高考生物一輪復習【知識精講精研】捕獲光能的色素和結構及光合作用的原理

第13講

捕獲光能的色素和結構及光合作用的原理課

標

要

求1.說明植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉變?yōu)樘桥c氧氣的過程中，轉換并儲存為糖分子中的化學能。2.活動：提取和分離綠葉中的色素。CONTENTS光合作用的基本原理考點一捕獲光能的色素和結構考點二重溫高考真題演練重溫高考真題演練(不定項)(2021·山東卷，16)關于細胞中的H2O和O2，下列說法正確的是(

)A.由葡萄糖合成糖原的過程中一定有H2O產(chǎn)生B.有氧呼吸第二階段一定消耗H2OC.植物細胞產(chǎn)生的O2只能來自光合作用D.光合作用產(chǎn)生的O2中的氧元素只能來自H2O答案：ABD解析葡萄糖屬于單體，而形成的糖原屬于多聚體，該過程屬于脫水縮合，所以一定會有水的產(chǎn)生，A正確；有氧呼吸第二階段發(fā)生的反應是丙酮酸與水在酶的催化下，生成二氧化碳和[H]，釋放少量的能量，B正確；植物細胞產(chǎn)生的O2可來自光合作用，也可來自H2O的分解，C錯誤；光合作用中O2的產(chǎn)生來自H2O的光解，D正確。重溫高考真題演練(2022·山東卷，21)強光條件下，植物吸收的光能若超過光合作用的利用量，過剩的光能可導致植物光合作用強度下降，出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象。為探索油菜素內酯(BR)對光抑制的影響機制，將長勢相同的蘋果幼苗進行分組和處理，如表所示，其中試劑L可抑制光反應關鍵蛋白的合成。各組幼苗均在溫度適宜、水分充足的條件下用強光照射，實驗結果如圖所示。(1)光可以被蘋果幼苗葉片中的色素吸收，分離蘋果幼苗葉肉細胞中的色素時，隨層析液在濾紙上擴散速度最快的色素主要吸收的光的顏色是________。(2)強光照射后短時間內，蘋果幼苗光合作用暗反應達到一定速率后不再增加，但氧氣的產(chǎn)生速率繼續(xù)增加。蘋果幼苗光合作用暗反應速率不再增加，可能的原因有___________________________________、______________________________________(答出2種原因)；藍紫光NADPH、ATP等的濃度不再增加CO2的濃度有限重溫高考真題演練(2022·山東卷，21)強光條件下，植物吸收的光能若超過光合作用的利用量，過剩的光能可導致植物光合作用強度下降，出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象。為探索油菜素內酯(BR)對光抑制的影響機制，將長勢相同的蘋果幼苗進行分組和處理，如表所示，其中試劑L可抑制光反應關鍵蛋白的合成。各組幼苗均在溫度適宜、水分充足的條件下用強光照射，實驗結果如圖所示。氧氣的產(chǎn)生速率繼續(xù)增加的原因是_________________________________________________3)據(jù)圖分析，與甲組相比，乙組加入BR后光抑制________(填“增強”或“減弱”)；乙組與丙組相比，說明BR可能通過________________________________發(fā)揮作用。(促進了光反應中關鍵蛋白的合成光能的吸收速率繼續(xù)增加，使水的光解速率繼續(xù)增加減弱重溫高考真題演練(2023·山東卷，21)當植物吸收的光能過多時，過剩的光能會對光反應階段的PSⅡ復合體(PSⅡ)造成損傷，使PSⅡ活性降低，進而導致光合作用強度減弱。細胞可通過非光化學淬滅(NPQ)將過剩的光能耗散，減少多余光能對PSⅡ的損傷。已知擬南芥的H蛋白有2個功能：①修復損傷的PSⅡ；②參與NPQ的調節(jié)?？蒲腥藛T以擬南芥的野生型和H基因缺失突變體為材料進行了相關實驗，結果如圖所示。實驗中強光照射時對野生型和突變體光照的強度相同，且強光對二者的PSⅡ均造成了損傷。(1)該實驗的自變量為____________。該實驗的無關變量中，影響光合作用強度的主要環(huán)境因素有_________________________________(答出2個因素即可)。(2)根據(jù)本實驗，________(填“能”或“不能”)比較出強光照射下突變體與野生型的PSⅡ活性強弱，理由是___________________________________________________________光、H蛋白溫度、CO2濃度、水分、礦質元素(無機鹽)不能突變體中PSⅡ損傷小但不能修復，野生型中PSⅡ損傷大但能修復重溫高考真題演練(2023·山東卷，21)當植物吸收的光能過多時，過剩的光能會對光反應階段的PSⅡ復合體(PSⅡ)造成損傷，使PSⅡ活性降低，進而導致光合作用強度減弱。細胞可通過非光化學淬滅(NPQ)將過剩的光能耗散，減少多余光能對PSⅡ的損傷。已知擬南芥的H蛋白有2個功能：①修復損傷的PSⅡ；②參與NPQ的調節(jié)?？蒲腥藛T以擬南芥的野生型和H基因缺失突變體為材料進行了相關實驗，結果如圖所示。實驗中強光照射時對野生型和突變體光照的強度相同，且強光對二者的PSⅡ均造成了損傷。(3)據(jù)圖分析，與野生型相比，強光照射下突變體中流向光合作用的能量________(填“多”或“少”)。若測得突變體的暗反應強度高于野生型，根據(jù)本實驗推測，原因是_________________________________________________少突變體NPQ高，PSⅡ損傷小，雖無H蛋白修復但PSⅡ活性高，光反應產(chǎn)物多考點一捕獲光能的色素考點一

捕獲光能的色素一、實驗：綠葉中色素的提取和分離1、實驗原理：

試劑原理提取________綠葉中的色素溶于

，而不溶于水分離_______各種色素在

中的

不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得

，反之則慢無水乙醇層析液有機溶劑層析液溶解度快也可以用丙酮位于濾紙條上面（由石油醚、丙酮、苯混合而成）分離的方法：紙層析法各種色素在層析液中的溶解度不同，溶解度大的隨層析液在濾紙上擴散的快，反之，則慢，這樣幾分鐘后色素就會隨層析液在濾紙上擴散而分離開。1綠葉中色素的提取和分離(2)實驗步驟A1A2A3C2二氧化硅碳酸鈣B單層尼龍布C1★用棉塞將試管口塞嚴A(2)實驗步驟干燥的定性濾紙1cm鉛筆線為什么要剪去兩角？減少邊緣效應，使層析液在濾紙條上擴散均勻。B(2)實驗步驟A1A2A2★要求：細、直、齊。使分離出的色素帶平整不重疊注意：待濾液干后，再畫一兩次。增加色素附著量，使分離出的色素帶清晰分明B(2)實驗步驟A2A3A3A1A2將適量層析液倒入試管，插入濾紙，棉塞塞緊試管口。注意，細線不能觸及層析液防止色素溶于層析液而無法在濾紙上擴散防止層析液揮發(fā)(3)實驗結果胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）葉綠素a（藍綠色）葉綠素b（黃綠色）葉綠素類胡蘿卜素（3/4）（1/4）[提醒]

①胡蘿卜素含量最少，所以色素帶最窄；但其在層析液中溶解度最大所以擴散最快。②胡蘿卜素和葉黃素之間的距離最遠。③葉綠素a的含量最多，所以該色素帶最寬。(4)實驗出現(xiàn)異常現(xiàn)象的原因分析異?，F(xiàn)象原因分析收集到的濾液綠色過淺①未加

，研磨不充分；②使用放置數(shù)天的菠菜葉，濾液

太少；③一次加入大量的無水乙醇，提取液濃度太低(正確做法：分次加入少量無水乙醇)；④未加

或加入過少，色素分子被破壞二氧化硅色素(葉綠素)碳酸鈣濾紙條色素帶重疊①濾液細線不直；②濾液細線過粗濾紙條無色素帶①忘記畫

；②濾液細線接觸到

，且時間較長，色素全部溶解到層析液中濾液細線層析液[歸納拓展]考點一

捕獲光能的色素二、葉綠體中的色素及色素的吸收光譜葉綠素b葉綠素a(1)葉綠體中的色素只吸收_____________，而對紅外光和紫外光等不吸收。(2)葉綠素對_______________的吸收量大，類胡蘿卜素對___________的吸收量大，對其他波段的光并非不吸收，只是吸收量較少。可見光紅光和藍紫光藍紫光考點一

捕獲光能的色素二、葉綠體中的色素及色素的吸收光譜葉綠素b葉綠素a源于必修1P99“圖5－12”“旁欄思考”(1)從葉綠素吸收光譜圖可知：葉綠素a在紅光部分的吸收帶較葉綠素b偏向長波方面，且吸收光譜帶比葉綠素b寬，葉綠素b在藍紫光部分的吸收光譜帶比葉綠素a

(填“寬”或“窄”)。(2)研究表明：在遮光條件下，以藍紫光為主的散光（漫射光）占比增加。請預測：在適當遮光的條件下葉片(比如同一植物底層葉片)中葉綠素a/b

，弱光下的吸光能力

，有利于提高植物的捕光能力，是對弱光環(huán)境的一種適應。寬降低增強總結1：光合色素影響葉綠素合成的三大因素葉綠素不穩(wěn)定，易分解總結2：植物色素比較項目光合色素細胞液色素存在部位葉綠體液泡溶解性脂溶性水溶性代表種類類胡蘿卜素和葉綠素花青素顏色橙黃、黃、綠紅、藍、紫顏色變化不隨pH改變變化顏色隨pH改變變化顏色紅莧菜：炒菜菜湯出色，因為是水溶性的花青素。胡蘿卜：炒菜菜湯不出色，因為是脂溶性的胡蘿卜素。正常綠色正常葉片的葉綠素和類胡蘿卜素的比例為3∶1，且對綠光吸收最少，所以正常葉片總是呈現(xiàn)綠色葉色變黃寒冷時，葉綠素分子易被破壞，類胡蘿卜素較穩(wěn)定，葉片顯示出類胡蘿卜素的顏色而變黃葉色變紅秋天降溫時，植物體為適應寒冷環(huán)境，體內積累了較多的可溶性糖，有利于形成紅色的花青素，而葉綠素因寒冷逐漸降解，葉片呈現(xiàn)紅色總結2：植物色素1.教材深挖：新教材P一101，拓展應用1海洋中的藻類，習慣上依其顏色分為綠藻、

褐藻、

紅藻，它們在海水中的垂直分布大致依次是淺、中、深。這種現(xiàn)象是如何造成的？水對紅、橙光的吸收比對藍、綠光的吸收要多,即到達深水層的光線是短波長的光,因此,吸收紅光和藍紫光較多的綠藻分布于海水的淺層,吸收藍紫光和綠光較多的褐藻分布于海水中層，吸收藍紫光較多的紅藻分布于海水的深層。海洋中的藻類垂直分布是海洋群落垂直結構的體現(xiàn)，有效的避免的競爭，充分利用了光能。根據(jù)色素對不同波長的光的吸收的特點，想一想溫室或大棚種植蔬菜時，應選擇什么顏色的玻璃、塑料薄膜或補充光源？選無色透明的塑料薄膜，為了讓各種波長的太陽光都穿過塑料薄膜，即讓植物吸收更多的光能；大棚內照明燈在功率相同的情況下，最好選藍紫光和紅光；2.與生活的聯(lián)系考點二葉綠體的結構和功能考點二

葉綠體的結構和功能一、葉綠體的結構和功能基粒外膜內膜基質1、葉綠體結構類囊體（1）光合色素分布于

上。光合作用的酶分布于______________________________。(2)葉綠體中色素的功能：

、

、

光能。(3)葉綠體的功能：（類囊體堆疊而成，增大葉綠體膜面積）類囊體薄膜葉綠體基質、基粒(或類囊體膜）（暗反應）（光反應）吸收傳遞轉化進行光合作用的場所色素和酶是葉綠體捕獲光能、進行光合作用的結構基礎。思考：光合作用一定發(fā)生在葉綠體內嗎？考點二

葉綠體的結構和功能一、葉綠體的結構和功能2、葉綠體功能的驗證（教材P100-101資料）資料1：恩格爾曼實驗暗處、極細光束照射光下照射水綿、好氧細菌恩格爾曼實驗設計的巧妙之處(1)實驗材料用

，水綿的葉綠體呈

分布，便于觀察，用需氧細菌可確定

的部位。(2)沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了

的干擾。(3)用極細的光束照射，葉綠體上可分為

和

的部位，相當于一組對比實驗。(4)臨時裝片局部曝光與完全暴露在光下的實驗再一次驗證實驗結果。水綿和需氧細菌螺旋帶狀釋放氧氣氧氣和光有光照無光照實驗結論1：葉綠體能吸收光能

用于光合作用釋放O2

考點二

葉綠體的結構和功能一、葉綠體的結構和功能2、葉綠體功能的驗證（教材P100-101資料）資料1：恩格爾曼實驗將光透過三棱鏡光照射水綿臨時裝片，好氧菌聚集在紅光和藍光區(qū)域中實驗結論2：葉綠體主要吸收紅光和藍紫光

1光合作用的概念與反應式(1)概念：指綠色植物通過

，利用光能，把

轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出

的過程。

(2)反應式：

。

葉綠體

二氧化碳和水

氧氣

場所條件產(chǎn)物原料CO2+H2O*

(CH2O)+O2*葉綠體光能考點三

光合作用的原理二、探索光合作用原理的部分實驗年份科學家發(fā)現(xiàn)19世紀末—普遍認為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖1928—發(fā)現(xiàn)

對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過_________轉化成糖甲醛光合作用考點三

光合作用的原理二、探索光合作用原理的部分實驗1937英國植物學家希爾發(fā)現(xiàn)希爾反應，即離體葉綠體在適當條件下發(fā)生水的光解、產(chǎn)生氧氣的化學反應①水的光解和糖的合成不是同一個化學反應，而是分階段進行的②不能確定O2中的O全部來自H2O考點三

光合作用的原理二、探索光合作用原理的部分實驗1941美國科學家魯賓和卡門用同位素標記的方法，研究了光合作用中氧氣全部來源于H2O：H218O＋CO2→植物→18O2；H2O＋C18O2→植物→O2對比實驗，即相互對照，自變量為標記物質，因變量為氧氣是否含18O無放射性的同位素：15N、18O考點三

光合作用的原理二、探索光合作用原理的部分實驗1954美國科學家______發(fā)現(xiàn)在光照下，葉綠體可合成

。1957年，他發(fā)現(xiàn)該過程總是與

相伴隨阿爾農(nóng)ATP水的光解考點三

光合作用的原理三、光合作用的過程光反應：類囊體薄膜1、場所：3、能量變化：①水的光解：②NADPH的合成：（氧化型輔酶Ⅱ）（還原型輔酶Ⅱ）③ATP的合成：2、物質變化：光能→ATP和NADPH中活躍的化學能4、光反應的條件：水、ADP、NADP＋、Pi、色素、光、酶（必須有光）考點三

光合作用的原理三、光合作用的過程暗反應：葉綠體基質1、場所：①CO2的固定：②C3的還原：2、物質變化：（有無光均可）C3是指三碳化合物——3－磷酸甘油酸C5是指五碳化合物——核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)（需要水參與

）注：NADPH為C3還原提供還原劑和能量。NADPHNADP+酶考點三

光合作用的原理三、光合作用的過程暗反應：△暗反應形成了從C5到C3再到C5的循環(huán)，可以源源不斷的進行下去，稱為碳循環(huán)，也叫卡爾文循環(huán)3、能量變化：ATP和NADPH中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能4、暗反應的條件：ATP、NADPH、CO2、C5，多種酶考點三

光合作用的原理三、光合作用的過程光反應暗反應NADPHATPNADP+ADPPi考點三

光合作用的原理結合所學知識想一想，這里的氧化劑相當于什么物質？NAD+（氧化型輔酶Ⅱ）考點三

光合作用的原理(2)源于必修1P104“相關信息”：光合作用的產(chǎn)物有一部分是_____，還有一部分是蔗糖。蔗糖可以進入

，再通過韌皮部運輸?shù)街仓旮魈?。淀粉篩管教材隱性知識淀粉——葉綠體基質合成蔗糖——細胞質基質合成考點三

光合作用的原理(3)源于必修1P104正文拓展：光照下卡爾文給小球藻懸浮液通入14CO2，一定時間后殺死小球藻，同時提取產(chǎn)物并分析。實驗發(fā)現(xiàn)，僅僅30s的時間，放射性代謝產(chǎn)物多達幾十種?？s短時間到7s，發(fā)現(xiàn)放射性代謝產(chǎn)物減少到12種，想要探究CO2轉化成的第一個產(chǎn)物，可能的實驗思路是：教材隱性知識不斷縮短光照時間后殺死小球藻，同時提取產(chǎn)物并分析，直到最終提取物中只有一種放射性代謝產(chǎn)物，該物質即為CO2轉化成的第一個產(chǎn)物考點三

光合作用的原理典例.(2023·江蘇海安高級中學高三練習)卡爾文將14C標記的CO2通入正在進行光合作用的小球藻培養(yǎng)液中，然后在培養(yǎng)后不同時間(0.5s、3s、10s等)將培養(yǎng)液迅速傾入熱乙醇中以殺死細胞，最后利用層析法和放射自顯影技術進行物質的分離和鑒定，實驗結果如圖。下列相關分析不正確的是考點三

光合作用的原理A.用14C標記CO2可排除細胞中原有物質的干擾B.熱乙醇處理的目的是停止光合作用的進行C.推測暗反應的初產(chǎn)物可能是3－磷酸甘油酸D.可依據(jù)放射性的強弱推測出暗反應的過程√考點三

光合作用的原理四、環(huán)境改變時光合作用各物質含量的變化光照和CO2濃度C3、C5、NADPH、ATPCO2供應減少時：

C3↓，C5↑，NADPH和ATP↑光照減弱時：

C3↑，C5↓，NADPH和ATP↓考點三

光合作用的原理曲線圖表示C3、C5等物質含量的變化考點三

光合作用的原理典例1.如圖表示某植物葉片暗反應中C3和C5微摩爾濃度的變化趨勢，該植物在Ⅰ階段處于適宜環(huán)境條件下，Ⅱ階段改變的環(huán)境條件是降低光照強度或者降低CO2濃度中的某一項。下列分析正確的是A.圖中物質甲轉變成乙需要消耗光反應提供的ATPB.圖中Ⅱ階段所改變的環(huán)境條件是降低了光照強度C.圖中Ⅱ階段甲上升是因為葉綠體中NADPH和ATP的積累D.圖中Ⅱ階段光合速率最大時所需光照強度比Ⅰ階段低√考點三

光合作用的原理五、化能合成作用

利用環(huán)境中某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物。項目光合作用化能合成作用條件光、色素、酶酶原料CO2和H2O等無機物產(chǎn)物

等有機物能量來源_____某些無機物氧化時釋放的能量生物種類綠色植物、藍細菌等

、硫細菌、鐵細菌等糖類光能硝化細菌考點三

光合作用的原理△注意區(qū)分硝化細菌和固氮型微生物硝化細菌：NH3→HNO2→HNO3，并利用該過程釋放的能量合成有機物，屬于生產(chǎn)者固氮菌：將N2轉化為植物可利用的氮肥，提高土壤肥力考點三

光合作用的原理典例2.亞硝酸細菌和硝酸細菌是土壤中普遍存在的化能自養(yǎng)型細菌，前者將氨氧化為亞硝酸，后者將亞硝酸氧化為硝酸，其過程如圖所示。下列相關敘述正確的是A.氧化氨和亞硝酸

的過程都能釋放

出化學能，這兩

種細菌都能利用相應的能量合成有機物B.細菌的化能合成作用可降低土壤中硝酸鹽含量，有利于植物滲透吸水C.亞硝酸細菌化能合成作用與植物光合作用的過程和發(fā)生場所均相同D.由圖可知，亞硝酸細菌和硝酸細菌屬于分解者√考點三

光合作