2023版高三一轮总复习生物（浙科版）教案：必修1 第2单元 第7讲 第1课时光合作用的色素、场所和过程

第7讲光合作用第1课时光合作用的色素、场所和过程1．光合作用的概念、阶段、场所和产物(b)2．色素的种类、颜色和吸收光谱(a)3．光反应和碳反应的过程(b)4．活动：光合色素的提取与分离(b)一、光合作用在叶绿体中进行1．总反应式：6CO2＋12H2Oeq\o(→,\s\up8(光),\s\do5(叶绿体))C6H12O6＋6O2＋6H2O。2．叶绿体的结构二、活动：光合色素的提取与分离1．实验原理：光合色素是一类脂溶性物质，可以利用脂溶剂将它们从叶绿体中提取出来，并且将它们分离开来，达到观察叶绿体中色素的目的。2．方法步骤三、光合作用的过程1．光反应(1)条件：直接需要光。(2)场所：发生在类囊体膜——光合膜中。(3)物质与能量转变：利用光能使水裂解产生氧，同时生成ATP和NADPH。(4)主要变化：包括光合膜上光合色素吸收光能，光能将水裂解为H＋、电子(e－)和O2，H＋和e－将NADP＋还原为NADPH，并产生ATP。(5)产生的ATP和NADPH的作用：碳反应中将二氧化碳还原为糖的能源物质，NADPH在碳反应中是还原剂。2．碳反应(1)条件：不需要光直接参加；叶绿体基质中有许多种酶是将二氧化碳还原为糖所必需的。(2)场所：在叶绿体基质中进行。(3)主要变化：包括形成三碳糖和再生五碳糖。(4)过程图示考点1光合色素、叶绿体的结构1．影响叶绿素合成的主要因素(1)光照：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，因而使叶片发黄。(2)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，而使叶片变黄。(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，叶片变黄。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，幼叶会变黄。2．叶绿体中色素及色素的吸收光谱的分析图示说明(1)太阳光经三棱镜折射后形成不同波长和颜色的光。(2)折射光透过色素滤液时部分光被吸收。(3)色素对红光和蓝紫光吸收较多(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)，使两光区呈现暗带。3．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，所以无色透明的大棚光合效率最高。(2)叶绿素对绿光吸收量最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低。1．如图甲为叶绿体结构模式图，图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列相关叙述正确的是()图甲图乙A．图甲中生物膜的面积主要靠内膜向内折叠形成嵴而增大B．图乙所示的结构来自图甲中的③C．③含有4种色素，其中叶绿素b的含量最多D．图甲中ATP的合成场所是④，分解场所是③B[叶绿体通过形成大量的片层结构——类囊体，增大膜面积，A错误；图甲中的③是基粒，图乙结构会有光合色素，光合色素分布在基粒的类囊体膜上，所以图乙所示的结构来自图甲中的③，B正确；③中的色素是叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素，其中叶绿素a的含量最多，C错误；光反应的场所是③，产物是ATP和NADPH，用于碳反应，碳反应的场所是④叶绿体基质，D错误。]2．如图是光合色素吸收光谱图，下列判断错误的是()A．光合色素的作用是吸收可见光B．叶绿素只吸收蓝紫光和红光C．光合色素吸收的光直接用于光反应D．各种色素分子呈现不同的颜色与它们吸收了某些波长的光有关B[在光合作用中，光合色素的作用是吸收可见光，将光能转化为化学能，用于有机物的合成，A正确；叶绿体中的主要色素是叶绿素，这种色素主要吸收蓝紫光和红光，但其他光也吸收，B错误；光合色素吸收的光直接用于光反应，C正确；各种色素分子之所以呈现不同的颜色，是因为它们吸收了某些波长的光而另一些波长的光则透过或被反射，D正确。]考点2“光合色素的提取与分离”实验分析1．提高实验效果的方法或措施及目的过程方法或措施操作目的提取色素1取新鲜绿色的叶片放入40～50℃的烘箱中烘干使滤液中色素含量高2研磨时加95%的乙醇溶解叶片中的色素3研磨时加少量二氧化硅和碳酸钙研磨充分并保护叶绿素4充分、迅速研磨防止溶剂挥发，充分溶解色素5盛放滤液的试管管口加棉塞防止溶剂挥发和色素分子被氧化分离色素1滤纸预先干燥处理使层析液在滤纸上快速扩散2滤纸条的一端剪去两角防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快3滤液细线要直、细、匀使分离出的色素带平整不重叠4滤液细线干燥后重复画2～3次增加色素量，使分离的色素带清晰分明5滤液细线不触及层析液防止色素直接溶解到层析液中2．正常实验结果(色素带)分析(1)从色素带的宽度可推知色素含量：叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素。(2)从色素带的位置可推知色素在层析液中的溶解度大小：胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b。(3)在滤纸上相邻色素带间，距离最近的色素带是叶绿素a与叶绿素b，相邻距离最远的是胡萝卜素与叶黄素。注意：4条色素带中溶解度差异最大的是首尾的胡萝卜素和叶绿素b，而非胡萝卜素与叶黄素。实验基础1．关于“光合色素的提取与分离”实验的操作，正确的是()A．使用定性滤纸过滤研磨液B．将干燥处理过的定性滤纸条用于层析C．在画出一条滤液细线后紧接着重复画线2～3次D．研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素B[色素易被滤纸吸附，故用单层尼龙布过滤，A错误；将干燥处理过的定性滤纸剪成长条，用于层析，B正确；每次重复画色素滤液细线时，需等干燥后再进行，C错误；由于叶绿体中的色素不溶于水，因此研磨叶片时需用95%的乙醇，D错误。]2．在做“光合色素的提取和分离”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(注：“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常。他们所得的实验结果依次应为()试剂甲同学乙同学丙同学丁同学95%的乙醇－＋＋＋水＋－－－CaCO3＋＋－＋SiO2＋＋＋－A．①②③④ B．②④①③C．④②③① D．③②①④B[95%的乙醇为提取剂，色素提取过程不需要水，若加入水会使色素提取液颜色变浅；SiO2的作用是使研磨更充分；CaCO3能保护叶绿素分子不被破坏。甲同学由于没有加入95%的乙醇，所以提取液中不会出现色素，色素分离的结果对应②；乙同学操作正确，色素分离后得到的色素带有四条，对应④；丙同学由于未加CaCO3，所以叶绿素含量减少，所得到的色素带中两条叶绿素带比正常的色素带要窄，对应①；丁同学由于未加SiO2，导致叶片研磨不充分，最终导致各种色素的含量均减少，对应③。因此，B正确。]异常实验结果(色素带)分析(1)色素带太淡的原因：叶片颜色不够深绿，导致色素含量不够；提取时加过多95%的乙醇使提取液中色素浓度太低；提取时研磨不充分、时间太短，导致研磨过程中色素提取量少；画滤液细线时未重复，使分离色素不足。(2)色素带不全的原因：叶片不够浓绿或不新鲜，导致色素种类不全；碳酸钙未加或不足，导致叶绿素遭到破坏；滤液暴露在阳光或空气中时间过长，导致叶绿素遭到破坏。(3)色素带不齐或重叠的原因：制备滤纸条时染上了手上的油脂或其他污物影响色素扩散；滤纸条剪角不对称；画滤液细线太慢或未干就重复画，导致滤液细线太粗，使色素带彼此重叠等。实验拓展3．如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．层析液可用生理盐水或磷酸盐缓冲液C．在敞口的烧杯中进行层析时，需通风操作D．实验验证了该种蓝细菌没有叶绿素bD[CaCO3可防止叶绿素被破坏，A错误；层析液是有机溶剂，B错误；用烧杯进行层析时应用培养皿盖住烧杯，C错误；菠菜的光合色素带从上到下依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b，从图中可看出蓝细菌不含叶绿素b和叶黄素，D正确。]4．为了探究pH对叶绿素稳定性的影响，某研究性学习小组的同学利用菠菜绿叶提取出光合色素粗品，然后在25℃的室温条件下进行了如下实验，实验组号色素溶液(mL)pH处理时间(min)溶液颜色①3.08.010绿色②3.07.010绿色③3.06.010黄绿色④3.05.010黄褐色A．提取色素时加入SiO2可维持研磨液pH的稳定B．该实验结果表明叶绿素在碱性环境中不会被破坏C．弱酸环境中类胡萝卜素的稳定性可能低于叶绿素D．可用纸层析法分析②④两组溶液颜色差异的原因D[提取色素时加入SiO2是为了研磨得更充分，SiO2不能维持研磨液pH的稳定，A错误；由于实验中设置的pH大于7的只有一组且碱性不强，所以该实验结果并不能证明叶绿素在碱性条件下不会被破坏，B错误；从③④实验结果可以看出，弱酸环境中绿色变淡，说明弱酸环境下，更易被破坏的是叶绿素，不是类胡萝卜素，C错误；根据不同色素在层析液中溶解度不同，在滤纸条上的扩散速度不同，可以分析②④两组溶液颜色差异的原因，D正确。]考点3光合作用的基本过程1．光反应与碳反应的比较比较项目光反应碳反应场所类囊体膜(光合膜)叶绿体基质时间短促，以微秒计较缓慢条件光、色素、酶、水多种酶、CO2、NADPH、ATP过程利用光能使水光解产生O2，同时产生ATP和NADPH将CO2还原为糖的一系列反应称为卡尔文循环能量变化光能→ATP、NADPH中的化学能活跃的化学能→有机物中稳定的化学能物质变化①水的光解：H2Oeq\o(→,\s\up8(光),\s\do5(叶绿体))2H＋＋2e－＋eq\f(1,2)O2；②ATP的合成：ADP＋Pi＋能量eq\o(→,\s\up8(酶),\s\do5())ATP；③NADPH的合成：NADP＋＋H＋＋2e－eq\o(→,\s\up8(酶),\s\do5())NADPH①CO2的固定：CO2＋五碳糖eq\o(→,\s\up8(酶),\s\do5())三碳酸分子；②三碳酸的还原：三碳酸eq\o(→,\s\up8(ATP、NADPH),\s\do5(酶))三碳糖；③五碳糖的再生：三碳糖eq\o(→,\s\up8(酶),\s\do5())五碳糖完成标志O2释放、ATP和NADPH的生成糖类等有机物的生成联系光反应为碳反应提供ATP、NADPH，碳反应为光反应提供ADP、Pi、NADP＋。二者紧密联系，缺一不可2．光合作用过程中物质含量的变化条件NADPH和ATP三碳酸三碳糖五碳糖模型分析光照由强到弱，CO2供应不变减少增加减少减少光照由弱到强，CO2供应不变增加减少增加增加光照不变，CO2供应由充足到不足增加减少减少增加光照不变，CO2供应由不足到充足减少增加增加减少3．连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析及应用(1)实验分析：为研究补光措施与效率，科学家以生长状态相似的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验，每组处理的总时间均为135s，光照与黑暗处理情况如图所示(B、C、D三组中光照与黑暗处理时间均相同)。(2)原理分析：光暗交替处理频度较高时，光反应产生的ATP、NADPH可满足碳反应的供应，故光照与部分暗时段都可合成有机物，从而导致单位光照时间内有机物合成效率提高。(3)应用：该实验表明，人工补光时，可采用较高频度“光暗交替”策略，如此，可提高单位时间光合产量，达到在几乎不影响光合总产量的情况下，大量节省能源成本的目的。光反应与碳反应的分析1．如图表示某生物膜结构及其上发生的部分生理过程，下列叙述正确的是()A．题图所示膜结构为叶绿体内膜B．a侧为叶绿体基质，其中含有少量DNAC．甲表示色素，在层析液中溶解度最大的是叶绿素aD．题图所示过程为光反应，该过程不需要酶的催化B[因题图所示过程需要光照，故该过程为光反应，场所为叶绿体类囊体膜，A错误；光反应生成的ATP进入叶绿体基质参与碳反应，故a侧为叶绿体基质，其中含有少量DNA，B正确；在层析液中溶解度最大的色素是胡萝卜素，C错误；光反应过程需要酶的参与，D错误。]2．科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照，结果如下表。实验组别光照时间(s)放射性物质分布12大量三碳酸22012种磷酸化糖类360除上述12种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等根据上述实验结果分析，下列叙述不正确的是()A．本实验利用小球藻研究的是光合作用的碳反应阶段B．每组光照后需将小球藻进行处理使酶失活，才能测定放射性物质的分布C．二氧化碳进入叶绿体后，最初形成的主要物质是12种磷酸化糖类D．实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等C[二氧化碳主要参与光合作用的碳反应过程，A正确；每组光照后需将小球藻进行处理使酶失活，防止细胞内化学反应的进行使碳元素转移，干扰实验结果，B正确；二氧化碳进入叶绿体后，最初形成的主要物质是三碳酸，C错误；表中实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等，D正确。]3．下图是黑藻光合作用过程示意图(用字母代表物质)。请分析回答下列问题。(1)反应Ⅰ发生的场所是________，其中产物B是_________。(2)在反应Ⅱ中五碳糖不断被利用，但含量仍能保持稳定的原因是_________。光合作用合成的三碳糖，大部分运至叶绿体外转变成蔗糖，还有一部分在叶绿体中转变成_____________。[解析](1)Ⅰ为光反应，发生在叶绿体的类囊体膜上，其中产物B是H＋。(2)在碳反应中五碳糖不断被利用，但含量仍能保持稳定的原因是五碳糖可以再生。三碳糖可在叶绿体中转变成淀粉、蛋白质和脂质。[答案](1)(叶绿体)类囊体膜H＋(2)五碳糖可以再生淀粉、蛋白质和脂质分析条件骤变对光合作用物质含量变化的影响4．适宜的光强度、温度条件下，在0.003%二氧化碳和1%二氧化碳两种不同环境中某植物叶肉细胞卡尔文循环中三碳酸分子和五碳糖微摩尔浓度的变化趋势如图所示。据图分析合理的是()A．ab段碳反应速率越来越小B．bc段甲物质浓度降低是因为生成速率变小C．cd段光合作用较弱是因为光反应产物不足D．ae段叶肉细胞的光饱和点稳定不变B[ab段甲物质和乙物质的相对浓度保持相对稳定，因此ab段碳反应速率基本不变，A错误；bc段，降低二氧化碳浓度，会抑制碳反应过程中二氧化碳的固定，而三碳酸分子的还原仍在进行，因此三碳酸分子含量下降，可见甲物质(三碳酸分子)浓度降低是因为生成速率变小，B正确；cd段光合作用较弱是因为碳反应原料不足，C错误；ae段二氧化碳浓度发生改变，因此叶肉细胞的光饱和点会发生变化，D错误。]5．向正在进行光合作用的叶绿体悬液中分别加入a、b、c、d四种物质，下列说法错误的是()A．若a能抑制ATP合成，则使三碳酸含量上升B．若b能抑制CO2固定，则使NADPH、ATP含量上升C．若c能促进NADPH的产生，则使五碳糖含量下降D．若d能促进三碳糖的合成，则使NADPH、ATP含量下降C[若a能抑制ATP合成，则使三碳酸的还原过程受阻，三碳酸含量上升，A正确；若b能抑制CO2固定，则使三碳酸的还原过程因原料不足受阻，使NADPH、ATP含量上升，B正确；若c能促进NADPH的产生，使三碳酸的还原过程加快，则使五碳糖含量上升，C错误；若d能促进三碳糖的合成，则使三碳酸的还原过程加快，NADPH、ATP的利用加快，从而使其含量下降，D正确。]1．(2017·浙江11月选考)在黑暗条件下，将分离得到的类囊体放在pH为4的缓冲溶液中，使类囊体内外的pH相等，然后迅速转移到含有ADP和Pi的pH为8的缓冲溶液中，结果检测到有ATP的生成。根据实验分析，下列叙述正确的是()A．实验中溶液的H＋均来自水的裂解B．黑暗条件下植物叶肉细胞中的叶绿体可产生ATPC．光照条件下植物细胞叶绿体中类囊体的空腔内H＋浓度较高D．若使类囊体的磷脂双分子层对H＋的通透性增大，ATP生成量不变C[本实验是在黑暗条件下完成的，实验中溶液的H＋来自缓冲液中，A错误；黑暗条件下植物叶肉细胞中的叶绿体不能产生ATP，B错误；光照条件下，植物细胞叶绿体中类囊体的空腔内发生水的裂解产生H＋，使类囊体空腔内的H＋浓度较高，C正确；根据实验结果分析，在类囊体内H＋浓度大于外界时会有ATP产生，H＋的浓度差和ATP的产生有关，若使类囊体的磷脂双分子层对H＋的通透性增大，ATP生成量就会发生改变，D错误。]2．(2018·浙江11月选考)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pH为7.3的磷酸盐缓冲液的溶液中并照光。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。下列叙述正确的是()A．相同浓度除草剂处理下，单位时间内溶液颜色变化快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膜的功能较强C．除草剂浓度为K时，品种乙的叶绿体能产生三碳糖D．不用除草剂处理时，品种乙的叶绿体放氧速率高于品种甲B[相同浓度除草剂处理下，单位时间内溶液颜色变化快的品种产生的氢多，说明受除草剂抑制效果低，A错误；与品种乙相比，除草剂对品种甲放氧速率抑制快，说明除草剂抑制品种甲类囊体膜的功能较强，B正确；除草剂浓度为K时，品种乙的叶绿体不能产生三碳糖，因为在希尔反应中，水被分解产生的氢使得溶液中的DCIP被还原，并没有生成NADPH，所以无法进行碳反应，C错误；从图中的起点看，不用除草剂处理时，品种乙的叶绿体放氧速率等于品种甲，D错误。]3．(2019·浙江4月选考)请回答下列与光合作用有关的问题。(1)在“探究环境因素对光合作用的影响”活动中，正常光照下，用含有0.1%CO2的溶液培养小球藻一段时间。当用绿光照射该溶液，短期内小球藻细胞中三碳酸的含量会________。为三碳酸还原成三碳糖提供能量的物质是______________。若停止CO2供应，短期内小球藻细胞中五碳糖的含量会________。研究发现Rubisco是光合作用过程中的关键酶，它催化CO2被固定的反应，可知该酶存在于叶绿体________中。(2)在“光合色素的提取与分离”活动中，提取新鲜菠菜叶片的色素并进行分离后，滤纸条自上而下前两条带中的色素合称为________。分析叶绿素a的吸收光谱可知，其主要吸收可见光中的____________光。环境条件会影响叶绿素的生物合成，如秋天叶片变黄的现象主要与________抑制叶绿素的合成有关。[解析](1)光合色素对绿光吸收最少，所以用绿光照射后短时间内三碳酸的还原速率下降，CO2固定速率不变，所以三碳酸的含量会增加。光反应产生的ATP和NADPH是碳反应中将CO2还原为糖的能源物质。若停止CO2供应，短期内三碳酸的还原速率不变，CO2的固定速率下降，则五碳糖的含量会增加。碳反应发生的场所是叶绿体基质。(2)提取新鲜菠菜叶片的光合色素并进行分离后，滤纸条自上而下前两条带中的色素为胡萝卜素和叶黄素，合称为类胡萝卜素。叶绿素a主要吸收蓝紫色和红光。秋天叶片变黄的现象主要与低温抑制叶绿素的合成有关。[答案](1)增加ATP和NADPH增加基质(2)类胡萝卜素蓝紫光和红低温4．(2020·浙江7月选考)以洋葱和新鲜菠菜为材料进行实验。请回答下列问题。(1)欲判断临时装片中的洋葱外表皮细胞是否为活细胞，可在盖玻片的一侧滴入质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液，用吸水纸从另一侧吸水，重复几次后，可根据是否发生________现象来判