高考生物一轮复习 第三单元第10讲 光合作用的探究历程与基本过程学案.docx

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高考生物一轮复习第三单元第10讲光合作用的探究历程与基本过程学案

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第10讲　光合作用的探究历程与基本过程

　捕获光能的色素和结构

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390～760nm，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。

（必修1P99“与社会的联系”改编）温室或大棚种植蔬菜时，最好选择________的玻璃、塑料薄膜，理由是___________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案：

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色光，光照强度较大，有利于光合作用的进行　

3．叶绿体

（1）结构示意图

（2）结构

决定

（3）功能：

进行光合作用的场所

证明Ｆ

（4）恩格尔曼的实验：

好氧细菌只分布于叶绿体被光束照射的部位

　如图是恩格尔曼实验装置改装示意图，光线先通过三棱镜再通过叶绿体色素提取液后照射玻片上的水绵，一段时间后，水绵周围好氧细菌分布无显著变化，请分析其原因。

提示：

三棱镜将光分为七色光，叶绿体色素提取液主要吸收红光和蓝紫光，故透过三棱镜再通过叶绿体色素提取液后照射到水绵上的光，没有红光和蓝紫光，使水绵不同部位的光合作用变化不大，产生氧气的量大致相同，因此水绵周围好氧细菌分布无显著变化。

考向1　色素的种类及功能

1．（2016·高考全国卷Ⅱ）关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是（　　）

A．叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中

B．构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收

C．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

D．黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的

解析：

选C。

叶绿体中的色素易溶于有机溶剂如乙醇、丙酮中，A项叙述正确；镁是叶绿素的组成元素，植物中的矿质元素主要由根从土壤中吸收，B项叙述正确；一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光（波长范围大约是390～760nm），而红外光是波长大于760nm的光，紫外光是波长小于390nm的光，C项叙述错误；黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻，从而使叶片表现出类胡萝卜素的黄色，D项叙述正确。

2．（2017·高考全国卷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

解析：

选A。

类胡萝卜素不吸收红光，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；作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应来绘制的，因此可用CO2吸收速率随光波长的变化来表示，C正确；叶绿素吸收640～660nm的红光，导致水光解释放氧气，D正确。

影响叶绿素合成的“三大”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，叶片会发黄。

（2）温度：

温度可影响与叶绿素合成有关酶的活性，影响叶绿素的合成，低温时叶绿素容易被破坏，使叶子变黄。

（3）矿质元素：

叶绿素合成的必需元素，如氮、镁等；叶绿素合成的辅助成分，如缺铁后某些酶无法合成，叶绿素不能合成，叶子会变黄。

考向2　叶绿体的结构和功能

3．（2018·河北石家庄二中模拟）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．图乙所示结构取自图甲中的①或③

B．与光合作用有关的酶全部分布在图乙所示结构上

C．图乙所示的结构是产生[H]并消耗ATP的场所

D．叶绿体以图甲中③的形式扩大膜的表面积

解析：

选D。

图乙所示结构含有光合色素，光合色素只分布在叶绿体的类囊体薄膜上，对应于图甲中的③，A项错误；在叶绿体的基质（图甲④）中，也分布有与光合作用有关的酶，B项错误；消耗ATP的场所是叶绿体的基质（图甲④），C项错误；③是叶绿体的类囊体，叶绿体以图甲③的形式扩大膜的表面积，D项正确。

4．下图是光合作用探索历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图，下列有关叙述正确的是（　　）

A．两实验均需进行“黑暗”处理，以消耗细胞中原有的淀粉

B．两实验均需要光的照射

C．两实验中只有恩格尔曼的实验设置了对照

D．两实验均可证明光合作用的产物有氧气

解析：

选B。

图示的两实验中，只有萨克斯的实验需进行“黑暗”处理，目的是消耗掉细胞中原有的淀粉。

恩格尔曼实验的目的是探究光合作用进行的场所，萨克斯实验的目的是探究光合作用产物，所以两实验均需要光的照射。

恩格尔曼的实验中，照光处理与不照光、黑暗与完全曝光形成对照；萨克斯的实验中，暗处理的叶片一半曝光、一半遮光形成对照。

恩格尔曼的实验可证明氧气是光合作用的产物，萨克斯的实验可证明淀粉是光合作用的产物。

恩格尔曼实验方法的巧妙之处

（1）巧选实验材料：

选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位。

（2）妙法排除干扰因素：

没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。

（3）巧妙设计对照实验：

用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。

　绿叶中色素的提取与分离

1．实验原理

（1）提取：

绿叶中的色素能够溶于有机溶剂而不溶于水，可用无水乙醇等有机溶剂提取色素。

（2）分离：

各种色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，从而使各种色素相互分离。

2．实验步骤

提取色素：

称取5g的绿叶，剪碎，放入研钵中→加入少量二氧化硅、碳酸钙和10mL

无水乙醇→研磨→过滤→收集到试管内并塞严试管口

制备滤纸条：

将干燥的定性滤纸剪成略小于试管长与直径的滤纸条，将滤纸条的一端剪去两角，在距离剪角一端1cm处用铅笔画一条细的横线

画滤液细线：

用毛细吸管吸取少量的滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线，待滤液干后，

再画1～2次

分离色素：

将适量的层析液倒入试管中，分离过程如图所示

结果分析：

滤纸条上呈现四条颜色、宽度不同的色素带

色素种类

色素颜色

色素含量

溶解度

扩散速度

a.胡萝卜素

橙黄色

最少

最高

最快

B．叶黄素

黄色

较少

较高

较快

c.叶绿素a

蓝绿色

最多

较低

较慢

d.叶绿素b

黄绿色

较多

最低

最慢

（1）选取新鲜绿色的叶片，色素含量高，不能选用发黄的叶片。

（2）迅速研磨是为了防止乙醇挥发过多，充分研磨是为了充分破坏叶绿体，使色素完全释放出来。

（3）二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。

（4）制备滤纸条：

剪去两角，以保证色素在滤纸条上扩散得均匀、整齐，以便观察实验结果，否则，会形成弧形色素带。

（5）如果滤液细线画得不直或过粗，色素带可能出现重叠。

（6）如果忘记画滤液细线、滤液细线触及（或没入）层析液会使色素溶解，无法分离出色素带。

[发散拓展]　1.下图中甲代表新鲜菠菜叶的光合色素纸层析结果：

（1）判断：

乙图所示结果最有可能来自____________________（填“正常生长的柳树幼叶”或“秋冬季节的银杏落叶”）。

（2）理由：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

2．如图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置，据图分析：

（1）实验时应将滤液滴在____（填“a”或“b”）处。

（2）在定性滤纸上会出现4个不同颜色的同心圆，最大的圆圈含有________（填色素种类），呈现________色；最小的圆圈含有____________（填色素种类），呈现________色。

答案：

1.

（1）秋冬季节的银杏落叶　

（2）秋冬季节气温较低，叶绿素合成酶的活性降低，并且低温造成叶绿素易分解，而叶黄素和胡萝卜素比较稳定

2．

（1）a　

（2）胡萝卜素　橙黄　叶绿素b　黄绿

1．（2018·河北冀州中学段考）如图表示用韭菜宿根进行的相关对照实验流程。

下列叙述错误的是（　　）

A．提取色素时，要加入SiO2和CaCO3进行充分研磨

B．色素在滤纸条上分离的原因是不同色素在无水乙醇中的溶解度不同

C．实验结果①可说明叶绿素合成需要光照

D．实验结果②表明韭菜中提取的色素吸收光的种类更多

解析：

选B。

提取色素时加入SiO2是为了研磨充分，而加入CaCO3是为了防止色素被破坏，A正确；色素在滤纸条上分离的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同，B错误；实验结果①色素带不同，可说明叶绿素合成需要光照，C正确；实验结果②表明韭菜中提取的色素吸收光的种类更多，D正确。

2．回答下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验中的问题：

（1）某同学的操作过程如下：

①将5g新鲜完整的菠菜叶放入研钵中，加入无水乙醇、石英砂、CaCO3以后，迅速研磨；

②用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线处小心均匀地画出一条滤液细线，并连续迅速地重复画1～2次；

③将画好细线的滤纸条插入层析液中，并不断摇晃，以求加快色素在滤纸条上的扩散。

结果实验失败，请指出其错误所在：

①________________________________________________________________________。

②________________________________________________________________________。

③________________________________________________________________________。

（2）某小组利用新鲜菠菜叶进行色素的提取和分离实验的几个同学由于操作不同，出现了以下四种不同的层析结果。

下列分析不合理的是________。

A．甲可能误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

（3）秋天，北方树叶大都由绿变黄，其原因是占四种色素总量80%的__________和__________分解，从而显示出__________和__________的颜色。

答案：

（1）①不应用完整叶片，而应去掉叶柄后剪碎

②不应连续迅速地重复画线，而应待干燥后重复画线

③不应摇晃以免层析液没及滤液细线

（2）C

（3）叶绿素a　叶绿素b　胡萝卜素　叶黄素

绿叶中色素提取与分离实验异常现象分析

（1）收集到的滤液绿色过浅

①未加二氧化硅（石英砂），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（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：

滤纸条上的滤液细线接触到层析液。

（3）滤纸条看不见色素带

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。

　光合作用的探究历程及过程

1．光合作用的探究历程[连一连]

（1）某植物叶片不同部位的颜色不同，将该植物在黑暗中放置48h后，用锡箔纸遮蔽叶片两面，如图所示。

在日光下照光一段时间，去除锡箔纸，用碘染色法处理叶片，观察到叶片，有的部位出现了蓝色，请回答下列问题：

①实验时预先对植物进行暗处理，其目的是_________________________________

________________________________________________________________________。

②实验中________对照可证明光合作用需叶绿体，________对照可证明光合作用需要光。

③本实验可证明光合作用的产物是________。

（2）如图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图，甲、乙两物质相对分子量较大的是________。

答案：

（1）①消耗掉原有淀粉，排除其对实验结果的干扰　②a与b、d　e与b、d　③淀粉　

（2）乙　

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

项目　

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

光照、色素和酶

多种酶、有无光都可以

原料

H2O、NADP＋、ADP、Pi

[H]、ATP、CO2

产物

[H]、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中活跃化学能

ATP中活跃化学能→有机物中稳定的化学能

（2）光反应与暗反应的联系

光反应为暗反应提供[H]、ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi。

没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。

　利用同位素示踪法判断光合作用C、H、O的转移途径是怎样的？

提示：

（1）H：

3H2O

[3H]

（C3H2O）。

（2）C：

14CO2

14C3

（14CH2O）。

（3）O：

H

O

18O2；C18O2

C3

（CH

O）。

（必修1P94和P103“相关信息”改编）光合作用过程中[H]与细胞呼吸过程中[H]有什么不同？

光合作用过程中[H]

细胞呼吸过程中[H]

本质

还原型辅酶Ⅱ（NADPH）

还原型辅酶Ⅰ（NADH）

来源

________阶段

无氧呼吸第一阶段、有氧呼吸第一、二阶段

去向

____________

有氧呼吸第____阶段生成____

答案：

光反应　三碳化合物的还原　三　水　

考向1　光合作用探究历程的实验分析

1．（2018·合肥高三质检）在光合作用的探究历程中，德国科学家梅耶根据能量转化和守恒定律，提出了植物在进行光合作用时能量转化的假说。

以下哪项科学实验能证明这一假说（　　）

A．英格豪斯证明植物在光照条件下可以改变空气成分的实验

B．恩格尔曼证明光合作用的有效光是红光和蓝紫光的实验

C．萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用可以产生淀粉的实验

D．鲁宾和卡门证明光合作用产生的氧气来自水的实验

解析：

选C。

萨克斯证明绿叶在光下可以产生淀粉，说明了光能转化为稳定的化学能，其他实验均无法证明光合作用时能量转化的假说，故C项正确。

考向2　光合作用过程分析

2．（2018·北京东城模拟）科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照，结果如表。

实验组别

光照时间（s）

放射性物质分布

1

2

大量3磷酸甘油酸（三碳化合物）

2

20

12种磷酸化糖类

3

60

除上述12种磷酸化糖类外，

还有氨基酸、有机酸等

根据上述实验结果分析，下列叙述不正确的是（　　）

A．本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段

B．每组照光后需将小球藻进行处理使酶失活，才能测定放射性物质分布

C．CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是12种磷酸化糖类

D．实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等

解析：

选C。

CO2是光合作用暗反应阶段的原料，A正确；每组照光后将小球藻进行处理使酶失活，其目的是终止相关的反应，这样测定的数据，才能准确反映光照时间内放射性物质的分布，B正确；在光合作用的暗反应过程中，CO2先进行固定，生成三碳化合物，然后是三碳化合物被还原，从表中可以看出，放射性首先出现在3磷酸甘油酸中，C错误；表中信息显示，光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等，D正确。

3．（2018·青岛质检）如图表示发生在叶绿体中的相关代谢过程，其中①②表示相关过程，A、B表示两种气体物质，下列说法错误的是（　　）

A．过程①表示光反应，过程②的场所是叶绿体基质

B．物质A表示O2，物质B表示CO2

C．过程②能将活跃的化学能转变成稳定的化学能

D．过程②的两个阶段都需要消耗过程①产生的[H]和ATP

解析：

选D。

由题图可知，过程①②分别表示光反应和暗反应，反应场所分别是叶绿体的类囊体薄膜和叶绿体基质。

物质A、B分别表示O2和CO2。

光反应能将光能转变成活跃的化学能储存在ATP中，暗反应能将活跃的化学能转变成稳定的化学能储存在葡萄糖中。

过程②包括CO2的固定和C3的还原两个阶段，其中CO2的固定不需要消耗①过程产生的[H]和ATP。

（1）光反应阶段产生的ATP仅用于暗反应阶段C3的还原。

细胞呼吸产生的ATP可用于除光合作用以外的生命活动。

（2）在光照条件下，植物既进行光反应，也进行暗反应；如果植物长期处于黑暗环境中，光反应和暗反应都会停止。

在暗反应停止时，ATP和[H]积累，光反应也要停止。

考向3　条件骤变细胞内[H]、ATP、C3、C5等物质的变化

4．（2016·高考天津卷）在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。

下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是（　　）

A．红光，ATP下降

B．红光，未被还原的C3上升

C．绿光，[H]下降

D．绿光，C5上升

解析：

选C。

叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光等可见光，吸收的绿光很少。

将白光改为光照强度相同的红光，光反应增强，叶绿体内产生的ATP和[H]增多，C3的还原增加，导致未被还原的C3减少，故A、B项错误；将白光改为光照强度相同的绿光，光反应减弱，叶绿体内产生的ATP和[H]减少，C3的还原量降低，导致C5减少，故C项正确，D项错误。

模型法分析C5、C3等物质含量的变化

当外界条件改变时，光合作用中C3、C5及ATP和ADP含量变化可以采用如图分析：

（1）停止光照时：

ATP↓，ADP↑，C3↑，C5↓，分析如下：

（2）CO2供应停止时：

C5↑，C3↓，ATP↑，ADP↓，分析如下：

[变式1]（2018·山东临沂模拟）光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。

对于改变反应条件而引起的变化，说法正确的是（　　）

A．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值减少

B．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加

C．突然将红光改变为绿光会暂时引起叶绿体基质中C3/C5比值减少

D．突然将绿光改变为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值减少

解析：

选B。

突然中断CO2供应，使暗反应中CO2固定减少，而C3还原仍在进行，因此导致C3减少，C5增多，因此会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值增加，A错误；突然中断CO2供应使C3减少，因此C3还原利用的ATP减少，导致ATP积累增多，而ADP含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加，B正确；由于色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收最少，突然将红光改变为绿光，会导致光反应产生的ATP和[H]减少，这将抑制暗反应中C3的还原，导致C5减少，C3增多，因此会暂时引起叶绿体基质中C3/C5比值增加，C错误；突然将绿光改变为红光会导致光反应吸收的光能增加，光反应产生的ATP和[H]增加，而ADP相对含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加，D错误。

[变式2]在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势如下图。

回答问题：

（1）图中物质A是________（填“C3”和“C5”）。

（2）在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________，

将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，暗反应中C3和C5浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的________（填“低”或“高”）。

（4）CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的________（填“高”或“低”），其原因____________________________________________。

解析：

（1）CO2浓度降低时，C3产生减少而消耗继续，故C3的浓度降低，所以物质A代表的是C3。

（2）在正常情况下，C3的浓度是C5浓度的2倍；CO2浓度迅速下降到0.003%后，C5的产生量不变而消耗量减少，故C5的浓度升高。

（3）CO2浓度继续处于0.003%时，因光反应产物[H]和ATP的积累而抑制光反应过程，足量的[H]和ATP引起暗反应中C5的浓度又逐渐降低，而C3的浓度逐渐升高，在达到相对稳定时，C3的浓度仍是C5浓度的2倍。

（4）CO2浓度较低时，暗反应减弱，需要的[H]和ATP量减少，故CO2浓度为0.003%时，在较低的光照强度时就能达到最大光合速率。

答案：

（1）C3　

（2）暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5的含量稳定。

根据暗反应的特点，此时C3的分子数是C5的2倍　当CO2浓度突然降低时，C5