第3单元 5 第11讲 光合作用的结构基础和过程（教师用书Word）-【金版新学案】2026年高考生物高三总复习大一轮复习讲义（人教版 多选）

该高中生物学高考复习讲义围绕光合作用的结构基础与过程核心考点，按“实验-结构-功能”逻辑梳理色素提取分离、叶绿体结构、光反应与暗反应等内容，通过考点解析、方法指导（如“来源-去路法”）、真题演练环节，帮助学生构建知识体系，突破重难点。 讲义以生命观念和科学思维为引领，创新设计“实验探究+模型建构”活动，如韭菜幼苗光照对照实验培养探究实践能力，“来源-去路法”分析C3/C5变化深化科学思维。精选分层真题训练配合即时反馈，保障复习效率，为教师把控节奏、提升学生应考能力提供有力支持。

第11讲　光合作用的结构基础和过程 课标 要求 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，转换并储存为糖类分子中的化学能。　2.实验：绿叶中色素的提取和分离。 考情 分析 1.色素的提取和分离(2024·广东卷T3；2024·甘肃卷T17；2023·江苏卷T12；2023·全国乙卷T2；2023·辽宁卷T21；2023·海南卷T16；2023·广东卷T18；2022·山东卷T21) 2.光合作用过程(2024·吉林卷T21；2023·湖北卷T8；2023·江苏卷T19；2022·重庆卷T23；2021·广东卷T12；2021·湖南卷T18；2021·河北卷T19) 考点一　实验：绿叶中色素的提取和分离 1.绿叶中色素的提取和分离 (1)实验原理 (2)实验步骤 (3)实验结果及分析 2.叶绿体中色素的吸收光谱分析 由图可以看出： 3.叶绿体的结构适于进行光合作用 (1)叶绿体的结构模式图 学生用书⬇第75页 (2)叶绿体的功能 1.正误判断 (1)(必修1 P99 正文)叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，对其他波段的可见光并非不吸收，只是吸收量较少。(√) (2)(必修1 P100 正文拓展)生物光合作用的场所不一定是叶绿体，没有叶绿体的生物也可以是自养型生物。(√) (3)(必修1 P101“概念检测”)夏天叶片呈绿色是叶片吸收绿光导致的，秋天叶片变黄，是叶黄素含量增多导致的。(×) (4)(2021·河北卷)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。(√) (5)(2020·山东卷)探究黑藻叶片中光合色素的种类时，可用无水乙醇作提取液。(√) 2.情境分析 (1)恩格尔曼对叶绿体功能以及色素的吸收光谱进行了实验探究。下图是验证叶绿体功能实验中恩格尔曼所做的实验示意图，请分析： 恩格尔曼的实验示意图　恩格尔曼第二个实验的示意图 ①恩格尔曼实验在实验材料的选取上的巧妙之处是　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　。 提示：选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位 ②恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是　　　　　　　　　　　。 提示：排除氧气和极细光束外的其他光的干扰 ③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？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 提示：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，叶绿体会释放较多氧气，适于需氧细菌在此区域分布 (2)研究表明，光照会影响韭菜叶绿素的合成，但不会影响类胡萝卜素的合成。请利用色素的提取和分离技术，以暗处生长的韭菜幼苗作为材料，设计实验以验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。 实验思路：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 预期结果：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 提示：将部分韭菜幼苗置于光照条件下培养(甲组)，部分置于黑暗条件下培养(乙组)。一段时间后，提取并用纸层析法分离两组韭菜中的色素，比较滤纸条上的色素带　甲组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带与乙组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带基本一致；甲组滤纸条上有蓝绿色和黄绿色的色素带，乙组滤纸条上没有蓝绿色和黄绿色的色素带 影响叶绿素合成的三大因素 实验过程 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(　　) 学生用书⬇第76页 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 答案：C 解析：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，选择新鲜程度不同的叶片分开研磨，A错误；色素溶于有机溶剂，不溶于水，提取液为无水乙醇，不能用水补充提取液，B错误；由于滤纸条不会相互影响，两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层析，C正确；用过的层析液含有会对环境造成污染的物质，不能直接倒入下水道，D错误。 2.(2025·辽宁锦州模拟)羽衣甘蓝因其耐寒性和叶色丰富多变的特点，成为冬季重要的观叶植物。将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样，先后置于层析液和蒸馏水中进行层析，过程及结果如图所示。已知1、2、3、4、5代表不同类型的色素。下列分析错误的是(　　) A.色素1在层析液中的溶解度最大 B.色素1、2、3、4难溶于蒸馏水 C.色素5可能存在于植物的液泡中 D.缺Mg会影响色素1和2的含量 答案：D 解析：根据层析的结果，色素1距离起点最远，说明其在层析液中的溶解度最大，A正确；根据在蒸馏水中的层析结果说明色素1、2、3、4难溶于蒸馏水，因此在滤纸上不进行扩散，B正确；根据在蒸馏水中的层析结果说明，色素5可以溶解在蒸馏水中，推测其可能是存在于植物液泡中的色素，C正确；1、2、3、4在层析液中具有不同的溶解度，推测是光合色素，因此它们依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，Mg参与构成叶绿素，故缺Mg会影响色素3和4的含量，D错误。 光合作用的结构基础 3.(2025·福建宁德模拟)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。下列关于叶绿素的叙述，错误的是(　　) A.在提取绿叶中的色素时，加入CaCO3可以保护②③不被破坏 B.色素①可以吸收少量紫外光进行光合作用 C.利用纸层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端 D.弱光下②的相对含量升高有利于植物对弱光的利用 答案：B 解析：由图中三条曲线的峰值范围推知，①为类胡萝卜素，②为叶绿素b，③为叶绿素a，在提取绿叶中的色素时，加入CaCO3可以保护叶绿素不被破坏，即可保护②③，A正确；紫外光属于不可见光，光合色素不能吸收利用，B错误；利用纸层析法分离色素时，从上至下色素分布依次是：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，因此②叶绿素b应位于滤纸条的最下端，C正确；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，即②叶绿素b相对含量升高，所以弱光下②叶绿素b的相对含量升高有利于植物对弱光的利用，D正确。 4.(2025·广东深圳高三期末)研究团队将与蓝细菌的叶绿素d、叶绿素f(吸收光谱扩展到750 nm)合成有关的基因导入某植物，并通过定点诱变该植物向光蛋白(介导植物体的叶绿体运动)基因，调节叶绿体的避光运动和趋光运动。下列对该转基因植物的描述，错误的是(　　) A.对光能的利用能力高于普通植物 B.光合色素种类与蓝细菌相同 C.叶绿体的避光和趋光运动依赖细胞质环流 D.涉及到的变异类型有基因突变和基因重组 答案：B 考点二　光合作用的过程 1.光合作用的探索实验 学生用书⬇第77页 2.光合作用过程 (1)光合作用的概念及反应式 ①光合作用的概念：绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 ②反应式(箭头表示元素的去向)： (2)光合作用的基本过程 Ⅰ.图中序号代表的物质：①NADPH，②2C3，③ADP＋Pi，④O2，⑤(CH2O)。 Ⅱ.比较光反应与暗反应 (3)光合作用和化能合成作用的比较 1.正误判断 (1)(必修1 P103、P104正文)光反应必须在光照下进行，暗反应必须在暗处进行。(×) (2)(必修1 P103 图5-14)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，在合适的条件下可完成暗反应过程。(√) (3)(必修1 P104“相关信息”)光合作用的产物有淀粉和蔗糖，淀粉和蔗糖可以进入筛管，通过韧皮部运输到植株各处。(×) (4)(2023·湖北卷)高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少。(×) (5)(2021·湖南卷)弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用。(×) 2.情境分析 (1)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。如图为卡尔文等人研究的主要流程，请回答下列问题。 ①卡尔文向密闭容器中通入14CO2，经过不同时间的照光(数秒直至数十分钟)后，将小球藻放入沸腾的酒精中处理，其目的是迅速杀死细胞，使酶失活，从而使小球藻中的化合物停留在碳反应的某一阶段；然后分离出各种化合物，测定其放射性。 ②卡尔文发现光照30秒，14C出现在三碳化合物、五碳化合物和六碳化合物、七碳化合物等20余种化合物中。要想探究光合作用暗反应产生的第一种产物，他应该如何做？ 提示：缩短光照时间，直至含有14C的化合物只有一种。 学生用书⬇第78页 (2)下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，据图分析： ①如果CO2的供应不变，突然停止光照，反应Ⅰ停止，NADPH和ATP含量下降，C3的消耗速率减慢，而CO2的供应不变，C3的生成速率不变，所以C3的含量会上升。同理C5的含量会下降，原因是停止光照，光反应停止，NADPH和ATP含量下降，C5的生成速率减慢，而CO2的供应不变，C5的消耗速率不变，所以C5的含量会下降。 ②若光照不变，CO2的供应突然停止，则C3和C5的含量如何变化？模仿上述“来源－去路法”，尝试分析。 提示：CO2的供应突然停止，C3的生成速率下降；光照不变，NADPH和ATP含量不变，C3的消耗速率不变，所以C3的含量会下降。同理，C5的含量会上升。 (3)(经典高考情境)为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下： A组：先光照后黑暗，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50％。 B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70％。 C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94％。 D组(对照组)：光照时间为135 s；光合作用产物的相对含量为100％。 回答下列问题。 ①单位光照时间内，C组植物合成有机物的量　　　　(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要　　　　，这些反应发生的部位是叶绿体的　　　　。 ②A、B、C三组处理相比，光合作用产物的相对含量依次升高的原因是什么？ 提示：①高于　光照　基质　②随着光照和黑暗交替频率的增加，使光下产生的NADPH和ATP能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用产物的相对含量。 “模型法”表示C3、C5等物质的含量变化 光合作用的探究实验 1.(2024·安徽芜湖三模)在离体叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照条件下发生了水的光解、产生氧气的现象称为希尔反应。下列叙述错误的是(　　) A.希尔反应模拟了叶绿体光合作用中光反应阶段的部分变化 B.希尔反应悬浮液中铁盐的作用与NADP＋的作用相似 C.希尔反应说明植物产生的氧气中的氧元素全部都来自水 D.希尔反应说明水的光解和糖类的合成不是同一个化学反应 答案：C 解析：希尔反应模拟了叶绿体光合作用中光反应阶段的部分变化，需要光照、水等条件，A正确；希尔反应悬浮液中铁盐的作用与NADP＋的作用相似，都具有氧化的作用，B正确；希尔反应不能证明光合作用产生的O2中的氧元素全部来自于H2O，实验中其他物质也含有氧，需要进一步研究，C错误；希尔反应过程没有加入CO2，说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应，D正确。 光合作用中的物质和能量变化 2.(多选)(2024·吉林三模)2021年Science发表了中国科学家人工合成淀粉的论文，在实验条件下，科学家们设计了化学聚糖主反应。对比植物光合作用，此反应大大提高了淀粉合成效率。下列叙述错误的是(　　) 学生用书⬇第79页 A.光合作用中类似于CO2→C1中间体→C3中间体的过程，有酶和ATP即可进行 B.人工合成淀粉过程中需多种酶参与，可以通过改造酶基因来提高催化的效率 C.植物光合作用与人工合成淀粉的途径中，都是利用还原剂作用于CO2 D.若两者固定CO2量相等，植物光合作用与人工合成淀粉的途径积累的淀粉量相等 答案：ACD 解析：人工合成淀粉新途径中有CO2→C1中间体→C3中间体的过程，绿色植物叶肉细胞内类似于该过程的是CO2的固定，不需要光反应提供ATP，A错误；可通过蛋白质工程实现对相关酶基因的改造，从而提高催化效率，B正确；植物光合作用中还原剂作用于C3，而图示中人工合成过程还原剂作用于CO2，C错误；在固定的CO2量相等的情况下，光合作用、人工合成淀粉两种途径合成糖类相同，而人工合成淀粉途径没有呼吸作用消耗糖类(而植物呼吸作用消耗糖类)，因此人工合成淀粉途径的淀粉积累量更多，D错误。 3.(2023·湖北卷)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 答案：C 解析：据图可知，在强光下，PSⅡ与LHCⅡ分离，减弱PSⅡ光复合体对光能的捕获；在弱光下，PSⅡ与LHCⅡ结合，增强PSⅡ光复合体对光能的捕获。LHCⅡ和PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化，叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，会导致类囊体膜上PSⅡ光复合体与LHCⅡ结合增多，从而使PSⅡ光复合体对光能的捕获增强，A正确。Mg2＋是合成叶绿素的原料，叶绿素能吸收、传递和转化光能，若Mg2＋含量减少，PSⅡ光复合体含有的光合色素含量降低，导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱，B正确。弱光下PSⅡ与LHCⅡ结合，有利于对光能的捕获，C错误。类囊体膜上的PSⅡ光复合体含有光合色素，在光反应中，其能吸收光能并分解水产生H＋、电子和O2，D正确。 1.(2023·江苏卷)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 答案：B 解析：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错误；若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但也会使滤液细线变粗，易出现色素带重叠，B正确；在该实验中可以根据色素带的宽度来定性描述色素的含量，但并不能准确的测定色素的含量，C错误；花青素为水溶性色素，不溶于无水乙醇，用红色苋菜叶进行实验不可以得到5条色素带，D错误。 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 答案：D 解析：叶绿素的元素组成是C、H、O、N、Mg，所以N元素和Mg元素是构成叶绿素分子的重要元素，A正确；光反应的场所是类囊体薄膜，需要光合色素吸收光能，所以叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体的类囊体薄膜上，B正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，所以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，C正确；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。 学生用书⬇第80页 3.(2022·湖北卷)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(　　) 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 0.35 A.两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.两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 答案：D 解析：两种突变体及野生型植株之间并无生殖隔离，仍属同一物种，只能体现遗传多样性，A错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，突变体2的叶绿素a和叶绿素b的含量比突变体1少，故突变体2比突变体1吸收红光的能力弱，B错误；两种突变体的光合色素含量差异，可能是同一个基因突变方向不同导致的，C错误；野生型的叶绿素与类胡萝卜素的比值为4.19，叶绿素含量较高，叶片呈绿色，突变体的叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降，叶绿素含量减少，不能掩盖类胡萝卜素的颜色，此时叶片呈黄色，D正确。 4.(2021·广东卷)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，下列叙述正确的是(　　) A.Rubisco存在于细胞质基质中 B.激活Rubisco需要黑暗条件 C.Rubisco催化CO2固定需要ATP D.Rubisco催化C5和CO2结合 答案：D 解析：由“唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco”可知，Rubisco是与暗反应有关的酶，暗反应阶段的化学反应是在叶绿体基质中进行的，故Rubisco存在于叶绿体基质中，A错误；光反应产物充足的条件下，暗反应在有光、无光条件下都可以进行，故激活Rubisco不一定需要黑暗条件，B错误；在暗反应阶段，CO2的固定不消耗NADPH和ATP，C错误；CO2固定过程即C5和CO2结合生成C3的过程，D正确。 　　我国科学家模拟和借鉴了植物的光合作用过程，从动物、植物、微生物等31个物种中选择合适的酶，在无细胞系统中构建了一条人工淀粉合成途径(ASAP)，该途径首先通过光伏发电将光能转变为电能，光伏电解水产生氢气，然后通过催化剂利用氢气将CO2还原成甲醇，最终合成淀粉，相关过程如图所示： 角度一　运用基础知识，解答迁移问题 　(1)人工合成淀粉的系统通过光伏发电技术实现光能的捕获，那么绿色植物是通过　　　　　　　　　　　　(相关结构)上的光合色素捕获光能。若CO2供应不足，则短时间内，叶肉细胞中C5的含量将　　　　(填“增加”“减少”或“不变”)。 (2)图中模块二模拟的是绿色植物光合作用的　　　　过程，暗反应为光反应提供的物质有　　　　　　　　。 角度二　运用信息知识，解决社会问题 　(3)假设在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，人工合成过程中糖类的积累量　　　　(填“高于”“低于”或“等于”)植物，其原因可能是　　　　　　　 　　　　　　　。 (4)实验室人工合成淀粉技术的成功是一项重大突破，若该技术未来能够大面积推广应用，你认为可解决当前人类面临的哪些生态环境问题？ 答案：(1)叶绿体类囊体薄膜　增加　(2)暗反应　NADP＋、ADP、Pi　(3)高于　与人工合成糖类的过程相比，植物进行呼吸作用会消耗一部分糖类　(4)能节约大量的耕地和淡水资源；减少因农药、化肥的使用带来的环境污染；缓解粮食短缺；缓解温室效应等。 学科网（北京）股份有限公司 $