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 广东专版）

该高中生物学讲义聚焦光合作用的结构基础和过程，覆盖色素提取分离实验、叶绿体结构与功能、光合作用过程等高考核心考点，按“实验原理-结构基础-过程机制”逻辑架构知识点。通过考点梳理、情境分析（如恩格尔曼实验）、真题讲解（2024广东卷等）及分层练习，帮助学生突破实验分析与过程理解难点，体现复习系统性与针对性。 资料突出探究实践与科学思维培养，如设计色素提取验证实验（暗处与光照韭菜对比）、用“来源-去路法”模型分析C3/C5含量变化，强化结构与功能观。精选近年真题与模拟题分层训练，配合正误判断与情境拓展，助力学生高效构建知识网络，为教师精准把控复习节奏、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；2023·广东卷T18；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；2022·山东卷T21) 2.光合作用过程(2021·广东卷T12；2024·吉林卷T21；2023·湖北卷T8；2023·江苏卷T19；2022·重庆卷T23；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。如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(　　) 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。 学生用书第76页 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．(2024·广东六校联考)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。如图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，正确的是(　　) A．图中①和②主要分布在叶绿体的内膜上 B．利用纸层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端 C．植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收绿光 D．弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用 答案：D 解析：图中①(叶绿素b)、②(叶绿素a)主要分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A错误；利用纸层析法分离色素时，①(叶绿素b)应位于滤纸条的最下端，B错误；植物叶片呈现绿色是由于①②吸收绿光最少，反射绿光，C错误；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，故弱光下①(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。 4．(2024·佛山模拟)PSⅡ是由D1蛋白、色素分子等组成的复合体，可以使水裂解产生H＋和氧释放到类囊体腔中，D1极易受到活性氧(简称ROS，属于自由基)的破坏。光反应过程中可以产生ROS，适宜光照条件下，ROS的产生和消除之间存在动态平衡，不会破坏D1。据此推测下列说法错误的是(　　) A．PSⅡ分布在叶绿体类囊体薄膜上，能够利用光能参与水的光解 B．D1蛋白和色素分子都是由核糖体合成后转移到内质网中加工的 C．光照强度过强，可能引起ROS产生过多，导致D1结构被破坏 D．可以用无水乙醇提取并通过纸层析法分离PSⅡ中的色素分子 答案：B 解析：PSⅡ是由D1蛋白、色素分子等组成的复合体，可以使水裂解产生H＋和氧释放到类囊体腔中，PSⅡ分布在叶绿体类囊体薄膜上，能够利用光能参与水的光解，A正确；色素分子不是蛋白质，不是由核糖体合成后转移到内质网中加工的，B错误；适宜光照条件下，ROS的产生和消除之间存在动态平衡，不会破坏D1，但光照强度过强，可能引起ROS产生过多，导致D1结构被破坏，C正确；色素能够溶解在无水乙醇中而不溶于水，可用无水乙醇提取并通过纸层析法分离色素，D正确。 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 学生用书第78页 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。 (2)如图中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．(2025·珠海模拟)希尔反应是指离体的叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生O2，同时将加入的氧化剂 学生用书第79页 还原的过程。氧化剂2，6-二氯酚靛酚是一种蓝色染料，被还原后变为无色。下列说法正确的是(　　) A．获得离体的叶绿体可用密度梯度离心的方法 B．希尔反应发生的具体场所是叶绿体的基质 C．实验室模拟希尔反应需要在适宜的光照条件下进行 D．叶绿体悬浮液加入2，6-二氯酚靛酚反应后，溶液由蓝色变无色 答案：C 解析：获得离体的叶绿体可用差速离心法，A错误；离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称为希尔反应，希尔反应发生的具体场所是叶绿体类囊体薄膜，B错误；在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可以释放出氧气，因此实验室模拟希尔反应需要在适宜的光照条件下进行，C正确；叶绿体悬浮液在光照条件下，产生还原剂，再加入2，6-二氯酚靛酚反应后，溶液才能由蓝色变无色，D错误。 光合作用中的物质和能量变化 2．(2024·广州模拟)羟基乙酸可作为合成多种有机物的原料。研究人员构建了一种非天然的酶催化CO2固定新途径(CETCH循环)，高效地将CO2转化为羟基乙酸，并利用该途径研制出能合成羟基乙酸的人造叶绿体(如图)。下列分析错误的是(　　) A．人造叶绿体内的水既作为多种物质的溶剂，还参与相关代谢 B．为了使人造叶绿体持续地运作，需要源源不断地输入光能 C．图中的CETCH循环需要NADP＋、ADP和Pi作为直接原料 D．若人造叶绿体得到广泛应用，一定程度上可抵消碳排放的影响 答案：C 解析：人造叶绿体内的水可以作为多种物质的溶剂，同时水还参与光合作用的相关过程，A正确；为了使人造叶绿体持续地运作，需要源源不断地输入光能，保证光反应的持续进行，B正确；图中的CETCH循环需要利用NADPH、ATP作为直接原料，C错误；人造叶绿体可利用CO2，故若其得到广泛应用，一定程度上可抵消碳排放的影响，D正确。 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 学生用书第80页 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。 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 $