高考生物总复习第2单元细胞的代谢第9讲光合作用的色素场所和过程.docx

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高考生物总复习第2单元细胞的代谢第9讲光合作用的色素场所和过程

第9讲光合作用的色素、场所和过程

考纲要求　1.光合作用的概念、阶段、场所和产物[必考（b）、加试（b）]。

2.色素的种类、颜色和吸收光谱[必考（a）、加试（a）]。

3.光反应和碳反应的过程[必考（b）、加试（b）]。

4.活动：

光合色素的提取与分离[必考（b）、加试（b）]。

考点一　光合色素和叶绿体的结构

1．叶绿体的结构与功能

（1）结构模式图

（2）结构

↓决定

（3）功能：

进行光合作用的场所。

2．叶绿体中的色素及色素的吸收光谱

由图可以看出：

（1）叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。

（2）叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。

思考诊断

1．热图解读：

完善叶绿体的结构与光合作用过程

观察上面的叶绿体结构示意图，完成下列问题：

（1）①为外膜，②为内膜。

（2）③为基粒，是由许多类囊体堆叠而成的，其膜可称为光合膜。

④为液态的叶绿体基质，含有许多酶。

2．为什么叶片一般呈现绿色？

提示　因为叶绿素对绿光吸收很少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。

题型一　色素的种类、颜色和吸收光谱

1．如图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。

据图判断，以下说法不正确的是（　　）

A．由图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500nm波长的光

B．用450nm波长的光比600nm波长的光更有利于提高光合作用强度

C．由550nm波长的光转为670nm波长的光后，叶绿体中三碳酸分子的量增加

D．土壤中缺乏镁时，植物对420～470nm波长的光的利用量显著减少

答案　C

解析　类胡萝卜素主要吸收400～500nm波长的光，A正确；据图可知，用450nm波长的光比600nm波长的光更有利于提高光合作用强度，B正确；由550nm波长的光转为670nm波长的光后，色素吸收光能增强，光反应增强，三碳酸分子还原加速，叶绿体中三碳酸分子的量将减少，C项错误；叶绿素b主要吸收420～470nm波长的光，缺镁时叶绿素合成减少，所以此波段的光的利用量显著减少，D正确。

2．（2016·宁波期末联考）下表是在适宜条件下测得某植物叶绿体中色素吸收光能的情况，下列分析错误的是（　　）

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.O2的释放速率变化与全部色素吸收光能百分比的变化基本一致

B．由550nm波长的光转为670nm波长的光时，叶绿体中三碳酸分子的量会增加

C．该植物缺乏镁时，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将降低

答案　B

解析　植物光合作用吸收光能，发生水的光解产生O2，因此O2的释放速率变化与全部色素吸收光能百分比的变化基本一致，A项正确；由550nm波长的光转为670nm波长的光时，植物吸收的光能增加，光反应加快，为碳反应提供的NADPH和ATP增加，三碳酸分子的还原速率加快，叶绿体中三碳酸分子的含量减少，B项错误；镁是叶绿素的重要构成成分，植物缺乏镁时，叶绿素a含量降低，吸收的光能百分比的减少幅度更大，C项正确；表中实验数据是在最适温度条件下所得的实验结果，因此环境温度降低，该植物对光能的利用能力将降低，D项正确。

归纳提升

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，一般植物在黑暗环境中不能合成叶绿素，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，而类胡萝卜素分子较为稳定，使叶片变黄。

（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，叶片变黄。

题型二　叶绿体的结构

3．如图是在电子显微镜下观察到的高等植物叶绿体结构模式图，下列有关叙述错误的是（　　）

A．①和②均为选择透性膜

B．③上分布有与光反应有关的色素和酶

C．在③上形成的产物NADPH和ATP进入④中为碳反应提供物质和能量

D．④中进行的反应使ATP进入糖类等有机物中

答案　D

解析　①和②分别表示叶绿体的外膜和内膜，为生物膜，具有选择透性；③为基粒，其上分布着光反应所需的色素和酶；光反应的产物NADPH和ATP进入④叶绿体基质中，为碳反应提供还原剂氢和能源物质ATP；ATP水解后将活跃的化学能转变成有机物中稳定的化学能，而非直接将ATP转移到有机物中。

4．如图甲为叶绿体结构模式图，图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。

下列相关叙述正确的是（　　）

A．甲中生物膜的面积主要靠内膜向内折叠成嵴而增大

B．图乙所示的结构来自图甲中的③

C．③中的所有色素分子都可以吸收红光和蓝紫光

D．图甲是光合作用的基本单位，蓝细菌可以进行光合作用的原因是具有图甲结构

答案　B

解析　图甲中的①②③和④分别是叶绿体外膜、内膜、基粒和基质，乙所示的膜结构来自图甲中的③。

叶绿体扩大膜面积主要靠片层结构中的类囊体膜。

③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。

叶绿体是进行光合作用的基本单位，蓝细菌是原核细胞，除核糖体外，无其他细胞器，其能进行光合作用的原因是有藻蓝素和叶绿素。

考点二　光合作用的概念及其过程

1．光合作用的概念和反应式

（1）光合作用指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成贮存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。

（2）总反应式：

6CO2＋12H2OC6H12O6＋6H2O＋6O2。

2．光合作用的过程

Ⅰ.光反应

（1）条件：

叶绿体色素、酶、光和水。

（2）场所：

叶绿体类囊体膜。

（3）产物：

NADPH、ATP、O2。

（4）物质转变

①水在光下裂解为H＋、O2和电子。

②水中的氢（H＋＋e－）在光下将NADP＋还原为NADPH。

（5）能量转变：

光能被吸收并转化为ATP和NADPH中的化学能。

Ⅱ.碳反应

（1）条件：

多种酶、ATP、NADPH。

（2）场所：

叶绿体基质。

（3）产物：

三碳糖。

（4）主要变化

①CO2的固定：

CO2＋RuBP―→2三碳酸分子。

②三碳酸分子的还原：

三碳酸分子接受NADPH中的氢和ATP中的磷酸基团及能量，被还原成三碳糖，这是碳反应形成的产物。

③RuBP的再生

每3个CO2分子进入卡尔文循环就形成6分子的三碳酸分子，后者都被还原为三碳糖，其中5个三碳糖分子在循环中再生为RuBP，另一个三碳糖分子则离开卡尔文循环，或在叶绿体内合成淀粉、蛋白质或脂质，或运出叶绿体，转变成蔗糖。

思考诊断

1．写出光合作用的总反应式及各元素的去向

提示　

2．光反应与碳反应的区别与联系

项目

光反应

碳反应

条件

需色素、光、酶

不需色素和光，需要多种酶

场所

叶绿体的类囊体膜

叶绿体基质

物质

转化

①水光解：

H2O2H＋＋2e－＋O2；

②ATP和NADPH的合成：

ADP＋Pi＋光能ATP；NADP＋＋H＋＋e－NADPH

①CO2的固定：

CO2＋RuBP2三碳酸分子

②三碳酸分子的还原：

三碳酸分子三碳糖

③RuBP的再生和其他有机物的形成：

能量

转换

光能→活跃的化学能，并贮存在ATP和NADPH中

ATP和NADPH中的活跃化学能→有机物中稳定的化学能

3.光照和CO2浓度变化对光合作用物质变化的影响

变化条件

三碳酸分子

RuBP

NADPH和ATP

三碳糖

CO2供

应不变

光照

强→弱

增加

减少

减少

减少

光照

弱→强

减少

增加

增加

增加

光照

不变

CO2充

足→不足

减少

增加

增加

减少

CO2不

足→充足

增加

减少

减少

增加

题型一　光反应和碳反应的过程

1．下图表示光合作用的碳反应过程。

下列叙述错误的是（　　）

A．①是3－磷酸甘油酸

B．②和③在类囊体膜上产生

C．⑤是核酮糖二磷酸

D．⑥可在叶绿体内转变为氨基酸

答案　C

解析　图中①为3－磷酸甘油酸（三碳酸分子），②为ATP，③为NADPH，④为NADP＋，⑤为三碳糖。

2.如图为大豆叶片光合作用碳反应阶段的示意图。

下列叙述正确的是（　　）

A．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为三碳酸分子中的化学能

B．CO2可直接被NADPH还原，再经过一系列的变化形成糖类

C．被还原的三碳酸分子在相关酶的催化作用下，可再形成RuBP

D．光强度由强变弱时，短时间内RuBP含量会升高

答案　C

解析　ATP中的能量转化到有机物中，成为稳定的化学能的过程，不参与CO2的固定，A项错误；在碳反应中，绿叶通过气孔从外界吸收进来的二氧化碳，不能直接被还原。

它首先与RuBP结合，形成三碳酸分子，三碳酸分子接受ATP释放的能量并被NADPH还原，再经一系列变化形成糖类，另一部分形成RuBP，B项错误；三碳酸分子被NADPH还原后可再形成RuBP，此过程中需要酶参与，C项正确；光强度由强变弱时，会造成NADPH和ATP在短时间内减少，RuBP的合成速率下降，而其分解速率不变，所以RuBP的含量会下降，D项错误。

题型二　条件骤变对光合作用物质含量变化的影响

3．（2016·宁波模拟）离体的叶绿体在光照下进行稳定的光合作用时，如果突然中断CO2气体的供应，短时间内叶绿体中3－磷酸甘油酸、RuBP及ATP相对含量的变化是（　　）

A．上升、下降、上升B．上升、下降、下降

C．下降、上升、下降D．下降、上升、上升

答案　D

解析　二氧化碳含量的改变直接影响的是碳反应中二氧化碳的固定过程，二氧化碳含量由高到低时，二氧化碳的固定过程变弱，该反应的反应物RuBP消耗减少，剩余的RuBP相对增多；生成物3－磷酸甘油酸减少，由于3－磷酸甘油酸的化合物减少，则又影响了3－磷酸甘油酸的还原，使得3－磷酸甘油酸的还原反应减弱，则消耗的NADPH和ATP量减少，所以NADPH和ATP剩余的量增多，所以突然中断CO2气体的供应，短时间内叶绿体中3－磷酸甘油酸的含量减少、RuBP的含量增多、ATP的含量增多。

4．（2014·新课标Ⅰ，2）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，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是（　　）

A．O2的产生停止

B．CO2的固定加快

C．ATP/ADP比值下降

D．NADPH/NADP＋比值下降

答案　B

解析　正常生长的绿藻，照光培养一段时间，说明绿藻可以正常进行光合作用，用黑布遮光后，改变了绿藻光合作用的条件，此时光合作用的光反应停止，光反应的产物O2、ATP和NADPH停止产生，所以A、C、D项所叙述现象会发生；光照停止后，碳反应中3磷酸甘油酸还原受影响，RuBP减少，CO2的固定减慢，B项所叙述现象不会发生。

考点三　活动：

光合色素的提取与分离

1．实验原理

2．实验步骤

实验中的注意事项及操作目的

实验过程

操作过程

操作目的

提

取

色

素

①

选取新鲜绿色的叶片

使滤液中色素含量高

②

将新鲜的菠菜叶烘干、粉碎成干粉，研磨时加入2～3mL95%的乙醇

溶解叶片中的色素

③

研磨时加入少许的二氧化硅和碳酸钙

研磨充分和保护叶绿素

④

迅速充分研磨

防止溶剂挥发并充分溶解色素

⑤

盛放滤液的小试管口加棉塞

防止色素分子被氧化

分

离