第3章 第15课时 捕获光能的色素和结构及光合作用原理的探索(教用Word)-【金榜题名】2026年高考生物一轮总复习

第15课时　捕获光能的色素和结构及光合作用原理的探索 高考目标定位 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。 考点一　捕获光能的色素和结构 1．绿叶中色素的提取和分离 【总结】　实验异常现象分析 2．色素的分布和作用 (1)分布：叶绿体类囊体薄膜上。 (2)作用：吸收、传递、转化光能。 (3)吸收光谱：一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。 3．叶绿体的结构和功能 【总结】　恩格尔曼实验设计的4点巧妙之处 (1)实验材料选得妙：实验材料选择水绵和需氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察；利用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。 (2)排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境，排除了空气中氧气和光的干扰。 (3)观测指标设计得妙：用极细的光束点状投射，叶绿体上可分为获得光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验。 (4)实验对照设计得妙：进行黑暗(局部光照)和曝光对照实验，明确实验结果完全是由光照引起的。 判断正误 　(1)叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素(　√　) (2)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同(　√　) (3)叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多(　×　) 提示　叶片黄化，叶绿素减少，叶绿体对红光的吸收减少。 (4)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中(　×　) 提示　叶绿体基质中不含色素，只含有光合作用需要的酶。 (5)叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积(　×　) 提示　叶绿体内膜光滑，和外膜面积相近。 考向一　捕获光能的色素和结构 【例1】　(2024·贵州高考)为探究不同光照强度对叶色的影响，取紫鸭跖草在不同光照强度下，其他条件相同且适宜，分组栽培，一段时间后获取各组光合色素提取液，用分光光度法(一束单色光通过溶液时，溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比)分别测定每组各种光合色素含量。下列叙述错误的是(　　 ) A．叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素 B．分离提取液中的光合色素可采用纸层析法 C.光合色素相对含量不同可使叶色出现差异 D．测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段 【答案】　D 【解析】　A、提取光合色素加入碳酸钙可以防止色素被破坏，A正确； B、由于不同色素在层析液中溶解度不同，因此在滤纸上的扩散速度不同，从而达到分离的效果，这是纸层析法，B正确； C、不同光合色素颜色不同，因此光合色素相对含量不同可使叶色出现差异 ，叶绿素多使叶片呈现绿色，而秋季类胡萝卜素增多使叶片呈黄色，C正确； D、叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收蓝紫光，所以不能用蓝紫光波段测定叶绿素含量，D错误。 故选D。 【例2】　(2024·广东高考)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(　　 ) 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 【答案】　C 【解析】　A、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； B、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； C、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； D、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　光合作用原理的探索 探索光合作用的部分实验 年份 科学家 发现 19世 纪末 — 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 续表 年份 科学家 发现 1928 年 — 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 英国植物学家希尔 离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应 续表 年份 科学家 发现 1941 年 美国科学家鲁宾和卡门 用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气来源于H2O： HO＋CO2→植物→18O2； H2O＋C18O2→植物→O2 1954 年 美国科学家阿尔农 在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现该过程总是与水的光解相伴随 判断正误 　(1)希尔实验证明了水的光解和糖的合成不是同一个化学反应(　√　) (2)希尔实验说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水(　×　) 提示　希尔的实验只能说明水的光解产生氧气，不能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水，还可能来自其他物质。 (3)卡尔文等探究CO2中碳在光合作用中的转化途径采用了同位素示踪法(　√　) 得益于纸层析法的发明和放射性同位素的研究，卡尔文及其同事用CO2饲养单细胞小球藻，观察光合作用过程中碳的转化和去向，从而揭示了光合作用暗反应的过程。如图为卡尔文等研究的主要流程，请回答下列问题： (1)卡尔文等用14CO2处理小球藻不同时间，随后用沸腾的乙醇杀死细胞，目的是什么？ 提示　目的是终止反应，溶解有机物。 (2)随后通过双向纸层析分离小球藻中的有机物。点样处位于滤纸的左下角；双向纸层析是第一次层析后，将滤纸旋转90°进行第二次层析的方法；层析液中溶解度越大的物质在滤纸上扩散得越快。据图分析两次层析过程中使用了不同(填“相同”或“不同”)的层析液，判断依据是什么？ 提示　有的斑点在水平方向上的扩散距离无明显差异，而在垂直方向上差异明显。 (3)对代谢物纸层析的原理是什么？与单向纸层析相比，双向纸层析的优点是什么？ 提示　原理：在层析液中溶解度越大的物质，在滤纸上扩散得越快，反之则越慢。 优点：将第一次层析重叠或距离较近的物质通过第二次层析彻底分离。 (4)如图为小球藻同化14CO2不同时间的放射自显影图。根据实验结果请对“尿苷二磷酸葡萄糖、磷酸丙糖、PGA(C3)”三种物质出现的先后顺序进行排序PGA→磷酸丙糖→尿苷二磷酸葡萄糖。 考向二　光合作用原理的探究 【例3】　(2025·甘肃张掖模拟)英国植物学家希尔发现，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。离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生氧气的化学反应称为“希尔反应”。下列说法错误的是(　　 ) A．希尔反应不能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水 B．可用放射性同位素标记法追踪水中氧原子的去路 C．希尔反应模拟了叶绿体反应阶段的部分变化 D．希尔反应说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应 【答案】　B 【解析】　A、希尔反应证明了光合作用产生O2，但不能证明植物光合作用产生的O2中的氧元素全部来自H2O，也可能来自于其他有机物，A正确； B、氧原子的同位素18O是稳定性同位素，无放射性，B错误； C、希尔反应模拟的是光合作用光反应阶段的部分变化，发生在叶绿体中，C正确； D、希尔反应的悬浮液中只有水，没有CO2，不能合成糖类，说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应，D正确。 故选B。 【例4】　在适宜的光照下，将14CO2供给小球藻，在未产生糖类之前，研究人员就检测到了放射性的氨基酸，如丙氨酸、甘氨酸等物质。下列叙述错误的是(　　 ) A．CO2被真正利用的场所是叶绿体的基质 B．研究光合产物类型可以采用同位素标记法 C．丙氨酸和甘氨酸就是小球藻的必需氨基酸 D．蛋白质也可能作为小球藻的光合产物之一 【答案】　C 【解析】　A、CO2在叶绿体的基质中被固定，A正确； B、14C是12C的放射性同位素，用同位素标记法可追踪碳的转移途径，以研究光合产物类型，B正确； C、丙氨酸和甘氨酸是小球藻光合作用合成产物，说明小球藻可以自身合成丙氨酸和甘氨酸，二者属于小球藻的非必需氨基酸，C错误； D、研究人员在小球藻未产生糖类之前就检测到放射性的氨基酸，说明小球藻光合作用产生氨基酸是在糖类合成之前，这些氨基酸还可以继续合成蛋白质，因此蛋白质也可能作为小球藻的光合产物之一，D正确。 故选C。 1．(必修1 P98)绿叶中的色素有4种，它们可以归为两大类：叶绿素(含量约占3/4)和类胡萝卜素(含量约占1/4)，其中前者包含叶绿素a(蓝绿色)和叶绿素b(黄绿色)，后者包含胡萝卜素(橙黄色)和叶黄素(黄色)。 2．(必修1 P99)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．(必修1 P99图5－12)从叶绿素吸收光谱图可知，叶绿素a在红光部分的吸收带较叶绿素b偏向长波方面，且吸收光谱带比叶绿素b宽，叶绿素b在蓝紫光部分的吸收光谱带比叶绿素a宽(填“宽”或“窄”)。研究表明：在遮光条件下，以蓝紫光为主的散光占比增加。请预测：在适当遮光的条件下，叶片(如同一植物底层叶片)中叶绿素a/b降低，弱光下的吸光能力增强，有利于提高植物的捕光能力，是对弱光环境的一种适应。 4．(必修1 P101)叶绿体是进行光合作用的场所。在它内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子，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。 5．植物工厂里为什么不用发绿光的光源？ 提示　这种波长的光被光合色素吸收的最少，因此不能用于光合作用中合成有机物。 6．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大致是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？ 提示　这种现象与光能的捕获有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光，藻类本身的颜色是它们“反射”的光。 7．温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充什么颜色的光源？ 提示　最好选用无色透明的玻璃或塑料薄膜，因为它可以使各种颜色的光通过；补充光源可选择红光或蓝紫光，因为这种颜色的光植物光合作用吸收利用较多，更有利于植物进行光合作用。 学科网（北京）股份有限公司 $$