2024年高考生物一轮复习必修一试题：第9讲 光合作用与能量转化

第9讲光合作用与能量转化

内容要求——明考向近年考情——知规律

2021•广东卷(12、15)、2021•湖南卷(7、

(1)说明光合作用过程及对它的认识过

18)、2021•河北卷(19)、2020•全国乙卷

程；(2)提取和分离绿叶中色素(活动)；

(29)、2020•山东卷(16、21)、2020•全国

(3)探究不同环境因素对光合作用强度

卷I(30)、2020•全国卷111(29)、2019•全

的影响(活动)。

国卷I(3、29)、2019•全国卷H(31)

考点一绿叶中色素的提取和分离

考点•自主梳理夯实必备知识

1.色素的提取与分离实验可看作两个实验哦!

(1)实验原理

也可用涔，的乙前力。人透号无水裸破钠束我考

丽逾)有机溶齐U(如无水乙醇,能溶解色素

尔左面色素在层析液中溶解度不同,在滤

4层商条上扩散的速度不同

(2)实验装置及操作

一

碳干燥的就■棉塞

氧

酸rt定性

无

化¥-滤纸3滤纸条

水

钙-试管

乙

硅AJ，铅笔线出-滤液细线

碑学剪两角

取海层析液

提m

过制备滤纸条、

素

色画滤液细线

铁架台

色素的提取色素的分离

①称取绿叶、剪碎

二氧化硅：增大摩擦,使

研磨更加充分

②研磨碳酸钙：防止色素被破坏

无水乙醇：溶解色素不解用

③过滤-用单层尼龙布过滤学纨

**s«****^»w***»*^»***w***>*^xslw^».---

④收集滤液及时用棉塞将试管口塞严

一端剪去两角，使扩散

⑤制备滤纸条均匀,防止出现弧形色

素带增加色法附耳卡4

_细、直、匀(风干后重复；

⑥画滤液细线-一两次)----

⑦化素个断滤纸条插入层析液中，层

析液至能些与滤液细线

防上色至漆前在屋竹液中*

(3)实验结果及分析

啥卡最九”端快

f滤纸条上

扇

呈现四条马-胡萝卜素：橙黄色

色H

验二一叶黄素：黄广

颜色、宽疫

二一叶绿素a：蓝绿色、.

结暴

度不同的寸-叶绿素b：黄绿色

I色素带-1

-①色素m的条数与色素种类有关,四条色

结素带说明有四种色云一

果

分-②色素带的宽窄与色素含量有关,色素带

析越宽说明此种色素含量越多

-③色素带扩散速度与溶解度有关,扩散速

度越快说明溶解度越高

2.叶绿体的结构及其中的色素

(1)光合作用的结构——叶绿体

蓝细菌、光合细菌等无叶绿体，但也可进行光合作用

叶绿体外膜、内膜和美囊林薄膜均美

了以磷脂双分子层为基本支架的生物膜

叶

外膜将叶绿体内部与细胞质基质绿

—»分隔开，保证光合作用高效体

内膜有序的进行是

进

基粒：由一系列囊状结构行

(类囊体)堆叠而成.扩大了.已反医光

膜面积，有利于光合色素和的场所合

作

与土反应相关的酶的附着用

基质:分布着大量与喳反♦暗反应的

应相关的酶的场所J场

所

(2)色素的吸收光谱

吸收光能的百分比/%

由图可以看出：

①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。

②光合色素吸收光的范围：光合色素只吸收可见光(可见光的波长范围大约是

400-760nm),对红外光和紫外光不吸收。参看必修1教材P99“学科交叉”

提醒①植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射

出来。

②植物的液泡中含有的色素(花青素)不参与光合作用。

③植物幼嫩的茎和果实的细胞中也含有吸收光能的色素。

|易错辨析

⑴在菠菜的叶肉细胞内，含量最多的光合色素是叶绿素a(J)

⑵叶绿体中的色素分布在类囊体薄膜和叶绿体内膜(X)

(3)提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分(X)

(4)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快(X)

(5)叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光(X)

(6)秋天叶片变黄，是叶黄素含量增多导致的(X)

|深挖教材

必修1P99“内文”拓展

1.(与社会的联系了温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补

充什么颜色的光源？

提示最好选用无色透明的玻璃或塑料薄膜，因为它可以使各种颜色的光通过；

补充光源可选择红光或蓝紫光，因为这种颜色的光植物光合作用吸收利用较多，

更有利于植物进行光合作用。

必修1P102“内文”拓展

2.（解释生物学现象）玉米田里的白化苗长出几片叶片就死亡，原因是什么？

提示玉米白化苗中不含叶绿素，不能进行光合作用，无法产生新的有机物，待

种子中储存的营养物质被消耗尽后，幼苗就会死亡。

必修1P98“探究•实践”拓展

3.（实验改进）提取叶绿体中的色素，也可用如图所示的方法：即在圆心处滴加适量

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依次对应哪种色素及颜色？

①

②

③

④

提示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）

|，重点'疑难突破突破关键能力

实验异常现象分析

异常现象原因分析

（1）未加石英砂（二氧化硅），研磨不充分；（2）一次加入

色素带颜色较浅过量的无水乙醇,提取液浓度太低（应分次加入少量无

水乙醇，如10mL）；（3）画滤液细线时次数太少

滤纸条下面两条色素带较（1）未加碳酸钙或加入过少，叶绿素被破坏；（2）实验材

浅料中叶绿素的含量较少（如泛黄的叶片）

色素带重叠（1）滤液细线不直；（2）滤液细线过粗

（1）忘记画滤液细线；（2）滤液细线接触或浸没于层析

无色素带

液，色素全部溶解到层析液中

:命题•规律探究提升学科素养

考向结合实验原理及过程，考查科学探究能力

1.（2020.江苏卷，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

答案B

解析叶绿体色素能溶解在无水乙醇或丙酮等有机溶剂中，所以可用无水乙醇作

为溶剂提取叶绿体色素，A正确；研磨时加入CaC03可以防止叶绿素被破坏，B

错误；加入石英砂是为了使研磨更充分，从而使叶绿体中的色素释放出来，C正

确；画滤液细线时应尽量减少样液扩散，防止色素带之间部分重叠，D正确。

2.（2019•海南卷，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a

C.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

答案B

解析光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能，但需要利用光反应阶段形成的

NADPH和ATP,A正确；胡萝卜素不能吸收红光，B错误；光反应中，将光能

转变为ATP中活跃的化学能，需要有ADP和Pi及ATP合成酶的参与，C正确；

红光照射时，叶绿素b吸收的光能可用于光合作用，光能可以转变为ATP和

NADPH中活跃的化学能，D正确。

3.（2022.北京房山区期末）如图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况，

以下说法正确的是（）

A.提取色素时加入碳酸钙是为了防止滤液挥发

B.若选用同种但失绿变黄的叶片，色素含量可能是（甲+乙）〈（丙+丁）

C.四种色素都能溶解在层析液中，乙色素的溶解度最大

D.四种色素中，丙和丁主要吸收红光

答案B

解析提取色素时加入碳酸钙是为了防止色素被破坏，A错误；由题图可知，甲

为叶绿素b,乙为叶绿素a,丙为叶黄素，丁为胡萝卜素，失绿变黄的叶片中叶绿

素含量较低，所以色素含量可能是（甲+乙）〈（丙+丁），B正确；四种色素都能溶

解在层析液中，丁扩散距离最远，丁色素的溶解度最大，C错误；丙（叶黄素）和

丁（胡萝卜素）主要吸收蓝紫光，D错误。

考点二光合作用的过程

考点•自主梳理夯实必备知识

1.探索光合作用的部分经典实验

:吴稚浚一讦皮或杀'：i和孽密捶逊逊通

▼VV

极细-需氧细菌只分布在叶绿体

水绵］

黑暗光束被光束照射到的部位

无空弓

需氧完全需氧细菌分布在叶绿体所

细菌曝光~有受的光部位

用透过三需氧细菌聚是叶绿体释

族出来的，

棱镜的光集在红光和Bf

照射水绵~蓝紫光照射（恩喻，绿体是水绵进

」＜尔野行光合作用的

临时装片的区域

；场所

（水绵）叶绿体主要、-------------

一吸收红光和蓝紫光

I_____________

离体叶绿体的悬浮液中

加入铁盐或其他氧化剂

：水在叶绿体中

（悬浮液中有HQ,没有逑缈二光解、产生5

C02）,在光照下可以释\__________

放出氧气

U,

H2O,CO2'洛逊i光合作用释放

一释放

向植物和」的氧气全部来

提供

HaOsC"*O2VKi'y:自水

、-----------

—祥放。2W

；在光照F,叶绿体合成:‘叶绿体中水的

:ATP总是与水的光解相-电光解过程伴随

:伴随:ATP合成

I____________

用"C标记的供小

球藻进行光合作用，追：光合产物中的

G尔少-：碳来自二氧化

踪检测放射性："CO?一

l避

CH2O)

2.光合作用过程

(1)图解光合作用的过程

光小小绿体RjNADPH

能"^的色素NADP+

V^^^fADP+Pi

光反应阶段暗反应阶段

(2)比较光反应与暗反应

〔光反应,：顷田：、哈皮运：

VVV

类囊体薄膜.叶绿体基质

比、色素、睡、HQ、.琮库)F、C0-ATP.

ADP、Pi、NADP+NADPH,C；等

①水的光解：

2H2O^to2+4H++4e-\

①CO?的固定：

②ATP的合成：V-.,

CO+C,,A2C*

，富色素、酶/物质2

黑ACD厂D+能重k延②&的还原：

ATP,NADPH

③还原型辅幅II的形/2c3-

+

成：NADP+H++2e-(CH2O)+C5

地NADPH

ATP和NADPH

光能一ATP和NADPH中活跃的化学能

中活跃的化学能一有机物中稳

定的化学能

H2O/NADP,co

光能光应二2

I暗意应J

Air/

。2ADP+Pi，《电。)

①光反应为暗反应提供NADPH、ATP;暗反应

为光反应提供NADP，ADP和Pi；

②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

3.光合作用的概念及反应式

(1)概念：光合作用是指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，并且释放出氢氧的过程。

(2)反应式：

能

CO2+H2O](CH2O)+O2

(3)元素的转移途径

①H：3H2。巡乐ADPH”岖鸟C3H20c

②C：14co2c国遵定小尸!迈原(14CH2O)。

③0：H葵O场座至2；C1802。电的定c3c■原(CHVO)。

提醒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。

4.光合作用和化能合成作用的比较

项目光合作用化能合成作用

区能量来源光能无机物氧化释放的能量

别代表生物绿色植物硝化细菌

相同点都能将CO2和H2O等无机物合成有机物

［易错辨析

(1)植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应(X)

(2)光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜(X)

(3)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和C02后，可完成暗反应过程(，)

(4)光合作用只能发生在叶绿体中(义)

(5)土壤中的硝化细菌可利用C02和H20合成糖类(J)

(6)叶绿体中可进行C02的固定但不能合成ATP(X)

|深挖教材

必修1Pioo“思考・讨论”

下面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

4()04505005506(X)650700

波长/nm

恩格尔曼第二个实验的示意图

⑴恩格尔曼实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？

提示选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，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什么？

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，叶绿体会释放氧气，适于需氧细菌在此区域分布。

(4)如果对恩格尔曼的第二个实验进行改进，用透过三棱镜的光先通过叶绿体色素

提取液，再照射到载有水绵和需氧细菌的临时装片上，一段时间后，需氧细菌分

布有何特点？

提示三棱镜将光分为七色光，叶绿体色素提取液主要吸收红光和蓝紫光，故先

透过三棱镜，再通过叶绿体色素提取液后照射到水绵临时装片上的光中红光和蓝

紫光较弱，水绵不同部位的光合作用强度相差不大，产生氧气的量大致相同，因

此水绵周围需氧细菌分布无显著差别。

重点'疑难突破突破关键能力

环境改变时光合作用各物质含量的变化分析

(1)“过程法”分析各物质变化

下图中I表示光反应，n表示co2的固定，ill表示C3的还原，当外界条件(如光

照、C02)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：

NADPHJATP|

C,消耗减少，合成暂不变CJ

消耗暂不变，合成减少CJ

“小办I,C,合成减少，消耗暂不变C3

II减弱V

，光不变\山暂不变卜消耗减少，合成暂不变C』

CO2供应

111

吧普？-NADPHtATP)

I暂不变

(2)“模型法”表示Q.和。的含量变化

起始值C3高于C5（约为其2倍）

光

光

光

为

渊

I照

照

叱

£强Q、NADPH、

I一

即

强

珊-cc.NAD

-ATP.(CHO)

、2

金-

A“OZ合成量

合

量

TPZT一

成

一

时间时间

住

CO2

3温，徽7«也0）

住

灵—:合成量

型名;:1——IG、NADPH、

!各血量~ATP

O时间。时间

I命题,规律探究提升学科素养

考向1结合光合作用的过程，考查科学思维能力和科学探究能力

1.（2021.广东卷，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的基质中进行的，故Rubisco

存在于叶绿体的基质中，催化C5和CO2结合生成C3,A错误，D正确；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。

2.（2022・东北师大附中质检）如图表示光合作用过程，a、b、c表示物质，甲、乙表

示场所，下列有关分析错误的是（）

A.物质b可能是ADP和Pi

B.物质c直接被还原生成（CH2O）和C5

C.甲中色素不溶于水，能溶于有机溶剂

D.乙中含有多种催化反应的酶

答案B

解析根据图示可看出，甲是叶绿体的类囊体薄膜，是光合作用光反应的场所，

乙为叶绿体基质，是暗反应的场所，物质b可能是暗反应为光反应提供的ADP

和Pi,A正确；物质c为C02,C02转化成（CH20）和C5需经过C02的固定和C3

的还原两个过程，B错误；类囊体薄膜上的色素不溶于水，能溶于有机溶剂，C

正确；叶绿体基质中含有多种催化反应的酶，D正确。

考向2围绕条件骤变时叶绿体中各物质含量变化，考查科学思维能力

3.（2022.湖北孝感中学质检）如图为某植物叶肉细胞光合作用示意图，图中

①②③④表示相关物质。现有甲、乙两植株，甲叶色正常，乙为叶色黄化的突变

植株，叶绿素含量明显少于甲。将甲、乙植株置于正常光照、温度、CO2浓度等

条件相同的环境中，下列相关分析正确的是（）

一②、/r^（CHQ）

「卜ATP/LCO.2

H2OQT'NADPH

A.被色素吸收的光能全部用于③合成ATP

B.只有接受ATP释放的能量，C3才可被NADPH还原

C.如果突然增加光照强度，则短时间内②含量减少，③的含量增加

D.如果突然增加光照强度，甲的叶肉细胞C3减少，乙的叶肉细胞④含量减少

答案B

解析光合作用过程中色素吸收的光能有两方面的用途，一方面引起水的光解，

另一方面参与ATP合成，A错误；在光合作用暗反应阶段，C3的还原只有接受

ATP释放的能量才可完成，B正确；图中②表示NADP+,若突然增加光照强度，

光反应增强，则短时间内②含量减少，③为ADP和磷酸，增加光能后短时间内

③的含量也会减少，C错误；若突然增加光照强度，则甲乙两植株光合作用光反

应均增强，所以C3均减少，图中④（C5）均增加，D错误。

4.（2022•山东泰安期末）如图是光合作用过程示意图（字母代表物质），图中PSBS是

一种类囊体膜蛋白，它能感应类囊体腔内的H"浓度而被激活，激活了的PSBS抑

制电子在类囊体膜上的传递，最终将过量的光能转换成热能释放，从而防止强光

对植物细胞造成损伤。

(1)图中的A是,C是,D是o

(2)叶绿素a主要吸收光。采用纸层析法分离色素时，注意滤纸上的滤液

细线要高于o

(3)若反应H中G的浓度突然降低至一半，短时间内C5的含量将o如果

追踪G中碳元素的去向，常用法。

(4)过度光照将会激活膜蛋白PSBS,直接抑制反应I中过程，会导致电

子不能传递给(填图中字母)，所以过量的光能将不能转变为化学能。

+

答案(1)02ATPNADP(2)红光和蓝紫层析液液面(3)升高同位素示

踪(4)水的光解D

解析(1)由图可知，反应I为光反应，反应n为暗反应，则A代表02,B代表

ADP,C代表ATP,D代表NADP',E代表NADPH。(2)叶绿素a主要吸收红光

和蓝紫光；滤液细线一定要高于层析液液面，防止滤液细线上的色素溶于层析液

中。(3)降低G(C02)的浓度，则C02固定过程减弱，C5的消耗减少，短时间内C3

的还原过程仍正常进行，C5的生成不变，C5的含量将升高。常利用同位素示踪法

追踪元素的转移途径。(4)由图可知，PSBS可参与水的光解过程，水的光解产生

H'、02和e,PSBS抑制电子传递给D(NADP+)。

考点三影响光合作用的因素及应用

考点•自主梳理夯实必备知识

1.内部因素

(1)植物自身的遗传特性(如植物品种不同)，以阴生植物、阳生植物为例，如图所

zj\0

发节

中生长

光环境

美在强

----

----

----

----

----

伟--

光茶

门居

西故

，在

键壮

吸

胞呼

的细

植物

：阳生

的植物

有不良

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、光饱

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度、

，强

M

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：强度