第三单元　第十五课时　捕获光能的色素和结构及光合作用原理的探索-2025年高考生物大一轮复习课件

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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。
考点一　　捕获光能的色素和结构
考点二　　光合作用原理的探索
1.绿叶中色素的提取和分离
总结　实验异常现象分析
2.色素的分布和作用(1)分布：叶绿体 上。(2)作用：吸收、传递、转化光能。(3)吸收光谱：一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。叶绿素对 的吸收量大，类胡萝卜素对 的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量 。
3.叶绿体的结构和功能
总结　恩格尔曼实验设计的4点巧妙之处(1)实验材料选得妙：实验材料选择水绵和需氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察；利用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。(2)排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境，排除了空气中氧气和光的干扰。(3)观测指标设计得妙：用极细的光束点状投射，叶绿体上可分为获得光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验。(4)实验对照设计得妙：进行黑暗(局部光照)和曝光对照实验，明确实验结果完全是由光照引起的。
(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(　　)
考向一　捕获光能的色素和结构1.(2023·全国乙，2)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体薄膜上C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰D.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得 越慢
叶绿素的元素组成是C、H、O、N、Mg，氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素，A正确；光反应的场所是类囊体薄膜，需要光合色素吸收光能，叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体的类囊体薄膜上，B正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰，C正确；叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越快，D错误。
2.(2023·江苏，12)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验的叙述，合理的是A.用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现色素带重叠C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带，花青素位于叶绿素a、b之间
探索光合作用的部分实验
(1)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(　　)(2)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(　　)
(3)卡尔文等探究CO2中碳在光合作用中的转化途径采用了同位素示踪法(　　)
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
考向二　光合作用原理的探究3.(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
4.(不定项)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.与品种甲相比，除草剂抑制品种乙类囊　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
1.(必修1 P98)绿叶中的色素有4种，它们可以归为两大类：　　　　(含量约占3/4)和 (含量约占1/4)，其中前者包含 (蓝绿色)和_________(黄绿色)，后者包含 (橙黄色)和 (黄色)。2.(必修1 P99)叶绿素a和叶绿素b主要吸收 ，胡萝卜素和叶黄素主要吸收 。
3.(必修1 P99图5－12)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”)。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(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。
4.(必修1 P101)叶绿体是 的场所。在它内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的 ，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的 。5.植物工厂里为什么不用发绿光的光源？
提示　这种波长的光被光合色素吸收的最少，因此不能用于光合作用中合成有机物。
6.海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？
提示　这种现象与光能的捕获有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光，藻类本身的颜色是它们“反射”的光。
7.温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充什么颜色的光源？
提示　最好选用无色透明的玻璃或塑料薄膜，因为它可以使各种颜色的光通过；补充光源可选择红光或蓝紫光，因为这种颜色的光植物光合作用吸收利用较多，更有利于植物进行光合作用。
一、选择题：每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求。1.(2024·日照高三联考)下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的相关叙述，正确的是A.选择木本植物的蜡质叶片有利于研磨和细胞中色素的释放B.颗粒较大的二氧化硅可能吸附较多的色素从而减少提取量C.为了保证分离效果，只能在滤纸条的一面连续画滤液细线D.为加快滤纸条上色素间相互分离，应在密闭的实验室中进行
2.(2024·益阳高三期中)某中学学生用红苋菜和某种层析液做“绿叶中色素的提取和分离”实验，下列相关叙述正确的是A.色素提取时要加入CaCO3，有助于研磨得充分B.为了排除层析液可能带来的颜色影响，可设置空白对照组C.纸层析法分离色素的原理是不同色素在无水乙醇(或丙酮)中溶解度不同D.滤纸条上层析法分离最终会得到两种色素，且分离时间不宜过长
3.(2024·盐城高三期末)进行绿叶中色素的提取和分离实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如表所示(“＋”表示使用，“—”表示未使用)，其余操作均规范，实验结果依次为A.①②③④ B.②④①③C.④②③① D.③②①④
4.(2024·张家界高三质检)纸层析法分离叶绿体色素时，迁移率(Rf)可用于各色素的鉴定，迁移率＝色素移动距离/溶剂移动距离。如表是叶绿体中色素层析结果(部分数据，单位为cm)。下列相关叙述正确的是
A.色素3的迁移率(Rf)为0.2，若植物体缺镁，该色素含量会增加B.在层析液中的溶解度最小的是色素1，在滤纸条上扩散速度最快的是色素4C.能够吸收蓝紫光的只有色素1和色素2，能够吸收红光的只有色素3和色素4D.该实验所用的层析液中包含苯、丙酮、石油醚等成分
5.某实验小组欲测定叶绿素对光的吸收情况，他们用三棱镜将白光中不同波长的光分散开，然后通过特殊装置移动狭缝，选择特定波长的光，使特定波长的光照射到叶绿素溶液，最后用光电管来检测透过叶绿素溶液的光的强弱，透过光合色素溶液的光越多、越强，光电管测定的数值越大。下列相关叙述错误的是A.可用无水乙醇提取叶片中的叶绿素B.推测用绿光进行照射时，最终光电管测定的数值最大C.若将叶绿素溶液替换为类胡萝卜素溶液，则实验结果不同D.预期实验结果，叶绿素溶液吸收红光和蓝紫光，而不吸收其他光
6.研究发现，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，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。如图为绿叶中色素的吸收光谱，其中②表示叶绿素b，③表示叶绿素a。下列叙述错误的是A.叶片在640～660 nm波长光下释放氧气主　要是由叶绿素参与光合作用引起的B.由550 nm波长的光转为670 nm波长的光　后，短时间内叶绿体中C3的量增加C.利用纸层析法分离色素时，②对应的条　带离画线处最近D.弱光下②的相对含量增高可能有利于植物对弱光的利用
7.(2024·扬州高三质检)为探究十字花科植物羽衣甘蓝的叶片中所含色素种类，某兴趣小组做了如下的色素分离实验：将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样，先置于用石油醚、丙酮和苯配制成的层析液中层析分离，然后再置于蒸馏水中进行层析，过程及结果如图所示，图中1、2、3、4、5代表不同类型的色素。下列分析错误的是
A.色素1、2、3、4难溶于水，易溶于有机溶剂，色素5易溶于水B.色素1、2、3、4可能分布在叶绿体中，色素5可能存在液泡中C.色素1和2主要吸收蓝紫光，色素3和4主要吸收蓝紫光和红光D.色素1在层析液中的溶解度最小，色素4在层析液中溶解度最大
8.(2024·岳阳高三期中)叶绿体是细胞的“养料制造车间”和“能量转换站”。下列相关叙述正确的是A.借助高倍显微镜可观察菠菜叶表皮细胞中叶绿体的形态和分布B.光学显微镜下，所有植物细胞中的叶绿体都呈扁平的椭球形或球形C.叶绿体外膜、内膜及类囊体薄膜的基本支架都是磷脂双分子层D.叶绿体双层膜以及大量基粒和类囊体的存在增大了其受光面积
9.下列关于光合作用发现史的叙述，错误的是A.恩格尔曼的实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧B.鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究出光合作用中氧气来自水和二　氧化碳C.卡尔文通过实验探明了暗反应中从C5到C3再到C5的循环过程D.阿尔农发现在光照下叶绿体可合成ATP，而且该过程总与水的光解相　伴随
10.某植物的2种黄叶突变体表型相似，测定各类植株叶片的光合色素含量(单位：μg·g－1)，结果如表。下列有关叙述正确的是
A.两种突变体的出现增加了物种多样性B.突变体2比突变体1吸收红光的能力更强C.两种突变体的光合色素含量差异，是由不同基因的突变所致D.叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色
11.(2023·南京高三模拟)研究者利用密闭的装置在适宜的光照、温度和pH等条件下，进行了如表所示实验(初始悬浮液中无CO2，草酸铁是一种氧化剂)。下列相关叙述错误的是
A.③组不产生O2可能是因为其叶绿体中缺乏氧化剂B.④组与②组对照，说明叶绿体产生O2不一定需要CO2C.①组与②组对照，说明小球藻光合作用产生O2的场所是叶绿体D.②组与③组对照，说明叶绿体产生的O2来源CO2
二、选择题：每小题给出的四个选项中有一个或多个符合题目要求。12.资料1：1937年，植物生理学家希尔发现，将叶绿体分离后置于含有一定浓度蔗糖溶液的试管中制备成叶绿体悬浮液，若在试管中加入适当的“电子受体”，给予叶绿体一定强度的光照，在没有CO2时就能放出O2，同时电子受体被还原。资料2：在希尔反应的基础上，阿尔农又发现，处于光下的叶绿体在不供给CO2时，既能积累还原态电子受体也能积累ATP；若撤去光照，供给CO2，则还原态电子受体和ATP被消耗，并生成有机物(CH2O)。
根据以上资料分析，下列叙述正确的是A.希尔实验中配制叶绿体悬浮液时，加入一定浓度的蔗糖溶液的目的是　提供能量B.希尔反应研究了叶绿体中光反应阶段的部分变化，该电子受体指的是　NADP＋C.阿尔农的实验说明有机物(CH2O)的生成可以不需要光，但需要CO2、　ATP、还原剂等D.若向叶绿体悬浮液中加入C3且提供光照、不提供CO2，则短时间内ATP　会积累
13.将紫月季叶片色素提取液点样后，先后置于层析液和蒸馏水中进行双向纸层析，过程及结果如图所示。而用菠菜叶片进行同样实验，则观察不到色素a。下列分析正确的是A.点样点不可触及蒸馏水和层析液B.色素b、c、d、e难溶于蒸馏水C.色素a最可能存在于液泡中D.可用无水乙醇替代层析液
14.通常情况下，光合作用依赖叶绿素a来收集、转化可见光，用于光合作用。研究发现某些蓝细菌在近红外光环境下生长时，含有叶绿素a的光合系统会失效，而含有叶绿素f的光合系统会启动。进一步研究发现，叶绿素f能吸收、转化近红外光，用于光合作用。下列有关叙述正确的是A.培养蓝细菌研究光合作用时，需提供葡萄糖作为碳源B.叶绿素f主要分布在蓝细菌叶绿体类囊体薄膜上C.叶绿素f能吸收、转化近红外光，体现了蓝细菌对环境的适应D.在正常光照条件下，蓝细菌会同时吸收可见光和近红外光进行光合作用
三、非选择题15.(2023·全国甲，29)某同学将从菠菜叶中分离得到的叶绿体悬浮于缓冲液中，给该叶绿体悬浮液照光后有糖产生。回答下列问题：(1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料，若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离，可以采用的方法是____________。叶绿体中光合色素分布在____________上，其中类胡萝卜素主要吸收________(填“蓝紫光”“红光”或“绿光”)。
(2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下悬浮液中不能产生糖，原因是_________________________________________________________________。(3)叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在，简要写出实验思路和预期结果：______________________________________________________________________。
黑暗条件下不能进行光反应，不能产生暗反应所需要的ATP和NADPH
实验思路：分离叶绿体，用碘液进行显色反应。预期结果：反应结果显蓝色