2026届高三生物一轮复习课件3.12捕获光能的色素和结构及光合作用原理的探索

第三单元　细胞的能量供应和利用 第12课时 捕获光能的色素和结构及光合作用原理的探索 1 课标要求 捕获光能的色素和结构 < 考点一 > 1.绿叶中色素的提取和分离 无水乙醇 层析液 高 必备知识—学习笔记P62 分离的方法：纸层析法 利用待分离物质中不同组分的某些理化性质的差异而建立起来的一种分离技术。 二氧化硅 碳酸钙 于层析液中 溶 （单层尼龙布） （积累更多色素） 减少边缘效应，使层析液在滤纸条上扩散均匀 ★用棉塞将试管口塞严 A1 A2 A2 A1 为何要盖上培养皿？ 防止层析液挥发，因其易挥发且有毒 橙黄色 叶黄素 黄色 叶绿素a 蓝绿色 黄绿色 [提醒]　①胡萝卜素含量最少，所以色素带最窄；但其在层析液中溶解度最大，所以扩散最快。②胡萝卜素和叶黄素之间的距离最远。③叶绿素a的含量最多，所以该色素带最宽。 橙黄色 色素种类 色素含量 溶解度 实验异常现象分析 归纳总结—学习笔记P63 试剂 甲 乙 丙 丁 无水乙醇 － ＋ ＋ ＋ 水 ＋ － － － CaCO3 ＋ ＋ － ＋ SiO2 ＋ ＋ ＋ － ③ ② ④ ① 类胡萝卜素 （含量约1/4） 胡萝卜素 胡萝卜素主要有α、β、γ三种形式，其中最为重要的为β-胡萝卜素。它是自然界中最普遍存在也是最稳定的天然色素。它是一种最常见的维生素A补充剂。维生素A对于人体视觉发育至关重要。 叶黄素 叶黄素在蔬菜、水果、花卉等植物中广泛存在，也是存在于人眼视网膜黄斑区的主要色素。人类等哺乳动物不能自行合成叶黄素，外来食物是唯一的叶黄素摄入来源。 组成元素为C、H、O 组成元素为C、H 拓展延伸—光合色素类型 叶绿素 （含量约3/4） ①组成元素： C、H、O、N、Mg ②影响叶绿素合成的三大因素 光照 温度 必需元素 影响叶绿素合成的三大因素 归纳总结—学习笔记P64 韭黄，同属于韭菜的一种，韭黄是韭菜通过培土，遮光等在黑暗环境中软化栽培后产生的黄化韭菜。 秋天叶片变黄 柑橘缺镁，叶面黄化 2.色素的分布和作用 (1)分布：叶绿体 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 的吸收量大，类胡萝卜素对 的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量 。 类囊体薄膜 红光和蓝紫光 蓝紫光 较少 必备知识—学习笔记P62 叶绿素b 叶绿素a 光谱 色素溶液的吸收光谱 教材P98 源于必修1 P99“图5－12”“旁栏思考”及P101“拓展应用” (1)从叶绿素吸收光谱图可知：叶绿素a在红光部分的吸收光谱带较叶绿素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 (填“宽”或“窄”)。 (2)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(比如同一植物底层叶片)中叶绿素a/b ，弱光下的吸光能力 ，有利于提高植物的捕光能力，是对弱光环境的一种适应。 宽 降低 增强 教材隐性知识—学习笔记P62 例：GR24是新型植物激素独脚金内酯的人工合成类似物。研究发现，GR24通过动态平衡“源一库”关系，调控光合产物的分配，并减少“库”（分枝）对资源的竞争。研究人员探究了弱光条件下GR24对番茄幼苗生理特性的影响，结果如表所示。请回答下列问题： 处理 叶绿素a含量/（mg·g-1） 叶绿素b含量/（mg·g-1） 叶绿素a/b 单株干重/g 单株分枝数/个 弱光+水 1.39 0.61 2.28 1.11 1.83 弱光+GR24 1.98 0.98 2.02 1.30 1.54 (1)该实验的自变量为          ；单株干重主要是指一株植物的有机物含量，光合作用中CO2转化为有机物包含          两个过程。由实验结果可知，弱光条件下GR24处理对番茄幼苗叶绿素a含量及叶绿素a/b的值的影响分别是          （从“提升”“降低”中选填）。 是否使用GR24  CO2的固定和C3的还原 提升、降低 (3)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依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？请根据材料作答。 材料　藻类中色素种类及光在海水中的分布 藻类 色素种类 含量最多的色素 分布及主要吸收的光 绿藻 叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，反射绿光 浅水层；主要吸收红光和蓝紫光 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。 褐藻 叶绿素a、叶绿素c、胡萝卜素、6种叶黄素 某种叶黄素主要吸收绿光和蓝紫光，反射红黄光 中水层；主要吸收绿光和蓝紫光 红藻 叶绿素a、叶绿素d、胡萝卜素、叶黄素、藻红素、藻蓝素 藻红素主要吸收蓝紫光，反射红光 深水层；主要吸收蓝紫光 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短波长的光。 提醒　①植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。 ②植物的液泡中含有的色素(花青素)不参与光合作用。 ③植物幼嫩的茎和果实的细胞中也含有吸收光能的色素。 ④色素与叶片的颜色 ①植物工厂里为什么不用发绿光的光源？ 因为这种波长的光不能被光合色素吸收，不能用于光合作用中合成有机物 ②温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高？ 应该选无色透明的玻璃、塑料薄膜，因为日光中各种颜色的光均能通过，作物光合效率高。 ③阴天时，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色的照明灯为蔬菜补充光源？ 补充光源可选择红光和蓝紫光，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。 教材隐性知—教材P99 3.叶绿体的结构和功能 必备知识—学习笔记P63 椭球形 球形 双层膜 基质 暗反应 类囊体 色素 光合作用 被光束照射到 的部位 所有受光部位 少量的DNA、RNA、核糖体 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。 归纳总结—学习笔记P63 恩格尔曼实验设计的4点巧妙之处 (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。 归纳总结—学习笔记P63 对比实验 前后自身对照实验 教材102 (1)在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？ 这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于需氧细菌在此区域分布。 (2)如果对恩格尔曼的第二个实验进行改进，用透过三棱镜的光先通过叶绿体色素提取液，再照射到载有水绵和需氧细菌的临时装片上，一段时间后，需氧细菌分布有何特点？ 三棱镜将光分为七色光，叶绿体色素提取液主要吸收红光和蓝紫光，故先透过三棱镜，再通过叶绿体色素提取液后照射到水绵临时装片上的光中红光和蓝紫光较弱，水绵不同部位的光合作用强度相差不大，产生氧气的量大致相同，因此水绵周围需氧细菌分布无显著差别。 (1)氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素(2023·全国乙，2A)(　　) (2)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(2023·全国乙，2D)(　　) (3)某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，研磨时用水补充损失的提取液(2024·广东，3B)(　　) (4)某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，将两组滤纸条置于同一烧杯中层析，用过的层析液直接倒入下水道(2024·广东，3CD)（ ） (5)纸层析法分离叶绿体色素时，以多种有机溶剂的混合物作为层析液(2021·河北，3C)(　　) √ × 判断正误—学习笔记P7 × × √ 考向一　捕获光能的色素和结构 1.(2024·贵州，3)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 √ 迁移应用—学习笔记P63 2.(2023·江苏，12)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验的叙述，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．(2022·湖北选择)某植物的2种黄叶突变体表型相似，测定各类植株叶片的光合色素含量(单位：μg·g－1)，结果如下表。下列有关叙述正确的是(　　) A．2种突变体的出现增加了物种多样性 B．突变体2比突变体1吸收红光的能力更强 C．2种突变体的光合色素含量差异是由不同基因的突变所致 D．叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色 植株 类型 叶绿 素a 叶绿 素b 类胡萝 卜素 叶绿素/类 胡萝卜素 野生型 1 235 519 419 4.19 突变体1 512 75 370 1.59 突变体2 115 20 379 0.36 √ 考向二　叶绿素合成的问题分析 3.请回答关于叶绿素合成的问题 (1)(2022·湖南，17节选)将纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床，作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8～10 μmol/(s·m2)时，固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量；日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒，浸种1天后，播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中，保湿透气，昼/夜温为35 ℃/25 ℃，光照强度为2 μmol/ (s·m2)，每天光照时长为14小时。在此条件下，该水稻种子_____(填“能”或“不能”)萌发并成苗(以株高≥2厘米，至少1片绿叶视为成苗)，理由是_______________________________________________________________________。 能 种子萌发形成幼苗的过程中，消耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物，且光照有利于叶片叶绿素的形成 (2)(2024·湖南，17节选)钾是植物生长发育的必需元素，主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明，缺钾导致某种植物的气孔导度下降，使CO2通过气孔的阻力增大；Rubisco的羧化酶(催化CO2的固定反应)活性下降，最终导致净光合速率下降。长期缺钾导致该植物的叶绿素含量______，从叶绿素的合成角度分析，原因是_____________________________________________________ _______________________________________________________________(答出两点即可)。 减少 缺钾会使叶绿素合成相关酶的活性降低；缺钾会影响细胞的渗透调节，进而影响细胞对Mg、N等元素的吸收，使叶绿素合成减少 (3)(2022·辽宁，22节选)浒苔是形成绿潮的主要藻类。绿潮时浒苔堆积在一起，形成大量的“藻席”，造成生态灾害。为研究浒苔疯长与光合作用的关系，进行如下实验： 测定三个样品的叶绿素含量，结果见表。 数据表明，取自“藻席”下层的样品叶绿素含量最高，这是因为___________________________________________。 样品 叶绿素a/(mg·g－1) 叶绿素b/(mg·g－1) 上层 0.199 0.123 中层 0.228 0.123 下层 0.684 0.453 下层阳光少，需要大量叶绿素来捕获少量的阳光 光合作用原理的探索 < 考点二 > 探索光合作用的部分实验 铁盐或其他氧化剂 CO2 水 必备知识—学习笔记P64 1.希尔反应是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水? 不能，反应体系中可以还存在其他氧元素供体。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。 2.希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应? 能，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素 水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。 讨论： 探究光合作用原理的部分实验 35 延伸思考1：希尔实验中的氧化剂起到什么作用？ 结合水分解产生的2H+和2e- 延伸思考2：叶绿体内参与光合作用的氧化剂是什么？ NADP+ ， NADP++H++2e NADPH 酶 根据希尔实验的表达式，回答下列问题。 O2 H+ H2O 光照、离体叶绿体 铁盐（或其他氧化剂） 探究光合作用原理的部分实验 P103右侧 氧化型辅酶Ⅱ 还原型辅酶Ⅱ 2H+ 1/2 O2↑ 同位素标 记 光合作用释放的O2 光照射下的 小球藻悬液 该实验设置了对照，自变量是标记物质(H218O和C18O2)，因变量是 。 释放的O2的相对分子质量 光照射下的小球藻悬液 在鲁宾和卡门的实验中，用18O同时标记H2O和CO2行吗？为什么？ 不行，若同时标记H2O和CO2，则不能区分产物O2中的氧元素是来自H2O还是CO2。 必备知识—学习笔记P64 H2O O2+NADPH +能量 光照 叶绿体 ADP+Pi ATP ATP合成酶 拓展：叶绿体类囊体薄膜上能量转化示意图 39 阿尔农实验2： 离体叶绿体实验过程及结果 组别 条件 过程 现象 1 黑暗 提供CO2，NADPH、ATP 产生(CH2O) 2 黑暗 提供CO2，不提供NADPH、ATP 不产生(CH2O) 3 光照 提供CO2，不提供NADPH、ATP 产生(CH2O) 结论：CO2转化成(CH2O)需要_____反应提供_________和______ 。 光 NADPH ATP 探究光合作用原理的部分实验 将小球藻放置在密闭容器中,然后将14C标记的14CO2通入容器，在照光后的不同时间，将培养的小球藻浸入热的乙醇中，这种处理有三种功效:杀死细胞、终止酶的作用、提取溶解的分子。然后将提取物用纸层析法分离，并通过一定的方法鉴定其成分。 卡尔文和他的科研小组通过不断缩短光照时间，发现放射性几乎只出现在一种三碳化合物（ C3化合物）中，从而证明最先生成的是C3化合物。 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，想要探究CO2转化成的第一个产物是什么，可能的实验思路是： 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 转化成的第一个产物 20世纪40年代美国卡尔文 结合上述现象大致描述CO2转化成有机物过程中，C的转移途径： CO2 C3 (CH2O) C5 暗反应中碳的转化和去向研究 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14CO2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： 关键能力—学习笔记P7 (1)卡尔文等人用沸腾的乙醇杀死细胞，目的是 。 (2)随后通过双向纸层析分离小球藻中的有机物。对代谢物纸层析的原理是什么？ 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。 终止反应，溶解有机物 (3)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 (填“相同”或“不同”)的层析液，判断依据是___________________________________________ 。 不同 有的斑点在层析液A中的扩散距离无明显差异， 而在层析液B中差异明显 (4)与单向纸层析相比，双向纸层析的优点是什么？ 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。 (5)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 (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 (　　) (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(　　) √ × √ 判断正误 考向三　光合作用原理的探究 4.(2025·龙岩检测)卡尔文将14C标记的CO2通入正在进行光合作用的小球藻培养液中，然后在培养后不同时间(0.5 s、3 s、10 s等)将培养液迅速倾入热乙醇中以杀死细胞，最后利用层析法和放射自显影技术进行物质的分离和鉴定，实验结果如图。下列相关分析不正确的是 A.用14C标记CO2可排除细胞中原有物质的干扰 B.热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行 C.推测暗反应的初产物可能是3-磷酸甘油酸 D.可依据放射性的强弱推测出暗反应的过程 √ 迁移应用—学习笔记P65 5.(2024·潜江模拟)实验中常用希尔反应来测定除草剂对杂草光合作用的抑制效果。希尔反应基本过程：将黑暗中制备的离体叶绿体加到含有DCIP(氧化型)、蔗糖和磷酸缓冲液(pH＝7.3)的溶液中并照光。水在光照下被分解，产生氧气等，溶液中的DCIP被还原，颜色由蓝色变成无色。用不同浓度的某除草剂分别处理品种甲和品种乙杂草的离体叶绿体并进行希尔反应，实验结果如图所示。下列叙述错误的是 A.相同浓度除草剂处理下，单位时间内溶液颜色变化慢的品种受除草剂抑制效 果更显著 B.与品种乙相比，除草剂抑制品种甲类囊体的功能较强 C.除草剂浓度为K时，品种乙的叶绿体能合成有机物 D.不用除草剂处理时，品种乙的叶绿体放氧速率等于品种甲 √ 一、过教材 1.下列关于绿叶中色素的提取和分离的叙述，正确的是 A.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色素 B.二氧化硅的作用是防止研磨过程中色素被破坏，加入碳酸钙的作用是有助于研磨充分 C.绿叶中色素的提取和分离实验中，用单层滤纸过滤研磨液以提高色素纯度 D.制备滤纸条时用圆珠笔画横线更方便 E.为使色素带清晰，画滤液细线后需紧接着重复画线 F.滤液细线应该触及层析液，便于色素的溶解和分离 G.胡萝卜素含量最少，但在层析液中的溶解度最高 H.蓝绿色的色素带最宽，是因为叶绿素b的含量最多 I.色素带的宽窄反映了相应色素在层析液中溶解度的大小 √ 查落实固基础—学习笔记P65 2.下列有关捕获光能的色素和结构的叙述中，正确的是 A.胡萝卜素和叶黄素主要吸收红光 B.如果植物缺少镁，则仅有蓝紫光的吸收会受到影响 C.温室或大棚种植蔬菜时为促进植物的光合作用，补充白色光并不是最佳选择 D.叶绿体具有双层膜结构，捕获光能的色素位于内膜上 E.恩格尔曼实验中用水绵做实验材料是因为其叶绿体呈椭球形便于观察 F.恩格尔曼实验中通过同位素示踪法证明了氧气是叶绿体释放出来的 G.恩格尔曼实验中实验材料先放在没有空气的黑暗环境中以排除氧气和光的干扰 H.恩格尔曼实验中根据产生气泡的位置来确定绿色植物进行光合作用的部位 √ √ 3.下列关于光合作用的探索实验，叙述错误的是 A.恩格尔曼通过实验发现，光合作用时叶绿体主要吸收红光和蓝紫光 B.希尔运用同位素标记法证明了叶绿体在光下可释放出氧气 C.希尔反应可以证明水的光解产生的O2，全来自水 D.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 E.鲁宾和卡门通过实验证明了光合作用释放的氧气全部来自水 F.阿尔农发现叶绿体合成ATP 的过程总是伴随着水的光解 G.卡尔文用荧光标记法探明了CO2中的碳如何转移到有机物中 √ √ √ 二、过高考 1.(2022·广东，18节选)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。 回答下列问题： 结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量 ，原因可能是________ 。 高 遮阴条件 下植物合成较多的叶绿素 2.(2024·甘肃，17节选)类胡萝卜素不仅参与光合作用，还是一些植物激素的合成前体。研究者发现了某作物的一种胎萌突变体，其种子大部分为黄色，少部分呈白色，白色种子未完全成熟即可在母体上萌发。经鉴定，白色种子为某基因的纯合突变体。在正常光照下(400 μmol·m－2·s－1)，纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失。将野生型和纯合突变体种子在黑暗中萌发后转移到正常光和弱光(1 μmol·m－2·s－1)下培养一周，提取并测定叶片叶绿素和类胡萝卜素含量，结果如图所示。回答下列问题： (1)提取叶片中叶绿素和类胡萝卜素常使用的溶剂是 ，加入少许碳酸钙可以 。 (2)野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高，其原因是______ 。 无水乙醇 防止研磨中色素被破坏 叶绿素 的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成 (3)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子，因为____________ ________________________________________________________________________________________。 (4)现已知此突变体与类胡萝卜素合成有关，本研究中支持此结论的证据有：①纯合体种子为白色；②____________________________________ ________________________。 纯合突变体叶片中的叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低，光合作用极弱，无法满足植株生长对有机物的需求 与野生型相比，纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量极低(几乎为零) $$