第13讲 捕获光能的色素和结构及光合作用的原理 高中生物第一轮总复习

第13讲捕获光能的色素和结构及光合作用的原理课标内容(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。考点一捕获光能的色素和结构1.绿叶中色素的提取和分离可看作两个实验哦！(1)实验原理(2)实验装置及操作(3)实验结果及分析2.叶绿体中色素的吸收光谱分析由图可以看出：①植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。②植物幼嫩的茎和果实的细胞以及气孔保卫细胞中也含有吸收光能的色素，而根、叶片表皮等处的细胞中观察不到叶绿体，也不含吸收光能的色素。③植物细胞的液泡中的色素(花青素，为水溶性色素)不参与光合作用。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(2)叶绿体的功能——进行________的场所(3)叶绿体功能的实验验证(1)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)()(2)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·河北卷，3C)()(3)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)()(4)提取光合色素的实验中，研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素。(2019·江苏卷，17A)()(5)用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰。(2023·全国乙卷，2C)()1.分离叶绿体中的色素，也可用如图所示的方法，即在圆心处滴加适量滤液，待干燥后再滴加适量层析液进行层析，结果会出现不同颜色的4个同心圆，请写出①～④依次对应的色素及颜色。①________________，②________________，③________________，④________________。eq\x(必修1P97“问题探讨”拓展)2.生产上，用何种颜色的玻璃、塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高？阴天时，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色的照明灯为蔬菜补充光源？____________________________________________________________________________________________________________________________________________。eq\x(必修1P100“思考·讨论”拓展)3.下图是验证叶绿体功能实验中恩格尔曼所做的实验示意图，请分析：恩格尔曼的实验示意图恩格尔曼第二个实验的示意图(1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上的巧妙之处是_____________________________________________________________________________________________。(2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？____________________________________________________________________________________________________________________________________________。4.研究表明，光照会影响韭菜叶绿素的合成，但不会影响类胡萝卜素的合成。请利用色素的提取和分离技术，以暗处生长的韭菜幼苗作为材料，设计实验以验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。实验思路：__________________________________________________________________________________________________________________________________。预期结果：__________________________________________________________________________________________________________________________________。考向1结合色素的提取与分离实验，考查科学探究能力1.(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2.(2024·华师一附中期中)如图是某同学用无水乙醇分别提取正常光照和强光照下某种植物等量叶片中的光合色素，然后用层析液进行纸层析得到的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列相关叙述正确的是()A.实验研磨操作中若加入的二氧化硅或碳酸钙过少，都会导致色素条带颜色变深B.实验中对研磨液过滤时，采用滤纸过滤，实验效果更好C.色素分离过程中如果滤液细线触及层析液，会缩短四条色素带间的距离D.与正常光照下相比，该植物强光照下叶片会发黄绿叶中色素的提取与分离实验异常现象分析考向2围绕叶绿体的结构及捕获光能的色素，考查结构与功能观3.(2024·广州市调研)叶绿体是植物进行光合作用的场所，下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是()A.叶绿体中的色素的合成都需要Mg2＋和光照B.H2O在光下分解为NADPH和O2的过程发生在叶绿体基质中C.CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上D.光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的4.(2024·广东六校联考)高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。下图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，正确的是()A.图中①和②主要分布在叶绿体的内膜上B.利用纸层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端C.植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收绿光D.弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用考点二光合作用的原理1.光合作用的概念及反应式(1)光合作用的概念绿色植物通过________，利用光能，将________________转化成储存着能量的有机物，并且释放出________的过程。(2)反应式___________________________________________________________。2.探索光合作用原理的部分实验(连线)①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，原因是水的光解实验是在没有CO2的情况下进行的，没有碳参与反应，而糖的合成需要碳的参与。②鲁宾和卡门的实验以及卡尔文的实验都用到了同位素标记法。③同位素标记法中使用的同位素不都具有放射性，如18O就没有放射性，不能检测其放射性；而14C有放射性，可被追踪检测。3.光合作用的过程(1)图中序号代表的物质①____________，②____________，③________，④________，⑤________。(2)比较光反应与暗反应4.光合作用和化能合成作用的比较(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)()(2)植物细胞产生的O2只能来自光合作用。(2021·山东卷，16C)()(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)()(4)类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原。(2020·天津卷，5C)()(5)蓝细菌(蓝藻)没有叶绿体也能进行光合作用。(2019·海南卷，1D)()eq\x(必修1P103“思考·讨论T4”)1.希尔发现，离体叶绿体在无CO2的条件下给予光照，可以释放出O2；阿尔农发现，在光下叶绿体可合成ATP。请尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。______________________________________________________________________________________________________________________________________2.光照停止后暗反应短时间仍然能够持续，但无法长时间正常进行，原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________；CO2不足暗反应减弱后光反应也无法正常进行，原因是___________________________________________________________________________________________。3.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_______________________________________________________________________________________________________________________________________。4.光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30s的时间，放射性代谢产物多达几十种，缩短时间到7s，发现放射性代谢产物减少到12种。如果要探究CO2转化成的第一个产物是什么，可能的实验思路是___________________________________________________________________________________________________________________。1.光合作用反应式中元素去向分析CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up7(光能),\s\do7(叶绿体))(CH2O)＋O2。①H：3H2Oeq\o(→,\s\up7(光反应))NADP3Heq\o(→,\s\up7(暗反应))(C3H2O)②C：14CO2eq\o(→,\s\up7(CO2的固定))14C3eq\o(→,\s\up7(C3的还原))(14CH2O)③O：Heq\o\al(18,2)Oeq\o(→,\s\up7(光反应))18O2C18O2eq\o(→,\s\up7(CO2的固定))C3eq\o(→,\s\up7(C3的还原))(CHeq\o\al(18,2)O)2.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析(1)“过程法”分析各物质变化当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：(2)“模型法”表示C3和C5的含量变化起始值C3高于C5(约为其2倍)考向1围绕光合作用的过程，考查科学思维1.(2021·重庆卷，6)下图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析，下列叙述错误的是()A.水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过4层膜B.NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPHC.产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应D.电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节2.(2024·广州市综合测试)羟基乙酸可作为合成多种有机物的原料。研究人员构建了一种非天然的酶催化CO2固定新途径(CETCH循环)，高效地将CO2转化为羟基乙酸，并利用该途径研制出能合成羟基乙酸的人造叶绿体(如图)。下列分析错误的是()A.人造叶绿体内的水既作为多种物质的溶剂，还参与相关代谢B.为了使人造叶绿体持续地运作，需要源源不断地输入光能C.图中的CETCH循环需要NADP＋、ADP和Pi作为直接原料D.若人造叶绿体得到广泛应用，一定程度上可抵消碳排放的影响考向2围绕光合作用过程中物质含量的变化分析，考查科学思维3.(2024·广东梅州调研)植物的气孔一般是指叶片表面的一对保卫细胞围成的小孔，是植物体与外界环境进行水气交换的重要结构，其开闭多遵循昼开夜闭的节律，气孔的分布与开闭对植物适应干旱条件至关重要。下列推断合理的是()A.夏季晴朗的中午，气孔大量关闭，短时间内叶肉细胞中NADPH的含量将下降B.若某陆生植物平展生长的叶片气孔分布不均匀，则其上表面的气孔数量较多C.若气孔昼开夜闭的节律与胞间CO2浓度有关，则胞间CO2浓度升高促进气孔关闭D.沙漠地区的仙人掌气孔遵循昼闭夜开的节律，推测其光合作用在夜晚进行4.(2024·安徽名校联考)如图是光合作用过程示意图(字母代表物质)，图中PSBS是一种类囊体膜蛋白，它能感应类囊体腔内的高H＋浓度而被激活，激活了的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递，最终将过量的光能转变成热能释放，从而防止强光对植物细胞造成损伤。(1)绿叶中色素分离的原理是_________________________________________________________________________________________________________________，叶绿素a主要吸收________光。(2)图中的A是________，C是________。(3)若反应Ⅱ中G的浓度突然降低一半，短时间内C5的含量将________。如果追踪反应Ⅱ中相关元素的去向，常用________法。(4)过度光照会激活PSBS，直接抑制________过程，导致电子不能传递给________(填图中字母)，所以过量的光能将不能转变为化学能。连续光照和间隔光照下有机物合成量的分析1.(2021·广东卷，12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，下列叙述正确的是()A.Rubisco存在于细胞质基质中B.激活Rubisco需要黑暗条件C.Rubisco催化CO2固定需要ATPD.Rubisco催化C5和CO2结合2.(2020·天津卷，5)研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是()A.产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质B.该反应体系不断消耗的物质仅是CO2C.类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原D.与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素3.(2022·湖北卷，12)某植物的2种黄叶突变体表现型相似，测定各类植株叶片的光合色素含量(单位：μg·g－1)，结果如表。下列有关叙述正确的是()植株类型叶绿素a叶绿素b类胡萝卜素叶绿素/类胡萝卜素野生型12355194194.19突变体1512753701.59突变体2115203790.35A.两种突变体的出现增加了物种多样性B.突变体2比突变体1吸收红光的能力更强C.两种突变体的光合色素含量差异，是由不同基因的突变所致D.叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色4.(2022·重庆卷，23)科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP(如图Ⅰ)。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。图Ⅰ图Ⅱ(1)制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是____________________________________________________________________________________________________________________________________________；为避免膜蛋白被降解，