第12課時捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)及光合作用原理的探索

課標說明植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)樘桥c

要求氧氣的過程中，轉(zhuǎn)換并儲存為糖分子中的化學(xué)能。

考情捕獲光能的2024?廣東-T32024?貴州-T32024?江蘇-T202024?河北-T19

分析色素2023?江蘇1122023?全國乙?T22023?海南-T162023?全國甲?T29

考點一捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)

■整合必備知識

1.綠葉中色素的提取和分離

Jr提取原理：有機溶劑（如）能溶解色素

爨、分離原理：各種色素在中的溶解度不同，

溶解度—的隨層析液在濾紙上擴散

得快，反之則慢

:研磨充分

「研磨一法:保護葉綠素

［器翌一過濾:溶解色素

J收集濾液

實

驗制備濾紙條一濾紙條一端剪去兩角:使擴散均勻

爰

畫3液細線—細、齊、直（待濾液干后重畫一到

驟

I”兩次）

八郵月濾紙條插入層析液砧工岳方

鬻"—中，層析液不能觸——

中的色素及濾液細線

色素色索色素擴散

溶解度

——種類顏色含量速度

實胡蘿卜素最少最MJ最快

驗-較少較高較快

結(jié)

果下最多較低較慢

'葉綠素b較多最低最慢

［歸納總結(jié)］實驗異?，F(xiàn)象分析

未加二氧化硅，研磨不充分

一使用放置數(shù)天的綠葉，濾液色素(葉

色

收集的濾液綠素)太少

素

提色素過淺一次加入過量的無水乙醇，提取液濃

取-度太低(正確做法：分次加入少量無

水乙醇提取色素)

一未加碳酸鈣或加入過少，色素分子被

破壞

未經(jīng)干燥處理

濾紙條色

豪雨瓦耳_濾液細線沒有達到細、齊、直的要

色求，使色素擴散不一致

素

分L忘記畫濾液細線

離濾紙條未

出現(xiàn)色素帶L濾液細線接觸到層析液且時間較長,

色素全部溶解在層析液中

2.色素的分布和作用

⑴分布：葉綠體________________上。

⑵作用：吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能。

(3)吸收光譜：一般情況下，光合作用所利用的光都是可見光。葉綠素對的吸收量大，類

胡蘿卜素對的吸收量大，對其他波段的光并非不吸收，只是吸收量________o

吸收光能的百分比/%

100

［教材隱性知識］源于必修1P99”圖5—12”“旁欄思考”及P101“拓展應(yīng)用”

(1)從葉綠素吸收光譜圖可知：葉綠素a在紅光部分的吸收光譜帶較葉綠素b偏向長波方面，且吸收光譜帶

比葉綠素b寬，葉綠素b在藍紫光部分的吸收光譜帶比葉綠素a—(填“寬”或“窄”)。

(2)研究表明：在遮光條件下，以藍紫光為主的散光占比增加。請預(yù)測：在適當遮光的條件下葉片(比如同一

植物底層葉片)中葉綠素a/b,弱光下的吸光能力,有利于提高植物的捕光能力，是對弱光

環(huán)境的一種適應(yīng)。

(3)海洋中的藻類，習(xí)慣上依其顏色分為綠藻、褐藻和紅藻，它們在海水中的垂直分布大致依次是淺、中、

深。這種現(xiàn)象與光能的捕獲有關(guān)嗎？請根據(jù)材料作答。

材料藻類中色素種類及光在海水中的分布

藻類色素種類含量最多的色素分布及主要吸收的光

葉綠素a、葉綠素b、胡蘿葉綠素主要吸收紅光和藍淺水層；主要吸收紅光和

綠藻

卜素、葉黃素紫光，反射綠光藍紫光

葉綠素a、葉綠素c、胡蘿某種葉黃素主要吸收綠光中水層；主要吸收綠光和

褐藻

卜素、6種葉黃素和藍紫光，反射紅黃光藍紫光

葉綠素a、葉綠素d、胡蘿

藻紅素主要吸收藍紫光，

紅藻卜素、葉黃素、藻紅素、深水層；主要吸收藍紫光

反射紅光

藻藍素

3.葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能

「形態(tài)：一般呈扁平的___或

「外表：①___________

-結(jié)構(gòu)-［②:含有與有關(guān)的酶

內(nèi)部③基粒：由堆疊而成，分布有

和與光反應(yīng)有關(guān)的酶

-功能：進行的場所

黑暗中用極細光束照射一需氧細

恩格水綿

-菌集中于葉綠體

爾曼—和需無空氣

實驗一氧細一

完全曝光-需氧細菌分布于葉

證據(jù)菌

綠體____________

［歸納總結(jié)］恩格爾曼實驗設(shè)計的4點巧妙之處

(1)實驗材料選得妙：實驗材料選擇水綿和需氧細菌。水綿的葉綠體呈螺旋帶狀，便于觀察；利用需氧細菌

可確定釋放氧氣多的部位。

(2)排除干擾的方法妙：沒有空氣的黑暗環(huán)境，排除了空氣中氧氣和光的干擾。

(3)觀測指標設(shè)計得妙：用極細的光束點狀投射，葉綠體上可分為獲得光照多和光照少的部位，相當于一組

對照實驗。

(4)實驗對照設(shè)計得妙：進行黑暗(局部光照)和曝光對照實驗，明確實驗結(jié)果完全是由光照引起的。

0判斷正誤

(1)氮元素和鎂元素是構(gòu)成葉綠素分子的重要元素(2023?全國乙，2A)()

(2)葉綠體中的色素在層析液中的溶解度越高，隨層析液在濾紙上擴散得越慢(2023?全國乙，2D)()

⑶某同學(xué)用紙層析法探究銀杏綠葉和黃葉的色素差別，研磨時用水補充損失的提取液(2024?廣東，3B)()

⑷某同學(xué)用紙層析法探究銀杏綠葉和黃葉的色素差別，將兩組濾紙條置于同一燒杯中層析，用過的層析液

直接倒入下水道(2024?廣東，3CD)()

（5）紙層析法分離葉綠體色素時，以多種有機溶劑的混合物作為層析液（202L河北，3cx）

評價遷移應(yīng)用

考向一捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)

1.（2024?貴州，3）為探究不同光照強度對葉色的影響，取紫鴨跖草在不同光照強度下，其他條件相同且適

宜，分組栽培，一段時間后獲取各組光合色素提取液，用分光光度法（一束單色光通過溶液時，溶液的吸光

度與吸光物質(zhì)的濃度成正比）分別測定每組各種光合色素含量。下列敘述錯誤的是（）

A.葉片研磨時加入碳酸鈣可防止破壞色素

B.分離提取液中的光合色素可采用紙層析法

C.光合色素相對含量不同可使葉色出現(xiàn)差異

D.測定葉綠素的含量時可使用藍紫光波段

2.（2023?江蘇，12）下列關(guān)于“提取和分離葉綠體色素”實驗的敘述，合理的是（）

A.用有機溶劑提取色素時，加入碳酸鈣是為了防止類胡蘿卜素被破壞

B.若連續(xù)多次重復(fù)畫濾液細線可累積更多的色素，但易出現(xiàn)色素帶重疊

C.該實驗提取和分離色素的方法可用于測定綠葉中各種色素含量

D.用紅色覽菜葉進行實驗可得到5條色素帶，花青素位于葉綠素a、b之間

考向二葉綠素合成的問題分析

3.請回答關(guān)于葉綠素合成的問題

（1）（2022?湖南，17節(jié)選）將純凈水洗凈的河沙倒入潔凈的玻璃缸中制成沙床，作為種子萌發(fā)和植株生長的基

質(zhì)。某水稻品種在光照強度為8?10「imol/（s-m2）時，固定的CCh量等于呼吸作用釋放的CCh量；日照時長

短于12小時才能開花。將新采收并解除休眠的該水稻種子表面消毒，浸種1天后，播種于沙床上。將沙床

置于人工氣候室中，保濕透氣，晝/夜溫為35℃/25℃,光照強度為2nmol/（s-m2）,每天光照時長為14小時。

在此條件下，該水稻種子（填“能”或“不能”）萌發(fā)并成苗（以株高22厘米，至少1片綠葉視為

成苗），理由是___________________________________________________________________________

（2）（2024?湖南，17節(jié)選）鉀是植物生長發(fā)育的必需元素，主要生理功能包括參與酶活性調(diào)節(jié)、滲透調(diào)節(jié)以及

促進光合產(chǎn)物的運輸和轉(zhuǎn)化等。研究表明，缺鉀導(dǎo)致某種植物的氣孔導(dǎo)度下降，使CCh通過氣孔的阻力增

大；Rubisc。的竣化酶（催化CCh的固定反應(yīng)）活性下降，最終導(dǎo)致凈光合速率下降。長期缺鉀導(dǎo)致該植物的

葉綠素含量,從葉綠素的合成角度分析，原因是

___________________________________________________（答出兩點即可）。

（3）（2022?遼寧，22節(jié)選）滸苔是形成綠潮的主要藻類。綠潮時滸苔堆積在一起，形成大量的“藻席”，造成

生態(tài)災(zāi)害。為研究滸苔瘋長與光合作用的關(guān)系，進行如下實驗：

測定三個樣品的葉綠素含量，結(jié)果見表。

樣品葉綠素a/(mg.g-1)葉綠素b/(mg-g-1)

上層0.1990.123

中層0.2280.123

下層0.6840.453

數(shù)據(jù)表明，取自“藻席”下層的樣品葉綠素含量最高，這是因為

回歸納總結(jié)影響葉綠素合成的三大因素

是影響葉綠素合成的主要條件，一般植物在

光照

黑暗中不能合成葉綠素，因而葉片發(fā)黃

溫度溫度可影響與葉綠素合成有關(guān)的酶的活性，

進而影響葉綠素的合成

必需葉綠素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg將

元素導(dǎo)致葉綠素無法合成，葉片變黃

考點二光合作用原理的探索

■整合必備知識

探索光合作用的部分實驗

（關(guān)鍵設(shè)計或現(xiàn)象）［科學(xué)家）［實驗結(jié)論（觀點））

離體葉綠體的懸浮液中

加入_________________

水在葉綠體中

（懸浮液中有HQ,沒有胃，光3、產(chǎn)生

_），在光照下可以釋

H18OCO

22,2魯賓光合作用釋

向植物一釋放出18。2

和一放的O2來自

提供■HO.C18O

22卡門—

釋放出。2

在光照下，葉綠體合成葉綠體中水的

ATP總是與水的光解相阿車農(nóng)卜光解過程伴隨

伴隨ATP合成

用標記的14co2供小

球藻進行光合作用，追光合產(chǎn)物中的

?卡爾文

蹤檢測放射性:L

“CO2f碳來自co?

1414

C3^（CH2O）

■提升關(guān)鍵能力

暗反應(yīng)中碳的轉(zhuǎn)化和去向研究

得益于紙層析法的發(fā)明和放射性同位素的研究，卡爾文及其同事用14co2飼養(yǎng)單細胞小球藻，觀察光合作用

過程中碳的轉(zhuǎn)化和去向，從而揭示了光合作用暗反應(yīng)的過程。如圖為卡爾文等研究的主要流程，請回答下

列問題：

槳式攪拌機「注入"CO?

燈水X/、球藻?

廬二療電鬻品

沸騰的

用

蒸

發(fā)濃

死

醇殺

乙

縮

L3取出部分D后雙

取

胞并

細

向

層析

謝物

R樣品代

?~~?廠曬干后

鼠一如T旬嗎

檢測放射性位層訴液B層析液A點樣

置和放射量

(1)卡爾文等人用沸騰的乙醇殺死細胞，目的是O

(2)隨后通過雙向紙層析分離小球藻中的有機物。對代謝物紙層析的原理是什么？

(3)點樣處位于濾紙的左下角；雙向紙層析是第一次層析后，將濾紙旋轉(zhuǎn)90。進行第二次層析的方法；層析液

中溶解度越大的物質(zhì)在濾紙上擴散得越快。據(jù)圖分析兩次層析過程中使用了(填“相同”或“不

同”)的層析液，判斷依據(jù)是o

(4)與單向紙層析相比，雙向紙層析的優(yōu)點是什么？

(5)如圖為小球藻同化14co2不同時間的放射自顯影圖。根據(jù)實驗結(jié)果請對“尿昔二磷酸葡萄糖、磷酸丙糖、

PGA(C3)”三種物質(zhì)出現(xiàn)的先后順序進行排序0

丙氨酸蘋果整▲炸鑿*

/谷氨酸Y甘檬酸

用"冬魄，天冬氨酸蘋零酸

丙氨酸

蔗糖，絲氨酸./PEPA一

PEPA

一UA

磷酸丙糖

磷酸產(chǎn)糖(PGA

磷酸糖??磷嬴糖、.

尿甘二磷酸葡萄糖二磷酸糖二磷酸糖

讓小球藻使用14co2同化30s讓小球藻使用14co2同化5s

PGA

I

讓小球藻使用"CO?同化0.5s

■評價遷移應(yīng)用

考向三光合作用原理的探究

4.（2025?龍巖檢測）卡爾文將14c標記的CO2通入正在進行光合作用的小球藻培養(yǎng)液中，然后在培養(yǎng)后不同

時間（0.5s、3s、10s等）將培養(yǎng)

液迅速傾入熱乙醇中以殺死細胞，最后利用層析法和放射自顯影技術(shù)進行物質(zhì)的分離和鑒定，實驗結(jié)果如

圖。下列相關(guān)分析不正確的是（）

3-磷酸甘油酸隨著反應(yīng)時間的延長

\生成的放射性物質(zhì)種類不斷增加

培養(yǎng)0.5s?

檢測到一種放射性物質(zhì)培養(yǎng)6（）s

似囚」次以利1土〃以檢測到多種放射性物質(zhì)

A.用14c標記CO2可排除細胞中原有物質(zhì)的干擾

B.熱乙醇處理的目的是停止光合作用的進行

C.推測暗反應(yīng)的初產(chǎn)物可能是3-磷酸甘油酸

D.可依據(jù)放射性的強弱推測出暗反應(yīng)的過程

5.（2024?潛江模擬）實驗中常用希爾反應(yīng)來測定除草劑對雜草光合作用的抑制效果。希爾反應(yīng)基本過程：將

黑暗中制備的離體葉綠體加到含有DCIP（氧化型）、蔗糖和磷酸緩沖液（pH=7.3）的溶液中并照光。水在光照

下被分解，產(chǎn)生氧氣等，溶液中的DCIP被還原，顏色由藍色變成無色。用不同濃度的某除草劑分別處理品

種甲和品種乙雜草的離體葉綠體并進行希爾反應(yīng)，實驗結(jié)果如圖所示。下列敘述錯誤的是（）

品種乙

I品種甲\.

0K除草劑濃度

A.相同濃度除草劑處理下，單位時間內(nèi)溶液顏色變化慢的品種受除草劑抑制效果更顯著

B.與品種乙相比，除草劑抑制品種甲類囊體的功能較強

C.除草劑濃度為K時，品種乙的葉綠體能合成有機物

D.不用除草劑處理時，品種乙的葉綠體放氧速率等于品種甲

---------------------------查落實固基礎(chǔ)---------------------------

一、過教材

1.下列關(guān)于綠葉中色素的提取和分離的敘述，正確的是（）

A.在綠葉中色素的提取和分離實驗中，無水乙醇的作用是提取和分離色素

B.二氧化硅的作用是防止研磨過程中色素被破壞，加入碳酸鈣的作用是有助于研磨充分

C.綠葉中色素的提取和分離實驗中，用單層濾紙過濾研磨液以提高色素純度

D.制備濾紙條時用圓珠筆畫橫線更方便

E.為使色素帶清晰，畫濾液細線后需緊接著重復(fù)畫線

F.濾液細線應(yīng)該觸及層析液，便于色素的溶解和分離

G.胡蘿卜素含量最少，但在層析液中的溶解度最高

H.藍綠色的色素帶最寬，是因為葉綠素b的含量最多

I.色素帶的寬窄反映了相應(yīng)色素在層析液中溶解度的大小

2.下列有關(guān)捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)的敘述中，正確的是（）

A.胡蘿卜素和葉黃素主要吸收紅光

B.如果植物缺少鎂，則僅有藍紫光的吸收會受到影響

C.溫室或大棚種植蔬菜時為促進植物的光合作用，補充白色光并不是最佳選擇

D.葉綠體具有雙層膜結(jié)構(gòu)，捕獲光能的色素位于內(nèi)膜上

E.恩格爾曼實驗中用水綿做實驗材料是因為其葉綠體呈橢球形便于觀察

F.恩格爾曼實驗中通過同位素示蹤法證明了氧氣是葉綠體釋放出來的

G.恩格爾曼實驗中實驗材料先放在沒有空氣的黑暗環(huán)境中以排除氧氣和光的干擾

H.恩格爾曼實驗中根據(jù)產(chǎn)生氣泡的位置來確定綠色植物進行光合作用的部位

3.下列關(guān)于光合作用的探索實驗，敘述錯誤的是（）

A.恩格爾曼通過實驗發(fā)現(xiàn)，光合作用時葉綠體主要吸收紅光和藍紫光

B.希爾運用同位素標記法證明了葉綠體在光下可釋放出氧氣

C.希爾反應(yīng)可以證明水的光解產(chǎn)生的。2，全來自水

D.希爾的實驗說明水的光解與糖的合成不是同一個化學(xué)反應(yīng)

E.魯賓和卡門通過實驗證明了光合作用釋放的氧氣全部來自水

F.阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)葉綠體合成ATP的過程總是伴隨著水的光解

G.卡爾文用熒光標記法探明了C02中的碳如何轉(zhuǎn)移到有機物中

二、過高考

1.（2022?廣東，18節(jié)選）研究者將玉米幼苗置于三種條件下培養(yǎng)10天后（圖a）,測定相關(guān)指標（圖b）,探究

遮陰比例對植物的影響。

|-0%—|—50%—|—100%—|

遮陰比例

圖a

回答下列問題:

結(jié)果顯示，與A組相比，C組葉片葉綠素含量—，原因可能是

2.(2024?甘肅，17節(jié)選)類胡蘿卜素不僅參與光合作用，還是一些植物激素的合成前體。研究者發(fā)現(xiàn)了某作

物的一種胎萌突變體，其種子大部分為黃色，少部分呈白色，白色種子未完全成熟即可在母體上萌發(fā)。經(jīng)

鑒定，白色種子為某基因的純合突變體。在正常光照下(400nmo卜m^s—1),純合突變體葉片中葉綠體發(fā)育異

常、類囊體消失。將野生型和純合突變體種子在黑暗中萌發(fā)后轉(zhuǎn)移到正常光和弱光(1pmolmNs-1)下培養(yǎng)一

周，提取并測定葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量，結(jié)果如圖所示。回答下列問題：

?J

20-

犯叫匚二I正常光

金15-

黑1匚二)弱光

?0-

?

5

4-

=3.0,2.8

0-『_Q.3J~I.

野生型純合突變體

0-

9.1I------1正常光

8-

6-匚二1弱光

4-

-

22.3

-

0

野生型純合突變體

(1)提取葉片中葉綠素和類胡蘿卜素常使用的溶劑是,加入少許碳酸鈣可以

(2)野生型植株葉片葉綠素含量在正常光下比弱光下高，其原因是o

(3)正常光照條件下種植純合突變體將無法獲得種子，因為。

(4)現(xiàn)已知此突變體與類胡蘿卜素合成有關(guān)，本研究中支持此結(jié)論的證據(jù)有：①純合體種子為白色;

②。

答案精析

考點一整合

1.無水乙醇層析液高二氧化硅碳酸鈣溶于層析液中橙黃色葉黃素黃色葉綠素a藍綠

色黃綠色

2.(1)類囊體薄膜(3)紅光和藍紫光藍紫光較少

教材隱性知識(1)寬(2)降低增強(3)這種現(xiàn)象與光能的捕獲有關(guān)，不同顏色的藻類吸收不同波長的

光，藻類本身的顏色是它們“反射”的光。

3.橢球形球形雙層膜基質(zhì)暗反應(yīng)類囊體色素光合作用被光束照射到的部位所有受光部

位

判斷正誤

⑴J

(2)X［葉綠體中的色素在層析液中的溶解度越高，隨層析液在濾紙上擴散得越快。］

(3)X［光合色素溶于有機溶劑，提取液為無水乙醇。］

(4)X［由于濾紙條不會相互影響，層析液的成分相同，兩組濾紙條可以置于同一個燒杯中層析；用過的層

析液含有石油醵、丙酮和苯，不能直接倒入下水道。］

(5)V

評價

1.D［研磨葉片時，加入二氧化硅有助于研磨充分，加入碳酸鈣可以防止色素被破壞，A正確；由于不同

色素在層析液中的溶解度不同，因此在濾紙上的擴散速度不同，從而達到分離的效果，即紙層析法，B正

確；葉綠素和類胡蘿卜素都可以吸收藍紫光，所以不能用藍紫光波段測定葉綠素含量，D錯誤。］

2.B［用有機溶劑提取色素時，碳酸鈣主要是為了防止酸性物質(zhì)對葉綠素的破壞，A錯誤；若連續(xù)多次重

復(fù)畫濾液細線，色素會隨溶劑無水乙醇擴散，濾液細線變粗，紙層析后色素帶容易重疊，B正確；該實驗

提取和分離色素的方法只能粗略比較不同色素的相對含量大小，不能測定綠葉中各種色素的具體含量，C

錯誤；紅色范菜葉的紅色主要是花青素導(dǎo)致的，花青素能溶解于水、乙醇等極