第11課時捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)及光合作用的原理課標要求1.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氧氣的過程中，轉(zhuǎn)換并儲存為糖分子中的化學能。2.活動：綠葉中色素的提取和分離。考情分析1.捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)2024·廣東卷，3；2024·甘肅卷，17；2024·貴州卷，3；2024·河北卷，19；2023·全國乙卷，2；2023·海南卷，6；2023·江蘇卷，12；2023·浙江1月選考，23；2023·廣東卷，18；2023·全國甲卷，29；2022·山東卷，212.光合作用的原理2024·山東卷，21；2024·湖南卷，17；2023·江蘇卷，19；2023·湖北卷，8；2023·河北卷，19；2022·湖北卷，12；2022·重慶卷，23命題點一捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)1.綠葉中色素的提取和分離實驗[認知覺醒]某實驗小組的同學為了探究菠菜葉中色素的種類與含量，將新鮮菠菜綠葉中的色素進行分離，提取光合色素，開展相關(guān)實驗，請據(jù)圖回答以下問題。(1)本實驗中提取色素所用試劑為_______________________________________，所選該試劑的依據(jù)是______________________________________________________________________________________________________________________。(2)在用濾紙條分離綠葉中色素的實驗中，所用的分離方法稱為________法，選用此法的原理是________________________，實驗結(jié)果如圖所示，從下到上第三條色素帶的名字是________。(3)色素帶越寬或越深代表________________。色素帶越高代表________________。(4)有同學查閱資料得知，植物體內(nèi)葉綠素含量的多少與不同的植物種類有關(guān)?，F(xiàn)欲探究菠菜、芹菜、油菜三種不同蔬菜體內(nèi)的葉綠素含量的多少，請簡要寫出實驗的主要思路：______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。判斷下列說法的正誤。(1)制備濾紙條時將濾紙條剪去兩角的目的是使色素在濾紙條上擴散時均勻整齊。()(2)用層析液可以提取并分離黑藻葉肉細胞中的光合色素。()(3)提取色素時，需要在研缽內(nèi)加二氧化硅、碳酸鈣和適量的水。()(4)正常情況下，色素分離后濾紙條上色素帶最寬的色素顏色為黃綠色。()(5)綠葉中含量越多的色素，其在濾紙上擴散得越快。()(6)層析時試管口加棉塞的目的是防止層析液揮發(fā)。()[思維提升]實驗改進(1)實驗時應該將濾液滴在a處。(2)在定性濾紙上會出現(xiàn)4個不同顏色的同心圓，最大的圓圈①含有胡蘿卜素，呈現(xiàn)橙黃色；最小的圓圈④含有葉綠素b，呈現(xiàn)黃綠色。2.葉綠體中色素的吸收光譜分析由圖可以看出：[思維拓展]色素的作用除了吸收光能，還有傳遞、轉(zhuǎn)化光能。類胡蘿卜素不吸收紅光。影響葉綠素合成的因素有光照、溫度、無機鹽(N和Mg)等。3.葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進行光合作用(1)葉綠體的結(jié)構(gòu)模式圖圖示葉綠體的結(jié)構(gòu)，圖中標號①②表示外膜、內(nèi)膜，③④⑤依次為________、________、____________。葉綠體基質(zhì)中含有水分、無機鹽和有機物(如糖類、ATP、蛋白質(zhì)、核酸等)。吸收光能的色素分布于________，與光合作用有關(guān)的酶分布在________(填標號)。(2)葉綠體功能的實驗驗證恩格爾曼的實驗示意圖恩格爾曼第二個實驗的示意圖①恩格爾曼實驗在實驗材料的選取上的巧妙之處是________________________________________________________________________________________________________________________________________。②恩格爾曼實驗要在沒有空氣的黑暗環(huán)境中進行的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________。③在第二個實驗中，大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域，為什么？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(1)分離提取液中的光合色素可采用紙層析法。(2024·貴州卷，3B)()(2)研磨時用水補充損失的提取液。(2024·廣東卷，3B)()(3)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·全國乙卷，2D)()(4)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。(2023·江蘇卷，12A)()(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。(2021·河北卷，3C)()(6)依據(jù)吸收光譜的差異對光合色素進行紙層析分離。(2021·北京卷，13C)()(7)提取光合色素的實驗中，研磨時加入CaCO3過量會破壞葉綠素。(2019·江蘇卷，17A)()題型提取和分離葉綠體色素實驗(科學探究)[例1](2024·廣東卷，3)銀杏是我國特有的珍稀植物，其葉片變黃后極具觀賞價值。某同學用紙層析法探究銀杏綠葉和黃葉的色素差別，下列實驗操作正確的是()A.選擇新鮮程度不同的葉片混合研磨B.研磨時用水補充損失的提取液C.將兩組濾紙條置于同一燒杯中層析D.用過的層析液直接倒入下水道[例2](2024·貴州卷，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[例3](2023·江蘇卷，12)下列關(guān)于“提取和分離葉綠體色素”實驗敘述合理的是()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.用紅色莧菜葉進行實驗可得到5條色素帶，花青素位于葉綠素a、b之間綠葉中色素的提取和分離實驗中的誤差分析題型葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能(生命觀念)[例4](2025·河南安陽調(diào)研)葉綠體是植物進行光合作用的場所，下列關(guān)于葉綠體結(jié)構(gòu)與功能的敘述，正確的是()A.葉綠體中的色素的合成都需要Mg2＋和光照B.H2O在光下分解為NADPH和O2的過程發(fā)生在基質(zhì)中C.CO2的固定過程發(fā)生在類囊體薄膜上D.光合作用的產(chǎn)物——淀粉是在葉綠體基質(zhì)中合成的[例5](不定項)(2025·黑龍江哈爾濱月考)高等植物的光合作用依賴光合色素。不同環(huán)境條件下，葉綠素a和葉綠素b之間可以相互轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化稱為“葉綠素循環(huán)”。研究發(fā)現(xiàn)，在適當遮光條件下，葉綠素a/葉綠素b的值會降低，以適應環(huán)境。如圖是①②兩種葉綠素的吸收光譜。下列關(guān)于葉綠素的敘述，錯誤的是()A.圖中①和②主要分布在葉綠體的內(nèi)膜上B.利用紙層析法分離色素時，①應位于濾紙條的最下端C.植物葉片呈現(xiàn)綠色是由于①②主要吸收綠光D.弱光下①的相對含量增高有利于植物對弱光的利用命題點二光合作用的原理1.探索光合作用原理的部分實驗(連線)①希爾的實驗說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應，原因是水的光解實驗是在沒有CO2的情況下進行的，沒有碳參與反應，而糖的合成需要碳的參與。②魯賓和卡門的實驗用到了同位素標記法，因18O沒有放射性，依據(jù)的是密度不同。③卡爾文的實驗用到了放射性同位素標記法，14C有放射性，可被追蹤檢測。[深度思考](1)光照下卡爾文給小球藻懸浮液通入14CO2，一定時間后殺死小球藻，同時提取產(chǎn)物并分析。實驗發(fā)現(xiàn)，僅僅30s的時間，放射性代謝產(chǎn)物多達幾十種，縮短時間到7s，發(fā)現(xiàn)放射性代謝產(chǎn)物減少到12種。如果要探究CO2轉(zhuǎn)化成的第一個產(chǎn)物是什么，可能的實驗思路是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)希爾的實驗說明水的光解產(chǎn)生氧氣，是否說明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素全部都來自水？__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2.光合作用過程(1)基本過程①填充圖中字母代表的物質(zhì)：a.________，b.________，c.________，d.________，e.________。②水分解為O2和H＋的同時，被葉綠體奪去兩個電子。電子經(jīng)傳遞，可用于NADP＋和H＋結(jié)合形成________。NADPH的中文名稱叫還原型輔酶Ⅱ，其作用有兩點：一是作為活潑的還原劑，參與暗反應階段的化學反應，二是________________供暗反應階段利用。③光合作用的產(chǎn)物有一部分是淀粉，還有一部分是蔗糖。蔗糖可以進入篩管，再通過韌皮部運輸?shù)街仓旮魈帯?2)比較光反應與暗反應①葉綠體中光合色素吸收的光能，一方面用于H2O分解產(chǎn)生氧和NADPH；一方面用于ATP的合成。②水分解為氧和H＋的同時，被葉綠體奪去兩個電子，電子經(jīng)傳遞可用于NADP＋與H＋結(jié)合形成NADPH，NADPH既可作還原劑，又可為暗反應提供能量。③供氫：NADPH④供能：ATP和NADPH(3)光合作用中元素的去向分析H：eq\x(3H2O)eq\o(→,\s\up7(光反應))eq\x(NADP3H)eq\o(→,\s\up7(暗反應))eq\x(（C3H2O）)C：eq\x(14CO2)eq\o(→,\s\up7(CO2的固定))eq\x(14C3)eq\o(→,\s\up7(C3的還原))eq\x(（14CH2O）)[深度思考]給小球藻提供18O2，在小球藻合成的有機物中檢測到了18O，其最可能的轉(zhuǎn)化途徑是________________________________________________________________________________________________________________________________________。3.光合作用和化能合成作用的比較(1)高溫使作物葉綠素降解，光反應生成的NADH和ATP減少。(2023·湖北卷，11D)()(2)植物細胞產(chǎn)生的O2只能來自光合作用。(2021·山東卷，16C)()(3)弱光條件下植物沒有O2的釋放，說明未進行光合作用。(2021·湖南卷，7A)()(4)類囊體產(chǎn)生的ATP和O2參與CO2固定與還原。(2020·天津卷，5C)()(5)藍細菌(藍藻)沒有葉綠體也能進行光合作用。(2019·海南卷，1D)()題型光合作用的探究歷程(生命觀念)[例1](2025·湖南張家界模擬)1941年，美國科學家魯賓和卡門用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中產(chǎn)生的氧氣的來源，實驗部分過程及結(jié)果如圖所示。下列敘述正確的是()A.18O具有放射性，是不穩(wěn)定的同位素，可用于示蹤物質(zhì)運行和變化規(guī)律B.另一組實驗及結(jié)果圖應為：將Heq\o\al(18,2)O換成H2O，CO2換成C18O2，其余不變C.該實驗的預期結(jié)論是光合作用產(chǎn)生的O2中的氧全部來自水D.實驗中小球藻的細胞內(nèi)含有藻藍素和葉綠素，沒有完整的葉綠體[例2](不定項)(2025·吉林長春模擬)如圖所示，將草酸鐵(含F(xiàn)e3＋)加入含有離體葉綠體的溶液中，除去空氣并給予適宜的光照后，溶液顏色發(fā)生變化并產(chǎn)生氧氣。在相同條件下，不添加草酸鐵時，則不產(chǎn)生氧氣。下列有關(guān)論述錯誤的是()A.可通過差速離心法提取葉綠體并置于蒸餾水中保存B.相較于藍紫光，綠光照射使葉綠體釋放氧氣量更大C.顏色變化是由于Fe3＋被還原，F(xiàn)e3＋相當于葉綠體基質(zhì)內(nèi)的NADHD.實驗說明離體葉綠體在適當條件下可發(fā)生水的光解并釋放氧氣題型光合作用過程中的物質(zhì)變化分析(科學思維)[例3](2025·山東淄博模擬)研究發(fā)現(xiàn)，光照條件下，當外界CO2濃度突然降至極低水平時，某植物葉肉細胞中的五碳化合物含量突然上升，三碳化合物含量下降。若在降低CO2濃度的同時停止光照，則不出現(xiàn)上述情況。下列說法正確的是()A.葉肉細胞中的五碳化合物是三碳化合物固定CO2后的產(chǎn)物B.在五碳化合物上升的同時，葉肉細胞中的NADP＋/NADPH上升C.光反應產(chǎn)生的NADPH和ATP能促進五碳化合物的形成D.五碳化合物和三碳化合物間的轉(zhuǎn)化需要光能的直接驅(qū)動“過程法”分析光合作用過程中各物質(zhì)的變化當外界條件(如光照、CO2)突然發(fā)生變化時，分析相關(guān)物質(zhì)含量在短時間內(nèi)的變化：1.(2023·湖北卷，8)植物光合作用的光反應依賴類囊體膜上PSⅠ和PSⅡ光復合體，PSⅡ光復合體含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究發(fā)現(xiàn)，PSⅡ光復合體上的蛋白質(zhì)LHCⅡ，通過與PSⅡ結(jié)合或分離來增強或減弱對光能的捕獲(如圖所示)。LHCⅡ與PSⅡ的分離依賴LHC蛋白激酶的催化。下列敘述錯誤的是()A.葉肉細胞內(nèi)LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光復合體對光能的捕獲增強B.Mg2＋含量減少會導致PSⅡ光復合體對光能的捕獲減弱C.弱光下LHCⅡ與PSⅡ結(jié)合，不利于對光能的捕獲D.PSⅡ光復合體分解水可以產(chǎn)生H＋、電子和O22.(2024·山東卷，21)從開花至籽粒成熟，小麥葉片逐漸變黃。與野生型相比，某突變體葉片變黃的速度慢，籽粒淀粉含量低。研究發(fā)現(xiàn)，該突變體內(nèi)細胞分裂素合成異常，進而影響了類囊體膜蛋白穩(wěn)定性和蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性，而呼吸代謝不受影響。類囊體膜蛋白穩(wěn)定性和蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性檢測結(jié)果如圖所示，開花14天后植株的胞間CO2濃度和氣孔導度如表所示，其中Lov為細胞分裂素合成抑制劑，KT為細胞分裂素類植物