第10讲　光合作用的探究历程与基本过程 2017备考·最新考纲 1.光合作用的基本过程(Ⅱ)。2.实验：叶绿体中色素的提取和分离。

考点一 捕获光能的色素和结构及光合作 用的探究历程(5年3考) 考点一　捕获光能的色素和结构及光合作 用的探究历程(5年3考) [自主梳理] 1.叶绿素和其他色素 分布 叶绿体类囊体薄膜上 功能 吸收、传递(四种色素)和 光能(只有少量叶绿素a) 化学特性 不溶于水，能溶于 、丙酮和石油醚等有机溶剂 分离方法 法 转换 酒精 纸层析

吸收光谱 图中①为 主要吸收蓝紫光，②为 ，③为 ，二者主要吸收 类胡萝卜素 叶绿素b 叶绿素a 红光和蓝紫光

2.叶绿体的结构与功能 (1)结构模式图

双层膜 暗反应 基粒 色素 光反应 光合反应 叶绿体

3.光合作用的探究历程(连一连)

答案　①—A—b　②—C—a　③—E—e　④—D—c　 ⑤—B——d

[深度思考] 1.英格豪斯认为普利斯特利的实验只有在光下才能成功，则 只要有光照，植物一定能更新空气，对吗？ 提示　不对，植物更新空气的前提是光合速率大于呼吸速率，即净光合速率＞0，若光照强度不够充分(在光补偿点以下)，则植物不但不能更新空气，反而会使空气变得更混浊。

2.某植物叶片不同部位的颜色不同，将该植物在黑暗中放置48 h 后，用锡箔纸遮蔽叶片两面，如图所示。在日光下照光一段时 间，去除锡箔纸，用碘染色法处理叶片，观察到叶片有的部位 出现蓝色，有的没有出现蓝色。请思考：

(1)本实验设置了哪些对照？其自变量和因变量分别是什么？实验结论分别是什么？ (2)实验中对植株进行暗处理，其目的是什么？ 提示　(1)图中d与e对照，其单一变量为有无光照，结果d部位经碘液检测显示蓝色，e部位不显示蓝色，表明光合作用制造淀粉必须有“光”。 图中a与b、d对照，其单一变量为叶绿体有无，结果b、d部位经碘液检测显示蓝色，a部位不显示蓝色，表明光合作用制造淀粉，必须有“叶绿体”。 (2)该实验的关键是饥饿处理，其目的是使叶片中的营养物质消耗掉，增强了实验的说服力。

影响叶绿素合成的三大因素

[跟进题组] 题组一 捕获光能的色素和结构 1.(2015·四川卷，1)下列在叶绿体中发生的生理过程，不需要蛋 白质参与的是( ) B 题组一　捕获光能的色素和结构 1.(2015·四川卷，1)下列在叶绿体中发生的生理过程，不需要蛋 白质参与的是(　　) B A.Mg2＋吸收 B.O2扩散 C.光能转换 D.DNA复制 解析　叶绿体对Mg2＋的吸收，需要细胞膜上载体蛋白的协助，也需要消耗ATP供能，A不符合题意；O2的扩散是单纯扩散，既不需要载体协助，也不需要消耗能量，也就不需要蛋白质的参与，B符合题意；光能转换为化学能的过程中需要酶(蛋白质)作催化剂，C不符合题意；DNA复制需要DNA聚合酶、解旋酶等，也需要消耗ATP供能，D不符合题意。

2.关于叶绿素的叙述，错误的是(　　) A.叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素 B.被叶绿素吸收的光可用于光合作用 C.叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同 D.植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光 解析　Mg是合成叶绿素a和叶绿素b的必需元素；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，用于光合作用的光反应过程；叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同；叶绿素不能有效地吸收绿光，绿光被反射出去，使植物呈现绿色。 答案　D

题组二　光合作用的探究历程 3.下列关于光合作用探究历程的叙述，不正确的是(　　) A.普利斯特利的实验证明了植物可以更新空气 B.萨克斯的实验证明了光合作用的产物除氧气外还有淀粉 C.恩格尔曼的实验定量分析了水绵光合作用生成的氧气量 D.鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的氧气来自H2O而不是CO2 解析　恩格尔曼的实验能够证明氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是进行光合作用的场所，但不能定量分析光合作用生成的氧气量。 答案　C

4.下图是光合作用探索历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图,下 列有关叙述正确的是(　　) A.两实验均需进行“黑暗”处理，以消耗细胞中原有的淀粉 B.两实验均需要光的照射 C.两实验中只有恩格尔曼的实验设置了对照 D.两实验均可证明光合作用的产物有氧气

解析　本题主要考查光合作用的发现过程。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。恩格尔曼实验的目的是探究光合作用进行的场所，萨克斯实验的目的是探究光合作用产物，所以两实验均需要光的照射。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。恩格尔曼的实验可证明氧气是光合作用的产物，萨克斯的实验可证明淀粉是光合作用的产物。 答案　B

恩格尔曼实验方法的巧妙之处 (1)巧选实验材料：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)妙法排除干扰因素：没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。 (3)巧妙设计对照实验：用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。

考点二 光合作用的过程（5年9考） [自主梳理] 1.完善光合作用的过程 光、色素、酶 类囊体的薄膜上 ［H］+O2 ATP中活跃的 化学能 考点二　光合作用的过程（5年9考） [自主梳理] 1.完善光合作用的过程 光、色素、酶 类囊体的薄膜上 ［H］+O2 ATP ATP中活跃的 化学能 酶 ATP ［Ｈ］ 叶绿体基质 2C3 C3 CH2O CO2 ATP 有机物中稳定的化学能

2.写出光合作用的总反应式并标出各种元素的来源和去向

3.光反应与暗反应的比较 项目 光反应 暗反应 条件 光、水、色素和 、 [H]、CO2、多种酶 场所 在 上 在 中 物质转化 在 上 在 中 物质转化 ；ATP的形成 CO2的固定和 能量转化 光能→ ATP中活跃的化学能→ 联系 光反应为暗反应提供 ，暗反应为光反应提供 ATP 酶 类囊体薄膜 叶绿体基质 水的光解 C3的还原 ATP中活跃的化 有机 学能 物中稳定的化学能 [H]和ATP ADP和Pi

巧记光合作用过程的“一、二、三、四”

如图为某细胞内生物膜结构的一部分，据图分析 (1)图示结构中产生的ATP (填“能”或“不能”)运出所在的细胞器，用于其他生命活动 (2)图示膜结构为叶绿体 (填“外膜”或“内膜”、“类囊体膜”) (3)图中发生的能量转换是： (4)图中“色素”是指 不能 类囊体膜 光能→活跃的化学能 叶绿素(a、b)、类胡萝卜素

[跟进题组] 题组一 光合作用过程分析 1.(2015·安徽卷，2)右图为大豆叶片光合作用暗 反应阶段的示意图。下列叙述正确的是( ) 题组一　光合作用过程分析 1.(2015·安徽卷，2)右图为大豆叶片光合作用暗 反应阶段的示意图。下列叙述正确的是(　　) A.CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变 为C3中的化学能 B.CO2可直接被[H]还原，再经过一系列的变化形成糖类 C.被还原的C3在相关酶的催化作用下，可再形成C5 D.光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高

解析　由图解可知，光反应产生的ATP和[H]参与C3的还原，而不参与CO2的固定，A、B错误；被还原的C3在有关酶的催化作用下一部分合成了(CH2O)，另一部分又形成了C5，C正确；光照强度变弱时，光反应产生的ATP和[H]减少，故短时间内C5含量会降低，D错误。 答案　C

2.根据下面光合作用图解，判断下列说法正确的是(　　) A.⑤过程发生于叶绿体基质中 B.⑥过程发生于叶绿体类囊体薄膜上 C.图示①～④依次为[H]、ATP、CO2、(CH2O) D.②不仅用于还原C3化合物，还可促进③与C5的结合

解析　根据光合作用的过程判断①②③④⑤⑥分别表示[H]、ATP、CO2、(CH2O)、光反应和暗反应。光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上，暗反应发生在叶绿体的基质中。C3化合物还原过程中需要ATP，CO2固定过程中不需要ATP。 答案　C

题组二　环境因素骤变对光合作用物质含量变化的影响 3.(2015·福建卷，3)在光合作用中，RuBP羧化酶能催化CO2＋ C5(即RuBP)→2C3。为测定RuBP羧化酶的活性，某学习小组 从菠菜叶中提取该酶，用其催化C5与14CO2的反应，并检测产 物14C3的放射性强度。下列分析错误的是(　　) A.菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质 B.RuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行 C.测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法 D.单位时间内14C3生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高

解析　RuBP羧化酶催化上述反应即为二氧化碳的固定，属于暗反应，其场所是叶绿体基质，A正确；暗反应不需要光，有光和无光条件下都可进行，B错误；实验中利用14C标记CO2并检测产物放射性强度，即采用同位素标记法，C正确；单位时间内产物生成量可代表化学反应的催化效率，酶对化学反应的催化效率即可反映酶活性，D正确。 答案　B

4.卡尔文及其同事因在光合作用方面的研究成果获得了1961年的诺贝尔化学奖。卡尔文将小球藻装在一个密闭容器中，通过一个通气管向玻璃容器中通入CO2，通气管上有一个开关，可控制CO2的供应，容器周围有光源，通过控制电源开关可控制光照的有无。请回答下列问题： (1)实验材料小球藻属于________(填“原核”或“真核”)生物。 (2)卡尔文通过停止________来探究光反应和暗反应的联系，他得到的实验结果是下图中的________。

(3)卡尔文通过停止________来探究光合作用过程中固定CO2的化合物，这时他发现C5的含量快速升高，由此得出固定CO2的物质是C5。

(4)卡尔文向密闭容器中通入14CO2，当反应进行到第5 s时，14C出现在一种C5和一种C6中；将反应时间缩短到0 (4)卡尔文向密闭容器中通入14CO2，当反应进行到第5 s时，14C出现在一种C5和一种C6中；将反应时间缩短到0.5 s时，14C出现在一种C3中。上述实验中卡尔文是通过控制________来探究CO2中碳原子的转移路径的，采用的技术方法有________等。 (5)卡尔文将不同反应条件下的小球藻放入70 ℃的蒸馏水中，这样做是为了使细胞中的________失活，此时，细胞中的化合物就保持在热处理之前的状态。

解析　(1)小球藻属于真核生物。(2)在光照下，光反应进行，其产生的ATP和[H]参与暗反应中C3的还原，因此，通过停止光照可以探究光反应和暗反应的联系。当停止光照后.光反应停止，ATP和[H]的合成停止，则C3的还原减少，C3浓度增大，C5浓度减小，停止光照一段时间后，C3和C5浓度基本保持不变。(3)在暗反应中，CO2与C5结合形成C3，当停止CO2的供应后，CO2的固定受到影响，故会导致C5含量升高。(4)由题中叙述可知，实验中卡尔文是通过控制反应时间来探究CO2中碳原子的转移路径的，该实验中他采用了放射性同位素标记法。(5)酶是生物体内催化化学反应的催化剂，大多数酶的化学本质是蛋白质，在高温下酶的结构被破坏，导致细胞中的化学反应不能进行，化合物的含量不再发生变化。 答案　(1)真核　(2)光照　A　(3)CO2的供应　(4)反应时间　同位素标记法　(5)酶

巧用模型法分析物质量的变化

(1)以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化。 (2)以上各物质变化中，C3和C5含量的变化是相反的，[H]和ATP含量变化是一致的。 (3)具体分析时只有理清C3、C5的“来源”与“去路”(C3产生于CO2的固定，消耗于C3的还原；C5产生于C3的还原，消耗于CO2的固定)，才能避开试题陷阱。

考点三　（实验）叶绿体中色素的提取和分离 （5年3考） [自主梳理] 1.实验原理 有机溶剂无水乙醇 无水乙醇 溶解度 溶解度高 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 ，可溶解绿叶中的色素 ②SiO2：使研磨更充分 ①无水乙醇：作为 ，可溶解绿叶中的色素 ②SiO2：使研磨更充分 ③CaCO3：防止研磨时 受到破坏 过滤 研磨后并用单层尼龙布过滤 制备滤纸条 剪去两角的滤纸条一端 1 cm处用铅笔画一条细线 剪去两角以保证色素在滤纸上扩散 ，否则会形成弧形色素带 提取液 叶绿 素 均匀、整齐

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，待滤液干后再画一两次 ①滤液细线要细、直 ②风干后重复数次，使滤液细线既有较多的色素，又使各色素扩散的起点相同 色素 分离 将适量层析液倒入试管→插入滤纸条→棉塞塞紧试管口 实验结 果分析 色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散 速度 a. 橙黄色 最少 最快 b. 较少 较高 较快 c. 较低 较慢 d. 较多 最慢 胡萝卜素 最高 叶黄素 黄色 叶绿素a 蓝绿色 最多 叶绿素b 黄绿色 最低

[提醒] (1)从色素带的宽度可推知色素含量的多少； (2)从色素带的位置可推知色素在层析液中溶解度的大小； (3)在滤纸上距离最近的两条色素带是叶绿素a与叶绿素b，距离最远的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素。

[深度思考] (1)为什么滤液细线要重复画，且线要细、直？ 提示　重复画线是为了增加色素的浓度，使分离出的色素带清晰分明。滤液细线要细、直是为了防止色素带之间出现重叠。 (2)层析时，为什么不能让滤液细线触及层析液？ 提示　滤纸条上的滤液细线触及(或没入)层析液，会使滤液中的色素溶解于层析液中，滤纸条上得不到色素带，使实验失败。

[跟进题组] 题组 叶绿体中色素提取和分离过程与结果 1.(2015·江苏卷，21改编)为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影 题组　叶绿体中色素提取和分离过程与结果 1.(2015·江苏卷，21改编)为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影 响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，下 图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述 不正确的是(　　)

A.强光照导致了该植物叶绿素含量降低 B.类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照 C.色素Ⅲ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰波长不同 D.画滤液线时，滤液在点样线上只能画一次 解析　由图示可知，强光下，Ⅲ、Ⅳ表示的叶绿素色素带变窄，说明叶绿素含量降低，A正确；强光照条件下，类胡萝卜素含量增加，说明类胡萝卜素含量增加有利于植物抵御强光照，B正确；Ⅲ是叶绿素a，Ⅳ是叶绿素b，都是主要吸收蓝紫光和红光，但吸收光谱的吸收峰波长不同，C正确；画滤液线时，滤液在点样线上画2～3次，D错误。 答案　D

2.如图表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行相关实验流程，请 分析回答： (1)纸 层析法分离色素的“结果①、②”如下图所示，其中共有的色素带的颜色是________，据此能得出的结论是________。

(2)蒜黄和韭黄都是在避光条件下培育出来的蔬菜，对这种现象的最好解释是__________________________________________。 (3)若由于各组操作不同，出现了以下四种不同的层析结果。下列分析最不合理的是(　　)

A.甲组可能误用蒸馏水作提取液和层析液 B.乙组可能是因为研磨时未加入SiO2 C.丙组是正确操作得到的理想结果 D.丁组可能是因为研磨时未加入CaCO3 (4)将等量刚制备的韭菜和韭黄色素滤液放在阳光与三棱镜之间，“结果②”吸收光谱最明显的差异出现在______光区域。将制得的韭菜滤液在强光下曝光1～2 h，再重复上述实验，其结果与韭黄滤液的实验结果基本一致，其原因是___________。 答案　(1)橙黄色、黄色　叶绿素的形成需要光　(2)环境因素影响了基因的表达　(3)C　(4)红　叶绿素不稳定，在强光下易分解

叶绿体中色素的提取和分离实验异常现象分析 (1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析 ①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。 ②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。 ③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。 ④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。 (2)滤纸条色素带重叠 滤纸条上的滤液细线接触到层析液。 (3)滤纸条看不到色素带 ①忘记画滤液细线。 ②滤液细线接触到层析液,且时间较长,色素全部溶解到层析液中。 (4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带。 忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。

易错易混 防范清零 [易错清零] 易错点1 混淆塑料大棚中“塑料颜色”与“补光类型”的选择 易错易混　防范清零 [易错清零] 易错点1　混淆塑料大棚中“塑料颜色”与“补光类型”的选择 点拨　为提高光能利用率，塑料大棚栽培时常选择“无色塑料”以便透过各色光，这是因为太阳的全色光透过时各种色的光均可被作物吸收(尽管黄绿色吸收量较小，但总不会起负作用)，而阴天或夜间给温室大棚“人工补光”时，则宜选择植物吸收利用效率最高的“红光或蓝紫光”灯泡。因为若利用白炽灯，则其发出的光中“黄、绿光”利用率极低，从节省能源(节电、节省成本)角度讲，用红灯泡、紫灯泡效率最高。

易错点2　误认为温室生产中昼夜温差越大，作物产量越高 点拨　白天适当提高温度或增加CO2浓度，可有利于提高光合产量，夜晚不进行光合作用，适当降低温度可降低呼吸速率从而减少有机物消耗，故适当提高昼夜温差可提高作物有机物积累量，从而提高作物产量。然而，昼夜温差并非越大越好，因为夜晚温度过低时，呼吸酶活性过小，当呼吸作用被过度抑制时，必将减弱矿质离子的吸收等代谢过程，从而制约次日的光合作用，这对作物生长显然不利。

易错点3　误认为光合作用暗反应中C5可参与(CH2O)生成 点拨　光合作用暗反应中C5的作用在于固定CO2形成C3，14CO2中的14C转移途径为14CO2→14C3→(14CH2O)，中间没有C5参与，C5的作用为C5＋CO2→2C3→(CH2O)、C5，C5被用于再次固定CO2，不能理解为C5生成(CH2O)。

易错点4　不明确化能合成作用的实质及其与光合作用的本质区别 点拨　光合作用与化能合成作用的比较 比较项目 光合作用 化能合成作用 代表生物 绿色植物、蓝藻 硝化细菌、硫细菌等 本质及属性 都能将CO2和H2O等无机物合成为有机物并产生O2，故在生态系统中属“生产者” 能量(不同) 光能 氧化无机物放出的能量

易错点5　误认为光照下密闭容器中植物周围空气中CO2浓度不 变时，叶肉细胞的光合速率＝呼吸速率 点拨　一株放在密闭容器中的植物，当给以光照，此容器内二氧化碳浓度不变时，不要认为此时叶肉细胞二氧化碳的吸收量等于释放量，事实上是整个植株二氧化碳的吸收量与释放量相等。因为植株还有非绿色组织，该部分只能进行呼吸作用产生二氧化碳，而对于叶肉细胞来说，二氧化碳的吸收量大于释放量。

[规范答题] 甲图是某科研所在探究“影响植物光合作用速率的因素”的实验装置图。乙图是某植物在恒温(30 ℃)时光合作用速率与光照强度的关系。图丙表示在遮光50%条件下，温度、光照强度、该植物净光合速率和气孔导度(气孔张开的程度)的日变化趋势。试回答：

1.找错·纠错 错答(1)序号：________　正答：________ 错答(2)序号：________　正答：________ 错答(3)序号：________　正答： 错答(4)序号：________　正答：________ 错答(5)序号：________　正答： 错答(6)序号：________　正答：______________ ② 大于 ④ 左 ⑤ 吸收灯光的热量,排除光照对试 管内水温的影响 ⑥ 红或蓝紫 ⑦ 呼吸作用增强,光合速率与呼吸 速率的差值减小 ⑧ 线粒体、叶绿体

2.错因分析 (1)错将光合速率＝整株植物呼吸速率，看作光合速率＝叶肉细胞的呼吸速率。 (2)错将25 ℃更有利于光合作用从而导致B点左移，视作有利于光合作用导致B点更往右移。 (3)理解错误，错将水柱与光镜混淆。 (4)错误地认为白炽灯可发出各色光有利于光合作用，忽视“提高光合效率”、“节约能源”等关键词。 (5)忽略净光合速率应取决于光合速率与呼吸速率的“差值”或“代数和”而非取决于其中单方面。 (6)忽略“细胞器”这一要求，且误认为18∶00时无光合作用。