2025高考生物一轮复习精讲课件：捕获光能的色素和结构及光合作用原理的探索

捕获光能的色素和结构及光合作用原理的探索第15课时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。课标要求考情分析捕获光能的色素2023·江苏·T12

2023·全国乙·T2

2023·辽宁·T21

2023·海南·T16

2023·广东·T18

2023·全国甲·T29

2022·山东·T21

2020·江苏·T6内容索引考点一捕获光能的色素和结构考点二光合作用原理的探索课时精练考点一捕获光能的色素和结构1.绿叶中色素的提取和分离有机层析液高二氧化硅碳酸钙扩散均匀橙黄色叶黄素黄色叶绿素a蓝绿色黄绿色总结实验异常现象分析2.色素的分布和作用(1)分布：叶绿体

上。(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都是可见光。叶绿素对______________的吸收量大，类胡萝卜素对_________的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量_____。类囊体薄膜红光和蓝紫光蓝紫光较少3.叶绿体的结构和功能所有受光部位椭球形球形双层膜基质暗反应类囊体色素光合作用被光束照射到的部位总结恩格尔曼实验设计的4点巧妙之处(1)实验材料选得妙：实验材料选择水绵和需氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察；利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，排除了空气中氧气和光的干扰。(3)观测指标设计得妙：用极细的光束点状投射，叶绿体上可分为获得光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验。(4)实验对照设计得妙：进行黑暗(局部光照)和曝光对照实验，明确实验结果完全是由光照引起的。(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(

)提示叶片黄化，叶绿素减少，叶绿体对红光的吸收减少。(4)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中(

)提示叶绿体基质中不含色素，只含有光合作用需要的酶。××√√(5)叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积(

)提示叶绿体内膜光滑，和外膜面积相近。×考向一捕获光能的色素和结构1.(2023·全国乙，2)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体薄膜上C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰D.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得

越慢√1212叶绿素的元素组成是C、H、O、N、Mg，氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素，A正确；光反应的场所是类囊体薄膜，需要光合色素吸收光能，叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体的类囊体薄膜上，B正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰，C正确；叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越快，D错误。2.(2023·江苏，12)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验的叙述，合理的是A.用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现色素带重叠C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带，花青素位于叶绿素a、b之间√12用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏，A错误；画滤液细线时要间断画2～3次，即等上一次干了以后再画下一次，若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但是会造成滤液细线过宽，易出现色素带重叠，B正确；该实验中分离色素的方法是纸层析法，可根据各种色素在滤纸条上呈现的色素带的宽窄来判断各色素的含量，但该实验所用的方法不能用于具体测定绿叶中各种色素含量，C错误；12花青素存在于液泡中，易溶于水，不易溶于有机溶剂，故若得到5条色素带，距离滤液细线最近的色素带为花青素，应在叶绿素b的下方，D错误。返回12考点二光合作用原理的探索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

转化成糖甲醛光合作用年份科学家发现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1941年美国科学家鲁宾和卡门用

的方法，研究了光合作用中氧气来源于H2O：H218O＋CO2→植物→

；H2O＋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

相伴随水的光解、产生氧气同位素示踪18O2O2ATP水的光解阿尔农(1)希尔实验证明了水的光解和糖的合成不是同一个化学反应(

)(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(

)提示希尔的实验只能说明水的光解产生氧气，不能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水，还可能来自其他物质。(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(

)√×√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CO2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)卡尔文等用14CO2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？提示目的是终止反应，溶解有机物。(2)随后通过双向纸层析分离小球藻中的有机物。点样处位于滤纸的左下角；双向纸层析是第一次层析后，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

(填“相同”或“不同”)的层析液，判断依据是什么？提示有的斑点在水平方向上的扩散距离无明显差异，而在垂直方向上差异明显。不同(3)对代谢物纸层析的原理是什么？与单向纸层析相比，双向纸层析的优点是什么？提示原理：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。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底分离。(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→尿苷二磷酸丙糖考向二光合作用原理的探究3.(2023·江苏海安高级中学高三月考)卡尔文将14C标记的CO2通入正在进行光合作用的小球藻培养液中，然后在培养后不同时间(0.5s、3s、10s等)将培养液迅速倾入热乙醇中以杀死细胞，最后利用层析法和放射自显影技术进行物质的分离和鉴定，实验结果如图。下列相关分析不正确的是34A.用14C标记CO2可排除细胞中原有物质的干扰B.热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行C.推测暗反应的初产物可能是3－磷酸甘油酸D.可依据放射性的强弱推测出暗反应的过程√34热乙醇可以杀死细胞，用热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行，以检测杀死细胞时，其光合作用的进行程度，B正确；放射性最先在3－磷酸甘油酸出现，推测暗反应的初产物可能是3－磷酸甘油酸，C正确；该实验可通过放射性出现的先后顺序来推测暗反应的过程，D错误。344.实验中常用希尔反应来测定除草剂对杂草光合作用的抑制效果。希尔反应基本过程：将黑暗中制备的离体叶绿体加到含有DCIP(氧化型)、蔗糖和磷酸缓冲液(pH＝7.3)的溶液中并照光。水在光照下被分解，产生氧气等，溶液中的DCIP被还原，颜色由蓝色变成无色。用不同浓度的某除草剂分别处理品种甲和品种乙杂草的离体叶绿体并进行希尔反应，实验结果如图所示。下列叙述错误的是34A.相同浓度除草剂处理下，单位时间内溶液颜

色变化慢的品种受除草剂抑制效果更显著B.与品种乙相比，除草剂抑制品种甲类囊体的

功能较强C.除草剂浓度为K时，品种乙的叶绿体能合成有机物D.不用除草剂处理时，品种乙的叶绿体放氧速率等于品种甲√34相同浓度除草剂处理下，品种乙的叶绿体放氧速率高于品种甲，说明除草剂抑制品种甲类囊体体的功能较强，B正确；除草剂浓度为K时，品种乙的叶绿体虽能为暗反应阶段提供NADPH和ATP，但缺乏二氧化碳，无法合成C3，故无法合成有机物，C错误。341.(必修1P98)绿叶中的色素有4种，它们可以归为两大类：

(含量约占3/4)和

(含量约占1/4)，其中前者包含

(蓝绿色)和

(黄绿色)，后者包含

(橙黄色)和

(黄色)。2.(必修1P99)叶绿素a和叶绿素b主要吸收

，胡萝卜素和叶黄素主要吸收

。叶绿素类胡萝卜素叶绿素a叶绿素b胡萝卜素叶黄素蓝紫光和红光蓝紫光3.(必修1P99图5－12)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”)。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(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。宽降低增强4.(必修1P101)叶绿体是

的场所。在它内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的

，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的

。5.植物工厂里为什么不用发绿光的光源？提示这种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。进行光合作用色素分子酶6.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是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？提示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。7.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。返回课时精练一、选择题1.下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的相关叙述，正确的是A.选择木本植物的蜡质叶片有利于研磨和细胞中色素的释放B.颗粒较大的二氧化硅可能吸附较多的色素从而减少提取量C.为了保证分离效果，只能在滤纸条的一面连续画滤液细线D.为加快滤纸条上色素间相互分离，应在密闭的实验室中进行√123456789101112131415选择木本植物的蜡质叶片不利于研磨，也不利于细胞中色素的释放，A错误；二氧化硅能够吸附色素，颗粒较大吸附较多，从而使提取的色素量减少，B正确；滤液细线要画得细、齐、直，连续地画滤液细线会导致滤液细线变粗，要待滤液干后再画，C错误；为减少吸入层析液中有毒挥发性物质，分离色素这一步应在通风好的条件下进行，D错误。1234567891011121314152.(2024·江苏扬州中学高三期中)某中学学生用红苋菜和某种层析液做“绿叶中色素的提取和分离”实验，下列相关叙述正确的是A.色素提取时要加入CaCO3，有助于研磨得充分B.为了排除层析液可能带来的颜色影响，可设置空白对照组C.纸层析法分离色素的原理是不同色素在无水乙醇(或丙酮)中溶解度不同D.滤纸条上层析法分离最终会得到两种色素，且分离时间不宜过长√123456789101112131415123456789101112131415色素提取时要加入SiO2，有助于研磨得充分，A错误；可设置空白对照组排除层析液本身的颜色对实验结果的影响，B正确；纸层析法分离色素的原理是不同色素在层析液中溶解度不同，C错误；滤纸条上层析法分离最终会得到五种色素，叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素和花青素，D错误。3.(2024·重庆江北区高三期末)进行绿叶中色素的提取和分离实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如表所示(“＋”表示使用，“—”表示未使用)，其余操作均规范，实验结果依次为A.①②③④

B.②④①③C.④②③①

D.③②①④√123456789101112131415项目甲乙丙丁无水乙醇－＋＋＋水＋－－－CaCO3＋＋－＋SiO2＋＋＋－由表可知，甲同学没加有机溶剂，色素需溶解在有机溶剂中，所以甲同学提取不到色素，结果应为②；乙同学的操作正确，提取分离结果应为④；丙同学可以提取到色素，但由于没加CaCO3，叶绿素有可能被破坏，因而下边两条色素带比正常的要窄，结果应为①；丁同学未加SiO2，研磨不充分，导致各种色素的提取量均较少，结果应为③。123456789101112131415项目甲乙丙丁无水乙醇－＋＋＋水＋－－－CaCO3＋＋－＋SiO2＋＋＋－4.(2024·连云港高三质检)纸层析法分离叶绿体色素时，迁移率(Rf)可用于各色素的鉴定，迁移率＝色素移动距离/溶剂移动距离。如表是叶绿体中色素层析结果(部分数据，单位为cm)。下列相关叙述正确的是123456789101112131415项目溶剂色素1色素2色素3色素4实验组17.8？？1.9？实验组28.2？？1.5？实验组38.0？？1.4？平均移动距离8.07.6？？0.8迁移率(Rf)无0.950.53？0.10A.色素3的迁移率(Rf)为0.2，若植物体缺镁，该色素含量会增加B.在层析液中的溶解度最小的是色素1，在滤纸条上扩散速度最快的是色素4C.能够吸收蓝紫光的只有色素1和色素2，能够吸收红光的只有色素3和色素4D.该实验所用的层析液中包含苯、丙酮、石油醚等成分123456789101112131415√项目溶剂色素1色素2色素3色素4实验组17.8？？1.9？实验组28.2？？1.5？实验组38.0？？1.4？平均移动距离8.07.6？？0.8迁移率(Rf)无0.950.53？0.10根据实验1、2、3三组数据可求出，色素3平均移动距离为(1.9＋1.5＋1.4)÷3＝1.6(cm)，溶剂平均移动距离为8.0cm，所以Rf值为1.6÷8.0＝0.2，根据Rf的大小可知，色素3是叶绿素a，其化学元素组成有镁，若植物体缺镁，该色素含量会减少，A错误；根据Rf的大小可知，色素1移动距离最远，扩散速度最快，在层析液中溶解度最大，B错误；根据Rf的大小可知，色素1是胡萝卜素，色素2是叶黄素，色素3是叶绿素a，色素4是叶绿素b，叶绿素(色素3、4)主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素(色素1、2)主要吸收蓝紫光，C错误。1234567891011121314155.某实验小组欲测定叶绿素对光的吸收情况，他们用三棱镜将白光中不同波长的光分散开，然后通过特殊装置移动狭缝，选择特定波长的光，使特定波长的光照射到叶绿素溶液，最后用光电管来检测透过叶绿素溶液的光的强弱，透过光合色素溶液的光越多、越强，光电管测定的数值越大。下列相关叙述错误的是A.可用无水乙醇提取叶片中的叶绿素B.推测用绿光进行照射时，最终光电管测定的数值最大C.若将叶绿素溶液替换为类胡萝卜素溶液，则实验结果不同D.预期实验结果，叶绿素溶液吸收红光和蓝紫光，而不吸收其他光123456789101112131415√本实验可测定叶绿素溶液对不同光的吸收程度，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，而对其他光吸收量少，D错误。1234567891011121314156.研究发现，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，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。如图为绿叶中色素的吸收光谱，其中②表示叶绿素b，③表示叶绿素a。下列叙述错误的是A.叶片在640～660nm波长光下释放氧气主

要是由叶绿素参与光合作用引起的B.由550nm波长的光转为670nm波长的光

后，短时间内叶绿体中C3的量增加C.利用纸层析法分离色素时，②对应的条带离画线处最近D.弱光下②的相对含量增高可能有利于植物对弱光的利用√123456789101112131415由550nm波长的光转为670nm波长的光后，色素吸收的光能增多，光反应增强，产生的ATP和NADPH增多，短时间内C3的量减少，B错误。1234567891011121314157.(2024·武汉高三质检)为探究十字花科植物羽衣甘蓝的叶片中所含色素种类，某兴趣小组做了如下的色素分离实验：将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样，先置于用石油醚、丙酮和苯配制成的层析液中层析分离，然后再置于蒸馏水中进行层析，过程及结果如图所示，图中1、2、3、4、5代表不同类型的色素。下列分析错误的是123456789101112131415A.色素1、2、3、4难溶于水，易溶于有机溶剂，色素5易溶于水B.色素1、2、3、4可能分布在叶绿体中，色素5可能存在液泡中C.色素1和2主要吸收蓝紫光，色素3和4主要吸收蓝紫光和红光D.色素1在层析液中的溶解度最小，色素4在层析液中溶解度最大√123456789101112131415根据层析液层析的结果可知，色素1距离起点最远，说明色素1在层析液中的溶解度最大，而色素4距离起点最近，说明色素4在层析液中的溶解度最小，D错误。1234567891011121314158.(2024·宿迁高三期中)叶绿体是细胞的“养料制造车间”和“能量转换站”。下列相关叙述正确的是A.借助高倍显微镜可观察菠菜叶表皮细胞中叶绿体的形态和分布B.光学显微镜下，所有植物细胞中的叶绿体都呈扁平的椭球形或球形C.叶绿体外膜、内膜及类囊体薄膜的基本支架都是磷脂双分子层D.叶绿体双层膜以及大量基粒和类囊体的存在增大了其受光面积√菠菜叶表皮细胞中不含叶绿体，A错误；水绵的叶绿体呈螺旋带状，B错误；大量基粒和类囊体的存在增大了其受光面积，D错误。1234567891011121314159.下列关于光合作用发现史的叙述，错误的是A.恩格尔曼的实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧B.鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究出光合作用中氧气来自水和二

氧化碳C.卡尔文通过实验探明了暗反应中从C5到C3再到C5的循环过程D.阿尔农发现在光照下叶绿体可合成ATP，而且该过程总与水的光解相

伴随√123456789101112131415鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究出光合作用中氧气来自水，B错误。10.某植物的2种黄叶突变体表型相似，测定各类植株叶片的光合色素含量(单位：μg·g－1)，结果如表。下列有关叙述正确的是123456789101112131415A.两种突变体的出现增加了物种多样性B.突变体2比突变体1吸收红光的能力更强C.两种突变体的光合色素含量差异，是由不同基因的突变所致D.叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色植株类型叶绿素a叶绿素b类胡萝卜素叶绿素/类胡萝卜素野生型12355194194.19突变体1512753701.59突变体2115203790.36√两种突变体之间并无生殖隔离，仍属同一物种，只是增加了遗传多样性，A错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，突变体2的叶绿素a和叶绿素b的含量比突变体1少，故突变体2比突变体1吸收红光的能力弱，B错误；两种突变体的光合色素含量差异，可能是同一基因向不同方向突变导致的，C错误。12345678910111213141511.(2023·南京高三模拟)研究者利用密闭的装置在适宜的光照、温度和pH等条件下，进行了如表所示实验(初始悬浮液中无CO2，草酸铁是一种氧化剂)。下列相关叙述错误的是123456789101112131415A.③组不产生O2可能是因为其叶绿体中缺乏氧化剂B.④组与②组对照，说明叶绿体产生O2不一定需要CO2C.①组与②组对照，说明小球藻光合作用产生O2的场所是叶绿体D.②组与③组对照，说明叶绿体产生的O2来源CO2实验组别①②③④实验材料小球藻悬浮液叶绿体悬浮液叶绿体悬浮液叶绿体悬浮液提供的物质H2O、CO2H2O、CO2H2OH2O、草酸铁是否产生O2是是否是√比较③④组，③组不含氧化剂——草酸铁，无O2产生，可推测③组不产生O2可能是因为其叶绿体中缺乏氧化剂，A正确；④组与②组对照，区别为提供物质中有无CO2和草酸铁，④组无CO2且产生O2，说明叶绿体产生O2不一定需要CO2，B正确；①组与②组对照，①组的实验材料为小球藻悬浮液，②组的实验材料为叶绿体悬浮液，两组均进行光合作用，有O2产生，说明小球藻光合作用产生O2的场所是叶绿体，C正确。12345678910111213141512.(2024·成都高三期末)将黑暗中制备的离体叶绿体加到含有DCIP(蓝色)、蔗糖和磷酸缓冲液(pH为7.3)的溶液中并照光。溶液中的水在光照下被分解，除产生氧气外，产生的另一种物质使溶液中的DCIP被还原，颜色由蓝色变成无色。下列叙述正确的是A.加蔗糖的目的是为叶绿体提供光合作用所需的原料B.使DCIP由蓝色变成无色的物质是还原型辅酶ⅠC.加入DCIP有可能降低叶绿体内C3的消耗速率D.光照下水的分解过程发生在叶绿体内膜和类囊体薄膜上√123456789101112131415123456789101112131415蔗糖使外界溶液具有一定浓度，这能避免叶绿体吸水涨破，而磷酸缓冲液(pH为7.3)具有使叶绿体中的酶保持活性等作用，A错误；水在光照下被分解，除产生氧气外，还能产生还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，进而使DCIP由蓝色变成无色，B错误；加入DCIP有利于NADPH的消耗，而NADPH参与C3的还原过程，所以加入DCIP有可能降低叶绿体内C3的消耗速率，C正确；光照下水的分解过程发生在叶绿体类囊体薄膜上，D错误。13.将紫月季叶片色素提取液点样后，先后置于层析液和蒸馏水中进行双向纸层析，过程及结果如图所示。而用菠菜叶片进行同样实验，则观察不到色素a。下列分析错误的是A.点样点不可触及蒸馏水和层析液B.色素b、c、d、e难溶于蒸馏水C.色素a最可能存在于液泡中D.可用无水乙醇替代层析液√色素b、c、d、e均可被无水乙醇溶解，但溶解度不易区分，因此不能用无