第二单元 第11课时 捕获光能的色素和结构及探索光合作用的经典实验（学生用书Word）-【高考领航】2026年高考生物大一轮复习学案

第11课时　捕获光能的色素和结构及探索光合作用的经典实验 　1.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。　2.活动：绿叶中色素的提取和分离。 　　　考点一　捕获光能的色素 1．绿叶中色素的提取和分离 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)绿叶中色素的吸收光谱及其分析 由图可以看出 教材细节诊断 1．色素可以用无水乙醇进行分离。(　　) 2．通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用。(　　) 3．叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光。(　　) 4．叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多。(　　) 实验异常现象分析 考向1　色素的提取和分离实验 1．(2024·广东卷)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 2．(2024·贵州卷)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 考向2　色素的种类和作用 3．高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。图中②③是两种叶绿素的吸收光谱。下列相关叙述正确的是(　　) A．图中②和③主要分布在叶绿体的内膜上 B．光合作用中①主要吸收红光和蓝紫光 C．植物叶片呈现绿色是由于②③主要吸收绿光 D．弱光下②的相对含量增高有利于植物对弱光的利用　 考点二　叶绿体的结构和功能及探索光合作用的经典实验历程 1．叶绿体的结构和功能 　（必修1 P100～101思考·讨论）恩格尔曼实验设计的巧妙之处。 (1)实验材料用水绵和需氧细菌，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，相当于一组对比实验。 (4)临时装片__________与完全暴露在光下的实验再一次验证实验结果。 2．探索光合作用的部分实验 年份 科学家 发现 19世 纪末 — 科学界普遍认为，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 1928 年 — 发现________对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过____________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________________________的化学反应称作希尔反应 1941 年 美国科学家鲁宾和卡 门 用______________的方法，研究了光合作用中氧气来源于H2O： H218O＋CO2→植物→______； H2O＋C18O2→植物→______ 1954 年 美国科学家阿尔农 在光照下，叶绿体可合成________。1957年，他发现该过程总是与____________相伴随 20世 纪40 年代 美国科学家卡尔文 利用____________________法，用经过14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪____________________，探明了CO2中的碳转化为有机物的途径 教材细节诊断 1．光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。(　　) 2．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。(　　) 3．鲁宾和卡门实验和卡尔文实验都采用了放射性同位素标记技术。(　　) 　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，实验思路是_____________________________。 　某同学以菠菜的绿叶为材料，制备了完整叶绿体悬浮液，并均分为两组，进行如下实验： 组别 加入物质 条件 实验现象 A组 DCPIP 溶液 适宜温度和光照等条件 产生气泡，DCPIP溶液变为无色 B组 适量磷酸、 NaHCO3 (CH2O)/C3比值增高 注：DCPIP氧化态为蓝紫色，被还原后为无色。 (1)A组气泡中成分是______，DCPIP溶液由蓝紫色变无色的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (2)B组(CH2O)/C3比值增高原因是_______________________________。 考向1　叶绿体的结构和功能 1．叶绿体中紧密垛叠的类囊体称为基粒类囊体，而与基粒相连的非垛叠的结构称为基质类囊体。下列叙述错误的是(　　) A．基粒类囊体膜和基质类囊体膜相互连接形成连续的膜系统 B．垛叠区与非垛叠区的比例会影响叶绿体对光能的捕获和利用 C．类囊体垛叠形成基粒扩展了受光面积，可提高对光能的利用率 D．基质类囊体中不含光合色素，是光合作用暗反应进行的场所 2．（2025·广东深圳模拟）叶绿体基因编码的D1蛋白是光合复合体的核心蛋白，位于叶绿体类囊体薄膜上，结构如图所示。相关说法正确的是(　　) A．D1蛋白肽链氨基端位于细胞质基质 B．D1蛋白的亲水部分分布于脂双层内 C．D1蛋白参与二氧化碳的固定与还原 D．D1蛋白在叶绿体内的核糖体上合成 考向2　光合作用原理的实验探究分析 3．1941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的来源，实验部分过程及结果如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．18O不具有放射性，是稳定的同位素，可用于示踪物质运行和变化规律 B.另一组实验及结果图应为：将H218O换成H2O，CO2换成C18O2，其余不变 C．该实验的预期结论是光合作用产生的O2中的O部分来自H2O D．实验中小球藻的细胞内含有藻蓝素和叶绿素，没有完整的叶绿体 4．（2025·江苏南通检测）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　　 角度1　考查色素的提取和分离 1．（2023·江苏卷）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 角度2　考查色素的种类和作用 2．（2023·全国乙卷）植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是(　　) A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素 B．叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上 C．用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰 D．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 3．（2024·河北卷）高原地区蓝光和紫外光较强，常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响，研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率，以及覆膜后幼苗光合色素的含量，结果如图、表所示。 回答下列问题： (1)如图所示，三种颜色的膜对紫外光、蓝光和绿光的透过率有明显差异，其中________光可被位于叶绿体________上的光合色素高 效吸收后用于光反应，进而使暗反应阶段的C3还原转化为________和________。与白膜覆盖相比，蓝膜和绿膜透过的________较少，可更好地减弱幼苗受到的辐射。 (2)光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比，选择适当波长的光可对色素含量进行测定。提取光合色素时，可利用____________作为溶剂。测定叶绿素含量时，应选择红光而不能选择蓝紫光，原因是_______________________________。 (3)研究表明，覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。根据上述检测结果，其原因为___________________________________（答出两点即可）。 请完成限时规范训练（十一） 第11课时　捕获光能的色素和结构 及探索光合作用的经典实验 考点一 知识精细梳理 有机　层析液　高　二氧化硅　碳酸钙 扩散均匀　橙黄色　叶黄素　黄色　叶绿素a 蓝绿色　黄绿色　类囊体薄膜　400～760 nm　可见光　红光和蓝紫光　蓝紫光 教材细节诊断 1．×　2.×　3.×　4.× 命题考向突破 1．C　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，选择新鲜程度相同的绿叶和黄叶分开研磨，A错误；光合色素是脂溶性的物质，不溶于水而溶于无水乙醇，常用无水乙醇作为提取液提取光合色素，B错误；两组滤纸条在同一烧杯中层析可以保持无关变量一致，减少实验误差，C正确；层析液中含有毒性的挥发性物质，不可直接倒入下水道，D错误。 2．D　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，因此使用蓝紫光波段测定的为叶绿素和类胡萝卜素的总含量，D错误。 3．D　图中②表示叶绿素b、③表示叶绿素a，②③分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A错误；①表示类胡萝卜素，主要吸收蓝紫光，B错误；植物叶片呈现绿色是由于叶片中含有叶绿体，叶绿体中含有绿色的叶绿素(②③)，叶绿素吸收绿光很少，反射绿光使得叶片呈绿色，C错误；结合题意“在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境”可知，弱光下②(叶绿素b)的相对含量增高有利于植物对弱光的利用，D正确。 考点二 知识精细梳理 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 细节拾遗　(1)螺旋带状　释放氧气　(2)氧气和光　 (3)有光照　无光照　(4)局部曝光 甲醛　光合作用　水的光解、产生氧气　 同位素示踪　18O2　O2　ATP　水的光解　放射性同位素标记　放射性14C 的去向 教材细节诊断 1．×　2.√　3.× 重难情境探究 教材情境开发 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CO2转化成的第一个产物 创新情境进阶 (1)O2　光反应阶段产生的NADPH使DCPIP还原(DCPIP被光反应产生的NADPH还原)　(2)磷酸有利于光反应阶段中ATP的形成，进而促进暗反应中C3的还原形成(CH2O) 命题考向突破 1．D　基粒类囊体膜和基质类囊体膜相互连接形成连续的膜系统，垛叠区的类囊体膜上含有光合色素，光合色素与光能的利用和捕获有关，类囊体垛叠形成基粒扩展了受光面积，可提高对光能的利用率，因此，垛叠区与非垛叠区的比例会影响叶绿体对光能的捕获和利用，暗反应是在叶绿体基质中进行的，A、B、C正确，D错误。 2．D　分析题图可知，D1蛋白肽链氨基端位于叶绿体基质中，A错误；磷脂的尾部疏水，头部亲水，故D1蛋白的亲水部分分布于脂双层外，B错误；分析题图和题干可知，D1蛋白位于叶绿体类囊体薄膜上，而二氧化碳的固定与还原发生在叶绿体基质中，故D1蛋白不参与二氧化碳的固定与还原，C错误；蛋白质的合成场所为核糖体，且叶绿体基因编码的D1蛋白是光合复合体的核心蛋白，故D1蛋白在叶绿体内的核糖体上合成，D正确。 3．A　18O不具有放射性，是稳定的同位素，可用于示踪物质运行和变化规律，A正确；另一组实验及结果图应为：将O换成H2O、CO2换成C18O2、18O2换成O2，其余不变，B错误；该实验的预期结论是光合作用产生的O2中的O全部来自H2O，C错误；小球藻是真核生物，不同于蓝细菌，具有完整的叶绿体，含有叶绿素和类胡萝卜素，D错误。 4．D　该实验可通过放射性出现的先后顺序来推测暗反应的过程，D错误。 真题感悟·考教衔接 1．B　用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止叶绿素分子被破坏，A不合理；画滤液细线时要间断画2～3次，即等上一次干了以后再画下一次，若连续多次重复画滤液细线，虽可累积更多的色素，但会造成滤液细线过宽，易出现色素带重叠，B合理；该实验中分离色素的方法是纸层析法，可根据各种色素在滤纸条上呈现的色素带的宽窄来比较判断各种色素的含量，但该实验不能具体测定绿叶中各种色素含量，C不合理；花青素存在于液泡中，溶于水不易溶于有机溶剂，故若得到5条色素带，距离滤液细线最近的色素带为花青素，应在叶绿素b的下方，D不合理。 2．D　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快，D错误。 3．解析：(1)位于叶绿体类囊体薄膜上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光。光反应产生的NADPH和ATP参与暗反应的C3还原过程，使C3转化为(CH2O)和C5。分析图形，蓝膜与绿膜对紫外光的透过率低于白膜，减弱了紫外光对幼苗的辐射。(2)无水乙醇可作为提取光合色素的溶剂。类胡萝卜素和叶绿素都能吸收蓝紫光，而叶绿素还能吸收红光，因此测定叶绿素含量时应选择红光，以避免类胡萝卜素对实验的干扰。(3)分析表格，蓝膜覆盖下藏川杨幼苗的叶绿素含量和类胡萝卜素含量均高于白膜和绿膜，光合色素含量高，吸收的光能较多，藏川杨幼苗的光合速率较强。分析柱形图，蓝膜覆盖下蓝光透过率高于白膜和绿膜，有利于植物进行光合作用；蓝膜覆盖下紫外光的透过率低于白膜和绿膜，减弱了对幼苗的伤害，有利于幼苗生长。故覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。 答案：(1)蓝　类囊体薄膜　(CH2O)(或糖类)　C5　紫外光　(2)无水乙醇　叶绿素和类胡萝卜素都能吸收蓝紫光，而叶绿素还能吸收红光，选择红光可以避免类胡萝卜素对实验的干扰　(3)蓝膜覆盖下蓝光透过率高于白膜和绿膜，有利于藏川杨幼苗进行光合作用；蓝膜覆盖下叶绿素含量和类胡萝卜素的含量均高于白膜和绿膜，藏川杨幼苗光合速率较强；蓝膜覆盖下紫外光的透过率低于白膜和绿膜，减弱了对幼苗的伤害(答出两点) 学科网（北京）股份有限公司 $