专题3.5 捕获光能的色素和结构及光合作用的原理探索（课件）-2025年高考生物一轮复习考点归类（新高考通用）

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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.活动：提取和分离绿叶中的色素。3.探究光照强度、CO2浓度等对光合作用强度的影响；关注光合作用与农业生产及生活的联系。
(1)叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素(　　)(2)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同(　　)(3)叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多(　　)
(4)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中(　　)
(5)叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积(　　)
(6)希尔实验证明了水的光解和糖的合成不是同一个化学反应(　　)(7)希尔实验说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水(　　)
能量转变需经哪些生理过程？
糖类等有机物中稳定的化学能
光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径，是生物圈得以维持运转的基础。 因此，有人称光合作用是“地球上最重要的化学反应”
精讲精练+考向强化+核心归纳+能力提升
1.进行绿叶中色素的提取和分离
2.探究绿叶中含有几种色素
1.色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，可用无水乙醇提取色素。
2.各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的随层析液在滤纸上扩散的快，反之，则慢，这样几分钟后色素就会随层析液在滤纸上扩散而分离开。——纸层析法
减少边缘效应，使层析液在滤纸条上扩散均匀。
色素分离的改进 —— 灯芯法
避免了滤液细线触及层析的易错步骤
色素含量(色素带宽度):
叶绿素a＞叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素
胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a＞叶绿素b
（1）滤纸条上未得到色带
①滤液细线浸没到层析液中
②用无清水代替乙醇进行提取
①研磨不充分(未加入SiO2)
②提取时加入的乙醇过多
④未加CaCO3，色素分子被破坏
③滤液细线画的次数不够
①滤液细线画得过粗或不整齐
（2）滤纸条上的色带颜色较浅
（3）滤纸条上的色带重叠
①忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏
（4）滤纸条上只出现黄色
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
色素的吸收光谱实验结果
A.叶绿素主要吸收红光和蓝紫光B.叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同
C.类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光
P一99，学科交叉：叶绿体中的色素只吸收 ，而对红外光和紫外光等不吸收。
恩格尔曼实验——示意图
1881年,德国科学家恩格尔曼(T. Engelmann,1843-1909)做了这样的实验。
水绵(叶绿体呈螺旋带状分布)
色素吸收用于光合作用的光都是 ，吸收蓝紫光最多，红光次之，绿光最少。
可见光的波长是400-760nm
光合色素的吸收光谱——实验验证
具有转化光能是少数的叶绿素a。
进行光合作用的生物都含有叶绿素a
(1)光照光照是影响叶绿素合成的主要因素，植物在黑暗中一般不能合成叶绿素，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；另外，低温时叶绿素分子易被破坏，因而秋天叶片变黄。(3)矿质元素叶绿素中含N、Mg等矿质元素，若缺乏将导致叶绿素无法合成，老叶先变黄；Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也会导致叶绿素合成受阻，幼叶先变黄。
影响叶绿素合成的三大因素
红苋菜：炒菜菜汤出色，因为是水溶性的花青素。胡萝卜：炒菜菜汤不出色，因为是脂溶性的胡萝卜素。
【教材隐性知识】源于必修1 P99“图5－12”“旁栏思考”（1）从叶绿素吸收光谱图可知：叶绿素a在红光部分的吸收带较叶绿素b偏向长波方面，且吸收光谱带比叶绿素b宽，叶绿素b在蓝紫光部分的吸收光谱带比叶绿素a (填“宽”或“窄”)。（2）研究表明：在遮光条件下，以蓝紫光为主的散光占比增加。请预测：在适当遮光的条件下叶片(比如同一植物底层叶片)中叶绿素a/b ，弱光下的吸光能力 ，有利于提高植物的捕光能力，是对弱光环境的一种适应。
3．(必修1 P97问题探讨)生产上，用何种颜色的玻璃或塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高？并说明其原因。阴天时，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色的照明灯为蔬菜补充光源？______________________________________________________________________________________________。
无色，因为日光中各种颜色的光均能通过，作物光合效率高。阴天时，应选择补红光和蓝紫光的照明灯
考向1　绿叶中色素的提取和分离1．(2024·湛江高三质检)右图为某次光合作用色素纸层析的实验结果，样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝细菌经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是(　　) A．研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素B．层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液C．在敞开的烧杯中进行纸层析时，需通风操作D．实验验证了该种蓝细菌没有叶绿素b
2．(2024·广州高三模拟)为研究光合色素提取实验中二氧化硅颗粒大小(目值越大，表示颗粒越细)对叶绿素提取量的影响，某研究小组利用新鲜的菠菜叶片进行了一系列的色素提取与定量测定实验，实验结果如下表所示。下列有关叙述错误的是(　　)A．提取色素利用的原理是光合色素易溶于有机溶剂B．加入二氧化硅对叶绿素a和叶绿素b的提取均有益C．据表可知，用50目的二氧化硅提取得到的叶绿素总量最多D．若叶片研磨过程中未加入碳酸钙，则表中数据均会减小
教材深挖：新教材P101，拓展应用1
海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻、红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象是如何造成的？
扩展：藻类都必须含有的光合色素是叶绿素a,因为叶绿色a是转化 光能的色素。其他色素主要是吸收和传递光能。
水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多,即到达深水层的光线是短波长的光,因此,吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层,吸收蓝紫光和绿光较多的褐藻分布于海水中层，吸收蓝紫光较多的红藻分布于海水的深层。
海洋中的藻类垂直分布是海洋群落垂直结构的体现，有效的避免的竞争，充分利用了光能。
叶绿体的结构适于进行光合作用
①4种光合色素分布在_____________________。 
②与光合作用有关的酶分布在________________ _______________
③外膜和内膜是透明的利于光的透过。
类囊体膜上和叶绿体基质中
恩格尔曼实验设计的巧妙之处(1)实验材料用 ，水绵的叶绿体呈 分布，便于观察，用需氧细菌可确定 的部位。(2)没有空气的黑暗环境排除了 的干扰。(3)用极细的光束照射，叶绿体上可分为 和 的部位，相当于一组对比实验。(4)临时装片局部曝光与完全暴露在光下的实验再一次验证实验结果。
实验结论1：叶绿体能吸收光能 用于光合作用释放O2
结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光
综合上述两个实验可以得出：
叶绿体主要吸收红光与蓝紫光用于光合作用放出O2。
光合作用中红光的能量转化率最高
2.光合固定有机物与光子数有关，与光子种类无关。
暗反应合成一定量的有机物，所需的光子数是一定的，与光子是蓝光的光子还是红光的光子无关。
3.相同光照强度时，红光的光子数多于蓝光的光子数
4.蓝光在光合色素分子间传递散失的能量比红光多
光照强度相同的红光和蓝光
红光传递过程中能量散失少
蓝光传递过程中能量散失多
光合作用中红光的能量转化效率高
蓝光有利于植物蛋白的合成红光有利于植物糖类的合成
在人工提供光源进行光合作用时(如:太空培育植物、植物工厂等)，主要是提供90%的红光+10%的蓝光
仅从能量角度考虑，单独使用红光最好，但实际上不同植物、不同生长阶段需要不同比例的光照，这样植物才能长的更好。90%的红光和10%的蓝光配方也只是比较常见的一组光配方。
考向2　叶绿体的结构适于进行光合作用3．高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。下图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，正确的是(　　)A．图中①和②主要分布在叶绿体的内膜上B．利用层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端C．植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收绿光D．弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用
4.(2024·山东临沂联考)高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。下图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，正确的是(　　)
A.图中①和②主要分布在叶绿体的内膜上B.利用纸层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端C.植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收绿光D.弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用
19世纪60年代，科学家总结出光合作用的反应式。
很多年来，人们一直以为：
1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖类。
1937年，英国植物学家希尔(R.Hill)发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气。
1.希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？
能。因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。
2.希尔反应是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？
不能，反应体系中可以还存在其他氧元素供体。
希尔进一步研究证实，植物光合作用的光反应是氧分子的产生，而不是二氧化碳的还原，氧的产生是由于叶绿体以草酸铁作受氢体所致，其机理与完整细胞光合放氧过程相一致。
O2全部来自于H2O吗？
相互对照，自变量为标记物质(H218O与C18O2)，因变量为O2的相对分子质量不同。（同位素标记方法）（对比实验的方法）
鲁宾和卡门的实验说明：
光合作用释放的氧来自于水。
1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验：在给叶绿体光照时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi等物质时，体系中就会有ATP出现。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
ATP的合成与希尔反应的关系
1964年以后，美国科学家卡尔文用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为卡尔文循环。
同位素标记法、显微自显影技术。
结论：光合产物中有机物的碳来自CO2
上述实验表明，光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。P103　
考向三　光合作用原理的探究5.(2023·江苏海安高级中学高三月考)卡尔文将14C标记的CO2通入正在进行光合作用的小球藻培养液中，然后在培养后不同时间(0.5 s、3 s、10 s等)将培养液迅速倾入热乙醇中以杀死细胞，最后利用层析法和放射自显影技术进行物质的分离和鉴定，实验结果如图。下列相关分析不正确的是
A.用14C标记CO2可排除细胞中原有物质的干扰B.热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行C.推测暗反应的初产物可能是3－磷酸甘油酸D.可依据放射性的强弱推测出暗反应的过程
6.实验中常用希尔反应来测定除草剂对杂草光合作用的抑制效果。希尔反应基本过程：将黑暗中制备的离体叶绿体加到含有DCIP(氧化型)、蔗糖和磷酸缓冲液(pH＝7.3)的溶液中并照光。水在光照下被分解，产生氧气等，溶液中的DCIP被还原，颜色由蓝色变成无色。用不同浓度的某除草剂分别处理品种甲和品种乙杂草的离体叶绿体并进行希尔反应，实验结果如图所示。下列叙述错误的是
A.相同浓度除草剂处理下，单位时间内溶液颜 色变化慢的品种受除草剂抑制效果更显著B.与品种乙相比，除草剂抑制品种甲类囊体的 功能较强C.除草剂浓度为K时，品种乙的叶绿体能合成有机物D.不用除草剂处理时，品种乙的叶绿体放氧速率等于品种甲
得益于纸层析法的发明和放射性同位素的研究，卡尔文及其同事用CO2饲养单细胞小球藻，观察光合作用过程中碳的转化和去向，从而揭示了光合作用暗反应的过程。如图为卡尔文等研究的主要流程，请回答下列问题：
(1)卡尔文等用14CO2处理小球藻不同时间，随后用沸腾的乙醇杀死细胞，目的是什么？
提示　目的是终止反应，溶解有机物。
(2)随后通过双向纸层析分离小球藻中的有机物。点样处位于滤纸的左下角；双向纸层析是第一次层析后，将滤纸旋转90°进行第二次层析的方法；层析液中溶解度越大的物质在滤纸上扩散得越快。据图分析两次层析过程中使用了 (填“相同”或“不同”)的层析液，判断依据是什么？
提示　有的斑点在水平方向上的扩散距离无明显差异，而在垂直方向上差异明显。
(3)对代谢物纸层析的原理是什么？与单向纸层析相比，双向纸层析的优点是什么？
提示　原理：在层析液中溶解度越大的物质，在滤纸上扩散得越快，反之则越慢。优点：将第一次层析重叠或距离较近的物质通过第二次层析彻底分离。
(4)如图为小球藻同化14CO2不同时间的放射自显影图。根据实验结果请对“尿苷二磷酸葡萄糖、磷酸丙糖、PGA(C3)”三种物质出现的先后顺序进行排序 。
PGA→磷酸丙糖→尿苷二磷酸丙糖