第10講光與光合作用(Ⅰ)

第10講光與光合作用(Ⅰ)考點一

捕獲光能的色素和葉綠體的結構考點二

光合作用的探究歷程及過程考點三

綠葉中色素的提取和分離目錄1.葉綠體中的色素及色素的吸收光譜知識梳理葉綠素b葉綠素a胡蘿卜素葉黃素考點一

捕獲光能的色素和葉綠體的結構由圖可以看出：(1)葉綠體中的色素只吸收

，而對紅外光和紫外光等不吸收。(2)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，只是吸收量較少?？梢姽饧t光和藍紫光藍紫光2.葉綠體的結構與功能(1)結構模式圖(2)結構外表：①

內部②基質：含有與

有關的酶③

：由類囊體堆疊而成，分布

有

和與光反應有關的酶雙層膜暗反應基粒色素(3)功能：進行

的場所。決定證明光合作用(4)恩格爾曼的實驗：好氧細菌只分布于

被光束照射的部位。葉綠體深度思考(1)為什么葉片一般呈現(xiàn)綠色？提示因為葉綠素對綠光吸收很少，綠光被反射出來，所以葉片呈現(xiàn)綠色。(2)為什么無色透明的大棚中植物的光合效率最高？提示無色透明大棚能透過日光中各種色光，有色大棚主要透過同色光，其他光被其吸收，所以無色透明的大棚中植物的光合效率最高。返回題組一光合色素吸收光譜的分析1.將可見光通過三棱鏡后照射到綠色植物葉片的某種色素提取液上，可獲得該吸收光譜(圖中的數(shù)字表示光的波長，單位為nm，暗帶表示溶液吸收該波長的光后形成的光譜)。則該色素是(

)解題探究A.類胡蘿卜素 B.葉黃素

C.胡蘿卜素 D.葉綠素aD2.如圖表示葉綠體中色素吸收光能的情況。據(jù)圖判斷，以下說法不正確的是(

)A.由圖可知，類胡蘿卜素主要吸收400～500nm波長的光B.用450nm波長的光比600nm波長的光更有利于提高光合作用強度C.由550nm波長的光轉為670nm波長的光后，葉綠體中C3的量增加D.土壤中缺乏鎂時,植物對420～470nm波長的光的利用量顯著減少C解析葉綠體中的色素包括葉綠素和類胡蘿卜素。其中，葉綠素包括葉綠素a和葉綠素b，主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素包括胡蘿卜素和葉黃素，主要吸收藍紫光。從圖中可以看出，該色素主要吸收了紅光和藍紫光，所以該色素為葉綠素a。答案

D解析類胡蘿卜素主要吸收400～500nm波長的光，A正確；據(jù)圖可知，用450nm波長的光比600nm波長的光更有利于提高光合作用強度，B正確；由550nm波長的光轉為670nm波長的光后，色素吸收光能增強，光反應增強，C3還原加速，葉綠體中C3的量將減少，C項錯誤；葉綠素b主要吸收420～470nm波長的光，缺鎂時葉綠素合成減少，所以此波段的光的利用量顯著減少，D正確。答案

C題組二分析光合色素的元素組成與作用3.(2013·新課標Ⅱ，2)關于葉綠素的敘述，錯誤的是(

)A.葉綠素a和葉綠素b都含有鎂元素B.被葉綠素吸收的光可用于光合作用C.葉綠素a和葉綠素b在紅光區(qū)的吸收峰值不同D.植物呈現(xiàn)綠色是由于葉綠素能有效地吸收綠光D解析植物在進行光合作用時主要吸收紅光和藍紫光，由于綠色植物幾乎不吸收綠色光，所以植物的葉片一般呈現(xiàn)綠色。答案

D4.1880年德國科學家恩格爾曼設計了一個實驗研究光合作用的光譜。他將三棱鏡產(chǎn)生的光譜投射到絲狀的水綿體上，并在水綿的懸液中放入好氧細菌，觀察細菌的聚集情況(如圖所示)，他得出光合作用強度在紅光區(qū)和藍光區(qū)最強。這個實驗的思路是(

)A.細菌對不同的光反應不一，細菌聚集多的地方，水綿光合作用強B.好氧細菌聚集多的地方，O2濃度高，水綿光合作用強，則在該種光照射下植物光合作用強C.好氧細菌聚集多的地方，水綿光合作用產(chǎn)生的有機物多，則在該種光照射下植物光合作用強D.聚集的好氧細菌大量消耗光合作用產(chǎn)物——O2，使水綿的光合作用速度加快，則該種光有利于光合作用答案

B解析普通白光經(jīng)三棱鏡折射后，分散成不同色彩的光，在圖(b)中由左到右是按照紅、橙、黃、綠、青、藍、紫分布，好氧細菌分布在氧氣濃度較高的環(huán)境中。圖(a)中，好氧細菌分布多的地方，氧氣濃度高，氧氣來自光合作用中的光反應，因此好氧細菌的分布也體現(xiàn)出光合作用強度的大小，故B項正確。答案

B影響葉綠素合成的因素分析(1)光照：光是影響葉綠素合成的主要條件，一般植物在黑暗中不能合成葉綠素，因而葉片發(fā)黃。(2)溫度：溫度可影響與葉綠素合成有關的酶的活性，進而影響葉綠素的合成。低溫時，葉綠素分子易被破壞，而使葉子變黃。歸納提升返回(3)必需元素：葉綠素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg將導致葉綠素無法合成，葉子變黃。另外，F(xiàn)e是葉綠素合成過程中某些酶的輔助成分，缺Fe也將導致葉綠素合成受阻，葉子變黃?？键c二

光合作用的探究歷程及過程解題探究知識梳理1.光合作用的探究歷程(連線)知識梳理考點二

光合作用的探究歷程及過程思考

(1)普利斯特利實驗結果說服力不強，應如何設計對照實驗？答案

應將點燃的蠟燭和小鼠分別單獨置于玻璃罩內，作為空白對照。(2)薩克斯實驗的自變量、因變量、實驗組、對照組分別是什么？答案

自變量為光的有無，因變量為顏色變化(有無淀粉生成)，實驗組是遮光處理組，對照組為曝光處理組。(3)寫出魯賓和卡門實驗的設計思路。答案

H2O＋C18O2

植物

O2；HO＋CO2

植物

18O2。2.光合作用的過程(1)反應式：(2)過程葉綠體類囊體的薄膜[H]+O2ATP活躍的化學能葉綠體基質(CH2O)ADP+Pi穩(wěn)定的化學能思維診斷(1)光合作用需要的色素和酶均分布在葉綠體基粒和基質中(

)(2)破壞葉綠體外膜后，O2不能產(chǎn)生(2011·浙江，1A)(

)(3)細胞中不能合成ATP的部位是葉綠體中進行光反應的膜結構(2012·北京，1B)(

)(4)光合作用過程中光反應是暗反應進行的前提(

)×√××(5)在其他條件適宜情況下，在供試植物正常進行光合作用時突然停止光照，并在黑暗中立即開始連續(xù)取樣分析，在短時間內，葉綠體中C3和C5化合物含量都迅速增加(2009·海南，15B)(

)(6)H2O在光下分解為[H]和O2的過程發(fā)生在葉綠體基質中(2009·安徽，1B)(

)××返回題組一分析光合作用的探究歷程1.如圖表示較強光照且溫度相同以及水和小球藻的質量相等的條件下，小球藻進行光合作用的實驗示意圖。一段時間后，以下相關比較不正確的是(

)解題探究A.Y2的質量大于Y3的質量B.④中小球藻的質量大于①中小球藻的質量C.②中水的質量大于④中水的質量D.試管①的質量大于試管②的質量答案

C解析

Y1和Y3是O2，Y2和Y4是18O2，因此Y2的質量大于Y3；④中小球藻中含有(CHO)的有機物，而①中小球藻含有(CH2O)的有機物，故④中小球藻質量大于①中的小球藻質量；④和②中的水都為HO，且含量相同，因此質量相等；在試管①和②中原有質量相等的情況下，②中釋放出的是18O2，而①中釋放出的是O2，故剩余質量①大于②。答案

C2.(2013·海南，10)某植物葉片不同部位的顏色不同，將該植物在黑暗中放置48h后，用錫箔紙遮蔽葉片兩面，如圖所示。在日光下照光一段時間，去除錫箔紙，用碘染色法處理葉片，觀察到葉片有的部位出現(xiàn)藍色，有的沒有出現(xiàn)藍色。其中，沒有出現(xiàn)藍色的部位是(

)A.a、b和d B.a、c和eC.c、d和e D.b、c和eB解析部位c、e被錫箔紙遮蓋，所以不能進行光合作用，而a部位為黃白色，沒有葉綠素，不能進行光合作用產(chǎn)生淀粉，所以加碘液不會變藍。答案

B體會探究光合作用歷程的實驗方法(1)在光合作用的探究歷程中，科學家們利用了對照實驗，使結果和結論更加科學、準確。①普利斯特利：缺少空白對照，實驗結果說服力不強。②魯賓和卡門：相互對照，自變量為標記物質(HO與C18O2)，因變量為O2的放射性。③薩克斯：自身對照，自變量為光照(一半曝光、另一半遮光)，因變量為葉片的顏色變化。歸納提升(2)薩克斯在做實驗前，把綠葉放在黑暗中處理一段時間，目的是消耗掉葉片中的營養(yǎng)物質。如果不進行該步操作，結果可能會變?yōu)檎诠馓幰渤霈F(xiàn)藍色，因為其中的營養(yǎng)物質沒有被充分消耗掉。(3)應用普利斯特利的實驗裝置和薩克斯的實驗處理方法可以驗證CO2是光合作用必需的原料，在實驗時應注意對植物做饑餓處理。題組二光合作用的過程分析3.根據(jù)右面光合作用圖解，判斷下列說法正確的是(

)A.⑤過程發(fā)生于葉綠體基質中B.⑥過程發(fā)生于葉綠體類囊體薄膜上C.圖示①～④依次為[H]、ATP、CO2、(CH2O)D.②不僅用于還原C3化合物，還可促進③與C5的結合C解析根據(jù)光合作用的過程判斷①②③④⑤⑥分別表示[H]、ATP、CO2、(CH2O)、光反應和暗反應。光反應發(fā)生在葉綠體的類囊體薄膜上，暗反應發(fā)生在葉綠體的基質中。C3化合物還原過程中需要ATP，CO2固定過程中不需要ATP。答案

C4.如圖是在電子顯微鏡下觀察到的高等植物葉綠體結構模式圖，下列有關敘述錯誤的是(

)A.①和②均為選擇透過性膜B.③上分布有與光反應有關的色素和酶C.在③上形成的產(chǎn)物[H]和ATP進入④中為暗反應提供物質和能量D.④中進行的反應使ATP進入糖類等有機物中D解析

①和②分別表示葉綠體的外膜和內膜，為生物膜，具有選擇透過性；③為基粒，其上分布著光反應所需的色素和酶；光反應的產(chǎn)物[H]和ATP進入④葉綠體基質中，為暗反應提供還原劑氫和能源物質ATP；ATP水解后將活躍的化學能轉變成有機物中穩(wěn)定的化學能，而非直接將ATP轉移到有機物中。答案

D5.(2014·福建，26)氫是一種清潔能源。萊茵衣藻能利用光能將H2O分解成[H]和O2，[H]可參與暗反應，低氧時葉綠體中的產(chǎn)氫酶活性提高，使[H]轉變?yōu)闅錃狻?1)萊茵衣藻捕獲光能的場所在葉綠體的

。解析

(1)在光合作用過程中，葉綠素a等光合色素捕獲光能的過程屬于光反應過程，光合色素分布在葉綠體類囊體的薄膜上，故光反應發(fā)生在葉綠體類囊體薄膜上。類囊體薄膜(2)CCCP(一種化學物質)能抑制萊茵衣藻的光合作用,誘導其產(chǎn)氫。已知缺硫也能抑制萊茵衣藻的光合作用。為探究缺硫對萊茵衣藻產(chǎn)氫的影響,設計完全培養(yǎng)液(A組)和缺硫培養(yǎng)液(B組),在特定條件下培養(yǎng)萊茵衣藻,一定時間后檢測產(chǎn)氫總量。實驗結果：B組>A組，說明缺硫對萊茵衣藻產(chǎn)氫有

作用。為探究CCCP、缺硫兩種因素對萊茵衣藻產(chǎn)氫的影響及其相互關系，則需增設兩實驗組，其培養(yǎng)液為

和

。解析

A組為對照組，產(chǎn)氫量：B組>A組，說明缺硫能促進萊茵衣藻產(chǎn)氫；根據(jù)單一變量原則，研究CCCP對萊茵衣藻產(chǎn)氫的影響時，可將自變量設置為是否添加CCCP，研究缺硫對萊茵衣藻產(chǎn)氫的影響時，可設置完全培養(yǎng)液和缺硫培養(yǎng)液進行對照，而既要研究CCCP和缺硫對萊茵衣藻產(chǎn)氫的影響，又要研究兩者的相互關系，可設置如下四組實驗：

完全培養(yǎng)液缺硫培養(yǎng)液添加CCCP添加CCCP的完全培養(yǎng)液添加CCCP的缺硫培養(yǎng)液不添加CCCP不添加CCCP的完全培養(yǎng)液不添加CCCP的缺硫培養(yǎng)液答案

促進添加CCCP的完全培養(yǎng)液添加CCCP的缺硫培養(yǎng)液(3)產(chǎn)氫會導致萊茵衣藻生長不良，請從光合作用物質轉化的角度分析其原因

。解析光反應產(chǎn)生的[H]和ATP用于暗反應中C3的還原，而產(chǎn)氫則意味著部分[H]轉變?yōu)闅錃?，參與暗反應的[H]減少，會使暗反應產(chǎn)生的有機物減少。萊茵衣藻光反應產(chǎn)生的[H]轉變?yōu)镠2，參與暗反應的[H]減少，有機物生成量減少(4)在自然條件下，萊茵衣藻幾乎不產(chǎn)氫的原因是

，因此可通過篩選高耐氧產(chǎn)氫藻株以提高萊茵衣藻產(chǎn)氫量。解析由題干中信息“低氧時葉綠體中的產(chǎn)氫酶活性提高，使[H]轉變?yōu)闅錃狻笨芍?，氧氣能夠抑制產(chǎn)氫酶的活性。氧氣抑制產(chǎn)氫酶的活性題組三分析條件驟變對光合作用物質含量變化的影響6.(2014·新課標Ⅰ，2)正常生長的綠藻，照光培養(yǎng)一段時間后，用黑布迅速將培養(yǎng)瓶罩上，此后綠藻細胞的葉綠體內不可能發(fā)生的現(xiàn)象是(

)A.O2的產(chǎn)生停止 B.CO2的固定加快C.ATP/ADP比值下降 D.NADPH/NADP＋比值下降B解析正常生長的綠藻，照光培養(yǎng)一段時間，說明綠藻可以正常進行光合作用，用黑布遮光后，改變了綠藻光合作用的條件，此時光合作用的光反應停止，光反應的產(chǎn)物O2、ATP和[H](即NADPH)停止產(chǎn)生，所以A、C、D項所敘述現(xiàn)象會發(fā)生；光照停止，暗反應中C3還原受影響，C5減少，CO2的固定減慢，B項所敘述現(xiàn)象不會發(fā)生。答案

B7.(2013·重慶，6)下圖是水生植物黑藻在光照等環(huán)境因素影響下光合速率變化的示意圖。下列有關敘述，正確的是(

)A.t1→t2，葉綠體類囊體膜上的色素吸收光能增加，基質中水光解加快、O2釋放增多B.t2→t3，暗反應限制光合作用。若在t2時刻增加光照，光合速率將再提高C.t3→t4，光照強度不變，光合速率的提高是由于光反應速率不變、暗反應增強的結果D.t4后短暫時間內，葉綠體中ADP和Pi含量升高，C3化合物還原后的直接產(chǎn)物含量降低D解析水的光解、O2釋放發(fā)生在葉綠體類囊體薄膜上，而不是葉綠體基質中，A項錯誤；t2→t3，限制光合速率的因素為CO2濃度，此時光照充足且恒定，若增加光照，光合速率不會提高，B項錯誤；t3→t4，暗反應增強，一定程度上加快ATP和ADP的相互轉化，同時促進了光反應，C項錯誤；突然停止光照，光反應減弱甚至停止，類囊體薄膜上ATP合成受阻，ATP含量減少，ADP和Pi含量升高，被還原的C3化合物減少，直接產(chǎn)物含量降低，D項正確。答案

D8.如圖是夏季晴朗的一天中，某綠色植物體內C3和C5兩種化合物相對含量的變化曲線圖，有人據(jù)圖做出了如下分析和判斷，其中正確的是(

)A.m表示C5，因為夜間葉綠體不能產(chǎn)生ATP和[H]，C5因缺少ATP不能與CO2結合而積累B.在5～9時，光合作用的最大限制因子是溫度，11～15時最大的限制因子是光照和CO2C.16～20時兩種物質含量變化的主要原因是環(huán)境因素的改變引起植物氣孔開放和ATP、[H]生成減少D.環(huán)境因素的變化引起植物呼吸作用增強產(chǎn)生較多的CO2是16～20時兩種物質含量變化的主要原因答案

C解析必須先讀懂兩條形態(tài)相似、變化相反曲線的意義，運用光合作用過程中物質、能量及影響因素等方面的規(guī)律審題，進行綜合分析，才能正確做出選擇。題干提示兩條曲線是關于光合作用過程中，兩種化合物相對含量的變化，因此，緊扣C3和C5相互轉化的條件和因果關系是解題的出發(fā)點。早上有光照后，光反應產(chǎn)生的ATP和[H]增多，C3被還原而減少，C5則增多；傍晚光照減弱，光反應產(chǎn)生的ATP和[H]減少，C3增多，C5則減少，所以m表示C3，n表示C5。CO2的固定不需要ATP，在5～9時，光合作用的最大限制因子是光照而不是溫度，11～15時光合作用最大的限制因子不是光照，而是CO2。答案

C模型法分析物質的量的變化思維建模特別提醒

(1)以上分析只表示條件改變后短時間內各物質相對含量的變化，而非長時間。(2)以上各物質變化中，C3和C5含量的變化是相反的，[H]和ATP含量變化是一致的。返回考點三綠葉中色素的提取和分離解題探究實驗解讀1.實驗原理(1)提?。喝~綠體中的色素溶于

而不溶于水，可用

等有機溶劑提取色素。(2)分離：各種色素在

中溶解度不同，

的隨層析液在濾紙上擴散得快，反之則慢，從而使各種色素相互分離。實驗解讀有機溶劑無水乙醇層析液溶解度高考點三綠葉中色素的提取和分離2.實驗步驟(1)提取色素：稱取5g的綠葉，剪碎放入研缽中，在研缽中加入少許SiO2和CaCO3、10mL無水乙醇，迅速研磨并用

過濾。(2)制備濾紙條：距剪去兩角的濾紙條一端1cm處用鉛筆畫一條細線。(3)畫濾液細線：用毛細吸管吸取色素濾液，沿鉛筆線均勻地畫一細線，待濾液干后再畫一兩次。單層尼龍布(4)色素分離層析液將適量

倒入試管

插入濾紙條棉塞塞緊試管口(5)觀察結果濾紙條上呈現(xiàn)四條顏色、寬度不同的色素帶葉黃素黃綠色深度思考(1)為什么需要選用新鮮綠色的葉片做實驗材料？提示新鮮綠色的葉片中色素含量高，從而使濾液中色素含量較高，實驗效果明顯。(2)為什么濾液細線要重復畫，且線要細、直？提示重復畫線是為了增加色素的濃度，使分離出的色素帶清晰分明。濾液細線要細、直是為了防止色素帶之間出現(xiàn)重疊。(3)層析時，為什么不能讓濾液細線觸及層析液？提示濾紙條上的濾液細線觸及(或沒入)層析液，會使濾液中的色素溶解于層析液中，濾紙條上得不到色素帶，使實驗失敗。返回題組一綠葉中色素提取與分離的實驗分析1.在做“綠葉中色素的提取和分離”實驗時，甲、乙、丙、丁四位同學對相關試劑的使用情況如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常,他們所得的實驗結果依次應為(

)解題探究試劑甲乙丙丁無水乙醇－＋＋＋水＋－－－CaCO3＋＋－＋SiO2＋＋＋－A.①②③④ B.②④①③C.④②③① D.③②①④答案

B解析解答本題首先要知道表格中各種試劑的作用，然后再分析每位同學所加的試劑。其中乙同學操作完全正確，其他同學與該同學進行對比，分析缺少的試劑并根據(jù)該試劑的作用分析可能出現(xiàn)的實驗結果。無水乙醇為提取劑，色素提取過程不需要水，若加入水會使色素提取液顏色變淺；SiO2的作用是使研磨更充分；CaCO3能保護葉綠素分子。甲同學由于沒有加入提取劑無水乙醇，所以提取液中不會出現(xiàn)色素，色素分離的結果是②；乙同學操作正確，色素分離后得到的色素帶有四條，與④情況相符；丙同學由于未加CaCO3，所以葉綠素含量減少，所得到的色素帶中兩條葉綠素帶比正常的色素帶要窄，對應①；丁同學由于未加SiO2，導致葉片研磨不充分，最終導致各種色素的含量均減少，對應③。答案

B2.某班學生完成對新鮮菠菜葉進行葉綠體中色素的提取和分離實驗時，由于各組操作不同，出現(xiàn)了以下四種不同的層析結果。下列分析錯誤的是(

)A.甲可能是因為研磨時未加入SiO2B.乙可能是因為研磨時未加入CaCO3C.丙可能誤用蒸餾水做提取液和層析液D.丁是正確操作得到的理想結果D解析在色素的提取和分離實驗中，SiO2可使菠菜葉研磨充分，CaCO3可防止葉綠素受到破壞，未加入SiO2和CaCO3時，會發(fā)生甲、乙圖示的現(xiàn)象，A、B正確；丙圖中色素含量基本為零，可能是誤用蒸餾水做提取液和層析液的結果，C正確；丁圖顯示含量最高的是葉黃素，實際上正常綠色葉片中葉綠素a和葉綠素b含量多，D錯誤。答案

D歸納提升綠葉中的色素提取和分離實驗的異?，F(xiàn)象分析(1)收集到的濾液綠色過淺的原因分析①未加二氧化硅(石英砂)，研磨不充分。②使用放置數(shù)天的菠菜葉，濾液中色素(葉綠素)太少。③一次加入大量的無水乙醇，提取濃度太低(正確做法：分次加入少量無水乙醇提取色素)。④未加碳酸鈣或加入過少，色素分子被破壞。(2)濾紙條色素帶重疊：濾紙條上的濾液細線未畫成一條細