版新高考人教版生物江苏专用一轮学案必修1第3单元第3讲 光合作用Ⅰ.docx
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版新高考人教版生物江苏专用一轮学案必修1第3单元第3讲光合作用Ⅰ
第3讲 光合作用（Ⅰ）
课标要求
核心素养
1．说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能
2．提取和分离叶绿体色素
1．叶绿体的结构与功能相适应；物质和能量观：
通过光合作用合成有机物，储存能量（生命观念）
2．比较光反应和暗反应，掌握光合作用的过程（科学思维）
3．分析色素的提取与分离的结果（科学思维）
4．光合作用的原理在生产中的应用（社会责任）
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390～760nm，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。
3．叶绿体的结构与功能
（2）功能：
进行光合作用的场所。
4．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，叶绿体上可分为有光照和无光照的部位，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。
（人教版必修1P99“与社会的联系”）
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，不利于光合作用的进行；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。
1．高等植物的叶片一般呈现绿色，原因是__________________
_____________________________________________________。
提示：
叶绿体中的色素几乎不吸收绿光，绿光被反射出来
2．入秋后，叶片逐渐变黄，原因是________________________
_____________________________________________________。
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，类胡萝卜素相对含量增加
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。
1．现有载有水绵和好氧型细菌的临时装片、红光源和绿光源，请设计实验验证植物光合作用对红光的利用率大于对绿光的利用率，简要写出实验方案和预期实验结果与结论。
思维瓶颈：
迁移恩格尔曼实验。
提示：
将临时装片置于没有空气的黑暗环境中，分别用同等强度的红光束和绿光束照射水绵。
好氧型细菌更多聚集在红光束照射的部位，证明植物光合作用对红光的利用率大于对绿光的利用率。
2．研究表明，光照会影响韭菜叶绿素的合成，但不会影响类胡萝卜素的合成。
请利用色素的提取和分离技术，以暗处生长的韭菜幼苗作为材料，设计实验以验证这一结论。
要求简要写出实验思路和预期结果。
实验思路：
预期结果：
思路建模：
设置对照→分组编号→控制自变量，排除无关变量→检测因变量。
提示：
实验思路：
将部分韭菜幼苗置于光照条件下培养（甲组），部分置于黑暗条件下培养（乙组）。
一段时间后，提取并用纸层析法分离两组韭菜中的色素，比较滤纸条上的色素带。
预期结果：
甲组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带与乙组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带基本一致；甲组滤纸条上有蓝绿色和黄绿色的色素带，乙组滤纸条上没有蓝绿色和黄绿色的色素带。
考查光合色素的种类和作用
1．下列关于植物细胞叶绿体内光合色素的叙述，正确的是（ ）
A．胡萝卜素和叶黄素主要吸收红光和蓝紫光
B．叶片呈现绿色的原因是其叶绿素吸收绿光最少，使绿光被反射出来
C．四种光合色素在层析液中的溶解度最小的是胡萝卜素
D．植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例保持不变
B [胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，A项错误；叶片呈现绿色的原因是其叶绿素吸收绿光最少，使绿光被反射出来，B项正确；四种光合色素在层析液中的溶解度最小的是叶绿素b，C项错误；植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例会发生改变，D项错误。
]
2．（2020·浙江联考）如图表示叶绿体中色素的吸收光谱。
据图判断，以下说法错误的是（ ）
A．由图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500nm波长的光
B．进入秋季，植物对420～470nm波长的光的利用量减少
C．用450nm波长的光比600nm波长的光更有利于提高光合作用强度
D．由550nm波长的光转为670nm波长的光后，短时间内叶绿体中C5的量减少
D [由图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500nm波长的光，A正确；进入秋季，叶子变黄，叶绿素含量减少，植物对420～470nm波长的光的利用量减少，B正确；由图可知，叶绿体中色素吸收450nm波长的光比吸收600nm波长的光要多，因此用450nm波长的光比600nm波长的光更有利于提高光合作用强度，C正确；由图可知，由550nm波长的光转为670nm波长的光后，叶绿体中色素吸收的光变多，光反应产生的ATP和[H]变多，C3―→C5＋（CH2O）过程增强，C5增多，D错误。
]
考查叶绿体的结构和功能
3．（2020·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于叶绿体的基质中，D项错误。
]
考点二 绿叶中色素的提取和分离（实验）
1．实验原理
2．实验步骤
（1）提取色素
①研磨
操作图解
添加物质
作用
无水乙醇
溶解色素
二氧化硅
研磨充分
碳酸钙
保护色素
②过滤：
用单层尼龙布过滤→收集滤液。
（2）分离色素
主要操作
操作要点
操作目的
制备滤纸条
一端剪去两角
保证色素在滤纸上扩散均匀、整齐
画滤液细线
用毛细吸管吸取色素滤液，沿铅笔线均匀画一条滤液细线
滤液细线要细、直，使各色素扩散的起点相同
待滤液干后，再画一两次
使滤液细线上有较多的色素
层析
层析液不能触及滤液细线，否则色素会溶解在层析液中，而不会沿滤纸条向上扩散
3．实验结果分析
结合图示填写表格内容。
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
绿叶中色素的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，滤液细线不能达到细、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．（2020·江苏高考）采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是（ ）
A．提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂
B．研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏
C．研磨时添加石英砂有助于色素提取
D．画滤液细线时应尽量减少样液扩散
B [叶绿体色素能溶解在无水乙醇或丙酮等有机溶剂中，所以可用无水乙醇作为溶剂提取叶绿体色素，A正确；研磨时加入CaCO3可以防止叶绿素被氧化破坏，B错误；加入石英砂是为了使研磨更充分，从而使叶绿体中的色素释放出来，C正确；画滤液细线时应尽量减少样液扩散，防止色素带之间部分重叠，D正确。
]
2．（2020·武汉模拟）为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用无水乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，如图为滤纸层析的结果（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带）。
下列叙述正确的是（ ）
A．强光下的幼苗相比正常光照下的绿色更深
B．强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成
C．四种色素在层析液中溶解度的大小是Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ<Ⅳ
D．如果滤液细线触及石油醚，会缩短分离得到四条色素带的时间
B [由图可知，强光照时叶绿素含量下降，类胡萝卜素含量上升，因此正常光照下的绿色更深，A错误；强光照的作用可能是抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成，B正确；四种色素中溶解度大的，在滤纸上扩散速度快，因此四种色素在层析液中溶解度的大小是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ，C错误；如果滤液细线触及石油醚，四种色素会溶解于层析液中，得不到四条色素带，D错误。
]
3．在“探究环境因素对光合作用的影响”的活动中，选用某植物A、B两个品种，在正常光照和弱光照下进行实验，部分实验内容与结果见下表。
品种
光照处理
叶绿素a含量（mg/cm2）
叶绿素b含量（mg/cm2）
类胡萝卜素总含量（mg/cm2）
光合作用速率[μmolCO2/（m2·s）]
A
正常光照
1.81
0.42
1.02
4.59
A
弱光照
0.99
0.25
0.46
2.60
B
正常光照
1.39
0.27
0.78
3.97
B
弱光照
3.80
3.04
0.62
2.97
回答下列问题：
（1）据表推知，该实验的自变量是________________________，无关变量是_____________________________________（两个即可）。
（2）表中的光合色素位于叶绿体的____________上。
用纸层析法将品种B绿叶光合色素分离的原理是_______________________________________
_____________________________________________________。
（3）据表分析，在弱光照处理时，品种A和品种B的光合作用速率都减慢，但品种B比品种A的光合作用速率减慢程度低，原因是
_______________________________________________________
_____________________________________________________。
[答案]
（1）光照强度和植物种类 温度、二氧化碳浓度（合理即可）
（2）类囊体的薄膜 光合色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢 （3）品种B在弱光照处理时叶绿素a和叶绿素b含量增加
考点三 光合作用的过程
1．光合作用的探究历程
科学家
关键设计或现象
实验结论（观点）
普利斯特利
点燃的蜡烛（小鼠）＋绿色植物→蜡烛不熄灭（小鼠不死亡）
植物可以更新空气
英格豪斯
500多次植物更新空气的实验
植物只有在光下才能更新空气
梅耶
依据能量转化与守恒定律
光合作用把光能转换为化学能
萨克斯
光合作用产物除氧气外还有淀粉
恩格尔曼
氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所
鲁宾和卡门
光合作用释放氧气全部来自H2O
卡尔文
用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测其放射性
光合作用中碳原子的转移途径为：
14CO2→14C3→（14CH2O）
2．光合作用的过程
（1）根据如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
（人教版必修1P103“相关信息”）光合作用光反应阶段产生的[H]代表的物质是什么？
与细胞呼吸过程中产生的[H]代表的物质相同吗？
提示：
光合作用光反应阶段产生的[H]是还原型辅酶Ⅱ（NADPH），细胞呼吸产生的[H]是还原型辅酶Ⅰ（NADH），二者不相同。
因此，两者代表的物质不相同。
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。
（√）
1．光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。
实验发现，仅仅30s的时间，放射性代谢产物多达几十种。
缩短时间到7s，发现放射性代谢产物减少到12种，想要探究CO2转化成的第一个产物是什么，实验思路是________________________________
_____________________________________________________。
提示：
不断缩短光照时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物，该物质即为CO2转化成的第一个产物。
2．研究小组将生长状况相似的菠菜幼苗均分为A、B两组进行实验探究，A组培养在完全培养液中，B组培养在缺Mg2＋的完全培养液中，其他条件相同且适宜。
培养一段时间后，检测并比较两组菠菜幼苗的干物质的量，B组明显少于A组，原因是___________________________________________
_____________________________________________________。
提示：
Mg2＋是合成叶绿素的原料，缺少Mg2＋不利于叶绿素的合成，光反应产生的[H]和ATP不足，C3的还原减少，形成的（CH2O）减少
环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
（1）“过程法”分析各物质变化
如图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件（如光照、CO2）突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：
（2）“模型法”表示C3和C5的含量变化（短时间变化）
1．某同学以菠菜的绿叶为材料，制备了完整叶绿体悬浮液，并均分为两组，进行如下实验：
组别
加入物质
条件
实验现象
A组
DCPIP溶液
适宜温度和光照等条件
产生气泡，DCPIP溶液变为无色
B组
适量磷酸、NaHCO3
（CH2O）/C3比值增高
（注：
DCPIP氧化态为蓝紫色，被还原后为无色。
）
（1）A组气泡中成分是什么？
DCPIP溶液由蓝紫色变无色的原因是什么？
（2）B组（CH2O）/C3比值增高原因是什么？
提示：
（1）O2；光反应阶段产生的[H]使DCPIP还原。
（2）是磷酸有利于光反应阶段中ATP的形成，进而促进暗反应中C3的还原形成（CH2O）。
2．为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。
每组处理的总时间均为135s，光照与黑暗处理情况见如图所示（A、B、C三组光照与黑暗处理时间相同）。
结果是A组光合作用产物的相对含量为50%；B组光合作用产物的相对含量为70%；C组光合作用产物的相对含量为94%；D组光合作用产物的相对含量为100%。
（1）各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件适宜且相同，这样处理的目的是什么？
（2）可以判断，单位光照时间内，B组和C组植物合成有机物的量都高于D组植物合成有机物的量，判断依据是什么？
如何解释这一实验结果？
提示：
（1）排除无关变量对实验结果的干扰（或保证自变量的唯一性）。
（2）B组和C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的70%和94%。
因为随着光照和黑暗交替频率的增加，使光下产生的ATP和[H]能够及时利用与再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
考查光合作用探究历程的相关实验
1．（多选）（2020·章丘四中月考）研究者使用同位素18O标记水和碳酸氢钠中的部分氧原子，加入三组小球藻培养液中，记录反应起始时水和碳酸氢钠中18O的比例。
光照一段时间后，分别检测小球藻释放的氧气中18O的比例，实验结果如下表所示。
下列相关叙述正确的是（ ）
组别
起始时水中18O比例
起始时HCO
中18O比例
释放的O2中18O比例
1
0.85%
0.41%
0.85%
2
0.85%
0.55%
0.85%
3
0.85%
0.61%
0.85%
A.18O2是在小球藻叶绿体的类囊体上生成的
B．HCO
可为小球藻的光合作用提供CO2参与暗反应过程
C．HCO
中18O的比例不同不会导致放氧速率不同
D．释放的O2中18O比例与水相近，并不能说明O2来自水，也可能来自碳酸氢钠
ABC [光合作用光反应阶段水在光下分解，释放氧气，该过程在叶绿体的类囊体薄膜上进行，A正确；碳酸氢钠释放二氧化碳，为光合作用提供CO2参与暗反应过程，B正确；据表中数据可知，放氧速率与水中18O起始比例一致，与HCO
中18O的比例不同，所以HCO
中18O的比例不同不会导致放氧速率不同，C正确；释放的O2中18O比例与水中18O起始比例一致，与HCO
中18O的比例不同，可推知O2的氧原子来自水，D错误。
]
2．（2020·湖南怀化期末）为探究叶绿体在光下利用ADP和Pi合成ATP的动力，科学家在黑暗条件下进行了如下实验，有关分析正确的是（ ）
A．黑暗的目的是与光照作对照
B．pH＝4的缓冲溶液模拟的是叶绿体基质的环境
C．ADP和Pi形成ATP后进入类囊体腔内
D．类囊体膜两侧的pH差是叶绿体形成ATP的动力
D [本题考查叶绿体中合成ATP的机制。
黑暗处理的目的是避免光照对ATP的合成产生干扰，A错误；pH＝4的缓冲溶液模拟的是叶绿体类囊体内部的环境，B错误；ADP与Pi在类囊体薄膜上形成ATP，ATP形成后进入叶绿体基质，C错误；分析实验结果可知，类囊体转移至pH＝8缓冲溶液中立即加入ADP和Pi有ATP产生，而平衡之后加入ADP和Pi无ATP产生，说明叶绿体中ATP形成的动力来自类囊体膜两侧的pH差，D正确。
]
考查光合作用的过程
3．（多选）（2020·潍坊模拟）磷酸丙糖不仅是光合作用中最先产生的糖，也是光合作用产物从叶绿体运输到细胞质基质的主要形式。
如图为某植物光合作用产物的合成与运输示意图。
下列相关说法正确的是（ ）
A．a表示的物质是ATP，它也可以在叶绿体基质中合成
B．磷酸丙糖应该是一种五碳化合物
C．磷酸丙糖是暗反应产物，在叶绿体基质中合成淀粉
D．若图中表示的磷酸转运器活性受抑制，会导致光合速率下降
CD [图中a是光反应为暗反应提供的物质，是[H]和ATP，在叶绿体类囊体薄膜上合成，A错误；磷酸丙糖是三碳化合物，B错误；磷酸丙糖合成淀粉的过程是在叶绿体基质中进行，C正确；磷酸转运器活性受抑制，不能将磷酸丙糖运出叶绿体和将磷酸运入叶绿体，造成叶绿体中光合作用产生积累和缺少磷酸，导致光合作用速率降低，D正确。
]
4．如图为某植物的光合作用过程模式图，字母A～G表示物质或结构，下列说法错误的是（ ）
A．物质A为O2，物质D为NADP＋，物质F为CO2
B．类囊体腔中积累H＋有利于ATP的合成
C．突然停止光照，短期内三碳酸分子的含量将会下降
D．G具有催化和运输作用，对H＋的运输方式是协助扩散
C [突然停止光照，短期内三碳酸分子的含量将会因NADPH和ATP的减少而含量增多。
]
考查环境条件变化对光合作用速率及各物质变化的分析
5．某植物的光合作用在条件1中达到稳定后，突然改变影响光合作用的某种环境因素使其处于条件2中，测得其叶绿体内C3和C5相对含量的变化趋势如图所示。
下列有关分析正确的是（ ）
A．条件1→条件2可能是突然降低了光照强度
B
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