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2024届生物一轮复习第三单元
第五课时
捕获光能的色素和结构及光合作用的原理
课 标 要 求
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。
考点一
捕获光能的色素
考点一 捕获光能的色素
一、绿叶中色素的提取分离实验
（1）实验原理
试剂 原理
提取 ________ 绿叶中的色素溶于 ，而不溶于水
分离 _______ 各种色素在 中的 不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得 ，反之则慢
无水乙醇
层析液
有机溶剂
层析液
溶解度
快
（2）实验步骤
二氧化硅
碳酸钙
扩散均匀
考点一 捕获光能的色素
（3）实验结果分析
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
扩散速度最快
含量多
色素带扩散速度与 有关，扩散速度越快说明溶解度越 。
溶解度
高
考点一 捕获光能的色素
叶绿素b
叶绿素a
由图可以看出：
(1)叶绿体中的色素只吸收_______，而对红外光和紫外光等不吸收。
(2)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，只是吸收量较少。
二、叶绿体中的色素及色素的吸收光谱
可见光
红光和蓝紫光
蓝紫光
考点一 捕获光能的色素
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。
宽
降低
增强
(3)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。
P75拓展2.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。
P75 突破1.下列关于植物细胞中光合色素的说法，正确的是
A.光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上
B.Mg是构成叶绿素所必需的微量元素
C.叶绿素对绿光吸收最多，所以叶片呈绿色
D.用纸层析法分离色素时，含量多的色素在滤纸上扩散快
√
考点一 捕获光能的色素
考点一 捕获光能的色素
P75 突破2.(2020·江苏，6)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
√
考点二
叶绿体的结构
和功能
一、叶绿体的结构和功能
(1)叶绿体立体结构
光合色素分布于 上。光合作
用的酶分布于______________________
________。
(2)叶绿体的功能：进行光合作用的场所。
(3)叶绿体中色素的功能： 、 、 光能。
外膜
内膜
类囊体
基质
基粒
类囊体薄膜
叶绿体基质、基粒(或类
囊体膜)
吸收
传递
转化
考点二 叶绿体的结构和功能
考点二 叶绿体的结构和功能
②在类囊体膜上分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体膜上和基质中含有进行光合作用所必需的酶。
①叶绿体内含有大量的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积；
思考：叶绿体是细胞进行光合作用的场所，其在结构上的特点与功能相适应表现在？
模式图
考点二 叶绿体的结构和功能
二、叶绿体功能的实验验证
资料1：把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中，然后用极细的光束照射水绵。发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中；如果临时装片暴露在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位。
①实验者：德国科学家 。
②实验结论
a.叶绿体能 用于光合作用放 。
b.叶绿体主要吸收 。
恩格尔曼
吸收光能
氧
红光和蓝紫光
考点二 叶绿体的结构和功能
拓展1.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。
水绵和需氧细菌
螺旋带状
释放氧气
氧气和光
有光照
无光照
考点二 叶绿体的结构和功能
(2)资料2(必修1 P101)：在叶绿体的类囊体膜上和基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。
该资料说明光合作用的有关生化反应在 中进行。
(3)总结：在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的______
___，在 中，还有许多进行光合作用所必需的酶。 是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。
(2)资料2(必修1 P101)：在叶绿体的类囊体膜上和基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。
该资料说明光合作用的有关生化反应在 中进行。
(3)总结：在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的______
___，在 中，还有许多进行光合作用所必需的酶。 是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。
叶绿体
色素分
子
类囊体膜上和叶绿体基质
色素和酶
考点二 叶绿体的结构和功能
突破3.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.类囊体薄膜中的酶可催化CO2的固定和还原
C.类囊体薄膜上的光合色素都可以吸收蓝紫光
D.叶绿体基质中NADP＋能形成NADPH
√
考点二 叶绿体的结构和功能
4.光合作用的原理是很多科学家通过实验发现的，光合作用探索历程中的部分经典实验的分析及拓展如图1、2所示。下列相关叙述正确的是
A.图1所示实验的目的是探究光合产物中O2的来源，其中乙组为对照组
B.卡尔文探究暗反应的过程与图1所示的实验均采用了同位素示踪法
C.图2所示实验中需氧细菌主要分布于接受光照水绵细胞各个部位
D.图2所示实验需要把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在含有空气的黑暗环境中
√
考点三
光合作用的原理
考点三 光合作用的原理
一、探索光合作用原理的部分实验
年份 科学家 发现
19世纪末 — 普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖
1928 — 发现 对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过_________转化成糖
甲醛
光合作用
考点三 光合作用的原理
1937 英国植物学家希尔 发现 ，即离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应
1941 美国科学家鲁宾和卡门 用 的方法，研究了光合作用中氧气来源于H2O：
H218O＋CO2→植物→18O2；
H2O＋C18O2→植物→O2
1954 美国科学家______ 发现在光照下，叶绿体可合成 。1957年，他发现该过程总是与 相伴随
希尔反应
同位素示踪
阿尔农
ATP
水的光解
考点三 光合作用的原理
1.希尔实验是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水？
2.希尔实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？
不能说明。实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也没有直接观察到氧元素的转移。
能够说明。希尔实验中没有合成糖类的原料CO2，因此，可以说明水的光解并非必须与糖的合成相联系，意味着希尔反应是相对独立的反应阶段。
思考：
考点三 光合作用的原理
二、光合作用的概念及反应式
(1)光合作用的概念：绿色植物通过 ，利用 ，将____________ 转化成储存着能量的 ，并且释放出 的过程。
叶绿体
光能
二氧化碳和水
有机物
氧气
【教材隐形知识2】光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。
考点三 光合作用的原理
三、光合作用的过程
项目 光反应 暗反应
实质 光能转换为化学能，并放出O2 同化CO2形成有机物
时间 ，以微秒计 较_____
短促
缓慢
考点三 光合作用的原理
条件 色素、光、酶、水、ADP、NADP＋、Pi，必须有光 多种酶、ATP、NADPH、CO2、C5，有无光均可
场所 在叶绿体内的 上进行 在叶绿体 中进行
物质转化 ①水的光解：___________________； ②ATP的合成：__________________ ___________； ③NADPH的合成： ①CO2的固定：
__________________；
②C3的还原：
注：NADPH为C3还原提供还原剂和能量。
类囊体薄膜
基质
ADP＋Pi＋能量
考点三 光合作用的原理
能量转化 光能→___________________________ ATP和NADPH中活跃的化学能→________________
_______
关系 在光反应阶段，光能被叶绿体内类囊体薄膜上的色素捕获后，将水分解为________等，形成 ，于是光能转化成________________________；______________驱动在叶绿体基质中进行的暗反应，将CO2转化为储存化学能的糖类。可见光反应和暗反应紧密联系，能量转化与物质变化密不可分 ATP和NADPH中活跃的化学能
有机物中稳定的
化学能
O2和H＋
ATP和NADPH
ATP和NADPH中的化学能
ATP和NADPH
1、(必修1 P103相关信息)思考：水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。NADPH的作用是
(1)可作为暗反应阶段的还原剂；
(2)储存部分能量供暗反应阶段利用。
考点三 光合作用的原理
思考：
考点三 光合作用的原理
项目 光合作用 化能合成作用
条件 光、色素、酶 酶
原料 CO2和H2O等无机物 产物 等有机物 能量来源 _____ 某些无机物氧化时释放的能量 生物种类 绿色植物、蓝细菌等 、硫细菌等 (4)源于必修1 P106“小字部分”：光合作用和化能合成作用的比较
糖类
光能
硝化细菌
考点三 光合作用的原理
四、环境改变时光合作用各物质含量的变化
(1)“过程法”分析各物质变化
右图中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：
考点三 光合作用的原理
(2)模型法表示C3和C5等物质含量变化
考点三 光合作用的原理
5.光合作用的意义
太阳光能的输入、捕获和转化，是生物圈得以维持运转的基础。_______ 是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。
光合作用
考点三 光合作用的原理
“二氧化碳人工合成淀粉”入选2021年度中国生命科学十大进展，中科院研究人员受到了自然光合作用的启发，在太阳能分解水的技术上，开发出了高效的化学催化剂，再利用“光能→电能→化学能”的能量转变方式，将二氧化碳固定还原成了更容易溶于水的甲醇等一碳化合物(C1)。在这个步骤中，光能的能量转化效率超过10%，远超自然光合作用的能量利用效率(2%)。完整的人造淀粉合成代谢路线(ASAP)如图所示：
考点三 光合作用的原理
1.图示模拟的是光合作用的什么过程？人工合成淀粉过程和自然光合作用下关于二氧化碳的固定是否相同，为什么？
提示　暗反应；不相同；人工合成淀粉过程中二氧化碳固定还原成了更容易溶于水的甲醇等一碳化合物，而自然光合作用下二氧化碳固定合成的是三碳化合物。
考点三 光合作用的原理
2.图中显示CO2还原需要人工提供的能量来自__________。植物叶肉细胞中碳的还原所需要能量由______________ 提供。
3.在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，人工合成淀粉过程中糖类的积累量等于植物吗？为什么？
提示　不等于；因为人工合成淀粉过程中没有呼吸作用消耗糖类。
H2、ATP
NADPH、ATP
考点三 光合作用的原理
4.从生态环境的角度阐述人工合成淀粉的意义。
提示　有助于避免使用农药和化肥对环境等负面影响；从实现碳中和角度来说可以直接减少空气中的CO2等。
考点三 光合作用的原理
突破5.(2023·河北张家口高三模拟)1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中产生的氧气的来源，实验部分过程及结果如图所示。下列叙述正确的是
A.18O不具有放射性，是稳定的同位素，可用于
示踪物质运行和变化规律
B.另一组实验及结果图应为：将H218O换成H2O，
CO2换成C18O2，其余不变
C.该实验的预期结论是光合作用产生的O2中的氧部分来自水
D.实验中小球藻的细胞内含有藻蓝素和叶绿素，没有完整的叶绿体
√
考点三 光合作用的原理
6.科学家在我国腾冲热泉中分离得到硫细菌，这些细菌通过氧化硫化物和还原CO2来制造有机物。下列关于硫细菌的叙述，错误的是
A.硫细菌和硝化细菌的同化作用类型均为自养型
B.硫细菌能利用化学能将CO2和水合成糖类
C.硫细菌拟核中含有环状DNA
D.硫细菌的生物膜系统实现细胞的区室化和功能专一化
√

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