(共47张PPT)
第二单元 细胞的能量供应和利用
第12讲 光合作用的原理
复习目标 1.运用结构与功能观，分析叶绿体结构适于进行光合作用的特点；通过分 析恩格尔曼实验，归纳总结叶绿体的功能； 2.通过“绿叶中色素的提取和分离”实 验，培养实验探究能力； 3.通过分析叶绿体色素吸收光谱在农业生产中的应用，养成 关心生产生活实际的责任意识； 4.通过比较光反应与暗反应的关系和光合作用元素去 向分析，建立生命活动对立统一的观点。
考点1 捕获光能的色素和结构
A基础知识重点疑难
1. 绿叶中色素的提取与分离实验
(1)方法及原理
项目 方法 原理
提取 用 无水乙醇 或丙酮提取 叶绿体中的色素不溶于水，溶于有机溶剂
分离 纸层析法 叶绿体色素在层析液中的溶解度不同，色素随 层析液 在滤纸条上的扩散速度不同
笔记：2023浙江1月选考T23：反常规考查乙醇作为提取液的依据
2022山东卷T21：根据色素分离原理考查色素吸收的光的颜色，设问灵活
无水乙醇
层析液
(2)实验流程
步骤 操作要点 说明
提取 色素 研磨
①无水乙醇：作为提取液，可溶解绿叶中的 色素
②二氧化硅(SiO2)：有助于 研磨得更充分
③碳酸钙(CaCO3)：防止研磨中 色素 被 破坏
过滤 研磨后用单层尼龙布过滤
制备滤
纸条 将滤纸条的一端剪去两角①，并在距这一端底部1 cm处用铅笔画一条细的横线 剪去两角以保证色素在滤纸条上扩散均匀、 整齐，否则会形成弧形色素带
研磨得更充分
色素
步骤 操作要点 说明
画滤液
细线 用毛细吸管吸取色素滤 液，沿铅笔线均匀画一 条滤液细线，待滤液干 后，再重画一到两次② ①滤液细线要细而直③
②干燥后重复画一到两次，既能使滤液细线 有较多的色素，又能使各色素扩散的起点相 同
色素分离 将滤纸条插入层析液 中，然后用棉塞④塞紧试 管口 ①在层析时，不能让滤液细线触及层析液， 否则滤液细线中的色素会被层析液溶解，而 不能在滤纸上扩散
②滤纸条上呈现四条颜色、宽度不同的色素 带
③塞紧试管口，防止层析液挥发
笔记：①防止色素在滤纸条边缘扩散太快 ②使分离出的色素带清晰、分明 ③使分 离出的色素带平整不重叠 ④分离色素的过程中需要用棉塞塞紧试管口，以减少层析 液中有毒物质的挥发
(3)结果分析
胡萝卜素
笔记：①色素带的宽度可以体现色素的含量 ②溶解度与扩散速度成正比
(4)绿叶中色素的提取与分离实验异常现象
异常现象 原因分析
色素带颜色较浅 ①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分
②一次加入过量的无水乙醇，提取浓度太低(应分次加入少量无水 乙醇)
③画滤液细线时次数太少
滤纸条下面两条色素带较浅 ①未加碳酸钙或加入过少，叶绿素被破坏
②实验材料中叶绿素的含量较少(如泛黄的叶片)
色素带重叠 ①滤液细线不直
②滤液细线过粗
无色素带 ①忘记画滤液细线
②滤液细线接触或浸没于层析液，色素全部溶解到层析液中
③把自来水当成层析液
2. 叶绿体中色素的吸收光谱分析
色素 主要吸收的光 最大吸收波长
叶绿素 叶绿素a 蓝紫光、红光 红光区：640～680 nm
蓝紫光区：430～450 nm
叶绿素b 红光区：640～660 nm
蓝紫光区：450～470 nm
类胡萝 卜素 胡萝卜素 蓝紫光 400～500 nm
叶黄素
笔记：色素的功能：吸收、传递、转化光能
提醒 (1)植物的液泡中含有的色素(花青素)不参与光合作用。
(2)植物幼嫩的茎和果实的细胞中也可能含有吸收光能的色素。
(3)植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。
胡萝卜素
3. 影响叶绿素合成因素的分析
4. 叶绿体的结构适于进行光合作用
(1)叶绿体的结构与功能
(2)叶绿体功能的实验验证
①实验者：德国科学家恩格尔曼。
②实验过程及现象
水绵和需
用透过三棱镜的
光照射水绵
→大量的需氧细菌②聚
集在红光和蓝紫光区域
笔记：①水绵有细而长的带状叶绿体，且呈螺旋状分布在细胞内，便于观察和研究 ②可准确判断出水绵细胞中释放氧气的部位
叶绿体
叶绿体
B拆解真题情境推理
[判断正误]
×
×
√
√
√
√
√
×
√
√
[情境推理]
1. (2024·新课标卷节选)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成，其中高等植物光合作 用利用的光主要是 ，
原因是 。
提示：红光和蓝紫光 光合色素中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要 吸收蓝紫光
2. (2024·河北卷节选)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 。
提示：无水乙醇 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，选择 红光而不选择蓝紫光，可以避免类胡萝卜素对实验结果的影响
3. (2023·浙江1月选考节选)叶片叶绿素含量测定时，可先提取叶绿体色素，再进行测 定。提取叶绿体色素时，选择乙醇作为提取液的依据是 。
提示：叶绿体色素为脂溶性物质，易溶于乙醇
4. (2024·甘肃卷节选)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 。
提示：叶绿素的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成
5. (2023·辽宁卷节选)花生叶肉细胞中的叶绿素包括 ，主要吸收 。
提示：叶绿素a和叶绿素b 红光和蓝紫光
C升华思维实战演练
色素的提取与分离实验
A. 选择新鲜程度不同的叶片混合研磨
B. 研磨时用水补充损失的提取液
C. 将两组滤纸条置于同一烧杯中层析
D. 用过的层析液直接倒入下水道
解析：本实验目的是用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，应选择新鲜程度不 同的叶片分开研磨，A错误；色素溶于有机溶剂，提取液为无水乙醇，光合色素不溶 于水，B错误；由于滤纸条不会相互影响，层析液成分相同，两组滤纸条可以置于同 一个烧杯中层析，C正确；用过的层析液含有石油醚、丙酮和苯，不能直接倒入下水 道，D错误。
C
A. 条带1～4中的色素都能吸收蓝紫光，1和2中的色素基本不吸 收红光
B. 条带5中的色素在层析液中溶解度极低，但能吸收和转换光能
C. 滤纸条上条带的多少与层析时间无关，但与所含色素种类有关
D. 若用水替换层析液，条带5中的色素不会与其他色素分离
解析：条带1为胡萝卜素，条带2为叶黄素，条带3为叶绿素a，条带4为叶绿素b，都能 吸收蓝紫光，1和2中的色素基本不吸收红光，A正确；条带5中的色素在层析液中溶解 度极低，属于水溶性色素，不能吸收和转换光能，B错误；滤纸条上条带的多少与层 析时间和色素种类均有关，C错误；花青素是水溶性的，叶绿素和类胡萝卜素是脂溶 性的，若用水替换层析液，条带5中的色素会与其他色素分离，D错误。
A
考点2 光合作用的原理
A基础知识重点疑难
1. 探索光合作用原理的部分经典实验
时间及科学家 实验过程 观点发现或实验结论
19世纪末 — 在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C和H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖
1928年 — 甲醛对植物 有毒害作用 ，甲醛 不能 通过光合作用转化成糖
1937年希尔(英国) 离体叶绿体的悬浮液(悬浮液中有H2O，没有CO2)＋铁盐或其他氧化剂 O2 离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生O2
有毒害作用
不能
时间及科学家 实验过程 观点发现或实验结论
1941年鲁宾、卡 门(美国) 光合作用释放的O2来自水
1954年、1957年 阿尔农(美国) — 在光照下，叶绿体可合 成 ATP ，这一过程总 与 水的光解 相伴随
20世纪40年代
卡尔文等(美国) 利用 放射性同位素示踪 法。用经 过14C标记的14CO2，供小球藻进行光 合作用，然后追踪放射性14C的去向 探明了CO2中的碳在光合作 用中转化成有机物中碳的途 径
18O2
O2
ATP
水的光解
放射性同位素示踪
笔记：用18O分别标记H2O和CO2 ，注意18O2不具有放射性，实验是根据18O2与O2的质 量不同比较的
2. 光合作用过程
笔记：2023全国甲卷T29：考查叶绿体内膜和外膜被破坏后，黑暗条件下不能产生糖 的原因，角度创新
2023湖北卷T8：以新颖图示为载体考查植物捕获光能的情况
比较项目 光反应① 暗反应(碳反应)
过程模型
实质 光能转换为ATP、NADPH中的化学 能，并放出O2 同化(固定)CO2形成有机物(酶促反 应)，将ATP、NADPH中的化学能 转化为糖类等有机物中的化学能
条件 色素、光、酶、水、ADP、Pi、 NADP＋等 多种酶、NADPH、ATP、CO2、 C5等
场所 在叶绿体内的 类囊体薄膜 上进行 在叶绿体基质中进行
物质
转化 ①CO2的固定：CO2＋C5 2C3
②C3的还原： 2C3 (CH2O)＋C5
能量
转化 光能→ATP、NADPH中的化学能 ATP、NADPH中的化学能→有机物(CH2O)中的 化学能
类囊体薄膜
化学能
关系 ①光反应为暗反应提供NADPH和ATP；暗反应为光反应提供NADP＋、 ADP和Pi
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
③光反应是暗反应的物质和能量准备阶段，暗反应是光反应的继续，是 物质和能量转化的完成阶段
笔记：①光反应的产物有ATP、NADPH、O2 ②NADPH不仅可还原C3，还可为其提 供能量
3. 光合作用的概念及反应式
概念 一般来说，光合作用是指绿色植物通过 叶绿体 ，利用光能，将 二氧 化碳和水 转化成储存着能量的有机物，并且释放出 氧气 的过程
反应式 CO2＋H2O (CH2O)＋O2
元素转
移途径
提醒 光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再 通过韧皮部运输到植株各处。
叶绿体
二氧
化碳和水
氧气
NADP3H (C3H2O)
18O2
4. 光合作用的意义
(1)光合作用产生的有机物除供自身利用外，还为所有异养生物提供食物。
(2)光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。
笔记： 光合作用是自然界中最基础的物质代谢和能量代谢
5. 光合作用和化能合成作用的比较
项目 光合作用 化能合成作用
区 别 能量来源 光能 氧化无机物放出的能量
代表生物 绿色植物 硝化细菌
相同 都能将CO2和H2O等无机物合成有机物
光能
氧化无机物放出的能量
硝化细菌
6. 连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析
(1)光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，在光反应停 止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。
(2)在总光照时间、总黑暗时间均相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照 处理有机物积累量要多。
(3)应用：人工补光时，可适当采用“光暗交替”策略，这样，在提高光合产量的情况 下，可大量节省能源成本。
7. 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
(1)“过程法”分析各物质变化
笔记：分析各物质含量变化时，既要分析其来源，也要分析其去路，然后综合判断， 得出结果
条件 C3 C5 NADPH和ATP (CH2O)合成量
CO2供 应
不变 增加光照 减少 增加 增加 增加
停止光照 增加 减少 减少 减少
光照不变，有机物运 输受阻 增加 减少 增加 减少
光照不 变 CO2供应增加 增加 减少 减少 增加
停止CO2供应 减少 增加 增加 减少
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：
(2)“模型法”表示C3和C5的含量变化
笔记：C3、C5起始量，C3高于C5(约是其2倍)
(CH2O)变化：对光合作用有利，(CH2O)合成增加，反之减少
B拆解真题情境推理
[判断正误]
×
√
×
×
×
×
√
[情境推理]
1. (2024·安徽卷节选)实验中发现，培养液的pH会随着藻细胞密度的增加而升高，原因 可能是 (答出1点即可)。
提示：藻细胞密度增加，光合作用强度增大，吸收培养液中的CO2增多，从而导致培 养液的pH升高
2. (2020·江苏卷节选)蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物，与葡萄糖相比，以 蔗糖作为运输物质的优点是 。
提示：非还原糖较稳定(或蔗糖分子为二糖，对渗透压的影响相对小)
3. (2022·全国甲卷节选)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位， 原因是 (答出1点即可)。
提示：自身呼吸消耗或建造植物体结构
4. (2023·浙江1月选考节选)叶片是给植物其他器官提供有机物的“源”，果实是储存 有机物的“库”。研究光合产物从源分配到库时，给叶片供应13CO2，13CO2先与叶绿 体内的 结合而被固定，形成的产物还原为糖需接受光反应合成的 中的化学 能。合成的糖分子运输到果实等库中。在本实验中，选用13CO2的原因有 (答 出2点即可)。
提示：五碳糖(C5) ATP和NADPH CO2是光合作用的原料、13C可被仪器检测
5. (2023·全国甲卷节选)(1)将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发 现黑暗条件下叶绿体悬浮液中不能产生糖，原因是 。
提示：(1)黑暗条件下不能产生还原三碳化合物所需要的还原型辅酶Ⅱ(NADPH)和ATP
(2)叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存 在，简要写出实验思路和预期结果。 。
提示：(2)实验思路：将照光和黑暗处理的叶绿体悬浮液离心得到叶绿体，分别记为A 组和B组，之后将得到的叶绿体进行脱色处理，向经脱色处理的叶绿体滴加碘液，观 察颜色变化。预期结果：A组叶绿体变为蓝色，B组叶绿体不变蓝色
6. (2022·山东卷节选)强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后 不再增加，但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加，可 能的原因有 、 (答出2种原因即可)；氧气的产生速率继续增加的原因 是 。
提示：CO2浓度有限 五碳化合物供应不足 光能的吸收速率继续增加，水的光解速 率继续增加
A. 叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强
B. Mg2＋含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱
C. 弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获
D. PSⅡ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2
C
解析：由题干信息可知，强光下LHC蛋白激酶催化LHCⅡ与PSⅡ分离，弱光下LHCⅡ 与PSⅡ结合，来改变对光能的捕获强度。叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ 与PSⅡ分离减少，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强，A正确；Mg2＋是叶绿素的组成成 分，其含量减少会导致PSⅡ光复合体上的叶绿素含量减少，导致对光能的捕获减弱，B 正确；弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，可增强对光能的捕获，C错误；PSⅡ光复合体能吸收 光能，并分解水，水的光解产生H＋、电子和O2，D正确。
2. (2024·河北卷节选)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。
覆膜处理 叶绿素含量(mg/g) 类胡萝卜素含量(mg/g)
白膜 1.67 0.71
蓝膜 2.20 0.90
绿膜 1.74 0.65
回答下列问题：
蓝
类囊体薄膜
C5
糖类
紫
外光
解析：(1)叶绿体由双层膜包被，内部有许多基粒，每个基粒都由一个个圆饼状的囊状 结构堆叠而成，这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的4种色素就分布在类囊体的薄膜 上，其中叶绿素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，这4种色素吸收的光波长有差别，但是都可以用于光合作用。光合色素吸收的光能 用于暗反应阶段，在这一阶段，一些接受能量并被还原的C3，在酶的作用下经过一系 列的反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列变化，又形成C5。 据图可知，与白膜覆盖相比，蓝膜和绿膜透过的紫外光较少，可更好地减弱幼苗受到 的辐射。
解析： (2)据图可知，与覆盖其他色的膜相比，覆盖蓝膜的紫外光透过率低，蓝 光透过率高，在降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用；据表中数据 分析，与覆盖白膜和绿膜比，覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高，有利幼 苗进行光合作用。
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；与覆盖白膜和绿膜比，覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更
高，有利幼苗进行光合作用
不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析
A. 磷是生物膜的重要组分，中心体和核糖体不含磷
B. CO2形成三碳糖磷酸的过程中，NADPH不供能，只作为还原剂
C. 若光照骤减，核酮糖－1，5－二磷酸的含量变化短时间内为减少
D. 若抑制磷酸转运器的功能，卡尔文循环会马上停止
C
解析：磷脂构成生物膜的基本骨架，中心体由蛋白质组成，不含磷元素，核糖体由蛋 白质和RNA组成，含磷元素，A错误；二氧化碳形成三碳糖磷酸的过程中，需要 NADPH作还原剂和提供光反应吸收的太阳能，B错误；若光照骤减，光反应产生的 ATP和NADPH会减少，C3还原过程减慢，导致核酮糖－1，5－二磷酸的含量短时间内 减少，C正确；若抑制磷酸转运器的功能，会导致叶绿体内Pi下降，进而影响卡尔文循 环，但卡尔文循环不会马上停止，D错误。
磷酸转运器运出
转化为淀粉
错误
A. 突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值减小
B. 突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大
C. 突然将红光改变为绿光，会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小
D. 突然将绿光改变为红光，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小
B
解析：突然中断CO2供应，导致CO2的固定速率降低，叶绿体中C5含量增加、C3含量 减少，因此会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值增大，A错误；突然将红光改变为绿光 后，光能利用率降低，ATP和NADPH含量减少，进而使C3含量增加、C5含量减少，因 此会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值增大，C错误；突然将绿光改变为红光后，光能 利用率提高，ATP的含量增加，ATP/ADP的值增大，D错误。
导图建构 找答案
错误 第12讲 光合作用的原理
复习目标 1.运用结构与功能观，分析叶绿体结构适于进行光合作用的特点；通过分析恩格尔曼实验，归纳总结叶绿体的功能； 2.通过“绿叶中色素的提取和分离”实验，培养实验探究能力； 3.通过分析叶绿体色素吸收光谱在农业生产中的应用，养成关心生产生活实际的责任意识； 4.通过比较光反应与暗反应的关系和光合作用元素去向分析，建立生命活动对立统一的观点。
@考点1 捕获光能的色素和结构
A基础知识重点疑难
1.绿叶中色素的提取与分离实验
(1)方法及原理
项目 方法 原理
提取 用 无水乙醇 或丙酮提取 叶绿体中的色素不溶于水，溶于有机溶剂
分离 纸层析法 叶绿体色素在层析液中的溶解度不同，色素随 层析液 在滤纸条上的扩散速度不同
笔记：2023浙江1月选考T23：反常规考查乙醇作为提取液的依据
2022山东卷T21：根据色素分离原理考查色素吸收的光的颜色，设问灵活
(2)实验流程
步骤 操作要点 说明
提取色素 研磨 ①无水乙醇：作为提取液，可溶解绿叶中的色素 ②二氧化硅(SiO2)：有助于 研磨得更充分 ③碳酸钙(CaCO3)：防止研磨中 色素 被破坏
过滤 研磨后用单层尼龙布过滤
制备滤 纸条 将滤纸条的一端剪去两角①，并在距这一端底部1 cm处用铅笔画一条细的横线 剪去两角以保证色素在滤纸条上扩散均匀、整齐，否则会形成弧形色素带
步骤 操作要点 说明
画滤液 细线 用毛细吸管吸取色素滤液，沿铅笔线均匀画一条滤液细线，待滤液干后，再重画一到两次② ①滤液细线要细而直③ ②干燥后重复画一到两次，既能使滤液细线有较多的色素，又能使各色素扩散的起点相同
色素分离 将滤纸条插入层析液中，然后用棉塞④塞紧试管口 ①在层析时，不能让滤液细线触及层析液，否则滤液细线中的色素会被层析液溶解，而不能在滤纸上扩散 ②滤纸条上呈现四条颜色、宽度不同的色素带 ③塞紧试管口，防止层析液挥发
笔记：①防止色素在滤纸条边缘扩散太快 ②使分离出的色素带清晰、分明 ③使分离出的色素带平整不重叠 ④分离色素的过程中需要用棉塞塞紧试管口，以减少层析液中有毒物质的挥发
(3)结果分析
①在滤纸条上会呈现四条色素带，从上到下依次是 胡萝卜素 、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b(记忆口诀：胡黄ab)，它们的颜色自上而下依次是橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色。
②四种色素中色素带最宽①的色素(叶绿素a)呈现蓝绿色；在层析液中溶解度②最大的色素是胡萝卜素。
笔记：①色素带的宽度可以体现色素的含量 ②溶解度与扩散速度成正比
(4)绿叶中色素的提取与分离实验异常现象
异常现象 原因分析
色素带颜色较浅 ①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分 ②一次加入过量的无水乙醇，提取浓度太低(应分次加入少量无水乙醇) ③画滤液细线时次数太少
滤纸条下面两条色素带较浅 ①未加碳酸钙或加入过少，叶绿素被破坏 ②实验材料中叶绿素的含量较少(如泛黄的叶片)
色素带重叠 ①滤液细线不直 ②滤液细线过粗
无色素带 ①忘记画滤液细线 ②滤液细线接触或浸没于层析液，色素全部溶解到层析液中 ③把自来水当成层析液
2.叶绿体中色素的吸收光谱分析
色素 主要吸收的光 最大吸收波长
叶绿素 叶绿素a 蓝紫光、红光 红光区：640～680 nm 蓝紫光区：430～450 nm
叶绿素b 红光区：640～660 nm 蓝紫光区：450～470 nm
类胡萝卜素 胡萝卜素 蓝紫光 400～500 nm
叶黄素
笔记：色素的功能：吸收、传递、转化光能
提醒 (1)植物的液泡中含有的色素(花青素)不参与光合作用。
(2)植物幼嫩的茎和果实的细胞中也可能含有吸收光能的色素。
(3)植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。
3.影响叶绿素合成因素的分析
4.叶绿体的结构适于进行光合作用
(1)叶绿体的结构与功能
(2)叶绿体功能的实验验证
①实验者：德国科学家恩格尔曼。
②实验过程及现象
水绵和需
氧细菌
用透过三棱镜的
光照射水绵→大量的需氧细菌②聚集在红
光和蓝紫光区域
笔记：①水绵有细而长的带状叶绿体，且呈螺旋状分布在细胞内，便于观察和研究 ②可准确判断出水绵细胞中释放氧气的部位
③实验结论：O2是由 叶绿体 在光照条件下释放出来的， 叶绿体 是光合作用的场所。
B拆解真题情境推理
[判断正误]
1.(2023·全国乙卷)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。(×)
2.(2022·湖南卷)叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏，吸收和传递光能的效率降低。(×)
3.(2021·河北卷)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。(√)
4.(2023·全国乙卷)用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰。(√)
5.(2024·贵州卷节选)叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素。(√)
6.(2024·贵州卷)分离提取液中的光合色素可采用纸层析法。(√)
7.(2024·贵州卷)光合色素相对含量不同可使叶色出现差异。(√)
8.(2023·江苏卷)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。(×)
9.(2023·江苏卷)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。(√)
10.(2023·全国乙卷)叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体类囊体的薄膜上。(√)
[情境推理]
1.(2024·新课标卷节选)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成，其中高等植物光合作用利用的光主要是 ，
原因是 。
提示：红光和蓝紫光 光合色素中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
2.(2024·河北卷节选)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 。
提示：无水乙醇 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，选择红光而不选择蓝紫光，可以避免类胡萝卜素对实验结果的影响
3.(2023·浙江1月选考节选)叶片叶绿素含量测定时，可先提取叶绿体色素，再进行测定。提取叶绿体色素时，选择乙醇作为提取液的依据是
。
提示：叶绿体色素为脂溶性物质，易溶于乙醇
4.(2024·甘肃卷节选)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 。
提示：叶绿素的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成
5.(2023·辽宁卷节选)花生叶肉细胞中的叶绿素包括 ，主要吸收 。
提示：叶绿素a和叶绿素b 红光和蓝紫光
C升华思维实战演练
色素的提取与分离实验
1.(2024·广东卷)银杏是我国特有的珍稀植物，其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，下列实验操作正确的是( C )
A.选择新鲜程度不同的叶片混合研磨
B.研磨时用水补充损失的提取液
C.将两组滤纸条置于同一烧杯中层析
D.用过的层析液直接倒入下水道
解析：本实验目的是用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，应选择新鲜程度不同的叶片分开研磨，A错误；色素溶于有机溶剂，提取液为无水乙醇，光合色素不溶于水，B错误；由于滤纸条不会相互影响，层析液成分相同，两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层析，C正确；用过的层析液含有石油醚、丙酮和苯，不能直接倒入下水道，D错误。
2.(2025·江苏苏锡常镇四市调研)利用层析液分离提取的紫色鸭跖草叶中的色素，滤纸条上出现五条色素带，如图所示。下列相关叙述正确的是( A )
A.条带1～4中的色素都能吸收蓝紫光，1和2中的色素基本不吸收红光
B.条带5中的色素在层析液中溶解度极低，但能吸收和转换光能
C.滤纸条上条带的多少与层析时间无关，但与所含色素种类有关
D.若用水替换层析液，条带5中的色素不会与其他色素分离
解析：条带1为胡萝卜素，条带2为叶黄素，条带3为叶绿素a，条带4为叶绿素b，都能吸收蓝紫光，1和2中的色素基本不吸收红光，A正确；条带5中的色素在层析液中溶解度极低，属于水溶性色素，不能吸收和转换光能，B错误；滤纸条上条带的多少与层析时间和色素种类均有关，C错误；花青素是水溶性的，叶绿素和类胡萝卜素是脂溶性的，若用水替换层析液，条带5中的色素会与其他色素分离，D错误。
@考点2 光合作用的原理
A基础知识重点疑难
1.探索光合作用原理的部分经典实验
时间及 科学家 实验过程 观点发现或实验结论
19世纪末 — 在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C和H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖
1928年 — 甲醛对植物 有毒害作用 ，甲醛 不能 通过光合作用转化成糖
1937年希 尔(英国) 离体叶绿体的悬浮液(悬浮液中有H2O，没有CO2)＋铁盐或其他氧化剂O2 离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生O2
时间及科学家 实验过程 观点发现或实验结论
1941年鲁宾、卡门(美国) 用同位素示踪法研究光合作用中氧气的来源。提供O、CO2→释放 18O2 ；提供H2O、C18O2→释放 O2 光合作用释放的O2来自水
1954年、1957年阿尔农(美国) — 在光照下，叶绿体可合成 ATP ，这一过程总与 水的光解 相伴随
20世纪40年代 卡尔文等(美国) 利用 放射性同位素示踪 法。用经过14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向 探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径
笔记：用18O分别标记H2O和CO2 ，注意18O2不具有放射性，实验是根据18O2与O2的质量不同比较的
2.光合作用过程
笔记：2023全国甲卷T29：考查叶绿体内膜和外膜被破坏后，黑暗条件下不能产生糖的原因，角度创新
2023湖北卷T8：以新颖图示为载体考查植物捕获光能的情况
比较项目 光反应① 暗反应(碳反应)
过程模型
实质 光能转换为ATP、NADPH中的化学能，并放出O2 同化(固定)CO2形成有机物(酶促反应)，将ATP、NADPH中的化学能转化为糖类等有机物中的化学能
条件 色素、光、酶、水、ADP、Pi、NADP＋等 多种酶、NADPH、ATP、CO2、C5等
场所 在叶绿体内的 类囊体薄膜 上进行 在叶绿体基质中进行
物质 转化 ①水的光解：2H2O4H＋＋O2＋4e－ ②NADPH的合成：NADP＋＋H＋＋2e－NADPH ③ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATP ①CO2的固定：CO2＋C52C3 ②C3的还原：2C3(CH2O)＋C5
能量 转化 光能→ATP、NADPH中的化学能 ATP、NADPH中的化学能→有机物(CH2O)中的 化学能
关系 ①光反应为暗反应提供NADPH和ATP；暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi 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 ③光反应是暗反应的物质和能量准备阶段，暗反应是光反应的继续，是物质和能量转化的完成阶段
笔记：①光反应的产物有ATP、NADPH、O2 ②NADPH不仅可还原C3，还可为其提供能量
3.光合作用的概念及反应式
概念 一般来说，光合作用是指绿色植物通过 叶绿体 ，利用光能，将 二氧化碳和水 转化成储存着能量的有机物，并且释放出 氧气 的过程
反应式 CO2＋H2O(CH2O)＋O2
元素转 移途径 ①H：3H2O NADP3H (C3H2O) ②C：14CO214C3(14CH2O)＋14C5 ③O：O 18O2 ；C18O2C3(CO)
提醒 光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。
4.光合作用的意义
(1)光合作用产生的有机物除供自身利用外，还为所有异养生物提供食物。
(2)光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。
笔记： 光合作用是自然界中最基础的物质代谢和能量代谢
5.光合作用和化能合成作用的比较
项目 光合作用 化能合成作用
区别 能量来源 光能 氧化无机物放出的能量
代表生物 绿色植物 硝化细菌
相同 都能将CO2和H2O等无机物合成有机物
6.连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析
(1)光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。
(2)在总光照时间、总黑暗时间均相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。
(3)应用：人工补光时，可适当采用“光暗交替”策略，这样，在提高光合产量的情况下，可大量节省能源成本。
7.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
(1)“过程法”分析各物质变化
笔记：分析各物质含量变化时，既要分析其来源，也要分析其去路，然后综合判断，得出结果
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：
条件 C3 C5 NADPH和ATP (CH2O)合成量
CO2供应 不变 增加光照 减少 增加 增加 增加
停止光照 增加 减少 减少 减少
光照不变，有机物运输受阻 增加 减少 增加 减少
光照不变 CO2供应增加 增加 减少 减少 增加
停止CO2供应 减少 增加 增加 减少
(2)“模型法”表示C3和C5的含量变化
笔记：C3、C5起始量，C3高于C5(约是其2倍)
(CH2O)变化：对光合作用有利，(CH2O)合成增加，反之减少
B拆解真题情境推理
[判断正误]
1.(2023·湖北卷改编)高温下作物减产的原因是叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少。(×)
2.(2024·江西卷)光合作用中，水的光解发生在类囊体薄膜上。(√)
3.(2022·湖南卷改编)光合作用强度减弱的原因可能是叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏，吸收和传递光能的效率降低。(×)
4.(2021·山东卷)植物细胞产生的O2只能来自光合作用。(×)
5.(2021·湖南卷)弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用。(×)
6.(2020·天津卷)类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原。(×)
7.(2018·海南卷)高等植物细胞中，光合作用中的光反应只发生在生物膜上。(√)
[情境推理]
1.(2024·安徽卷节选)实验中发现，培养液的pH会随着藻细胞密度的增加而升高，原因可能是 (答出1点即可)。
提示：藻细胞密度增加，光合作用强度增大，吸收培养液中的CO2增多，从而导致培养液的pH升高
2.(2020·江苏卷节选)蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点是 。
提示：非还原糖较稳定(或蔗糖分子为二糖，对渗透压的影响相对小)
3.(2022·全国甲卷节选)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是 (答出1点即可)。
提示：自身呼吸消耗或建造植物体结构
4.(2023·浙江1月选考节选)叶片是给植物其他器官提供有机物的“源”，果实是储存有机物的“库”。研究光合产物从源分配到库时，给叶片供应13CO2，13CO2先与叶绿体内的 结合而被固定，形成的产物还原为糖需接受光反应合成的 中的化学能。合成的糖分子运输到果实等库中。在本实验中，选用13CO2的原因有 (答出2点即可)。
提示：五碳糖(C5) ATP和NADPH CO2是光合作用的原料、13C可被仪器检测
5.(2023·全国甲卷节选)(1)将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下叶绿体悬浮液中不能产生糖，原因是 。
(2)叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在，简要写出实验思路和预期结果。 。
提示：(1)黑暗条件下不能产生还原三碳化合物所需要的还原型辅酶Ⅱ(NADPH)和ATP
(2)实验思路：将照光和黑暗处理的叶绿体悬浮液离心得到叶绿体，分别记为A组和B组，之后将得到的叶绿体进行脱色处理，向经脱色处理的叶绿体滴加碘液，观察颜色变化。预期结果：A组叶绿体变为蓝色，B组叶绿体不变蓝色
6.(2022·山东卷节选)强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加，可能的原因有 、 (答出2种原因即可)；氧气的产生速率继续增加的原因是 。
提示：CO2浓度有限 五碳化合物供应不足 光能的吸收速率继续增加，水的光解速率继续增加
C升华思维实战演练
光合作用的过程
1.(2023·湖北卷)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是( C )
A.叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强
B.Mg2＋含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱
C.弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获
D.PSⅡ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2
解析：由题干信息可知，强光下LHC蛋白激酶催化LHCⅡ与PSⅡ分离，弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，来改变对光能的捕获强度。叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ与PSⅡ分离减少，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强，A正确；Mg2＋是叶绿素的组成成分，其含量减少会导致PSⅡ光复合体上的叶绿素含量减少，导致对光能的捕获减弱，B正确；弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，可增强对光能的捕获，C错误；PSⅡ光复合体能吸收光能，并分解水，水的光解产生H＋、电子和O2，D正确。
2.(2024·河北卷节选)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。
覆膜处理 叶绿素含量(mg/g) 类胡萝卜素含量(mg/g)
白膜 1.67 0.71
蓝膜 2.20 0.90
绿膜 1.74 0.65
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 蓝 光可被位于叶绿体 类囊体薄膜 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 C5 和 糖类 。与白膜覆盖相比，蓝膜和绿膜透过的 紫外光 较少，可更好地减弱幼苗受到的辐射。
解析：(1)叶绿体由双层膜包被，内部有许多基粒，每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的4种色素就分布在类囊体的薄膜上，其中叶绿素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，这4种色素吸收的光波长有差别，但是都可以用于光合作用。光合色素吸收的光能用于暗反应阶段，在这一阶段，一些接受能量并被还原的C3，在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列变化，又形成C5。据图可知，与白膜覆盖相比，蓝膜和绿膜透过的紫外光较少，可更好地减弱幼苗受到的辐射。
(2)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 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；与覆盖白膜和绿膜比，覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高，有利幼苗进行光合作用 (答出两点即可)。
解析： (2)据图可知，与覆盖其他色的膜相比，覆盖蓝膜的紫外光透过率低，蓝光透过率高，在降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用；据表中数据分析，与覆盖白膜和绿膜比，覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高，有利幼苗进行光合作用。
不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析
3.(2025·河北衡水中学三模)淀粉和蔗糖是叶肉细胞光合作用的两种主要终产物，Pi在二者分配过程中起到了重要调节作用，其过程如图所示。下列叙述正确的是( C )
A.磷是生物膜的重要组分，中心体和核糖体不含磷
B.CO2形成三碳糖磷酸的过程中，NADPH不供能，只作为还原剂
C.若光照骤减，核酮糖－1，5－二磷酸的含量变化短时间内为减少
D.若抑制磷酸转运器的功能，卡尔文循环会马上停止
解析：磷脂构成生物膜的基本骨架，中心体由蛋白质组成，不含磷元素，核糖体由蛋白质和RNA组成，含磷元素，A错误；二氧化碳形成三碳糖磷酸的过程中，需要NADPH作还原剂和提供光反应吸收的太阳能，B错误；若光照骤减，光反应产生的ATP和NADPH会减少，C3还原过程减慢，导致核酮糖－1，5－二磷酸的含量短时间内减少，C正确；若抑制磷酸转运器的功能，会导致叶绿体内Pi下降，进而影响卡尔文循环，但卡尔文循环不会马上停止，D错误。
剖析题眼 找答案：据图可知，叶绿体中的三碳糖磷酸有通过 磷酸转运器运出 和转变为淀粉两个去向，故抑制磷酸转运器功能，三碳糖磷酸还可 转化为淀粉 ，由以上可以推断D 错误 。
4.(2025·山东济宁期中)光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。下列对于改变反应条件而引起的变化的说法，正确的是( B )
A.突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值减小
B.突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大
C.突然将红光改变为绿光，会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小
D.突然将绿光改变为红光，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小
解析：突然中断CO2供应，导致CO2的固定速率降低，叶绿体中C5含量增加、C3含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值增大，A错误；突然将红光改变为绿光后，光能利用率降低，ATP和NADPH含量减少，进而使C3含量增加、C5含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值增大，C错误；突然将绿光改变为红光后，光能利用率提高，ATP的含量增加，ATP/ADP的值增大，D错误。
导图建构 找答案
由以上可以推断C 错误 。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
