第10.1讲光合色素和光合作用原理(讲义)(教师版)

实质:合成有机物，储存能量（将无机物合成有机物，光能转换为有机物中稳定的化学能）
(2)光合作用过程图解
光反应
暗反应
反应场 所
需要条 件
物质转 换
叶绿体类囊体薄膜
光合色素、酶、光
光 水的光解：H2O―酶―→1/2O2＋2H+ ATP 的生成：ADP＋Pi＋光能―― 酶→ATP
叶绿体基质 不直接需要色素和光，需要多种酶 CO2 的固定：CO2 ＋C5―酶―→2C3： C3 的还原： NADPH 和 ATP
（2）实验验证 1881 年,德国科学家恩格尔曼(T. Engelmann,1843-1909)做了这样的实验。
（3）光合色素的功能 光合色素功能：吸收、传递（四种色素）、转化光能（只有少数特殊状态的叶绿素 a） 叶绿素 a:C55H72O5N4Mg 叶绿素 b:C55H70O6N4Mg 胡萝卜素：C40H56 叶黄素：C40H56O2
实质 联系
合成有机物，储存能量（将无机物合成有机物，光能转换为有机物中稳定的化学能） ►光反应与暗反应的联系： ①光反应为暗反应提供 NADPH 、 ATP ，暗反应为光反 应提供 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。 总之，光反应是暗反应的物质和能量的准备阶段，暗反应是光反应的继续，是物质和能量转 化的完成阶段。二者相辅相成。
（2023·全国·统考高考真题）植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素 的叙述，错误的是（ ） A．氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素 B．叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上 C．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 D．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 答案：D 解析：A、叶绿素的元素组成是 C、H、O、N、Mg，氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素，A 正确； B、光反应的场所是类囊体的薄膜，需要光合色素吸收光能，叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体 的薄膜上，B 正确； C、类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，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， C 正确； D、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，D 错误。 故选 D。
寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，叶片显示出类胡萝卜素的颜色而变黄 秋天降温时，植物体为适应寒冷环境，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花 青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶片呈现红色
例 2.如图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置，下列与之有关的叙述中，错误的是 () A.应向培养皿中倒入层析液 B.应将滤液滴在 b 处，而不能滴在 a 处 C.实验结果应是得到四个不同颜色的同心圆 D.实验得到的若干个同心圆中，最大的一个圆呈橙黄色 答案：B 解析：分离叶绿体中的色素,也可用如图所示的方法,即在圆心处滴加适量滤液, 待干燥后再滴加适量层析液进行层析,结果会出现不同颜色的 4 个同心圆,请写 出①~④依次对应的色素及颜色。 胡萝卜素、橙黄色 叶黄素、黄色 叶绿素 a、蓝绿色 叶绿素 b、黄绿色
考点三 光合作用的原理
1.探索光合作用原理的部分实验
【教材拾遗】 教材隐性知识：①源于必修 1 P103“思考·讨论”：尝试用示意图来表示 ATP 的合成与希尔反应的关系。
1.(2022 石家庄模拟)希尔从细胞中分离出叶绿体,并发现在没有 CO2 时,给予叶绿体光照,就能放出 O2,同
时使电子受体还原。希尔反应式:H2O+氧化态电子受体→还原态电子受体+1/2O2。在希尔反应的基础上,阿
C.希尔反应与 CO2 合成有机物的过程是两个过程
D.光合作用的需光过程为 CO2 合成有机物提供 ATP 和 NADPH
【答案】B
【解析】 由题中的信息(希尔反应式)可知,光合作用过程中产生的氧气来自参加反应的水,A 项正确;从希
尔反应和阿尔农发现的叙述,得不到信息“NADPH 和 ATP 的形成发生在叶绿体类囊体薄膜上”,B 项错误;希
考点二 叶绿体的结构适于进行光合作用
1.叶绿体的结构模式图
2.叶绿体的功能
【教材拾遗】 教材隐性知识：源于必修 1 P101“讨论” (1)恩格尔曼在选材上有什么巧妙之处？ 提示：选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察；用需氧细菌可以确定释放氧气多的部 位。 (2)恩格尔曼在实验设计上有什么巧妙之处？ 提示：没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上有光照多和光照少的部 位，相当于一组对比实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果。
海洋中的藻类垂直分布是海洋群落垂直结构的体现，有效的避免的竞争，充分利用了光能。
2.与生活的联系
根据色素对不同波长的光的吸收的特点，想一想温室或大棚种植蔬菜时， 应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光源？ 选无色透明的塑料薄膜，为了让各种波长的太阳光都穿过塑料薄膜，即 让植物吸收更多的光能； 大棚内照明灯在功率相同的情况下，最好选蓝紫光和红光；
→过滤（单层 尼龙布 ）→收集到试管内并塞严试
制备滤纸条：将干燥的定性滤纸剪成略小于试管长与直径的滤纸条，将滤纸条 一端剪去两角 ，在距离剪 角一端 1 cm 处用 铅笔 画一条细的横线。
铅笔 画铅笔细线
画滤液细线：用毛细吸管吸取少量的滤液，沿铅笔线均匀地画一条细线 ，待滤液干后，再画 2-3 次。分 离色素：将适量的层析液倒入试管中，装置如图所示：
能量变 化
光能转变成 ATP 中活跃的化学能
ATP 中活跃的化学能转变成有机物中稳定的 化学能
元素去 向
(1)H：3H2O—光—反—应→[3H]—暗—反—应→(C3H2O)。 (2)C：14CO2—C—O2—的—固—定→14C3—C—3的—还—原→ (14CH2O)。 (3)O：H2 18O—光—反—应→18O2；C18O2—C—O2—的—固—定→C3—C—3的—还—原→ (CH2 18O)。
尔农又发现在光下的叶绿体,不供给 CO2 时,既积累 NADPH 也积累 ATP;进一步实验,撤去光照,供给 CO2,发
现 NADPH 和 ATP 被消耗,并产生有机物。下面关于希尔反应和阿尔农发现的叙述,不正确的是( )
A.光合作用释放的 O2 来自水而不是 CO2
和 ATP 的形成发生在叶绿体类囊体薄膜上
观察结果：滤纸条上呈现四条颜色、宽度不同的色素带，如图所示：
滤液细线 画滤液细线
或 3.实验
结果、观察、记录
4.实验结论
色素的颜色是由其反射的光所决定 （1）吸收光谱
①叶绿素主要吸收红光和蓝紫光 ②叶绿素 a 和叶绿素 b 的吸收峰值不同 ③类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光 P 一 99，学科交叉：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。
【总结归纳】 总结 1：光合色素 叶绿素不稳定，易分解；影响叶绿素合成的三大因素
总结 2：植物色素
红苋菜：炒菜菜汤出色，因为是水溶性的花青素。 胡萝卜：炒菜菜汤不出色，因为是脂溶性的胡萝卜素。
正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例为 3∶1，且对绿光吸收最少，所以正常叶片总是呈 正常绿色
现绿色
叶色变黄 叶色变红
例 4.(2021·辽宁，2)植物工厂是通过光调控和通风控温等措施进行精细管理的高效农业生产系统，常采 用无土栽培技术。下列有关叙述错误的是（ ） A.可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度 B.应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同 C.合理控制昼夜温差有利于提高作物产量 D.适时通风可提高生产系统内的 CO2 浓度 答案：B 解析：A、不同植物对光的波长和光照强度的需求不同，可可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度， A 正确； B、为保证植物的根能够正常吸收水分，该系统应控制培养液的浓度小于植物根部细胞的细胞液浓度，B 错 误； C、适当提高白天的温度可以促进光合作用的进行，让植物合成更多的有机物，而夜晚适当降温则可以抑 制其呼吸作用，使其少分解有机物，合理控制昼夜温差有利于提高作物产量，C 正确； D、适时通风可提高生产系统内的 CO₂浓度，进而提高光合作用的速率，D 正确。
5.实验分析： 有关色素提取和分离的 4 个常见异常现象原因分析
【教材拾遗】 1.教材深挖：新教材 P 一 101，拓展应用 1
海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、 褐藻、 红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现
象是如何造成的？ 水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多,即到达深水层的光线是短 波长的光,因此,吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层,吸收 蓝紫光和绿光较多的褐藻分布于海水中层，吸收蓝紫光较多的红藻分布于海水的深层。
尔反应和有机物的合成过程可以分别进行,在光下积累 NADPH 和 ATP,在暗处可以进行有机物的合成,C 项正
确;希尔反应只有在光下才能进行,在暗处不能进行,但在光下积累的 NADPH 和 ATP,在暗处进行有机物的合
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成过程中被消耗,D 项正确。
2.光合作用的过程
（1）定义：绿色植物通过 叶绿体 ，利用 光能 ，把 CO2 和 H2O 转化成储存能量的有机物，并释放出 O2 的过程。
例 1.某同学推测,适当遮光可能导致叶绿素含量增加,以适应弱光环境。请设计一个简单的实验验证该同学
的推测是否正确,简单的写出实验思路:
。
答案：提取并用纸层析法分离遮光和未遮光情况下的草莓叶片中的色素,观察并比较叶绿素色素带（最下
边两条色素带）的宽度和颜色的深浅
【教材拾遗】 教材隐性知识：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 宽(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 降低，弱光下的吸收能力增强，有利于提高植物的捕光能力，是对弱光环 境的一种适应。 (3)植物工厂里为什么不用发绿光的光源？ 提示：这种波长的光不能被光合色素吸收，因此不能用于光合作用中合成有机物
反应式
光能 CO2+H2O
叶绿体
(CH2O)+O2
光能 或 6CO2+12H2O
叶绿体
C6H12O6+6O2+6H2O
【教材拾遗】 教材隐性知识：②源于必修 1 P103“相关信息”：水分解为氧和 H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电 子经传递，可用于 NADP＋与 H＋结合形成 NADPH。NADPH 的作用是什么？ 提示：可作为暗反应的还原剂；储备部分能量供暗反应利用。 ③源于必修 1 P104“相关信息”：C3 是指三碳化合物——3－磷酸甘油酸，C5 是指五碳化合物——核酮糖 －1,5－二磷酸(RuBP)。 【教材拾遗】
叶绿体的结构适于进行光合 作用
2023，广东，选 T2，2 分 2023，全国，选 T5, 2 分 2022，广东，选 T10，2 分 2022，山东，选 T4，2 分 2022，福建，选 T4，2 分
光合作用的原理
2023，湖北，选 T8，16，2 分 2023，全国 I，10 分 2023，全国 II，10 分 2023，浙江，，12 分 2022，山东，非 T21，（2）（3）2 分 2022，广东，非 T18（2），2 分
考情分析
本专题知识难度较低、 基础性强。考查学生对 细胞整体性的认识,或 结合一些情景信息或 表格信息设置题目，考 查学生的应变能力、获 取信息和综合分析能 力。
考点一 绿叶中色素的提取和分离
1.实验原理
无水乙醇
溶解度
分离的方法：纸层析法 各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的随层析液在滤纸上扩散的快，反之，则慢，这样几分钟后 色素就会随层析液在滤纸上扩散而分离开。 2.实验步骤 提取色素：称取 5 g 绿叶，剪碎，放入研钵中，加入少量 SiO2 、 CaCO3 和 10 mL 无水乙醇 →研磨
第 10 讲 第 1 课时 光合色素和光合作用的原理
1．说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量。 2．掌握提取和分离叶绿体色素的过程。 3．说明光合作用以及对它的认识过程。 4．掌握光合作用过程中的物质变化和能量变化。
考点要求 绿叶中色素的提取和分离
考题统计
2023，全国，选 T10, 2、分 2022，福建，选 T1, 2 分