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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 考题统计 考情分析
绿叶中色素的提取和分离 2023，全国，选T10, 2、分
2022，福建，选T1, 2分 本专题知识难度较
低、基础性强。考查
学生对细胞整体性的
2023，广东，选T2，2分 认识,或结合一些情景
2023，全国，选T5, 2分 信息或表格信息设置
叶绿体的结构适于进行光合 2022，广东，选T10，2分 题目，考查学生的应
作用
2022，山东，选T4，2分 变能力、获取信息和
2022，福建，选T4，2分 综合分析能力。
2023，湖北，选T8，16，2分
2023，全国I，10分
光合作用的原理 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 Si O 、 CaC O 和10 mL 无水乙醇 →研磨
2 3
→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。
铅笔线
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：
滤液细线
画滤液细线
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：
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。
（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:C H ONMg
55 72 5 4
叶绿素b:C H ONMg
55 70 6 4
胡萝卜素：C H
40 56
叶黄素：C H O
40 56 2
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
【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 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
叶色变红
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
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。
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；
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
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。
（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
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)H：3H O———→[3H]———→
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
2
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
B.NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体薄膜上
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
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 C O 和 H O 转化成储存能量的有机物，并释放出
2 2
O 的过程。
2
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 叶绿体类囊体薄膜 叶绿体基质
所
需要条 光合色素、酶、光 不直接需要色素和光，需要多种酶
件
水的光解：HO――→1/2O ＋2H+ CO 的固定：CO ＋C ――→2C ：
2 2 2 2 5 3
ATP的生成：ADP＋Pi＋光能――→ATP
物质转 C 的还原：
换
3 NADPH和ATP
能量变 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 化学能
元素去
向
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）
►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
联系 反应提供 AD P 和 P i 。
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。
光能 光能
反应式 CO +H O (CH O)+O 或 6CO +12H O C H O +6O +6H O
2 2 2 2 2 2 6 12 6 2 2
叶绿体 叶绿体【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】
教材隐性知识：①源于必修1 P104“相关信息”：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。
②源于必修1 P106“小字部分”：光合作用和化能合成作用的比较
【易混点】
1.暗反应有光无光都能进行。若光反应停止，暗反应可
持续进行一段时间，但时间不长，故晚上一般认为只进
行呼吸作用，不进行光合作用。
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的积累
量要多。
原因是（广东高考题节选）： 。
2.说明：
①光反应产生的ATP主要用于暗反应
②光合作用中（光反应产生）是NADPH，呼吸作用产生的[H]（有氧呼吸第一、第二阶段产生）是NADH，
所以它们不是同一种物质。P一93,103
③呼吸作用产生的ATP用于各项生命活动
例2.2016年江苏高考第32题第3小题
（3）叶绿体中光反应产生的能量既用于固定CO2,也参与叶绿体中生物大分子 的合成。
例3.2018年江苏高考第29题第4小题下图为某植物叶肉细胞中有关甲、乙两种细胞器的部分物质及能量代谢途径示意图（NADPH指【H】）,请
回答下列问题：
（4）乙产生的ATP被甲利用时，可参与的代谢过程包括 （填序号）。①C3的还原 ②内
外物质的运输 ③H2O裂解释放O2 ④酶的合成
例1.阳光穿过上层植物的空隙形成光斑，它会随太阳的运动而移动。
下图为红薯叶在光斑照射前后吸收CO2和释放O2的情况。下列分析
正确的是（ ）
A．ab段变化的原因是光斑移动造成的，与叶绿体中ADP和
NADP+的浓度无关
B．叶肉细胞间隙的氧气浓度，图中b点比a点高
C．光斑开始，光合作用开始，光斑移开，光合作用停止
D．Ⅰ、Ⅱ所指示的阴影面积不一定相等
例4.(2022武汉模拟)卡尔文给小球藻提供14CO2和适宜的光照,研究光合作用暗反应过程中C的转移路径
某同学根据卡尔文的实验资料,提出了一些推论,下列推论不合理的是( )
A.推论①:C3是CO2被还原的第一个产物
B.推论②:C3进一步反应生成C5和葡萄糖
C.推论③:C3是暗反应的中间产物,糖类是终产物
D.推论④:C3转化为C5需要依赖光反应的产物
3.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
①分析方法：（“来源－去路”法）需从物质的生成和消耗两个方向综合分析。示例：CO2供应正常，光
照停止时C3的含量变化
①分析方法：（“来源－去路”法）
②分析方法：（“模型法”）①图1中曲线甲表示C3 ，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。
②图2中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。
③图3中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。
④图4中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP 。
1．（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
2．(2023·湖北·统考高考真题）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（ ）
A．叶肉细胞内LHC蛋白
激酶活性下降，PSIⅡ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
3．（2023·湖北·统考高考真题）高温是制约世界粮食安全的因素之一，高温往往使植物叶片变黄、变褐。
研究发现平均气温每升高1℃，水稻、小麦等作物减产约3%~8%。关于高温下作物减产的原因，下列叙述
错误的是（ ）
A．呼吸作用变强，消耗大量养分
B．光合作用强度减弱，有机物合成减少
C．蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫
D．叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少
4．（2023·山西·统考高考真题）我国劳动人民在漫长的历史进程中，积累了丰富的生产、生活经验，并
在实践中应用。生产和生活中常采取的一些措施如下。
①低温储存，即果实、蔬菜等收获后在低温条件下存放
②春化处理，即对某些作物萌发的种子或幼苗进行适度低温处理
③风干储藏，即小麦、玉米等种子收获后经适当风干处理后储藏
④光周期处理，即在作物生长的某一时期控制每天光照和黑暗的相对时长
⑤合理密植，即栽种作物时做到密度适当，行距、株距合理⑥间作种植，即同一生长期内，在同一块土地上隔行种植两种高矮不同的作物
关于这些措施，下列说法合理的是（ ）
A．措施②④分别反映了低温和昼夜长短与作物开花的关系
B．措施③⑤的主要目的是降低有机物的消耗
C．措施②⑤⑥的主要目的是促进作物的光合作用
D．措施①③④的主要目的是降低作物或种子的呼吸作用强度
5．（2023·全国·统考高考真题）植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸
水体积膨大时气孔打开，反之关闭，保卫细胞含有叶绿体，在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一
种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K⁺ ．有研究发现，用饱和红光（只用红光照射时，植物达到最大光
合速率所需的红光强度）照射某植物叶片时，气孔开度可达最大开度的60%左右。回答下列问题。
(1)气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、_______（答出2点即可）等生理过程。
(2)红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是_______。
(3)某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一步增大，因此他们认为气孔
开度进一步增大的原因是，蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。请推测该研究小组得出这一结论的依
据是_______。
(4)已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔_______（填
“能”或“不能”）维持一定的开度。
