高考生物一轮复习第三单元第9课捕获光能的色素和结构光合作用原理课件

第9课捕获光能的色素和结构光合作用原理第三单元细胞的能量供应和利用·学业质量水平要求·1.利用比较与分类、模型与建模的方法分析光合作用的过程，建立生命的物质与能量观、结构与功能观。2.通过“绿叶中色素的提取和分离”实验，提升物质提取分离技术。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(1)实验原理有机溶剂（如无水乙醇）无水乙醇溶解度(2)实验步骤叶绿素被破坏使研磨充分扩散均匀平整不重叠层析液溶解在层析液中(3)实验结果胡萝卜素黄色叶黄素a叶黄素b黄绿色2．叶绿体中色素的吸收光谱(1)色素的吸收光谱图(2)吸收光谱特点①叶绿素主要吸收______________，类胡萝卜素主要吸收________。②色素吸收光的范围：可见光的波长范围是400～760nm，叶绿体中的色素只吸收________，对红外光和紫外光等不吸收。红光和蓝紫光蓝紫光可见光

光合作用叶绿体

1．提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分。

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)2．绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快。

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)3．在画出一条滤液细线后紧接着重复画线2～3次。

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)4．实验中对研磨液过滤时，采用滤纸过滤，实验效果更好。

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)5．植物体内含有的所有色素都参与光合作用。

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)6．光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。

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)7．叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积。

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)8．通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用。

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)××××××××1．(必修1P99旁栏思考题)植物工厂里不用发绿光的光源，原因是____________________________________________________________________。2．(必修1P101拓展应用)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___________有关，原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________。光能的捕获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射”的光，水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多，即到达深水层的光线主要是蓝紫光考向1|

绿叶中色素的提取和分离1．(2023·江苏卷)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是(

)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√B

解析：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虽可累积更多的色素，但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比较判断各色素的含量，但该实验不能具体测定绿叶中各种色素含量，C错误；花青素存在于液泡中，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。2．甲同学按如下步骤开展了“绿叶中色素的提取”实验：选用新鲜的菠菜叶作为实验材料，将其剪碎后置于研钵中，加入少许二氧化硅，再加入10mL无水乙醇后进行研磨，之后将研磨液迅速倒入基部放有单层尼龙布的玻璃漏斗中进行过滤，将过滤液收集到试管中。乙同学对新鲜菠菜叶片中的色素进行提取和分离后得到如图所示的结果(图中的Ⅰ～Ⅳ表示四种色素)。下列对这两名同学实验的相关评价，合理的是(

)A．甲同学加入二氧化硅的目的是防止光合色素被破坏B．甲同学收集到的滤液还需加入无水乙醇中，以使色素在滤纸条上分离开来C．两位同学在进行绿叶中色素提取操作时可能均未添加碳酸钙D．若乙同学按正确的操作提取色素并进行纸层析后，则图中Ⅳ表示的是叶绿素b√C

解析：在绿叶中色素的提取和分离实验中，加入二氧化硅的目的是让研磨更充分，加入碳酸钙的作用是防止叶绿素被破坏，A错误；甲同学收集到的滤液不应加入无水乙醇中，而应该在层析液中进行层析分离色素，B错误；甲同学在操作中没有加入碳酸钙，从乙同学的层析结果来看，叶绿素的含量少于类胡萝卜素，说明叶绿素被破坏，其在提取色素时可能也没有加入碳酸钙，C正确；若乙同学按正确的操作提取色素并进行纸层析后，胡萝卜素因溶解度最大而扩散速度最快，色素带距离划线处最远，叶绿素b的色素带距离划线处最近，故图中Ⅳ表示的是胡萝卜素，D错误。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未加二氧化硅，研磨不充分；②使用放置数天的叶片，滤液色素(叶绿素)太少；③一次加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低；④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏异常现象原因分析滤纸条色素带重叠①滤液细线不直；②滤液细线过粗滤纸条无色素带①忘记画滤液细线；②滤液细线触及层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中滤纸条只呈现类胡萝卜素的色素带①忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏；②所用叶片为“黄叶”考向2|

色素的种类及功能3．(2023·全国乙卷)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的薄膜上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√D

解析：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的薄膜，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中类囊体的薄膜上，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。4．19世纪末，恩格尔曼用一个棱镜将阳光散射成七色光，并使之落在水绵上，再在系统里加入一群好氧性细菌，实验结果如下图，下列叙述正确的是(

)A．水绵细胞的叶绿体主要吸收红光和蓝紫光，不吸收绿光B．好氧性细菌利用光合作用产生的氧气最终在线粒体内膜上产生水C．水绵的叶绿体中含有叶绿素和藻蓝素D．吸收光能的色素存在于叶绿体的类囊体薄膜上√D

解析：水绵为低等植物，它含螺旋带状叶绿体，能进行光合作用，而叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，吸收绿光最少，A错误；好氧性细菌为原核生物，无线粒体，但可在细胞质和细胞膜上进行有氧呼吸，B错误；水绵细胞内能吸收光能的色素有叶绿素和类胡萝卜素，C错误；光反应阶段需要光合色素的参与，类囊体薄膜上分布有许多吸收光能的色素分子，所以在此进行光反应，D正确。考向3|

叶绿体的结构和功能5．(2024·江苏南通模拟)下图是阳生植物蒲公英某细胞器的电镜照片，相关叙述正确的是(

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A．结构①有两层生物膜，内膜面积比外膜面积大B．结构②上分布着吸收、传递、转换光能的光敏色素C．结构③中含核糖体，能翻译出与光合作用有关的酶D．适当遮阴后，结构②的数量和膜面积急剧减少√C

解析：叶绿体是双层膜结构的细胞器，故结构①有两层生物膜，但叶绿体的内、外膜面积几乎相等，A错误。结构②是由类囊体薄膜堆叠而成的基粒，类囊体薄膜上分布着吸收、传递、转换光能的光合色素；而光敏色素分布于植物的各个器官中，是植物体本身合成的一种调节生长发育的蛋白质，B错误。叶绿体是半自主细胞器，其结构③(叶绿体基质)中含核糖体(是蛋白质合成的场所)，能翻译出与光合作用有关的酶(本质为蛋白质)，C正确。适当遮阴后，光照强度减弱，为适应这一变化，结构②基粒的数量和膜面积均会有所增加，D错误。6．(2023·全国甲卷)某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中，给该叶绿体悬浮液照光后糖产生。回答下列问题。(1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料，若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离，可以采用的方法是__________(答出1种即可)。叶绿体中光合色素分布在______________上，其中类胡萝卜素主要吸收________(填“蓝紫光”“红光”或“绿光”)。(2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下悬浮液中不能产生糖，原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。悬液中具有类囊体膜以及叶绿体基质暗反应相关的酶，但黑暗条件下，光反应无法进行，暗反应没有光反应提供的原料ATP和差速离心类囊体(薄)膜NADPH，所以无法形成糖类蓝紫光(3)叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在，简要写出实验思路和预期结果。____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________实验思路：将生长状况良好且相同的植物叶片分为甲、乙两组，两组植物应均进行饥饿处理(置于黑暗中一段时间消耗有机物)，之后甲组放置在有光条件下，乙两组的叶绿体，脱绿后制作成匀浆，分别加入碘液后观察。预期结果：甲组乙组放置在其他环境相同的黑暗状态下，一段时间后，用差速离心法提取出甲、匀浆出现蓝色，有淀粉产生；乙组无蓝色出现，无淀粉产生。解析：(1)植物细胞器的分离方法可用差速离心法，叶绿体中的光合色素分布在类囊体膜上，光合色素中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)光合作用光反应和暗反应同时进行，黑暗条件下无光，光反应不能进行，无法为暗反应提供原料ATP和NADPH，暗反应无法进行，产物不能生成。(3)要验证叶绿体中有光合作用的产物淀粉，需要将叶绿体提取出来并检测其中淀粉。因此将生长状况良好且相同的植物叶片分为甲、乙两组，先进行饥饿处理，排除原有淀粉的干扰。之后甲组放置在有光条件下，乙组放置在其他环境相同的黑暗状态下，一段时间后，用差速离心法提取出甲、乙两组的叶绿体，需要脱绿处理，制作成匀浆，分别加入碘液后观察。预期结果：甲组匀浆出现蓝色，有淀粉产生；乙组无蓝色出现，无淀粉产生。考点二光合作用的原理1．探索光合作用原理的部分实验时间、人物实验过程及现象观点或成果19世纪末光合作用中CO2分子的C和O分开，O2被释放，C与H2O结合C与H2O结合成______进而缩合成糖1928年甲醛对植物有______作用______不能通过光合作用转化成糖甲醛毒害甲醛时间、人物实验过程及现象观点或成果1937年希尔在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他________，在光照下可以释放出_____离体叶绿体在适当条件下发生__________、产生_____1941年鲁宾和卡门用同位素示踪法研究了光合作用中氧气的来源：H218O＋CO2→植物→释放出_______；H2O＋C18O2→植物→释放出_____光合作用释放的氧气来自____氧化剂O2水的光解O218O2O2水时间、人物实验过程及现象观点或成果1954、1957年阿尔农在光照下叶绿体可合成_____，这一过程总是与__________相伴随水的光解过程中合成ATP20世纪40年代卡尔文用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用：14CO2→_______→(14CH2O)探明了_______中的碳是如何转化为有机物中的碳的ATP水的光解14C3CO2

叶绿体光能二氧化碳和水有机物氧气3．光合作用过程(1)过程模型

①________；②______；③___________；④_____；⑤___________。NADPH2C3ADP＋PiO2(CH2O)(2)光反应与暗反应项目光反应暗反应(碳反应)场所____________________________条件需光________________物质变化能量变化光能→_____和NADPH中的化学能ATP和NADPH中的化学能→________中的化学能类囊体的薄膜上叶绿体基质有光、无光均可NADPHATP2C3(CH2O)ATP(CH2O)4.光合作用和化能合成作用项目光合作用化能合成作用区别能量来源____________________________代表生物绿色植物__________相同点都能将__________等无机物合成有机物光能无机物氧化释放的能量硝化细菌CO2和H2O1．鲁宾和卡门设计对比实验证明了光合作用释放的氧气来自水。

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)2．H2O在光下分解为H＋、e－和O2的过程发生在叶绿体基质中。

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)3．光合作用光反应阶段产生的NADPH可在叶绿体基质中作为还原剂和供能。

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)4．C是组成糖类的基本元素，在光合作用中C从CO2开始先后经C3、C5，最后形成糖类。

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)5．进入叶绿体的CO2不能被NADPH直接还原。

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)6．土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖类。

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)7．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能。

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)√×√×√√×1．(必修1P102思考·讨论拓展)鲁宾、卡门实验中，不能对同一实验中的CO2和H2O同时进行标记，原因是___________________________________________。2．(必修1P103图5-14延伸)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还原需要光反应提供ATP和NADPH，停止光照后光反应停止，暗反应将ATP和NADPH消耗尽后，因缺少ATP和NADPH而无法进行若同时标记CO2和H2O，则无法分辨氧气的来源考向1|

探索光合作用原理的实验1．(2024·广东东莞模拟)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)，光照条件下可以释放出O2，该反应称为希尔反应。结合所学知识，分析下列说法正确的是(

)A．提供水、光合色素和酶，适宜光照等条件下也可能产生O2B．希尔反应可以证明水的光解产生的O2全部来自水C．希尔反应悬浮液中铁盐的作用与NADP＋的作用相似D．希尔反应说明有机物的最终合成和水的光解无关√C

解析：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)，光照条件下可以释放出O2，因此只提供水、光合色素和酶，适宜光照等条件下不能产生O2，A错误；希尔反应的结果仅说明了离体的叶绿体在适当的条件下可以发生水的光解，产生O2，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，因此不能说明所产生的O2全部来自水，B错误；希尔反应悬浮液中铁盐的作用与光反应中NADP＋的作用相似，能与水光解产生的H＋反应，C正确；希尔反应说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应，若要证明有机物的最终合成和水的光解无关，还需要对照实验，D错误。2．某实验小组将叶绿体和相关化学物质在抽去空气的溶液中进行了如下实验：注：DCPIP是一种可以接受H＋的化合物，氧化态为蓝紫色，被还原后为无色。关于该实验的分析正确的是(

)A．对比丙组和丁组实验，说明DCPIP能穿过叶绿体的双层膜B．该实验说明产生的O2中的氧元素一定来源于H2O，而不来源于CO2C．向实验后的甲组通入CO2并黑暗处理，可证明光反应和暗反应不是同一个化学反应D．向实验后的乙组通入CO2并黑暗处理，检测NADPH的含量可证明其参与暗反应√组别甲组乙组丙组丁组叶绿体类型完整叶绿体叶绿体破裂后的匀浆完整叶绿体叶绿体破裂后的匀浆加入的物质NADP＋溶液NADP＋溶液DCPIP溶液DCPIP溶液条件适宜温度和光照等条件溶液中的物质及颜色微量O2微量O2和NADPH微量O2，溶液为蓝紫色微量O2，溶液变为无色D

解析：丙组实验利用完整的叶绿体进行实验无还原态DCPIP生成，最可能的原因是DCPIP不能穿过完整叶绿体的双层膜，A错误；该实验在抽去空气的溶液中发生，说明水的光解产生了O2，但没有直接研究氧元素的路径，无法直接证明产生的O2中的氧元素的来源，B错误；向实验后的甲组通入CO2并黑暗处理，由于没有NADPH，不发生暗反应，无法证明光反应和暗反应不是同一个化学反应，C错误；向实验后的乙组通入CO2并黑暗处理，检测NADPH的含量，若因消耗而减少可证明其参与暗反应，D正确。考向2|

光合作用的过程3．(2021·广东卷)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D

解析：Rubisco参与植物光合作用过程中的暗反应，暗反应的场所是叶绿体基质，故Rubisco存在于叶绿体基质中，A错误；暗反应在有光和无光条件下都可以进行，故参与暗反应的酶Rubisco的激活对光无要求，B错误；Rubisco催化CO2固定不需要ATP，C错误；Rubisco催化CO2的固定，即C5和CO2结合生成C3的过程，D正确。√4．(2023·湖北卷)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是(

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A．叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强B．Mg2+含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱C．弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获D．PSⅡ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2√C

解析：分析题干信息可知，叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ与PSⅡ分离减少，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强，A正确；Mg2+是叶绿素的组成成分，其含量减少会导致PSⅡ光复合体上的叶绿素含量减少，对光能的捕获减弱，B正确；由题图可知，弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，增强对光能的捕获，C错误；PSⅡ光复合体能吸收光能，并分解水，水的光解产生H＋、电子和O2，D正确。考向3|

条件骤变时叶绿体中各物质含量变化5．(2024·山东淄博模拟)研究发现，光照条件下，当外界CO2浓度突然降至极低水平时，某植物叶肉细胞中的五碳化合物含量突然上升，三碳化合物含量下降。若在降低CO2浓度的同时停止光照，则不出现上述情况。下列说法正确的是(

)A．叶肉细胞中的五碳化合物是三碳化合物固定CO2后的产物B．在五碳化合物上升的同时，叶肉细胞中的NADP＋/NADPH上升C．光反应产生的NADPH和ATP能促进五碳化合物的形成D．五碳化合物和三碳化合物间的转化需要光能的直接驱动√C

解析：暗反应过程中CO2的固定是CO2和五碳化合物结合形成两分子的三碳化合物，即三碳化合物是五碳化合物固定CO2后的产物，A错误；CO2浓度降低时，CO2的固定减弱，五碳化合物消耗减少，五碳化合物增加，三碳化合物的生成减少，三