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。 (1)(2022·福建卷)黑藻光合作用时，在类囊体薄膜上合成ATP。 ( ) (2)(2022·湖南卷)光反应产物积累，产生反馈抑制，叶片转化光能的能力下降。 ( ) (3)光反应阶段的反应物包括水、还原型辅酶Ⅱ(NADPH)等。 ( ) (4)(2021·山东卷)光合作用产生的O2中的氧元素只能来自H2O。( ) √ × √ √ (5)结合有氧呼吸和光合作用的过程，说明NADH、NADPH的生成和利用阶段。___________________________________________ _________________________________________________________________。 2．暗反应阶段有没有光都能进行，发生在叶绿体基质中，将ATP和NADPH中的化学能转化为储存在糖类等有机物中的化学能。 (1)(2021·湖南卷)在暗反应阶段，CO2不能直接被还原。 ( ) (2)(2021·广东卷)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，激活Rubisco需要黑暗条件。 ( ) NADH在有氧呼吸第一、第二阶段生成，在第三阶段被消耗；NADPH在光合作用的光反应阶段生成，在暗反应阶段利用 × √ (3)只有ATP能够直接为暗反应提供能量。 ( ) (4)暗反应有没有光都能进行，但是光反应停止后暗反应也很快停止，原因是__________________________________________________。 (二)知识点间的关系要“融通” 1．理清探索光合作用原理的部分实验(连线) 暗反应需要光反应产生的ATP和NADPH的驱动才能进行 × 2．辨清光合作用的原理 (1)光合作用的概念及反应式 ①概念：一般来说，光合作用是指绿色植物通过 ______，利用光能，将_____________转化成储存着能量的有机物，并且释放出_____的过程。 ②反应式：_______________________________。 光能 叶绿体 CO2＋H2O (CH2O)＋O2 叶绿体 二氧化碳和水 氧气 (2)光合作用的基本过程 图中序号代表的物质：①________，②____，③_________，④___，⑤_______。 ① ② ③ ④ ⑤ NADPH 2C3 ADP＋Pi O2 (CH2O) 项目 光反应 暗反应 场所 ___________ ___________ 条件 光、____、酶、H2O、 ADP、Pi、NADP＋ 酶、CO2、ATP、 ________、C5等 (3)比较光反应与暗反应 类囊体薄膜 叶绿体基质 色素 NADPH 物质 变化 ①水的光解：2H2O O2 ＋4H＋＋4e－②ATP的合成：ADP ＋Pi＋能量 ATP ③NADPH的形成：NADP＋＋H＋ ＋2e－ NADPH ①CO2的固定：CO2＋C5 2C3 ②C3的还原： ___________ 能量 变化 光能→______________中活跃的化学能 ______________中活跃的化学能→_____________________ 光合色素 酶、光 光合色素 酶、光 酶 酶 ATP、NADPH 酶 (CH2O)＋C5 ATP和NADPH ATP和NADPH 有机物中稳定的化学能 联系 ①光反应为暗反应提供NADPH、ATP；暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi； ②没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，光反应也会受到抑制 项目 光合作用 化能合成作用 区别 能量来源 ____ ___________释放的能量 代表生物 绿色植物 _________ 相同点 都能将__________等无机物合成有机物 (4)光合作用和化能合成作用的比较 光能 无机物氧化 硝化细菌 CO2和H2O (三)教材潜在的命题导向要“发掘” 1．(必修1 P102“思考·讨论”延伸思考)希尔反应实验中为什么要加入铁盐或其他氧化剂？该实验能不能完全说明光合作用释放的氧气全部来自水中的氧？ 提示：水分解后产生的H＋需要有受体才能使反应持续进行。该实验不能完全说明光合作用释放的氧气全部来自水中的氧，因为实验中虽然没有CO2，但是无法排除是不是其他含氧化合物的氧转移后生成了氧气。 2．(必修1 P104“正文”拓展)光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30 s的时间，放射性代谢产物多达几十种，缩短时间到7 s，发现放射性代谢产物减少到12种。如果要探究CO2转化成的第一个产物，可能的实验思路是什么？ 提示：不断缩短光照时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物，该物质即为CO2转化成的第一个产物。 能力为主攻 · 教师为主导 深化学习单 02 提能点(一)　绿叶中色素的提取和分离 |小|题|导|学|　 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：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．(2023·全国乙卷)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是 (　 ) A．氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素 B．叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上 C．用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰 D．叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢 √ 　　 解析：叶绿素由C、H、O、N、Mg组成，A正确； 叶绿体中吸收光能的色素(叶绿素和类胡萝卜素)分布在类囊体薄膜上，B正确； 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰，C正确； 叶绿体中的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，D错误。 　　 |精|要|点|拨|　 1．实验原理 　　 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 防止研磨过程中色素被破坏 2．实验步骤 (1)提取绿叶中的色素 ①研磨 ②过滤：将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中，用单层尼龙布过滤。 ③收集滤液：将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严，防止乙醇挥发和色素氧化。 (2)分离绿叶中的色素——纸层析法 主要操作 操作要点 操作目的 制备滤 纸条 滤纸预先干燥处理 使层析液在滤纸上快速扩散 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 滤液细线要细、直、匀 使分离出的色素带平整不重叠 待滤液干后，再重画一到两次 使滤液细线上有较多的色素 纸层析 加盖 防止层析液挥发 层析液不能触及滤液细线 防止色素直接溶解到层析液中 3．实验结果及分析 　　 异常现象 原因分析 收集到的滤液绿色过浅 ①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分；②使用放置数天的菠菜叶，滤液中色素(叶绿素)太少；③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇)；④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏 滤纸条色素带重叠 ①滤液细线不直；②滤液细线过粗 滤纸条无色素带 ①忘记画滤液细线；②滤液细线接触到层析液且时间较长，色素全部溶解到层析液中 4．分析实验中的异常现象 　　 题点1　绿叶中色素的提取和分离 1．(2024·甘南一模)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相关分析不正确的是 (　 ) 　　 A．①可能是由于未加CaCO3而得到的实验结果 B．②可能是由于用水取代了无水乙醇而得到的实验结果 C．③可能是由于未加SiO2而得到的实验结果 D．①可能是滤液细线触及层析液而得到的实验结果 √ 　　 解析：①中叶绿素含量相比于类胡萝卜素含量明显偏低，可能是由于未加CaCO3，部分叶绿素被破坏，A正确； 光合色素不溶于水，但能溶于有机溶剂，②中没有色素带，可能是由于用水取代了无水乙醇不能提取色素，B正确； ③中所有色素带都偏窄，可能是由于未加SiO2，研磨不充分，提取色素较少，C正确； 若滤液细线触及层析液，则滤液细线中的色素会被层析液溶解，而不能在滤纸条上扩散，不会出现①所示结果，D错误。 　　 2．(2024·锦州模拟)羽衣甘蓝因其耐寒性和叶色丰富多变的特点，成为冬季重要的观叶植物。将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样，先后置于层析液和蒸馏水中进行层析，过程及结果经模型化处理后如下图所示。已知1、2、3、4、5代表不同类型的色素。下列分析错误的是 (　 ) 　　 A．色素1在层析液中的溶解度最大 B．色素1、2、3、4难溶于蒸馏水 C．色素5可能存在于植物的液泡中 D．缺Mg会影响色素1和2的含量 解析：根据在层析液中层析的结果，色素1距离起点最远，说明其在层析液中的溶解度最大，A正确； 根据在蒸馏水中的层析结果，说明色素1、2、3、4难溶于蒸馏水，因此在滤纸上不扩散，色素5可以溶解在蒸馏水中，推测其可能是存在于植物液泡中的色素，B、C正确； 1、2、3、4在层析液中具有不同的溶解度，推测是光合色素，因此它们依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，Mg只参与构成叶绿素，故缺Mg会影响色素3和4的含量，D错误。 √ 　　 题点2　光合色素与叶绿体的功能 3．(2024·郑州模拟)如图为叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱。下列有关说法正确的是 (　 ) A．图中②和③主要分布在叶绿体的内膜上 B．利用纸层析法分离色素时，用到了无水乙醇或体积分数为75%的乙醇＋无水碳酸钠 C．③是叶绿素a，位于从上至下第三个条带，且条带最宽 D．叶片呈现绿色是因为①②③完全不吸收绿光 √ 　　 解析：图示为叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱，其中①为类胡萝卜素，②为叶绿素b，③为叶绿素a，它们分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A错误； 利用纸层析法分离色素时，用的是层析液，提取色素时可用无水乙醇或体积分数为95%的乙醇＋无水碳酸钠，B错误； ③叶绿素a位于从上至下第三个条带，且条带最宽(含量最多)，C正确； 叶片呈现绿色是因为②(叶绿素b)、③(叶绿素a)吸收绿光很少，绿光被反射出来，而不是完全不吸收绿光，D错误。 　　 4．(2024·成都模拟)叶绿体是植物进行光合作用的细胞器。下列与叶绿体有关实验的叙述，错误的是(　 ) A．含叶绿体的植物细胞不能用来观察质壁分离和复原实验 B．在高倍镜下可以观察到藓类小叶中叶绿体的形态和分布 C．含水绵和好氧细菌的临时装片可用于研究叶绿体的功能 D．在电子显微镜下可以观察到叶绿体内部含有许多的基粒 √ 　　 解析：叶绿体的存在使原生质层呈绿色，有利于观察细胞的质壁分离和复原，A错误； 观察叶绿体时，选用的材料应该薄且透光，藓类叶片可以直接用来制作临时装片，在高倍镜下可以观察到藓类小叶中叶绿体的形态和分布，B正确； 含水绵和好氧细菌的临时装片可用于研究叶绿体的功能，根据好氧细菌分布的位置，可知叶绿体能释放氧气，C正确； 在电子显微镜下可以观察到叶绿体内部含有许多的基粒，D正确。 提能点(二)　光合作用原理的探究分析 逐点清(一)　光合作用反应式及元素去向分析 |精|要|点|拨|　 1．分析反应式中的元素转移 　　 2．同位素标记元素转移途径 |典|题|例|析|　 [例1]　光合作用过程的概念模型图如下，字母表示物质，数字表示反应过程，实线表示物质转换，虚线表示能量传递。下列有关叙述错误的是(　 ) A．物质e的元素组成除了H，还有C、O、N、P等 B．物质c转变成物质d的过程需要水分子的参与 C．通过标记g的碳元素可以追踪到(CH2O)的碳元素 D．b的产生速率等于g的固定速率时处于补偿点状态 √ 　　 [解析]　物质e是NADPH，组成元素有C、H、O、N、P，A正确； 物质c(ATP)转变成物质d(ADP)的过程中需要水分子参与反应，B正确； 物质g是CO2，CO2被固定形成C3，C3被还原生成糖类物质(CH2O)，所以标记其中的碳元素，可以追踪到(CH2O)的碳元素，C正确； b是O2，O2的产生速率代表真正光合速率，g是CO2，CO2的固定速率也代表真正光合速率，而补偿点是指呼吸速率等于光合速率时的状态，D错误。 [例2]　(2024·赣州模拟)同位素可分为放射性同位素和稳定性同位素。放射性同位素可被探测仪器检测到特征射线，从而追踪被标记的元素或化合物在体内或体外的位置、数量及其转变等；稳定性同位素如18O、13C、15N等不释放射线，但可以利用其与普通相同元素的质量之差，通过仪器测定，所以也可作为示踪剂。如表所示为鲁宾和卡门的实验过程和结果。下列分析正确的是(　 ) 光合作用的物质变化 1组 2组 3组 原料 水中18O比率 0.85% 20% 20% CO2中18O比率 0.61% 0.04% 0.57% 产物 氧气中含18O比率 0.85% 20% 20% 注：比率指被18O标记的物质占所有该物质的比例 A．该实验利用的是稳定同位素，不属于同位素标记法 B．该实验通过追踪18O的放射性，得到氧气中的氧全部来自水 C．每组原料中18O标记的比例为该实验中的自变量 D．由1组实验可知，反应物中只有0.85%的水参与氧气的生成 [解析] 无论是放射性同位素标记还是稳定性同位素标记均属于同位素标记法，A错误； √ 18O不具有放射性，B错误； 每组原料中18O标记的比例为该实验中的自变量，C正确； 1组实验将0.85%的水进行标记，并不代表只有0.85%的水参与氧气的生成，D错误。 逐点清(二)　环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 |小|题|导|学|　 1．(2024·绵阳联考)某绿色植物处于光照充足、温度适宜的环境中，若适当提高环境中的CO2浓度(CO2未饱和)，下列相关叙述合理的是(　 ) A．叶肉细胞产生NADPH的速率不变 B．该绿色植物的光饱和点不变 C．叶绿体内C3的量会有显著积累 D．ADP向类囊体薄膜的移动加快 √ 解析：提高环境中的CO2浓度，暗反应中CO2的固定和C3的还原加快，消耗的ATP会增多，C3不会大量积累，ATP水解产生的ADP向类囊体薄膜移动加快，为光反应的进行提供原料，光反应加快，叶肉细胞产生NADPH的速率加快，光饱和点增大，D正确。 　　 2．(2024·淄博一模)研究发现，光照条件下，当外界CO2浓度突然降至极低水平时，某植物叶肉细胞中的C5含量突然上升，C3含量下降。若在降低CO2浓度的同时停止光照，则不出现上述情况。下列说法正确的是(　 ) A．叶肉细胞中的C5是C3固定CO2后的产物 B．在C5上升的同时，叶肉细胞中的NADP＋/NADPH上升 C．光反应产生的NADPH和ATP能促进C5的形成 D．C5和C3之间的转化需要光能的直接驱动 √ 解析：暗反应过程中CO2的固定是CO2和C5结合形成两分子的C3，即C3是C5固定CO2后的产物，A错误； CO2浓度降低时，CO2的固定减弱，C5消耗减少，C5增加，C3的生成减少，C3的还原减慢，NADPH消耗减少，NADPH积累增多，则叶肉细胞中的NADP＋/NADPH下降，B错误； 光反应产生的NADPH和ATP参与C3的还原，促进C5的形成，C正确； C5和C3之间的转化需要光反应的产物NADPH和ATP的参与，不是光能的直接驱动，D错误。 　　 |精|要|点|拨|　 1．“过程法”分析各物质变化 下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化： 　　 2．“模型法”分析C3、C5等物质的含量变化 注：C3的起始值高于C5，约是其2倍 　　 题点1　探究光合作用原理的历程 1．(2024·厦门模拟)铁氰化钾试剂不能透过叶绿体膜。研究人员将涨破的叶绿体置于不含CO2的铁氰化钾溶液中，在光下释放氧气，不产生糖，同时黄色的铁氰化钾因被还原而褪色。下列叙述错误的是(　 ) A．用盐酸处理叶绿体膜后，铁氰化钾可进入叶绿体 B．该实验说明水的光解和糖的合成相关联 C．该实验模拟了光反应的部分物质变化过程 D．推测黄色铁氰化钾褪色是NADPH的作用 √ 解析：盐酸是强酸，会破坏叶绿体的膜，使铁氰化钾可进入叶绿体，A正确； 该实验只体现了水的光解，没有体现糖的合成，无法判断它们之间的联系，B错误； 该实验模拟了光反应的部分物质变化过程，产生的NADPH具有还原作用，推测黄色铁氰化钾褪色是NADPH的作用，C、D正确。 　　 2．(2024·潍坊一模)光合作用的暗反应是卡尔文应用14C示踪的方法发现的，也叫卡尔文循环，主要包括三个阶段：羧化(CO2固定)、还原和RuBP(C5)再生。下列相关叙述错误的是(　 ) A．羧化阶段参与固定CO2的是RuBP，产物是1分子3­磷酸甘油酸(C3) B．还原阶段需要消耗光反应阶段产生的ATP和NADPH，并储存能量 C．再生阶段产生RuBP，能够保证卡尔文循环的持续进行 D．在还原阶段产生的一部分储能物质经过一系列反应生成(CH2O) √ 解析：在羧化阶段，1 分子RuBP(C5)能与1分子CO2结合生成2分子C3，A错误； 还原阶段(C3的还原)需要消耗光反应阶段产生的ATP和NADPH，并储存能量，B正确； RuBP(C5)再生可以保证RuBP含量的相对稳定，以保证卡尔文循环持续稳定地进行，C正确； 在还原阶段，接受能量并被还原的C3有两种代谢途径：一部分在酶的作用下经过一系列的反应转化为(CH2O)，另一部分被还原为C5，D正确。 题点2　光合作用的过程 3．(2024·张家口模拟)如图是某植物细胞进行光合作用的过程，下列有关叙述正确的是(　 ) A．光合作用产物Ⅱ中的O部分来自水 B．物质Ⅰ在暗反应中可充当还原剂，但不能供能 C．若外界中物质Ⅲ浓度适当升高，物质Ⅰ的含量会暂时降低 D．给植物提供H218O，一段时间后放射性会出现在O2中 √ 解析：光合作用产物Ⅱ为光反应阶段水光解产生的氧气，其中的O全部来自水，A错误； 物质Ⅰ为NADPH，可以在暗反应中充当还原剂，也能为暗反应供能，B错误； 若外界中物质Ⅲ(CO2)浓度升高，C3合成增多，C3转化成有机物时会消耗更多的物质Ⅰ(NADPH)，而光反应强度暂时不变，因此物质Ⅰ的含量会暂时下降，C正确； 18O 属于稳定同位素，18O2不具有放射性，D错误。 4．(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：据图可知，在强光下，PSⅡ与LHCⅡ分离，减弱PSⅡ光复合体对光能的捕获，避免强光造成损伤；在弱光下，PSⅡ与LHCⅡ结合，增强PSⅡ光复合体对光能的捕获，有利于弱光条件下吸收足够的光能。LHCⅡ和PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化，叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，会导致类囊体膜上LHCⅡ不能与PSⅡ分离， √ PSⅡ与LHCⅡ结合增多，从而使PSⅡ光复合体对光能的捕获增强，A正确。 Mg是构成叶绿素的元素，叶绿素能吸收、传递和转化光能，若Mg2＋含量减少，PSⅡ光复合体含有的光合色素含量降低，导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱，B正确。 弱光下PSⅡ与LHCⅡ结合，有利于对光能的捕获，C错误。 类囊体膜上的PSⅡ光复合体含有光合色素，在光反应中，其能吸收光能并分解水产生H＋、电子和O2，D正确。 创新为主线·优化为主调 发展报告单 03 实验知能系统归纳——无颜色变化试剂的选择 实验探究————感悟经典实验 [典例]　(2024·运城期末)酒精是生物实验中常用的试剂，下列关于酒精在不同实验中作用的叙述，错误的是(　 ) A．脂肪检测实验中可用体积分数为50%的酒精溶液洗去浮色 B．在“DNA的粗提取与鉴定”实验中，体积分数为95%的酒精的作用是析出DNA C．在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，无水乙醇的作用是提取和分离绿叶中的色素 D．制作果酒、果醋时，对发酵瓶、榨汁机等需用体积分数为70%的酒精消毒 　　 √ 　　 [解析]　脂肪检测实验中可用体积分数为50%的酒精溶液洗去浮色，避免染色剂对实验现象观察的影响，A正确； 在“DNA的粗提取与鉴定”实验中，用体积分数为95%的冷酒精可提取出含杂质较少的DNA分子，B正确； 在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，无水乙醇的作用是提取绿叶中的色素，而层析液是用于分离色素的，C错误； 制作果酒、果醋时，对发酵瓶、榨汁机等需用体积分数为70%的酒精消毒，目的是防止杂菌污染，D正确。 归纳建模————内化通性通法 归纳无颜色变化的实验试剂的应用 试剂 实验 应用 水 清水 植物细胞临时装片的制作 保持细胞正常形态 植物细胞的吸水和失水 使发生质壁分离的细胞复原 观察植物细胞的有丝分裂 漂洗 无菌水 微生物的培养与分离、植物组织培养 无菌 卡诺氏液 低温诱导植物细胞染色体数目变化 固定细胞形态 盐酸 观察植物细胞的有丝分裂、低温诱导植物细胞染色体数目的变化 配制解离液 探究pH对酶活性的影响、模拟生物体维持pH的稳定 设置酸性条件 NaCl 0.9% 动物细胞临时装片的制作 保持细胞正常形态 2mol/L DNA的粗提取与鉴定 溶解DNA 酒精 50% 脂肪的检测 洗去浮色 70% 植物组织培养 消毒 土壤小动物类群丰富度的研究 杀死、保存土壤小动物 95% 观察植物细胞的有丝分裂、低温诱导植物细胞染色体数目的变化 配制解离液 DNA的粗提取与鉴定 溶解杂质，析出DNA 无水乙醇 绿叶中色素的提取和分离 溶解和提取色素 应用体验——迁移创新发展 1．下列有关教材实验的说法，不正确的是(　 ) A．在“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验中用清水洗去药液，防止解离过度 B．在测定不同pH条件下酶的活性时，一般不选择淀粉酶进行实验，是因为pH过高或过低会使淀粉酶变性失活 C．在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中，检测酒精时应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽葡萄糖，避免造成颜色干扰 D．在“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验中，用卡诺氏液固定细胞形态后用体积分数为95%的酒精冲洗2次 √ 　　 解析：“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验中用清水洗去解离液，防止解离过度，A正确； 在测定不同pH条件下酶的活性时，一般不选择淀粉酶进行实验，是因为淀粉在酸性条件下也会发生水解，会对实验结果造成影响，B错误； 由于葡萄糖也可以与重铬酸钾发生反应，故在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中，检测酒精时应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽葡萄糖，避免造成颜色干扰，C正确； 在“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验中，用卡诺氏液固定细胞形态后用体积分数为95%的酒精冲洗2次，洗去卡诺氏液，D正确。 2．下列生物学实验中都用到了酒精，有关酒精的作用和体积分数的叙述，错误的是(　 ) 选项 实验名称 酒精作用 体积分数 A 绿叶中色素的提取和分离 提取绿叶中的色素 100% B 制作并观察有丝分裂临时装片 漂洗被解离后的根尖 95% C 土壤中小动物类群的采集 杀死样本，并进行防腐处理 70% D 观察花生子叶细胞中的脂肪 洗去浮色 50% √ 　　 解析：在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，需要用到无水乙醇，其作用是提取绿叶中的色素，A正确； 在“制作并观察有丝分裂临时装片”实验中，需要用到体积分数为95%的酒精与盐酸组成解离液进行解离，解离后的根尖需要用清水进行漂洗，B错误； “在土壤中小动物类群的采集”中，杀死样本，并进行防腐处理所用的酒精体积分数为70%，C正确； “观察花生子叶细胞中的脂肪”，需要用苏丹Ⅲ染液染色，染色后需要用体积分数为50%的酒精洗去浮色，便于观察，D正确。 素养提升训练 04 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1．(2024·北京模拟)下列关于“光合色素的提取与分离”实验的叙述，正确的是(　 ) A．制备滤纸条时，须在滤纸条的两端各画一条细的横线 B．滤纸条插入层析液时，滤液细线须高于层析液的液面 C．层析分离色素时，滤纸条须润湿后紧贴在试管内壁 D．色素带的宽度反映了色素在层析液中溶解度的大小 √ 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析：制备滤纸条，在距滤纸条一端底部1cm处用铅笔画一条细的横线，A错误； 滤纸条插入层析液时，滤液细线须高于层析液液面，防止色素溶于层析液中，B正确； 层析分离色素时，要保证滤纸条上面部分干燥且不能紧贴试管内壁，C错误； 色素带的宽度反映了色素在叶绿体中的含量多少，D错误。 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2．(2024·南通模拟)西兰花被誉为“蔬菜皇冠”。大棚种植西兰花让我们在寒冷的冬季也能享受其美味。为了增加其产量，大棚内照明灯的颜色和大棚塑料薄膜的颜色最好的组合为(　 ) A．蓝紫光或红光、无色透明 B．蓝紫光或红光、黄色透明 C．白光、黄色透明 D．白光、绿色透明 √ 解析：由于照明灯的功率是一定的，所以在相同的功率下，用蓝紫光或红光的灯泡，植物利用的效率最高；由于太阳光是一定的，所以用无色透明的塑料薄膜，植物可获得各种颜色的光，植物生长得更好，因此为了增加其产量，大棚内照明灯的颜色和大棚塑料薄膜的颜色最好的组合为蓝紫光或红光、无色透明，A正确。 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 3．离体的叶绿体在光照下进行稳定光合作用时，如果突然中断CO2气体的供应，短暂时间内叶绿体中C3与C5相对含量的变化是(　 ) A．C3增多、C5减少 B．C3增多、C5增多 C．C3减少、C5增多 D．C3减少、C5减少 解析：如果突然中断 CO2 气体的供应，CO2的固定减弱，消耗的C5减少，C3合成减少，短时间内光照不变，产生的ATP和NADPH不变，C3还原速率不变，则生成C5暂不变，故C3相对减少，C5相对增多，C正确。 √ 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 4．在科学家对光合作用的探索历程中，下列哪一项叙述不准确(　 ) A．恩格尔曼以水绵为实验材料，证明光合作用是发生在叶绿体的受光部位 B．希尔发现离体叶绿体在适当条件下，可以发生水的光解并产生氧气 C．鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法，证明光合作用中释放的氧气来自二氧化碳 D．阿尔农发现光合作用中叶绿体合成ATP总是与水的光解相伴随 √ 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析：恩格尔曼以水绵为实验材料，证明光合作用是发生在叶绿体的受光部位，A正确； 希尔利用离体叶绿体在适当条件下，发生水的光解并产生氧气，B正确； 鲁宾和卡门利用同位素标记，证明光合作用中氧气来自水，C错误； 阿尔农发现光合作用中叶绿体合成ATP总是与水的光解相伴随，D正确。 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 5．叶绿素的合成需要光，而光过强时叶绿素又会受光氧化而被破坏，一般情况下，黑暗中生长的幼苗呈黄白色，但藻类、苔藓等植物在黑暗中也可以合成叶绿素，只是数量不如光下形成的多。下列叙述错误的是(　 ) 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A．提取叶片中的色素时加入二氧化硅可防止所有色素在研磨时被破坏 B．叶绿素的合成需要酶的催化，高温或低温均可导致其合成速率减慢 C．黑暗中能合成叶绿素可能是藻类等含有替代可见光作用的生物物质 D．叶绿素的合成与含量受外界环境因素的影响，且其含量直接影响光合速率 √ 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析：提取叶片中色素时加入碳酸钙可防止叶绿素在研磨时被破坏，A错误； 叶绿素的合成需要酶的催化，高温或低温均可导致其合成速率减慢，因为高温或低温均会使酶的活性降低，B正确； 藻类、苔藓等植物在黑暗中能合成叶绿素，可能是它们含有替代可见光作用的生物物质，C正确； 叶绿素的合成与含量受外界环境因素的影响，如光照、温度、矿质元素，叶绿素含量的变化通过影响光反应的快慢直接影响光合速率，D正确。 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 6．如图是小麦植株的叶肉细胞进行光合作用的部分示意图，光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)是由蛋白质和光合色素组成的复合物，具有吸收、传递、转化光能的作用。下列叙述正确的是(　 ) 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A．小麦叶肉细胞的光合色素分布在液泡和类囊体膜上 B．阻断电子传递，不影响NADPH的生成和ATP的合成 C．CF0-CF1复合物具有催化ATP合成和运输H＋的作用 D．若降低环境中CO2的浓度，短时间内ATP的含量会下降 解析：小麦叶肉细胞的光合色素分布在类囊体膜上，液泡中的色素不能进行光合作用，A错误； 分析题图可知，NADPH的合成需要PSⅡ、PC等传递的电子，故阻断电子传递，会影响NADPH的生成，B错误； √ 12 ATP的合成是在CF0-CF1复合物的催化作用下完成的，同时CF0-CF1复合物还能运输H＋，C正确； 若降低环境中CO2的浓度，暗反应减慢，消耗的ATP减少，短时间内ATP的含量会上升，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 7．植物X的光合作用过程如图所示：叶片气孔晚上开放，吸进CO2与PEP结合形成OAA，再还原为苹果酸，积累于液泡中；白天气孔关闭，液泡中的苹果酸便运到细胞质基质，脱羧放出CO2参与卡尔文循环，形成淀粉等。下列相关叙述正确的是(　 ) 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A．植物X最可能生活在潮湿的环境中 B．白天影响植物X光合作用的主要环境因素为CO2浓度、温度、光照强度等 C．植物X在夜间也能合成淀粉等有机物 D．白天植物X光合作用所需CO2来源于呼吸作用和苹果酸脱羧释放 解析：植物X叶片气孔晚上开放，可能是因为其生活在干旱环境中，白天温度高，为了降低蒸腾作用而关闭气孔，A错误； √ 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 白天影响植物X光合作用的主要环境因素为温度、光照强度，白天气孔关闭，CO2浓度不是影响其光合作用的主要环境因素，B错误； 夜间没有光，不进行光反应，不能为暗反应提供原料，暗反应也不能进行，则植物X在夜间不能合成淀粉等有机物，C错误； 分析题图可知，白天植物X液泡中的苹果酸运到细胞质基质，脱羧放出CO2参与卡尔文循环，同时生成的丙酮酸进入线粒体参与细胞呼吸释放CO2，则白天植物X光合作用所需CO2来源于呼吸作用和苹果酸脱羧释放，D正确。 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 8．下列关于叶绿体的叙述，正确的是(　 ) A．叶绿体的外膜、内膜极大地扩展了受光面积 B．类囊体薄膜上的光合色素都可以吸收蓝紫光 C．类囊体薄膜中的酶可催化CO2的固定和还原 D．叶绿体基质中NADP＋能形成NADPH √ 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析：叶绿体中增大受光面积的是类囊体薄膜，A错误； 类囊体薄膜上的类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，因此类囊体薄膜上的光合色素都可以吸收蓝紫光，B正确； CO2的固定和还原属于暗反应，发生在叶绿体基质中，则相关酶分布在叶绿体基质中，C错误； NADP＋形成NADPH发生在光反应过程中，场所是叶绿体的类囊体薄膜，D错误。 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 9．希尔在离体叶绿体悬浮液(含H2O，不含CO2)中加入Fe3＋或其他氧化剂，然后照光，观察到了O2的释放等变化，这一反应称作希尔反应。希尔反应可以说明(　 ) ①完整的细胞结构是细胞生命活动的基础 ②离体叶绿体可在适当条件下分解H2O，产生O2 ③光合作用过程产生的O2全部来自H2O ④ H2O的光解和糖类的合成不是同一个化学反应 A．①② B．②③ C．②④ D．①④ √ 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析：希尔反应是离体叶绿体参与的反应，不能说明完整的细胞结构是细胞生命活动的基础， ①错误； 希尔反应可以说明离体叶绿体可在适当条件下发生水的光解、产生氧气， ②正确； 该实验不能说明光合作用过程产生的O2全部来自H2O，③错误； 该反应没有合成糖的另一种必需原料CO2，由此说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，④正确。 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 10． (2024·哈尔滨模拟)Rubisco普遍分布于玉米、大豆等植物的叶绿体中，它是光呼吸(细胞在有光、高O2、低CO2情况下发生的生化反应)中不可缺少的加氧酶，也是卡尔文循环中固定CO2最关键的羧化酶。Rubisco的具体作用过程如下图所示。下列说法不正确的是(　 ) 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A．据图可推测，玉米、大豆叶片中消耗O2的场所有叶绿体基质和线粒体内膜 B．在夏季天气晴朗的中午，大豆叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会下降 C．在大棚中种植蔬菜时增施有机肥，有利于降低光呼吸 D．在CO2/O2的值低时，光呼吸可消耗NADPH以免其对叶绿体造成损伤 √ 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析：分析题图可知，玉米、大豆叶片中通过有氧呼吸消耗O2的场所是线粒体内膜，通过光呼吸消耗O2的场所在叶绿体基质，A正确； 在夏季天气晴朗的中午，往往会发生植物叶片气孔关闭，从而使进入细胞的CO2减少，则细胞在有光、高O2、低CO2情况下发生光呼吸强度升高，B错误； 在大棚中种植蔬菜时增施有机肥，可提高大棚中CO2含量，使CO2/O2的值升高，从而降低光呼吸，C正确； 在CO2/O2的值低时，RuBP结合O2发生光呼吸，光呼吸会消耗多余的ATP、NADPH，同时产生CO2作为暗反应的原料，以免NADPH对叶绿体造成损伤，D正确。 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 组别 处理 叶绿素含量 光合速率 气孔导度 叶肉细胞淀粉含量 甲 全营养液培养＋叶片喷施蒸馏水 2.607 21.89 0.598 95.2 乙 含高浓度NaCl的全营养液培养＋叶片喷施蒸馏水 2.071 11.23 0.128 110.1 11．我国北方地区土壤中盐分饱和度明显高于南方地区，为探究高盐土壤对花生光合作用的影响，科研人员进行了相关实验，结果如表(表中数字均为相对值，单位略)： 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 (1)光合作用的光反应在__________上进行，提取色素时要加入SiO2，目的是________________________________________________ ________________________。 (2)实验结果表明，高盐环境会对花生生长产生胁迫，使其光合速率降低，根据表中数据分析盐胁迫导致光合速率降低的可能原因：①叶绿素含量下降，____________________________________________ __________；②高盐处理条件下，气孔导度下降主要与____________ ____________有关，为减少水分散失，部分气孔关闭，胞间CO2量减少；③______________，会对光合作用起到阻碍作用。 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 (3)有关研究表明，施加外源Ca2＋可以缓解高盐对花生的胁迫，生物小组的同学欲验证这一结论，在上述实验的基础上还应增加两组实验，分别是________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________。 解析：(1)光合作用的光反应发生在叶绿体类囊体薄膜上，提取色素时要加入SiO2，目的是使研磨充分。 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 (2)叶绿素的功能是在光反应中吸收、传递、转化光能，高盐使花生叶片的叶绿素含量降低，光反应减弱，为暗反应提供的ATP和NADPH减少，导致暗反应中三碳化合物(C3)的还原过程减弱，光合速率降低；花生通过根系从培养液中吸收水分，盐浓度升高后，花生吸收水分减少，为防止叶片通过蒸腾作用散失太多水分，一部分气孔关闭，气孔导度下降，胞间CO2量降低，导致光合速率降低；从表中数据可知，高盐处理组叶肉细胞淀粉含量高于对照组，淀粉等光合产物在叶肉细胞中积累也会阻碍光合作用的进行。 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 (3)据题意可知，要达到实验目的，还应增加“全营养液培养＋叶片喷施含Ca2＋的溶液”组作为对照，另外增加实验组“含高浓度NaCl的全营养液培养＋叶片喷施含Ca2＋的溶液”。 答案：(1)类囊体薄膜　使研磨充分　 (2)光反应减弱，为暗反应提供的ATP和NADPH减少　花生根系细胞吸水减少　叶肉细胞中淀粉积累　 (3)全营养液培养＋叶片喷施含Ca2＋的溶液、含高浓度NaCl 的全营养液培养＋叶片喷施含Ca2＋的溶液 12 12．(2023·河北高考)拟南芥发育早期的叶肉细胞中，未成熟叶绿体发育所需ATP须借助其膜上的转运蛋白H由细胞质基质进入。发育到一定阶段，叶肉细胞H基因表达量下降，细胞质基质ATP向成熟叶绿体转运受阻。回答下列问题： (1)未成熟叶绿体发育所需ATP主要在__________合成，经细胞质基质进入叶绿体。 (2)光照时，叶绿体类囊体膜上的色素捕获光能，将其转化为ATP和____________中的化学能，这些化学能经____________阶段释放并转化为糖类中的化学能。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 (3)研究者通过转基因技术在叶绿体成熟的叶肉细胞中实现H基因过量表达，对转H基因和非转基因叶肉细胞进行黑暗处理，之后检测二者细胞质基质和叶绿体基质中ATP相对浓度，结果如图。相对于非转基因细胞，转基因细胞的细胞质基质ATP浓度明显________。据此推测，H基因的过量表达造成细胞质基质ATP被________(填“叶绿体”或“线粒体”)大量消耗，细胞有氧呼吸强度________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 (4)综合上述分析，叶肉细胞通过下调____________阻止细胞质基质ATP进入成熟的叶绿体，从而防止线粒体________，以保证光合产物可转运到其他细胞供能。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析：(1)由题干分析可知，拟南芥幼苗叶肉细胞的未成熟叶绿体在发育时，消耗的ATP主要来自自身线粒体。 (2)在植物光合作用的光反应阶段，光被光合色素捕获后，转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。在暗反应阶段ATP和NADPH中的化学能再进一步转化固定到糖类等有机物中。 (3)由图可知，叶绿体成熟的非转基因叶肉细胞中H基因表达下调，细胞质基质ATP浓度远高于叶绿体基质。H基因过表达后，细胞质基质中ATP含量下降，且叶绿体基质中ATP含量未显著升高，表明叶绿体消耗了从细胞质基质中转入的ATP。推测，H基因过表达后，大量的ATP转运至叶绿体中被消耗，细胞需代偿性提高线粒体呼吸强度，以补充细胞质基质中的ATP。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 (4)由题分析可知，ATP由细胞质基质向叶绿体转运过程中，H转运蛋白的数量是限制运输速率的一个主要因素。叶绿体成熟的叶肉细胞中H基因的表达下调，H转运蛋白的数量减少，进而ATP向叶绿体的流入被有效阻止，细胞质基质ATP可保持正常生理水平，从而避免了线粒体呼吸作用的额外增强、过多消耗光合产物，保证光合产物能被转运到其他细胞供能。 答案：(1)线粒体(或线粒体内膜)　 (2)NADPH(或还原型辅酶Ⅱ)　暗反应(或卡尔文循环)　 (3)降低　叶绿体　升高　 (4)H基因表达(或H蛋白数量)　过多消耗光合产物(或有氧呼吸增强) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 $$