【备考2026】高考生物一轮复习资源：第3单元 第12课时 捕获光能的色素和结构及光合作用原理的探索（课件）

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说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。
考点一　捕获光能的色素和结构
考点二　光合作用原理的探索
1.绿叶中色素的提取和分离
2.色素的分布和作用(1)分布：叶绿体 上。(2)作用：吸收、传递、转化光能。(3)吸收光谱：一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。叶绿素对 的吸收量大，类胡萝卜素对 的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量 。
源于必修1 P99“图5－12”“旁栏思考”及P101“拓展应用”(1)从叶绿素吸收光谱图可知：叶绿素a在红光部分的吸收光谱带较叶绿素b偏向长波方面，且吸收光谱带比叶绿素b宽，叶绿素b在蓝紫光部分的吸收光谱带比叶绿素a (填“宽”或“窄”)。(2)研究表明：在遮光条件下，以蓝紫光为主的散光占比增加。请预测：在适当遮光的条件下叶片(比如同一植物底层叶片)中叶绿素a/b ，弱光下的吸光能力 ，有利于提高植物的捕光能力，是对弱光环境的一种适应。
(3)海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？请根据材料作答。材料　藻类中色素种类及光在海水中的分布
提示　这种现象与光能的捕获有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光，藻类本身的颜色是它们“反射”的光。
3.叶绿体的结构和功能
恩格尔曼实验设计的4点巧妙之处(1)实验材料选得妙：实验材料选择水绵和需氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察；利用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。(2)排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境，排除了空气中氧气和光的干扰。(3)观测指标设计得妙：用极细的光束点状投射，叶绿体上可分为获得光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验。(4)实验对照设计得妙：进行黑暗(局部光照)和曝光对照实验，明确实验结果完全是由光照引起的。
(1)氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素(2023·全国乙，2A)(　　)(2)叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢(2023·全国乙，2D)(　　)
提示　叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越快。
(3)某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，研磨时用水补充损失的提取液(2024·广东，3B)(　　)
提示　光合色素溶于有机溶剂，提取液为无水乙醇。
(4)某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，将两组滤纸条置于同一烧杯中层析，用过的层析液直接倒入下水道(2024·广东，3CD)(　　)
提示　由于滤纸条不会相互影响，层析液的成分相同，两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层析；用过的层析液含有石油醚、丙酮和苯，不能直接倒入下水道。
(5)纸层析法分离叶绿体色素时，以多种有机溶剂的混合物作为层析液(2021·河北，3C)(　　)
考向一　捕获光能的色素和结构1.(2024·贵州，3)为探究不同光照强度对叶色的影响，取紫鸭跖草在不同光照强度下，其他条件相同且适宜，分组栽培，一段时间后获取各组光合色素提取液，用分光光度法(一束单色光通过溶液时，溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比)分别测定每组各种光合色素含量。下列叙述错误的是A.叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素B.分离提取液中的光合色素可采用纸层析法C.光合色素相对含量不同可使叶色出现差异D.测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段
2.(2023·江苏，12)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验的叙述，合理的是A.用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现色素带重叠C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带，花青素位于叶绿素a、b之间
考向二　叶绿素合成的问题分析3.请回答关于叶绿素合成的问题(1)(2022·湖南，17节选)将纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床，作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8～10 μml/(s·m2)时，固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量；日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒，浸种1天后，播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中，保湿透气，昼/夜温为35 ℃/25 ℃，光照强度为2 μml/(s·m2)，每天光照时长为14小时。在此条件下，该水稻种子_____(填“能”或“不能”)萌发并成苗(以株高≥2厘米，至少1片绿叶视为成苗)，理由是_____________________________________________________________________________________________________________。
种子萌发形成幼苗的过程中，消耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物，且光照有利于叶片叶绿素的形成
(2)(2024·湖南，17节选)钾是植物生长发育的必需元素，主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明，缺钾导致某种植物的气孔导度下降，使CO2通过气孔的阻力增大；Rubisc的羧化酶(催化CO2的固定反应)活性下降，最终导致净光合速率下降。长期缺钾导致该植物的叶绿素含量______，从叶绿素的合成角度分析，原因是____________________________________________________________________________________________________________________(答出两点即可)。
缺钾会使叶绿素合成相关酶的活性降低；缺钾会影响细胞的渗透调节，进而影响细胞对Mg、N等元素的吸收，使叶绿素合成减少
(3)(2022·辽宁，22节选)浒苔是形成绿潮的主要藻类。绿潮时浒苔堆积在一起，形成大量的“藻席”，造成生态灾害。为研究浒苔疯长与光合作用的关系，进行如下实验：测定三个样品的叶绿素含量，结果见表。
数据表明，取自“藻席”下层的样品叶绿素含量最高，这是因为___________________________________________。
下层阳光少，需要大量叶绿素来捕获少量的阳光
影响叶绿素合成的三大因素
探索光合作用的部分实验
暗反应中碳的转化和去向研究得益于纸层析法的发明和放射性同位素的研究，卡尔文及其同事用14CO2饲养单细胞小球藻，观察光合作用过程中碳的转化和去向，从而揭示了光合作用暗反应的过程。如图为卡尔文等研究的主要流程，请回答下列问题：
(1)卡尔文等人用沸腾的乙醇杀死细胞，目的是 。(2)随后通过双向纸层析分离小球藻中的有机物。对代谢物纸层析的原理是什么？
提示　在层析液中溶解度越大的物质，在滤纸上扩散得越快，反之则越慢。
(3)点样处位于滤纸的左下角；双向纸层析是第一次层析后，将滤纸旋转90°进行第二次层析的方法；层析液中溶解度越大的物质在滤纸上扩散得越快。据图分析两次层析过程中使用了 (填“相同”或“不同”)的层析液，判断依据是___________________________________________ 。
有的斑点在层析液A中的扩散距离无明显差异，
而在层析液B中差异明显
(4)与单向纸层析相比，双向纸层析的优点是什么？
提示　将第一次层析重叠或距离较近的物质通过第二次层析彻底分离。
(5)如图为小球藻同化14CO2不同时间的放射自显影图。根据实验结果请对“尿苷二磷酸葡萄糖、磷酸丙糖、PGA(C3)”三种物质出现的先后顺序进行排序 。
PGA→磷酸丙糖→尿苷二磷酸葡萄糖
考向三　光合作用原理的探究4.(2025·龙岩检测)卡尔文将14C标记的CO2通入正在进行光合作用的小球藻培养液中，然后在培养后不同时间(0.5 s、3 s、10 s等)将培养液迅速倾入热乙醇中以杀死细胞，最后利用层析法和放射自显影技术进行物质的分离和鉴定，实验结果如图。下列相关分析不正确的是A.用14C标记CO2可排除细胞中原有物质的干扰B.热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行C.推测暗反应的初产物可能是3-磷酸甘油酸D.可依据放射性的强弱推测出暗反应的过程
5.(2024·潜江模拟)实验中常用希尔反应来测定除草剂对杂草光合作用的抑制效果。希尔反应基本过程：将黑暗中制备的离体叶绿体加到含有DCIP(氧化型)、蔗糖和磷酸缓冲液(pH＝7.3)的溶液中并照光。水在光照下被分解，产生氧气等，溶液中的DCIP被还原，颜色由蓝色变成无色。用不同浓度的某除草剂分别处理品种甲和品种乙杂草的离体叶绿体并进行希尔反应，实验结果如图所示。下列叙述错误的是A.相同浓度除草剂处理下，单位时间内溶液颜色变化慢的品种受除草剂抑制效 果更显著B.与品种乙相比，除草剂抑制品种甲类囊体的功能较强C.除草剂浓度为K时，品种乙的叶绿体能合成有机物D.不用除草剂处理时，品种乙的叶绿体放氧速率等于品种甲
一、过教材1.下列关于绿叶中色素的提取和分离的叙述，正确的是A.在绿叶中色素的提取和分离实验中，无水乙醇的作用是提取和分离色素B.二氧化硅的作用是防止研磨过程中色素被破坏，加入碳酸钙的作用是有助于研磨充分C.绿叶中色素的提取和分离实验中，用单层滤纸过滤研磨液以提高色素纯度D.制备滤纸条时用圆珠笔画横线更方便E.为使色素带清晰，画滤液细线后需紧接着重复画线F.滤液细线应该触及层析液，便于色素的溶解和分离G.胡萝卜素含量最少，但在层析液中的溶解度最高H.蓝绿色的色素带最宽，是因为叶绿素b的含量最多I.色素带的宽窄反映了相应色素在层析液中溶解度的大小
2.下列有关捕获光能的色素和结构的叙述中，正确的是A.胡萝卜素和叶黄素主要吸收红光B.如果植物缺少镁，则仅有蓝紫光的吸收会受到影响C.温室或大棚种植蔬菜时为促进植物的光合作用，补充白色光并不是最佳选择D.叶绿体具有双层膜结构，捕获光能的色素位于内膜上E.恩格尔曼实验中用水绵做实验材料是因为其叶绿体呈椭球形便于观察F.恩格尔曼实验中通过同位素示踪法证明了氧气是叶绿体释放出来的G.恩格尔曼实验中实验材料先放在没有空气的黑暗环境中以排除氧气和光的干扰H.恩格尔曼实验中根据产生气泡的位置来确定绿色植物进行光合作用的部位
3.下列关于光合作用的探索实验，叙述错误的是A.恩格尔曼通过实验发现，光合作用时叶绿体主要吸收红光和蓝紫光B.希尔运用同位素标记法证明了叶绿体在光下可释放出氧气C.希尔反应可以证明水的光解产生的O2，全来自水D.希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应E.鲁宾和卡门通过实验证明了光合作用释放的氧气全部来自水F.阿尔农发现叶绿体合成ATP 的过程总是伴随着水的光解G.卡尔文用荧光标记法探明了CO2中的碳如何转移到有机物中
二、过高考1.(2022·广东，18节选)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。
回答下列问题：结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量 ，原因可能是________ 。
下植物合成较多的叶绿素
2.(2024·甘肃，17节选)类胡萝卜素不仅参与光合作用，还是一些植物激素的合成前体。研究者发现了某作物的一种胎萌突变体，其种子大部分为黄色，少部分呈白色，白色种子未完全成熟即可在母体上萌发。经鉴定，白色种子为某基因的纯合突变体。在正常光照下(400 μml·m－2·s－1)，纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失。将野生型和纯合突变体种子在黑暗中萌发后转移到正常光和弱光(1 μml·m－2·s－1)下培养一周，提取并测定叶片叶绿素和类胡萝卜素含量，结果如图所示。回答下列问题：
(1)提取叶片中叶绿素和类胡萝卜素常使用的溶剂是 ，加入少许碳酸钙可以 。(2)野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高，其原因是______ 。
的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成
(3)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子，因为____________________________________________________________________________________________________。(4)现已知此突变体与类胡萝卜素合成有关，本研究中支持此结论的证据有：①纯合体种子为白色；②____________________________________________________________。
纯合突变体叶片中的叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低，光合作用极弱，无法满足植株生长对有机物的需求
与野生型相比，纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量极低(几乎为零)
(1)蓝　类囊体薄膜　C5　糖类　紫外光(2)无水乙醇　叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，选择红光可排除类胡萝卜素的干扰(3)覆盖蓝膜，紫外光透过率低，蓝光透过率高，降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用；与覆盖白膜和绿膜相比，覆盖蓝膜时叶绿素和类胡萝卜素含量都更高，有利于幼苗进行光合作用
一、选择题1.(2024·皖南八校第一次联考)下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的说法，错误的是A.实验选材宜选鲜绿的，光合色素含量高且细胞含水量少的叶片B.滤纸条自上而下第四条色素带为黄绿色的叶绿素bC.色素提取的原理是四种色素在无水乙醇中的溶解度不同D.色素在滤纸条上的扩散速度与其在层析液中的溶解度呈正相关
2.(2025·福建名校联盟联考)羽衣甘蓝因其耐寒性和叶色丰富多变的特点，成为冬季重要的观叶植物。某同学将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样，先后置于层析液和蒸馏水中进行层析，过程及结果如图所示。已知1、2、3、4、5代表不同类型的色素。下列分析正确的是A.分离后的色素3对应的条带颜色为黄绿色B.色素1、2、3、4分布于叶绿体中，色素5 则分布于植物的液泡中C.色素1、2主要吸收红光和蓝紫光，色素3、4主要吸收蓝紫光D.可以使用95%乙醇和无水碳酸钠对色素1、2、3、4进行分离
3.(2024·天津蓟州区一模)如图表示利用纸层析法分离新鲜菠菜叶中光合色素的实验示意图。下列相关叙述正确的是A.实验所用吸水纸的干燥度不影响实验的结果B.①和②对应的色素主要吸收蓝紫光和红光C.①～④对应的色素依次为胡萝卜素、叶黄素、 叶绿素a和叶绿素bD.若在研磨叶片时没有加入二氧化硅，则得不到任何色素环
4.(2024·江苏百校联考)如图所示，测定新鲜菠菜叶片中提取的色素的吸收光谱，下列相关说法正确的是A.吸收光谱中红光和蓝紫光区域 较为明亮，绿光区域较暗B.若在提取色素时没有加入碳酸钙，则吸收光谱的红光区域会变亮C.若在提取色素时研磨不充分，则吸收光谱的红光和蓝紫光区域都变暗D.提取的色素放置一段时间后实验效果变差，主要原因是色素的挥发
5.(2024·皖豫名校联盟联考)叶绿素分子中的Mg2＋容易被H＋替换，导致其分子结构被破坏，因此在进行“光合色素提取和分离”的实验中，要使用适量CaCO3对叶绿素进行保护。下列有关叙述错误的是A.推测叶绿体基质的pH略高于细胞质基质的pHB.以正常生长的紫叶李的叶片为材料无法提取和分离到光合色素C.用缺乏Mg2＋的培养液长期培养植物会使其光合作用能力下降D.实验中每次画滤液细线都要等上一次所画的滤液细线晾干后再进行
6.(2025·重庆渝中区巴蜀中学月考)有科学家提出，由于林冠层上部叶片的遮蔽影响了下部叶片对光的捕获，可通过降低叶片的叶绿素含量以提高林冠层的整体光合作用速率。根据此假设，降低叶片叶绿素含量后，下列叙述错误的是A.红光和蓝紫光可更多地到达林冠层下部叶片B.叶肉细胞中用于合成光合作用相关酶的氮元素减少C.林冠层上部叶片光合速率降低，下部叶片光合速率提高D.改变林冠层的叶片角度也能实现相似的效果
7.叶绿体中的类囊体有两种存在形式。一种是多个垛叠在一起形成基粒；另一种没有发生垛叠，贯穿在两个或两个以上基粒之间，被称为基质类囊体，如图所示。下列叙述错误的是A.两种类囊体相互连接形成了一个连续的膜系统B.两种类囊体的比例会影响叶绿体对光能的捕获和转化C.基粒类囊体的存在可以大大增加受光面积，提高光能利用率D.基质类囊体上镶嵌有许多酶，是进行光合作用暗反应的场所
8.(2024·山东新高考联合体联考)下列关于光合作用探究历程的说法，错误的是A.恩格尔曼的实验直接证明叶绿体吸收光能并释放氧气B.希尔的实验说明水的光解产生氧气，且氧气中的氧元素全部来自水C.阿尔农发现在光照下叶绿体中合成ATP的过程总是与水的光解相伴随D.卡尔文用14C标记CO2，探明了CO2中的碳转化为有机物中碳的途径
9.(2024·襄阳二模)如图所示，将草酸铁(含Fe3＋)加入含有离体叶绿体的溶液中，除去空气并给予适宜的光照后，溶液颜色发生变化并产生氧气。在相同条件下，不添加草酸铁时，则不产生氧气。下列有关论述正确的是A.可通过差速离心法提取叶绿体并置于蒸馏水中保存B.相较于蓝紫光，绿光照射使叶绿体释放氧气量更多C.颜色变化是由于Fe3＋被还原，Fe3＋相当于叶绿体基 质内的NADHD.实验说明叶绿体中氧气的产生过程与糖类的合成过程相对独立
10.(2025·来宾质检)在光合作用发现过程中，科学家卡尔文做出了重要贡献。卡尔文等人在小球藻培养液中通入14CO2，再给予不同的光照时间，然后用甲醇(可杀死小球藻)分别处理并取样，最后根据标记化合物出现情况，确定生成物质的先后次序。下列有关说法正确的是A.在卡尔文的实验过程中，不产生氧气，也不消耗氧气B.该实验过程应该在无氧环境中进行，以排除干扰C.若要确定第一个生成的物质，光照时间应延长D.含有14C的物质，主要存在于叶绿体基质中
11.纸层析法分离叶绿体色素时，迁移率(Rf)可用于各色素的鉴定，迁移率＝色素移动距离/溶剂移动距离。如表是叶绿体中色素层析结果(部分数据，单位：cm)。下列相关叙述正确的是
A.色素3的迁移率(Rf)为0.2，若植物体缺镁，该色素含量会增加B.在层析液中溶解度最小的是色素1，在滤纸条上扩散速度最快的是色素4C.能够吸收蓝紫光的只有色素1和色素2，能够吸收红光的只有色素3和色素4D.该实验所用的层析液中包含苯、丙酮、石油醚等成分
12.研究发现，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。如图为绿叶中色素的吸收光谱，其中②表示叶绿素b，③表示叶绿素a。下列叙述错误的是A.叶片在640～660 nm波长光下释放氧气 主要是叶绿素参与光合作用引起的B.由550 nm波长的光转为670 nm波长的 光后，短时间内叶绿体中C3的量增加C.利用纸层析法分离色素时，②对应的条带离画线处最近D.弱光下②的相对含量增高可能有利于植物对弱光的利用
13.(2022·湖北，12)某植物的2种黄叶突变体表型相似，测定各类植株叶片的光合色素含量(单位：μg·g－1)，结果如表。下列有关叙述正确的是
A.两种突变体的出现增加了物种多样性B.突变体2比突变体1吸收红光的能力更强C.两种突变体的光合色素含量差异是不同基因的突变所致D.叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色
14.(2024·咸宁期末)将黑暗中制备的离体叶绿体加到含有DCIP(蓝色)、蔗糖和磷酸缓冲液(pH为7.3)的溶液中并照光。溶液中的水在光照下被分解，除产生氧气外，产生的另一种物质使溶液中的DCIP被还原，颜色由蓝色变成无色。下列叙述正确的是A.加蔗糖的目的是为叶绿体提供光合作用所需的原料B.使DCIP由蓝色变成无色的物质是还原型辅酶ⅠC.加入DCIP有可能降低叶绿体内C3的消耗速率D.光照下水的分解过程发生在叶绿体内膜和类囊体薄膜上
二、非选择题15.(2024·河北，19)高原地区蓝光和紫外光较强，常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响，研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率，以及覆膜后幼苗光合色素的含量，结果如图、表所示。
回答下列问题：(1)如图所示，三种颜色的膜对紫外光、蓝光和绿光的透过率有明显差异，其中_____光可被位于叶绿体____________上的光合色素高效吸收后用于光反应，进而使暗反应阶段的C3还原转化为_____和_______。与白膜覆盖相比，蓝膜和绿膜透过的________较少，可更好地减弱幼苗受到的辐射。
(2)光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比，选择适当波长的光可对色素含量进行测定。提取光合色素时，可利用__________作为溶剂。测定叶绿素含量时，应选择红光而不能选择蓝紫光，原因是____________________________________________________________________________________________________。
叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，选择红光可排除类胡萝卜素的干扰
(3)研究表明，覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。根据上述检测结果，其原因为_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出两点即可)。
覆盖蓝膜，紫外光透过率低，蓝光透过率高，降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用；与覆盖白膜和绿膜相比，覆盖蓝膜时叶绿素和类胡萝卜素含量都更高，有利于幼苗进行光合作用