版 必修1 第3单元 第3讲 光合作用Ⅰ.docx

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版必修1第3单元第3讲光合作用Ⅰ

第3讲　光合作用（Ⅰ）

考纲要求

全国卷五年考情

1.光合作用的基本过程（Ⅱ）

2017·卷ⅡT29,2017·卷ⅢT3,2016·卷ⅢT2,2016·卷ⅡT4,2015·卷ⅠT29，

2014·卷ⅠT2,2014·卷ⅡT6,2013·卷ⅡT2

2.实验：

叶绿体色素的提取和分离

2016·卷ⅡT4

考点一|捕获光能的色素和叶绿体的结构

（对应学生用书第53页）

[识记—基础梳理]

1．叶绿体中的色素及色素的吸收光谱

由图可以看出：

（1）叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。

（2）叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。

2．叶绿体的结构与功能

（1）结构模式图

（2）结构

决定

（3）功能：

进行光合作用的场所。

[教材边角知识]　必修1　P99“与社会的联系”,温室或大棚种植蔬菜时，最好选择　　　　的玻璃或塑料薄膜，理由是___________________________

________________________________________________________________。

【提示】　无色透明　有色玻璃或塑料薄膜主要透过同色光，其他色光很少或不能透过，光照强度会减弱，不利于光合作用；而无色透明的玻璃或塑料薄膜能透过日光中各种色光，光照强度较大，有利于光合作用的进行

1．叶绿素a和b主要吸收红光和蓝紫光。

（√）

2．液泡中色素吸收的光能用于光合作用。

（×）

【提示】　叶绿体中色素吸收的光能用于光合作用。

3．叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多。

（×）

【提示】　叶片黄化，说明叶绿体中的叶绿素减少，所以吸收红光减少。

4．光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。

（×）

【提示】　基质中有酶分布，但没有色素。

5．光合作用中叶绿素吸收光能不需要酶的参与。

（√）

6．没有叶绿体，细胞不能进行光合作用。

（×）

【提示】　蓝藻细胞没有叶绿体，但含有叶绿素和藻蓝素能进行光合作用。

[理解—深化探究]

1．为什么高等植物的叶片一般呈现绿色？

说出你的理由。

【提示】　因为叶绿体中的色素几乎不吸收绿光，绿光被反射出来，所以叶片一般呈现绿色。

2．入秋后，叶片逐渐变黄，试解释其原因。

【提示】　入秋后，气温逐渐降低，低温可导致叶绿素被破坏，而类胡萝卜素比较稳定，叶片中叶绿素含量减少，类胡萝卜素含量增加，导致叶片变黄。

[运用—考向对练]

考向1　考查色素的种类和作用

1．（2018·山西名校联考）植物光合作用离不开色素，下列关于高等植物细胞内色素的叙述，正确的是（　　）

A．植物细胞内的光合色素有2种

B．植物细胞内的色素都可以参与光合作用

C．植物细胞内的色素都含有镁元素

D．植物细胞内的色素与植物的颜色也有关系

D　[植物细胞叶绿体内有4种光合色素，A错误；植物细胞叶绿体内的色素都可以参与光合作用，而液泡中的色素不可以，B错误；叶绿素a、b分子含有镁元素，胡萝卜素和叶黄素分子不含镁元素，C错误；植物细胞叶绿体内的色素与叶片的颜色有关，液泡中的色素与花、果实的颜色有关，D正确。

]

2．下列有关色素的叙述，正确的是（　　）

A．叶绿素a和叶绿素b分布于叶绿体基质中

B．叶绿素比叶黄素更易溶于层析液

C．叶绿体色素主要吸收绿光和蓝紫光

D．叶绿体色素与[H]和O2的形成有关

D　[光合色素分布于类囊体的薄膜上，A项错误；叶黄素比叶绿素的扩散速度快，说明叶黄素更易溶于层析液，B项错误；叶绿体色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收最少，C项错误；水光解产生[H]和O2与色素吸收光能有关，D项正确。

]

1．光照：

光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。

2．温度：

温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。

低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。

3．必需元素：

叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶子变黄。

另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶子变黄。

（2018·吉林延边质检）下列关于叶绿体色素的叙述，错误的是（　　）

A．菠菜叶肉细胞内光合色素中含量最多的是叶绿素a

B．叶绿体中色素分布在类囊体的薄膜上和叶绿体基质中

C．光合作用过程中叶绿素吸收光能不需要酶的参与

D．叶绿体中色素的提取实验中加入少许CaCO3可避免叶绿素的破坏

B　[叶绿体中色素只分布在类囊体的薄膜上。

]

考向2　考查叶绿体的结构和功能

3．（2018·重庆南开中学月考）下列关于叶绿体的叙述，正确的是（　　）

【导学号：

67110033】

A．叶绿体的外膜、内膜极大地扩展了受光面积

B．叶绿体基质中NADP＋能形成NADPH

C．类囊体薄膜上的光合色素都可以吸收蓝紫光

D．类囊体薄膜中的酶可催化CO2的固定和还原

C　[叶绿体扩大受光面积的不是外膜和内膜而是类囊体薄膜，A项错误；NADP＋形成NADPH的场所是基粒，B项错误；类囊体薄膜上的叶绿素和类胡萝卜素都能吸收蓝紫光，C项正确；催化CO2的固定和还原的酶存在叶绿体的基质中，D项错误。

]

4．（2018·廊坊质检）叶绿体是植物进行光合作用的场所，下列关于叶绿体结构和功能的叙述，正确的是（　　）

A．叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内

B．H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在基质中

C．CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上

D．光合作用的产物——淀粉是在基质中合成的

D　[本题考查叶绿体结构与功能的相关知识，意在考查考生的理解分析能力，难度较小。

叶绿体中的色素分布在类囊体薄膜上，A项错误；H2O的光解发生在类囊体薄膜上，而不是基质中，B项错误；CO2的固定发生在叶绿体基质中，C项错误；光合作用的产物——淀粉是在暗反应阶段产生的，场所是叶绿体基质，D项正确。

]

1．叶绿体的基粒由类囊体堆叠而成，有巨大的膜面积。

2．叶绿体的类囊体薄膜上分布有吸收光能的色素。

3．叶绿体的类囊体薄膜和基质中有催化光合作用进行的酶。

考点二|叶绿体中色素的提取和分离（实验）

（对应学生用书第54页）

[原理流程]

1．实验原理

（1）色素的提取：

绿叶中的色素能够溶于有机溶剂无水乙醇，不能溶于水。

（2）色素的分离：

各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。

2．实验步骤

提取色素

[实验关键]

1．选取新鲜绿色的叶片，色素含量高，不能选用发黄的叶片。

2．迅速研磨是为了防止乙醇挥发过多，充分研磨是为了充分破坏叶绿体，使色素完全释放出来。

3．二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。

4．制备滤纸条：

剪去两角，以保证色素在滤纸条上扩散得均匀、整齐，以便观察实验结果，否则，会形成弧形色素带。

5．如果滤液细线画得不直或过粗，色素带可能出现重叠。

6．如果忘记画滤液细线、滤液细线触及（或没入）层析液会使色素溶解，无法分离出色素带。

[对点练习]

1．（2018·河北三市联考）下列有关绿叶中色素的提取和分离实验的叙述中，正确的是（　　）

A．叶绿素的提取需要加入层析液作为提取液

B．过滤时应使用单层尼龙布，并用棉塞塞住试管口

C．分离色素时应将滤液细线置于层析液中

D．选材不同，四条色素带在滤纸条上的排列顺序不同

B　[提取叶绿素使用无水乙醇，层析液用于分离色素；过滤时使用单层尼龙布，并用棉塞塞住试管口，以防止挥发性强的无水乙醇挥发；分离色素时不能将滤液细线置于层析液中，否则色素会溶入层析液中；不同材料中四种色素在层析液中的溶解度相同，来自不同材料叶绿体中的四种色素含量可能不同，经过纸层析后，在滤纸上的排列顺序相同，色素带粗细可能不同。

]

2．（2018·山西名校联考）下列关于绿叶中光合色素的提取和分离的叙述，不正确的是（　　）

A．用无水乙醇提取到的各种色素的含量不同

B．色素在层析液中的溶解度不同，导致色素带的位置不同

C．研磨绿叶时不加CaCO3，则滤纸条上四条色素带变窄的比例相同

D．只画一次滤液细线会导致滤纸条上四条色素带的宽度变窄

C　[无水乙醇可以溶解色素，可以用无水乙醇提取叶绿体中的色素，A正确；绿叶中色素能够分离的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的，扩散速度快；溶解度小的，扩散速度慢，B正确；提取色素时加入CaCO3是为了防止色素被破坏，特别是防止叶绿素被破坏，因此滤纸条上四条色素带变窄的比例不相同，C错误；只画一次滤液细线，滤纸上含有的色素含量减少，会导致滤纸条上四条色素带的宽度变窄，D正确。

]

3．下图为两种光照下同一植物叶片色素提取和分离的结果。

据图回答：

（1）强光导致了该植物______________（填色素）含量降低，____________（填色素）含量增加有利于该植物抵御强光照。

（2）色素Ⅰ、Ⅱ的颜色分别为________________，色素Ⅲ、Ⅳ主要吸收________________，正常光照下，含量最高的色素为________。

（3）画滤液线时，滤液在点样线上要画________次。

[答案]　

（1）叶绿素　类胡萝卜素

（2）橙黄色和黄色　红光和蓝紫光　叶绿素a

（3）2～3

考点三|光合作用的过程

（对应学生用书第55页）

[识记—基础梳理]

1．光合作用的探究历程（连线）

【提示】　①—A—b　②—C—a　③—E—f　④—D—c　⑤—F—e　⑥—B—d　⑦—G—g

2．光合作用的过程

（1）根据上图分析光反应与暗反应的区别：

过程

Ⅰ.光反应

Ⅱ.暗反应

场所

叶绿体类囊体薄膜

叶绿体基质

条件

光、色素和酶

多种酶

原料

水、NADP＋、ADP、Pi

[H]（NADPH）、ATP、CO2

产物

[H]（NADPH）、ATP、O2

（CH2O）、ADP、Pi

物质

变化

①水的光解：

H2O

[H]＋O2

②ATP的合成：

ADP＋Pi

ATP

①CO2的固定：

CO2＋C5

2C3

②C3的还原：

2C3

（CH2O）＋C5

能量

变化

光能→ATP中活跃的化学能

ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能

（2）根据下图分析光反应与暗反应的联系：

①光反应为暗反应提供ATP和[H]。

②暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP＋。

（3）写出光合作用总反应式，并用箭头标注反应物中H、O的去向：

[教材边角知识]　必修1P103“相关信息”,光合作用过程中[H]与细胞呼吸过程中[H]有什么不同？

【提示】　光合作用过程中[H]是还原型辅酶Ⅱ（NADPH）；细胞呼吸过程中[H]是还原型辅酶Ⅰ（NADH）。

1．判断正误

（1）光合作用光反应阶段产生的[H]可在叶绿体基质中作为还原剂。

（√）

（2）H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体基质中。

（×）

【提示】　H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上。

（3）离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成暗反应。

（√）

（4）在其他条件适宜情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内，叶绿体中C3和C5化合物含量都迅速增加。

（×）

【提示】　突然停止光照后，C3增加，C5减少。

2．据图思考

（1）结构A中发生了怎样的能量转变？

________________________________________________________________。

（2）当供给14CO2时，放射性出现的顺序是：

______________。

（3）如果突然停止光照，短时间内C3的含量将会________。

C5的合成速度将会________。

【提示】　

（1）光能转化为ATP中活跃的化学能。

（2）CO2→C3→甲　（3）上升　降低

[理解—深化探究]

1．下面是光合作用探索历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图，请分析：

（1）恩格尔曼实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？

【提示】　选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位。

（2）两实验均需要进行“黑暗”处理吗？

【提示】　图示的两实验中，只有萨克斯的实验需进行“黑暗”处理，目的是消耗掉细胞中原有的淀粉。

（3）两实验如何设计对照实验？

【提示】　恩格尔曼的实验中，照光处理与不照光、黑暗与完全曝光形成对照；萨克斯的实验中，暗处理的叶片一半曝光、一半遮光形成对照。

2．写出鲁宾和卡门实验的设计思路。

【提示】　H2O＋C18O2→植物→O2；

H

O＋CO2→植物→18O2。

3．根据同位素示踪法判断光合作用中C、H、O的转移途径

（1）H：

3H2O______________________________________________________；

（2）C：

14CO2______________________________________________________；

（3）O：

H

O____________，C18O2__________________。

4．光合作用过程中产生的ATP与细胞呼吸过程中产生的ATP的利用有什么不同？

【提示】　光反应阶段产生的ATP用于暗反应阶段C3的还原和叶绿体中蛋白质、核酸的合成。

细胞呼吸产生的ATP可用于除光合作用以外的生命活动。

5．光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应提供[H]和ATP，没有光照，光反应不能进行，暗反应也不能进行，只提供光照，不提供CO2，植物能单独进行光反应吗？

【提示】　在光照条件下，植物既进行光反应，也进行暗反应；如果植物长期处于黑暗环境中，光反应和暗反应都会停止。

不提供CO2，暗反应不能进行，ATP和[H]积累，缺少ADP和NADP＋的供应，光反应也要停止。

6．探究光照和CO2供应的变化对光合作用中物质变化的影响

下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件（如光照、CO2）突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：

（1）CO2供应不变，光照条件突然发生变化，可以分为两种情况：

光照

C3含量变化

C5含量变化

减弱

Ⅰ过程减弱→[H]和ATP合成减少→Ⅲ过程减弱、Ⅱ过程暂时不变→C3消耗减少、合成暂时不变→C3含量增加

Ⅰ过程减弱→[H]和ATP合成减少→Ⅲ过程减弱、Ⅱ过程暂时不变→C5消耗暂时不变、合成减少→C5含量减少

增强

与上述分析相反，结果是C3含量减少，C5含量增加

（2）光照条件不变，CO2供应突然发生变化，可以分为两种情况：

CO2供应

C3含量变化

C5含量变化

减少

Ⅱ过程减弱、Ⅲ过程暂时不变→C3合成减少、消耗暂时不变→C3含量减少

Ⅱ过程减弱、Ⅲ过程暂时不变→C5消耗减少、合成暂时不变→C5含量增加

增加

与上述分析相反，结果是C3含量增加，C5含量减少

[运用—考向对练]

考向1　考查光合作用的探究历程

1．（2018·龙岩检测）下列有关科学家探索光合作用的实验中，叙述错误的是（　　）

A．与黑藻相比，水绵更适宜用作探究光合作用的场所

B．金鱼藻是水生植物，用作探究光合作用产物是O2时，利于收集气体

C．卡尔文利用小球藻，探明了CO2中的碳在光合作用中转化的途径

D．银边天竺葵探究光合作用产物是淀粉时，不用脱色可直接加碘液使叶片

边缘变蓝色

D　[光合作用产物之一是淀粉，淀粉遇碘液变蓝色，首先要用酒精使绿色的叶片脱去颜色，再滴加碘液防止绿叶本身颜色对实验现象的干扰，且银边天竺葵叶片边缘不含叶绿体，无法进行光合作用合成淀粉。

D错误。

]

2．（2018·烟台期末）科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照，结果如下表。

实验

组别

光照

时间（s）

放射性物质分布

1

2

三碳化合物

2

20

12种磷酸化糖类

3

60

除上述12种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等

根据上述实验结果分析，下列叙述不正确的是（　　）

A．本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段

B．每组照光后需将小球藻进行处理使酶失活，才能测定放射性物质分布

C．CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是12种磷酸化糖类

D．实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等

C　[培养液中通入的是14CO2研究有机物的种类及分布，暗反应利用的原料是CO2；光照后对酶处理使其失活，才能阻碍反应的进一步进行，才能测定放射性物质的分布；根据光照时间分析，CO2进入叶绿体后，最初形成的是大量三碳化合物；根据表中物质，光合作用的产物还有氨基酸和有机酸。

]

考向2　考查光合作用的过程

3．（2018·临沂市期末）下图表示绿色植物光合作用的部分过程，图中A～C表示相关物质。

有关分析错误的是（　　）

A．图中A为氧气，可部分释放到空气中

B．图中B为NADPH，外界CO2浓度升高时，B的含量暂时升高

C．该过程消耗的NADP＋和C来自于叶绿体基质

D．该过程将光能转化为化学能储存在B和ATP中

B　[水的光解产物是氧气和[H]，若光合作用强度大于呼吸作用强度，氧气会部分释放到空气中，A正确；图中B是在NADP＋、H＋和电子参与下形成的，为NADPH，当外界CO2浓度升高时，暗反应中生成的三碳化合物增多，则消耗的NADPH增多，导致NADPH的含量暂时降低，B错误；叶绿体基质中，暗反应消耗NADPH、ATP产生NADP＋、ADP，C正确；光合作用光反应过程中，将光能转化成化学能储存在ATP和NADPH中，D正确。

]

4．（2018·潍坊三模）下图为小球藻叶肉细胞中部分代谢途径示意图，CO2与RuBP（五碳化合物）结合的直接产物是磷酸丙糖（TP），TP的去向主要有三个。

请据图回答：

（1）TP的合成场所是_______________。

淀粉要运出叶绿体，先水解成TP或葡萄糖，葡萄糖通过叶绿体膜上的GR运送到细胞质中，和__________________合成蔗糖，运出叶肉细胞。

（2）在探明卡尔文循环的过程中，将小球藻放入密闭容器中，持续通14CO2，发现光照后14C首先出现在________（用题中所给的信息或文字回答）化合物中，光照一段时间后，14C会出现在叶绿体中的______________________（从“TP”“RuBP”“淀粉”“蔗糖”和“葡萄糖”中选择）化合物中。

（3）上述实验中改变了某实验条件后，发现RuBP含量迅速升高，则改变的条件是_______________，由此可知，固定CO2的物质是___________________。

[答案]　

（1）叶绿体基质　果糖　

（2）TP（磷酸丙糖）　TP、RuBP、淀粉、葡萄糖　（3）停止通入CO2　RuBP

（2018·山东潍坊统考）如图表示光合作用过程，a、b、c表示物质，甲、乙表示场所，下列有关分析错误的是（　　）

A．物质b可能是ADP和Pi

B．物质c直接被还原生成（CH2O）和C5

C．甲中色素不溶于水，只溶于有机溶剂

D．乙中生理过程在有光、无光条件下都可进行

B　[根据图示可看出，甲是叶绿体的类囊体薄膜，其上可发生光合作用的光反应，乙为叶绿体基质，是暗反应的场所，物质b可能是暗反应为光反应提供的ADP和Pi，A正确；物质c为CO2，不可以直接被还原生成（CH2O）和C5，B错误；类囊体薄膜上的色素不溶于水，能溶于有机溶剂，C正确；暗反应在有光、无光条件下均可进行，但需要光反应提供的[H]和ATP，D正确。

]

（1）光反应为暗反应提供[H]、ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi以及NADP＋。

（2）没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成，光反应也会受到抑制。

考向3　考查环境条件变化对光合作用中物质变化的影响

5.（2018·银川二模）在条件适宜的情况下，用自然光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与自然光相同的绿色光照，瞬间叶绿体中的物质所发生的变化正确的是（　　）

A．ATP含量下降

B．C3的含量下降

C．合成C5的速率加快

D．NADPH的含量上升

A　[由于光反应变慢，所以ATP合成减少，导致ATP含量下降，A正确；光反应为暗反应提供[H]、ATP去还原C3，光反应减弱后，导致C3化合物的还原减弱，C3化合物消耗减少，同时CO2固定生成C3的速率不变，则C3化合物含量相对增多，B错误；光反应为暗反应提供[H]、ATP去还原C3，光反应减弱后，导致C3化合物的还原减弱，则合成C5的速率减慢，C错误；由于光反应变慢，所以水的光解变慢，产生的[H]减少，导致NADPH含量下降，D错误。

]

6．（2018·贵阳一模）如图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图。

请回答下列问题：

（1）t1时给予图示处理，短时间内ADP与ATP的比值将________。

t2～t3,限制植物光合速率的环境因素主要有____________________。

（2）t3～t4，光照强度不变，光反应速率将________，原因是________________。

（3）若t3时用14C标记的14CO2进行该实验，然后追踪放射性，其在叶绿体中的主要转变途径为______________________________。

[解析]　

（1）t1时给予图示处理，给予充足恒定光照，产生ATP的量将增加，ADP的量减少，因此短时间内ADP与ATP的比值将减少。

t3后随着CO2浓度的升高，光合速率加快，说明t2→t3，限制光合作用的因素是CO2浓度。

（2）t3→t4，光照强度不变，CO2浓度升高，暗反应增强，一定程度上加快ATP和ADP的转化，[H]和ATP不再积累，导致光反应速率加快。

（3）二氧化碳在光合作用过程中，首先与五碳化合物结合被固定为三碳化合物，再被还原为葡萄糖。

即14CO2→14C3→（14CH2O）。

[答案]　

（1）减少　CO2浓度

（2）提高　CO2浓度升高，暗反应加快，加快ATP转化为ADP的过程和[H]的消耗，导致光反应速率加快

（3）14CO2→14C3→（14CH2O）

下图表示某植物叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。

下列分析正确的是（　　）

A．图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP

B．图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度

C．Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中[H]和ATP的积累

D．若CO2浓度降低，Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低

D　[由于在长期的适宜环境条件下，C3的含量应大于C5的含量，故甲曲线表示C5化合物的变化，乙曲线表示C3化合物的变化。

CO2的固定使物质甲转变成乙，其固定过程只需酶的催化，不需要消耗光反应提供的ATP，A错误。

图中Ⅰ