资源简介

解密07 能量之源——光与光合作用
高考考点
考查内容
三年高考探源
考查频率
捕获光能的色素和叶绿体
1．识记绿叶中的色素及其作用
2．掌握提取绿叶中色素的实验原理及方法
3．掌握光合作用的过程及发生场所
2017新课标III·3
2017海南卷·5
2017海南卷·10
★★★★☆
绿叶中色素的提取和分离
★★★★☆
光合作用的过程
★★★★★
考点1 捕获光能的色素和叶绿体
1．叶绿素和其他色素
色素种类
叶绿素（约3/4）
类胡萝卜素（约1/4）
叶绿素a
叶绿素b
胡萝卜素
叶黄素
蓝绿色
黄绿色
橙黄色
黄色
分布
叶绿体的类囊体薄膜上
色素的吸收光谱及在滤纸条上的分布
化学特性
不溶于水，能溶于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂
分离方法
纸层析法
功能
吸收、传递光能，少数特殊状态的叶绿素a将光能转化为电能
（1）不同颜色温室大棚的光合效率
①无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明的大棚光合效率最高；其次是红色光为光合作用的有效光。2·1·c·n·j·y
②叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低。
（2）吸收光谱
①连续光谱：可见光→三棱镜→赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫。
②吸收光谱：可见光→色素溶液→三棱镜→红光、蓝光、紫光区出现强暗带，绿光区几乎无变化（说明绿光吸收非常少）。【来源：21cnj*y.co*m】
2．影响叶绿素合成的因素分析
（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。21教育名师原创作品
（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。
3．叶绿体的结构与功能
（1）结构与功能的关系
①基粒的类囊体增大了受光面积。
②类囊体的薄膜上分布着酶和色素，有利于光反应的顺利进行。
③基质中含有与暗反应有关的酶。
（2）功能的实验验证
①实验过程及现象
②实验结论
a．叶绿体是进行光合作用的场所。
b．O2是由叶绿体释放的。
调研1 实验发现将叶绿体从叶肉细胞中分离出来，破坏其外膜，仍然可以在光下利用二氧化碳生产有机物、放出氧气。以下分析正确的是2-1-c-n-j-y
A．光合作用所需的酶和色素主要位于叶绿体内膜和基质中
B．叶绿体内膜具有选择透过性，外膜是全透的，起保护作用
C．光合作用必须在叶绿体中才能进行
D．叶绿素被破坏则不能进行光合作用
【答案】D
调研2 如图为正常绿色植物的叶绿素a的吸收光谱、色素总吸收光谱以及光合作用的作用光谱（作用光谱代表各种波长下植物的光合作用效率）。下列叙述错误的是
A．总吸收光谱是叶绿体内多种色素共同作用的结果
B．从新鲜的绿叶中提取叶绿素a，需要用到无水乙醇、碳酸钙、二氧化硅
C．植物进行光合作用时，氧气释放量的变化趋势与作用光谱不同
D．由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，叶绿体中C3的量减少
【答案】C
【解析】总吸收光谱是叶绿体内多种色素共同作用的结果，A正确；提取叶绿素a时，需要用到无水乙醇、碳酸钙、二氧化硅，B正确；在不同光质下，光合作用强度不同，故氧气释放量的变化趋势与作用光谱基本一致，C错误；由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，光反应加速，产生的[H]和ATP增加，从而促进了C3的还原，导致叶绿体中C3的量减少，D正确。www.21-cn-jy.com
考点2 绿叶中色素的提取和分离
1．绿叶中色素的提取和分离的实验原理
2．绿叶中色素的提取和分离的实验操作
步骤
方法
原因
提取绿叶中的色素
①加入二氧化硅：有助于研磨充分
②加入碳酸钙：防止研磨中色素被破坏
③加入无水乙醇：为了溶解、提取色素
将研磨液迅速倒入基部垫有单层尼龙布的玻璃漏斗中过滤，滤液收集到试管中，及时用棉塞塞紧试管口
①单层尼龙布：过滤叶脉及二氧化硅等
②试管口塞紧：防止乙醇挥发
制备滤纸条
①干燥滤纸：透性好、吸收滤液多
②剪去两角：使层析液同步到达滤液细线
画滤液细线
用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细而直的滤液细线，待干后再重复画一两次
①画得细而直：防止色素带重叠而影响分离效果
②画两三次：是为积累更多的色素，使分离后的色素带明显
分离绿叶中的色素
①层析液不能没及滤液细线，以防止色素溶解于层析液中而无法分离
②烧杯加盖是为了防止层析液中成分挥发
观察与分析
3．实验中的注意事项
（1）选材：应选取鲜嫩、颜色深绿的叶片，以保证含有较多的色素。
（2）提取色素：研磨要迅速、充分，且加入各物质的量要成比例，以保证提取较多的色素和色素浓度适宜。
（3）制备滤纸条：剪去两角，以保证色素在滤纸条上扩散均匀、整齐，便于观察实验结果，否则，会形成弧形色素带。【来源：21·世纪·教育·网】
（4）画滤液细线：用力要均匀，快慢要适中。滤液细线要细、直，且干燥后重复画一两次，使滤液细线既有较多的色素，又使各色素扩散的起点相同。21*cnjy*com
（5）色素分离：滤液细线不要触及层析液，否则滤液细线中的色素分子将溶解到层析液中，滤纸条上得不到色素带。
【易混易错】
绿叶中色素提取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使用放置数天的叶片，滤液色素（叶绿素）太少。
③一次加入大量的无水乙醇（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：滤纸条上的滤液细线接触到层析液或者滤液线过粗。
（3）滤纸条上看不见色素带的原因
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。
调研1 某同学在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时，为了确定无水乙醇、CaCO3和SiO2的作用，进行了4组实验来验证，四组实验结果如图所示，第④组是进行了正确操作的对照组。下列针对实验结果的相关分析不正确的是
A．绿叶中的色素都能够溶解在层析液中，四种色素的溶解度相同
B．①可能是由于未加CaCO3而得到的实验结果
C．②可能是由于用水取代了无水乙醇而得到的实验结果
D．③可能是由于未加SiO2而得到的实验结果
【答案】A
调研2 如图表示用某种颜色的叶片作实验材料，做“叶绿体中色素的提取和分离”实验的纸层析结果。下列叙述或判断中，不正确的是
A．距离滤液细线（点样处）最远的色素带呈橙黄色
B．距离滤液细线（点样处）最近的色素带，其色素在层析液中的溶解度最小
C．所用实验材料的叶片呈绿色
D．所用实验材料的叶片呈黄色
【答案】C
考点3 光合作用的过程
1．光合作用的探索历程
科学家
结论
普利斯特利
植物可以更新污浊的空气
英格豪斯
普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功；植物体只有绿叶才能更新污浊的空气
梅耶
光合作用把光能转换成化学能储存起来
萨克斯
植物叶片在光合作用中产生淀粉
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
光合作用释放的氧气全部来自水
卡尔文
探明了CO2中的碳转化成有机物中碳的途径
2．光合作用过程中O元素的转移途径
H218O18O2
C18O2C3（CH218O）＋H218O
3．光合作用过程中C元素的转移途径
14CO214C3（14CH2O）
4．光照和CO2浓度变化对植物细胞内C3、C5、[H]、ATP和O2及（CH2O）含量的影响
条件
C3
C5
[H]和ATP
（CH2O）合成量
模型分析
光照强度由强到弱，CO2供应不变
增加
减少
减少或没有
减少
光照强度由弱到强，CO2供应不变
减少
增加
增加
增加
光照不变，CO2量由充足到不足
减少
增加
增加
减少
光照不变，CO2量由不足到充足
增加
减少
减少
增加
【特别提醒】
（1）以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化，而非长时间。
（2）以上各物质变化中，C3和C5含量的变化是相反的，[H]和ATP含量的变化是一致的。
调研1 如图为光合作用示意图。下列说法错误的是
A．①表示O2，④表示CO2
B．暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原为（CH2O）
C．C3的还原过程中，需要光反应提供的物质只有②
D．增加光照强度，C3的含量将减少
【答案】C
【解析】在叶绿体的类囊体薄膜上进行的是光反应，这一阶段中产生[H]（即NADPH）、ATP和氧气，因此，①表示氧气，④表示暗反应中与C5反应的CO2；CO2先与C5反应生成C3，然后C3在光反应提供的ATP和[H]参与下被还原成（CH2O）；增加光照强度，则光反应产生的ATP和[H]增多，则在暗反应中有更多的C3被还原，故增加光照强度，C3含量减少。21世纪教育网版权所有
调研2 科学家在研究光合作用时进行了以下实验：在某种绿藻培养液中通入14CO2，再给予不同的光照时间后从培养液中提取并分析放射性物质。预测实验结果是【出处：21教育名师】
A．光照时间越长，固定产生的三碳化合物越多
B．在一定时间内光照时间越长，产生的放射性物质的种类越多
C．无论光照时间长短，放射性物质都会分布在叶绿体的类囊体薄膜上
D．三碳化合物中不存在放射性
【答案】B
调研3 图1表示光合作用部分过程的图解，图2表示改变光照后与光合作用有关的五碳化合物和三碳化合物在细胞内的变化曲线。请根据图分析回答：
（1）图1中A表示的物质是________，它由________产生，其作用主要是____________________。
（2）图1中ATP形成所需的能量最终来自于________________。若用放射性同位素标记14CO2，则14C最终进入的物质是________。
（3）图2中曲线a表示的化合物是________，在无光照时，其含量迅速上升的原因是___________。
（4）曲线b表示的化合物是________，在无光照时，其含量下降的原因是________________。
【答案】（1）[H] 水在光下分解 用于C3的还原
（2）太阳光能 （CH2O）
（3）C3 CO2与C5结合形成C3而C3不能被还原
（4）C5 C5与CO2结合形成C3而C3不能被还原为C5
【解析】（1）光反应为暗反应提供的物质是[H]和ATP，由此可确定A是[H]，[H]是由水光解后经一系列过程产生的，其作用主要是用于C3的还原。（2）光反应中，光能转换为活跃的化学能储存于ATP等化合物中，14CO2的同化途径为14CO2→14C3→（14CH2O）。（3）、（4）题干中已说明曲线a、b表示C3和C5的含量变化，光照停止后，光反应停止，[H]和ATP下降，C3的还原减弱直至停止，而CO2的固定仍将进行，因此C3含量相对升高，C5含量相对下降，即a表示C3，b表示C5。
1．如图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图。下列有关叙述正确的是
A．t1→t2，叶绿体类囊体薄膜上的色素吸收光能增加，水光解加快、O2释放增多
B．t2→t3，暗反应限制光合作用，若在t2时刻增加光照，光合速率将再提高
C．t3→t4，光照强度不变，光合速率的提高是由于光反应速率不变、暗反应增强的结果
D．t4后短时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，三碳化合物还原后的直接产物含量升高
【答案】A
2．下列关于生物学实验操作、实验结果、实验现象及原理的描述中，正确的是
A．用纸层析法分离菠菜滤液中的色素时，橙黄色的色素带距离所画滤液细线最远
B．制作洋葱根尖有丝分裂临时装片的正确步骤是解离、染色、漂洗、制片
C．探究马铃薯块茎的呼吸方式可以用消耗的O2量与产生的CO2量的比值来予以确定
D．甘蔗本身为白色，是用来做还原糖鉴定实验的理想材料
【答案】A
【解析】分离菠菜滤液中的色素时，橙黄色的胡萝卜素在滤纸条上扩散得最快，距离所画的滤液细线最远。制作洋葱根尖有丝分裂临时装片的步骤是解离、漂洗、染色、制片。马铃薯块茎的无氧呼吸不产生CO2，因此不能用消耗的O2量和释放的CO2量的比值探究其呼吸方式。甘蔗中的蔗糖是非还原糖，不能作为还原糖鉴定的实验材料。21cnjy.com
3．叶绿体的类囊体悬浮在pH为4的缓冲液中，使其内外部在这种酸性条件下平衡，然后将类囊体快速转移到含有ADP和Pi的pH为8的缓冲液中，发现在没有光照的情况下，合成了大量ATP。以下分析合理的是
A．ATP的合成与H＋浓度梯度有关
B．实验中必然存在H＋的主动转运
C．类囊体在pH为4的缓冲液中被破坏
D．叶绿体中合成ATP需要酸性环境
【答案】A
4．某研究性学习小组采用盆栽实验，探究土壤干旱对某种植物叶片光合速率的影响。实验开始时土壤水分充足，然后实验组停止浇水，对照组土壤水分条件保持适宜，实验结果如图所示。下列相关分析正确的是

A．叶片光合速率随干旱时间延长而呈下降趋势不可能是由CO2固定减少引起的
B．叶片光合速率下降和叶片叶绿素含量下降同步
C．实验2～4 d，光合速率下降是由叶片叶绿素含量下降引起的
D．实验2～4 d，光合速率下降可能是由叶片内二氧化碳浓度下降引起的
【答案】D
【解析】由图甲可以看出，随干旱时间延长，叶片光合速率呈下降趋势，可能是由干旱导致根部吸水减少，气孔关闭，CO2进入叶片的量减少引起的，A项错误；比较图甲和图乙，图甲中叶片光合速率从第2 d开始下降，而图乙中叶片叶绿素含量从第4 d才开始下降，因此叶片光合速率下降先于叶片叶绿素含量下降，B项错误；图乙中，实验2～4 d叶片叶绿素含量并没有下降，C项错误；实验2～4 d，光合速率下降可能是由干旱引起气孔关闭，导致叶片中CO2浓度下降引起的，D项正确。www-2-1-cnjy-com
5．如图所示为叶绿体的结构与功能，下列说法不正确的是
A．光合作用光反应阶段产生[H]的场所是结构A
B．蓝藻细胞内因不含上述结构，所以不能发生图中所示反应
C．ATP在结构A中产生，在结构B中被消耗，能量储存在甲中
D．如果突然停止光照，短时间内C3的含量将会增加
【答案】B
6．如图表示光合作用中部分反应，有关叙述正确的是
A．图中过程发生场所为叶绿体基质
B．图中过程的发生不需要光
C．光反应中只需要叶绿素a
D．图中X为H＋，用于驱动ATP合成酶生成ATP
【答案】D
【解析】选项A不正确，图中表示光合作用中的光反应过程，光反应发生的场所为类囊体薄膜；选项B不正确，光反应过程需要光照这一条件；选项C不正确，虽然图中只画出了叶绿素a，但是光反应还需要其他色素的参与；选项D正确，H2O的光解会产生O2和[H]，[H]的作用是参与暗反应中C3的还原。
7．离体叶绿体在光下进行稳定的光合作用时，如果突然中断CO2的供应，下列关于一段时间内叶绿体中ATP与O2的相对含量变化的示意图中，正确的是
【答案】B
8．科研人员获得一种叶绿素b完全缺失的某植物突变体，该突变体对强光照环境的适应能力更强（如图）。该突变体植物叶片发育过程中，净光合速率及相关指标的变化见表（“－”表示未测数据）。请回答下列有关问题：
叶片
发育时期
叶面积/最大面积（%）
总叶绿体含量（mg/g）
气孔相对开放度（%）
净光合速率（μmol/CO2·m－2·s－1）
A
新叶展开前
19
－
－
－2．8
B
新叶展开中
87
1．1
55
1．6
C
新叶展开完成
100
2．9
81
2．7
D
新叶已成熟
100
11．1
100
5．8
（1）为提取该植物突变体的光合色素，应在研磨叶片时加入________作为溶剂。
（2）该突变体和野生型植物的O2释放速率与光照强度的关系如图所示。当光照强度为n时，与野生型相比，突变体单位面积叶片中叶绿体的氧气产生速率________。当光照强度为m时，测得突变体叶片气孔开放程度比野生型更大，据此推测，突变体固定CO2形成________的速率更快。对光反应产生的________消耗也更快，进而提高了光合放氧速率。21教育网
（3）表格中的四组叶片，B的净光合速率较低，推测原因最可能是：
①叶绿素含量低，导致光能吸收不足；
②________________________，导致________________________。21*cnjy*com
（4）与C相比，D的叶肉细胞的叶绿体中，数量明显增多的结构是________。
（5）为研究温度对该种突变体光合作用与呼吸作用的影响，将其置于相应温度条件下（其余的实验条件都是理想的），以CO2的吸收量与释放量为指标，测得实验结果如表所示：
温度（℃）
5
10
15
20
25
30
35
光照下吸收CO2（mg/h）
1．00
1．75
2．50
3．15
3．75
3．53
3．00
黑暗中释放CO2（mg/h）
0．50
0．75
1．25
1．75
2．25
3．00
3．50
若在昼夜不停的光照下，则该种突变体生长的最适宜温度是________，在35 ℃，该种突变体每小时实际光合作用速率为________（用CO2为指标）。每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，温度保持30 ℃的条件下，该种突变体植物________（填“能”或“否”）生长。
【答案】（1）丙酮或无水乙醇
（2）较大 C3 [H]、ATP
（3）气孔相对开放度小 CO2吸收不足
（4）类囊体（基粒）
（5）25 ℃ 6．5 mg/h 能
9．请回答下列有关植物生命活动的问题：
（1）如图为植物光合作用过程示意图。③过程进行的场所是________。
（2）在光合作用中，过程②能为过程③提供________（填物质）。如果在其他条件都适宜的情况下，突然除去图中的X，则短时间内C5的含量变化是________。21·cn·jy·com
（3）从经过饥饿处理的某植物的同一叶片上陆续取下面积相同的叶圆片，称其干重。在不考虑叶片内有机物向其他部位转移的情况下分析（实验过程中光照适宜，温度不变）：
①叶圆片y比叶圆片x____________（轻或重），原因是_________________________。
②在下午4时至晚上10时这段时间里，叶圆片z的呼吸作用消耗量可表示为________g。
③如果实验过程中叶片的呼吸作用速率不变，则从上午10时到下午4时这段时间里，叶圆片y制造的有机物的量可表示为________g。21·世纪*教育网
【答案】（1）叶绿体基质
（2）ATP和[H] 增加
（3）①重 经过光照后叶片通过光合作用积累了有机物，重量增加
②y－z ③2y－x－z
10．图甲表示光合作用过程的图解，图乙为大棚中栽培的某种蔬菜在水肥充足、温度适宜条件下，光合作用强度受环境因素影响的变化曲线图。请据图分析并回答下列问题：【版权所有：21教育】

（1）参与光合作用的色素分布在叶绿体的________上。
（2）光合作用的过程可以分为两个阶段，图甲中B表示_____阶段，反应场所是___________________。
（3）图甲A生理过程的产物是______________________________________________。
（4）由图乙可知，影响光合作用的外界因素是________和________。
（5）比较Ⅰ、Ⅱ两条曲线，当光照强度大于a时，曲线Ⅱ的光合作用强度不再增大的原因是________，限制了光合作用________阶段的进行。
（6）写出光合作用的总反应式：___________________________________________。
【答案】（1）类囊体的薄膜（或“基粒”）
（2）暗反应 叶绿体基质
（3）O2、[H]、ATP
（4）光照强度 CO2浓度
（5）CO2浓度过低 暗反应
（6）CO2＋H2O（CH2O）＋O2
11．（2017新课标III·3）植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应（如O2的释放）来绘制的。下列叙述错误的是
A．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
B．叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D．叶片在640~660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
【答案】A
【解析】类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，A错误；吸收光谱就是通过不同色素对不同波长光的吸收值来绘制的，B正确；光合作用光反应阶段色素对光的吸收会直接影响到暗反应阶段对CO2的利用，所以光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示，C正确；叶绿素主要吸收红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶片在640~660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的，D正确。
【名师点睛】不熟悉各种色素的吸收光谱是对A、D选项误判的主要原因。
12．（2017海南卷·5）关于生物体内能量代谢的叙述，正确的是
A．淀粉水解成葡萄糖时伴随有ATP的生成
B．人体大脑活动的能量主要来自脂肪的有氧氧化
C．叶肉细胞中合成葡萄糖的过程是需要能量的过程
D．硝化细菌主要从硝酸还原成氨的过程中获取能量
【答案】C
【解析】淀粉是在消化酶的作用下被水解成葡萄糖的，该过程没有ATP的生成，A错误。人体大脑活动的能量主要来自葡萄糖的有氧氧化，B错误。暗反应产生ATP的过程需要光反应提供的能量，C正确。硝化细菌生成有机物的能量来自其将氨还原呈硝酸的过程，D错误。
【名师点睛】对常见化合物的功能不熟是做错该题的主要原因。
13．（2017海南卷·10）将叶绿体悬浮液置于阳光下，一段时间后发现有氧气放出。下列相关说法正确的是
A．离体叶绿体在自然光下能将水分解产生氧气
B．若将叶绿体置于红光下，则不会有氧气产生
C．若将叶绿体置于蓝紫光下，则不会有氧气产生
D．水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量
【答案】A

【名师点睛】熟知色素对光的吸收和光合作用过程是正确解答该题的关键。

展开更多......

收起↑