1、第3讲能量之源光与光合作用()知识体系定内容核心素养定能力生命观念通过比较光反应与暗反应的关系和光合作用元素去向分析，建立生命活动对立统一的观点理性思维通过分析C3、C5等物质变化和影响光合作用的曲线，培养学生能用文字、图表及数学模型准确描述生物学知识的能力科学探究通过“探究光照强度对光合作用强度影响”的实验，培养学生的实验探究能力考点一捕获光能的色素和结构及光合作用的探索历程1叶绿体中色素的种类和颜色色素的种类色素的颜色叶绿素叶绿素a蓝绿色叶绿素b黄绿色类胡萝卜素叶黄素黄色胡萝卜素橙黄色2.叶绿体中色素的吸收光谱分析(1)色素的功能：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。(2
2、)色素吸收光的范围：可见光的波长范围大约是390760 nm，叶绿体中的色素只吸收可见光，对红外光和紫外光等不吸收。3叶绿体的结构与功能(1)结构模式图：4光合作用的探究历程连线提示：AbCaEeDcBd1判断正误：(1)被叶绿素吸收的光可用于光合作用()(2)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同()(3)植物呈现绿色是由于叶绿素能有效吸收绿光()(4)叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光()(5)液泡中色素吸收的光能用于光合作用()(6)叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内()2某植物叶片不同部位的颜色不同，将该植物在黑暗中放置48 h后，用锡箔纸遮蔽叶片两面，如图所示。在日光下照光一段
3、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，请思考：(1)实验时预先对植物进行暗处理，其目的是_。(2)实验中_对照可证明光合作用需叶绿体，_对照可证明光合作用需要光。(3)本实验可证明光合作用的产物是_。答案：(1)消耗掉原有淀粉，排除其对实验结果的干扰(2)a与b、de与b、d(3)淀粉如图1、2、3所示为光合作用探索历程中的经典实验的分析及拓展(图1中叶片黄白色部分不含叶绿体)，请思考：(1)图1中ae可构成哪些对照组？其验证的结论分别是什么？进行图1所示实验应事先对叶片作何处理，目的是什么？_(2)图2所示实验运用了何种技术？可得出何种推论？_(
4、3)图3所示实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？该实验对环境有何特殊要求？其目的是什么？实验结果怎样？可得出何种结论？_答案：(1)图1中b和c部位都是绿色叶片，即都含有叶绿体，二者的区别在于有无光照，通过对比可以说明光合作用需要光照；a和b部位都有光照，二者的区别在于有无叶绿体，通过对照可以说明光合作用需要叶绿体；进行图l所示实验应事先将植株置于暗处作饥饿处理，以排除原有淀粉对实验结果的干扰。(2)图2所示实验运用了同位素标记技术，该对比实验说明光合作用产生的O2来源于H2O，而不是来自CO2。(3)图3实验选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可以确定释放氧气
5、多的部位。该实验要在没有空气的黑暗环境中进行以排除氧气和极细光束外的其他光的干扰，实验结果是好氧细菌分布于叶绿体被光束照射的部位，由此证明叶绿体是光合作用的场所，氧气是由叶绿体释放出来的。题组一捕获光能的色素及结构1(2019辽宁沈阳三模)下列关于色素的叙述中，正确的是()A植物体内所有的色素都位于叶绿体中B叶绿体中的不同色素在无水乙醇中的溶解度不同，所以会在滤纸条上分离C叶绿体中的各种色素都不能吸收绿光D叶绿体中的色素分布于类囊体薄膜D植物体内光合色素都位于叶绿体中，液泡中也含有色素，A错误；由于色素在层析液中的溶解度不同，所以其在滤纸条上的扩散速度不同，在滤纸条上分离，B错误；绿光吸收的最
6、少，而不是不吸收，C错误；叶绿体中的光合色素分布于类囊体薄膜上，D正确。2红枫是一种木本观赏植物，在生长季节叶片呈红色。下列关于该植物的叙述正确的是()A红枫叶片不含叶绿素B红枫叶片呈红色是因为吸收了红光C红枫叶片能吸收光能进行光合作用D液泡中色素吸收的光能用于光合作用C1.影响叶绿素合成的三大因素2叶绿体的结构与功能相适应的特点(1)叶绿体的基粒由类囊体堆叠而成，有巨大的膜面积。(2)叶绿体的类囊体薄膜上分布有吸收光能的色素。(3)叶绿体的类囊体薄膜和基质中有催化光合作用进行的酶。 题组二光合作用的探索历程3下图是光合作用探索历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图，下列有关叙述正确的是()A两实
7、验均需进行“黑暗”处理，以消耗细胞中原有的淀粉 B两实验均需要光的照射C两实验中只有恩格尔曼的实验设置了对照D两实验均可证明光合作用的产物有氧气B图示的两实验中，只有萨克斯的实验需进行“黑暗”处理，目的是消耗掉细胞中原有的淀粉。恩格尔曼实验的目的是探究光合作用进行的场所，萨克斯实验的目的是探究光合作用产物，所以两实验均需要光的照射。恩格尔曼的实验中，照光处理与不照光处理、黑暗与完全曝光形成对照，萨克斯的实验中，暗处理的叶片一半曝光、一半遮光形成对照。恩格尔曼的实验可证明氧气是光合作用的产物，萨克斯的实验可证明淀粉是光合作用的产物。4下列有关科学家探索光合作用的实验中，叙述错误的是()A与黑藻相
8、比，水绵更适宜用作探究光合作用的场所B金鱼藻是水生植物，用作探究光合作用产物有O2时，利于收集气体C卡尔文利用小球藻，探明了CO2中的碳在光合作用中转化的途径D用银边天竺葵探究光合作用产物有淀粉时，不用脱色可直接加碘液使叶片边缘变蓝色D光合作用产物之一是淀粉，淀粉遇碘液变蓝色。要检验是否生成淀粉，首先要用酒精使绿色的叶片脱去颜色，再滴加碘液，防止绿叶本身颜色对实验现象的干扰。银边天竺葵叶片边缘不含叶绿体，无法进行光合作用合成淀粉，D错误。恩格尔曼实验方法的巧妙之处(1)巧选实验材料：选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位。(2)妙法排除干扰因
9、素：没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。(3)巧妙设计对照实验：用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。 考点二光合作用的过程1光合作用的过程光合作用反应式：CO2H2O(CH2O)O2。图中：O2，H，C3，CO2。.光反应.暗反应巧记光合作用过程的“一、二、三、四” 2光合作用的总反应式及各元素的去向3光反应与暗反应的区别与联系项目光反应暗反应条件需色素、光、酶不需色素和光，需要多种酶场所叶绿体的类囊体薄膜叶绿体基质物质转化(1)水光解：2H2O4 HO2；(2)ATP的合成：ADPPi光能ATP能量转换光能
10、ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能(CH2O)中稳定的化学能关系1判断下列叙述的正误(1)类囊体上产生的ATP可用于暗反应()(2)光合作用过程中光能转变为化学能，细胞呼吸过程中化学能转变为热能和ATP()(3)H2O在光下分解为H和O2的过程发生在叶绿体基质中()(4)在适宜光照条件下，叶肉细胞中CO2的固定和产生场所分别是叶绿体基质、线粒体基质()(5)破坏叶绿体外膜后，O2不能产生()(6)光反应为暗反应提供H和H2O()(7)离体叶绿体基质中添加ATP、H(NADPH)和CO2后，可完成暗反应()(8)进入叶绿体的CO2不能被H(NADPH)直接还原()2据光合作用过程图完成下列
11、问题(1)色素的功能是吸收、传递和转化光能，水分解为O2、H的场所是叶绿体类囊体薄膜。(2)进行光反应的条件有光、色素、酶等，产物有ATP、O2和H。(3)暗反应进行的场所是叶绿体基质，参与反应的物质有CO2、ATP、H和C5，进行的条件是多种酶。(4)写出光合作用的总反应式并标出各元素的来源和去向。光合作用总反应式：CO2H2O(CH2O)O2。各元素的去向：a氧元素：H2OO2；CO2(H2O)b碳元素：CO2C3(CH2O)c氢元素：H2OH(CH2O)3长句应答突破简答题(1)土壤中缺乏N，植物的光合作用就会受影响，请分析原因：_。(2)若将某种植物密闭在无O2，但其他条件适宜的小室中
12、，光照培养一段时间后，发现植物的有氧呼吸增强，原因是_。答案：(1)N是组成ATP、NADPH、酶以及类囊体薄膜等与光合作用有关的物质或结构的重要元素(2)该植物在光下光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加，而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2增多时，有氧呼吸会增强1利用同位素示踪法判断光合作用C、H、O的转移途径(1)H：3H2O3H(C3H2O)。(2)C：14CO214C3(14CH2O)。(3)O：HO18O2；C18O2C3(CHO)。2环境改变时光合作用中各物质含量的变化分析当外界条件改变时，光合作用中C3、C5及ATP和ADP含量变化可以
13、采用以下过程分析。(1)建立模型：需在绘制光合作用模式简图的基础上借助图形进行分析。需从物质的生成和消耗两个方面综合分析。如CO2供应正常、光照停止时C3的含量变化：(2)含量变化分析过程与结果：条件过程变化H和ATPC3C5(CH2O)合成速率光照由强到弱，CO2供应不变(图甲)过程减弱，H、ATP减少，导致过程减弱，过程正常进行减少增加减少减小光照由弱到强，CO2供应不变(图乙)过程增强，H、ATP增加，导致过程增强，过程正常进行增加减少增加增大光照不变，CO2由充足到不足(图丙)过程减弱，C3减少，C5增加，导致过程减弱，过程正常进行增加减少增加减小光照不变，CO2由不足到充足(图丁)过
14、程增强，C3增加，C5减少，导致过程增强，过程正常进行减少增加减少增大相关曲线：题组一光合作用的过程1如图表示绿色植物光合作用的部分过程，图中AC表示相关物质。有关分析错误的是()A图中A为氧气，可部分释放到空气中B图中B为NADPH，外界CO2浓度升高时，B的含量暂时升高C该过程消耗的NADP和C来自叶绿体基质D该过程将光能转化为化学能储存在ATP中B水的光解产物是氧气和H，若光合作用强度大于呼吸作用强度，氧气会部分释放到空气中，A正确；题图中B是在NADP、H和电子参与下形成的，为NADPH，当外界CO2浓度升高时，碳反应中生成的三碳化合物增多，则消耗的NADPH增多，导致NADPH的含量
15、暂时降低，B错误；叶绿体基质中，碳反应消耗NADPH、ATP产生NADP、ADP，C正确；光合作用光反应过程中，将光能转化成化学能储存在ATP中，D正确。2根据下面光合作用图解，判断下列说法正确的是()A过程发生于叶绿体基质中B过程发生于叶绿体类囊体薄膜上C图示依次为H、ATP、CO2、(CH2O)D不仅用于还原C3化合物，还可促进与C5的结合C根据光合作用的过程判断分别表示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。3(2019山西大学附属中学期末)为了研究光合作
16、用，生物小组的同学把菠菜叶磨碎，分离出细胞质和全部叶绿体。然后又把部分叶绿体磨碎分离出叶绿素和叶绿体基质，分别装在四支试管内，并进行光照。在A、B、C、D试管中，哪一支试管能检测到光合作用的光反应过程()B细胞质中不能发生光合作用过程，A错误；光合作用的光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上，这是因为在类囊体薄膜上含有色素和相应的酶，因此在B试管的叶绿体中可检测到光合作用的光反应过程，B正确；叶绿体基质是光合作用暗反应的场所，不能发生光反应，C错误；D试管中虽含有叶绿素，能够吸收光能，但是可能因为缺少光反应所需要的酶和ADP、Pi等物质，因此光能的转化也无法进行，D错误。 4下面为绿色植物光合作用过
17、程示意图(图中ag为物质，为反应过程，物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示)。有关判断错误的是 ()A图中表示水分的吸收，表示水的光解 Bc为ATP，f为HC将b物质用18O标记，最终在(CH2O)中能检测到放射性D图中a物质主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能B题图所示，a为叶绿体色素，主要吸收红光和蓝紫光；b为O2，c为ATP，d为ADP，e为NADPH(H)，f为NADP，故B错误。题组二环境变化对物质含量变化的影响5在其他条件适宜的情况下，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化合物含量的变化是
18、()AC3和C5都迅速减少BC3和C5都迅速增加CC3迅速增加，C5迅速减少DC3迅速减少，C5迅速增加C由题意知，在其他条件适宜的情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照后，光反应停止，NADPH和ATP下降，C3的还原减弱直至停止，而CO2的固定则继续进行，但由于缺少NADPH和ATP，C3不能被还原而积累，使C3迅速增加；C5是植物体细胞内具有一定数量且能循环利用的物质，当CO2C52C3后，C3又不能被还原再形成C5时，C5将迅速减少。所以，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，此时叶绿体中C3迅速增加，C5迅速减少。6下图是水生植物黑藻在光
19、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()At1t2，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Bt2t3，碳反应限制光合作用；若在t2时刻增加光照，光合速率将再提高Ct3t4，光照强度不变，光合速率的提高是由于光反应速率不变、碳反应增强的结果Dt4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水的光解、O2释放发生在叶绿体类囊体膜上，而不是叶绿体基质中，A错误；t2t3，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错误；t3t4，碳反应增强，一定程度上加快ATP和ADP的
20、转化，同时促进了光反应，C错误；突然停止光照，光反应减弱甚至停止，类囊体膜上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正确。(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。(2)以上各物质变化中，C3和C5含量的变化是相反的，NADPH和ATP含量变化是一致的。 考点三实验：叶绿体中色素的提取和分离实验原理实验流程步骤操作要点说明提取色素研磨无水乙醇：作为提取液，可溶解绿叶中的色素SiO2：使研磨更充分CaCO3：防止研磨时叶绿素受到破坏过滤研磨后用单层尼龙布过滤制备滤纸条剪去两角的滤纸条一端1 cm处用铅笔画一条细线剪去两角
21、以保证色素在滤纸上扩散均匀、整齐，否则会形成弧形色素带画滤液细线用毛细吸管吸取色素滤液，沿铅笔线均匀画一条滤液细线，待滤液干后再画一两次滤液细线要细、直干燥后重复画一两次，使滤液细线既有较多的色素，又使各色素扩散的起点相同色素分离将适量层析液倒入试管插入滤纸条棉塞塞紧试管口实验结果分析色素种类色素颜色色素含量溶解度扩散速度a.胡萝卜素橙黄色最少最高最快b.叶黄素黄色较少较高较快c.叶绿素a蓝绿色最多较低较慢d.叶绿素b黄绿色较多最低最慢实验成功的关键(1)叶片要新鲜、颜色要深绿，含有较多色素。(2)研磨要迅速、充分。叶绿素不稳定，易被活细胞内的叶绿素酶水解。充分研磨使叶绿体完全破裂，提取较多的
22、色素。(3)滤液细线不仅要求细、直，而且要求含有较多的色素，所以要求待滤液干后再重复画12次。(4)滤液细线不能触及层析液，否则色素溶解到层析液中，滤纸条上得不到色素带。1下列与“绿叶中色素的提取和分离”实验有关的叙述，正确的是()A提取绿叶中的色素时只能用无水乙醇溶解色素B研磨叶片后立即加入碳酸钙可防止色素被破坏C叶绿素b在层析液中的溶解度小于类胡萝卜素D不同绿叶中的色素在滤纸条上的色带顺序不同C绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇和丙酮中；叶绿体色素的提取的实验研磨前加入碳酸钙，可以保护叶绿体色素，防止色素被破坏；叶绿素b在层析液中溶解度最小；各色素带顺序是由自身在层析液中的溶解度所决定
23、的，溶解度大，扩散速度快，溶解度小，扩散速度慢，与绿叶种类无关。2(2020威海调研)下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的说法，正确的是()A提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b较多B胡萝卜素处于滤纸条最上方，是因为其在提取液中的溶解度最高C色素带的宽窄反映了色素在层析液中溶解度的大小D滤纸条上没有色素带，说明材料可能为黄化叶片A叶绿体色素中绿色的叶绿素含量约占3/4，所以提取液呈绿色；胡萝卜素在层析液中溶解度最大，在滤纸条上扩散速度最快，所以处于滤纸条最上方；色素带的宽窄反映了色素含量的多少；用黄化叶片进行绿叶中色素提取与分离实验时，滤纸条上仍然会有胡萝卜素和叶黄素的色素带。3(20
24、20泰安模拟)为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，如图为滤纸层析的结果(、为色素条带)。下列叙述正确的是()A强光下的幼苗相比正常光照下的绿色更深B强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成C四种色素在层析液中溶解度大小是；色素分离过程中如果滤液细线触及石油醚，色素会溶解在层析液中，从而不能得到色素带。4利用无水乙醇提取出叶绿体中的色素，设法分离得到各种色素，并将叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素和混合液依次点样在滤纸的1、2、3、4、5位置(如图所示)。当滤纸下方浸入层析液后，滤纸条上各色素正确的位置应为()B在层析液中4种色素的溶解
25、度从大到小的顺序依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，色素溶解度越大，随层析液在滤纸上扩散的速度越快，混合液中含4种色素，扩散后在滤纸条上形成4条色素带。5如图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。据图判断下列说法错误的是()A由图可知，类胡萝卜素主要吸收400500 nm波长的光B用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度C由550 nm波长的光转为670 nm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420470 nm波长的光的利用量显著减少C类胡萝卜素主要吸收400500 nm波长的光；据图可知，用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于
26、提高光合作用强度；由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，光合色素吸收光能增强，光反应增强，C3的还原加速，叶绿体中C3的量将减少；叶绿素b主要吸收420470 nm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。6将在黑暗中放置一段时间的叶片均分成4小块，分别置于不同的试管中，按下表进行实验处理，其中着色最浅的叶片所在的试管是()试管编号实验处理CO2溶液光照白光蓝光红光绿光碘液注：“”表示具有该条件。A BC DD在不同的光照条件下，光合作用强度不同，叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光几乎不吸收，故在白光下，叶片光合作用最强，经碘液处理后，着色最深；绿光下
27、，叶片光合作用最弱，着色最浅。7如图表示用韭菜宿根进行的相关对照实验流程。下列叙述错误的是()A提取色素时，要加入SiO2和CaCO3进行充分研磨B色素在滤纸条上分离的原因是不同色素在无水乙醇中的溶解度不同C实验结果可说明叶绿素合成需要光照D实验结果表明韭菜中提取的色素吸收光的种类更多B提取色素时加入SiO2是为了研磨充分，而加入CaCO3是为了防止色素被破坏；色素在滤纸条上分离的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同；在光下和避光条件下实验结果色素带不同，可说明叶绿素合成需要光照；实验结果表明韭菜中提取的色素吸收光的种类更多。叶绿体色素的提取与分离实验异常现象分析(1)收集到的滤液绿色过浅未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。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)。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线。(3)滤纸条上看不到色素带忘记画滤液细线。滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。(4)滤纸条上只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏，或所用叶片为“黄叶”。