第9讲 捕获光能的色素 光合作用的过程-【名师大课堂】2025年高考生物艺术生总复习必备（word教师用书）

第9讲　捕获光能的色素　光合作用的过程 考点一　实验：绿叶中色素的提取和分离 探究·实践　绿叶中色素的提取和分离 （1）实验原理 （2）实验步骤 （3）实验结果分析 [学以致用] 诊断常考语句，澄清易错易混 1．（必修1 P98“探究·实践”）绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。（　√　） 2．（必修1 P98“探究·实践”拓展）滤纸条上扩散速度最快的是叶绿素a。（　×　） 3．（必修1 P98正文）阳光是由不同波长的光组合成的复合光，在穿过三棱镜时形成的不同颜色的光带叫作光谱。（　√　） 4．（必修1 P99“学科交叉”）叶绿体中的色素一般只利用波长在400～760 nm之间的可见光。（　√　） 5．（必修1 P101正文）光合作用的酶分布于叶绿体内膜、外膜、类囊体薄膜和叶绿体基质中。（　×　） 阐述基本原理，突破长句表达 1．（源于必修1 P101“练习与应用·拓展应用”）海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布一般依次是浅、中、深。分析原因：这种现象与　光能捕获有关，即不同颜色的藻类吸收不同波长的光　。 2．（源于必修1 P99“旁栏思考”）植物工厂里为什么不用发绿光的光源？ 　提示　这种波长的光光合色素吸收最少，因此不能用于植物工厂里的光源。　。 3．必修1 P98“探究·实践”拓展：分离叶绿体中的色素，也可用如图所示的方法：即在圆心处滴加适量滤液，待干燥后再滴加适量层析液进行层析，结果会出现4个不同颜色的同心圆，则①～④依次对应哪种色素及颜色？ 　提示　①胡萝卜素（橙黄色），②叶黄素（黄色），③叶绿素a（蓝绿色），④叶绿素b（黄绿色）　。 色素提取和分离四个常见异常现象原因分析 异常现象 发生的原因 滤液绿色过浅 (色素条带变窄) 未加石英砂(SiO2)，研磨不充分 使用放置数天的菠菜叶，滤液中色素(叶绿素)太少 一次加入大量的无水乙醇，色素浓度太低 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 滤液细线不直 滤液细线过粗 滤纸条无色素带 忘记画滤液细线 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 滤纸条色素带少 未加碳酸钙导致叶绿素被破坏 所用叶片为“黄叶” [真题真练] （2024·广东卷）银杏是我国特有的珍稀植物，其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，下列实验操作正确的是（　C　） A．选择新鲜程度不同的叶片混合研磨 B．研磨时用水补充损失的提取液 C．将两组滤纸条置于同一烧杯中层析 D．用过的层析液直接倒入下水道 解析：本实验目的是用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，选择新鲜程度不同的叶片分开研磨，A错误；色素溶于有机溶剂，提取液为无水乙醇，光合色素不溶于水，B错误；由于滤纸条不会相互影响，层析液从成分相同，两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层析，C正确；用过的层析液含有石油醚、丙酮和苯，不能直接倒入下水道，D错误。故选C。 考点二　捕获光能的色素、叶绿体的结构与功能 1．叶绿体中色素的种类和颜色 色素的种类 色素的颜色 叶绿素 叶绿素a __蓝绿色__ 叶绿素b __黄绿色__ 类胡萝卜素 __叶黄素__ 黄色 __胡萝卜素__ 橙黄色 2.叶绿体中色素的吸收光谱分析 （1）色素的功能：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　。 （2）色素吸收光的范围：可见光的波长是400～760 nm，一般叶绿体中的色素只吸收　可见光　，对红外光和紫外光不吸收。 3．叶绿体的结构适于进行光合作用的特点 （1）　外膜　和　内膜　使其内部结构与细胞质基质分开，保证了叶绿体相对独立地进行代谢活动。 （2）由　类囊体　堆叠而成的　基粒　，增大了膜面积。 （3）　类囊体　的薄膜上分布着能够吸收光能的色素。 （4）　叶绿体基质　中还含有少量的DNA和RNA。 （5）与光合作用有关的酶分布在　类囊体的薄膜　上和　叶绿体基质　中。 4．叶绿体的功能 （1）功能：叶绿体是绿色植物进行　光合作用　的场所。 （2）叶绿体功能的实验验证 ①实验者：德国科学家恩格尔曼。 ②第一个实验 实验结论：O2是由　叶绿体　在　光照　条件下释放出来的，　叶绿体　是光合作用的场所。 ③第二个实验 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在　红光和蓝紫光　区域。 实验结论 a．叶绿体能　吸收光能　用于光合作用放　氧　。 b．叶绿体主要吸收　红光和蓝紫光　。 [特别提醒]　恩格尔曼实验的巧妙之处 （1）实验材料选择巧妙：实验材料选择水绵，水绵不但具有细而长的带状叶绿体，而且叶绿体在细胞中呈螺旋式分布，便于观察实验结果和设置对照。 （2）排除干扰的方法巧妙：没有空气的黑暗环境排除了环境中氧气和光的干扰。 （3）观测指标设计巧妙：通过观测需氧细菌的分布，准确判断出释放氧气的部位。 （4）实验对照设计巧妙：用极细的光束点状投射，使叶绿体上分为获得光照和无光照的部位，相当于一组对照实验；进行黑暗（局部光照）和完全暴露在光下的对照实验，明确实验结果完全是由光照引起的。 1．影响叶绿素合成的三大因素 2．光合色素的分布与功能 （1）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。 （2）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。 [注]　类胡萝卜素不吸收红光。 3．色素与叶片的颜色 （1）正常绿色：正常叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量的比例为3∶1，且对绿光吸收最少，反射较多，所以正常叶片总是呈现绿色。 （2）叶片变黄：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，叶片变黄。 （3）叶色变红：秋天时，低温和植物体内积累的可溶性糖有利于花青素的形成，花青素在酸性的叶肉细胞中变成红色，而叶绿素逐渐降解，叶片呈现红色。 [真题真练] （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（　D　） 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。 考点三　光合作用的过程 　光合作用的过程 （1）光合作用反应式：CO2＋H2O（CH2O）＋O2。 （2）光合作用过程图解 a．写出图中①～④代表的物质：①　O2　，②　NADPH　，③　C3　，④　CO2　。 b．列表比较光反应与暗反应 光反应 暗反应 场所 叶绿体类囊体薄膜 叶绿体基质 变化物质变化 H2OO2＋NADPH ADP＋PiATP CO2＋C52C3(CH2O)＋C5 能理变化 光能→ATP中活跃的化学能 ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 [学以致用] 诊断常考语句，澄清易错易混 1．（必修1 P103～104黑体）光反应必须在光照下进行，暗反应必须在暗处进行。（　×　） 2．（必修1 P103“相关信息”）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。（　√　） 3．（必修1 P103正文）NADPH既可作还原剂，又可为暗反应提供能量。（　√　） 4．（必修1 P103正文）叶绿体中光合色素吸收的光能，一方面用于H2O分解产生氧和NADPH；一方面用于ATP的合成。（　√　） 5．（必修1 P104“相关信息”）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）。（　√　） 6．（必修1 P104“相关信息”）光合作用的产物有淀粉和蔗糖，淀粉和蔗糖可以进入筛管，通过韧皮部运输到植株各处。（　×　） 7．14CO2中14C的转移途径是14CO2―→14C3―→14C5―→（14CH2O）（　×　） 阐述基本原理，突破长句表达 　（源于必修1 P100～101“思考·讨论”）下面是光合作用探究历程中恩格尔曼的实验示意图，请分析： （1）恩格尔曼实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？ 　提示：（1）选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位。　 （2）恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是什么？ 　提示：排除氧气和极细光束外的其他光的干扰。　 （3）（必修1 P102“思考·讨论”拓展）希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，理由是　提示：水的光解实验是在没有CO2的情况下进行的，没有碳参与反应，而糖的合成需要碳的参与　。 （4）（必修1 P102“思考·讨论”拓展）模拟鲁宾、卡门的实验时，能对同一实验中的CO2和H2O同时进行标记吗，为什么？ 　提示：不能，因为若CO2和H2O中的氧均标记，则无法分辨氧气的来源。　 （5）（必修1 P103图5－14拓展）假如白天突然中断了CO2的供应，叶绿体内首先积累起来的物质是　C5　。突然停止光照，叶绿体内含量减少的物质是　ATP、NADPH、C5　。 1．光合作用反应式中元素去向分析 ①H：3H2O 3H＋（C3H2O）。 ②C：14CO2 14C3（14CH2O）。 ③O：HO 18O2； C18O2C3（CHO）。 2．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 （1）“过程法”分析各物质变化 如图中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”表示C3和C5等的含量变化 [特别提醒] （1）C5、NADPH、ATP的变化一致。C3与C5、NADPH、ATP的变化相反。 （2）C3量高于C5量，一般C3量为C5量的2倍。 （3）对光合作用有利，则（CH2O）合成增加，反之则减少。 3．连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析 （1）光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。 （2）在总光照时间相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。 （3）应用：人工补光时，可适当采用“光暗交替”策略，这样在提高光合产量的情况下，可大量节省能源成本。 [真题真练] （2024·黑吉辽卷）在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2的值低时，C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。 在叶绿体中：C5＋CO22C3① C5＋O2C3＋C2② 在线粒体中：2C2＋NAD＋C3＋CO2＋NADH＋H＋③ [注]　C2表示不同种类的二碳化合物，C3也类似。 图1 光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。 （1）反应①是　　　　　过程。 （2）与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是　　　　　　　和　　　　　　　　。 （3）我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株（WT），得到转基因株系1和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自　　　　　和　　　　　（填生理过程）。7～10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 　　　　　　。据图3中的数据　　　　　　（填“能”或“不能”）计算出株系1的总光合速率，理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 （4）结合上述结果分析，选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 图2 图3 答案：（1）CO2的固定　（2）细胞质基质　线粒体基质　（3）有氧呼吸　光呼吸　7－10时，随着光照强度的增加，株系1和2转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程　不能　总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，由图示不能得出株系1的呼吸速率，故不能计算出其总光合速率　（4）相同光照强度和CO2浓度下，株系1的净光合速率较高，积累有机物较多 解析：（1）反应①C5和CO2在酶R的作用下生成C3，是CO2的固定过程。（2）有氧呼吸的第一阶段和第二阶段产生NADH，场所分别为细胞质基质和线粒体基质。（3）由图1可知，光呼吸过程也可以产生CO2；结合教材知识可知，有氧呼吸第二阶段也可以产生CO2，故图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自光呼吸和有氧呼吸。根据题中信息“我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株（WT），得到转基因株系1和2”推测，7—10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异是株系1和2与WT的光呼吸速率存在差异导致的，再结合题干信息“光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程”推测，7—10时，随着光照强度的增加，株系1和2转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，从而导致株系1和2的净光合速率增强。总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，根据图3无法推出株系1的呼吸速率，故据图3中的数据不能计算出株系1的总光合速率。（4）由图2和图3可以看出，在相同光照强度和CO2浓度下，与株系2相比，株系1的净光合速率较高，积累的有机物较多，产量可能更具优势。 学科网（北京）股份有限公司 $$