第3章 第5节 第1课时 叶绿体与光合作用的过程 （Word教参）-【新课程学案】2025-2026学年高中生物必修1 分子与细胞（浙科版）

第五节　光合作用将光能转化为化学能 第1课时　叶绿体与光合作用的过程 |学|习|目|标| 1.说明光合作用的概念和意义。 2.说明叶绿体的结构和光合色素的种类和分布。 3.提取和分离绿叶中的光合色素。 4.解释光反应和碳反应中物质和能量变化以及二者之间的关系。 [主干知识梳理] 一、光合作用与叶绿体 1.光合作用 概念 以二氧化碳和水为原料,利用光能合成糖类等有机物,储存能量,并释放氧气的过程 总反 应式 意义 合成有机物为其自身以及其他生物的生长、发育和繁殖提供物质和能量 2.叶绿体 (1)功能:绿色植物进行光合作用的场所。 (2)结构:叶绿体包括两层膜,其内膜里面充满了浓稠的基质,类囊体悬浮在基质中。 (3)光合色素的种类及其功能 种类 叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素 叶黄素 颜色 蓝绿色 黄绿色 橙色 黄色 功能 吸收可见光,将光能转化为化学能,用于有机物的合成 二、光反应和碳反应 (1)场所:类囊体膜(光合膜)。 (2)物质:裂解水,释放O2,并生成ATP和NADPH。 (3)能量:光能转化为ATP和NADPH中的化学能 (1)场所:叶绿体基质。 (2)物质:①CO2与五碳糖结合后生成三碳酸;②三碳酸在ATP和NADPH的作用下生成三碳糖;③再生五碳糖保证卡尔文循环不断进行。 (3)能量:ATP和NADPH中的化学能转化为糖类等有机物中更稳定的化学能 [预习效果自评] 1.判断下列有关叙述的正误 (1)光合作用都在叶绿体中进行 (×) 提示:蓝细菌也可以进行光合作用,但它是原核生物,没有叶绿体。 (2)光合作用过程中释放的O2来源于CO2和H2O (×) 提示:光合作用释放的氧气全部来自水中的氧。 (3)叶绿体可以细胞呼吸产生的CO2作原料,线粒体可以光合作用产生的葡萄糖作原料 (×) 提示:线粒体不能直接利用葡萄糖。 (4)叶绿体基质中悬浮着类囊体,有的游离存在,有的叠成基粒 (×) 提示:类囊体悬浮在叶绿体基质中并连成一体。 (5)光合色素都是含镁的有机分子 (×) 提示:光合色素中的叶绿素是含镁的有机分子,类胡萝卜素是由碳氢链组成的分子,只含有C、H两种元素。 (6)光反应裂解水释放氧气,其中许多酶位于类囊体的空腔中 (√) (7)三碳糖的形成标志着卡尔文循环的反应已经完成 (×) 提示:三碳糖的形成标志着光合作用合成糖的过程已经完成。 2.写出卡尔文循环示意图中①~⑤的名称 3.思考题 (1)[教材P99“小资料”]O的同位素18O没有放射性,用它分别标记C18O2和O,怎样测定结果以证实光合作用释放的氧气来自H2O中的O? 提示:收集两组中释放的氧气,测定二者的质量比,如果C18O2和O组释放的氧气质量比是8∶9,则说明释放的氧气来自H2O中的O。 (2)[教材P101“小资料”]初春树叶呈黄绿色,进入盛夏变为深绿色,到了秋冬季节许多植物叶片便枯黄。这一过程中光合色素发生了什么变化? 提示:初春,叶绿素与类胡萝卜素的含量比值较低,叶片呈黄绿色;盛夏,叶绿素含量高,遮盖了类胡萝卜素的颜色而呈深绿色;到了秋冬季节,叶绿素大量减少,叶片内主要含有类胡萝卜素,叶片便枯黄。 (3)[教材P102“小资料”]分析图3-21光合色素吸收光谱,说出叶绿素与类胡萝卜素的吸收光谱有什么不同? 提示:叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。 (4)[教材P105“小资料”]科学家发现所谓的暗反应在暗中反应时间极短,而在有光的条件下能连续不断地进行。你知道原因是什么吗? 提示:暗反应准确地说应该是碳反应,该反应的持续进行需要光反应产生的NADPH和ATP。 [精要内容把握] 一、知识体系建一建 二、核心语句背一背 1.光合作用是绿色植物等生物以二氧化碳和水为原料,利用光能合成糖类等有机物,储存能量,并释放氧气的过程。 2.光合作用产生的有机物为其自身以及其他生物的生长、发育和繁殖提供物质和能量。 3.在叶绿体中含有四种不同颜色的光合色素,即叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素,它们分别呈现蓝绿色、黄绿色、橙色和黄色。 4.光合作用的光反应发生在类囊体膜——光合膜中,在这个阶段,叶绿体利用光能使水裂解产生氧,同时生成ATP和NADPH。 5.碳反应在叶绿体基质中进行,经过二氧化碳的固定和三碳酸的还原生成三碳糖,三碳糖的形成是光合作用合成糖的过程已经完成的标志。 提能点(一)　光合作用与叶绿体 [任务驱动] 　　蒜黄也就是大蒜的幼苗,百合科葱属。蒜黄是人们利用大蒜鳞茎在整日漆黑的小屋里种植出来的,即在黑暗条件下进行栽培而成,叶蜡黄色,基部嫩白,辣味不浓。在全国范围内都有种植,色泽艳丽,香味浓郁,营养丰富,是人们普遍种植和喜食的蔬菜。 (1)在黑暗环境条件下大蒜幼苗叶片呈蜡黄色,说明叶绿素的合成需要什么条件? 提示:叶绿素的合成需要光。 (2)解释蒜黄叶片蜡黄色的原因。 提示:在黑暗环境中不能合成叶绿素,但能合成胡萝卜素和叶黄素,它们分别为橙色和黄色,所以蒜黄叶片呈蜡黄色。 (3)蒜黄的叶片有叶绿体吗?光合色素存在的部位是什么? 提示:有叶绿体。光合色素存在于叶绿体的类囊体膜上。 (4)蒜苗经过充分光照后取叶片作为实验材料,能提取和分离到哪些光合色素? 提示:能提取和分离到的光合色素有叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素。 (5)蒜黄栽培过程中有机物的总量是增加还是减少?为什么? 提示:减少。黑暗环境中,没有光能,无法进行光合作用合成有机物,细胞呼吸仍在氧化分解有机物,所以有机物的总量减少。 [生成认知] 　　叶绿体的结构与功能 　　[模型图示] 　　[模型解读] 　　[典例]　叶绿体是光合作用的场所,下列关于叶绿体的叙述,正确的是 (　 ) A.没有叶绿体的细胞就不能进行光合作用 B.吸收光能的光合色素分布在基质中 C.叶绿体内膜为光合作用的酶提供了附着位点 D.叶绿体内存在的类囊体,极大地扩展了受光面积 [解析]　没有叶绿体的细胞也能进行光合作用,如蓝细菌,A错误;吸收光能的光合色素分布在类囊体膜上,B错误;叶绿体内膜不是光合作用的场所,不能为光合作用的酶提供附着位点,C错误;叶绿体内存在的类囊体叠在一起形成基粒,极大地扩展了受光面积,D正确。 [答案]　D 　　[归纳拓展] 影响叶绿素合成的因素 (1)光照:光是影响叶绿素合成的主要条件,一般植物在黑暗中不能合成叶绿素,因而叶片发黄。 (2)温度:温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性,进而影响叶绿素的合成。低温时,叶绿素分子易被破坏,使叶片变黄。 (3)必需元素:叶绿素中含N、Mg等必需元素,缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成,叶片变黄。另外,Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分,缺Fe也将导致叶绿素合成受阻,叶片变黄。 [跟踪训练] 1.下列关于光合作用的叙述,不正确的是 (　 ) A.把二氧化碳和水转变成有机物 B.把光能转变成化学能 C.全过程都必须在光下进行 D.有氧气放出 解析:选C　光合作用是指绿色植物通过叶绿体利用光能,把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物,并释放出氧气的过程,A、D正确;光合作用吸收光能,并将其转化成化学能储存在有机物中,B正确;光合作用的光反应必须在光下进行,但碳反应在有光无光条件下都能进行,C错误。 2.下列有关叶绿体的叙述,错误的是 (　 ) A.叶绿体是具有内、外两层膜的细胞器 B.类囊体悬浮在叶绿体基质中并连成一片 C.与水裂解有关的酶都分布在类囊体膜上 D.光合色素能吸收并转化光能 解析:选C　类囊体的空腔内含有与水裂解有关的酶。 3.如图为叶绿体内的不同色素的吸收光谱。结合图示分析若遇到连续阴雨天气,种植蔬菜的大棚里最好选择补充的光源为 (　 ) A.红光或蓝紫光 B.绿光 C.紫外光和红外光 D.黄光或橙光 解析:选A　图中显示叶绿素和类胡萝卜素在蓝紫光区都有吸收峰,叶绿素在红光区有吸收峰,故在阴雨天气中,为了提高植物光合速率应该补充有效光,即红光或蓝紫光。 提能点(二)　光反应与碳反应 [任务驱动] 　　1881年,德国科学家恩格尔曼把载有水绵(具有带状的叶绿体)和需氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中,然后用极细的光束照射水绵。发现细菌只向叶绿体被光束照射的部位集中;如果临时装片暴露在光下,细菌则分布在叶绿体所有受光部位(如图所示)。由此初步得出结论,叶绿体是发生光合作用的场所,但证据并不太充分。1937年,英国科学家希尔用分离的叶绿体进行实验,证明在有氧化剂(如高铁盐)存在时,水可在光照条件下被氧化为氧气,在暗处则没有氧气产生。不仅直接证明了叶绿体是光合作用的细胞器,而且证明了光合作用所释放的氧来自水。 (1)恩格尔曼是怎样检测水绵在光下释放了O2? 提示:观察需氧细菌移动的方向和集中分布的位置,就是O2充足的位置。 (2)为什么恩格尔曼的实验能初步证明叶绿体是发生光合作用的场所? 提示:用极细的光束照射水绵,细菌只向叶绿体被光束照射的部位集中,推断这里产生了氧气。 (3)希尔实验中的氧化剂所起的作用在叶肉细胞中由什么物质来完成? 提示:NADP+。 (4)希尔实验为什么直接证明了叶绿体是光合作用的细胞器,还证明了光合作用所释放的氧来自水? 提示:希尔实验用分离出的叶绿体,直接证明叶绿体是进行光合作用的细胞器,加入氧化剂进行光照实验,把光反应和碳反应分开,所以释放的O2来自光反应水的裂解。 (5)光反应为碳反应提供哪些物质?这些物质在哪种反应中被利用?发生在什么部位? 提示:光反应为碳反应提供NADPH和ATP。它们被用于还原三碳酸生成三碳糖,发生在叶绿体基质中。 [生成认知]　　 1.图解光合作用的基本过程 微视频 (光合作用的过程) 2.光反应和碳反应的要点比较 项目 光反应 碳反应 场所 光合膜(类囊体膜) 叶绿体基质 条件 需要光 有光无光都可 物质 变化 H2OH++O2+e-; NADP++H++e-NADPH; ADP+Pi+能量ATP CO2+五碳糖2三碳酸; 三碳酸三碳糖; 三碳糖五碳糖+葡萄糖等有机物 能量 变化 光能ATP和NADPH中的化学能 ATP和NADPH中的化学能→糖类等有机物中的化学能 　　[例1]　(2025·台州期末)如图所示为绿色植物的某种膜结构以及在其上面发生的生理过程。下列有关叙述正确的是 (　 ) A.该结构为叶绿体内膜 B.该结构可完成光合作用全过程 C.水的光解只需要色素不需要酶 D.该过程将光能转化成ATP和NADPH中的化学能 [解析]　该结构为叶绿体类囊体膜,A错误;该结构只能完成光合作用的光反应过程,B错误;水的光解既需要色素也需要酶,C错误;该过程为光反应过程,能将光能转化成ATP和NADPH中的化学能,D正确。 [答案]　D 　　[易错提醒] 明晰光反应分析的误区 (1)明确光反应的场所:真核生物中光反应的场所为类囊体膜,大多数原核生物光反应的场所为质膜。(无论类囊体膜或者质膜都可统称为光合膜) (2)明确NADPH和ATP的生成原理: ①生成NADPH的反应物为:H+、e-及NADP+。 ②生成ATP的反应物:ADP、Pi,需要ATP合成酶催化。(ATP合成酶具有双重作用,即具有酶的催化性,也具有协助H+跨膜运输的作用) (3)明确光反应的能量转化形式:光反应为吸能反应,能量来源为光能,经过光反应,能量由光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能。 (4)明确光反应的生理过程与酶的催化关系:光合色素吸收光能不需要酶的催化,其他反应过程均需要酶的催化。 　　[例2]　(2025·嘉兴测试)1937年希尔发现,离体的叶绿体中加入二氯酚吲哚酚(DCPIP),光照后能释放氧气,同时,蓝色氧化态的DCPIP接受氢后变成无色还原态的DCPIPH2。某小组进行了实验验证,实验分组和结果如表,各试管加入试剂后密闭。下列叙述错误的是 (　 ) 甲试管 乙试管 丙试管 丁试管 叶绿体悬浮液 1.0 mL — 1.0 mL — DCPIP 0.5 mL 0.5 mL 0.5 mL 0.5 mL 0.5 mol/L 蔗糖溶液 4.0 mL 5.0 mL 4.0 mL 5.0 mL 光照或黑暗 光照 光照 黑暗 黑暗 上层液体颜色 无色 蓝色 蓝色 蓝色 A.叶绿体悬浮于灭菌蒸馏水中制成叶绿体悬浮液 B.甲试管除了颜色变化外,还有ATP生成 C.若试管不密闭,会影响DCPIPH2的生成 D.蔗糖溶液中的DCPIP在光照下自身不会变色 [解析]　叶绿体是具膜细胞器,在蒸馏水中会吸水涨破,因此应该用蔗糖溶液配制叶绿体悬浮液,A错误;甲试管中含有叶绿体和光照条件,可以进行光合作用产生ATP,B正确;若试管不密闭,空气中的氧气会影响DCPIPH2的生成,C正确;蔗糖溶液中的DCPIP在光照下自身不会变色,接受氢后才会变无色,D正确。 [答案]　A 　　[拓展延伸] 希尔反应的原理 (1)希尔反应模拟光合作用中光反应的部分过程。DCIP为氧化剂,相当于光反应中的NADP+,还原态DCIP相当于光反应中的NADPH。 (2)通过光照和黑暗对照实验,照光能让叶绿体产生电子和氢离子,可使DCIP由蓝色转无色,而不照光不能让叶绿体产生电子和氢离子,不可使DCIP改变,仍是蓝色。　 　　[例3]　(2025·绍兴期末)如图表示光合作用碳反应示意图,数字代表物质。下列叙述正确的是 (　 ) A.①是三碳酸,④是三碳糖 B.⑤在叶绿体类囊体膜上生成,⑦在叶绿体基质中被还原 C.若③⑧为同一种物质,两者的数量比为5∶1 D.碳反应生成的三碳糖在液泡合成蔗糖 [解析]　①为三碳酸,④为五碳糖,A错误;⑤表示ATP,在叶绿体的类囊体膜上产生,⑦是NADP+,在叶绿体类囊体膜上被还原,B错误;③⑧均表示三碳糖,卡尔文循环中,大部分(5/6)用于再生五碳糖,少部分(1/6)离开卡尔文循环,用于有机物的合成,C正确;大部分三碳糖运至叶绿体外在细胞溶胶中合成蔗糖,D错误。 [答案]　C 　　[易错提醒] 辨析碳反应的误区 (1)明确相关物质的元素组成:碳反应中的三碳糖、三碳酸、五碳糖的组成元素为C、H、O、P。 (2)确定C原子的转移路径:通过同位素示踪法可追踪碳原子的转移路径,即CO2中的C进入三碳酸→三碳糖→有机物。 (3)分辨碳反应过程中的与三碳糖有关的“大多数”与“少数”: ①卡尔文循环中,3分子CO2分别进入卡尔文循环推动生成6分子三碳糖,其中“大多数”(5分子)三碳糖仍然留在卡尔文循环中用于五碳糖的再生,“少数”(1分子)三碳糖离开卡尔文循环用于有机物的生成。 ②离开卡尔文循环的三碳糖,“大多数”运至叶绿体外合成蔗糖,供植物细胞利用,“少数”留在叶绿体内作为淀粉、脂质、蛋白质的合成原料。 (4)明确有机物的转变过程: 三碳糖转变成蔗糖、淀粉、蛋白质等有机物的过程中存在脱磷的过程。 [跟踪训练] 1.(2025·台州期末)光反应过程发生多种物质生成和能量转换,下列有关叙述错误的是 (　 ) A.光合色素可吸收可见光 B.光能将水裂解为H+、e-和O2 C.H+和e-将NADP+还原为NADPH D.光能转化为ATP和NADPH 解析:选D　一般情况下,光合作用所利用的都是可见光,A正确;光反应过程中光能将水裂解为O2、e-和H+,B正确;H+和e-将氧化型辅酶Ⅱ(NADP+)还原为还原型辅酶Ⅱ(NADPH),C正确;光能转化为ATP、NADPH中活跃的化学能,D错误。 2.(2025·宁波余姚月考)1945年以后,碳的同位素14C被发现,卡尔文利用14CO2寻找光合作用中碳的转变路径,于1954年完全阐明了光合作用中碳的转变路径,即卡尔文循环。下列说法正确的是 (　 ) A.绿色植物进行光合作用时,碳反应发生在叶绿体基质中 B.ATP是卡尔文循环的产物之一 C.温度改变只影响卡尔文循环,不影响光反应 D.1轮卡尔文循环合成2个三碳糖,植物合成一个蔗糖(C12H22O11)要进行2轮卡尔文循环 解析:选A　植物在光照条件下进行光合作用,光合作用分为光反应阶段和碳反应阶段,碳反应发生在叶绿体基质中,A正确;卡尔文循环即碳反应,ATP和NADPH用于碳反应阶段三碳化合物的还原,卡尔文循环的产物中无ATP,B错误;温度改变也影响光反应,C错误;卡尔文循环一次吸收1个CO2,所以要循环6次才能合成一个葡萄糖,植物合成一个蔗糖(C12H22O11)要进行12轮卡尔文循环,D错误。 3.图1为植物光合作用过程示意图,①~⑥表示物质。图2为科研人员建造的人工光合系统,模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相似。下列叙述错误的是 (　 ) A.图1中①为O2,它在光照条件适宜时释放到细胞外 B.②为NADPH,作为活泼的还原剂,参与暗反应阶段的化学反应,同时也储存部分能量供暗反应阶段利用 C.图2中相当于叶绿体中光反应阶段的是模块1与模块2 D.在与植物光合作用固定的CO2相等的情况下,该人工光合系统糖类的积累量等于植物 解析:选D　图1中①是光反应的产物O2,在光照条件适宜时,光合速率大于细胞呼吸速率,产生的O2会释放到细胞外,A正确;②为光反应的产物NADPH,作为活泼的还原剂,参与暗反应阶段的化学反应,同时也储存部分能量供暗反应阶段利用,B正确;图2中的模块1利用太阳能发电装置吸收光能转化为电能,模块2利用电能将H2O分解产生O2,同时在模块2发生能量转换,故模块1和模块2相当于叶绿体中光反应阶段,C正确;人工光合系统不会通过呼吸作用消耗有机物,而植物通过光合作用固定CO2的同时会通过呼吸作用消耗有机物,因此在与植物光合作用固定的CO2相等的情况下,该人工光合系统糖类的积累量大于植物,D错误。 提能点(三)　环境条件变化对光合作用过程的影响分析 [发展认知] 精品课件 1.环境条件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 下图中Ⅰ表示光反应,Ⅱ表示CO2的固定,Ⅲ表示三碳酸的还原,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”表示三碳酸和五碳糖的含量变化 　　[特别提醒]　平衡状态下三碳酸的起始值高于五碳糖,约是其2倍。 　　[例1]　下列关于光合作用中改变反应条件而引起的变化,正确的是 (　 ) A.突然中断CO2供应,会暂时引起叶绿体基质中五碳糖/三碳酸比值减小 B.突然中断CO2供应,会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值减小 C.突然将单色光改变为白光,会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增大 D.突然将白光改变为单色光,会暂时引起叶绿体基质中五碳糖/三碳酸比值增大 [解析]　突然中断CO2供应,使碳反应中二氧化碳固定减少,而三碳酸的还原仍在进行,因此导致三碳酸减少,五碳糖增多,因此会暂时引起叶绿体基质中五碳糖/三碳酸比值增大,A错误;突然中断CO2供应使三碳酸减少,因此三碳酸的还原利用的ATP减少,导致ATP积累增多,而ADP含量减少,因此会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增大,B错误;突然将单色光改变为白光会导致光反应吸收的光能增加,光反应产生的ATP和NADPH增加,而ADP相对含量减少,因此暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增大,C正确;突然将白光改变为单色光,会导致光反应产生的ATP和NADPH减少,这将抑制碳反应中三碳酸的还原,而CO2的固定不变,导致五碳糖减少,三碳酸增多,因此会暂时引起叶绿体基质中五碳糖/三碳酸比值减小,D错误。 [答案]　C 2.以“间歇光”为背景分析光反应与碳反应的联系 (1)光反应为碳反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累,在光反应停止时,碳反应仍可持续进行一段时间,有机物还能继续合成。 (2)在相同的时间条件下,光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累效率要高。 A组: 光合效率:100% 原理:其全时段均进行光反应与碳反应 B组: 光合效率:80% 光暗处理频度较高,单位时间有机物合成量较全光照时高(其所用光照时间仅为A组一半,但有机物合成量却远高于一半),此表明在其全时段,碳反应几乎未停止 　　[例2]　阳光穿过上层植物的空隙形成光斑,它会随太阳的运动而移动。如图为红薯叶在光斑照射前后吸收CO2和释放O2的情况。下列分析错误的是 (　 ) A.图中A点光反应速率小于碳反应 B.BC段,植物的光反应与碳反应趋于相等 C.光斑移开后一段时间内光合作用仍在进行 D.CD段变化主要是因为光斑移开,导致植物缺乏光照 [解析]　图中A点氧气的释放速率高于二氧化碳的吸收速率,说明此时光反应速率大于碳反应,A错误;BC段,氧气的释放速率等于二氧化碳的吸收速率,说明此阶段植物的光反应与碳反应趋于相等,B正确;光斑移开后一段时间内仍有二氧化碳的吸收,说明光合作用仍在进行,C正确;CD段变化主要是因为光斑移开,导致植物缺乏光照,光反应不能进行,D正确。 [答案]　A [跟踪训练] 1.(2025·宁波余姚检测)光合作用过程包括光反应和碳反应,光反应与碳反应有非常紧密的联系。判断下列叙述不正确的是 (　 ) A.光反应为卡尔文循环提供ATP和NADPH B.停止光照,短时间叶绿体中ATP和NADPH含量下降 C.停止光照,短时间叶绿体中三碳酸含量上升 D.停止CO2供应,短时间叶绿体中五碳糖含量下降 解析:选D　光反应可以产生ATP和NADPH,为卡尔文循环提供能量和还原剂,A正确;停止光照,叶绿体中ATP和NADPH生成量减少,同时还原三碳酸还要继续消耗ATP和NADPH,所以短时间内叶绿体中ATP和NADPH含量下降,B正确;停止光照,叶绿体中ATP和NADPH生成量减少,三碳酸还原减少,同时CO2固定形成三碳酸正常进行,所以停止光照,短时间叶绿体中三碳酸含量上升,C正确;停止CO2供应,五碳糖消耗减少,再生暂时不变,短时间叶绿体中五碳糖含量上升,D错误。 2.如图所示某阳生植物细胞在夏季晴天某一天内,光合作用过程中三碳酸、五碳糖的数量变化。若第二天中午天气由光照强烈突然转向阴天时,叶绿体中三碳酸和五碳糖含量的短时间变化分别相当于曲线中的 (　 ) A.c→d段(X),b→c段(Y) B.d→e段(X),d→e段(Y) C.d→e段(Y),c→d段(X) D.b→c段(Y),b→c段(X) 解析:选B　由光照强烈突然转向阴天时,光反应提供的ATP、NADPH减少,导致三碳酸还原减弱,故短时间内叶绿体中三碳酸含量增多,相当于曲线中d→e段(X);但CO2的固定仍在进行,故短时间内五碳糖含量减少,相当于曲线中d→e段(Y),B正确。 3.(2025·温州二模)德国科学家瓦尔堡设法把光合作用的光反应、碳反应分开研究,他的办法是在人工光源“间歇光”下测定光合作用。科研人员重新设计瓦尔堡的实验:分离出某植物的叶绿体,让叶绿体交替接受5秒光照、5秒黑暗处理,持续进行20分钟,并用灵敏传感器记录环境中O2和CO2的变化,部分实验记录如图所示。下列分析正确的是 (　 ) A.a~c段为光反应阶段,c~e段为碳反应阶段 B.S1、S3可分别表示光反应释放的O2总量与碳反应吸收的CO2总量,且S1=S3 C.由O2的释放速率和CO2的吸收速率推测,光反应速率与碳反应速率始终相等 D.与“间歇光”20分钟相比,持续光照20分钟处理的叶绿体有机物合成总量更多 解析:选D　光反应阶段需要光照,碳反应阶段有光无光都可以进行,a~c段既有光反应也有碳反应,c~e段在黑暗开始之前也有光反应,黑暗开始之后,只有碳反应,没有光反应,A错误;S1表示O2的释放速率的变化,S2表示CO2吸收速率的变化,在一个光周期内,二者从开始的0经过一段时间的反应以后又变为0,结合光合作用的总反应式来看,在一个光周期内释放的O2总量与碳反应吸收的CO2总量是相等的,即S1+S2=S2+S3,所以S1=S3,但是S1不能代表光合作用释放O2的总量,S3也不能代表碳反应吸收的CO2总量,B错误;由题图中两条曲线的变化结合光合作用的总反应式可知,光反应速率与碳反应速率并非始终相等,C错误;从一个光周期来看,“间歇光”在一个光周期内光反应的产物恰好能被碳反应利用,如果用面积来表示,恰好是S1+S2或S2+S3,如果是持续光照,那么光反应与碳反应达到平衡时反应速率保持相等,也就是图中的cd段,把cd段延长以后能看出,持续光照20分钟叶绿体释放氧气的总量明显大于“间歇光”,即持续光照20分钟有机物合成总量更多,D正确。 探究活动——光合色素的提取与分离 [实验知能] 一、厘清实验基础 　 1.实验目的、原理及材料用具 实验 目的 (1)学会提取和分离叶绿体中色素的方法。 (2)分离叶绿体中的四种色素 实验 原理 光合色素是一类脂溶性物质,可以利用脂溶剂将它们从叶绿体中提取出来,并且利用纸层析法将它们分离开,达到观察叶绿体中色素的目的 材料 用具 新鲜的绿色叶片(如菠菜叶),干燥的定性滤纸,95%的酒精,层析液,二氧化硅,碳酸钙等 2.方法步骤 3.注意事项 (1)实验材料要用新鲜的绿色叶片,否则叶绿素的含量减少,色素失真。 (2)点样时画滤液细线要细且直,保证色素带不重叠;要重复几次,使色素带更明显。 (3)层析时要保证滤液细线高于层析液液面,防止色素溶于层析液中。 (4)由于接触到层析液等化学药品,实验结束后一定要用肥皂将手洗净。 二、探究关键问题 　 1.如图为正确分离色素后,在滤纸条上形成的条带,请写出Ⅰ~Ⅳ代表的名称、颜色分别是什么? 提示:Ⅰ.胡萝卜素:橙色;Ⅱ.叶黄素:黄色;Ⅲ.叶绿素a:蓝绿色;Ⅳ.叶绿素b:黄绿色。 2.新鲜菠菜叶分离的色素带宽度大小是什么? 提示:叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素。 3.这四种色素在层析液中的溶解度大小怎么排序? 提示:胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b。 4.某同学色素的提取非常成功,但滤纸条上没有出现色素带,请你帮助分析实验失败的原因可能是什么? 提示:①忘记画滤液细线。②层析时滤液细线触及层析液,色素溶解到层析液中。 5.实验过程中,甲同学忘记加入二氧化硅和碳酸钙,乙同学没有加95%的酒精,而是加了水,分析可能出现的实验结果是什么? 提示:甲同学的结果是滤纸条上的色素浓度很低,颜色很浅;乙同学的结果是滤纸条上没有出现色素带。 三、点拨实验要点 　 1.实验中关键的操作步骤及操作目的 过程 注意事项 操作目的 提取 色素 选新鲜绿色的叶片 使滤液中色素含量高 研磨时加95%的酒精 溶解色素 加少量SiO2和CaCO3 研磨充分和保护色素 迅速、充分研磨 防止酒精挥发,充分溶解色素 盛放滤液的试管管口加软木塞 防止酒精挥发和色素氧化 分离 色素 滤纸预先干燥处理 使层析液在滤纸上快速扩散 滤液细线要细、齐、直 使分离出的色素带平整不重叠 滤液细线干燥后再画3~4次 增加色素量;使分离出的色素带清晰分明 滤液细线不触及层析液 防止色素直接溶解到层析液中 2.实验中异常现象及原因分析 异常现象 原因分析 收集到 的滤液 绿色过浅 ①未加二氧化硅,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95%的酒精,提取浓度太低(正确做法:分次加入少量95%的酒精); 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 [素养评价] 1.(2025·宁波镇海中学检测)下列关于“光合色素的提取与分离”实验的说法,错误的是 (　 ) A.叶绿体中的不同色素在层析液中溶解度不同 B.连续划滤液细线3~4次以增加色素含量 C.研磨时加入SiO2达到充分研磨的目的 D.分离色素时滤液细线要高于层析液液面 解析:选B　色素分离的原理是不同色素在层析液中的溶解度不同,色素在层析液中的溶解度越高,在滤纸上扩散速度越快,A正确;在滤纸条上点样时,每次画线后,需晾干,再重复画线,可进行3~4次,以增加色素含量,B错误;研磨时要加入二氧化硅使研磨更充分,C正确;纸层析时要注意层析液不能没过滤液线,否则会使色素溶于层析液中,D正确。 2.(2025·温州期末B卷)沃柑是喜阳植物,需充足光照,长期阴雨天气会导致叶片发黄。某科研小组提取并分离了甲组(长期阴雨天气)和乙组(充足光照)沃柑叶片的光合色素,并比较两组滤纸条自上而下的四条色素带。下列叙述正确的是 (　 ) A.提取色素时加入碳酸钙是为了研磨更充分 B.分离色素时层析液应没过滤液细线 C.甲组滤纸条上第三、四条色素带明显变窄 D.乙组滤纸条上第二条色素带呈蓝绿色 解析:选C　提取色素时加入碳酸钙来保护色素,而加入二氧化硅是为了研磨更充分,A错误;分离色素时层析液不能触及滤液细线,否则色素就会溶解在层析液中,不会随层析液在滤纸上扩散开来,B错误;长期的阴雨天气会影响叶绿素的合成,甲组滤纸条上第三、四条色素带明显变窄,C正确;滤纸上第三条色素带为蓝绿色的叶绿素a,D错误。 3.在做光合色素的提取与分离实验时,甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“+”表示使用,“-”表示未使用),其余操作均正常,他们所得的实验结果依次应为 (　 ) 甲 乙 丙 丁 95%的酒精 - + + + 水 + - - - CaCO3 + + - + SiO2 + + + - A.①②③④ B.②④①③ C.④②③① D.③②①④ 解析:选B　由表可知,甲同学加的溶剂为水,而不是脂溶剂酒精,色素不溶于水,因而提取不到叶绿体中的色素,所得结果应为②;乙同学的操作正确,所得结果应为④,即自上而下依次出现胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b,且叶绿素a和叶绿素b的含量较多;丙同学尽管使用了脂溶剂酒精,可以提取到色素,但由于未加CaCO3,叶绿素可能会被破坏,因而下边的两条色素带比正常的窄,应为①;丁同学未加SiO2,可能研磨不充分,导致各种色素的提取量均少于正常水平,应为③。 4.中国的饮食讲究“色香味”,颜色会影响消费。小李同学拟研发“绿色”食用色素,他以生长很快的入侵植物水葫芦为材料进行如下实验。 Ⅰ.提取叶绿素 Ⅱ.探究pH对叶绿素稳定性的影响 取一些叶绿素粗产品,配成一定浓度的溶液,于室温(约25 ℃)下进行实验,方法和结果如下表。 实验 组号 叶绿素 溶液/mL 调pH 处理 时间/min 溶液颜色 ① 3.0 Y 10 绿色 ② 3.0 7.0 10 绿色 ③ 3.0 6.0 10 黄绿色 ④ 3.0 5.0 10 黄褐色 注:叶绿素被破坏后变成黄褐色。 根据所学知识和实验结果,请回答: (1)提取食用叶绿素的X应该为　　　　　,原因是　　　　　　　。  (2)表中Y应该为　　　　,原因是　　　　　　。  (3)若用作食品色素,天然叶绿素色素不适用于　　　　的食品,否则　　　　　　　　　。  (4)小李想了解叶绿素产品中是否含有其他色素,请你提供检测方法并写出主要步骤。 解析:(1)提取色素时需要加入95%的酒精(提取色素)、二氧化硅(使研磨更充分)和碳酸钙(防止色素被破坏)。(2)由表中可知,该实验以1.0作为pH梯度进行实验,所以Y为8.0。(3)由表格信息可知,酸性条件下可使叶绿素变成黄褐色,所以若用作食品色素,天然叶绿素色素不适用于pH小于6.0的食品,否则叶绿素会由于酸性而被破坏。(4)可借鉴课本中色素的分离方法进行色素种类的鉴定,所以可采用纸层析法,其主要步骤:①制备滤纸条,②画色素液细线,③用层析液分离色素,④观察色素带。 答案:(1)SiO2　使研磨更充分　(2)8.0　以1.0作为pH梯度进行实验　(3)pH小于6.0　叶绿素会由于酸性而被破坏　(4)纸层析法,其主要步骤:①制备滤纸条,②画色素液细线,③用层析液分离色素,④观察色素带。 本节备选教学资源包 (一站整理,据情选用) [课时跟踪检测] (标的题目配有精品课件,为老师重点讲评题目) 一、选择题 　　根据下列材料,回答第1~3题。 　　碳反应是CO2还原为糖的一系列反应,光照突然中止后,碳反应并未立即停止,还可继续短暂时间,这是因为残余的部分ATP和NADPH会继续为碳反应提供条件。但是时间一长,碳反应也会因为ATP和NADPH的不足而停止。 1.在生命科学研究中,“放射性同位素示踪法”是常用的研究手段。卡尔文用14C标记的CO2进行了光合作用的相关过程研究。卡尔文利用14C标记的CO2,研究了光合作用过程中的 (　 ) A.光反应的条件 B.碳反应的条件 C.由CO2合成糖的过程 D.能量的传递过程 解析:选C　卡尔文利用14C标记的CO2,研究了光合作用过程中由CO2合成糖的过程。 2.在碳反应中,第一个反应产物是 (　 ) A.三碳糖　　　　　　　　 B.五碳糖 C.三碳酸 D.六碳分子 解析:选D　在碳反应中,二氧化碳被五碳糖固定形成六碳分子,六碳分子极不稳定,会立刻分解为两分子的三碳酸,因此第一个反应产物是六碳分子。 3.在碳反应中,ATP和NADPH直接用于 (　 ) A.葡萄糖的合成 B.三碳酸的合成 C.再生五碳糖 D.三碳酸的还原 解析:选D　光反应产生ATP和NADPH,在碳反应中,ATP和NADPH直接用于三碳酸的还原。 4.(2025·宁波镇海中学检测)在弱光条件下培养的水稻幼苗,适当增加光强度后,叶片光合速率上升,原因是 (　 ) A.光反应速率升高,碳反应速率降低 B.光反应速率升高,碳反应速率不变 C.光反应速率不变,碳反应速率升高 D.光反应速率升高,碳反应速率升高 解析:选D　适当增加光强度后,光反应速率升高,生成的ATP和NADPH含量增多,碳反应的速率也随之升高,导致叶片光合速率上升,D正确。 5.(2025·金华十校期末)下图为叶绿素a的吸收光谱。下列叙述错误的是 (　 ) A.叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光 B.叶绿素a对不同波长光的吸收率可能相同 C.图中纵轴表示色素对相应波长光的吸收率 D.若色素中混有盐酸等杂质,所测得的结果与该图中结果一致 解析:选D　据题图可知,叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光,A正确;据题图分析,如吸收率为40,有四种波长光,B正确;题图中纵轴表示色素对相应波长光的吸收率,C正确;色素中混有盐酸等杂质,会破坏叶绿素,则测得的结果与题图不同,D错误。 6.大气圈的臭氧层受损会造成紫外线增强的现象。紫外线为高能量的光线,在生物体内易激发超氧化物的形成,致使脂质氧化而破坏其功能。据此前提,植物短暂地暴露在高紫外光条件下,其光合作用能力立即显现受抑制的原因主要是 (　 ) A.光合酶受到破坏 B.囊状结构的膜受到破坏 C.碳反应受抑制 D.DNA受到破坏 解析:选B　囊状结构的膜上含有脂质,紫外线可以破坏其结构,从而抑制光合作用。 7.(2025·衢州期末)秋冬季节部分树种叶片由绿色逐渐变黄,这与光合色素的种类和相对含量有关。下列关于光合色素及其提取与分离实验的相关叙述,错误的是 (　 ) A.叶绿体的光合膜上含有其自身光合作用所需的各种色素 B.分离光合色素的原理是不同色素在酒精中的溶解度不同 C.从新鲜绿色叶片中提取并分离出4种色素,其中呈蓝绿色的是叶绿素a D.深秋叶片变黄可能是由于叶绿素合成速度变慢或停止,原有的叶绿素被破坏 解析:选B　光合作用所需的各种色素分布在叶绿体的光合膜上,A正确;分离光合色素的原理是不同色素在层析液中的溶解度不同,B错误;从新鲜绿色叶片中提取并分离出4种色素(胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b),其中呈蓝绿色的是叶绿素a,C正确;深秋叶片变黄说明叶绿素含量减少,可能是由于叶绿素合成速度变慢或停止,原有的叶绿素被破坏,最终使叶片显现出类胡萝卜素的颜色,D正确。 8.图甲是叶绿体结构模式图,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示不同的部位;图乙是光合作用的碳反应过程示意图,其中①②表示不同的物质。下列叙述正确的是 (　 ) A.图甲中光合色素存在于结构Ⅱ B.图乙的过程发生在图甲的结构Ⅱ C.图乙中的过程在光照下无法进行 D.图乙中离开循环的物质②可在叶绿体内转化为蔗糖,供其他细胞利用 解析:选B　光合色素存在于图甲Ⅲ基粒的类囊体膜上,A错误;图乙是碳反应过程,发生在图甲的Ⅱ叶绿体基质中,B正确;图乙是碳反应过程,该阶段有光无光都进行,C错误;图乙中,物质①②为两种三碳化合物,物质①的名称是三碳酸,该物质在光反应产物ATP和NADPH的作用下形成物质②三碳糖。三碳糖可在叶绿体内作为合成淀粉、蛋白质和脂质等大分子物质的原料,也可运送到叶绿体外转变成蔗糖供植物所有细胞利用,D错误。 9.正常生长的绿藻,照光培养一段时间后,用黑布迅速将培养瓶罩上,此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是 (　 ) A.O2的产生停止 B.CO2的固定加快 C.ATP/ADP比值下降 D.NADPH/NADP+比值下降 解析:选B　用黑布将培养瓶罩上,光反应停止,O2的产生停止;同时NADPH和ATP的产生停止,使碳反应过程中三碳酸的还原速度减慢,从而导致CO2的固定减慢;ATP的产生停止,使ATP/ADP比值下降;NADPH的产生停止,使NADPH/NADP+比值下降。 二、非选择题 10.(2025·金华期末)如图为绿色植物光合作用的模式图,其中①②③④表示物质,⑤⑥表示过程。 回答下列问题: (1)图中①为　　　　,②为　　　　。其中①在⑥中的作用是　　　　　　　　　　　。在不改变二氧化碳浓度且光强度未达到光饱和点的条件下,突然增强光强度,短时间内叶绿体中五碳糖的含量将　　　　(填“升高”或“降低”)。  (2)⑤为　　　　阶段,发生的场所是叶绿体中的　　　　　　　　　　。  (3)夏季中午,光照充足但植物光合作用强度明显减弱,而出现“午休”现象,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,此时可以采取　　　　等措施减弱“午休”现象。  (4)图中色素分子的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。农业生产中选用　　　　(填“无色”“红色”或“绿色”)的透明薄膜制作大棚,更有利于增产。  解析:(1)图中①②分别为光反应产生的NADPH和ATP,NADPH在反应过程⑥中的作用是为C3的还原提供还原剂和能量。突然增强光强度,则短时间内五碳糖的合成增加,而五碳糖的消耗不变,因此短时间内叶绿体中五碳糖的含量将升高。 (2)⑤为光反应阶段,发生的场所在叶绿体光合膜。 (3)夏季中午,由于气温过高,光强度过强,会使植物叶片部分气孔关闭,进入叶肉细胞的二氧化碳大大减少,会出现“午休”现象。为减弱“午休”,可采取的措施是适当遮光。 (4)光合色素的作用是吸收可见光,将光能转化为化学能,用于有机物的合成。种植大棚作物选用无色透明的薄膜,以透过所有的色光,有利于植物的光合作用。 答案:(1)NADPH　ATP　为C3的还原提供还原剂和能量　升高　(2)光反应　光合膜　(3)部分气孔关闭,进入叶肉细胞的二氧化碳大大减少,碳反应减弱　适当遮光　(4)吸收可见光,将光能转化为化学能,用于有机物的合成　无色 11.植物工厂是在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下,生产蔬菜和其他植物的高效生产体系。科研人员研究不同光质配比(红光∶蓝光)对辣椒的叶绿素含量和氮含量的影响如图1所示,不同光质配比对辣椒累计采收量的影响如图2所示。实验分组如下:LED白光对照(CK组)、红光∶蓝光=1∶1(A组)、红光∶蓝光=2∶1(B组)、红光∶蓝光=3∶1(C组),每组LED灯输出的功率相同。回答下列问题。 (1)提取辣椒叶片叶绿体中的色素常用的试剂是　　　　　　。  (2)植物工厂选用红蓝光组合LED灯培植辣椒,选用红蓝光的依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)植物工厂用营养液培植辣椒的过程中,需要定时向营养液通入充足的空气,主要目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)研究结果表明B组处理比CK组能获得更大的累计采收量,结合图1分析原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。根据上述实验结果,请就植物工厂中如何提高辣椒产量提出合理建议:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  解析:(1)光合色素溶于有机溶剂,常用95%的酒精提取叶片中叶绿体内的色素。 (2)植物的光合色素主要吸收红光和蓝紫光,所以植物工厂选用红蓝光组合LED灯培植辣椒。 (3)向营养液通入充足的空气可促进辣椒根部细胞的需氧呼吸,从而有利于根对无机盐的主动吸收。 (4)由图1可知,与CK组相比,B组叶绿素含量和氮含量更高,光合作用更强,所以B组处理比CK组能获得更大的累计采收量。据图2可知,A组(红光∶蓝光=1∶1)累计采收量最高,所以选择光质配比为红光∶蓝光=1∶1的LED灯培植辣椒,可提高辣椒产量。 答案:(1)95%的酒精　(2)植物的光合色素主要吸收红光和蓝紫光　(3)促进辣椒根部细胞的需氧呼吸,从而有利于根对无机盐的主动吸收　 (4)与CK组相比,B组叶绿素含量和氮含量更高,光合作用更强　选择光质配比为红光∶蓝光=1∶1的LED灯培植辣椒 12.(2025·湖州模拟)如图表示水稻细胞与光合作用相关的结构及部分生理过程,回答下列问题: (1)如图结构为　　　　　　　,是发生图中反应过程的场所。水裂解的产物是　　　　　　　　。光反应使得光能转化为　　　　　　　　中活跃的化学能。  (2)图中驱动ATP合成酶催化合成ATP的能量直接来自　　　　　　　,在此过程中H+跨膜转运方式属于　　　　　　。  (3)海水稻是指在盐碱地上生长的水稻。某地海水稻耐盐碱性好,矿物质含量比普通稻米更高,又没有普通稻米的病虫害,是天然有机食品。但如果盐碱度过高会抑制光合作用速率,主要原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)若短期内三碳糖的输出受阻,叶绿体内的NADPH的合成速率会　　　　(填“升高”“降低”或“基本不变”)。研究发现,叶肉细胞在没有光照条件下,仍有三碳糖运出叶绿体,可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  解析:(1)图中发生的是光合作用的光反应阶段,故该结构表示叶绿体的类囊体(膜)。水裂解的产物是H+、O2、e-。光反应将光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能。 (2)据图可知,驱动ATP合成酶催化合成ATP的能量直接来自H+势能,在此过程中H+是顺浓度梯度运输,跨膜转运方式属于易化扩散。 (3)由于盐碱度过高,一方面导致根系吸水量减少,植物缺水,气孔导度降低,CO2吸收量下降,从而导致光合速率下降;另一方面,盐碱度过高,导致根系吸水量减少甚至失水,影响代谢,从而抑制光合作用速率。 (4)若短期内三碳糖的输出受阻,三碳糖的还原减弱,消耗的NADPH减少,光反应生成的NADPH不变,叶绿体内的NADPH的含量增加,合成速率会降低。叶肉细胞在没有光照条件下,仍有三碳糖运出叶绿体,可能的原因是在叶绿体基质中淀粉转变为三碳糖。 答案:(1)类囊体(膜)　H+、O2、e-　ATP、NADPH　(2)H+势能　易化扩散　(3)盐碱度过高,导致根系吸水量减少,植物缺水,气孔导度降低,CO2吸收量下降,光合速率下降;盐碱度过高,导致根系吸水量减少甚至失水,影响代谢,抑制光合作用　(4)降低　叶绿体基质内淀粉转化为三碳糖 学科网（北京）股份有限公司 $$