2027届高三生物人教版一轮复习课件第12讲 捕获光能的色素

该高中生物学高考复习课件聚焦“捕获光能的色素与光合作用原理”核心模块，依据高考评价体系梳理了光合色素提取分离实验、叶绿素合成影响因素、光合作用探索实验等关键考点，通过近五年真题分析明确实验分析（占比45%）和原理应用（占比30%）为高频考查维度，归纳了选择、实验设计、综合分析等常考题型。 课件亮点在于“真题情境+素养导向”的备考设计，如结合2024湖南卷缺钾对叶绿素合成影响、2022辽宁卷浒苔叶绿素含量实验等真题，运用科学思维剖析实验异常现象（如滤液绿色过浅的四方面原因），通过探究实践指导卡尔文实验碳转化分析等方法。特设“易错陷阱警示”和“答题模板”，助力学生掌握实验题答题逻辑，教师可据此精准突破考点，提升复习效率。

第12讲 捕获光能的色素 你知道韭菜和韭黄是什么关系吗？ 你知道韭黄是怎么种植出来的吗？ 缺少叶绿素 影响叶绿素合成的因素： 1.光照 2.温度 3.矿质元素 知识夯基 考向研析 考点一 捕获光能的色素和结构 知识点1 绿叶中色素的提取和分离 1.实验原理 (1)色素的提取：绿叶中的色素能够溶解在 (无水乙醇或丙酮)中 (2)色素的分离：绿叶中色素在 中的溶解度不同，溶解度 的随层析液在滤纸上扩散得快，从而在扩散过程中将色素分离开来。（提醒：纸层析法） 有机溶剂 提取液：无水乙醇 层析液 高 分离液：层析液（石油醚，苯，丙酮） （92汽油也可） 考点一 捕获光能的色素和结构 知识点1 绿叶中色素的提取和分离 2.实验步骤 （1）提取色素：鲜嫩、颜色深绿的叶片（ ）；称取、剪碎； 加入SiO2（ ）和CaCO3（ ）、10ml无水乙醇（ ），迅速研磨并用单层尼龙布（ ）过滤，过滤后及时用棉塞将试管塞严 色素含量高 研磨充分 溶解色素 防止滤纸吸附色素 保护叶绿素 考点一 捕获光能的色素和结构 知识点1 绿叶中色素的提取和分离 2.实验步骤 （2）制备滤纸条：减去两角（ ） （3）画滤液细线：待滤液干后，重复1—2次（ ） （4）分离绿叶中的色素：滤液线不能触及层析液，防止色素溶解在层析液中。 提醒：保证色素带整齐 积累更多色素 (3)实验结果 胡萝卜素（橙黄色） 叶黄素（黄色） 叶绿素a（蓝绿色） 叶绿素b（黄绿色） 叶绿素 类胡萝卜素 （3/4） （1/4） [提醒]　①胡萝卜素含量最少，所以色素带最窄；但其在层析液中溶解度最大所以扩散最快。 ②胡萝卜素和叶黄素之间的距离最远。 ③叶绿素a的含量最多，所以该色素带最宽。 考点一 捕获光能的色素和结构 知识点1 绿叶中色素的提取和分离 4.绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析 (1)收集到的滤液绿色过浅 ①未加 ，研磨不充分。 ②使用放置数天的绿叶，滤液色素( )太少。 ③一次加入大量的 ，提取浓度太低 (正确做法：分次加入少量无水乙醇)。 ④未加 或加入过少，色素分子被破坏。 二氧化硅 叶绿素 无水乙醇 碳酸钙 研磨 考点一 捕获光能的色素和结构 知识点1 绿叶中色素的提取和分离 4.绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析 (2)滤纸条色素带重叠 ①滤纸条未经 处理。 ②滤液线未达到 的要求。 (3)滤纸条上没有色素带 ① 画滤液细线。 ②滤液细线接触到 ，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。 干燥 细、直、齐 忘记 层析液 考点一 捕获光能的色素和结构 知识点1 绿叶中色素的提取和分离 【名师提醒】 教材隐性知识：　(必修1 P98“探究·实践”拓展)提取绿叶中的色素，也可用右图所示的方法：在圆心处滴加适量滤液，待干燥后再滴加适量层析液进行层析，结果会出现不同颜色的4个同心圆，则①～④对应的色素及颜色依次为 ①胡萝卜素(橙黄色)、②叶黄素(黄色)、 ③叶绿素a(蓝绿色)、④叶绿素b(黄绿色) 光合色素功能：吸收、传递（四种色素）、转化光能（只有少数特殊状态的叶绿素a） 1.光合色素的功能 叶绿素a:C55H72O5N4Mg 叶绿素b:C55H70O6N4Mg 胡萝卜素：C40H56 叶黄素：C40H56O2 一.捕获光能的色素和结构 (1)吸收光谱 A.叶绿素主要吸收红光和蓝紫光 B.叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同 C.类胡萝卜素主要吸收蓝紫光 学科交叉：叶绿体中的色素只吸收 ， P99， 而对红外光和紫外光等不吸收。 可见光 2 叶绿体中色素的吸收光谱分析 考点一 捕获光能的色素和结构 知识点2　色素的分布和作用 【名师提醒】 教材隐性知识：（必修1 P99图5-12、旁栏思考）（1）从叶绿素吸收光谱图可知：叶绿素a在红光部分的吸收带较叶绿素b偏向长波方面，且吸收光谱带比叶绿素b宽，叶绿素b在蓝紫光部分的吸收光谱带比叶绿素a 。 （2）研究表明：在遮光条件下，以蓝紫光为主的散光占比增加。预测：在适当遮光的条件下叶片（比如同一植物底层叶片）中叶绿素a/b ，弱光下的吸光能力 ，有利于提高植物的捕光能力，是对弱光环境的一种适应。 （3）植物工厂里不用发绿光的光源是因为 。 宽 降低 增强 绿光波长的光被光合色素吸收的最少，因此不能用于光合作用中合成有机物 (3)海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？请根据材料作答。 材料　藻类中色素种类及光在海水中的分布 教材隐性知识 4.藻类中色素种类及光在海水中的分布 藻类 色素种类 含量最多的色素 分布及主要吸收的光 绿藻 叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，反射绿光 浅水层；主要吸收红光和蓝紫光 褐藻 叶绿素a、叶绿素c、胡萝卜素、6种叶黄素 某种叶黄素主要吸收绿光和蓝紫光，反射红黄光 中水层；主要吸收绿光和蓝紫光 红藻 叶绿素a、叶绿素d、胡萝卜素、叶黄素、藻红素、藻蓝素 藻红素主要吸收蓝紫光，反射红光 深水层；主要吸收蓝紫光 　这种现象与光能的捕获有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光，藻类本身的颜色是它们“反射”的光。 2.如图是绿色植物和藻类中常见的光合色素吸收光谱。某同学使用长条滤纸，以石油醚∶丙酮＝9∶1为层析液进行光合色素纸层析分离实验中，分别计算甲、乙、 丙三种色素的Rf值(Rf值＝ )，Rf值由大到小依 次为 A.甲、丙、乙 B.丙、乙、甲 C.乙、丙、甲 D.甲、乙、丙 √ 考向二　叶绿素合成的问题分析 3.请回答下列关于叶绿素合成的问题。 (1)(2022·湖南，17节选)将纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床，作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8～10μmol/(s·m2)时，固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量；日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒，浸种1天后，播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中，保湿透气，昼/夜温为35℃/25℃，光照强度为2μmol/(s·m2)，每天光照时长为14小时。在此条件下，该水稻种子_____(填“能”或“不能”)萌发并成苗(以株高≥2厘米，至少1片绿叶视为成苗)，理由是___________________ ____________________________________________________________________________________。 种子萌发形成幼苗的过程中，消耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物，且光照有利于叶片叶绿素的形成 能 (2)(2024·湖南，17节选)钾是植物生长发育的必需元素，主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明，缺钾导致某种植物的气孔导度下降，使CO2通过气孔的阻力增大；Rubisco的羧化酶(催化CO2的固定反应)活性下降，最终导致净光合速率下降。长期缺钾导致该植物的叶绿素含量______，从叶绿素的合成角度分析，原因是___________________________________________________ _______________________________________________________________(答出两点即可)。 缺钾会使叶绿素合成相关酶的活性降低；缺钾会影响细胞的渗透调节，进而影响细胞对Mg、N等元素的吸收，使叶绿素合成减少 减少 (3)(2022·辽宁，22节选)浒苔是形成绿潮的主要藻类。绿潮时浒苔堆积在一起，形成大量的“藻席”，造成生态灾害。为研究浒苔疯长与光合作用的关系，进行如下实验： 测定三个样品的叶绿素含量，结果见表。 样品 叶绿素a/(mg·g－1) 叶绿素b/(mg·g－1) 上层 0.199 0.123 中层 0.228 0.123 下层 0.684 0.453 数据表明，取自“藻席”下层的样品叶绿素含量最高，这是因为_______ ______________________________________。 下层阳光少，需要大量叶绿素来捕获少量的阳光 实验验证 恩格尔曼实验 一 实验材料： 水绵： 需氧细菌： 自变量： 因变量： 光照、黑暗 需氧菌聚集部位 没有空气的黑暗环境， 极细光束照射 暴露在光下 排除O2和光的干扰 目的？ 水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。 好氧细菌可确定释放O2的部位。 结 论： 氧是由 叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所 水绵(叶绿体呈螺旋带状分布) (2)实验验证 恩格尔曼实验二示意图 分析：1.这一巧妙的实验说明了什么？ 叶绿体主要吸收红光与蓝紫光用于光合作用放出O2。 叶绿体是进行光合作用的场所。 2.综合上述资料，叶绿体具有什么功能？ 2 探索光合作用原理的部分实验 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，_____被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖 1928年 科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖 1937年希尔 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______ O2 氧气 离体的叶绿体悬浮液 铁盐 （或其他氧化剂） O2 4、1937年，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。 二、探索光合作用原理的部分实验 --光反应研究 问题：叶绿体内参与光合作用的氧化剂是什么？ NADP++H++2e- NADPH 酶 问题：H2O分解产生O2的同时还生成了什么物质（氢元素去哪儿了）？ 离体的叶绿体悬浮液 铁盐 （或其他氧化剂） O2 （结合P103旁栏相关信息） 铁盐的作用： 作为氧化剂，接收电子 思考：（教材P103） 1、希尔反应是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？ 2、希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？ 二、探索光合作用原理的部分实验 --光反应研究 1、不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。 2、能，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。 实验思路： 材料： 处理： 二、探索光合作用原理的部分实验 --光反应研究 5、鲁宾和卡门实验 ? ? 光合作用产生的O2来自于H2O，不来自CO2。 结论： 18O2 O2 用同位素示踪法来研究物质的去路。 小球藻 用18O分别标记CO2和H2O，给予光照。 自变量和因变量分别是什么？ 6、1954年阿尔农实验 光照下，叶绿体可合成ATP。 结论： 二、探索光合作用原理的部分实验 --光反应研究 A组：光照+叶绿体提取液+ADP+Pi： 叶绿体中可以生产ATP B组：黑暗+叶绿体提取液+ADP+Pi： 叶绿体中不生产ATP 一、光合作用的原理 1966年，美国科学家雅根多夫在黑暗条件下将叶绿体置于pH为4的缓冲液中15 s后，再将叶绿体转移至含有ADP和Pi、pH为8的缓冲液中，此时类囊体膜内侧pH为4，外侧pH为8，随后类囊体膜两侧这一 pH 梯度逐渐减小，同时还伴随有 ATP 的生成。 知识拓展1：叶绿体产生ATP的机制 一、光合作用的原理 1966年，美国科学家雅根多夫在黑暗条件下将叶绿体置于pH为4的缓冲液中15 s后，再将叶绿体转移至含有ADP和Pi、pH为8的缓冲液中，此时类囊体膜内侧pH为4，外侧pH为8，随后类囊体膜两侧这一 pH 梯度逐渐减小，同时还伴随有 ATP 的生成。 说明：叶绿体中ATP生成的直接驱动力是______________ H+浓度差 这与有氧呼吸中_____________ ATP的生成机制相似。 线粒体内膜上 暗反应中碳的转化和去向研究 得益于纸层析法的发明和放射性同位素的研究，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。如图为卡尔文等研究的主要流程，请回答下列问题： ● (1)卡尔文等人用沸腾的乙醇杀死细胞，目的是 。 (2)随后通过双向纸层析分离小球藻中的有机物。对代谢物纸层析的原理是 。 终止反应，提取有机物 在层析液中溶解度越大的物质，在滤纸上扩散得越快，反之则越慢 射性代谢产物减少到12种。如果要探究CO2转化成的第一个产物是什么，可能的实验思路是_______________________________________________ ________________________________________________________________________________。 (3)光照下卡尔文给小球藻培养液通入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30s的时间，放射性代谢产物多达几十种，缩短时间到7s，发现放 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 (4)如图为小球藻同化14CO2不同时间的放射自显影图。根据实验结果请对“尿苷二磷酸葡萄糖、磷酸丙糖、PGA(C3)”三种物质出现的先后顺序进行排序： 。 PGA→磷酸丙糖→尿苷二磷酸葡萄糖 考向三　光合作用原理的探究 4.小球藻是常用的光合作用实验材料。请回答下列问题： (1)小球藻可进行叶绿体分离实验，将小球藻暗处理24小时，置于研钵中，研磨前加入适量的0.35mol/LNaCl溶液和pH为7.8的缓冲液；研磨后进行___________，得到离体的叶绿体悬液。实验中NaCl溶液的作用是_____ ________。暗处理是为了消耗淀粉，防止离心时淀粉颗粒使___________。 ● 过滤和离心 渗透压 维持 叶绿体破裂 (3)卡尔文对C3的分子结构进行分析后发现，形成的C3中只有一个碳原子带有放射性，另外两个碳原子则不带放射性，这说明C3不是由3个14CO2生成的，而是由一个14CO2和其他物质结合生成的(X物 质＋CO2→C3)。为了进一步探究14CO2和什么物质结合生成C3，卡尔文在反应中将1%浓度的14CO2突然降低到0.003%浓度检测部分物质的含量变化，结果如图2所示。据图分析，这个X物质是__________，判断依据是_____ _______________________________________________________________________________。 CO2浓度突然下降时，C5即刻呈现上升趋势，随后随着C3含量下降而下降直到同步稳定 RuBP(C5) 当 5.(不定项)(2025·枣庄一模)1937年，植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中(无CO2)加入氧化剂，在光照条件下可以释放O2，现在把这种现象称为希尔反应。关于希尔反应，下列叙述正确的是 A.希尔反应发生的场所是叶绿体基质 B.如果不加入氧化剂，O2不会持续产生 C.希尔反应证明了产生的O2全部来源于水 D.希尔反应证明氧气的产生和糖类的合成是相对独立的过程 √ √ $