高三一轮学案生物（人教版）第三单元第12课时捕获光能的色素和结构及光合作用原理的探索

第12课时捕获光能的色素和结构及光合作用原理的探索课标要求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。考情分析捕获光能的色素2024·广东·T32024·贵州·T32024·江苏·T·河北·T192023·江苏·T·全国乙·T22023·海南·T·全国甲·T29考点一捕获光能的色素和结构1．绿叶中色素的提取和分离[归纳总结]实验异常现象分析2．色素的分布和作用(1)分布：叶绿体________________上。(2)作用：吸收、传递、转化光能。(3)吸收光谱：一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。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________。[教材隐性知识]源于必修1P99“图5－12”“旁栏思考”及P101“拓展应用”(1)从叶绿素吸收光谱图可知：叶绿素a在红光部分的吸收光谱带较叶绿素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。(3)海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？请根据材料作答。材料藻类中色素种类及光在海水中的分布藻类色素种类含量最多的色素分布及主要吸收的光绿藻叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，反射绿光浅水层；主要吸收红光和蓝紫光褐藻叶绿素a、叶绿素c、胡萝卜素、6种叶黄素某种叶黄素主要吸收绿光和蓝紫光，反射红黄光中水层；主要吸收绿光和蓝紫光红藻叶绿素a、叶绿素d、胡萝卜素、叶黄素、藻红素、藻蓝素藻红素主要吸收蓝紫光，反射红光深水层；主要吸收蓝紫光3．叶绿体的结构和功能[归纳总结]恩格尔曼实验设计的4点巧妙之处(1)实验材料选得妙：实验材料选择水绵和需氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察；利用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。(2)排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境，排除了空气中氧气和光的干扰。(3)观测指标设计得妙：用极细的光束点状投射，叶绿体上可分为获得光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验。(4)实验对照设计得妙：进行黑暗(局部光照)和曝光对照实验，明确实验结果完全是由光照引起的。(1)氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素(2023·全国乙，2A)()(2)叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢(2023·全国乙，2D)()(3)某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，研磨时用水补充损失的提取液(2024·广东，3B)()(4)某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，将两组滤纸条置于同一烧杯中层析，用过的层析液直接倒入下水道(2024·广东，3CD)()(5)纸层析法分离叶绿体色素时，以多种有机溶剂的混合物作为层析液(2021·河北，3C)()考向一捕获光能的色素和结构1．(2024·贵州，3)为探究不同光照强度对叶色的影响，取紫鸭跖草在不同光照强度下，其他条件相同且适宜，分组栽培，一段时间后获取各组光合色素提取液，用分光光度法(一束单色光通过溶液时，溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比)分别测定每组各种光合色素含量。下列叙述错误的是()A．叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素B．分离提取液中的光合色素可采用纸层析法C．光合色素相对含量不同可使叶色出现差异D．测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段2．(2023·江苏，12)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验的叙述，合理的是()A．用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏B．若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现色素带重叠C．该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量D．用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带，花青素位于叶绿素a、b之间考向二叶绿素合成的问题分析3．请回答关于叶绿素合成的问题(1)(2022·湖南，17节选)将纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床，作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8～10μmol/(s·m2)时，固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量；日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒，浸种1天后，播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中，保湿透气，昼/夜温为35℃/25℃，光照强度为2μmol/(s·m2)，每天光照时长为14小时。在此条件下，该水稻种子__________(填“能”或“不能”)萌发并成苗(以株高≥2厘米，至少1片绿叶视为成苗)，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2)(2024·湖南，17节选)钾是植物生长发育的必需元素，主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明，缺钾导致某种植物的气孔导度下降，使CO2通过气孔的阻力增大；Rubisco的羧化酶(催化CO2的固定反应)活性下降，最终导致净光合速率下降。长期缺钾导致该植物的叶绿素含量________，从叶绿素的合成角度分析，原因是_________________________________________________(答出两点即可)。(3)(2022·辽宁，22节选)浒苔是形成绿潮的主要藻类。绿潮时浒苔堆积在一起，形成大量的“藻席”，造成生态灾害。为研究浒苔疯长与光合作用的关系，进行如下实验：测定三个样品的叶绿素含量，结果见表。样品叶绿素a/(mg·g－1)叶绿素b/(mg·g－1)上层0.1990.123中层0.2280.123下层0.6840.453数据表明，取自“藻席”下层的样品叶绿素含量最高，这是因为________________。影响叶绿素合成的三大因素考点二光合作用原理的探索探索光合作用的部分实验暗反应中碳的转化和去向研究得益于纸层析法的发明和放射性同位素的研究，卡尔文及其同事用14CO2饲养单细胞小球藻，观察光合作用过程中碳的转化和去向，从而揭示了光合作用暗反应的过程。如图为卡尔文等研究的主要流程，请回答下列问题：(1)卡尔文等人用沸腾的乙醇杀死细胞，目的是______________________。(2)随后通过双向纸层析分离小球藻中的有机物。对代谢物纸层析的原理是什么？________________________________________________________________________(3)点样处位于滤纸的左下角；双向纸层析是第一次层析后，将滤纸旋转90°进行第二次层析的方法；层析液中溶解度越大的物质在滤纸上扩散得越快。据图分析两次层析过程中使用了________(填“相同”或“不同”)的层析液，判断依据是_______________________。(4)与单向纸层析相比，双向纸层析的优点是什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________(5)如图为小球藻同化14CO2不同时间的放射自显影图。根据实验结果请对“尿苷二磷酸葡萄糖、磷酸丙糖、PGA(C3)”三种物质出现的先后顺序进行排序___________________。考向三光合作用原理的探究4．(2025·龙岩检测)卡尔文将14C标记的CO2通入正在进行光合作用的小球藻培养液中，然后在培养后不同时间(0.5s、3s、10s等)将培养液迅速倾入热乙醇中以杀死细胞，最后利用层析法和放射自显影技术进行物质的分离和鉴定，实验结果如图。下列相关分析不正确的是()A．用14C标记CO2可排除细胞中原有物质的干扰B．热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行C．推测暗反应的初产物可能是3­磷酸甘油酸D．可依据放射性的强弱推测出暗反应的过程5．(2024·潜江模拟)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)、蔗糖和磷酸缓冲液(pH＝7.3)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。下列叙述错误的是()A．相同浓度除草剂处理下，单位时间内溶液颜色变化慢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的功能较强C．除草剂浓度为K时，品种乙的叶绿体能合成有机物D．不用除草剂处理时，品种乙的叶绿体放氧速率等于品种甲一、过教材1．下列关于绿叶中色素的提取和分离的叙述，正确的是()A．在绿叶中色素的提取和分离实验中，无水乙醇的作用是提取和分离色素B．二氧化硅的作用是防止研磨过程中色素被破坏，加入碳酸钙的作用是有助于研磨充分C．绿叶中色素的提取和分离实验中，用单层滤纸过滤研磨液以提高色素纯度D．制备滤纸条时用圆珠笔画横线更方便E．为使色素带清晰，画滤液细线后需紧接着重复画线F．滤液细线应该触及层析液，便于色素的溶解和分离G．胡萝卜素含量最少，但在层析液中的溶解度最高H．蓝绿色的色素带最宽，是因为叶绿素b的含量最多I．色素带的宽窄反映了相应色素在层析液中溶解度的大小2．下列有关捕获光能的色素和结构的叙述中，正确的是()A．胡萝卜素和叶黄素主要吸收红光B．如果植物缺少镁，则仅有蓝紫光的吸收会受到影响C．温室或大棚种植蔬菜时为促进植物的光合作用，补充白色光并不是最佳选择D．叶绿体具有双层膜结构，捕获光能的色素位于内膜上E．恩格尔曼实验中用水绵做实验材料是因为其叶绿体呈椭球形便于观察F．恩格尔曼实验中通过同位素示踪法证明了氧气是叶绿体释放出来的G．恩格尔曼实验中实验材料先放在没有空气的黑暗环境中以排除氧气和光的干扰H．恩格尔曼实验中根据产生气泡的位置来确定绿色植物进行光合作用的部位3．下列关于光合作用的探索实验，叙述错误的是()A．恩格尔曼通过实验发现，光合作用时叶绿体主要吸收红光和蓝紫光B．希尔运用同位素标记法证明了叶绿体在光下可释放出氧气C．希尔反应可以证明水的光解产生的O2，全来自水D．希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应E．鲁宾和卡门通过实验证明了光合作用释放的氧气全部来自水F．阿尔农发现叶绿体合成ATP的过程总是伴随着水的光解G．卡尔文用荧光标记法探明了CO2中的碳如何转移到有机物中二、过高考1．(2022·广东，18节选)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。回答下列问题：结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量____，原因可能是____________________。2．(2024·甘肃，17节选)类胡萝卜素不仅参与光合作用，还是一些植物激素的合成前体。研究者发现了某作物的一种胎萌突变体，其种子大部分为黄色，少部分呈白色，白色种子未完全成熟即可在母体上萌发。经鉴定，白色种子为某基因的纯合突变体。在正常光照下(400μmol·m－2·s－1)，纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失。将野生型和纯合突变体种子在黑暗中萌发后转移到正常光和弱光(1μmol·m－2·s－1)下培养一周，提取并测定叶片叶绿素和类胡萝卜素含量，结果如图所示。回答下列问题：(1)提取叶片中叶绿素和类胡萝卜素常使用的溶剂是____________，加入少许碳酸钙可以________________________。(2)野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高，其原因是________________。(3)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子，因为______________________。(4)现已知此突变体与类胡萝卜素合成有关，本研究中支持此结论的证据有：①纯合体种子为白色；②________________________________________________________________________。答案精析考点一整合1．无水乙醇层析液高二氧化硅碳酸钙溶于层析液中橙黄色叶黄素黄色叶绿素a蓝绿色黄绿色2．(1)类囊体薄膜(3)红光和蓝紫光蓝紫光较少教材隐性知识(1)宽(2)降低增强(3)这种现象与光能的捕获有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光，藻类本身的颜色是它们“反射”的光。3．椭球形球形双层膜基质暗反应类囊体色素光合作用被光束照射到的部位所有受光部位判断正误(1)√(2)×[叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越快。](3)×[光合色素溶于有机溶剂，提取液为无水乙醇。](4)×[由于滤纸条不会相互影响，层析液的成分相同，两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层析；用过的层析液含有石油醚、丙酮和苯，不能直接倒入下水道。](5)√评价1．D[研磨叶片时，加入二氧化硅有助于研磨充分，加入碳酸钙可以防止色素被破坏，A正确；由于不同色素在层析液中的溶解度不同，因此在滤纸上的扩散速度不同，从而达到分离的效果，即纸层析法，B正确；叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收蓝紫光，所以不能用蓝紫光波段测定叶绿素含量，D错误。]2．B[用有机溶剂提取色素时，碳酸钙主要是为了防止酸性物质对叶绿素的破坏，A错误；若连续多次重复画滤液细线，色素会随溶剂无水乙醇扩散，滤液细线变粗，纸层析后色素带容易重叠，B正确；该实验提取和分离色素的方法只能粗略比较不同色素的相对含量大小，不能测定绿叶中各种色素的具体含量，C错误；红色苋菜叶的红色主要是花青素导致的，花青素能溶解于水、乙醇等极性溶剂，而难溶于非极性有机溶剂，因此叶片中的花青素可以被无水乙醇提取出来，但滤液线中的花青素不会随着丙酮、苯、石油醚等非极性层析液在滤纸条上扩散，D错误。]3．(1)能种子萌发形成幼苗的过程中，消耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物，且光照有利于叶片叶绿素的形成(2)减少缺钾会使叶绿素合成相关酶的活性降低；缺钾会影响细胞的渗透调节，进而影响细胞对Mg、N等元素的吸收，使叶绿素合成减少(3)下层阳光少，需要大量叶绿素来捕获少量的阳光考点二整合铁盐或其他氧化剂CO2水提升(1)终止反应，溶解有机物(2)在层析液中溶解度越大的物质，在滤纸上扩散得越快，反之则越慢。(3)不同有的斑点在层析液A中的扩散距离无明显差异，而在层析液B中差异明显。(4)将第一次层析重叠或距离较近的物质通过第二次层析彻底分离。(5)PGA→磷酸丙糖→尿苷二磷酸葡萄糖评价4．D[热乙醇可以杀死细胞，用热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行，以检测杀死细胞时，其光合作用的进行程度，B正确；放射性最先在3磷酸甘油酸出现，推测暗反应的初产物可能是3磷酸甘油酸，C正确；该实验可通过放射性出现的先后顺序来推测暗反应的过程，D错误。]5．C[除草剂浓度为K时，品种乙的叶绿体