第16講光合作用與能量轉化考點一綠葉中色素的提取和分離一、【實驗】綠葉中色素的提取和分離1．提取綠葉中的色素原理：綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇(體積分數100%酒精)中。2．分離綠葉中的色素原理：不同色素在層析液中的溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散的快，反之則慢，這樣，色素就會隨著層析液在濾紙上的擴散而分離開。3.分離方法：紙層析法。4.實驗流程步驟操作要點說明提取色素研磨①無水乙醇：作為提取液，可溶解綠葉中的色素②SiO2：使研磨更充分③CaCO3：防止研磨時葉綠素受到破壞過濾研磨后用單層尼龍布過濾制備濾紙條剪去兩角的濾紙條一端1cm處用鉛筆畫一條細線剪去兩角以保證色素在濾紙上擴散均勻、整齊，否則會形成弧形色素帶畫濾液細線用毛細吸管吸取色素濾液，沿鉛筆線均勻畫一條濾液細線，待濾液干后再畫一兩次①濾液細線要細、直②干燥后重復畫一兩次，使濾液細線既有較多的色素，又使各色素擴散的起點相同色素分離將適量層析液倒入試管→插入濾紙條→棉塞塞緊試管口實驗結果分析色素種類色素顏色色素含量溶解度擴散速度a.胡蘿卜素橙黃色最少最高最快b.葉黃素黃色較少較高較快c.葉綠素a藍綠色最多較低較慢d.葉綠素b黃綠色較多最低最慢5.實驗中的注意事項及操作目的過程注意事項操作目的提取色素選新鮮綠色的葉片使濾液中色素含量高研磨時加無水乙醇溶解色素加少量SiO2和CaCO3研磨充分和保護色素迅速、充分研磨防止乙醇揮發，充分溶解色素盛放濾液的試管管口加棉塞防止乙醇揮發和色素氧化分離色素濾紙預先干燥處理使層析液在濾紙上快速擴散濾液細線要細、齊、直使分離出的色素帶平整不重疊濾液細線干燥后再畫一兩次增加色素量；使分離出的色素帶清晰分明濾液細線不觸及層析液防止色素直接溶解到層析液中6.提取和分離現象異常原因分析（1）收集到的濾液綠色過淺原因：①未加SiO2，研磨不充分；②使用放置數天的菠菜葉，濾液色素(葉綠素)含量較低；③一次加入大量的無水乙醇，提取濃度太低；濾紙條看不見色素帶原因：①忘記畫濾液細線；②濾液細線接觸到層析液，且時間較長，色素全部溶解到層析液中。考點二綠葉中色素的種類及葉綠體的結構和功能1．色素的種類及吸收光譜種類葉綠素(占3/4)類胡蘿卜素(占1/4)葉綠素a葉綠素b胡蘿卜素葉黃素顏色藍綠色黃綠色橙黃色黃色吸收光譜主要吸收藍紫光和紅光主要吸收藍紫光2.捕獲光能的結構（1）光合作用的場所是葉綠體。葉綠體增大膜面積方式：類囊體堆疊形成基粒。（2）吸收光能的四種色素分布在類囊體薄膜上；與光合作用有關的酶分布在類囊體薄膜上和葉綠體基質中。3.探索光合作用原理的部分實驗科學家實驗過程及現象實驗結論希爾在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有水，沒有二氧化碳)，在光照下可以釋放出氧氣光合作用釋放的O2中的氧元素來自水；氧氣的產生和糖類的合成不是(填“是”或“不是”)同一個化學反應魯賓和卡門Heq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(2))O＋CO2→植物→18O2H2O＋C18O2→植物→O2光合作用釋放的氧氣來自水阿爾農在光照下，葉綠體可合成ATP，且這一過程總是與水的光解相伴隨水的光解可合成ATP4.光合作用的過程（1）概念：光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。（2）光合作用的過程：（3）光反應與暗反應的比較—光反應暗反應場所類囊體的薄膜上葉綠體基質中條件需光不需要光物質變化H2Oeq\o(→,\s\up7(光能),\s\do5())H＋＋O2＋能量；NADP＋＋H＋＋能量→NADPH；ADP＋Pi＋能量eq\o(→,\s\up7(酶),\s\do5())ATPCO2＋C5eq\o(→,\s\up7(酶),\s\do5())2C3；2C3eq\o(→,\s\up7(NADPH、ATP),\s\do5(酶))(CH2O)＋C5能量變化光能→ATP和NADPH中的活躍化學能ATP和NADPH中的活躍化學能→(CH2O)中的化學能考點三光合作用原理的應用五、影響光合作用的因素1.外界因素：二氧化碳濃度、土壤中水分的多少、光照的強弱、溫度的高低、光的成分等。2.自身因素：色素含量的多少、酶含量、葉的表面積。3.光照強度與光合作用關系：（1）A點表示只進行呼吸作用，不進行光合作用。（2）AB段表示呼吸速率，隨光照強度增加，光合作用不斷增強（光合小于呼吸）。（3）B點表示光補償點，此時細胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用（光合作用速率等于呼吸作用速率）。（4）BC表示凈光合速率，隨光照強度增加，光合作用不斷增強（光合大于呼吸）。（5）C點表示光飽和點。C點之后光照強度和二氧化碳濃度就不再是限制光合速率的主要因素。4.一天中光合速率變化曲線（1）曲線AB段表明光合作用強度隨光照增強而增強。（2）對于C點光合作用強度減弱的解釋是：由于中午氣溫過高，蒸騰作用過大，葉片的氣孔關閉，使光合作用原料之一的二氧化碳供應大量減少，以致暗反應階段植物體內的五碳化合物不能與之結合，使C3的形成大為減少。（3）DE段光合作用強度下降的原因是光照強度減弱，以致光合作用光反應產生的ATP、[H]減少，因而影響暗反應的進行。【典型真題訓練】一、單選題1．（2021·湖北·高考真題）在真核細胞中，由細胞膜、核膜以及各種細胞器膜等共同構成生物膜系統。下列敘述錯誤的是（

）A．葡萄糖的有氧呼吸過程中，水的生成發生在線粒體外膜B．細胞膜上參與主動運輸的ATP酶是一種跨膜蛋白C．溶酶體膜蛋白高度糖基化可保護自身不被酶水解D．葉綠體的類囊體膜上分布著光合色素和蛋白質【答案】A【詳解】A、葡萄糖的有氧呼吸過程中，水的生成發生在有氧呼吸第三階段，場所是線粒體內膜，A錯誤；B、真核細胞的細胞膜上參與主動運輸的ATP酶是一種跨膜蛋白，該類蛋白發揮作用時可催化ATP水解，為跨膜運輸提供能量，B正確；C、溶酶體內有多種水解酶，能溶解衰老、損傷的細胞器，溶酶體膜蛋白高度糖基化可保護自身不被酶水解，C正確；D、葉綠體的類囊體膜是光反應的場所，其上分布著光合色素和蛋白質（酶等），利于反應進行，D正確。2．（2021·遼寧·高考真題）植物工廠是通過光調控和通風控溫等措施進行精細管理的高效農業生產系統，常采用無土栽培技術。下列有關敘述錯誤的是（）A．可根據植物生長特點調控光的波長和光照強度B．應保持培養液與植物根部細胞的細胞液濃度相同C．合理控制晝夜溫差有利于提高作物產量D．適時通風可提高生產系統內的CO2濃度【答案】B【詳解】A、不同植物對光的波長和光照強度的需求不同，可可根據植物生長特點調控光的波長和光照強度，A正確；B、為保證植物的根能夠正常吸收水分，該系統應控制培養液的濃度小于植物根部細胞的細胞液濃度，B錯誤；C、適當提高白天的溫度可以促進光合作用的進行，讓植物合成更多的有機物，而夜晚適當降溫則可以抑制其呼吸作用，使其少分解有機物，合理控制晝夜溫差有利于提高作物產量，C正確；D、適時通風可提高生產系統內的CO2濃度，進而提高光合作用的速率，D正確。3．（2021·北京·高考真題）將某種植物置于高溫環境（HT）下生長一定時間后，測定HT植株和生長在正常溫度（CT）下的植株在不同溫度下的光合速率，結果如圖。由圖不能得出的結論是（）A．兩組植株的CO2吸收速率最大值接近B．35℃時兩組植株的真正（總）光合速率相等C．50℃時HT植株能積累有機物而CT植株不能D．HT植株表現出對高溫環境的適應性【答案】B【詳解】A、由圖可知，CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致，都接近于3nmol??cm-2?s-1，A正確；B、CO2吸收速率代表凈光合速率，而總光合速率=凈光合速率+呼吸速率。由圖可知35℃時兩組植株的凈光合速率相等，但呼吸速率未知，故35℃時兩組植株的真正（總）光合速率無法比較，B錯誤；C、由圖可知，50℃時HT植株的凈光合速率大于零，說明能積累有機物，而CT植株的凈光合速率不大于零，說明不能積累有機物，C正確；D、由圖可知，在較高的溫度下HT植株的凈光合速率仍大于零，能積累有機物進行生長發育，體現了HT植株對高溫環境較適應，D正確。4．（2021·浙江·高考真題）滲透壓降低對菠菜葉綠體光合作用的影響如圖所示，圖甲是不同山梨醇濃度對葉綠體完整率和放氧率的影響，圖乙是兩種濃度的山梨醇對完整葉綠體ATP含量和放氧量的影響。CO2以HCO3-形式提供，山梨醇為滲透壓調節劑，0．33mol·L-1時葉綠體處于等滲狀態。據圖分析，下列敘述錯誤的是（）A．與等滲相比，低滲對完整葉綠體ATP合成影響不大，光合速率大小相似B．滲透壓不同、葉綠體完整率相似的條件下，放氧率差異較大C．低滲條件下，即使葉綠體不破裂，卡爾文循環效率也下降D．破碎葉綠體占全部葉綠體比例越大，放氧率越低【答案】A【詳解】A、根據分析，由圖甲可知，與等滲相比，低滲對完整葉綠體ATP合成影響不大，但放氧率較低，放氧率可以代表光合速率，故說明低滲條件下光合速率較低，A錯誤；B、根據分析，由圖乙可知，滲透壓不同、葉綠體完整率相似的條件下，放氧率差異較大，B正確；C、由圖甲可知，低滲條件下，即使葉綠體完整率沒有明顯降低的范圍內，葉綠體放氧率仍明顯降低，即光反應速率下降，影響了暗反應，即卡爾文循環效率下降，C正確；D、由圖甲可以看出，低滲條件下葉綠體完整率越低，放氧率也越低，D正確。5．（2021·湖南·高考真題）綠色植物的光合作用是在葉綠體內進行的一系列能量和物質轉化過程。下列敘述錯誤的是（

）A．弱光條件下植物沒有O2的釋放，說明未進行光合作用B．在暗反應階段，CO2不能直接被還原C．在禾谷類作物開花期剪掉部分花穗，葉片的光合速率會暫時下降D．合理密植和增施有機肥能提高農作物的光合作用強度【答案】A【詳解】A、弱光條件下植物沒有氧氣的釋放，有可能是光合作用強度小于或等于呼吸作用強度，光合作用產生的氧氣被呼吸作用消耗完，此時植物雖然進行了光合作用，但是沒有氧氣的釋放，A錯誤；B、二氧化碳性質不活潑，在暗反應階段，一個二氧化碳分子被一個C5分子固定以后，很快形成兩個C3分子，在有關酶的催化作用下，C3接受ATP釋放的能量并且被[H]還原，因此二氧化碳不能直接被還原，B正確；C、在禾谷類作物開花期減掉部分花穗，光合作用產物輸出受阻，葉片的光合速率會暫時下降，C正確；D、合理密植可以充分利用光照，增施有機肥可以為植物提供礦質元素和二氧化碳，這些措施均能提高農作物的光合作用強度，D正確；6．（2021·廣東·高考真題）在高等植物光合作用的卡爾文循環中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被稱為Rubisco。下列敘述正確的是（

）A．Rubisco存在于細胞質基質中B．激活Rubisco需要黑暗條件C．Rubisco催化CO2固定需要ATPD．Rubisco催化C5和CO2結合【答案】D【詳解】A、Rubisco參與植物光合作用過程中的暗反應，暗反應場所在葉綠體基質，故Rubisco存在于葉綠體基質中，A錯誤；B、暗反應在有光和無光條件下都可以進行，故參與暗反應的酶Rubisco的激活對光無要求，B錯誤；C、Rubisco催化CO2固定不需要ATP，C錯誤；D、Rubisco催化二氧化碳的固定，即C5和CO2結合生成C3的過程，D正確。7．（2021·廣東·高考真題）與野生型擬南芥WT相比，突變體t1和t2在正常光照條件下，葉綠體在葉肉細胞中的分布及位置不同（圖a，示意圖），造成葉綠體相對受光面積的不同（圖b），進而引起光合速率差異，但葉綠素含量及其它性狀基本一致。在不考慮葉綠體運動的前提下，下列敘述錯誤的是（）A．t2比t1具有更高的光飽和點（光合速率不再隨光強增加而增加時的光照強度）B．t1比t2具有更低的光補償點（光合吸收CO2與呼吸釋放CO2等量時的光照強度）C．三者光合速率的高低與葉綠素的含量無關D．三者光合速率的差異隨光照強度的增加而變大【答案】D【詳解】A、圖1可知，t1較多的葉綠體分布在光照下，t2較少的葉綠體分布在光照下，由此可推斷，t2比t1具有更高的光飽和點（光合速率不再隨光強增加而增加時的光照強度），A正確；B、圖1可知，t1較多的葉綠體分布在光照下，t2較少的葉綠體分布在光照下，由此可推斷，t1比t2具有更低的光補償點（光合吸收CO2與呼吸釋放CO2等量時的光照強度），B正確；C、通過題干信息可知，三者的葉綠素含量及其它性狀基本一致，由此推測，三者光合速率的高低與葉綠素的含量無關，C正確；D、三者光合速率的差異，在一定光照強度下，隨光照強度的增加而變大，但是超過光的飽和點，再增大光照強度三者光合速率的差異不再變化，D錯誤。8．（2020·江蘇·高考真題）采用新鮮菠菜葉片開展“葉綠體色素的提取和分離”實驗，下列敘述錯誤的是（

）A．提取葉綠體色素時可用無水乙醇作為溶劑B．研磨時加入CaCO3可以防止葉綠素被氧化破壞C．研磨時添加石英砂有助于色素提取D．畫濾液細線時應盡量減少樣液擴散【答案】B【詳解】A、綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中，因而可以用無水乙醇提取綠葉中的色素，A正確；B、研磨時需要加入碳酸鈣（CaCO3），可防止研磨時色素被破壞，B錯誤；C、研磨時加入少許石英砂（SiO2）有助于充分研磨，利于破碎細胞使色素釋放，C正確；D、畫濾液細線時應盡量減少濾液擴散，要求細、直、齊，才有利于色素均勻地分離，D正確。9．（2020·天津·高考真題）研究人員從菠菜中分離類囊體，將其與16種酶等物質一起用單層脂質分子包裹成油包水液滴，從而構建半人工光合作用反應體系。該反應體系在光照條件下可實現連續的CO2固定與還原，并不斷產生有機物乙醇酸。下列分析正確的是（

）A．產生乙醇酸的場所相當于葉綠體基質B．該反應體系不斷消耗的物質僅是CO2C．類囊體產生的ATP和O2參與CO2固定與還原D．與葉綠體相比，該反應體系不含光合作用色素【答案】A【詳解】A、乙醇酸是在光合作用暗反應產生的，暗反應場所在葉綠體基質中，所以產生乙醇酸的場所相當于葉綠體基質，A正確；B、該反應體系中能進行光合作用整個過程，不斷消耗的物質有CO2和H2O，B錯誤；C、類囊體產生的ATP參與C3的還原，產生的O2用于呼吸作用或釋放到周圍環境中，C錯誤；D、該體系含有類囊體，而類囊體的薄膜上含有光合作用色素，D錯誤。10．（2020·浙江·高考真題）將某植物葉片分離得到的葉綠體，分別置于含不同蔗糖濃度的反應介質溶液中，測量其光合速率，結果如圖所示。圖中光合速率用單位時間內單位葉綠素含量消耗的二氧化碳量表示。下列敘述正確的是（

）A．測得的該植物葉片的光合速率小于該葉片分離得到的葉綠體的光合速率B．若分離的葉綠體中存在一定比例的破碎葉綠體，測得的光合速率與無破碎葉綠體的相比，光合速率偏大C．若該植物較長時間處于遮陰環境，葉片內蔗糖濃度與光合速率的關系與圖中B-C段對應的關系相似D．若該植物處于開花期，人為摘除花朵，葉片內蔗糖濃度與光合速率的關系與圖中A-B段對應的關系相似【答案】A【詳解】A、測得植物葉片的光合速率是葉片的總光合速率減去葉片的呼吸速率，而分離得到的葉綠體的光合速率，就是總光合速率，A正確；B、破碎葉綠體，其葉綠素釋放出來，被破壞，導致消耗二氧化碳減少，測得的光合速率與無破碎葉綠體的相比，光合速率偏小，B錯誤；C、若該植物較長時間處于遮陰環境，光照不足，光反應減弱，影響碳反應速率，蔗糖合成一直較少，C錯誤；D、若該植物處于開花期，人為摘除花朵，葉片光合作用產生的蔗糖不能運到花瓣，在葉片積累，光合速率下降，葉片內蔗糖濃度與光合速率的關系與圖中B-C段對應的關系相似，D錯誤。二、解答題11．（2021·江蘇·高考真題）線粒體對維持旺盛的光合作用至關重要。下圖示葉肉細胞中部分代謝途徑，虛線框內示“草酰乙酸/蘋果酸穿梭”，請據圖回答下列問題。(1)葉綠體在___上將光能轉變成化學能，參與這一過程的兩類色素是_____。(2)光合作用時，CO2與C5結合產生三碳酸，繼而還原成三碳糖（C3），為維持光合作用持續進行，部分新合成的C3必須用于再生______；運到細胞質基質中的C3可合成蔗糖，運出細胞。每運出一分子蔗糖相當于固定了___個CO2分子。(3)在光照過強時，細胞必須耗散掉葉綠體吸收的過多光能，避免細胞損傷。草酸乙酸/蘋果酸穿梭可有效地將光照產生的______中的還原能輸出葉綠體，并經線粒體轉化為______中的化學能。(4)為研究線粒體對光合作用的影響，用寡霉素（電子傳遞鏈抑制劑）處理大麥，實驗方法是:取培養10~14d大麥苗，將