第16講光合作用與能量轉(zhuǎn)化

考點(diǎn)一綠葉中色素的提取和分離

一、【實(shí)驗(yàn)】綠葉中色素的提取和分離

1.提取綠葉中的色素原理：綠葉中的色素能夠溶解在有機(jī)溶劑無水乙醇（體枳分?jǐn)?shù)100%

酒精）中。

2.分離綠葉中的色素原理：不同色素在層析液中的溶解展不同,溶解度高的隨

層析液在游紙上擴(kuò)散的快，反之則慢，這樣，色素就會(huì)隨著上近一在濾紙上的擴(kuò)散而分

離開。

3.分離方法：紙層析法。

4.實(shí)驗(yàn)流程

步驟操作要點(diǎn)說明

二氣化硅，酸鈣

置腐①無水乙醇：作為提取液，可溶解綠葉

研磨

提取中的色素

綠葉

色素②sm使研磨更充分

過濾研磨后用單層尼龍布過濾③CaCO；：防止研磨時(shí)葉綠素受到破壞

剪去兩角的濾紙條一端1cm處剪去兩角以保證色素在濾紙上擴(kuò)散出組

制備濾紙條

用鉛筆畫一條細(xì)線整齊，否則會(huì)形成弧形色素帶

用毛細(xì)吸管吸取色素濾液，沿①濾液細(xì)線要細(xì)、直

畫濾液細(xì)線鉛筆線均勾畫一條濾液細(xì)線，②干燥后重復(fù)畫一兩次，使濾液細(xì)線既有

待濾液干后再畫一兩次較多的色素，又使各色素?cái)U(kuò)散的起點(diǎn)相同

Q一棉塞

將適量層析液倒入試管一插入

色素分離//濾液細(xì)線

濾紙條一棉塞塞緊試管口

3——層析液

色素色素?cái)U(kuò)散

色素種類溶解度

顏色含量速度

上___a

實(shí)驗(yàn)結(jié)a.胡蘿卜素橙黃色最少最高最快

==b

果分析cb.葉黃素黃色較少較高較快

下d

c.葉綠素aJ赭IIL綠”人化［上鞋較低較慢

d.葉綠素b黃綠色較多最低最慢

5.實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)及操作目的

過程注意事項(xiàng)操作目的

選新鮮綠色的葉片使濾液中色素含量高

研磨時(shí)加無水乙醇溶解色素

提取

加少量SiCh和CaCO3研磨充分和保護(hù)色素

色素

迅速、充分研磨防止乙醇揮發(fā)，充分溶解色素

盛放濾液的試管管口加棉塞防止乙上揮發(fā)和色素氧化

濾紙預(yù)先干燥處理使層析液在濾紙上快速擴(kuò)散

濾液細(xì)線要細(xì).齊、直使分離出的色素帶平整不重打

分離

增加色素品；使分離出的色素

色素濾液細(xì)線干燥后再畫一兩次

帶清晰分明

濾液細(xì)線不觸及層析液防止色素直接溶解到層析液中

6.提取和分離現(xiàn)象異常原因分析

（1）收集到的濾液綠色過淺原因：

①未加SiO二，研磨不充分；

②使用放置數(shù)天的菠菜葉，濾液色素（葉綠素）含量較低；

③一次加入大量的無水乙醇，提取濃度太低；

（2）濾紙條看不見色素帶原因：

①忘記畫濾液細(xì)線；

②濾液細(xì)線接觸到層析液，且時(shí)間較長，色素全部溶解到層析液中。

考點(diǎn)二綠葉中色素的種類及葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能

1.色素的種類及吸收光譜

葉綠素（占人生）類胡蘿卜素（占」生）

種類

葉綠素a葉綠素b胡蘿卜素葉黃素

顏色J奈UL綠~八作［―黃綠色橙黃色黃色

吸收光譜主要吸收藍(lán)紫光和紅光主要吸收藍(lán)紫光

2.捕獲光能的結(jié)構(gòu)

（1）光合作用的場所是葉綠體。葉綠體增大膜面積方式：類囊體堆疊形成其粒。

（2）吸收光能的四種色素分布在類囊體薄膜上;與光合作用有關(guān)的酶分布在_委

囊體薄膜上和葉綠體基質(zhì)中o

3.探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)

科學(xué)家實(shí)驗(yàn)過程及現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論

在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或光合作用釋放的（）2中的氧元素來自水；

希爾其他氧化劑（懸浮液中有水，沒有二氧氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成丕是（填“是”

化碳），在光照下可以釋放出氧氣或“不是”）同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)

魯賓和H；O+CO2f植物f

光合作用釋放的氧氣來自水

卡門IW+Ct?—植物一。2

在光照下，葉綠體可合成ATP,且這

阿爾農(nóng)水的光解可合成ATP

一過程總是與水的光解相伴隨

4.光合作用的過程

（1）概念：光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把一二氧化碳和水轉(zhuǎn)

化成儲(chǔ)存能量的有機(jī)物，并且釋放出」的過程。

（2）光合作用的過程：

光反應(yīng)過程暗反應(yīng)過程

（3）光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較

——光反應(yīng)暗反應(yīng)

場所類一體的薄腴上葉綠體基質(zhì)中

條件需光不需要光

比0也\H++02+能量；

；

物質(zhì)CO24-C5-^-*2Q

NADP++酎+能量-NADPH；

變化-NADPH、ATP，八八八?八

2c3-T-*(CHO)+C5

ADP+Pi+能量"-ATP刖2

能量光能一ATP和NADPH中的活躍化學(xué)ATP和NADPH中的活躍化學(xué)能

變化能一《皿中的化學(xué)能

考點(diǎn)三光合作用原理的應(yīng)用

五、影響光合作用的因素

1.外界因素：二氧化碳濃度、土壤中水分的多少、光照的強(qiáng)弱、溫度的高低、光的成分等。

2.自身因素：色素含量的多少、酶含量、葉的表面枳o(hù)

3.光照強(qiáng)度與光合作用關(guān)系:

A.葡萄糖的有氧呼吸過程中，水的生成發(fā)生在線粒體外膜

B.細(xì)胞膜上參與主動(dòng)運(yùn)輸?shù)腁TP酶是一種跨膜蛋白

C.溶酶體膜蛋白高度糖基化可保護(hù)自身不被睡水解

D.葉綠體的類囊體膜上分布著光合色素和蛋白質(zhì)

【答案】A

【詳解】

A、葡萄糖的有氧呼吸過程中，水的生成發(fā)生在有氧呼吸第三階段，場所是線粒體內(nèi)膜，A

錯(cuò)誤；

B、真核細(xì)胞的細(xì)胞膜上參與主動(dòng)運(yùn)輸?shù)腁TP酶是一種跨膜蛋白，該類蛋白發(fā)揮作用時(shí)可催

化ATP水解，為跨膜運(yùn)輸梃供能量，B正確；

C、溶酶體內(nèi)有多種水解酸，能溶解衰老、損傷的細(xì)胞器，溶酶體膜蛋白高度糖基化可保護(hù)

自身不被酶水解，C正確；

D、葉綠體的類囊體膜是光反應(yīng)的場所，其上分布著光合色素和蛋白質(zhì)（酶等），利于反應(yīng)

進(jìn)行，D正確。

2.（2021?遼寧?高考真題）植物工廠是通過光調(diào)控和通風(fēng)控溫等措施進(jìn)行精細(xì)管理的高效農(nóng)

業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，常采用無土栽培技術(shù)。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（）

A.可根據(jù)植物牛.長特點(diǎn)調(diào)控光的波長和光照強(qiáng)度

B.應(yīng)保持培養(yǎng)液與植物根部細(xì)胞的細(xì)胞液濃度相同

C.合理控制晝夜溫差有利于提高作物產(chǎn)量

D.適時(shí)通風(fēng)可提高生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)的CO2濃度

【答案】B

【詳解】

A、不同植物對(duì)光的波長和光照強(qiáng)度的需求不同，可可根據(jù)植物生長特點(diǎn)調(diào)控光的波長和光

照強(qiáng)度，A正確；

B、為保證植物的根能夠正常吸收水分，該系統(tǒng)應(yīng)控制培養(yǎng)液的濃度小于植物根部細(xì)胞的細(xì)

胞液濃度，B錯(cuò)誤；

C、適當(dāng)提高白天的溫度可以促進(jìn)光合作用的進(jìn)行，讓植物合成更多的有機(jī)物，而夜晚適當(dāng)

降溫則可以抑制其呼吸作用，使其少分解有機(jī)物，合理控制晝夜溫差有利于提高作物產(chǎn)量，

C正確：

D、適時(shí)通風(fēng)可提高生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)的CO2濃度，進(jìn)而提高光合作用的速率，D正確。

3.（2021?北京?高考真題）將某種植物置于高溫環(huán)境（HT）下生長一定時(shí)間后，測定HT植

株和生長在正常溫度（CT）下的植株在不同溫度下的光合速率，結(jié)果如圖。由圖不能得出的

結(jié)論是（）

4

G

帝S3

Z.

駕U.

.D2

重

G一

8L

U1

)E

01020304050

.1|-葉片溫度（℃）

A.兩組植株的CO2吸收速率最大值接近

B.35團(tuán)時(shí)兩組植株的真正（總）光合速率相等

C.50團(tuán)時(shí)HT植株能積累有機(jī)物而CT植株不能

D.HT植株表現(xiàn)出對(duì)高溫環(huán)境的適應(yīng)性

【答案】B

【詳解】

A、由圖可知，CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致，都接近于3nmol??cm2?s1

A正確；

B、CO2吸收速率代表凈光合速率，而總光合速率=凈光合速率+呼吸速率。由圖可知35自時(shí)兩

組植株的凈光合速率相等，但呼吸速率未知，故35團(tuán)時(shí)兩組植株的真正（總）光合速率無法

比較，B錯(cuò)誤；

C、由圖可知，50團(tuán)時(shí)HT植株的凈光合速率大于零，說明能積累有機(jī)物，而CT植株的凈光

合速率不大于零，說明不能積累有機(jī)物，C正確；

D、由圖可知，在較高的溫度下HT植株的凈光合速率仍大于零，能積累有機(jī)物進(jìn)行生長發(fā)

育，體現(xiàn)了HT植株對(duì)高溫環(huán)境較適應(yīng)，D正確。

4.（2021?浙江?高考真題）滲透壓降低對(duì)菠菜葉綠體光合作用的影響如圖所示，圖甲是不同

山梨醇濃度對(duì)葉綠體完整率和放氧率的影響，圖乙是兩種濃度的山梨醇對(duì)完整葉綠體ATP

含量和放氧量的影響。C5以HCO3形式提供，山梨醇為滲透壓調(diào)節(jié)劑，0.33mokLI時(shí)葉綠

體處于等滲狀態(tài)。據(jù)圖分析，下列敘述錯(cuò)誤的是（）

1

0000

葉綠體完整率80

(80

興6060

)40

40(

阱20

20興

整)

培

聯(lián)

上

0150210.270.33

山梨酥濃度(mol

甲

0.35pmolL1工(

(7

21喉

喉6山梨醇ATP18

疑

噤O.6

1U5t

+51

=J：165nmolLL

一4O6.

±山梨醇ATPo

導(dǎo)

。,07

3_1O

￡0.33pmolL,04

32山梨醇放筍O)

)101W

O

*1

?(J.165nmolL'1崛

和

0,山梨醇放氧整

r-w

-1遮光1234567

時(shí)間(mm)

乙

A.與等滲相比，低滲對(duì)完整葉綠體ATP合成影響不大，光合速率大小相似

B.滲透壓不同、葉綠體完整率相似的條件下，放氧率差異較大

C.低滲條件下，即使葉綠體不破裂，卡爾文循環(huán)效率也下降

D.破碎葉綠體占全部葉綠體比例越大，放氧率越低

【答案】A

【詳解】

A、根據(jù)分析，由圖甲可知，與等滲相比，低滲對(duì)完整葉綠體ATP合成影響不大，但放氧率

較低，放氧率可以代表光合速率，故說明低滲條件下光合速率較低，A錯(cuò)誤；

B、根據(jù)分析，由圖乙可知，滲透壓不同、葉綠體完整率相似的條件下，放氧率差異較大，

B正確；

C、由圖甲可知，低滲條件下，即使葉綠體完整率沒有明顯降低的范圍內(nèi)，葉綠體放氧率仍

明顯降低.即光反應(yīng)速率卜.降.影響了喑反應(yīng)，即卡爾文循環(huán)效率下降，C正確：

D、由圖甲可以看出，低滲條件下葉綠體完整率越低，放氧率也越低，D正確。

5.（2021?湖南?高考真題）綠色植物的光合作用是在葉綠體內(nèi)進(jìn)行的?系列能量和物質(zhì)轉(zhuǎn)化

過程。下列敘述錯(cuò)誤的是（）

A.弱光條件下植物沒有02的釋放，說明未進(jìn)行光合作用

B.在暗反應(yīng)階段，C5不能直接被還原

c.在禾谷類作物開花期剪掉部分花穗，葉片的光合速率會(huì)暫時(shí)卜.降

D.合理密植和增施有機(jī)上能提高農(nóng)作物的光合作用強(qiáng)度

【答案】A

【詳解】

A、弱光條件下植物沒有氧氣的釋放，有可能是光合作用強(qiáng)度小于或等于呼吸作用強(qiáng)度，光

合作用產(chǎn)生的氧氣被呼吸作用消耗完，此時(shí)植物雖然進(jìn)行了光合作用，但是沒有氧氣的釋放,

A錯(cuò)誤；

B、二氧化碳性質(zhì)不活潑，在暗反應(yīng)階段，一個(gè)二氧化碳分子被一個(gè)Cs分子固定以后，很快

形成兩個(gè)C3分子，在有關(guān)酶的催化作用下，C3接受ATP釋放的能量并且被［H］還原，因此二

氧化碳不能直接被還原，3正確；

C、在禾谷類作物開花期減掉部分花穗，光合作用產(chǎn)物輸出受阻，葉片的光合速率會(huì)暫時(shí)下

降，C正確；

D、合理密植可以充分利川光照，增施有機(jī)肥可以為植物提供礦質(zhì)元素和二氧化碳，這些措

施均能提高農(nóng)作物的光合作用強(qiáng)度，D正確；

6.（2021?廣東?高考真題）在高等植物光合作用的卡爾文循環(huán)中，唯一催化CO2固定形成C3

的酶被稱為Rubiscoo下列敘述正確的是（）

A.Rubisco存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中

B.激活Rubisco需要黑暗條件

C.Rubisco催化C02固定需要ATP

D.Rubisco催化C5和C02結(jié)合

【答案】D

【詳解】

A、Rubisco參與植物光合作用過程中的暗反應(yīng)，暗反應(yīng)場所在葉綠體基質(zhì)，故Rubisco存在

于葉綠體基質(zhì)中，A錯(cuò)誤；

B、暗反應(yīng)在有光和無光條件下都可以進(jìn)行，故參與暗反應(yīng)的隨Rubisco的激活對(duì)光無要求,

B錯(cuò)誤：

C、Rubisco催化C02固定不需要ATP,C錯(cuò)誤；

D、Rubisco催化二氧化碳的固定，即Cs和C02結(jié)合生成C3的過程，D正確。

7.（2021?廣東?高考真題）與野生型擬南芥WT相比，突變體〃和/2在正常光照條件下，葉

綠體在葉肉細(xì)胞中的分布及位置不同（圖a,示意圖），造成葉綠體相對(duì)受光面積的不同（圖

b）,進(jìn)而引起光合速率差異，但葉綠素含量及其它性狀基本一致。在不考慮葉綠體運(yùn)動(dòng)的前

提下，下列敘述錯(cuò)誤的是（）

A.12比"具有更高的光飽和點(diǎn)（光合速率不再隨光強(qiáng)坤加而增加時(shí)的光照強(qiáng)度）

B.〃比，2具有更低的光補(bǔ)償點(diǎn)（光合吸收C02與呼吸釋放CCh等量時(shí)的光照強(qiáng)度）

C.三者光合速率的高低與葉綠素的含量無關(guān)

D.三者光合速率的差異隨光照強(qiáng)度的增加而變大

【答案】D

【詳解】

A、圖1可知，匕較多的葉綠體分布在光照下，t2較少的葉綠體分布在光照下，由此可推斷,

t2比t1具有更高的光飽和點(diǎn)（光合速率不再隨光強(qiáng)增加而增加時(shí)的光照強(qiáng)度），A正確；

B、圖1可知，匕較多的葉綠體分布在光照下，t2較少的葉綠體分布在光照下，由此可推斷,

ti比t2具有更低的光補(bǔ)償點(diǎn)（光合吸收C02與呼吸釋放C02等量時(shí)的光照強(qiáng)度），B正價(jià)；

C、通過題干信息可知，三者的葉綠素含量及其它性狀基本一致，由此推測，三者光合速率

的高低與葉綠素的含量無關(guān)，C正確；

D、三者光合速率的差異，在一定光照強(qiáng)度下，隨光照強(qiáng)度的增加而變大，但是超過光的飽

和點(diǎn)，再增大光照強(qiáng)度三者光合速率的差異不再變化，D錯(cuò)誤。

8.（2020?江蘇?高考真題）采用新鮮菠菜葉片開展"葉綠體色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)，下列敘

述錯(cuò)誤的是（）

A.提取葉綠體色素時(shí)可用無水乙醇作為溶劑

B.研磨時(shí)加入CaCCh可以防止葉綠索被氧化破壞

C.研磨時(shí)添加石英砂有助于色素提取

D.畫濾液細(xì)線時(shí)應(yīng)盡量減少樣液擴(kuò)散

【答案】B

【詳解】

A、綠葉中的色素能夠溶解在有機(jī)溶劑無水乙醉中，因而可以用無水乙醇提取綠葉中的色素,

A正確；

B、研磨時(shí)需要加入碳酸鈣（CaCO3）,可防止研磨時(shí)色素被破壞，B錯(cuò)誤；

C、研磨時(shí)加入少許石英砂（SiO2）有助于充分研磨，利于破碎細(xì)胞使色素釋放，C正確；

D、畫濾液細(xì)線時(shí)應(yīng)盡量減少濾液擴(kuò)散，要求細(xì)、直、齊，才有利于色素均勻地分離，D正

確。

9.（2020?天津?高考真題）研究人員從菠菜中分離類囊體，將其與16種酶等物質(zhì)一起用單

層脂質(zhì)分子包裹成油包水液滴，從而構(gòu)建半人工光合作月反應(yīng)體系。該反應(yīng)體系在光照條件

下可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的CO2固定與還原，并不斷產(chǎn)生有機(jī)物乙醒酸。下列分析正確的是（）

A.產(chǎn)生乙醇酸的場所相當(dāng)于葉綠體基質(zhì)

B.該反應(yīng)體系不斷消耗的物質(zhì)僅是CO2

C.類囊體產(chǎn)生的ATP和02參與COZ固定與還原

D.與葉綠體相比，該反應(yīng)體系不含光合作用色素

【答案】A

【詳解】

A、乙醇酸是在光合作用暗反應(yīng)產(chǎn)生的，暗反應(yīng)場所在葉綠體基質(zhì)中，所以產(chǎn)生乙醉酸的場

所相當(dāng)于葉綠體基質(zhì)，A正確；

B、該反應(yīng)體系中能進(jìn)行光合作用整個(gè)過程，不斷消耗的物質(zhì)有CCh和比。，B錯(cuò)誤；

C、類囊體產(chǎn)生的ATP參與C3的還原，產(chǎn)生的02用于呼吸作用或釋放到周圍環(huán)境中，C錯(cuò)誤;

D、該體系含有類囊體，而類囊體的薄膜上含有光合作用色素，D錯(cuò)誤。

10.（2020?浙江?高考真題）將某植物葉片分離得到的葉綠體，分別置于含不同蔗糖濃度的

反應(yīng)介質(zhì)溶液中，測顯其光合速率，結(jié)果如圖所示。圖中光合速率用單位時(shí)間內(nèi)單位葉綠素

含量消耗的二氧化碳量表示。下列敘述正確的是（）

A.測得的該植物葉片的光合速率小于該葉片分離得到的葉綠體的光合速率

B.若分離的葉綠體中存在一定比例的破碎葉綠體，測得的光合速率與無破碎葉綠體的相比,

光合速率偏大

C.若該植物較長時(shí)間處于遮陰環(huán)境，葉片內(nèi)蔗糖濃度與光合速率的關(guān)系與圖中BC段對(duì)應(yīng)

的關(guān)系相似

D.若該植物處于開花期，人為摘除花朵，葉片內(nèi)蔗糖濃度與光合速率的關(guān)系與圖中AB段

對(duì)應(yīng)的關(guān)系相似

【答案】A

【詳解】

A、測得植物葉片的光合速率是葉片的總光合速率減去葉片的呼吸速率，而分離得到的葉綠

體的光合速率，就是總光合速率，A正確；

B、破碎葉綠體，其葉綠素釋放出來，被破壞，導(dǎo)致消耗二氧化碳減少，測得的光合速率與

無破碎葉綠體的相比，光合速率偏小，B錯(cuò)誤：

C、若該植物較長時(shí)間處于遮陰環(huán)境，光照不足，光反應(yīng)減弱，影響碳反應(yīng)速率，蔗糖合成

一直較少，C錯(cuò)誤：

D、若該植物處于開花期，人為摘除花朵，葉片光合作用產(chǎn)生的蔗糖不能運(yùn)到花瓣，在葉片

積累，光合速率下降，葉片內(nèi)蔗糖濃度與光合速率的關(guān)系與圖中BC段對(duì)應(yīng)的關(guān)系相似，D

錯(cuò)誤。

二、解答題

11.（2021?江蘇?高考真題）線粒體對(duì)維持旺盛的光合作用至關(guān)重要。下圖示葉肉細(xì)胞中部

分代謝途徑，虛線框內(nèi)示"草酰乙酸/蘋果酸穿梭〃，請據(jù)圖何答下列問題。

⑴葉綠體在—上將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能，參與這一過程的兩類色素是o

⑵光合作用時(shí)，CO2與