必修1 第3单元 第3讲 第一课时 捕获光能的色素和结构及光合作用的原理（学生讲义）-【新高考方案】2025版高考生物Ⅱ一轮总复习

第3讲　光合作用与能量转化 【学习目标】　1.了解植物捕获光能的色素的种类和作用，掌握绿叶中色素提取和分离的原理和方法；　2.阐明光合作用的过程，并从物质与能量观视角理解光合作用的原理；　3.掌握探究环境因素对光合作用强度的影响实验的基本方法；　4.分析影响光合作用的因素，关注光合作用原理在生产上的应用。 建构知识体系 第一课时　捕获光能的色素和结构及光合作用的原理 主题研习(一)　捕获光能的色素和结构(基础·自学型) (一)绿叶中色素的提取和分离实验 1．实验原理 提取 　　　　　　(如无水乙醇)能溶解色素 分离 不同的色素在层析液中　　　　　不同，在滤纸上扩散的速度不同 2．实验步骤 3．实验结果及分析 4．实验异常现象分析 异常现象 原因分析 色素提取 收集的滤液颜色过浅 ①未加二氧化硅，研磨不充分； ②使用放置数天的绿叶，滤液中色素(叶绿素)太少； ③一次加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)； ④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏 色素分离 滤纸条色素带重叠 ①滤纸条没经干燥处理； ②滤液细线没有达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致 滤纸条看不见色素带 ①忘记画滤液细线； ②滤液细线接触层析液且时间较长，色素全部溶解到层析液中 (二)分析叶绿体色素的吸收光谱图 由图可以看出： (三)理解叶绿体的结构适于进行光合作用 1．叶绿体的结构模式图 2．叶绿体的功能 [微点判断] (1)在菠菜的叶肉细胞内，含量最多的光合色素是叶绿素a。(　 ) (2)叶绿体中的色素分布在类囊体膜和叶绿体内膜上。(　 ) (3)提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分。(　 ) (4)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快。(　 ) (5)叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光。(　 ) (6)秋天叶片变黄，是叶黄素含量增多导致的。(　 ) (7)叶绿体中的色素主要吸收红外光和蓝紫光。(　 ) (8)叶绿体内众多的基粒和类囊体，极大的扩展了受光面积。(　 ) 题点(一)　绿叶中色素的提取和分离 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 2．(2024·广州二模)以新鲜菠菜叶为材料进行绿叶中色素的提取和分离实验，某小组得到如图所示结果。 下列关于该结果的分析，正确的是(　 ) A．是正确操作后得到的理想结果 B．可能研磨时未加入CaCO3导致 C．可能研磨时未加入SiO2导致 D．可能提取时加入过量的无水乙醇 题点(二)　光合色素与叶绿体的功能 3．(2024·泰州期末)叶绿体内的类囊体薄膜上色素可以分为两类：一类是绝大多数的叶绿素a以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素，主要是完成吸收和传递光能的作用；另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a，这种叶绿素a能够捕获光能，并将受光能激发的电子传送给相邻的电子受体。下列相关叙述错误的是(　 ) A．通常用无水乙醇提取叶绿体内的色素 B．叶黄素和胡萝卜素主要吸收红光和蓝紫光 C．处于特殊状态的叶绿素a实现了光能的转变 D．植物生长过程中缺P会导致光合速率下降 4．叶绿体结构模式图如图甲所示，图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列叙述正确的是(　 ) A．图甲中生物膜面积的增大主要依靠内膜向内腔折叠成嵴 B．图乙来自甲中的③，上面只有色素分子而没有酶分子 C．④中CO2固定过程要消耗③上产生的ATP中的化学能 D．恩格尔曼实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 主题研习(二)　光合作用的原理和应用(深化·提能型) (一)探索光合作用的部分经典实验 (二)光合作用的过程 1．光合作用的概念及反应式 概念 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 反应式 　　　　　　　　　　　　　　　　 2．光合作用的基本过程 图中序号代表的物质：①　　　　，②　　，③　　　　，④　　，⑤　　　　。 3．比较光反应与暗反应 (1)二者的区别 项目 光反应 暗反应 场所 　　　　　　 　　　　　 条件 光、色素、酶、H2O、ADP、Pi、NADP＋等 酶、CO2、ATP、　　　　、C5等 物质 变化 ①水的光解： 2H2OO2＋4H＋＋4e－ ②ATP的合成： ADP＋PiATP ③还原型辅酶Ⅱ的形成： NADP＋＋H＋＋2e－NADPH ①CO2的固定： CO2＋C52C3 ②C3的还原： 2C3(CH2O)＋C5 能量 变化 光能→　　　　　　　　中活跃的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能→　　　　　　　　　　　　 (2)二者的联系 图示 分析 光反应为暗反应提供　　　　　；暗反应为光反应提供　　　　　 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 4．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 　　　　 　　　　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 (一)光反应和暗反应中物质和能量的转化 |情|境|探|究| 高等植物和藻类植物含有两个不同的光系统，分别为光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)。PSⅠ和PSⅡ是由蛋白质和光合色素组成的复合体，它们是以串联方式起作用的。如图表示某种植物光反应过程。回答下列问题： (1)高等植物光反应发生的场所是　　　　　　，在光反应过程中，PSⅡ利用光能将水分解成　　　　　　　　，最终传递给NADP＋的电子来源于　　　　。 (2)图中复合体CF0—CF1的功能是　　　　　　　　　　　　　　(答出两点)。 (3)研究发现，类囊体膜两侧的pH梯度是ATP合成的驱动力，请设计实验证明(写出实验思路即可，具体pH梯度建立不做要求)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 |认|知|生|成| 1．光系统及电子传递链 (1)光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧、H＋和自由电子(e－)，电子(e－)经过电子传递链传递，最终介导NADPH的产生。 (2)类囊体膜两侧的质子浓度(电化学)梯度主要靠以下途径建立：①电子传递过程中释放能量，利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度从类囊体的基质侧泵入囊腔侧。②光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H＋)。③在类囊体的基质侧H＋和NADP＋形成NADPH。 (3)类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。 2．光合作用中元素的去向分析 H： C： O： (二)环境改变时短时间内光合作用各物质含量变化分析 1．“过程法”分析各物质含量变化 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，相关物质含量在短时间内的变化如下： 2．“模型法”表示C3、C5等物质的含量变化 注：C3的起始值高于C5，约是其2倍。 [典例]　[多选]如图表示某植物叶片暗反应中C3和C5相对浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析错误的是(　 ) A．图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP B．图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度 C．Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中NADPH和ATP的积累 D．Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低 听课随笔： 题点(一)　光合作用探究历程的相关分析 1．(2024·石家庄模拟)希尔从细胞中分离出叶绿体，并发现在没有CO2时，给予叶绿体光照，就能放出O2，同时使电子受体还原。希尔反应式：H2O＋氧化态电子受体―→还原态电子受体＋1/2O2。在希尔反应的基础上，阿尔农发现在光下的叶绿体，不供给CO2时，既积累NADPH也积累ATP；进一步实验，撤去光照，供给CO2，发现NADPH和ATP被消耗，并产生有机物。下面关于希尔反应和阿尔农发现的叙述不正确的是(　 ) A．光合作用释放的O2来自水而不是CO2 B．NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体膜上 C．希尔反应与CO2合成有机物的过程是两个过程 D．光合作用的需光过程为CO2合成有机物提供ATP和NADPH 题点(二)　光合作用的过程分析 2．(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 3．[多选]植物光合作用过程(A)和人工合成淀粉过程(B)如图所示。下列叙述错误的是(　 ) A．植物光合作用和人工合成淀粉过程中所需的酶都是在细胞内合成的 B．植物光合作用与人工合成淀粉新途径中，能量转换方式和还原剂作用对象都相同 C．叶肉细胞内类似于CO2―→有机C1―→C3中间体的过程需光反应提供NADPH和ATP D．与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，人工合成淀粉过程积累的淀粉的量大于植物积累的淀粉的量 题点(三)　光合作用中物质含量的变化分析 4．光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于改变反应条件而引起的变化，下列相关说法正确的是(　 ) A．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值减小 B．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增加 C．突然将红光改为绿光会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小 D．突然将绿光改为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小 5．科学家以生长状态相同的某种植物在适宜且稳定的条件下开展下列实验。请回答下列问题： 组别 A B 处理 光照时间为135秒 先光照后黑暗，光暗交替，每次光照和黑暗时间各为3.75毫秒，总时间为135秒 光合产物 相对含量 100% 94% (1)上述实验表明，光合作用中包含需要光的阶段和____________的阶段，为验证这一观点，可以对进行光合作用的植物短暂闭光，并提供________，经放射性检测后发现植物在短暂黑暗中会利用该物质。 (2)分析表格可知，B组在单位光照时间内生产有机物的量较A组________，依据是________________________________________________________________________。 (3)科学家在给叶绿体照光时发现，当向体系中提供NADP＋时，体系中就会有NADPH产生，说明叶绿体在光下会产生__________。 [反思·收获] 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。　　　　 　　|考|教|衔|接|——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1．(必修1 P102“思考·讨论”素材分析)1937年，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)，在光下可以释放出O2，该实验被称为希尔反应。后来科学家将叶绿体破碎离心，分别收集绿色沉淀部分和无色上清液部分，绿色沉淀部分悬浮后照光可以产生O2。下列说法正确的是(　 ) A．绿色沉淀部分含量最多的色素是叶绿素b B．希尔反应场所是叶绿体类囊体薄膜 C．铁盐等氧化剂是希尔反应的催化剂 D．在无色上清液中加入CO2不能合成C3 (二)科学思维“融会通” 2．(必修1 P97“问题探讨”原理应用)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，请说明选择这些光源的原因：　 　__________________________________________________________________。 3．(必修1 P103“图5­14”拓展分析)光照停止后暗反应短时间仍然能够持续，但无法长时间正常进行，原因是　__________________________________________；CO2不足使暗反应减弱后光反应也无法正常进行，原因是____________________________________________。 |应|用|创|新|——新情境问题的建模训练 1．研究人员从菠菜中分离出叶绿体的类囊体，并将其和CETCH循环(一种人工固定CO2的方法体系)一起包裹在类似膜泡的小液滴中，成功研制出了半天然半合成的人造叶绿体，其技术途径如图所示。下列说法错误的是(　 ) A．光照越强，CETCH循环的速率就越快 B．可使用差速离心法从菠菜叶肉细胞中分离出叶绿体 C．人造叶绿体的研制体现了结构与功能相适应的原理 D．若上述技术得到广泛应用，则在一定程度上有助于抵消碳排放的影响 2．(2024·重庆模拟)当植物吸收了超出其自身所需的光能时，会出现光抑制现象，导致光合结构受到破坏，进而影响光合作用。PsbS蛋白是一种在光系统Ⅱ(PSⅡ)中与叶绿素结合的蛋白质，也是PSⅡ的一种结构成分，在高等植物光保护方面有着重要的作用。科研人员将棉花光系统Ⅱ的PsbS基因导入烟草细胞内，培育了转基因PsbS烟草植株，并在强光照处理下测定了野生型烟草植株(WT)与转基因PsbS烟草植株(T)的净光合速率(如图)。下列有关叙述错误的是(　 ) A．电子(e－)的最终受体物质是NADP＋ B．类囊体膜内外的H＋浓度差只是通过H＋转运形成的 C．在强光照条件下转基因PsbS烟草植株(T)的净光合速率高于野生型烟草植株 D．棉花PsbS基因可能参与调控烟草植株的光合作用 1 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$