2027创新设计一轮生物第10讲　捕获光能的色素和结构及光合作用的原理

SHENGWUXUE捕获光能的色素和结构及光合作用的原理第10讲课标要求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：绿叶中色素的提取和分离。考情分析1.捕获光能的色素和结构2025·河北卷，5；2025·山东卷，13；2024·广东卷，3；2024·甘肃卷，17；2024·贵州卷，3；2024·河北卷，19；2023·全国乙卷，2；2023·海南卷，6；2023·江苏卷，12；2023·广东卷，18；2023·全国甲卷，292.光合作用的原理2025·河北卷，4；2025·江苏卷，21；2024·湖南卷，17；2023·江苏卷，19；2023·湖北卷，8；2023·河北卷，193.电子传递链与化学渗透假说2025·安徽卷，16；2025·山东卷，21；2024·江苏卷，20；2023·江苏卷，19；2023·重庆卷，19；2023·湖北卷，8；2023·山东卷，211目

录捕获光能的色素和结构2光合作用的原理3情境·探究·长句考点一捕获光能的色素和结构核心要点·再研典型例题·深研1.绿叶中色素的提取和分离实验 (1)实验原理有机溶剂提醒①提取色素时若没有无水乙醇，也可以用体积分数为95%的乙醇加适量无水碳酸钠来代替。②分离色素用纸层析法，在层析液中溶解度越大的色素扩散速度越快。溶解度(2)实验步骤二氧化硅碳酸钙挥发干燥纸层析层析液挥发(3)实验结果最少最高最快最多最低最慢2.叶绿体中色素的分布和作用类囊体薄膜红光和蓝紫光蓝紫光较少3.叶绿体的结构适于进行光合作用 (1)叶绿体的结构模式图叶绿体基质暗类囊体色素光(2)叶绿体的功能光合作用光束照射

所有受光(1)将小麦色素提取液滴加到滤纸条，然后将色素滴加部位浸入层析液进行层析。(2025·河北卷，5C)(

)提示层析时层析液不能触及滤液细线，否则色素会溶解在层析液中，无法观察到条带。(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·全国乙卷，2D)(

)提示溶解度越高扩散得越快。××(3)分离菠菜中的色素时，因层析液有挥发性，需在通风好的条件下进行。(2025·黑吉辽卷，11D)(

)(4)依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离。(2021·北京卷，13C)(

)提示依据各种光合色素在层析液中的溶解度不同。√×考向1

提取和分离叶绿体色素实验[科学探究]1.(2024·广东卷，3)银杏是我国特有的珍稀植物，其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，下列实验操作正确的是(

)A.选择新鲜程度不同的叶片混合研磨B.研磨时用水补充损失的提取液C.将两组滤纸条置于同一烧杯中层析D.用过的层析液直接倒入下水道C解析选择新鲜程度不同的叶片分开研磨，A错误；提取液为无水乙醇，光合色素不溶于水，故不能用水补充损失的提取液，B错误；两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层析，C正确；用过的层析液含有石油醚、丙酮和苯，不能直接倒入下水道，D错误。2.(2025·山东卷，13)“绿叶中色素的提取和分离”实验操作中要注意“干燥”，下列说法错误的是(

) A.应使用干燥的定性滤纸 B.绿叶需烘干后再提取色素 C.重复画线前需等待滤液细线干燥 D.无水乙醇可用加入适量无水碳酸钠的95%乙醇替代

解析教材实验中提取色素用的是新鲜的绿叶，若进行烘干处理会破坏其中的叶绿素，B错误。B3.(2023·江苏卷，12)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是(

) 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B解析提取叶绿体中的色素时，加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏，A不合理；连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但也会使滤液细线过粗，从而在分离中出现色素带重叠的现象，B合理；该实验只能定性分析色素的种类及溶解度等，无法准确测定滤液中各种色素的含量，C不合理；花青素是水溶性色素，不可通过该实验中的有机溶剂提取，D不合理。考向2色素的种类及作用[生命观念]4.(2026·河北保定调研)科学家将色素溶液与阳光之间放置一块三棱镜，分别让不同颜色的光照射色素溶液，得到色素溶液的吸收光谱如下图所示，①②③代表不同色素。下列说法正确的是(

)CA.①在红光区吸收的光能可转化为ATP中的化学能B.②为蓝绿色，③为黄绿色，二者均含有Mg2＋C.纸层析法分离色素时，②处于滤纸条最下端D.种植蔬菜大棚时可使用蓝紫色或红色的塑料薄膜解析由图可知，①是类胡萝卜素，②是叶绿素b，③是叶绿素a。类胡萝卜素几乎不吸收红光，A错误；叶绿素b为黄绿色，叶绿素a为蓝绿色，二者均含有Mg2＋，B错误；叶绿素b在层析液中的溶解度最低，随层析液在滤纸条上扩散的速度最慢，故纸层析法分离色素时，处于滤纸条最下端的是叶绿素b，C正确；蔬菜大棚使用的塑料薄膜应该是无色透明的，以提高太阳光中的可见光的利用率，D错误。A.①在红光区吸收的光能可转化为ATP中的化学能B.②为蓝绿色，③为黄绿色，二者均含有Mg2＋C.纸层析法分离色素时，②处于滤纸条最下端D.种植蔬菜大棚时可使用蓝紫色或红色的塑料薄膜考点二光合作用的原理核心要点·再研典型例题·深研1.探索光合作用原理的部分实验(连线)[深度思考]

给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，其最可能的转化途径是_________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________。2.光合作用的概念及反应式叶绿体

二氧化碳和水氧气3.光合作用的过程(1)填写图中序号所代表的物质或结构①______；②________；③____________；④______；Ⅰ.________。O2ATPNADPHC5光反应(2)比较光反应与暗反应类囊体薄膜叶绿体基质(CH2O)＋C5ATP和NADPH

有机物中稳定的化学能14C3(14CH2O)18O2C34.光合作用和化能合成作用的比较光能无机物氧化释放的化学能硝化细菌CO2和H2O[创新拓展]光合磷酸化、卡尔文循环、光合产物的输出及化学渗透假说1.光合作用中光系统及电子传递链

类囊体薄膜两侧的质子浓度(电化学)梯度主要靠以下途径建立：2.暗反应与卡尔文循环3.光合产物及运输(1)磷酸丙糖是光合作用中最先产生的糖，也是光合作用产物从叶绿体运输到细胞质基质的主要形式。(2)光合作用产生的磷酸丙糖既可以在叶绿体中形成淀粉，暂时储存在叶绿体中，又可以通过叶绿体膜上的磷酸转运器运出叶绿体，在细胞质基质中合成蔗糖。合成的蔗糖或临时储藏于液泡内，或从光合细胞中输出，经韧皮部装载长距离运输到其他部位。4.化学渗透假说

研究人员在黑暗条件下把离体的叶绿体类囊体置于pH＝4的酸性溶液中平衡，让类囊体腔的pH下降至4。平衡后将类囊体转移到含有ADP和Pi的pH＝8的缓冲溶液中，一段时间后有ATP产生。该实验表明：类囊体薄膜内外存在H＋浓度差是类囊体合成ATP的直接动力。5.光反应和有氧呼吸第三阶段ATP产生机制——ATP合酶(1)高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少。(2023·湖北卷，11D)(

)提示光反应中生成NADPH。(2)植物细胞产生的O2只能来自光合作用。(2021·山东卷，16C)(

)提示植物细胞中H2O2分解也能产生O2。(3)弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用。(2021·湖南卷，7A)(

)提示可能此时光合作用等于或小于呼吸作用。×××(4)类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原。(2020·天津卷，5C)(

)提示类囊体产生的ATP参与C3的还原；O2释放到叶绿体外，既不参与CO2固定，也不参与C3的还原。×考向1

光合作用的探究历程[科学探究]1.(2026·广东佛山质检)下列关于光合作用探究历程的说法，错误的是(

) A.恩格尔曼的实验直接证明叶绿体吸收光能并释放氧气 B.希尔的实验说明水的光解产生氧气，且氧气中的氧元素全部来自水 C.阿尔农发现在光照下叶绿体中合成ATP的过程总是与水的光解相伴随 D.卡尔文用14C标记CO2，探明了CO2中的碳转化为有机物中碳的途径

解析希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移，B错误。B2.(2026·河南天一大联考)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解析

18O不具有放射性，是稳定同位素，可用于示踪物质运行和变化规律，A正确；该实验的预期结论是光合作用产生的O2中的O全部来自H2O，C错误；小球藻是真核生物，不同于蓝细菌，具有完整的叶绿体，含有叶绿素和类胡萝卜素，D错误。考向2光合作用的过程[科学思维]3.(2025·河北卷，4)对绿色植物的光合作用和呼吸作用过程进行比较，下列叙述错误的是(

)A.类囊体膜上消耗H2O，而线粒体基质中生成H2OB.叶绿体基质中消耗CO2，而线粒体基质中生成CO2

C.类囊体膜上生成O2，而线粒体内膜上消耗O2

D.叶绿体基质中合成有机物，而线粒体基质中分解有机物A解析类囊体膜上发生水的光解，线粒体基质中发生丙酮酸和水的彻底分解，A错误；叶绿体基质中发生CO2的固定，消耗CO2，线粒体基质中丙酮酸分解生成CO2，B正确；类囊体膜上水的光解产生O2，线粒体内膜上消耗NADH和O2并生成H2O，C正确；叶绿体基质中发生暗反应可以产生糖类，线粒体基质中发生丙酮酸的分解，D正确。4.(2025·江苏卷，21)科研人员从植物叶绿体中分离类囊体，构建含类囊体的人工细胞，并探究光照等因素对人工细胞功能的影响。请回答下列问题：

(1)细胞破碎后，在适宜温度下用低渗溶液处理，涨破________膜，获得类囊体悬液。经离心分离获得类囊体，为保持其活性，需加入________溶液重新悬浮，并保存备用。

(2)类囊体浓度用单位体积类囊体悬液中叶绿素的含量表示。吸取5μL类囊体悬液溶于995μL的_________________溶液中，混匀后，测定出叶绿素浓度为3μg·mL－1，则类囊体的浓度为________μg·mL－1。叶绿体等渗无水乙醇600

(3)为检测类囊体活性，实验前需对类囊体进行多次洗涤，目的是消除类囊体悬液中原有光反应产物对后续实验结果的影响，这些产物主要有__________________________________________________________________。(4)已知荧光素PY的强弱与pH大小正相关。图示具有光反应活性的人工细胞，在适宜光照下，荧光强度________(填“变强”“不变”或“变弱”)，说明类囊体膜具有的功能有_______________________________________________。H＋、NADPH、ATP变强吸收并转化光能、转运H＋(5)在光反应研究的基础上，利用人工细胞开展类似碳(暗)反应生成糖类的实验研究，理论上还需要的物质有_____________________________________________________________________________________________________________。暗反应相关的酶、C5、CO2等解析

(1)类囊体位于叶绿体中，故细胞破碎后，还需要在低渗溶液中涨破叶绿体膜，获得类囊体，为保持其活性，需加入等渗溶液重新悬浮，并保存备用。(2)叶绿素可溶于无水乙醇中，故稀释类囊体悬液所用的溶液为无水乙醇。5μL类囊体悬液溶于995μL的乙醇或丙酮溶液，相当于悬液被稀释了200倍，稀释后的溶液中叶绿素浓度是3μg/mL，所以原溶液中叶绿素浓度是600μg/mL，根据题意“类囊体浓度用单位体积类囊体悬液中叶绿素的含量表示”，所以类囊体的浓度为600μg/mL。(3)类囊体膜是光合作用中光反应的场所，类囊体薄膜上可发生水的光解，产生H＋、释放氧气、合成NADPH和ATP，其中H＋、NADPH、ATP可能对后续实验产生影响。(4)在适宜光照下，类囊体膜上的光合色素吸收光能以后，

产生高能电子，驱动类囊体膜上的质子泵将人工细胞质中的H＋运进类囊体腔，人工细胞质中pH增大，荧光强度变强，可说明类囊体膜具有吸收并转化光能、转运H＋的功能。(5)在光反应研究的基础上，利用人工细胞开展类似碳反应(即暗反应)生成糖类的实验研究，理论上还需要提供暗反应所需的多种酶以及C5、CO2等物质。

考向3光合作用拓展应用[科学思维]5.(2026·重庆八中模拟)为探究叶绿体在光下利用ADP和Pi合成ATP的动力，科学家在黑暗条件下进行了如下实验，有关分析错误的是(

)AA.黑暗的目的是与光照作对照B.pH＝4的缓冲液模拟的是叶绿体类囊体内部的环境C.ADP和Pi形成ATP后进入叶绿体基质D.类囊体膜两侧的pH差是叶绿体形成ATP的动力解析黑暗处理的目的是避免光照对ATP的合成产生干扰，A错误；ADP与Pi在类囊体薄膜上形成ATP，ATP形成后进入叶绿体基质，C正确；分析实验结果可知，类囊体转移至pH＝8缓冲液中立即加入ADP和Pi有ATP产生，而平衡之后加入ADP和Pi无ATP产生，说明叶绿体中ATP形成的动力来自类囊体膜两侧的pH差，D正确。A.黑暗的目的是与光照作对照B.pH＝4的缓冲液模拟的是叶绿体类囊体内部的环境C.ADP和Pi形成ATP后进入叶绿体基质D.类囊体膜两侧的pH差是叶绿体形成ATP的动力6.(2025·山东卷，21)高光强环境下，植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤，引起光合作用强度下降。

植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长，其部分光合过程如图所示。

(1)叶绿体膜的基本支架是______________；叶绿体中含有许多由类囊体组成的________，扩展了受光面积。磷脂双分子层基粒H2O丙酮酸、[H]O2、CO2(3)据图分析，通过途径①和途径②消耗过剩的光能减轻光合系统损伤的机制分别为_______________________________________________________________。途径①以电能的方式耗散光能，途径②以热能的方式耗散光能解析

(1)叶绿体膜属于生物膜，其基本支架是磷脂双分子层。叶绿体中含有许多由类囊体堆叠而成的基粒，

扩展了受光面积。(3)据题图可知，过剩的光能可通过途径①以电能的方式耗散；还可通过途径②以热能的方式耗散，减轻光合系统的损伤。①叶绿体中光合色素吸收的光能，一方面用于H2O分解产生氧和NADPH；一方面用于ATP的合成。②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既可作还原剂，又可为暗反应提供能量。③供氢：NADPH。④供能：ATP和NADPH。

情境·探究·长句1.某同学以菠菜的绿叶为材料，制备了完整叶绿体悬浮液，并均分为两组，进行如下实验：组别加入物质条件实验现象A组DCPIP溶液适宜温度和光照等条件产生气泡，DCPIP溶液变为无色B组适量磷酸、NaHCO3(CH2O)/C3比值增高注：DCPI