第15课时捕获光能的色素和结构及光合作用原理的探索-【创新大课堂】2026年高三生物一轮总复习

高三总复习·生物学 第15课时 捕获光能的色素和结构及光合作用原理的探索 [课标要求]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。 考点一 捕获光能的色素和结构 知识梳理 (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 1.绿叶中色素的提取和分离 都是可见光。叶绿素对 的吸收量大，类 提取原理： 胡萝卜素对 的吸收量大，对其他波段的 溶剂（如无水乙醇）能溶解色素 光并非不吸收，只是吸收量 理 分离原理：各种色素在 中的溶解度不同， 溶解度的随层析液在滤纸上扩散 吸收光能的百分比/% 得快，反之则慢 100 绿 研磨充分 类胡萝卜素 研磨 保护叶绿素 剪 叶绿素b 提取绿叶 过滤 碎 无水乙醇：溶解色素 中的色素 叶绿素a 收集滤液 01 实 400450 500 550600 650 700波长/nm 制备滤纸条一滤纸条一端剪去两角：使 3.叶绿体的结构和功能 骤 画速液细线一 细、齐、直（待滤液干后重画一到 次) 反射 叶绿体 球光 滤纸条插入层析液 分离绿叶 防止色素溶 中，层析液不能触 中的色素 于层析液中 及滤液细线 类囊体 色素 色素 色素 扩散 种类 颜色 含量 溶解度 速度 形态：一般呈扁平的 或 胡萝卜素 最少 实验结果 最高最快 较少 较高 较快 -外表：① 最多 较低 较慢 结构 :含有与 最低 最慢 有关的酶 叶绿素h 较多 内部 3基粒：由 堆叠而成，分布有 【归纳总结】 实验异常现象分析 和与光反应有关的酶 未加二氧化硅，研磨不充分 使用放置数天的绿叶，滤液色素（叶 功能：进行 的场所 色素提 收集的滤液 绿素)太少 没有空气、黑暗中用极细光束照 色素过浅 一次加入过量的无水乙醇，提取液浓 恩格 射→需氧细菌集中于叶绿体 取 度太低（正确做法：分次加入少量无 尔曼 和需无空气 水乙醇提取色素) 实验氧细 未加碳酸钙或加入过少，色素分子被 证据菌 完全曝光→需氧细菌分布于叶 绿体」 破坏 【归纳总结】恩格尔曼实验设计的4点巧妙之处 滤纸条色 未经干燥处理 (1)实验材料选得妙：实验材料选择水绵和需氧 素带重叠 滤液细线没有达到细、齐、直的要 细菌。水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察；利 色素分离 求，使色素扩散不一致 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 滤纸条未厂 忘记画滤液细线 出现色素带滤液细线接触到层析液且时间较长， 除了空气中氧气和光的干扰。 色素全部溶解在层析液中 (3)观测指标设计得妙：用极细的光束点状投射， 2.色素的分布和作用 叶绿体上可分为获得光照多和光照少的部位，相 (1)分布：叶绿体 上 当于一组对照实验。 精品教辅·智慧人生 50 第三单元细胞的能量供应和利用 (4)实验对照设计得妙：进行黑暗（局部光照）和 (2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进 曝光对照实验，明确实验结果完全是由光照引： 行的原因是什么？ 起的。 【正误辨析】 (1)叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素() (2)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值 不同 (3)叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多( (3)在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红 (4)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒 光和蓝紫光区域，为什么？ 和基质中 ( (5)叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积 ( D教材挖掘 >2 1.(必修1P97“问题探讨”)生产上，用何种颜色的 玻璃、塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高？阴天 考向突破 》> 时，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色的：考向一 捕获光能的色素和结构 照明灯为蔬菜补充光源？ 1.(2024·贵州卷，T3)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 2.(必修1P100“思考·评论”)下图是验证叶绿体： 比)分别测定每组各种光合色素含量。下列叙述 功能实验中恩格尔曼所做的实验示意图，请 错误的是 () 分析： 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 404505005506006530700 2.(2024·广东卷，T3)银杏是我国特有的珍稀植 波长hm 物，其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层 恩格尔曼的 恩格尔曼第二个 析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，下列实验 实验示意图 实验的示意图 操作正确的是 () (1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上的巧妙之： A.选择新鲜程度不同的叶片混合研磨 处是什么？ 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 考点二 光合作用原理的探索 D知识梳理 >》> 探索光合作用的部分实验 年份 科学家 发现 19世纪末 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 51· 精品教辅·智慧人生 高三总复习·生物学 用 的方法，研究了光合作用中氧气来源于H2O: 1941年 美国科学家鲁宾和卡门 H218O+CO2→植物→ H2O十C18O2→植物→ 1954年 美国科学家 在光照下，叶绿体可合成 1957年，他发现该过程总是与 相伴随 【正误辨析】 (3)对代谢物纸层析的原理是什么？与单向纸层 (1)希尔实验证明了水的光解和糖的合成不是同 析相比，双向纸层析的优点是什么？ 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 ( D巴教材挖掘 (4)如图为小球藻同化14CO2不同时间的放射自 >2 显影图。根据实验结果请对“尿苷二磷酸葡萄 (必修1P104“暗反应阶段卡尔文循环”)得益 糖、磷酸丙糖、PGA(C3)”三种物质出现的先后顺 于纸层析法的发明和放射性同位素的研究，卡尔 ; 序进行排序 文及其同事用CO2饲养单细胞小球藻，观察光合 丙氨酸苹果酸 作用过程中碳的转化和去向，从而揭示了光合作 谷氨酸。柠檬酸 用暗反应的过程。如图为卡尔文等研究的主要 什氨酸一 天冬氨酸 丙氨酸 苹果酸 蔗糖，丝氨酸 PEPA 流程，请回答下列问题： PGA PEPA 磷酸丙糖■ 磷酸丙糖PGA 桨式搅拌机注人CO 磷酸糖。 小球藻 磷酸糖、 灯 培养液 尿苷二磷酸葡萄糖二磷酸糖 二磷酸糖‘ 每隔几秒 见型 让小球藻使用CO,同化30s让小球藻使用CO,同化5s 取出部分 蒸发浓 样品 细胞并提取 缩后双 晒干后代谢物 向层析 检测放射性层析液B 层析液A点样 位置和放射量 PGA (1)卡尔文等用4CO2处理小球藻不同时间，随后 用沸腾的乙醇杀死细胞，目的是什么？ 让小球藻使用℃O同化0.5s 。考向突破 >> 考向二光合作用原理的探究 :3.(2025·安徽名校检测)光合作用的原理是很多 科学家通过实验发现的，光合作用探索历程中的 (2)随后通过双向纸层析分离小球藻中的有机物。 部分经典实从验的分析及拓展如图1、2所示。 点样处位于滤纸的左下角；双向纸层析是第一次 下列相关叙述正确的是 () 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 极细光速 (填“相同”或“不同”)的层析液，判断依据是什么？ HO 需氧细菌 光照 水绵细胞 甲 图1 图2 A.图1所示实验的目的是探究光合产物中O2 的来源，其中乙组为对照组 B.卡尔文探究暗反应的过程与图1所示的实验 均采用了同位素示踪法 精品教辅·智慧人生 52 第三单元细胞的能量供应和利用 C.图2所示实验中需氧细菌主要分布于接受光； 述错误的是 () 照的水绵细胞各个部位 A.实验过程中可以检测到糖的生成 D.图2所示实验需要把载有水绵和需氧细菌的 B.实验表明氧气是叶绿体在光照的条件下产 临时装片放在含有空气的黑暗环境中 生的 4.光合作用的发现是众多科学家不断努力的结果。 C.溶液颜色变化的原因是叶绿体在光照条件下 1937年，英国植物学家希尔首次获得了离体叶绿 生成的还原剂将Fc3+还原为Fe2+ 体悬浮液，将此悬浮液（含水，不含CO2)与黄色 D.与恩格尔曼的水绵实验相比，希尔的实验排除 的高铁(Fe3+)盐混合，照光后发现叶绿体有气泡 了细胞内其他结构的影响 放出，溶液由黄色变为浅绿色(F2+)。在遮光 下，则没有气泡产生，也没有颜色变化。下列叙 温馨提示 请做课时分层检测（十五） 第16课时 光合作用的原理 [课标要求]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。 考点一光合作用的原理 口知识梳理 >》> 1.光合作用的概念：绿色植物通过 ,利用 ,将 转化成储存着能量的 并且释放出 的过程。 2.光合作用的反应式：CO2+H2O- 光能 (CH2O)+O2。 叶绿体 3.光合作用的过程 项目 光反应 暗反应 HO 02 水在光下的分遂 NADPH 过程模型 ATP 多种酶 参加催化 ADP+Pi c NADP (CH,O) 光反应阶段 暗反应阶段 实质 光能转化为化学能，并放出O2 同化CO2形成有机物 与光的关系 必须在 下进行 有光、没有光都能进行 场所 在叶绿体内的 上进行 在叶绿体 中进行 ①水的光解：H2O 光2H+20+2e ①C0的周定：C02+C,影2C 色 ②NADPH的合成：NADP++H++2e ②C3的还原：2C8 物质转化 ATP.NADPH"Cs+(CH2O) 度，NADPH ③ATP的水解：ATP度ADP+Pi十能量 ③ATP的合成：ADP+Pi+能量酶ATP ④NADPH的分解：NADPHNADP+十H++2e 能量转化 光能→ ATP和NADPH中活跃的化学能→ HO NADP CO. 关系 光能一 光反应 -NADPH 暗反应 →ATP 02 ADP+Pi (CH,O) 53· 精品教辅·智慧人生教材挖掘 :考点二 (1)提示 甲表示二氧化碳的释放量，乙表示氧气的吸收量 !知识梳理 (2)提示 不能。O2浓度为b时，两曲线相交，说明此时氧气 甲醛光合作用水的光解、产生氧气同位素示踪18O 的吸收量和二氧化碳的释放量相等，细胞呼吸分解的有机物全 O2阿尔农ATP水的光解 部为葡萄糖，有氧呼吸吸收的氧气与产生的CO2相等，说明只【正误辨析】 进行有氧呼吸。 (1) (3)提示在低氧条件下，无氧呼吸受到抑制，呼吸强度较弱， (2)×提示希尔的实验只能说明水的光解产生氧气，不能 有氧呼吸因O2不足，呼吸强度也比较小，故总的CO。释放量 说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水，还可能 少，呼吸强度弱 来自其他物质。 (4)提示O2浓度为a时并非一定最适合保存该器官。因为无 3)、 氧呼吸会产生酒精，不一定能满足某些生物组织的储存，且该 教材挖掘 换 浓度下葡萄糖的消耗速率一定不是最小，据图，此时气体交 (1)提示 目的是终止反应，溶解有机物。 相对值CO2为0.6，O2为0.3，其中CO2有0.3是有氧呼吸 (2)提示 有的斑点在水平方向上的扩散距离无明显差异，而 生，0.3是无氧呼吸产生。按有氧呼吸中C6:O2：CO2=1: 在垂直方向上差异明显。 6：6,无氧呼吸中C::CO2=1：2,算得C(葡萄糖)的相对消 : (3)提示 原理：在层析液中溶解度越大的物质，在滤纸上扩散 耗量为0.05十0.15=0.2。而无氧呼吸消失时，O2和C02的相 得越快，反之则越慢。 对值为0.7，算得C:的相对消耗量为0.11，明显比a点时要低， 优点：将第一次层析重叠或距离较近的物质通过第二次层析彻 所以O,浓度为时葡萄糖的消耗速率一定不是最小。 底分离。 考向突破 (4)PGA→磷酸丙糖→尿苷二磷酸丙糖 4,B[花生种子不能进行光合作用，检测其呼吸作用无须考虑光考向突破 合作用的影响，A正确：O2浓度超过N后的曲线O,吸收量大3，B[图1所示的两组实验均为实验组，对照方法为相互对照， 于C○2释放量，表明花生种子进行呼吸作用的底物中还有脂防 为对比实验，A错误；图2所示实验中需氧细菌主要分布于水 等，O,浓度为N时，O,的消耗量和CO2生成量相等，说明还有 绵细胞接受光照的叶绿体部分，C错误；图2所示实验需要把 无氧呼吸，B错误；O,浓度超过N后的曲线O,吸收量大于 载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中， C○，释放量，表明花生种子进行呼吸作用的底物中还有脂肪 这样才能显示需氧细菌的移动情况，D错误。 等，C正确；低氧、干燥、低温等条件可延长种子储存时间， 4,A[悬浮液中不含CO2,暗反应无法正常进行，糖类无法生成， D正确。 A错误；实验现象是在照光后发现叶绿体有气泡放出、在遮光 5.B[大多数营养元素的吸收是与植物根系代谢活动密切相关 下没有气泡产生，说明氧气的产生一定要有光照，B正确：实验 的过程，这些过程需要根系细胞呼吸产生的能量，浇水过多会 在光照条件下，溶液由黄色变为浅绿色(F),说明光反应阶 使根系呼吸产生的能量减少，使养分吸收所需的能量不足，A 段的产物NADPH可以将Fe+还原为Fe+,C正确；希尔的实 正确：根系吸收水分是被动运输，不消耗能量，B错误；浇水过 验将叶绿体离体，与细胞内其他结构分开，排除了其他结构在 多使土壤含氧量减少，抑制了根细胞的有氧呼吸，但促进了无 光合作用中可能造成的影响，D正确。] 氧呼吸的进行，C正确：根细胞无氧呼吸整个过程都发生在细 胞质基质中，会产生酒精或乳酸等有害物质，D正确。] 第16课时光合作用的原理 考点 第15课时捕获光能的色素和结构及光合作用原理的探索 知识梳理 考点一 :1.叶绿体 光能二氧化碳和水有机物氧气 知识梳理 :3.光类囊体薄膜基质ATP和NADPH中活跃的化学能 1.有机层析液高二氧化硅碳酸钙扩散均匀橙黄色 有机物中稳定的化学能 叶黄素黄色叶绿素a蓝绿色黄绿色 4.糖类光能 某些无机物氧化时释放的能量硝化细菌 2.（1)类囊体薄膜 【正误辨析】 (3)红光和蓝紫光蓝紫光较少 (1)×提示 光反应将光能转化为储存在ATP和NADPH中 3.椭球形 球形双层膜基质暗反应类囊体色素 光 活跃的化学能。 合作用被光束照射到的部位所有受光部位 (2)X提示暗反应中，CO2不能直接被NADPH还原，必须 【正误辨析】 经过CO的固定形成C3,再在有关酶的催化作用下，C?接受 (1) ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原 (2) (3)×提示在暗反应阶段中1C的转移途径是14CO2→14C (3)X 提示 叶片黄化，叶绿素减少，叶绿体对红光的吸收 (CH2O) 减少。 教材挖掘 (4)× 提示叶绿体基质中不含色素，只含有光合作用需要 (1)P与磷酸丙糖通过磷酸丙糖转运器严格按照1：1反向交 的酶。 换进行转运 (5)× 提示叶绿体内膜光滑，和外膜面积相近。 (2)外界磷酸浓度低不利于磷酸丙糖的输出，叶绿体中淀粉等 教材挖掘 光合产物积累，导致暗反应过程受阻，从而影响CO。的固定 1.提示无色，因为日光中各种颜色的光均能通过，作物光合效 (3)非还原糖较稳定 率高。阴天时，应选择补红光和蓝紫光的照明灯 考向突破 2.(1)提示选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，1，A[水光解产生O2的场所是叶绿体的类囊体薄膜的内侧，若 便于观察；用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位。 被有氧呼吸利用，则。2在线粒体内膜上被利用，。2从叶绿体 (2)提示排除氧气和极细光束外的其他光的干扰 类囊体薄膜开始，穿过叶绿体2层膜，然后进入同一细胞中的线 (3)提示这是因为水编叶绿体上的光合色素主要吸收红光和！ 粒体，再穿过线粒体的2层膜，所以至少要穿过5层膜，A错误：光 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！ 反应中NADP+与电子(e)和质子(H+)结合形成NADPH,然后在 菌在此区域分布。 暗反应过程中被消耗，B正确；由图可知，产生的ATP可用于暗 考向突破 反应以及核酸代谢、色素合成等其他消耗能量的反应，C正确； 1.D「提取光合色素加入碳酸钙可以防止色素被破坏，A正确； 电子()在类囊体薄膜上的有序传递是完成光能转换的重要 由于不同色素在层析液中溶解度不同，因此在滤纸上的扩散速 环节，D正确。] 度不同，从而达到分离的效果，这是纸层析法，B正确：不同光！2.B[题图中B是在NADP、H和e参与下形成的，为NADPH, 合色素颜色不同，因此光合色素相对含量不同可使叶色出现差 当外界CO,浓度升高时，暗反应中生成的C增多，则消耗的 异，叶绿素多使叶片呈现绿色，而秋季类胡萝卜素增多使叶片 NADPH增多，导致NADPH的含量暂时降低，B错误。] 呈黄色，C正确：叶绿素和类胡萝卜素都可以吸水蓝紫光，所以 考点二 不能用蓝紫光波段测定叶绿素含量，D错误。 知识梳理 2.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 (1)CHO H,O NADPH [HT 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 (2)NADPH ATP 溶剂，提取液为无水乙醇，光合色素不溶于水，B错误；由于滤【正误辨析】 纸条不会相互影响，层祈液成分相同，两组滤纸条可以置于同！ (1)×提示线粒体是有氧呼吸的主要场所，其中有氧呼吸 一个烧杯中层析，C正确；用过的层析液含有石油醚、丙酮和 的第一阶段是在细胞质基质中进行的，因此提取完整的线粒体 苯，不能直接倒入下水道，D错误。] 悬浮液，不可以独立完成有氧呼吸，而提取叶绿体悬浮液可以 446