2026届高三生物一轮复习课件第三单元 第15课时 捕获光能的色素和结构及光合作用原理的探索

第三单元 第15课时 捕获光能的色素和结构及光合作用原理的探索 苏州市2026届高三生物一轮复习 1 考点一 一、捕获光能的色素 1.绿叶中色素的提取和分离P98 （1）实验原理 整合 必备知识 实验步骤 提取绿叶中的色素 画滤液细线 称取5g绿叶 放入研钵 剪去主脉 剪碎 研磨 过滤 加棉塞 制备滤纸条 分离绿叶中的色素 观察记录 液面 滤液细线 橙黄色 黄色 蓝绿色 黄绿色 层析液 1 2 3 4 5 CaCO3 SiO2 无水乙醇 单层尼龙布 纸层析法 （2）实验步骤 待滤液干后，再重复画一到两次。 不能让滤液细线触及层析液，否则滤液细线中的色素会被层析液溶解，而不能在滤纸上扩散。 整合 必备知识 1.绿叶中色素的提取和分离 导学案：滤纸？脱脂棉？ 1.过滤时漏斗基部的单层尼龙布不可以用滤纸代替，是因为滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低。 可以用脱脂棉过滤菠菜叶的色素研磨液，再用纸层析法分离色素，滤纸条上能出现四条清晰的色素带。 2.试管口塞紧防止无水乙醇挥发和色素氧化。、 3.制备滤纸条时，剪去滤纸条的两角的原因是可以防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快，即：使层析液在滤纸条上扩散速度均衡，这样有利于得到清晰整齐的色素带。 4.画滤液细线的要求是细、直、齐；待滤液干后，再重画一到两次可以增加滤液细线中色素的含量。 5.分离色素时，为防止滤液细线上的色素溶解到层析液中，不能让滤液细线触及层析液。 4 色素分离的改进 —— 灯芯法 橙黄色 黄色 蓝绿色 黄绿色 （2）实验步骤 分离叶绿体中的色素，如果在滤纸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，会出现什么结果？请以图的形式画出来。 答案 色素圈 滤纸 棉线 （灯芯） 层析液 提升 1.绿叶中色素的提取和分离 关键能力 提升 5 橙黄色 黄色 蓝绿色 黄绿色 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 类胡萝卜素 (¼) 叶绿素 (¾) 滤液细线 较多 最少 较少 最多 颜色 色素种类 色素含量 光合色素 （3）结果分析 整合 1.绿叶中色素的提取和分离 必备知识 6 导学案：出现以下现象的可能原因？ 滤纸条上未得到色带 滤纸条上的色带颜色较浅 滤纸条上的色带重叠 整合 1.绿叶中色素的提取和分离 必备知识 __________________________________、____________________________、_______________________________ ①研磨不充分(未加入SiO2)②用清水代替乙醇进行提取③滤纸条没经干燥处理④提取时加入的乙醇过多⑤滤液细线浸没到层析液中⑥滤液细线画得过粗或不整齐⑦滤液细线画的次数不够⑧未加CaCO3，色素分子被破坏⑨所取的绿叶不新鲜 7 2.光合色素的功能 （1）吸收光谱 ②色素的颜色是由其_____的光所决定 光谱 吸收光谱 ① P99，学科交叉：叶绿体中的色素只吸收 ，而对红外光和紫外光等不吸收。 可见光 整合 必备知识 反射 A.叶绿素主要吸收红光和蓝紫光 B.叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同 C.类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光 2.光合色素的功能 （1）吸收光谱 整合 必备知识 光合色素功能：吸收、传递（四种色素）、转化光能（只有少数特殊状态的叶绿素a） 叶绿素a:C55H72O5N4Mg 叶绿素b:C55H70O6N4Mg 胡萝卜素：C40H56 叶黄素：C40H56O2 整合 必备知识 2.光合色素的功能 只有少数叶绿素a是反应中心色素 10 教材隐性知识：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_____，弱光下的吸收能力 ，有利于提高植物的捕光能力，是对弱光环境的一种适应。 (3)植物工厂里为什么不用发绿光的光源？ (4)蔬菜大棚薄膜最好选用______（填“无色”、“红色”或“蓝色”）塑料薄膜，原因是_______________________________________________。 宽 降低 增强 这种波长的光不能被光合色素吸收，因此不能用于光合作用中合成有机物。 整合 必备知识 （2）光合色素的功能 光合作用中红光的能量转化效率高 蓝光有利于植物蛋白的合成 红光有利于植物糖类的合成 在人工提供光源进行光合作用时(如:太空培育植物、植物工厂等)，主要是提供90%的红光+10%的蓝光 90% 10% 红光 蓝光 仅从能量角度考虑，单独使用红光最好，但实际上不同植物、不同生长阶段需要不同比例的光照，这样植物才能长的更好。90%的红光和10%的蓝光配方也只是比较常见的一组光配方。 整合 必备知识 12 教材隐性知识：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_____，弱光下的吸收能力 ，有利于提高植物的捕光能力，是对弱光环境的一种适应。 (3)植物工厂里为什么不用发绿光的光源？ (4)蔬菜大棚薄膜最好选用______（填“无色”、“红色”或“蓝色”）塑料薄膜，原因是_______________________________________________。 宽 降低 增强 这种波长的光不能被光合色素吸收，因此不能用于光合作用中合成有机物。 整合 必备知识 无色 无色材料可透过各种波长的光，光合色素可捕获更多的光能用于光合作用 (5)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。这种现象是如何造成的？ 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。 吸收蓝紫光较多的红藻分布于海水的深层。 吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层； 吸收蓝紫光和绿光较多的褐藻分布于海水中层； 教材深挖：新教材P一101，拓展应用1 提升 关键能力 总结1： 影响叶绿素合成的三大因素 整合 必备知识 正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例为3∶1，且对绿光吸收最少，所以正常叶片总是呈现绿色 叶绿素不稳定，易分解 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而变黄 秋天降温时，植物体为适应寒冷环境，体内积累了较多的可溶性糖，酸性物质产生多，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶片呈现红色 15 总结2：植物色素 比较项目 光合色素 细胞液色素 存在部位 叶绿体 液泡 溶解性 脂溶性 水溶性 代表种类 类胡萝卜素和叶绿素 花青素 颜色 橙黄、黄、绿 红、蓝、紫 颜色变化 不随pH改变变化颜色 随pH改变变化颜色 红苋菜：炒菜菜汤出色，因为是水溶性的花青素。 胡萝卜：炒菜菜汤不出色，因为是脂溶性的胡萝卜素。 整合 必备知识 (1)氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素 (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 √ × 判断正误 (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 × (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 × (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 √ (6) 依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离 × (7)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 (8)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 (9)制备滤纸条时用圆珠笔画横线更方便 (10)为使色素带清晰，画滤液细线后需紧接着重复画线 (11)滤液细线应该触及层析液，便于色素的溶解和分离 (12)胡萝卜素含量最少，但在层析液中的溶解度最高 (13)蓝绿色的色素带最宽，是因为叶绿素b的含量最多 (14)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 √ 判断正误 √ × × × × × × 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 评价 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 迁移应用 评价 B 3.（2025·宿迁模拟，多选）如图所示，某同学用薄层层析硅胶板对菠菜绿叶中的色素进行分离。薄层层析硅胶板板面纯白平整，均匀细密，层析所得色素斑点清晰，分离效果好。下列叙述正确的是 迁移应用 评价 ACD A．可以使用体积分数95%的乙醇加入适量无水碳酸钠提取色素 B．分离色素时为减少层析液挥发，应该关闭门窗，减少空气流动 C．若提取时没有添加碳酸钙，硅胶板上可能只出现上方两个色素斑点 D．四种色素斑点从上往下颜色顺序为橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色 考点二 二、叶绿体的结构和功能 1.叶绿体的结构模式图 整合 必备知识 DNA、RNA 核糖体 基粒 双层膜 （1）4种光合色素分布在_________________。 （2）与光合作用有关的酶分布在__________________ __________________ （3）外膜和内膜是透明的有利于光的透过。 类囊体薄膜 类囊体薄膜 叶绿体基质 23 恩格尔曼实验1： 2.叶绿体的功能 整合 必备知识 实验结论： 氧气是叶绿体在光下放出来的。 恩格尔曼实验设计的巧妙之处: (1)实验材料用_________________，水绵的叶绿体呈___________分布，便于观察，用需氧细菌可确定_____________的部位。 (2)没有空气的黑暗环境排除了______________的干扰。 (3)用极细的光束照射，叶绿体上可分为___________和___________的部位，相当于一组对照实验。 (4)临时装片局部曝光与完全暴露在光下的实验再一次验证实验结果。 水绵和需氧细菌 螺旋带状 释放氧气 氧气和光 有光照 无光照 整个装片曝光于光下，好氧细菌聚集在叶绿体上。 黑暗无氧环境中用极细光束照射好氧细菌聚集在叶绿体被光照的地方 24 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片， 发现大量的好氧细菌聚集在红光区和蓝紫光区。 实验结论： 叶绿体主要利用红光和蓝紫光释放氧气 恩格尔曼实验2： 白光 三棱镜 2.叶绿体的功能 整合 必备知识 25 类囊体膜上和叶绿体基质中含有多种光合作用所必需的酶 结论：叶绿体是光合作用的场所。 直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。 恩格尔曼实验 之后研究发现 2.叶绿体的功能 整合 必备知识 蓝细菌光合作用场所 光合色素主要是叶绿素和藻蓝色，无叶绿体，光合场所是光合 片层，有特殊的羧酶体。 思考 拓展延伸 （1）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 （2）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 （3）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 （4）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 判断正误 × × √ × 考点三 三、探索光合作用原理的部分实验 整合 必备知识 19世纪末 1941年 鲁宾和卡门 1937年 希尔 1928年 19世纪60年代 1954年 阿尔农 离体叶绿体 加草酸铁（电子受体、氧化剂）； 抽去空气中的CO2和O2（有H2O)； 给予光照 材料 处理 结果 Fe3+被还原成Fe2+，离体叶绿体有O2释放 【思考】1.请推测一下，O2从何而来？ 提示：水在光下分解，产生O2 离体叶绿体 铁盐(或其他氧化剂) H2O 2H+ + O2 光照 希尔反应 【思考】希尔实验中加入氧化剂的作用是什么？ 植物光合作用时，谁承担了与草酸铁一样的功能呢？ 提示：电子受体和氢受体 NADP+ 辅酶I和辅酶II并不是酶，其化学本质也不是蛋白质。辅酶是一大类有机辅助因子的总称，是酶催化氧化还原反应、基团转移和异构反应的必须因子。 【思考】希尔的实验是否说明植物光合作用产生的氧气全部都来自水？ 提示：不能，反应体系中可以还存在其他氧元素供体。 【思考】希尔实验中加入氧化剂的作用是什么？ 提示:水的光解是一种氧化还原反应，水光解后产生O2、H+和电子，草酸铁即氧化剂是电子受体和氢受体。 二十世纪五十年代中期，科学家在发现在叶绿体中有天然的电子受体NADP+(氧化型辅酶Ⅱ)，其接受电子与H+结合形成NADPH（还原型辅酶Ⅱ） 30 相互对照实验（对比实验）同位素标记法 鲁宾和卡门的实验说明： 整合 必备知识 19世纪末 1941年 鲁宾和卡门 1937年 希尔 1928年 19世纪60年代 1954年 阿尔农 光合作用产生的氧气中氧元素全部来源于水。 光合作用生成的O2中的是否全部来自H2O？ 31 整合 必备知识 19世纪末 1941年 鲁宾和卡门 1937年 希尔 1928年 19世纪60年代 1954年 阿尔农 【思考】ATP合成时的能量直接来自哪里呢？ 1954年 美国科学家阿尔农 1954年，美国科学家阿尔农发现， 在光照下，叶绿体可利用ADP和Pi合成ATP。 1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴。 15:38 如何探究CO2在暗反应中的转移途径呢？ 不断调整光照时间，发现放射性依次出现在为2-磷酸甘油酸(C3)、3-磷酸甘油醛(C3)、葡萄糖(C6)和RUBP(C5)等有机物中。 提升 关键能力 1946年 美国科学家卡尔文 1、向小球藻类培养液中加入14CO2 2、连续60s光照，将藻类细胞置于热酒精中杀死 3、提取并用双向纸层析法分离溶解物中的分子 4、进行放射性显影，以确定放射性的部位 60s光照检测到了多种带14C标记的化合物 光照几分之一秒后，放射性主要集中在一种三碳化合物，化学分析表明为3-磷酸甘油酸（C3)。 结论：光合产物中有机物的碳来自CO₂ 光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，分别间隔一定时间后并将样品立即加入到煮沸的甲醇中，然后用甲醇将标记化合物提取出来，再通过双向纸层析法分离混合代谢产物。 34 提升 关键能力 C5 2C3 还原的C3 CO2 （CH2O） 多种酶 卡尔文循环 上述实验表明，光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。P103 (1) 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 (2)希尔反应可以证明水的光解产生的O2，全来自水 (3)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 (4)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 (5)阿尔农发现叶绿体合成ATP的过程总是伴随着水的光解 (6)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 判断正误 × × √ √ √ × 1.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 评价 2.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 √ 1.（2022·重庆卷）科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱 动产生 （如图Ⅰ）。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。 Ⅰ Ⅱ 评价 迁移应用 （1）制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是 ________________________________________；为避免膜蛋白被降解，提取液应保 持______（填“低温”或“常温”）。 维持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂 低温 解析 制备类囊体时，其提取液中需要添加适宜浓度的蔗糖，维持类囊体内外的渗透 压，避免类囊体破裂，以保证其结构完整；为避免膜蛋白被降解，提取液应该保持 低温，降低蛋白酶的活性。 39 （2）在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验，发现该实验条件下，也能产生 。但该实验 不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的 浓度差，原因是_______________ _________________________________________________________________________。 实验Ⅱ是在光照 条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自光能还是来自膜内外浓度差 评价 迁移应用 40 Ⅲ （3）为探究自然条件下类囊体膜内外产生 浓度差的原因， 对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，结果如图Ⅲ所 示，悬液的 在光照处理时升高，原因是__________________ _________________。类囊体膜内外的 浓度差是通过光合电 子传递和 转运形成的，电子的最终来源物质是____。 类囊体膜外的被 转移到类囊体膜内 水 解析 对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，悬液的在光照处理时升 高，推测可能是因为类囊体膜外的 被转移到类囊体膜内。类囊体膜内外的 浓度差是通过光合电子传递和 转运形成的，光反应过程中，水的光解伴随着电 子的传递，故电子的最终来源是水。 评价 迁移应用 41 （4）用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物。 若要实现黑暗条件下持续生产，需稳定提供的物质有___________________。生产中 发现即使增加光照强度，产量也不再增加，若要增产，可采取的有效措施有_______ ____________________________（答2点）。 、和 增加 的浓度和适当提高环境温度 解析 人工叶绿体能在光下生产目标多碳化合物，若要在黑暗条件下持续生产，则需 要提供光反应产生的物质和，以及暗反应的原料 。生产中发现即使增 加光照强度，产量也不再增加，说明暗反应已经达到最大速率，若要增产，可增加 的浓度和适当提高环境温度以增加酶的活性，从而提高光合效率。 评价 迁移应用 42 2.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： 评价 迁移应用 (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？ 提示　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？ 提示　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 B.叶绿体的结构和功能 希尔反应 鲁兵和卡门实验 阿尔侬实验 卡尔文实验 A.捕获光能的色素 色素的提取和分离 光合色素的功能 C.探索光合作用原理的部分实验 温度 pH 酶浓度 底物浓度 光合作用 课堂小结 47 $