版 必修1 第3单元 第2讲 光合作用Ⅰ.docx

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版必修1第3单元第2讲光合作用Ⅰ

第2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

↓决定

（2）功能：

进行光合作用的场所。

↑证明

（3）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。

[判断与表述]

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．叶绿体中的色素与叶片的颜色

色素与叶片颜色

正常绿色

正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例约为3∶1，且对绿光吸收最少，所以正常叶片总是呈现绿色

叶色变黄

寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，显示出类胡萝卜素的颜色，叶子变黄

叶色变红

秋天降温时，植物体为适应寒冷，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶子呈现红色

2.影响叶绿素合成的三大因素

3．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　考查叶绿体中色素的种类和作用

1．（2018·淄博模拟）下列关于叶绿体色素在光合作用过程中作用的描述，错误的是（　　）

A．叶绿体色素与ATP的合成有关

B．叶绿体色素参与ATP的分解

C．叶绿体色素与O2和[H]的形成有关

D．叶绿体色素能吸收和传递光能

B　[叶绿体色素具有吸收、传递和转化光能的作用，并伴随着水的光解和ATP的合成过程，故A、C、D项正确，B项错误。

]

2．将可见光通过三棱镜后照射到绿色植物叶片的某种色素提取液上，可获得该吸收光谱（图中的数字表示光的波长，单位为mm，暗带表示溶液吸收该波长的光后形成的光谱）。

则该色素是（　　）

A．类胡萝卜素　　　　B．叶黄素

C．胡萝卜素D．叶绿素a

D　[叶绿体中的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。

从图中可以看出，该色素主要吸收了红光和蓝紫光，所以该色素为叶绿素a。

]

◎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．（2018·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符合题意。

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不符合题意。

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不符合题意。

在光反应中能合成ATP，在暗反应中会利用ATP，D不符合题意。

]

考点二|光合作用过程

1．光合作用的总反应式

CO2＋H2O

（CH2O）＋O2。

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＋。

[判断与表述]

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．光合作用C、H、O的转移途径

（1）H：

3H2O

[3H]

（C3H2O）。

（2）C：

14CO2

14C3

（14CH2O）。

（3）O：

H

O

18O2；C18O2

C3

（CH

O）。

2．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析

（1）分析方法：

需从物质的生成和消耗两个方向综合分析。

示例：

CO2供应正常，光照停止时C3的含量变化

（2）物质含量变化的比较

条件

光照由强到弱，CO2供应不变

光照由弱到强，CO2供应不变

CO2供应由充足到不足，光照不变

CO2供应由不足到充足，光照不变

C3含量

增加

减少

减少

增加

C5含量

减少

增加

增加

减少

[H]和ATP的含量

减少

增加

增加

减少

（CH2O）的合成量

减少

增加

减少

增加

（3）“模型法”表示C3和C5的含量变化

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　考查光合作用过程

1．（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。

]

2.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。

]

[误区警示]

1．误认为光反应中产生的ATP，可用于各项生命活动

光合作用光反应产生的ATP只用于暗反应阶段，不能用于其他生命活动，其他生命活动所需ATP只能来自细胞呼吸。

2．误认为没有暗反应，光反应能独立进行

光反应为暗反应提供[H]和ATP，因此没有光反应，暗反应不能进行。

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。

3．误认为光合作用只能在叶绿体中进行

蓝藻无叶绿体，但蓝藻细胞中含有吸收光能的色素和催化光合作用的酶，也可进行光合作用。

◎考法2　考查环境条件变化对光合作用中物质含量的影响

[解题指导]三步法判断C3和C5含量的变化

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：

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；反之则相反。

（2）在光照不变时，改变CO2供应：

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；反之则相反。

3．（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。

]

4．（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的还原与光照条件有关，据此可判断：

暗反应阶段间接依赖光照的反应是C3经一系列变化生成糖类和C5。

（3）若其他条件不变，突然降低光照条件下CO2的浓度，导致CO2和C5结合形成C3和CO2固定过程减弱，新生成的C3减少，而原有的C3继续被还原为C5和糖类，所以短时间内细胞中C3含量降低，C5含量升高。

答案：

（1）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）C3经一系列变化生成糖类和C5　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的还原与光照条件有关

（3）C3含量降低，C5含量升高

考点三|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．（2019·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·河北冀州中学第二次段考）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

B　[提取色素时加入二氧化硅是为了研磨充分，而加入碳酸钙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。

]

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

真题体验|感悟高考　淬炼考能

1．（2018·北京高考）光反应在叶绿体类囊体上进行。

在适宜条件下，向类囊体悬液中加入氧化还原指示剂DCIP，照光后DCIP由蓝色逐渐变为无色。

该反应过程中（　　）

A．需要ATP提供能量

B．DCIP被氧化

C．不需要光合色素参与

D．会产生氧气

D　[光反应发生在叶绿体类囊体上，有光时，产生氧气、NADPH和ATP，A错误；DCIP照光后由蓝色逐渐变为无色，是因为DCIP被[H]还原成无色，B错误；光合作用光反应阶段需要光合色素吸收光能，C错误；光合作用光反应阶段会产生氧气，D正确，所以选D。

]

2．（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64