第4节　
能量之源——光与光合作用(一)
考点一　捕获光能的色素和结构
【核心知识通关】
蓝绿
黄绿
叶黄素
胡萝卜素
2.叶绿体中色素的吸收光谱分析：
(1)色素的功能：叶绿素主要吸收_____________，
类胡萝卜素主要吸收_______。
(2)色素吸收光的范围：可见光的波长范围大约是
390～760nm，叶绿体中的色素只吸收_______，对
红外光和紫外光等不吸收。
红光和蓝紫光
蓝紫光
可见光
3.叶绿体的结构(填写名称)：

图中③中含有与___反应有关的酶；④由类囊体堆叠
而成，分布有_____和与光反应有关的酶。
外膜
内膜
基质
基粒
暗
色素
【特别提醒】
(1)色素的功能特点：叶绿素和类胡萝卜素均有主要的吸收光波段，对其他波段的可见光并非不吸收，只是吸收量较少。
(2)色素的分布位置：色素不只分布于叶绿体中，液泡中也含有色素如花青素，但是液泡中的色素不能用于光合作用。
(3)光合作用的场所：叶绿体不是细胞进行光合作用的唯一场所，如蓝藻细胞没有叶绿体，也能进行光合作用。
【思维拓展】影响叶绿素合成的“三大”因素
(1)光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，叶片会发黄。
(2)温度：温度可影响与叶绿素合成有关酶的活性，影响叶绿素的合成，低温时叶绿素容易被破坏，使叶子变黄。
(3)矿质元素：叶绿素合成的必需元素，如氮、镁等；叶绿素合成的辅助成分，如缺铁后某些酶无法合成，叶绿素不能合成，叶子会变黄。
【高考模拟精练】
1.(2013·全国卷Ⅱ)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
【解题指南】解答本题需关注以下三点：
(1)两种叶绿素中都有镁元素。
(2)色素将吸收的光能通过传递、转化，储存到有机物中。
(3)叶绿体中不同色素吸收光的峰值不同。
【解析】选D。本题考查色素的元素组成和色素对光能的吸收。叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素，A正确；色素的作用是吸收、传递和转化光能，吸收的光能用于光合作用，B正确；叶绿素a比叶绿素b在红光区的吸收峰值高，C正确；植物主要吸收蓝紫光和红光，绿光吸收最少，反射多，所以叶片呈现绿色，D错误。
2.(2016·郑州模拟)将A、B、C、D四盆长势均匀的植
物置于阳光下，A添加品红色光照，B添加绿色光照，
C隔品红色滤光片，D隔绿色滤光片(如图所示)。经过
一段时间后，各盆植物中长势最好的是(　　)
【解析】选A。A项，在同一阳光照射的条件下，添加
品红色光，比单独在阳光下的光合作用有所增强，所
以长势较旺；B项，添加绿色光，对植物的光合作用来
说属于无效光，即此时植物的光合作用强度等同于单
独在阳光下；C项，添加了品红色滤光片，这种滤光片
只能让品红色光通过，其余光很少或不能通过，光合
作用相对较弱；D项，添加绿色滤光片，这种滤光片只
能让绿色光通过，色素几乎不吸收绿光，所以植物几乎不进行光合作用，因而长势较差。结合以上分析，长势从好到差的顺序依次是A>B>C>D，故A项正确。
【易错提醒】在可见光区域，不同波长的光对光合速率的影响也不同：
白光是复合光，光合作用速率最高；单色光中红光的光合作用速率最高，其次为蓝紫光，最差的为绿光。
3.(2016·淄博模拟)下列关于叶绿体色素在光合作用过程中作用的描述，错误的是(　　)
A.叶绿体色素与ATP的合成有关
B.叶绿体色素参与ATP的分解
C.叶绿体色素与O2和[H]的形成有关
D.叶绿体色素能吸收和传递光能
【解析】选B。叶绿体色素具有吸收、传递和转化光
能的作用，并伴随着水的光解和ATP的合成过程，故
A、C、D项正确，B项错误。
【加固训练】
1.恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，惊奇地发现大量的好氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，该实验能得出的结论主要是(　　)
A.叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用，放出氧气
B.光合作用释放氧气的部位是叶绿体的类囊体
C.叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
D.好氧细菌没有线粒体也能进行有氧呼吸
【解析】选A。好氧细菌需要氧气，集中在红光和蓝紫光区域，说明此处有氧气产生；此实验既不能说明光合作用释放氧气的部位是叶绿体的类囊体，也没有对照实验说明叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，更不能说明好氧细菌没有线粒体。
2.(2015·南通模拟)下图为某种细胞器的结构模式图，下列叙述正确的是(　　)
A.甲细胞器能将葡萄糖分解为CO2和H2O
B.高等植物细胞中两种细胞器都存在
C.两种细胞器膜面积增加，都是为了增加酶的附着
位点
D.两种细胞器内都含有DNA和RNA
【解析】选D。甲为线粒体，能将丙酮酸分解为CO2和H2O，不能分解葡萄糖，A项错误；只有能进行光合作用的高等植物细胞中两种细胞器都存在，例如：叶肉细胞，B项错误；线粒体内膜面积的增加可增加酶的附着位点，叶绿体内类囊体堆叠可增加酶的附着位点，也可增加色素含量，C项错误；线粒体和叶绿体内都含有少量的DNA，也能转录合成RNA，D项正确。
考点二　光合作用的过程　　　
【核心知识通关】
1.光合作用的探究历程：
更新空气
光
化学能
淀粉
叶绿体
叶绿体
水
碳
有机物中的碳
2.光合作用的过程：
(1)根据上图分析光反应与暗反应的区别：
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
光
(CH2O)
ATP
C3
C3
(CH2O)
活跃的
化学能
活跃的化学能
(2)光反应与暗反应的联系：
①光反应为暗反应提供_________。
②暗反应为光反应提供______________。
ATP、[H]
ADP、Pi、NADP+
(3)写出光合作用总反应式，并用箭头标注反应物中
H、O的去向：_________________________
【特别提醒】
(1)光反应阶段产生的ATP只能用于暗反应阶段C3的还原，不能用于其他生命活动。
(2)光反应必须在光照下进行，暗反应有光无光均能进行。
(3)暗反应停止时，使ATP和[H]积累，光反应也要停止。
(4)[H]既不是H+，也不是H，而是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，
它是由氧化型辅酶Ⅱ(NADP+)与电子和质子(H+)结合形成
的。
【深化探究】
(1)萨克斯实验和恩格尔曼实验都采用了对照方法，遵循单一变量原则，在下面表格中写出二者在控制变量方面的不同点：
光的有无
照光与不照光，局部
光照与完全曝光
叶片颜色的变化
好氧细菌的分布
(2)从以下3个方面来分析鲁宾和卡门实验的设计思
路：
①材料处理：________________________________
_________________________。
用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2，
使它们分别成为H218O和C18O2
②实验过程：进行下面两组实验：
第一组：_______________________；
第二组：______________________。
③实验结论：_____________________________。
H218O+CO2→某种植物→18O2
H2O+C18O2→某种植物→O2
光合作用释放的氧气全部来自水
【典题技法归纳】
(2015·安徽高考)如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在有关酶的催化作用下，可形成C5
D.光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高
【解题指南】(1)关键知识：光反应过程与暗反应过程及反应条件。
(2)图示信息：暗反应阶段CO2的固定过程、C3的还原过程。
(3)隐含信息：光反应阶段为暗反应阶段提供ATP和[H]。
【解析】选C。本题主要考查光合作用过程中光反应阶段与暗反应阶段相关物质的变化。在暗反应过程中，绿叶通过气孔从外界吸收进来的CO2，不能直接被[H]还原，首先与叶绿体基质中C5结合生成C3，该过程叫CO2的固定，故A、B项错误。在有关酶的催化作用下，C3接受ATP水解释放的能量并且被[H]还原，一些接受能量并被还原的C3经过一系列变化形成糖类，另一些接受能量并被还原的C3则经过一系列的化学变化，又
形成C5，故C项正确。D项中，光照强度变弱，光反应速度减慢，[H]和ATP的产生量减少，使暗反应阶段C3的还原速度减慢，生成C5减少，而CO2的固定短时间内正常进行，消耗C5增多，导致C5含量减少，故D项错误。
【母题变式】
(1)如果将大豆由暗处移至光下，图中(CH2O)的含量变化
趋势是_____。
增多
(2)如果在下图中A时刻突然停止CO2的供应，短时间内
大豆细胞中C3和C5含量变化分别与图中的哪条曲线变
化一致？_____________________________________
________________。
C3含量变化与图中a曲线一致，C5含量变化
与图中b曲线一致
(3)如果要证明本题图中(CH2O)中的碳来源于CO2，应
该采用的方法是_____________。
同位素标记法
【方法规律】“三步法”判断细胞中C3和C5含量的
变化
第一步：明确光合作用过程中物质的来源与去路：
(1)ATP和[H]来源于Ⅰ过程，消耗于Ⅲ过程。
(2)C3来源于Ⅱ过程，消耗于Ⅲ过程。
(3)C5来源于Ⅲ过程，消耗于Ⅱ过程。
第二步：分析外界条件的变化对光合作用过程的影响：
(1)如果光照强度发生变化，则直接影响过程Ⅰ，依次影响过程Ⅲ、Ⅱ。
(2)如果CO2浓度变化，则直接影响过程Ⅱ，依次影响过程Ⅲ、Ⅰ。
第三步：根据外界条件的变化确定其影响C3和C5含量的变化：
(1)在CO2供应不变时，改变光照条件：
①强→弱：ATP和[H]减少，C3还原减弱，C3消耗减少，C5产生减少，则C3含量增多，C5含量减少。
②弱→强：ATP和[H]增多，C3还原增强，C3消耗增多，C5产生增多，则C3含量减少，C5含量增多。
(2)在光照不变时，改变CO2供应：
①充足→不足：CO2固定减弱，C3产生减少，C5消耗减少，则C3含量减少，C5含量增多。
②不足→充足：CO2固定增强，C3产生增多，C5消耗增多，则C3含量增多，C5含量减少。
【高考模拟精练】
1.(2015·福建高考)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
【解题指南】(1)关键知识：同位素标记法的应用、
暗反应进行的场所与条件、酶活性的检测方法。
(2)思维流程：同位素标记法 ，
检测产物的放射性强度
【解析】选B。本题主要考查与光合作用过程中暗反应有关的实验分析。A项中，菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化C5与14CO2的反应属于光合作用过程的暗反应阶段，反应场所是在叶绿体基质中，故正确；B项中，上述反应在有光、无光条件下都能进行，故错误；C项中，由题干中的信息“检测产物14C3的放射性强度”可
知，测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法，故正确；D项中，由题干中的信息“RuBP羧化酶能催化CO2+C5(即RuBP)→2C3”可知，单位时间内14C3生成量越多，说明RuBP羧化酶活性越高，故正确。
2.(2014·全国卷Ⅰ)正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是(　　)
A.O2的产生停止
B.CO2的固定加快
C.ATP/ADP比值下降
D.NADPH/NADP+比值下降
【解题指南】(1)题干关键词：“正常生长”“用黑布”“将培养瓶罩上”。
(2)隐含信息：绿藻细胞光合作用过程中突然停止光照，直接影响光反应阶段。
【解析】选B。本题主要考查光合作用过程中光反应阶
段与暗反应阶段相关物质的变化。A项中，由于用黑布
将培养瓶罩住，绿藻细胞光合作用过程中光反应停
止，O2的产生停止，正确。C、D项中，光反应停止，
NADPH和ATP的产生停止，而暗反应阶段继续消耗ATP
生成ADP，ATP/ADP比值下降；暗反应阶段C3的还原继
续消耗NADPH生成NADP+，使NADPH/NADP+比值下降，
正确。B项中，暗反应阶段会因为光反应阶段的停止，供应ATP与NADPH停止，使C3的还原速度减慢，C3在叶绿体内积累而导致CO2的固定速度减慢，错误。
3.(2013·海南高考)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。其中，没有出现蓝色的部位是(　　)
A.a、b和d　　B.a、c和e　　C.c、d和e　D.b、c和e
【解题指南】(1)必备知识：植物进行光合作用需要光照，碘遇淀粉变蓝色。
(2)隐含信息：叶片呈黄白色无色素，叶片呈绿色有叶绿素。
【解析】选B。本题考查光合作用的条件及场所。光合作用需要光照。部位c、e被锡箔纸遮盖，不能进行光合作用产生淀粉，而a部位为黄白色，没有叶绿素，也不能进行光合作用产生淀粉，所以加碘液不会变蓝。
4.(2016·信阳模拟)RuBP羧化酶催化C5与CO2结合生
成C3，将某种植物叶片置于适宜的光照和温度条件
下，测定不同的细胞间隙CO2浓度下叶肉细胞中C5的
含量，得到如图所示的结果，据图作出的推测不合
理的是(　　)
A.a→b，叶肉细胞吸收CO2速率增加
B.b→c，叶片的光合速率等于呼吸速率
C.a→b，暗反应消耗ATP的速率增加
D.b→c，RuBP羧化酶量限制了光合速率
【解析】选B。a→b，随叶肉细胞间的CO2浓度的升
高，叶肉细胞吸收CO2速率增加，CO2的固定加快，C5
消耗增多，含量下降，A合理；b→c，叶肉细胞间的
CO2浓度较高，C5含量基本维持不变，表示CO2充足，
此时光合速率大于呼吸速率，B不合理；a→b，随叶
肉细胞间的CO2浓度的升高，CO2的固定加快，C3生成
增多，还原加快，消耗ATP的速率增加，C合理；b→c，
RuBP羧化酶量和光反应产生的ATP量限制了光合速率，
D合理。
5.(2016·淄博模拟)下图甲为叶绿体结构模式图，图乙是从图甲中取出的部分结构放大图，分析回答：
(1)图甲结构③是__________，结构④是__________，
大大增大了叶绿体内的膜面积的是图甲结构中的____
_____(填序号)，而线粒体是通过形成________来增大
膜面积的。
(2)图乙结构除含有捕获光能的光合色素外，还有催化
光合作用________阶段的酶。
【解析】(1)图甲为叶绿体，图中结构③为基粒，结构
④是叶绿体基质，叶绿体通过形成基粒大大增加了叶
绿体内的膜面积，而线粒体是通过内膜向内折叠形成
嵴来增加膜面积的。
(2)图乙结构上含有色素，是叶绿体内基粒的囊状结构
薄膜，是光合作用光反应的场所，因此不但含有捕获
光能的色素，还含有光反应所需的酶。
答案：(1)基粒　叶绿体基质　③　嵴　(2)光反应
【易错提醒】本题(2)易错答为“暗反应”，原因是
误认为只有暗反应需要酶的催化，实际上光合作用的
光反应和暗反应均需要酶的参与。
【加固训练】
1.(2015·德阳模拟)如图表示光合作用过程示意图。下列说法错误的是(　　)
A.①表示O2，④表示CO2
B.暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原为(CH2O)
C.C3的还原过程中，需要光反应提供的能源物质只有②
D.(CH2O)可以转化为多糖、脂质
【解析】选C。图中①②③④分别表示O2、ATP、NADPH、
CO2。在暗反应过程中，CO2首先与C5结合生成C3，在C3
还原过程中，需要光反应为暗反应提供的能源物质有
ATP、NADPH。C3被NADPH还原为(CH2O)，(CH2O)可转化
为多糖、脂质。
2.(2015·烟台模拟)下图为光合作用过程示意图，在适宜条件下栽培小麦，如果突然将c降低至极低水平(其他条件不变)，则a、b在叶绿体中含量的变化将会是(　　)
A.a上升、b下降　　　　 B.a、b都上升
C.a、b都下降 D.a下降、b上升
【解析】选B。由图解分析，c是CO2，a和b分别是[H]、
ATP，若在其他条件不变的情况下，突然将c降低至极
低水平，CO2的固定减弱，C3还原减慢，消耗[H]和ATP
减少，则a、b在叶绿体中的含量都将会上升。
3.(2015·大连模拟)下图所示为叶绿体中色素蛋白等成分在膜上的分布以及某些过程。下列关于相关过程以及发生场所的说法中，正确的是(　　)
A.图示的反应是光反应，场所是类囊体薄膜
B.H2O→H++O2发生在光反应阶段，场所是叶绿体基质
C.ADP→ATP发生在暗反应阶段，场所是叶绿体基质
D.光能转变成化学能发生在光反应阶段，发生在色素分子中
【解析】选A。根据图中各种物质的变化，推测该反应是光反应，发生在叶绿体类囊体薄膜上，故A项正确；光反应阶段发生水的光解，即H2O→H++O2，同时形成ATP，即ADP+Pi→ATP，故B、C项错误；光反应阶段光能转变为ATP中活跃的化学能，但发生的场所是叶绿体类囊体薄膜，而不是色素分子中，故D项错误。
考点三　绿叶中色素的提取和分离实验　　　
【核心知识通关】
1.实验原理：
(1)色素的提取：绿叶中色素溶于有机溶剂_________，
而不溶于水中。
(2)色素的分离：各种色素在层析液中溶解度不同，
溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得___，反之则___。
无水乙醇
快
慢
2.实验步骤：
5 g
无水乙醇
干燥
两角
毛细吸管
滤液
层析液
层
析液
滤液细线
层析液
叶黄素
叶绿素b
【特别提醒】
(1)选新鲜绿色的叶片，可使滤液中色素含量高；不能选用发黄的叶片。
(2)迅速研磨是为了防止乙醇挥发过多，充分研磨是为了充分破坏叶绿体，使色素完全释放出来。
(3)滤液细线画得不直或过粗，色素带可能出现重叠。
(4)忘记画滤液细线、滤液细线触及(或没入)层析液，使色素溶解，可能看不到色素带。
(5)在提取色素时，收集到的滤液颜色过浅，可能有以下几种原因：
①未加SiO2，研磨不充分。
②未加CaCO3或加入过少，色素分子被破坏。
③叶片放置时间长，滤液色素少。
④一次加入无水乙醇过多，色素浓度低。
【创新探究】
(1)下图中①代表新鲜菠菜叶的光合色素纸层析结果，
请判断②所示结果最有可能来自秋冬的银杏落叶，还
是正常生长的柳树幼叶？_______________。
秋冬的银杏落叶
判断的理由是：_______________________________
____________________________________________
____________________________________。
秋冬季节气温降低，叶绿素分子易
被破坏，而使银杏的叶子变黄，由于缺少叶绿素a
和叶绿素b，所以层析的结果与图②吻合
(2)下图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置，据图分析：
①实验时应该将滤液滴在a处还是b处？____。
②在定性滤纸上会出现4个不同颜色的同心圆，最大
的圆圈含有_________(填色素种类)，呈现_____色；
最小的圆圈含有________(填色素种类)，呈现_____
色。
a处
胡萝卜素
橙黄
叶绿素b
黄绿
【高考模拟精练】
1.(2013·江苏高考)关于叶绿体中色素的提取和分离实验的操作，正确的是(　　)
A.使用定性滤纸过滤研磨液
B.将干燥处理过的定性滤纸条用于层析
C.在画出一条滤液细线后紧接着重复画线2～3次
D.研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素
【解题指南】解答本题，需要注意以下两点：
(1)明确过滤使用的用具和层析使用的用具是不同的。
(2)熟记不同浓度乙醇的用途，如脂肪鉴定中用体积分数为50%的乙醇，解离液中酒精和盐酸比例为1∶1等。
【解析】选B。本题考查叶绿体色素提取和分离实验。A项中，过滤研磨液使用的是单层尼龙布，故错误；B项中，层析时使用的是干燥处理过的定性滤纸条，故正确；C项中，在画出一条滤液细线后待滤液干燥后再重复画线1～2次，故错误；D项中，研磨叶片时，用无水乙醇或体积分数为95%的乙醇(加适量无水碳酸钠除去水分)溶解色素。
2.(2016·孝感模拟)某学生利用新鲜的菠菜叶进行叶绿体色素的提取和分离实验时，由于各组操作不同，出现了下列四种不同的层析结果。下列分析不合理的是(　　)
A.甲可能是用蒸馏水做提取液和层析液
B.乙可能是因为研磨时未加入SiO2
C.丙是正确操作得到的理想结果
D.丁可能是因为研磨时未加入CaCO3
【解题指南】(1)图示信息：柱形的高度与色素的含量呈正相关。
(2)关键知识：提取色素所用物质的作用不同：如SiO2、CaCO3、无水乙醇和层析液。
【解析】选C。甲的实验结果是没有分离出色素，色素不溶于水，可能是用蒸馏水做提取液和层析液所致，故A项合理。乙结果分离出了色素，但色素含量少，可能是研磨时未加入SiO2，故B项合理。丙图分离出了色素，但根据四种色素与点样处的距离与四种色素的含量不对应，故C项不合理。丁的实验结果是胡萝卜素和叶黄素的含量正常，叶绿素的含量少，可能是因为研磨时未加入CaCO3，故D项合理。
【延伸探究】
(1)如果层析液没及了滤液细线，则上述四幅图中哪个
符合要求？为什么？
提示：甲图。层析液没及了滤液细线，色素会溶解到
层析液中，滤纸条上没有色素带。
(2)本题B项中如果研磨时加入少量的SiO2，一定不会
出现乙图结果吗？试解释原因。
提示：不一定。如果菠菜叶放置时间太长，色素含量
较低，也可能得到色素较少。
3.(2016·南昌模拟)植物的生长发育需要根从土壤中吸收水分和各种矿质元素，科学实验发现土壤中缺磷会导致植株矮小，叶色暗绿。依据叶色变化判断可能是缺少类胡萝卜素，试设计实验探究叶色暗绿是否是因为缺磷造成类胡萝卜素缺乏所致。
实验所需主要用具、试剂：烧杯、漏斗、试管、研钵、完全培养液、仅缺磷的完全培养液、无水乙醇、SiO2、CaCO3、层析液等。
实验材料：正常生长的黄瓜幼苗。
实验假设：___________________________________。
实验步骤：
第一步：取两个烧杯分别编号为A、B，各放入同样数
量、______________________的黄瓜幼苗。
第二步：A烧杯中加入完全培养液，B烧杯中加入等量
________________，置于相同且适宜的条件下培养，
培养到两组黄瓜苗叶片出现颜色差异为止。
第三步：分别从A、B两组中选取________，用无水乙
醇提取叶片色素，用________法分离色素，观察比较
_______________________________________________
_______________________。
实验结果预测：
(1)A、B两组类胡萝卜素色素带宽度和颜色一致，说