第3单元 第3讲 捕获光能的色素和结构及光合作用原理(Word教师用书)-【金版新学案】2027年高考生物高三总复习大一轮复习讲义（广东专版）

该高中生物学讲义围绕捕获光能的色素、叶绿体结构及光合作用原理核心考点，按“基础梳理—原理剖析—联系整合”逻辑架构知识，通过必备知识梳理（概念辨析、易错提示、教材拓展）、关键能力提升（主题探究、真题训练）及知能快检环节，系统帮助学生突破光反应与暗反应联系等难点。 资料突出科学思维与探究实践素养培养，如“析概念”通过正误判断强化结构与功能观，“点易错”详解色素提取实验操作要点，“过程法”“模型法”分析环境改变时物质含量变化，分层练习配合即时反馈，助力学生高效掌握考点，为教师把控复习节奏提供清晰路径。

第3讲　捕获光能的色素和结构及光合作用原理 课标要求 核心概念 1.说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在将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。 叶绿素、类胡萝卜素、叶绿体、类囊体、基粒、光合作用、光反应、暗反应、NADPH、卡尔文循环 层级Ⅰ　根基稳筑牢——夯实必备知识 必备知识梳理 析概念·点易错·练表达 一、捕获光能的色素和结构 1.绿叶中色素的提取和分离 2.叶绿体中色素的吸收光谱 析概念 1.下列关于捕获光能的色素和结构的叙述正确的是(①②) 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 ④光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中 ⑤叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积 点易错 色素提取实验中的三个易错点 　(1)提取与分离光合色素的试剂不相同。提取光合色素用无水乙醇，分离光合色素用层析液。 (2)由于叶绿体色素主要吸收红光和蓝紫光，绿光几乎不被吸收，因此色素提取液对着光源(透射光)呈现绿色，背着光源(反射光)呈现红色。 (3)光合色素含量越多，在滤纸条上呈现的色素带就越宽，而不是扩散越快；扩散快慢与色素溶解度有关，溶解度大的色素分子随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。 练表达 1.(必修1 P97“问题探讨”探究思考)有的植物工厂在种植蔬菜等植物时，完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源，选择这些光源的原因是红色光源、蓝色光源发出的分别是红光、蓝光，光合色素对红光、蓝紫光吸收最多；白光是复合光，含有不同波长的光，光合色素能吸收其中的光。 3.叶绿体的结构 2.(必修1 P99旁栏思考)植物工厂里不用发绿光的光源的原因是这种波长的光光合色素几乎不吸收，不能用于光合作用中合成有机物。 课堂笔记： 二、光合作用的原理 1.探索光合作用原理的部分实验(连线) 2.光合作用的过程 析概念 2.下列关于光合作用的原理的叙述正确的是(①②) ①光合作用中，水的光解发生在类囊体薄膜上 ②光反应为暗反应提供NADPH和ATP ③暗反应必须在无光的条件下进行 ④光合作用产生的O2来自CO2和H2O ⑤光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜 ⑥在光合作用中C从CO2开始先后经C3、C5最后形成糖类 点易错 光合作用两点提醒 　(1)光反应中的电子传递：水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。 (2)光反应与暗反应的联系：光反应为暗反应提供ATP和NADPH，暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP＋；没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成，也会抑制光反应。 练表达 3.(必修1 P102“思考·讨论”分析)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，请说明理由：水的光解实验是在没有CO2的情况下进行的，没有碳参与反应，而糖的合成需要碳的参与。 3.光反应和暗反应的联系 图 示 分 析 光反应为暗反应提供NADPH、ATP；暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi，没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，光反应也会受到抑制 4.光合作用和化能合成作用的比较 4.(必修1 P103“图5-14”拓展)光照停止后暗反应短时间仍然能够持续，但无法长时间正常进行，原因是暗反应中C3的还原需要光反应提供ATP和NADPH，停止光照使光反应停止，但叶绿体中仍有少量ATP和NADPH能使暗反应持续进行一段时间；过了这段时间后，暗反应因缺少ATP和NADPH而无法进行。 课堂笔记： 层级Ⅱ　要义深剖析——提升关键能力 主题(一)　光合作用原理及探索 (2025·山东卷，节选)高光强环境下，植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤，引起光合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长，其部分光合过程如图所示。 据图分析，生成NADPH所需的电子源自于　　　　。采用同位素示踪法可追踪物质的去向，用含3H2O的溶液培养该绿藻一段时间后，以其光合产物葡萄糖为原料进行有氧呼吸时，能进入线粒体基质被3H标记的物质有H2O、　　　　，离心收集绿藻并重新放入含O的培养液中，在适宜光照条件下继续培养，绿藻产生的带18O标记的气体有　　　　。 答案：水的光解　丙酮酸、[H]　氧气(或O2)和二氧化碳(CO2) 解析：据图分析，水在光下分解为O2和H＋，同时产生的电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH，即生成NADPH所需的电子源自于水的光解。3H2O被植物细胞吸收后参与光合作用，生成H12O6。在有氧呼吸的第一阶段，H12O6在细胞质基质中被分解成含有3H的丙酮酸，产生少量的\[3H\]，并释放少量的能量；在有氧呼吸的第二阶段，丙酮酸与3H2O在线粒体基质中被彻底分解生成CO2和\[3H\]，释放少量的能量；在线粒体内膜上完成的有氧呼吸的第三阶段，\[3H\]与O2结合生成H2O，并释放大量的能量。可见，用含3H2O的溶液培养该绿藻，一段时间后，能进入线粒体基质被3H标记的物质有H2O、丙酮酸、[H]。培养液中O被绿藻吸收后，在光合作用的光反应阶段被分解产生18O2；在有氧呼吸的第二阶段，O与丙酮酸被彻底分解为C18O2和[H]，即产生的带18O标记的气体有O2和CO2。 光系统及电子传递链 (1)光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧、H＋和自由电子(e－)，电子(e－)经过电子传递链传递，最终介导NADPH的产生。 (2)类囊体膜两侧的质子浓度(电化学)梯度主要靠以下途径建立：①电子传递过程中释放能量，利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度从类囊体的外侧泵入囊腔侧。②光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H＋)。③在类囊体的外侧H＋和NADP＋形成NADPH。 (3)类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合酶顺浓度梯度流出，而ATP合酶利用质子顺浓度梯度流出的能量来合成ATP。 考向1　光合作用的探究历程 1．(2026·广东深圳月考)英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气。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”。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类囊体薄膜 C.希尔反应说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水 D．希尔反应不能说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应 答案：B 解析：获得离体的叶绿体可用差速离心法，而不是密度梯度离心法，A错误；希尔反应是水的光解，发生的具体场所是叶绿体类囊体薄膜，B正确；希尔反应在没有CO2的条件下进行，产生氧气，但无法证明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水，因为悬浮液中除了H2O还有其他物质，C错误；希尔反应是在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气，没有糖的合成，所以希尔反应能说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应，D错误。 考向2　光合作用的过程 2．(2025·广州模拟)光合作用过程包括光反应和暗反应。如图表示光反应与暗反应的关系。据图判断，下列叙述错误的是(　　) A．暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋ B．停止光照，叶绿体中ATP和NADPH含量下降 C．植物在暗处可大量合成(CH2O) D．ATP的移动方向是由类囊体薄膜到叶绿体基质 答案：C 解析：停止光照，光反应停止，产生的ATP和NADPH减少，B正确；植物在暗处不能进行光反应，不能为暗反应提供ATP和NADPH，C3还原不能进行，因此不能大量合成(CH2O)，C错误；ATP在光反应阶段产生用于暗反应过程中C3的还原，所以其移动方向是由类囊体薄膜到叶绿体基质，D正确。 主题(二)　环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 (经典高考题，节选)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。 若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将　　　　(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转化效率也会发生改变，原因是　　　　　　　 　　　　　　　。 答案：减少　模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足 解析：正常运转过程中气泵突然停转，系统中CO2突然减少，CO2的固定减弱，但短时间内C3的还原不变，则短时间内乙(C3)的含量将减少。若气泵停转时间较长，则模块3为模块2提供的原料ADP、Pi和NADP＋就会不足，进而影响模块2中的能量转化效率。 分析环境改变时光合作用各物质变化的方法 　(1)“过程法”分析各物质变化 下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化： (2)“模型法”表示C3和C5等物质含量的变化 结论：C3和C5变化趋势始终相反，C5和NADPH、ATP变化趋势始终相同。 1.(2026·山东烟台模拟)芦荟是一种经济价值很高的植物，可净化空气。夜晚芦荟气孔开放，通过细胞质基质中的PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸，再将其转变成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，可利用苹果酸分解产生的CO2进入叶绿体合成糖类。下列说法错误的是(　　) A.芦荟液泡中的pH会呈现白天升高晚上降低的周期性变化 B.芦荟固定CO2的场所有细胞质基质和叶绿体基质 C.白天芦荟叶片合成糖类所需的CO2均来自苹果酸分解 D.若对芦荟突然停止光照，短时间内叶肉细胞中C3的含量将上升 答案：C 解析：芦荟在晚上吸收CO2生成苹果酸进入液泡中(pH降低)，白天苹果酸分解产生CO2用于暗反应(pH升高)，因此芦荟液泡中的pH会呈现白天升高晚上降低的周期性变化，A正确；芦荟叶片夜晚气孔开放，在细胞质基质中，通过PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸，白天气孔关闭，在叶绿体基质中，CO2被C5固定最终形成糖类，B正确；线粒体呼吸作用能产生CO2，芦荟叶片白天气孔关闭，液泡里的苹果酸转化并释放出CO2，故白天芦荟叶片合成糖类所需的CO2来自苹果酸分解和线粒体呼吸释放，C错误；若突然停止光照，ATP和NADPH不再生成，短时间内，C3的还原减少，C3的生成不变，叶肉细胞中C3的含量将上升，D正确。 2．(2026·广东阶段练习)研究发现，植物细胞叶绿体内膜上的载体蛋白NTT负责将细胞质基质中的ATP转运进叶绿体，同时将叶绿体基质内的ADP等量交换至细胞质基质，以维持叶绿体内ATP与ADP的动态平衡。下列推测错误的是(　　) A.载体蛋白NTT存在ATP和ADP的结合位点 B．NTT缺失型叶绿体的光合作用性能可能会降低 C．NTT的存在建立了叶绿体和线粒体中能量代谢的联系 D．黑暗条件下光反应受阻导致NTT无法正常工作 答案：D 解析：载体蛋白NTT同时转运ATP和ADP，需与两种物质结合，故存在相应结合位点，A正确；NTT缺失突变体叶绿体内膜上缺失ATP/ADP的载体蛋白，会导致细胞质基质中的ATP无法转运至叶绿体基质，叶绿体基质中等量的ADP无法转出到细胞质基质，从而影响相关反应，可能导致类囊体的薄膜结构缺陷，进而导致光合作用性能降低，B正确；线粒体产生的ATP通过细胞质基质进入叶绿体，叶绿体的ADP可被线粒体用于ATP合成，NTT介导该联系，C正确；黑暗条件下细胞中存在呼吸作用，细胞质中能产生ATP，NTT能正常工作，D错误。 知能快检窗——查落实·固基础 1.下列关于捕获光能的色素和结构的叙述，正确的是(　　) A.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 B.二氧化硅的作用是防止研磨过程中色素被破坏，加入碳酸钙的作用是有助于研磨充分 C.为使色素带清晰，画滤液细线后需紧接着重复画线 D.滤液细线应该触及层析液，便于色素的溶解和分离 E.胡萝卜素含量最少，但在层析液中的溶解度最高 F.蓝绿色的色素带最宽，是因为叶绿素b的含量最多 G.胡萝卜素和叶黄素主要吸收红光 H.叶绿体具有双层膜结构，捕获光能的色素位于内膜上 答案：E 解析：无水乙醇的作用是溶解(提取)色素，需用层析液分离色素，A错误；二氧化硅使研磨充分，碳酸钙可防止研磨过程中色素(叶绿素)被破坏，B错误；在画出一条滤液细线后，待干后再重复画线，C错误；层析分离时必须确保滤液细线不触及层析液，防止色素溶解在层析液中，D错误；蓝绿色的色素带最宽，是因为叶绿素a的含量最多，F错误；胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，G错误；叶绿体中捕获光能的色素位于类囊体膜上，H错误。 2.下列关于光合作用的探索实验，叙述错误的是(　　) A.恩格尔曼通过实验发现，光合作用时叶绿体主要吸收红光和蓝紫光 B.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 C.希尔反应可以证明水的光解产生的O2全来自水 D.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 E.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 答案：BCE 解析：希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可以释放氧气，该实验没有采用同位素标记法，B错误；希尔反应仅证明了叶绿体在光下可释放氧气，但未证明氧气全来自水，C错误；卡尔文用放射性同位素标记法探明了CO2中的碳如何转移到有机物中，E错误。 3.下列关于光合作用的叙述，错误的是(　　) A.能进行光合作用的生物都含有叶绿体 B.光反应在叶绿体的类囊体上进行，暗反应在叶绿体的基质中进行 C.水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH D.光反应吸收光能形成ATP和NADPH，暗反应将ATP和NADPH中的化学能储存在有机物中 E.小麦CO2的固定需要消耗能量 F.光合作用的暗反应能为光反应提供Pi、ADP和NADP＋ G.生产者都通过光合作用固定CO2 H.光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处 答案：AEG 解析：蓝细菌含有叶绿素和藻蓝素，也能进行光合作用，但没有叶绿体，A错误；CO2的固定不需要消耗能量，E错误；有通过化能合成作用固定CO2的生产者，G错误。 学科网（北京）股份有限公司 $