第10讲光与光合作用(Ⅰ)

第10讲光与光合作用(Ⅰ)考点一

捕获光能的色素和叶绿体的结构考点二

光合作用的探究历程及过程考点三

绿叶中色素的提取和分离目录1.叶绿体中的色素及色素的吸收光谱知识梳理叶绿素b叶绿素a胡萝卜素叶黄素考点一

捕获光能的色素和叶绿体的结构由图可以看出：(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。可见光红光和蓝紫光蓝紫光2.叶绿体的结构与功能(1)结构模式图(2)结构外表：①

内部②基质：含有与

有关的酶③

：由类囊体堆叠而成，分布

有

和与光反应有关的酶双层膜暗反应基粒色素(3)功能：进行

的场所。决定证明光合作用(4)恩格尔曼的实验：好氧细菌只分布于

被光束照射的部位。叶绿体深度思考(1)为什么叶片一般呈现绿色？提示因为叶绿素对绿光吸收很少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。(2)为什么无色透明的大棚中植物的光合效率最高？提示无色透明大棚能透过日光中各种色光，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以无色透明的大棚中植物的光合效率最高。返回题组一光合色素吸收光谱的分析1.将可见光通过三棱镜后照射到绿色植物叶片的某种色素提取液上，可获得该吸收光谱(图中的数字表示光的波长，单位为nm，暗带表示溶液吸收该波长的光后形成的光谱)。则该色素是(

)解题探究A.类胡萝卜素 B.叶黄素

C.胡萝卜素 D.叶绿素aD2.如图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。据图判断，以下说法不正确的是(

)A.由图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500nm波长的光B.用450nm波长的光比600nm波长的光更有利于提高光合作用强度C.由550nm波长的光转为670nm波长的光后，叶绿体中C3的量增加D.土壤中缺乏镁时,植物对420～470nm波长的光的利用量显著减少C解析叶绿体中的色素包括叶绿素和类胡萝卜素。其中，叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b，主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素，主要吸收蓝紫光。从图中可以看出，该色素主要吸收了红光和蓝紫光，所以该色素为叶绿素a。答案

D解析类胡萝卜素主要吸收400～500nm波长的光，A正确；据图可知，用450nm波长的光比600nm波长的光更有利于提高光合作用强度，B正确；由550nm波长的光转为670nm波长的光后，色素吸收光能增强，光反应增强，C3还原加速，叶绿体中C3的量将减少，C项错误；叶绿素b主要吸收420～470nm波长的光，缺镁时叶绿素合成减少，所以此波段的光的利用量显著减少，D正确。答案

C题组二分析光合色素的元素组成与作用3.(2013·新课标Ⅱ，2)关于叶绿素的叙述，错误的是(

)A.叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素B.被叶绿素吸收的光可用于光合作用C.叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同D.植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光D解析植物在进行光合作用时主要吸收红光和蓝紫光，由于绿色植物几乎不吸收绿色光，所以植物的叶片一般呈现绿色。答案

D4.1880年德国科学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将三棱镜产生的光谱投射到丝状的水绵体上，并在水绵的悬液中放入好氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图所示)，他得出光合作用强度在红光区和蓝光区最强。这个实验的思路是(

)A.细菌对不同的光反应不一，细菌聚集多的地方，水绵光合作用强B.好氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强，则在该种光照射下植物光合作用强C.好氧细菌聚集多的地方，水绵光合作用产生的有机物多，则在该种光照射下植物光合作用强D.聚集的好氧细菌大量消耗光合作用产物——O2，使水绵的光合作用速度加快，则该种光有利于光合作用答案

B解析普通白光经三棱镜折射后，分散成不同色彩的光，在图(b)中由左到右是按照红、橙、黄、绿、青、蓝、紫分布，好氧细菌分布在氧气浓度较高的环境中。图(a)中，好氧细菌分布多的地方，氧气浓度高，氧气来自光合作用中的光反应，因此好氧细菌的分布也体现出光合作用强度的大小，故B项正确。答案

B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。归纳提升返回(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。考点二

光合作用的探究历程及过程解题探究知识梳理1.光合作用的探究历程(连线)知识梳理考点二

光合作用的探究历程及过程思考

(1)普利斯特利实验结果说服力不强，应如何设计对照实验？答案

应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于玻璃罩内，作为空白对照。(2)萨克斯实验的自变量、因变量、实验组、对照组分别是什么？答案

自变量为光的有无，因变量为颜色变化(有无淀粉生成)，实验组是遮光处理组，对照组为曝光处理组。(3)写出鲁宾和卡门实验的设计思路。答案

H2O＋C18O2

植物

O2；HO＋CO2

植物

18O2。2.光合作用的过程(1)反应式：(2)过程叶绿体类囊体的薄膜[H]+O2ATP活跃的化学能叶绿体基质(CH2O)ADP+Pi稳定的化学能思维诊断(1)光合作用需要的色素和酶均分布在叶绿体基粒和基质中(

)(2)破坏叶绿体外膜后，O2不能产生(2011·浙江，1A)(

)(3)细胞中不能合成ATP的部位是叶绿体中进行光反应的膜结构(2012·北京，1B)(

)(4)光合作用过程中光反应是暗反应进行的前提(

)×√××(5)在其他条件适宜情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内，叶绿体中C3和C5化合物含量都迅速增加(2009·海南，15B)(

)(6)H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体基质中(2009·安徽，1B)(

)××返回题组一分析光合作用的探究历程1.如图表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后，以下相关比较不正确的是(

)解题探究A.Y2的质量大于Y3的质量B.④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量C.②中水的质量大于④中水的质量D.试管①的质量大于试管②的质量答案

C解析

Y1和Y3是O2，Y2和Y4是18O2，因此Y2的质量大于Y3；④中小球藻中含有(CHO)的有机物，而①中小球藻含有(CH2O)的有机物，故④中小球藻质量大于①中的小球藻质量；④和②中的水都为HO，且含量相同，因此质量相等；在试管①和②中原有质量相等的情况下，②中释放出的是18O2，而①中释放出的是O2，故剩余质量①大于②。答案

C2.(2013·海南，10)某植物叶片不同部位的颜色不同，将该植物在黑暗中放置48h后，用锡箔纸遮蔽叶片两面，如图所示。在日光下照光一段时间，去除锡箔纸，用碘染色法处理叶片，观察到叶片有的部位出现蓝色，有的没有出现蓝色。其中，没有出现蓝色的部位是(

)A.a、b和d B.a、c和eC.c、d和e D.b、c和eB解析部位c、e被锡箔纸遮盖，所以不能进行光合作用，而a部位为黄白色，没有叶绿素，不能进行光合作用产生淀粉，所以加碘液不会变蓝。答案

B体会探究光合作用历程的实验方法(1)在光合作用的探究历程中，科学家们利用了对照实验，使结果和结论更加科学、准确。①普利斯特利：缺少空白对照，实验结果说服力不强。②鲁宾和卡门：相互对照，自变量为标记物质(HO与C18O2)，因变量为O2的放射性。③萨克斯：自身对照，自变量为光照(一半曝光、另一半遮光)，因变量为叶片的颜色变化。归纳提升(2)萨克斯在做实验前，把绿叶放在黑暗中处理一段时间，目的是消耗掉叶片中的营养物质。如果不进行该步操作，结果可能会变为遮光处也出现蓝色，因为其中的营养物质没有被充分消耗掉。(3)应用普利斯特利的实验装置和萨克斯的实验处理方法可以验证CO2是光合作用必需的原料，在实验时应注意对植物做饥饿处理。题组二光合作用的过程分析3.根据右面光合作用图解，判断下列说法正确的是(

)A.⑤过程发生于叶绿体基质中B.⑥过程发生于叶绿体类囊体薄膜上C.图示①～④依次为[H]、ATP、CO2、(CH2O)D.②不仅用于还原C3化合物，还可促进③与C5的结合C解析根据光合作用的过程判断①②③④⑤⑥分别表示[H]、ATP、CO2、(CH2O)、光反应和暗反应。光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上，暗反应发生在叶绿体的基质中。C3化合物还原过程中需要ATP，CO2固定过程中不需要ATP。答案

C4.如图是在电子显微镜下观察到的高等植物叶绿体结构模式图，下列有关叙述错误的是(

)A.①和②均为选择透过性膜B.③上分布有与光反应有关的色素和酶C.在③上形成的产物[H]和ATP进入④中为暗反应提供物质和能量D.④中进行的反应使ATP进入糖类等有机物中D解析

①和②分别表示叶绿体的外膜和内膜，为生物膜，具有选择透过性；③为基粒，其上分布着光反应所需的色素和酶；光反应的产物[H]和ATP进入④叶绿体基质中，为暗反应提供还原剂氢和能源物质ATP；ATP水解后将活跃的化学能转变成有机物中稳定的化学能，而非直接将ATP转移到有机物中。答案

D5.(2014·福建，26)氢是一种清洁能源。莱茵衣藻能利用光能将H2O分解成[H]和O2，[H]可参与暗反应，低氧时叶绿体中的产氢酶活性提高，使[H]转变为氢气。(1)莱茵衣藻捕获光能的场所在叶绿体的

。解析

(1)在光合作用过程中，叶绿素a等光合色素捕获光能的过程属于光反应过程，光合色素分布在叶绿体类囊体的薄膜上，故光反应发生在叶绿体类囊体薄膜上。类囊体薄膜(2)CCCP(一种化学物质)能抑制莱茵衣藻的光合作用,诱导其产氢。已知缺硫也能抑制莱茵衣藻的光合作用。为探究缺硫对莱茵衣藻产氢的影响,设计完全培养液(A组)和缺硫培养液(B组),在特定条件下培养莱茵衣藻,一定时间后检测产氢总量。实验结果：B组>A组，说明缺硫对莱茵衣藻产氢有

作用。为探究CCCP、缺硫两种因素对莱茵衣藻产氢的影响及其相互关系，则需增设两实验组，其培养液为

和

。解析

A组为对照组，产氢量：B组>A组，说明缺硫能促进莱茵衣藻产氢；根据单一变量原则，研究CCCP对莱茵衣藻产氢的影响时，可将自变量设置为是否添加CCCP，研究缺硫对莱茵衣藻产氢的影响时，可设置完全培养液和缺硫培养液进行对照，而既要研究CCCP和缺硫对莱茵衣藻产氢的影响，又要研究两者的相互关系，可设置如下四组实验：

完全培养液缺硫培养液添加CCCP添加CCCP的完全培养液添加CCCP的缺硫培养液不添加CCCP不添加CCCP的完全培养液不添加CCCP的缺硫培养液答案

促进添加CCCP的完全培养液添加CCCP的缺硫培养液(3)产氢会导致莱茵衣藻生长不良，请从光合作用物质转化的角度分析其原因

。解析光反应产生的[H]和ATP用于暗反应中C3的还原，而产氢则意味着部分[H]转变为氢气，参与暗反应的[H]减少，会使暗反应产生的有机物减少。莱茵衣藻光反应产生的[H]转变为H2，参与暗反应的[H]减少，有机物生成量减少(4)在自然条件下，莱茵衣藻几乎不产氢的原因是

，因此可通过筛选高耐氧产氢藻株以提高莱茵衣藻产氢量。解析由题干中信息“低氧时叶绿体中的产氢酶活性提高，使[H]转变为氢气”可知，氧气能够抑制产氢酶的活性。氧气抑制产氢酶的活性题组三分析条件骤变对光合作用物质含量变化的影响6.(2014·新课标Ⅰ，2)正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是(

)A.O2的产生停止 B.CO2的固定加快C.ATP/ADP比值下降 D.NADPH/NADP＋比值下降B解析正常生长的绿藻，照光培养一段时间，说明绿藻可以正常进行光合作用，用黑布遮光后，改变了绿藻光合作用的条件，此时光合作用的光反应停止，光反应的产物O2、ATP和[H](即NADPH)停止产生，所以A、C、D项所叙述现象会发生；光照停止，暗反应中C3还原受影响，C5减少，CO2的固定减慢，B项所叙述现象不会发生。答案

B7.(2013·重庆，6)下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，叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加，基质中水光解加快、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后短暂时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3化合物还原后的直接产物含量降低D解析水的光解、O2释放发生在叶绿体类囊体薄膜上，而不是叶绿体基质中，A项错误；t2→t3，限制光合速率的因素为CO2浓度，此时光照充足且恒定，若增加光照，光合速率不会提高，B项错误；t3→t4，暗反应增强，一定程度上加快ATP和ADP的相互转化，同时促进了光反应，C项错误；突然停止光照，光反应减弱甚至停止，类囊体薄膜上ATP合成受阻，ATP含量减少，ADP和Pi含量升高，被还原的C3化合物减少，直接产物含量降低，D项正确。答案

D8.如图是夏季晴朗的一天中，某绿色植物体内C3和C5两种化合物相对含量的变化曲线图，有人据图做出了如下分析和判断，其中正确的是(

)A.m表示C5，因为夜间叶绿体不能产生ATP和[H]，C5因缺少ATP不能与CO2结合而积累B.在5～9时，光合作用的最大限制因子是温度，11～15时最大的限制因子是光照和CO2C.16～20时两种物质含量变化的主要原因是环境因素的改变引起植物气孔开放和ATP、[H]生成减少D.环境因素的变化引起植物呼吸作用增强产生较多的CO2是16～20时两种物质含量变化的主要原因答案

C解析必须先读懂两条形态相似、变化相反曲线的意义，运用光合作用过程中物质、能量及影响因素等方面的规律审题，进行综合分析，才能正确做出选择。题干提示两条曲线是关于光合作用过程中，两种化合物相对含量的变化，因此，紧扣C3和C5相互转化的条件和因果关系是解题的出发点。早上有光照后，光反应产生的ATP和[H]增多，C3被还原而减少，C5则增多；傍晚光照减弱，光反应产生的ATP和[H]减少，C3增多，C5则减少，所以m表示C3，n表示C5。CO2的固定不需要ATP，在5～9时，光合作用的最大限制因子是光照而不是温度，11～15时光合作用最大的限制因子不是光照，而是CO2。答案

C模型法分析物质的量的变化思维建模特别提醒

(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含量变化是一致的。返回考点三绿叶中色素的提取和分离解题探究实验解读1.实验原理(1)提取：叶绿体中的色素溶于

而不溶于水，可用

等有机溶剂提取色素。(2)分离：各种色素在

中溶解度不同，

的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，从而使各种色素相互分离。实验解读有机溶剂无水乙醇层析液溶解度高考点三绿叶中色素的提取和分离2.实验步骤(1)提取色素：称取5g的绿叶，剪碎放入研钵中，在研钵中加入少许SiO2和CaCO3、10mL无水乙醇，迅速研磨并用

过滤。(2)制备滤纸条：距剪去两角的滤纸条一端1cm处用铅笔画一条细线。(3)画滤液细线：用毛细吸管吸取色素滤液，沿铅笔线均匀地画一细线，待滤液干后再画一两次。单层尼龙布(4)色素分离层析液将适量

倒入试管

插入滤纸条棉塞塞紧试管口(5)观察结果滤纸条上呈现四条颜色、宽度不同的色素带叶黄素黄绿色深度思考(1)为什么需要选用新鲜绿色的叶片做实验材料？提示新鲜绿色的叶片中色素含量高，从而使滤液中色素含量较高，实验效果明显。(2)为什么滤液细线要重复画，且线要细、直？提示重复画线是为了增加色素的浓度，使分离出的色素带清晰分明。滤液细线要细、直是为了防止色素带之间出现重叠。(3)层析时，为什么不能让滤液细线触及层析液？提示滤纸条上的滤液细线触及(或没入)层析液，会使滤液中的色素溶解于层析液中，滤纸条上得不到色素带，使实验失败。返回题组一绿叶中色素提取与分离的实验分析1.在做“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下表所示(“＋”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(

)解题探究试剂甲乙丙丁无水乙醇－＋＋＋水＋－－－CaCO3＋＋－＋SiO2＋＋＋－A.①②③④ B.②④①③C.④②③① D.③②①④答案

B解析解答本题首先要知道表格中各种试剂的作用，然后再分析每位同学所加的试剂。其中乙同学操作完全正确，其他同学与该同学进行对比，分析缺少的试剂并根据该试剂的作用分析可能出现的实验结果。无水乙醇为提取剂，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。甲同学由于没有加入提取剂无水乙醇，所以提取液中不会出现色素，色素分离的结果是②；乙同学操作正确，色素分离后得到的色素带有四条，与④情况相符；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。答案

B2.某班学生完成对新鲜菠菜叶进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于各组操作不同，出现了以下四种不同的层析结果。下列分析错误的是(

)A.甲可能是因为研磨时未加入SiO2B.乙可能是因为研磨时未加入CaCO3C.丙可能误用蒸馏水做提取液和层析液D.丁是正确操作得到的理想结果D解析在色素的提取和分离实验中，SiO2可使菠菜叶研磨充分，CaCO3可防止叶绿素受到破坏，未加入SiO2和CaCO3时，会发生甲、乙图示的现象，A、B正确；丙图中色素含量基本为零，可能是误用蒸馏水做提取液和层析液的结果，C正确；丁图显示含量最高的是叶黄素，实际上正常绿色叶片中叶绿素a和叶绿素b含量多，D错误。答案

D归纳提升绿叶中的色素提取和分离实验的异常现象分析(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析①未加二氧化硅(石英砂)，研磨不充分。②使用放置数天的菠菜叶，滤液中色素(叶绿素)太少。③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低(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未画成一条细