高考人教版生物一轮第3单元 第3讲 光合作用Ⅰ.docx
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高考人教版生物一轮第3单元第3讲光合作用Ⅰ
第3讲 光合作用（Ⅰ）
[考纲展示] 1.光合作用的基本过程（Ⅱ） 2.实验：
叶绿体色素的提取和分离
考点一|捕获光能的色素和叶绿体的结构
1．叶绿体中色素的种类和颜色
色素的种类
色素的颜色
叶绿素
叶绿素a
蓝绿色
叶绿素b
黄绿色
类胡萝卜素
叶黄素
黄色
胡萝卜素
橙黄色
2．叶绿体中色素的吸收光谱分析
由图可以看出：
（1）色素的功能：
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）色素吸收光的范围：
可见光的波长范围大约是390～790nm，一般叶绿体中的色素只吸收可见光，对红外光和紫外光不吸收。
3．叶绿体的结构与功能
（1）结构
（2）功能：
进行光合作用的场所。
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）叶绿素a和b主要吸收红光和蓝紫光。
（√）
（2）液泡中色素吸收的光能用于光合作用。
（×）
提示：
叶绿体中色素吸收的光能用于光合作用。
（3）叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多。
（×）
提示：
叶片黄化，说明叶绿体中的叶绿素减少，所以吸收红光减少。
（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：
基质中有酶分布，但没有色素。
（5）没有叶绿体，细胞不能进行光合作用。
（×）
提示：
蓝藻细胞没有叶绿体，但含有叶绿素和藻蓝素能进行光合作用。
2．思考回答（规范表述）
（1）为什么高等植物的叶片一般呈现绿色？
说出你的理由。
提示：
因为叶绿体中的色素几乎不吸收绿光，绿光被反射出来，所以叶片一般呈现绿色。
（2）入秋后，叶片逐渐变黄，试解释其原因。
提示：
入秋后，气温逐渐降低，低温可导致叶绿素被破坏，而类胡萝卜素比较稳定，叶片中叶绿素含量减少，类胡萝卜素含量增加，导致叶片变黄。
（3）温室或大棚种植蔬菜时，最好选择什么颜色的玻璃或塑料薄膜？
说明原因。
提示：
无色透明 有色玻璃或塑料薄膜主要透过同色光，其他色光很少或不能透过，光照强度会减弱，不利于光合作用；而无色透明的玻璃或塑料薄膜能透过日光中各种色光，光照强度较大，有利于光合作用的进行。
1．影响叶绿素合成的因素
（1）光照：
光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。
（2）温度：
温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。
低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。
（3）必需元素：
叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶子变黄。
另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶子变黄。
2．叶绿体的结构与其功能相适应的特点
（1）叶绿体的基粒由类囊体堆叠而成，有巨大的膜面积。
（2）叶绿体的类囊体薄膜上分布有吸收光能的色素。
（3）叶绿体的类囊体薄膜和基质中有催化光合作用进行的酶。
考法1 考查色素的种类和作用
1．（2017·全国卷Ⅲ）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 [考查色素对光能的吸收、光合作用的过程。
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，在红光区不吸收光能，A错误；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，B正确；题干中给出“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”，光合作用吸收CO2、释放O2，O2的释放意味着的CO2的吸收，C正确；640～660nm波长光正好是叶绿素的吸收区，故叶片在640～660nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的，D正确。
]
2．下表是在适宜条件下测得某植物叶绿体色素吸收光能的情况，有关分析不正确的是（ ）
波长（nm）
400
450
500
550
600
670
700
吸收光能
百分比（%）
叶绿素a
40
68
5
15
16
40
16
全部色素
75
93
50
35
45
75
35
A．叶绿体色素吸收光能的前提是捕获光能
B．由550nm波长的光转为670nm波长的光时，叶绿体中C3的量会增加
C．该植物缺乏Mg时，叶绿素a吸收的光能百分比的减少幅度更大
D．环境温度降低，该植物对光能的利用能力降低
B [植物光合色素的作用是吸收、传递和转化光能，所以捕获光能是吸收利用光能的前提；由550nm波长的光转为670nm波长的光时，吸收光能的百分比增加，光反应阶段产生的ATP和[H]增加，C3的还原加快，含量会减少；该植物缺乏Mg元素时，由于Mg是叶绿素的重要组成元素，故叶绿素a吸收的光能百分比会大量减少；表格中为适宜条件下的测量数据，环境温度降低，酶活性降低，光能利用率会降低。
]
考法2 考查叶绿体的结构和功能
3．（2019·重庆南开中学月考）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．叶绿体基质中NADP＋能形成NADPH
C．类囊体薄膜上的光合色素都可以吸收蓝紫光
D．类囊体薄膜中的酶可催化CO2的固定和还原
C [叶绿体扩大受光面积的不是外膜和内膜而是类囊体薄膜，A项错误；NADP＋形成NADPH的场所是基粒，B项错误；类囊体薄膜上的叶绿素和类胡萝卜素都能吸收蓝紫光，C项正确；催化CO2的固定和还原的酶存在叶绿体的基质中，D项错误。
]
4．（2019·福建泉州模拟）在水稻叶肉细胞的叶绿体中，不会都发生的生理过程是（ ）
A．二氧化碳的生成与利用 B．遗传信息的转录与翻译
C．NADPH的生成与利用D．ATP的合成与水解
A [叶绿体的基质可以发生二氧化碳的利用，但叶绿体中不会有二氧化碳的生成，A错误。
叶绿体中因为含有少量DNA和RNA，所以能进行遗传信息的转录和翻译，B正确。
叶绿体中进行光合作用的光反应会产生NADPH，然后在暗反应中会利用NADPH，C正确。
在光反应中能合成ATP，在暗反应中会利用ATP，D正确。
]
考点二|叶绿体中色素的提取和分离（实验）
1．实验原理
2．实验步骤
3．实验结果
色素种类
色素颜色
色素含量
溶解度
扩散速度
胡萝卜素
橙黄色
最少
最高
最快
叶黄素
黄色
较少
较高
较快
叶绿素a
蓝绿色
最多
较低
较慢
叶绿素b
黄绿色
较多
最低
最慢
1．实验注意事项
注意事项
操作目的
提取色素
选新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高
研磨时加无水乙醇
溶解色素
加少量SiO2和CaCO3
研磨充分和保护色素
迅速、充分研磨
防止乙醇过度挥发，充分溶解色素
盛放滤液的试管管口加棉塞
防止乙醇挥发和色素氧化
分离色素
滤纸预先干燥处理
使层析液在滤纸上快速扩散
滤液细线要细、齐、直
使分离出的色素带平整不重叠
滤液细线干燥后再画一两次
使分离出的色素带清晰分明
滤液细线不触及层析液
防止色素直接溶解到层析液中
2．绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析
（1）收集到的滤液绿色过浅的原因分析
①未加石英砂（二氧化硅），研磨不充分。
②使用放置数天的绿叶，滤液色素（叶绿素）太少。
③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低（正确做法：
分次加入少量无水乙醇提取色素）。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
（2）滤纸条色素带重叠：
没经干燥处理，滤液线不能达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致造成的。
（3）滤纸条看不到色素带：
①忘记画滤液细线；②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
（4）滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：
忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
1．（2018·河北三市联考）下列有关绿叶中色素的提取和分离实验的叙述中，正确的是（ ）
A．叶绿素的提取需要加入层析液作为提取液
B．过滤时应使用单层尼龙布，并用棉塞塞住试管口
C．分离色素时应将滤液细线置于层析液中
D．选材不同，四条色素带在滤纸条上的排列顺序不同
B [提取叶绿素使用无水乙醇，层析液用于分离色素；过滤时使用单层尼龙布，并用棉塞塞住试管口，以防止挥发性强的无水乙醇挥发；分离色素时不能将滤液细线置于层析液中，否则色素会溶入层析液中；不同材料中四种色素在层析液中的溶解度相同，来自不同材料叶绿体中的四种色素含量可能不同，经过纸层析后，在滤纸上的排列顺序相同，色素带粗细可能不同。
]
2.从种植于室内普通光照和室外强光光照下的同种植物分别提取叶片的叶绿体色素，用纸层析法分离，结果如图。
下列判断正确的是（ ）
A．室内植物叶片偏黄
B．室外植物叶片偏绿
C．室外植物叶片胡萝卜素含量>叶黄素含量
D．室内植物叶片叶绿素a含量>叶绿素b含量
D [纸层析法从下往上依次是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素。
由图可知，室内植物叶绿素含量多于室外植物，因此室内植物偏绿，室外植物偏黄；室外植物胡萝卜素含量少于叶黄素含量；室内植物叶绿素a含量多于叶绿素b含量。
]
3．（2018·孝感模拟）某学生利用新鲜的菠菜叶进行叶绿体色素的提取和分离实验时，由于各组操作不同，出现了下列四种不同的层析结果。
下列分析不合理的是（ ）
A．甲可能是用蒸馏水做提取液和层析液
B．乙可能是因为研磨时未加入SiO2
C．丙是正确操作得到的理想结果
D．丁可能是因为研磨时未加入CaCO3
C [光合色素不能溶于水，甲没有色素，可能是误用蒸馏水做提取液和层析液，故A正确；乙中色素的量较少，可能是因为研磨时未加入SiO2，导致研磨不充分，提取色素含量少，故B正确；丙中叶绿素含量比类胡萝卜素含量低，可能是因为研磨时未加入CaCO3，导致部分色素被破坏，故C错误；丁中叶绿素含量比类胡萝卜素含量低，且色素含量较少，可能是因为未加入CaCO3导致部分色素被破坏，D正确。
]
4．某生物小组以新鲜菠菜叶为材料进行叶绿素提取的探究实验，结果如下表：
实验一
实验二
二氧
化硅
粒径/目
用量/g
20
50
100
200
1
3
5
7
9
叶绿素
含量/
mg·g－1
0.611
0.699
0.593
0.592
0.490
0.648
0.610
0.575
0.553
注：
“目”表示颗粒大小的单位，且目数越大粒径越小；“叶绿素含量”表示每克叶中叶绿素的提取量。
回答下列问题：
（1）以上实验的目的是_______________________________________
_________________________________________________________。
（2）提取叶绿素的实验原理是_________________________________
_________________________________________________________，
实验中二氧化硅的作用是___________________________________
_________________________________________________________。
（3）依据实验一的结果，实验二最好选用________目的二氧化硅。
在实验二中，粒径大小属于________变量。
（4）若实验使用的菠菜培养于缺镁培养液中，则提取到的叶绿素含量将________（填“上升”“下降”或“不变”）。
解析：
（1）实验一的自变量是二氧化硅的粒径，实验二的自变量是二氧化硅的用量，两个实验的因变量是叶绿素含量，因此实验目的是探究二氧化硅粒径和用量对叶绿素提取量的影响。
（2）叶绿素可以溶于无水乙醇等有机溶剂中，提取叶绿素时加入二氧化硅的作用是有助于研磨充分。
（3）由实验一可知粒径为50目时提取叶绿素含量最多；实验二二氧化硅的用量是自变量，粒径大小是无关变量。
（4）镁是合成叶绿素的必需元素，在缺镁的培养液中培养，提取到的叶绿素含量将下降。
答案：
（1）探究二氧化硅粒径和用量对叶绿素提取量的影响
（2）叶绿素能溶解在无水乙醇等有机溶剂中 有助于研磨得充分
（3）50 无关（4）下降
考点三|光合作用的过程
1．光合作用的探究历程（连线）
提示：
①—A—b ②—C—a ③—E—f ④—D—c ⑤—F—e ⑥—B—d ⑦—G—g
2．光合作用的过程
（1）根据上图分析光反应与暗反应的区别：
过程
Ⅰ.光反应
Ⅱ.暗反应
场所
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
条件
光、色素和酶
多种酶
原料
水、NADP＋、ADP、Pi
[H]（NADPH）、ATP、CO2
产物
[H]（NADPH）、ATP、O2
（CH2O）、ADP、Pi
物质
变化
①水的光解：
H2O
[H]＋O2
②ATP的合成：
ADP＋Pi
ATP
①CO2的固定：
CO2＋C5
2C3
②C3的还原：
2C3
（CH2O）＋C5
能量
变化
光能→ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
（2）根据如图分析光反应与暗反应的联系：
①光反应为暗反应提供ATP和NADPH。
②暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP＋。
（3）写出光合作用总反应式，并用箭头标注反应物中H、O的去向：
3．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
区别
能量来源
光能
无机物氧化释放的能量
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
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）光合作用光反应阶段产生的[H]可在叶绿体基质中作为还原剂。
（√）
（2）H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体基质中。
（×）
提示：
H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上。
（3）只提供光照，不提供CO2，植物可独立进行光反应。
（×）
提示：
在暗反应不能进行时，因光反应产生的[H]和ATP的积累，光反应也要停止。
（4）在其他条件适宜情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内，叶绿体中C3和C5化合物含量都迅速增加。
（×）
提示：
突然停止光照后，C3增加，C5减少。
（5）正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，其叶绿体内CO2的固定立即停止。
（×）
提示：
光反应停止后，光反应产生的[H]和ATP仍可被暗反应利用一段时间。
（6）土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖。
（√）
2．思考回答（规范表述）
（1）光合作用过程中产生的ATP与细胞呼吸过程中产生的ATP的利用有什么不同？
提示：
光反应阶段产生的ATP用于暗反应阶段C3的还原和叶绿体中蛋白质、核酸的合成。
细胞呼吸产生的ATP可用于除光合作用以外的生命活动。
（2）若突然停止对某正常植物的CO2供应，则该植物的叶绿体中C3的含量如何变化？
尝试分析其变化原因。
提示：
略微减少。
当CO2供应停止时，叶肉细胞间隙CO2浓度降低，CO2的固定速率降低。
而光照强度不变的情况下，[H]、ATP的供应速率不变，C3的还原速率几乎不变，这样，短时间内，C3的生成量减少，消耗量不变，故叶绿体中C3的含量会略有减少。
1．萨克斯实验和恩格尔曼实验的变量分析
萨克斯实验
恩格尔曼实验
2．鲁宾和卡门实验的方法和设计
（1）同位素标记法：
用18O分别标记H2O和CO2。
（2）设计思路：
（3）实验结论：
光合作用释放的O2全部来自H2O。
3．环境条件变化对光合作用中各物质含量的影响
（1）以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化。
（2）以上各物质变化中，C3和C5含量的变化是相反的，[H]和ATP含量变化是一致的。
考法1 考查探究光合作用历程的相关实验
1．某同学模拟科学家萨克斯探究光合作用过程的实验做法如下：
先将绿色叶片放在暗处数小时进行“饥饿”处理（消耗掉叶片中的淀粉），再把叶片的一部分遮光，其余部分曝光。
一段时间后，将该叶片经脱色、漂洗后再用碘液处理，结果发现遮光部分不变蓝，曝光部分变蓝。
下列有关本实验的分析及结论不合理的是（ ）
A．本实验设置了对照组
B．有无光照是遮光和曝光区域表现不同结果的唯一原因
C．实验初始时遮光和曝光区域均达到无淀粉状态
D．实验证明叶绿体利用光能将CO2转变成了淀粉
D [该实验中的变量是光照，曝光组为对照组，遮光组为实验组；有无光照是遮光和曝光区域表现不同结果的唯一原因；先将绿色叶片放在黑暗处处理数小时，目的是为了让叶片在黑暗中把叶片中的淀粉全部转运和消耗，达到无淀粉状态；实验现象表明，叶片的未遮光部分遇碘变蓝，说明产生了淀粉，叶片的遮光部分遇碘没有变蓝，说明没有淀粉产生，所以，绿叶只有在光下才能产生淀粉，淀粉是光合作用的产物，但该实验无法证明叶绿体能利用光能将CO2转变成淀粉。
]
2．（2019·衡水金卷）下列有关光合作用探究历程的叙述正确的是
（ ）
A．英格豪斯认为密闭玻璃罩中蜡烛熄灭的根本原因是缺乏足够的氧气
B．萨克斯的实验中叶片曝光的一半变蓝，说明叶绿体在光下产生了淀粉
C．鲁宾和卡门用18O只标记H2O，证明了光合作用释放的氧气都来自水
D．恩格尔曼的水绵实验利用了好氧细菌的生理特点作为因变量观测指标
D [英格豪斯认为植物只有绿叶才能更新空气，A项错误；萨克斯实验证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉，B项错误；鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用释放的氧气都来自水，C项错误，D项正确。
]
考法2 考查光合作用的过程
3．（2018·临沂市期末）如图表示绿色植物光合作用的部分过程，图中A～C表示相关物质。
有关分析错误的是（ ）
A．图中A为氧气，可部分释放到空气中
B．图中B为NADPH，外界CO2浓度升高时，B的含量暂时升高
C．该过程消耗的NADP＋和C来自于叶绿体基质
D．该过程将光能转化为化学能储存在B和ATP中
B [水的光解产物是氧气和[H]，若光合作用强度大于呼吸作用强度，氧气会部分释放到空气中，A正确；图中B是在NADP＋、H＋和电子参与下形成的，为NADPH，当外界CO2浓度升高时，暗反应中生成的三碳化合物增多，则消耗的NADPH增多，导致NADPH的含量暂时降低，B错误；叶绿体基质中，暗反应消耗NADPH、ATP产生NADP＋、ADP，C正确；光合作用光反应过程中，将光能转化成化学能储存在ATP和NADPH中，D正确。
]
4．如图为大豆叶片叶肉细胞光合作用暗反应阶段的示意图，下列叙述正确的是（ ）
A．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能
B．CO2可直接被[H]还原，再经过一系列的变化形成糖类
C．被还原的C3在有关酶的催化作用下，可再形成C5
D．光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高
C [1分子C5与1分子CO2结合，形成2分子C3的过程称为CO2的固定，由图可知，该过程没有消耗ATP，不会将ATP中的化学能转变为C3中的化学能，A错误。
CO2需要先被固定为C3后才能被[H]还原，再经过一系列的变化形成糖类和C5，B错误。
暗反应过程中，一些接受能量并被还原的C3经过一系列变化形成糖类，另一些接受能量并被还原的C3则经过一系列的化学变化形成C5，从而使暗反应阶段的化学反应持续地进行下去，C正确。
光照强度由强变弱时，光反应阶段产生的ATP和[H]减少，导致C5的产生量下降，而CO2的固定在短时间内不受影响，故短时间内C5含量下降，D错误。
]
考法3 考查环境条件变化对光合作用中物质含量的影响
第一步：
明确光合作用过程中物质的来源与去路：
（1）ATP和[H]来源于Ⅰ过程，消耗于Ⅲ过程。
（2）C3来源于Ⅱ过程，消耗于Ⅲ过程。
（3）C5来源于Ⅲ过程，消耗于Ⅱ过程。
第二步：
分析外界条件的变化对光合作用过程的影响：
（1）如果光照强度发生变化，则直接影响过程Ⅰ，依次影响过程Ⅲ、Ⅱ。
（2）如果CO2浓度变化，则直接影响过程Ⅱ，依次影响过程Ⅲ、Ⅰ。
第三步：
根据外界条件的变化确定其影响C3和C5含量的变化：
（1）在CO2供应不变时，改变光照条件：
①强→弱：
ATP和[H]减少，C3还原减弱，C3消耗减少，C5产生减少，则C3含量增多，C5含量减少。
②弱→强：
ATP和[H]增多，C3还原增强，C3消耗增多，C5产生增多，则C3含量减少，C5含量增多。
（2）在光照不变时，改变CO2供应：
①充足→不足：
CO2固定减弱，C3产生减少，C5消耗减少，则C3含量减少，C5含量增多。
②不足→充足：
CO2固定增强，C3产生增多，C5消耗增多，则C3含量增多，C5含量减少。
5．（2019·菏泽检测）如图所示某阳生植物细胞在夏季晴天某一天内的光合作用过程中C3、C5化合物的数量变化。
若第二天中午天气由光照强烈转向阴天时，叶绿体中C3含量的变化、C5含量的变化分别相当于曲线中的（ ）
A．c→d段（X），b→c段（Y）
B．d→e段（X），d→e段（Y）
C．d→e段（Y），c→d段（X）
D．b→c段（Y），b→c段（X）
B [光照强烈转向阴天时，叶绿体中C3含量增多、C5含量减少。
]
6．（2019·衡水中学月考）光合作用的暗反应阶段主要包括：
C5和CO2结合生成C3，C3经一系列变化生成糖类和C5。
为确定光合作用暗反应阶段哪个反应间接依赖光，科学家利用小球藻进行实验，结果如图所示。
请回答下列问题：
（1）利用热酒精处理小球藻能终止细胞内的化学反应。
欲探究14CO2中14C的转移路径，给小球藻提供14CO2后，应怎样处理？
_____________
____________________________________________________________。
（2）暗反应阶段间接依赖光照的反应是______________________，做出此判断的依据是______________________________________________
____________________________________________________________。
（3）若其他条件不变，突然降低光照条件下CO2的浓度，短时间内细胞中C3和C5含量的变化趋势分别是_____________________________
____________________________________________________________。
解析：
（1）据题意可知：
欲探究14CO2中14C的转移路径，给小球藻提供14CO2后，应每间隔一段时间用热酒精终止暗反应进程，提取并鉴定含14C的物质。
（2）分析图示可知：
当反应条件由光照变为黑暗时，C3含量升高而C5及各种中间产物的含量下降，说明C3的
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