第三單元　第十五課時　捕獲光能的色素和結構及光合作用原理的探索-2025年高考生物大一輪復習課件

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說明植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉變?yōu)樘桥c氧氣的過程中，轉換并儲存為糖分子中的化學能。
考點一　　捕獲光能的色素和結構
考點二　　光合作用原理的探索
1.綠葉中色素的提取和分離
總結　實驗異?，F(xiàn)象分析
2.色素的分布和作用(1)分布：葉綠體 上。(2)作用：吸收、傳遞、轉化光能。(3)吸收光譜：一般情況下，光合作用所利用的光都是可見光。葉綠素對 的吸收量大，類胡蘿卜素對 的吸收量大，對其他波段的光并非不吸收，只是吸收量 。
3.葉綠體的結構和功能
總結　恩格爾曼實驗設計的4點巧妙之處(1)實驗材料選得妙：實驗材料選擇水綿和需氧細菌。水綿的葉綠體呈螺旋帶狀，便于觀察；利用需氧細菌可確定釋放氧氣多的部位。(2)排除干擾的方法妙：沒有空氣的黑暗環(huán)境，排除了空氣中氧氣和光的干擾。(3)觀測指標設計得妙：用極細的光束點狀投射，葉綠體上可分為獲得光照多和光照少的部位，相當于一組對照實驗。(4)實驗對照設計得妙：進行黑暗(局部光照)和曝光對照實驗，明確實驗結果完全是由光照引起的。
(1)葉綠素a和葉綠素b都含有鎂元素(　　)(2)葉綠素a和葉綠素b在紅光區(qū)的吸收峰值不同(　　)(3)葉片黃化，葉綠體對紅光的吸收增多(　　)
(4)光合作用需要的色素和酶分布在葉綠體基粒和基質中(　　)
(5)葉綠體內膜的面積遠遠大于外膜的面積(　　)
考向一　捕獲光能的色素和結構1.(2023·全國乙，2)植物葉片中的色素對植物的生長發(fā)育有重要作用。下列有關葉綠體中色素的敘述，錯誤的是A.氮元素和鎂元素是構成葉綠素分子的重要元素B.葉綠素和類胡蘿卜素存在于葉綠體中類囊體薄膜上C.用不同波長的光照射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在藍紫光區(qū)有吸收峰D.葉綠體中的色素在層析液中的溶解度越高，隨層析液在濾紙上擴散得 越慢
葉綠素的元素組成是C、H、O、N、Mg，氮元素和鎂元素是構成葉綠素分子的重要元素，A正確；光反應的場所是類囊體薄膜，需要光合色素吸收光能，葉綠素和類胡蘿卜素存在于葉綠體的類囊體薄膜上，B正確；類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，用不同波長的光照射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在藍紫光區(qū)有吸收峰，C正確；葉綠體中的色素在層析液中的溶解度越高，隨層析液在濾紙上擴散得越快，D錯誤。
2.(2023·江蘇，12)下列關于“提取和分離葉綠體色素”實驗的敘述，合理的是A.用有機溶劑提取色素時，加入碳酸鈣是為了防止類胡蘿卜素被破壞B.若連續(xù)多次重復畫濾液細線可累積更多的色素，但易出現(xiàn)色素帶重疊C.該實驗提取和分離色素的方法可用于測定綠葉中各種色素含量D.用紅色莧菜葉進行實驗可得到5條色素帶，花青素位于葉綠素a、b之間
探索光合作用的部分實驗
(1)希爾實驗證明了水的光解和糖的合成不是同一個化學反應(　　)(2)希爾實驗說明植物光合作用產生的氧氣中的氧元素全部來自水(　　)
(3)卡爾文等探究CO2中碳在光合作用中的轉化途徑采用了同位素示蹤法(　　)
得益于紙層析法的發(fā)明和放射性同位素的研究，卡爾文及其同事用CO2飼養(yǎng)單細胞小球藻，觀察光合作用過程中碳的轉化和去向，從而揭示了光合作用暗反應的過程。如圖為卡爾文等研究的主要流程，請回答下列問題：(1)卡爾文等用14CO2處理小球藻不同時間，隨后用沸騰的乙醇殺死細胞，目的是什么？
提示　目的是終止反應，溶解有機物。
(2)隨后通過雙向紙層析分離小球藻中的有機物。點樣處位于濾紙的左下角；雙向紙層析是第一次層析后，將濾紙旋轉90°進行第二次層析的方法；層析液中溶解度越大的物質在濾紙上擴散得越快。據(jù)圖分析兩次層析過程中使用了 (填“相同”或“不同”)的層析液，判斷依據(jù)是什么？
提示　有的斑點在水平方向上的擴散距離無明顯差異，而在垂直方向上差異明顯。
(3)對代謝物紙層析的原理是什么？與單向紙層析相比，雙向紙層析的優(yōu)點是什么？
提示　原理：在層析液中溶解度越大的物質，在濾紙上擴散得越快，反之則越慢。優(yōu)點：將第一次層析重疊或距離較近的物質通過第二次層析徹底分離。
(4)如圖為小球藻同化14CO2不同時間的放射自顯影圖。根據(jù)實驗結果請對“尿苷二磷酸葡萄糖、磷酸丙糖、PGA(C3)”三種物質出現(xiàn)的先后順序進行排序 。
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·江蘇海安高級中學高三月考)卡爾文將14C標記的CO2通入正在進行光合作用的小球藻培養(yǎng)液中，然后在培養(yǎng)后不同時間(0.5 s、3 s、10 s等)將培養(yǎng)液迅速傾入熱乙醇中以殺死細胞，最后利用層析法和放射自顯影技術進行物質的分離和鑒定，實驗結果如圖。下列相關分析不正確的是
A.用14C標記CO2可排除細胞中原有物質的干擾B.熱乙醇處理的目的是停止光合作用的進行C.推測暗反應的初產物可能是3－磷酸甘油酸D.可依據(jù)放射性的強弱推測出暗反應的過程
4.(不定項)實驗中常用希爾反應來測定除草劑對雜草光合作用的抑制效果。希爾反應基本過程：將黑暗中制備的離體葉綠體加到含有DCIP(氧化型)、蔗糖和磷酸緩沖液(pH＝7.3)的溶液中并照光。水在光照下被分解，產生氧氣等，溶液中的DCIP被還原，顏色由藍色變成無色。用不同濃度的某除草劑分別處理品種甲和品種乙雜草的離體葉綠體并進行希爾反應，實驗結果如圖所示。下列敘述錯誤的是
A.相同濃度除草劑處理下，單位時間內溶　液顏色變化慢的品種受除草劑抑制效果　更顯著B.與品種甲相比，除草劑抑制品種乙類囊　體的功能較強C.除草劑濃度為K時，品種乙的葉綠體能合成有機物D.不用除草劑處理時，品種乙的葉綠體放氧速率等于品種甲
1.(必修1 P98)綠葉中的色素有4種，它們可以歸為兩大類：　　　　(含量約占3/4)和 (含量約占1/4)，其中前者包含 (藍綠色)和_________(黃綠色)，后者包含 (橙黃色)和 (黃色)。2.(必修1 P99)葉綠素a和葉綠素b主要吸收 ，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收 。
3.(必修1 P99圖5－12)從葉綠素吸收光譜圖可知，葉綠素a在紅光部分的吸收帶較葉綠素b偏向長波方面，且吸收光譜帶比葉綠素b寬，葉綠素b在藍紫光部分的吸收光譜帶比葉綠素a (填“寬”或“窄”)。研究表明：在遮光條件下，以藍紫光為主的散光占比增加。請預測：在適當遮光的條件下，葉片(如同一植物底層葉片)中葉綠素a/b ，弱光下的吸光能力______，有利于提高植物的捕光能力，是對弱光環(huán)境的一種適應。
4.(必修1 P101)葉綠體是 的場所。在它內部巨大的膜表面上，分布著許多吸收光能的 ，在類囊體膜上和葉綠體基質中，還有許多進行光合作用所必需的 。5.植物工廠里為什么不用發(fā)綠光的光源？
提示　這種波長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機物。
6.海洋中的藻類，習慣上依其顏色分為綠藻、褐藻和紅藻，它們在海水中的垂直分布大致是淺、中、深。這種現(xiàn)象與光能的捕獲有關嗎？
提示　這種現(xiàn)象與光能的捕獲有關，不同顏色的藻類吸收不同波長的光，藻類本身的顏色是它們“反射”的光。
7.溫室或大棚種植蔬菜時，應選擇什么顏色的玻璃、塑料薄膜或補充什么顏色的光源？
提示　最好選用無色透明的玻璃或塑料薄膜，因為它可以使各種顏色的光通過；補充光源可選擇紅光或藍紫光，因為這種顏色的光植物光合作用吸收利用較多，更有利于植物進行光合作用。
一、選擇題：每小題給出的四個選項中只有一個符合題目要求。1.(2024·日照高三聯(lián)考)下列關于“綠葉中色素的提取和分離”實驗的相關敘述，正確的是A.選擇木本植物的蠟質葉片有利于研磨和細胞中色素的釋放B.顆粒較大的二氧化硅可能吸附較多的色素從而減少提取量C.為了保證分離效果，只能在濾紙條的一面連續(xù)畫濾液細線D.為加快濾紙條上色素間相互分離，應在密閉的實驗室中進行
2.(2024·益陽高三期中)某中學學生用紅莧菜和某種層析液做“綠葉中色素的提取和分離”實驗，下列相關敘述正確的是A.色素提取時要加入CaCO3，有助于研磨得充分B.為了排除層析液可能帶來的顏色影響，可設置空白對照組C.紙層析法分離色素的原理是不同色素在無水乙醇(或丙酮)中溶解度不同D.濾紙條上層析法分離最終會得到兩種色素，且分離時間不宜過長
3.(2024·鹽城高三期末)進行綠葉中色素的提取和分離實驗時，甲、乙、丙、丁四位同學對相關試劑的使用情況如表所示(“＋”表示使用，“—”表示未使用)，其余操作均規(guī)范，實驗結果依次為A.①②③④ B.②④①③C.④②③① D.③②①④
4.(2024·張家界高三質檢)紙層析法分離葉綠體色素時，遷移率(Rf)可用于各色素的鑒定，遷移率＝色素移動距離/溶劑移動距離。如表是葉綠體中色素層析結果(部分數(shù)據(jù)，單位為cm)。下列相關敘述正確的是
A.色素3的遷移率(Rf)為0.2，若植物體缺鎂，該色素含量會增加B.在層析液中的溶解度最小的是色素1，在濾紙條上擴散速度最快的是色素4C.能夠吸收藍紫光的只有色素1和色素2，能夠吸收紅光的只有色素3和色素4D.該實驗所用的層析液中包含苯、丙酮、石油醚等成分
5.某實驗小組欲測定葉綠素對光的吸收情況，他們用三棱鏡將白光中不同波長的光分散開，然后通過特殊裝置移動狹縫，選擇特定波長的光，使特定波長的光照射到葉綠素溶液，最后用光電管來檢測透過葉綠素溶液的光的強弱，透過光合色素溶液的光越多、越強，光電管測定的數(shù)值越大。下列相關敘述錯誤的是A.可用無水乙醇提取葉片中的葉綠素B.推測用綠光進行照射時，最終光電管測定的數(shù)值最大C.若將葉綠素溶液替換為類胡蘿卜素溶液，則實驗結果不同D.預期實驗結果，葉綠素溶液吸收紅光和藍紫光，而不吸收其他光
6.研究發(fā)現(xiàn)，葉綠素a和葉綠素b之間可以相互轉化，在適當遮光條件下，葉綠素a/葉綠素b的值會降低，以適應環(huán)境。如圖為綠葉中色素的吸收光譜，其中②表示葉綠素b，③表示葉綠素a。下列敘述錯誤的是A.葉片在640～660 nm波長光下釋放氧氣主　要是由葉綠素參與光合作用引起的B.由550 nm波長的光轉為670 nm波長的光　后，短時間內葉綠體中C3的量增加C.利用紙層析法分離色素時，②對應的條　帶離畫線處最近D.弱光下②的相對含量增高可能有利于植物對弱光的利用
7.(2024·揚州高三質檢)為探究十字花科植物羽衣甘藍的葉片中所含色素種類，某興趣小組做了如下的色素分離實驗：將其葉片色素提取液在濾紙上進行點樣，先置于用石油醚、丙酮和苯配制成的層析液中層析分離，然后再置于蒸餾水中進行層析，過程及結果如圖所示，圖中1、2、3、4、5代表不同類型的色素。下列分析錯誤的是
A.色素1、2、3、4難溶于水，易溶于有機溶劑，色素5易溶于水B.色素1、2、3、4可能分布在葉綠體中，色素5可能存在液泡中C.色素1和2主要吸收藍紫光，色素3和4主要吸收藍紫光和紅光D.色素1在層析液中的溶解度最小，色素4在層析液中溶解度最大
8.(2024·岳陽高三期中)葉綠體是細胞的“養(yǎng)料制造車間”和“能量轉換站”。下列相關敘述正確的是A.借助高倍顯微鏡可觀察菠菜葉表皮細胞中葉綠體的形態(tài)和分布B.光學顯微鏡下，所有植物細胞中的葉綠體都呈扁平的橢球形或球形C.葉綠體外膜、內膜及類囊體薄膜的基本支架都是磷脂雙分子層D.葉綠體雙層膜以及大量基粒和類囊體的存在增大了其受光面積
9.下列關于光合作用發(fā)現(xiàn)史的敘述，錯誤的是A.恩格爾曼的實驗直接證明了葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧B.魯賓和卡門用同位素示蹤的方法，研究出光合作用中氧氣來自水和二　氧化碳C.卡爾文通過實驗探明了暗反應中從C5到C3再到C5的循環(huán)過程D.阿爾農發(fā)現(xiàn)在光照下葉綠體可合成ATP，而且該過程總與水的光解相　伴隨
10.某植物的2種黃葉突變體表型相似，測定各類植株葉片的光合色素含量(單位：μg·g－1)，結果如表。下列有關敘述正確的是
A.兩種突變體的出現(xiàn)增加了物種多樣性B.突變體2比突變體1吸收紅光的能力更強C.兩種突變體的光合色素含量差異，是由不同基因的突變所致D.葉綠素與類胡蘿卜素的比值大幅下降可導致突變體的葉片呈黃色
11.(2023·南京高三模擬)研究者利用密閉的裝置在適宜的光照、溫度和pH等條件下，進行了如表所示實驗(初始懸浮液中無CO2，草酸鐵是一種氧化劑)。下列相關敘述錯誤的是
A.③組不產生O2可能是因為其葉綠體中缺乏氧化劑B.④組與②組對照，說明葉綠體產生O2不一定需要CO2C.①組與②組對照，說明小球藻光合作用產生O2的場所是葉綠體D.②組與③組對照，說明葉綠體產生的O2來源CO2
二、選擇題：每小題給出的四個選項中有一個或多個符合題目要求。12.資料1：1937年，植物生理學家希爾發(fā)現(xiàn)，將葉綠體分離后置于含有一定濃度蔗糖溶液的試管中制備成葉綠體懸浮液，若在試管中加入適當?shù)摹半娮邮荏w”，給予葉綠體一定強度的光照，在沒有CO2時就能放出O2，同時電子受體被還原。資料2：在希爾反應的基礎上，阿爾農又發(fā)現(xiàn)，處于光下的葉綠體在不供給CO2時，既能積累還原態(tài)電子受體也能積累ATP；若撤去光照，供給CO2，則還原態(tài)電子受體和ATP被消耗，并生成有機物(CH2O)。
根據(jù)以上資料分析，下列敘述正確的是A.希爾實驗中配制葉綠體懸浮液時，加入一定濃度的蔗糖溶液的目的是　提供能量B.希爾反應研究了葉綠體中光反應階段的部分變化，該電子受體指的是　NADP＋C.阿爾農的實驗說明有機物(CH2O)的生成可以不需要光，但需要CO2、　ATP、還原劑等D.若向葉綠體懸浮液中加入C3且提供光照、不提供CO2，則短時間內ATP　會積累
13.將紫月季葉片色素提取液點樣后，先后置于層析液和蒸餾水中進行雙向紙層析，過程及結果如圖所示。而用菠菜葉片進行同樣實驗，則觀察不到色素a。下列分析正確的是A.點樣點不可觸及蒸餾水和層析液B.色素b、c、d、e難溶于蒸餾水C.色素a最可能存在于液泡中D.可用無水乙醇替代層析液
14.通常情況下，光合作用依賴葉綠素a來收集、轉化可見光，用于光合作用。研究發(fā)現(xiàn)某些藍細菌在近紅外光環(huán)境下生長時，含有葉綠素a的光合系統(tǒng)會失效，而含有葉綠素f的光合系統(tǒng)會啟動。進一步研究發(fā)現(xiàn)，葉綠素f能吸收、轉化近紅外光，用于光合作用。下列有關敘述正確的是A.培養(yǎng)藍細菌研究光合作用時，需提供葡萄糖作為碳源B.葉綠素f主要分布在藍細菌葉綠體類囊體薄膜上C.葉綠素f能吸收、轉化近紅外光，體現(xiàn)了藍細菌對環(huán)境的適應D.在正常光照條件下，藍細菌會同時吸收可見光和近紅外光進行光合作用
三、非選擇題15.(2023·全國甲，29)某同學將從菠菜葉中分離得到的葉綠體懸浮于緩沖液中，給該葉綠體懸浮液照光后有糖產生。回答下列問題：(1)葉片是分離制備葉綠體的常用材料，若要將葉肉細胞中的葉綠體與線粒體等其他細胞器分離，可以采用的方法是____________。葉綠體中光合色素分布在____________上，其中類胡蘿卜素主要吸收________(填“藍紫光”“紅光”或“綠光”)。
(2)將葉綠體的內膜和外膜破壞后，加入緩沖液形成懸浮液，發(fā)現(xiàn)黑暗條件下懸浮液中不能產生糖，原因是_________________________________________________________________。(3)葉片進行光合作用時，葉綠體中會產生淀粉。請設計實驗證明葉綠體中有淀粉存在，簡要寫出實驗思路和預期結果：______________________________________________________________________。
黑暗條件下不能進行光反應，不能產生暗反應所需要的ATP和NADPH
實驗思路：分離葉綠體，用碘液進行顯色反應。預期結果：反應結果顯藍色