高三生物一轮复习【知识精讲精研】捕获光能的色素和结构及光合作用的原理

第5讲

捕获光能的色素和结构及

光合作用的原理高中生物一轮复习

第三单元01捕获光能的色素01捕获光能的色素植物中有时会出现白化苗。白化苗对植物的生长有什么影响植物正常生长需要光能，而叶片中的色素可能与光能的捕获有关。01捕获光能的色素(1)提取绿叶中的色素①提取原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂

中。②步骤取材：称取5g新鲜绿叶，剪碎，放入研钵中。

↓研磨：加少许

，再加入

10mL无水乙醇，迅速、充分研磨。↓无水乙醇二氧化硅和碳酸钙使研磨充分防止色素破坏溶解、提取色素提取较多色素、防止溶剂挥发01捕获光能的色素(1)提取绿叶中的色素②步骤过滤：漏斗基部放一块

，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤

↓收集：用小试管收集

，及时将试管口用棉塞塞严防止乙醇挥发和色素被氧化单层尼龙布色素滤液过滤叶脉及二氧化硅等漏斗基部不能用滤纸，因为色素可吸附在滤纸上。01捕获光能的色素分离色素的方法：

分离色素的方法是“纸层析法”。

层析法是利用待分离物质中不同组分的某些理化性质的差异而建立起来的一种分离技术。01捕获光能的色素1.实验原理

分离原理:各种色素在___________中的__________不同,溶解度高的随层析液在滤纸条上的_____________,反之则慢。层析液溶解度扩散更快2.层析液的成分及注意事项？层析液由苯、丙酮、石油醚按一定比例混合而成。使用时应注意盖好盖子并避免洒出。层析过程应在通风处进行，结束时应用肥皂将手洗干净。01捕获光能的色素(2)分离绿叶中的色素①分离原理：不同色素在层析液中的

不同，溶解度

的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。②步骤制备滤纸条│

↓剪角的目的：防止两侧色素扩散快，色素带不整齐溶解度高剪滤纸条：将干燥的定性滤纸剪成长与宽略小于试管长与直径的滤纸条，并在一端剪去两角。

↓铅笔画线：在距滤纸条去角的一端1cm处用铅笔画一条细的横线铅笔线01捕获光能的色素(2)分离绿叶中的色素②步骤

│

↓画滤液细线

│

↓分离绿叶中的色素：将适量的层析液倒入试管中，将滤纸条(有滤液细线的一端朝下)轻轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口。

↓取滤液：用毛细吸管吸取少量滤液

↓画线：沿铅笔线均匀地画出一条细线

↓重复画线：待滤液干后，重复画细线1～2次要求：细、齐、直。防止色素带重叠而影响分离效果

滤液细线目的：积累更多色素，使色素分离效果更明显。滤液细线不能触及层析液，以防止色素溶解于层析液中而无法分离。防止层析液挥发。01捕获光能的色素(2)分离绿叶中的色素②步骤

↓观察并记录结果：滤纸条上出现4条色素带胡萝卜素最少最高最快黄色叶绿素a蓝绿色最多叶绿素b黄绿色最低最慢01捕获光能的色素(4)实验出现异常现象的原因分析异常现象原因分析收集到的滤液绿色过浅①未加

，研磨不充分；②使用放置数天的菠菜叶，滤液

太少；③一次加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低(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色素(叶绿素)碳酸钙滤纸条色素带重叠①滤液细线不直；②滤液细线过粗滤纸条无色素带①忘记画

；②滤液细线接触到

，且时间较长，色素全部溶解到层析液中滤液细线层析液[归纳拓展]01捕获光能的色素色素分离的其他方法:01捕获光能的色素

如图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置。应将滤液滴在a处还是b处？实验结果应会出现四个不同颜色的同心圆，最外层应是什么颜色？【答案】提示：a处；橙黄色1.下列关于植物细胞中光合色素的说法，正确的是A.光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上B.Mg是构成叶绿素所必需的微量元素C.叶绿素对绿光吸收最多，所以叶片呈绿色D.用纸层析法分离色素时，含量多的色素在滤纸上扩散快√突破

强化关键能力Mg是构成叶绿素所必需的大量元素，B错误；叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈绿色，C错误；用纸层析法分离色素时，溶解度高的色素在滤纸上扩散快，D错误。1.(2020·江苏，6)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是A.提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂B.研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏C.研磨时添加石英砂有助于色素提取D.画滤液细线时应尽量减少样液扩散√典题演练•破解高考1．为研究光合色素提取实验中二氧化硅颗粒大小(目值越大，表示颗粒越细)对叶绿素提取量的影响，某研究小组利用新鲜的菠菜叶片进行了一系列的色素提取与定量测定实验，实验结果如下表。下列有关叙述错误的是() A.提取色素利用的原理是光合色素易溶于有机溶剂B．加入二氧化硅对叶绿素a和叶绿素b的提取均有益C．据表可知，用50目的二氧化硅提取得到的叶绿素总量最多D．若叶片研磨过程中未加入碳酸钙，则表中数据均减小二氧化硅颗粒大小/目02050100200叶绿素a/(mg/g)0.250.530.610.480.47

叶绿素b/(mg/g)0.160.080.090.110.12B

2.如图是某同学用无水乙醇分别提取正常光照和强光照下某种植物等量叶片中的光合色素，然后用层析液进行纸层析得到的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列相关叙述正确的是()A.实验研磨操作中若加入的二氧化硅或碳酸钙过

少，都会导致色素条带颜色变深B.实验中对研磨液过滤时，采用滤纸过滤，实验

效果更好C.色素分离过程中如果滤液细线触及层析液，

会缩短四条色素带间的距离D.与正常光照下相比，该植物强光照下叶片会发黄D

典题演练•破解高考01捕获光能的色素

阳光是由不同波长的光组成组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。光谱三棱镜01捕获光能的色素光是一种电磁波，分为可见光和不可见光。可见光的波长是400-760nm。不同波长的光，颜色不同。01捕获光能的色素叶绿素溶液叶绿素主要吸收红光和蓝紫光类胡萝卜素主要吸收蓝紫光类胡萝卜素溶液红橙黄绿青蓝紫都是可见光如何得到纯净的叶绿素溶液或者类胡萝卜素溶液？01捕获光能的色素叶绿素主要吸收类胡萝卜素主要吸收红光和蓝紫光蓝紫光

功能：捕获光能，即吸收、传递、转化光能

四种色素叶绿素a01捕获光能的色素01捕获光能的色素植物工厂的LED灯都是做成全红、全蓝、红蓝组合三种形式。01捕获光能的色素为什么是用红色或蓝色的呢？用绿色的可以吗？不能；因为色素基本上不吸收绿光。有些蔬菜大棚用红色或蓝色的塑料薄膜代替普通塑料薄膜，有的温室内悬挂发红色或蓝色的灯管。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？01叶绿体色素的提取与分离拓展藻类（绿藻、褐藻和红藻）的色素藻类色素种类含量最多的色素水层及主要存在的光绿藻叶绿素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，反射绿光浅水层存在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，反射红黄光中水层存在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，反射红光深水层存在蓝紫光提示：色素的种类与光能的捕获有关，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。典题演练•破解高考1.(2017·全国Ⅲ，3)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是（）A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示D.叶片在640～660nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的A

类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，在红光区不吸收光能，A项错误。典题演练•破解高考2．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D

01捕获光能的色素在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。教材隐性知识：源于必修1P99“图5－12”、“旁栏思考”及P101“拓展应用”(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

(填“宽”或“窄”)。(2)研究表明：在遮光条件下，以蓝紫光为主的散光占比增加。请预测：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_____，弱光下的吸收能力

，有利于提高植物的捕光能力，是对弱光环境的一种适应。宽降低增强典题演练•破解高考5．叶绿体色素吸收特定波长光的能量后，从基态跃迁至激发态，但激发态不稳定，通过发射荧光回到基态，这些荧光组成的光谱称为发射光谱。类胡萝卜素分子吸收的光能可传递给叶绿素分子，导致类胡萝卜素的发射光遭强度减弱，能量传递效率与色素分子间的距离有关。图中A-D是叶绿素，类胡萝卜素及分子同能量传递的光谱学分析的实验结果。典题演练•破解高考（1）比较图A与图B，图A中曲线b是__________（填“叶绿素”或“类胡萝卜素”）的__________（填“发射”或“吸收”）光谱。类胡萝卜素发射典题演练•破解高考（2）图C是以454nm的激发光分别诱导1×10-4mol/L类胡萝卜素的苯溶液、5×10-7mol/L叶绿素的苯溶液、1×10-4mol/L类胡萝卜素+5×10-7mol/L叶绿素的苯溶液产生的发射光谱。图中曲线g对应__________（填“类胡萝素”“叶绿素”或“类胡萝卜素+叶绿素”）的发射光谱：曲线g与e、f有差异，原因是__________。类胡萝卜素+叶绿素因为类胡萝卜素分子吸收的光能可以传递给叶绿素分子，但叶绿素的能量不能传给类胡萝卜素，导致类胡萝卜素的发射光谱强度减弱，叶绿素分子的发射光谱强度增强，所以图中发射光谱e为类胡萝卜素的、f为叶绿素的、g为类胡萝卜素+叶绿素的典题演练•破解高考（3）图C实验的叶绿素+类胡萝卜素的混合液中，保持类胡萝卜素的浓度为1×10-4mol/L，依次增加叶绿素浓度，以454nm的光对混合液进行激发，分别检测叶绿素和类胡萝卜素的发射光谱，得到图D中的曲线j（叶绿素）和曲线k（类胡萝卜素），据此可知色素间能量传递效率与分子间距离的关系是__________。分子间距离越小，色素间能量传递效率越高02叶绿体的结构与功能气孔叶肉细胞叶脉02叶绿体的结构与功能(1)结构外表：①_______内部②_____③______：由_________堆叠而成↓决定(2)功能：进行____________的场所。双层膜基质基粒类囊体光合作用(3)物质基础在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的_________。在_____________上和______________中，还有许多进行光合作用所必需的酶。色素分子类囊体膜叶绿体基质叶绿体基质02叶绿体的结构与功能1g菠菜叶片中的类囊体总面积竟有60m2左右。02叶绿体的结构与功能02叶绿体的结构与功能极细的光束黑暗中——集中于叶绿体被光束照射的部位光下——分布于叶绿体所有受光部位水绵需氧细菌结论：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。02叶绿体的结构与功能（1）为什么选用水绵和好氧细菌作为实验材料？提示：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。（2）为何要除去小室中原有的空气？

为什么选用黑暗并且没有空气的环境？提示：选用黑暗并且没有空气的环境，可排除光线和氧的干扰。（3）为什么用极细的光束照射？提示：叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。恩格尔曼的第一个实验02叶绿体的结构与功能思考：结合刚刚学过的色素吸收光存在差异这一知识，同学们能否在恩格尔曼第一个实验的基础上进一步提出所要研究的问题？工具：三棱镜02叶绿体的结构与功能恩格尔曼进一步实验光三棱镜临时装片好氧细菌水绵好氧细菌提示：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，叶绿体会释放氧气，适于好氧细菌在此区域分布。02叶绿体的结构与功能资料3:在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。基粒叶绿体基质类囊体外膜内膜(酶)(酶、色素)

叶绿体是进行光合作用的场所。一般植物的叶片在春夏季节为绿色，而在秋季呈现黄色。出现这一现象的原因是什么？提示春夏季节叶片中的叶绿素含量较多，叶绿素对绿光吸收较少，绿光大部分被反射出来，所以叶片会呈现绿色。而到了秋季，叶片中主要是类胡萝卜素，故而呈现黄色。3.下列关于叶绿体的叙述，正确的是A.叶绿体的外膜、内膜极大地扩展了受光面积B.类囊体薄膜中的酶可催化CO2的固定和还原C.类囊体薄膜上的光合色素都可以吸收蓝紫光D.叶绿体基质中NADP＋能形成NADPH√突破

强化关键能力4.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部分经典实验的分析及拓展如图1、2所示。下列相关叙述正确的是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C.图2所示实验中需氧细菌

主要分布于接受光照的

水绵细胞各个部位D.图2所示实验需要把载有

水绵和需氧细菌的临时

装片放在含有空气的黑暗环境中√问题探讨03光合作用的原理1.概念

指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把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.反应式叶绿体光能CO2+H2O(CH2O)+O2有机物03光合作用的原理资料1：19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，O2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。CO2O2释放C+H2O甲醛多个缩合糖(CH2O)03光合作用的原理

资料2：1937年，英国植物学家希尔（R.Hill)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。像这样，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作希尔反应。探索光合作用原理

光照H2OO2叶绿体实验结果：叶绿体有O2释放。实验思路：施加单一变量进行研究03光合作用的原理实验3：1941年鲁宾和卡门实验实验思路：用放射性同位素标记来研究物质的去路材料：小球藻处理：用18O分别标记CO2和H2O，给予光照。CO2H218O光照射下的小球藻悬液C18O2H2O18O2O2光合作用产生的O2来自于H2O，不来自CO2。结果：A为18O2，B为O2；结论：03光合作用的原理

资料2：1937年，英国植物学家希尔（R.Hill)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。像这样，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作希尔反应。探索光合作用原理问题1：希尔实验中的氧化剂起到什么作用？结合H2O分解产生的H+和e-问题2：叶绿体内参与光合作用的氧化剂是什么？NADP++2H++2e-NADPH+H+酶03光合作用的原理场所：类囊体(有色素)条件：必须有光物质变化：水的光解产生氧气和H+思考3：从该实验，你能得出什么结论？

资料3：研究者为探究上述过程发生的场所和条件，进行了下述实验操作。结果表明四只试管中只有1号有气泡产生，收集后可使点燃的卫生香复燃。从4只试管取样分别加入特定的氢离子受体（如2,6-D，一种氧化剂，蓝色染料，能被还原性物质还原成无色)，发现1号褪色。探索光合作用原理03光合作用的原理

资料4：1954年，美国科学家阿尔农发现，当供给Pi、ADP时，会有ATP产生。同样方法处理四只试管，只有1号有ATP产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。探索光合作用原理思考4：从该实验，你能得出什么结论？ATP的合成场所：类囊体合成条件：需光（酶）光照下，水光解同时ADP和Pi合成ATP。思考：合成ATP的能量来自哪里呢？03光合作用的原理2.电子(e－)经过电子传递链：质体醌→细胞色素b6f复合体→质体蓝素→光系统Ⅰ→铁氧还蛋白→NADPH。1.光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气和H＋和自由电子(e－)，光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。03光合作用的原理3.电子传递过程是高电势到低电势(光系统Ⅱ和Ⅰ中的电子传递由于光能的作用，从而逆电势传递，这是一个吸能的过程)，因此，电子传递过程中释放能量，质体醌利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度从类囊体的基质侧泵入到囊腔侧，从而建立了质子浓度(电化学)梯度。03光合作用的原理当然，光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H＋)以及在类囊体的基质侧H＋和NADP＋形成NADPH的过程，为建立质子浓度(电化学)梯度也有所贡献。4.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合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。03光合作用的原理思考：形成膜内外两侧H+浓度差的原因是？H2O的光解H+的运输膜外NADPH的合成03光合作用的原理思考：光反应过程中能量如何转化？光能电子势能NADPH中活跃的化学能H+浓度梯度势能ATP中活跃的化学能光系统及电子传递链1.下图是番茄植株的叶肉细胞中进行光合作用的示意图，PSⅡ和PSⅠ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，是吸收、传递、转化光能的光系统。下列叙述错误的是()A.自然界中能发生光合作用的生物，

不一定具备PSⅡ和PSⅠ系统B.光反应过程将吸收的光能转换为活

跃的化学能全部储存在ATP中C.在ATP合成酶的作用下，H＋顺

浓度梯度转运提供分子势能，促进ADP和Pi合成ATPD.PSⅡ中的色素吸收光能后，将H2O分解为O2和H＋，产生电子传递

给PSⅠ将NADP＋和H＋结合形成NADPHB光系统及电子传递链2.下图所示生理过程中，P680和P700表示两种特殊状态的叶绿素，M表示某种生物膜，其中乙侧的H＋浓度远高于甲侧，在该浓度差中储存着一种势能，该势能是此处形成ATP的前提。据图分析，下列说法正确的是（

）A.乙侧的H＋完全来自甲侧B.生物膜M是叶绿体类囊体薄膜，属于叶绿体内膜C.CF0和CF1与催化ATP的合成、

转运H＋有关，很可能是蛋白质D.该场所产生的NADPH和ATP将参与暗反应中CO2的固定C8.为探究叶绿体在光下利用ADP和Pi合成ATP的动力，科学家在黑暗条件下进行了如下实验，下列有关分析正确的是A.黑暗的目的是为了与光照作对照B.pH＝4的缓冲液模拟的是叶绿体

基质的环境C.ADP和Pi形成ATP后进入类囊体

腔内D.类囊体膜两侧的pH差是叶绿体

形成ATP的动力√03光合作用的原理（1）光反应阶段场所：条件：物质变化：能量变化：类囊体薄膜光、色素、酶水的光解：H2O→1/2O2+2H++2e-

光ATP的合成：NADPH的合成：NADP++2H++2e-→NADPH+H+酶光能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能

ADP+Pi+能量→

ATP酶03光合作用的原理实验5：阿尔农实验2材料：离体叶绿体处理：供给ATP、NADPH和CO2，黑暗条件结果：离体叶绿体中有糖类生成结论：黑暗条件下，CO2合成糖类需要ATP和NADPH。03光合作用的原理实验6：卡尔文实验1实验思路：同位素标记14CO2，研究物质转化过程材料：小球藻处理：光照、提供14CO2；不同时间杀死小球藻，再纸层析分离，最后鉴定放射性物质。CO2C3

C6C5结果：先出现14C3，最后出现14C5、14C6结论：三碳化合物其他中间产物5秒后60秒后03光合作用的原理卡尔文实验2：实验现象：如果光照下突然中断CO2供应，C3急剧减少而C5量增加；突然停止光照，C3浓度急速升高而C5的浓度急速降低。结论：C3与C5之间是相互循环的。C52C3还原的C3CO2（CH2O）多种酶03光合作用的原理场所：条件：物质变化：能量变化：叶绿体基质酶、ATP、NADPH、CO2ATP和NADPH中的活跃化学能转变为有机物稳定的化学能ATP和NADPH的分解CO2的固定：CO2+C5→2C3

酶C3的还原：2C3C5+(CH2O)酶ATP、NADPHNADPH→NADP++H++2e-酶ATP→ADP+Pi+能量酶03光合作用的原理叶绿体中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原光反应暗反应NADP+NADPH光能→ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能酶类囊体薄膜叶绿体基质可见光1.NADPH和ATP的移动途径是什么？2.NADP+和ADP的移动途径呢？3.NADPH的作用？从类囊体薄膜到叶绿体基质。从叶绿体基质到类囊体薄膜。①在C3的还原中作还原剂；②为C3的还原提供能量03光合作用的原理NADPH(C3H2O)14C3(14CH2O)18O2C3(CH218O)CO2+H2O光能叶绿体（CH2O）+O2(1)源于必修1P104“相关信息”：___是指三碳化合物——3－磷酸甘油酸，___是指五碳化合物——核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)。(2)源于必修1P104“相关信息”：光合作用的产物有一部分是_____，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入

，再通过韧皮部运输到植株各处。C3C5淀粉筛管(3)源于必修1P104正文拓展：光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入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，发现放射性代谢产物减少到12种，想要探究CO2转化成的第一个产物，可能的实验思路是_____________________________________________________________________________________________________________________________。

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04化能合成作用能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。

2NH3+3O2

2HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O2

2HNO3+能量硝化细菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量讨论：进行化能合成作用的生物属于自养还是异养生物？异养生物：只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。自养生物：以无机物转变成为自身的组成物质。03光合作用的原理叶绿体中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原NADP+NADPH酶可见光CO2浓度不变NADPH、ATP

C3C5

（CH2O）光照减弱减少增加减少减少光照增强增加减少增加增加03光合作用的原理叶绿体中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原NADP+NADPH酶可见光光照不变NADPH、ATPC3C5

（CH2O）CO2浓度减少增加减少增加减少CO2浓度增加减少增加减少增加03光合作用的原理①图1中曲线甲表示

，曲线乙表示

。②图2中曲线甲表示

，曲线乙表示

。③图3中曲线甲表示

，曲线乙表示

。④图4中曲线甲表示

，曲线乙表示

。C5、NADPH、ATPC3C5、NADPH、ATPC3C5、NADPH、ATPC3C3C5、NADPH、ATP“二氧化碳人工合成淀粉”入选2021年度中国生命科学十大进展，中科院研究人员受到了自然光合作用的启发，在太阳能分解水的技术上，开发出了高效的化学催化剂，再利用“光能→电能→化学能”的能量转变方式，将二氧化碳固定还原成了更容易溶于水的甲醇等一碳化合物(C1)。在这个步骤中，光能的能量转化效率超过10%，远超自然光合作用的能量利用效率(2%)。完整的人造淀粉合成代谢路线(ASAP)如图所示：拓展

提升科学思维1.图示模拟的是光合作用的什么过程？人工合成淀粉过程和自然光合作用下关于二氧化碳的固定是否相同，为什么？提示暗反应；不相同；人工合成淀粉过程中二氧化碳固定还原成了更容易溶于水的甲醇等一碳化合物，而自然光合作用下二氧化碳固定合成的是三碳化合物。2.图中显示CO2还原需要人工提供的能量来自__________。植物叶肉细胞中碳的还原所需要能量由______________提供。3.在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，人工合成淀粉过程中糖类的积累量等于植物吗？为什么？提示不等于；因为人工合成淀粉过程中没有呼吸作用消耗糖类。H2、ATPNADPH、ATP4.从生态环境的角度阐述人工合成淀粉的意义。提示有助于避免使用农药和化肥对环境等负面影响；从实现碳中和角度来说可以直接减少空气中的CO2等。5.(2023·河北张家口高三模拟)1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中产生的氧气的来源，实验部分过程及结果如图所示。下列叙述正确的是A.18O不具有放射性，是稳定的同位素，可用于

示踪物质运行和变化规律B.另一组实验及结果图应为：将H218O换成H2O，

CO2换成C18O2，其余不变C.该实验的预期结论是光合作用产生的O2中的氧部分来自水D.实验中小球藻的细胞内含有藻蓝素和叶绿素，没有完整的叶绿体√突破

强化关键能力6.科学家在我国腾冲热泉中分离得到硫细菌，这些细菌通过氧化硫化物和还原CO2来制造有机物。下列关于硫细菌的叙述，错误的是A.硫细菌和硝化细菌的同化作用类型均为自养型B.硫细菌能利用化学能将CO2和水合成糖类C.硫细菌拟核中含有环状DNAD.硫细菌的生物膜系统实现细胞的区室化和功能专一化√典题演练•破解高考1.(2021·广东，12)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ATPD.Rubisco催化C5和CO2结合√典题演练•破解高考4.(2020·山东，21)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。12345(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是______________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为________________。模块1和模块2五碳化合物(或C5)典题演练•破解高考(2)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中的能量转换效率也会发生改变，原因是_________________________________________。减少模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足典题演练•破解高考(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量_____(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是_____________________________________________________________。高于人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖类)典题演练•破解高考(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是________________________________________。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少四重温高考真题演练1.(2019·江苏，17)如图为某次光合作用色素纸层析的实验结果，样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝细菌经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是A.研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素B.层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液C.在敞开的烧杯中进行层析时，需通风操作D.实验验证了该种蓝细菌没有叶绿素b1234√2.(2019·海南，9)下列关于高等植物光合作用的叙述，错误的是A.光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能B.红光照射时，胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素aC.光反应中，将光能转变为化学能需要有ADP的参与D.红光照射时，叶绿素b吸收的光能可用于光合作用√12343.(2021·江苏，20)线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要。下图表示叶肉细胞中部分代谢途径，虚线框内表示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”，请据图回答下列问题：(1)叶绿体在___________上将光能转变成化学能，参与这一过程的两类色素是____________________。类囊体薄膜叶绿素、类胡萝卜素1234(2)光合作用时，CO2与C5结合产生三碳化合物，继而还原成三碳糖(C3)，为维持光合作用持续进行，部分新合成的C3必须用于再生_____；运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖，运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了____个CO2分子。1234C512(3)在光照过强时，细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能，避免细胞损伤。草酸乙酸/苹果酸穿梭可有效地将光照产生的__________中的还原能输出叶绿体，并经线粒体转化为______中的化学能。1234NADPHATP(4)为研究线粒体对光合作用的影响，用寡霉素(电子传递链抑制剂)处理大麦，实验方法是：取培养10～14d大麦苗，将其茎浸入添加了不同浓度寡霉素的水中，通过蒸腾作用使药物进入叶片。光照培养后，测定并计算光合放氧速率(单位为μmolO2·mg－1chl·h－1，chl为叶绿素)。请完成下表。实验步骤的目的简要操作过程配制不同浓度的寡霉素丙酮溶液寡霉素难溶于水，需先溶于丙酮，配制高浓度母液，并用丙酮稀释成不同药物浓度，用于加入水中设置寡霉素为单一变量的对照组①____________________________________1234在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮②________________________对照组和各实验组均测定多个大麦叶片光合放氧测定用氧电极测定叶片放氧③________________________________称重叶片，加乙醇研磨，定容，离心，取上清液测定减少叶片差异造成的误差叶绿素定量测定(或测定叶绿素含量)12344.(2020·江苏·27)大豆与根瘤菌是互利共生关系，下图所示为大豆叶片及根瘤中部分物质的代谢、运输途径，请据图回答下列问题：(1)在叶绿体中，光合色素分布在____________上；在酶催化下直接参与CO2固定的化学物质是H2O和____。1234类囊体薄膜C5(2)题图所示的代谢途径中，催化固定CO2形成3－磷酸甘油酸(PGA)的酶在______