光合作用 【高效课堂+精研精讲】 高考生物一轮复习精讲课件（新教材）

第10讲

光合作用【核心素养目标】课标要求核心素养要求1.说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量,这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中,转换并储存为糖分子中的化学能2.提取和分离叶绿体色素3.探究不同环境因素对光合作用的影响1.通过比较光反应与暗反应的关系和光合作用元素去向分析，建立生命活动对立统一的观点(生命观念)2.通过分析C3、C5等物质变化和影响光合作用的曲线，培养学生利用文字、图表及数学模型准确描述生物学知识的能力(科学思维)3.通过“绿叶中色素的提取和分离”实验，培养学生的实验探究能力(科学探究)4.通过分析色素吸收光谱在农业生产中的应用，养成关心生产生活实际的责任意识(社会责任)一、捕获光能的色素和叶绿体的结构1.叶绿体中的色素及色素的吸收光谱由图可以看出:(1)叶绿体中的色素只吸收

,(波长是400~760nm)，而对红外光和紫外光等不吸收。

(2)叶绿素主要吸收

光,类胡萝卜素主要吸收

光,对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。叶绿素和类胡萝卜素吸收

最少。可见光蓝紫光和红蓝紫绿光叶绿素b叶绿素a例1.植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是(

)A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示D.叶片在640~660nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的A练1.[不定项]霜叶红于二月花，植物叶子呈现的颜色是各种色素的综合表现，色素主要存在于液泡和叶绿体中，叶绿体中的色素主要包含两大类，叶绿素和类胡萝卜素。下列对高等植物的正常叶子中色素的相关叙述，正确的是(

)A.纸层析法分离叶绿体中色素，最宽和最窄的色素带分别是蓝绿色、橙黄色B.提取叶绿体中色素用无水乙醇作为提取液，用水当层析液可分离液泡中色素C.叶绿素对可见光的吸收有一个高峰，类胡萝卜素有两个高峰D.叶绿体中四种色素都含有N、Mg元素，作用是吸收、传递、转化光能AB练2.高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。图中②③是两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，正确的是（）A.①为类胡萝卜素，其在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成B.利用纸层析法分离色素时，③应位于滤纸条的最下端C.由550nm波长的光转为670nm波长的光后，叶绿体中C3的量增加D.弱光下②的相对含量增高有利于植物对弱光的利用D2.叶绿体的结构和功能(1)叶绿体立体结构光合色素分布于

上。光合作用的酶分布于______________________________。(2)叶绿体的功能：进行光合作用的场所。(3)叶绿体中色素的功能：

、

、

光能。外膜内膜类囊体基质基粒类囊体薄膜叶绿体基质、基粒(或类囊体膜)吸收传递转化二、证明叶绿体是光合作用场所的实验——恩格尔曼实验1.实验步骤：①极细光束照射水绵：需氧细菌只集中分布在叶绿体被光束照射到的部位。②完全曝光：需氧细菌分布在叶绿体所有受光的部分③用透过三棱镜的光照射水绵：大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域2.实验结论：①叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧②叶绿体是光合作用的场所3.实验分析：实验材料用

，水绵的叶绿体呈

分布，便于观察，用需氧细菌可确定

的部位。(2)没有空气的黑暗环境排除了

的干扰。(3)用极细的光束照射，叶绿体上可分为

和

的部位，相当于一组对比实验。(4)临时装片局部曝光与完全暴露在光下的实验再一次验证实验结果。水绵和需氧细菌螺旋带状释放氧气氧气和光有光照无光照例2.[不定选]恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵时,发现需氧细菌大量集中在如图所示区域,下列分析不正确的是 (

)A.水绵光合作用产生的氧气能进入细菌的线粒体与[H]结合生成水B.实验过程中装片需放置在没有空气的黑暗环境中,目的是隔绝二氧化碳C.图中细菌分布的差异是由水绵不同区域有机物的含量不同造成的D.图中细菌分布的差异是由在不同波长光下氧气的产量不同造成的ABC三、绿叶中色素的提取和分离1.实验原理

试剂原理提取________绿叶中的色素溶于

，而不溶于水分离_______各种色素在

中的

不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得

，反之则慢无水乙醇层析液有机溶剂层析液溶解度快也可以用95%的酒精加适量的无水碳酸钠来代替。2.实验步骤:防止色素被破坏3.实验结果分析色素种类颜色吸收光谱________类胡萝卜素(含量约占1/4)橙黄色主要吸收________叶黄素_____________叶绿素(含量约占3/4)蓝绿色主要吸收______________叶绿素b______胡萝卜素叶绿素a黄色黄绿色蓝紫光蓝紫光和红光【实验改进】提取叶绿体中的色素，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，则①～④依次对应哪种色素及颜色？①胡萝卜素(橙黄色)

②叶黄素(黄色)

③叶绿素a(蓝绿色)

④叶绿素b(黄绿色)4.实验出现异常现象的原因分析异常现象原因分析收集到的滤液绿色过浅①未加二氧化硅，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，提取液浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇)；④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏滤纸条色素带重叠①滤液细线不直；②滤液细线过粗滤纸条无色素带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例3.如图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况，以下说法正确的是(

)A.提取色素时加入碳酸钙是为了防止滤液挥发B.若选用同种但失绿变黄的叶片，色素含量可能是(甲＋乙)<(丙＋丁)C.四种色素都能溶解在层析液中，乙色素的溶解度最大D.四种色素中，丙和丁主要吸收红光B练3.在做提取和分离叶绿体中的光合色素实验时,甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“+”表示使用,“-”表示未使用),其余操作均正常,他们所得的实验结果依次应为(

)试剂甲乙丙丁无水乙醇-+++水+---碳酸钙++-+二氧化硅+++-A.①②③④

B.②④①③C.④②③①

D.③②①④B四、探索光合作用原理的部分实验科学家关键设计或现象实验结论(观点)希尔离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气水在叶绿体中光解、产生____鲁宾和卡门光合作用释放的氧气全部来自____阿尔农在光照下，叶绿体合成ATP总是与水的光解相伴随叶绿体中水的光解过程伴随ATP合成卡尔文用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测其放射性：14CO2→14C3→(14CH2O)和14C5光合产物中的碳来自________氧气水二氧化碳五、光合作用过程1.概念:指绿色植物通过

,利用光能,将

转化成储存着能量的有机物,并且释放出

的过程。

叶绿体二氧化碳和水氧气2.反应式CO2+H2O

+O2

(CH2O)3.光合作用过程4.光反应与暗反应的比较项目光反应暗反应条件

、色素、酶

、NADPH、

、多种酶

场所

物质变化①水的光解：______________________；②ATP的合成：____________________________；③NADPH的合成：

:

C3的还原:

能量转化光能→___________________________2H2O光4H++O2ADP＋Pi＋能量酶ATPNADP++H+酶NADPHCO2的固定酶CO2+C52C3

ATP和NADPH中活跃的化学能ATP和NADPH中活跃的化学能→_______________________有机物中稳定的化学能光ATPCO2类囊体薄膜叶绿体基质光反应与暗反应的联系：光反应为暗反应提供ATP、NADPH,暗反应为光反应提供ADP和Pi、NADP+。没有光反应,暗反应无法进行,没有暗反应,有机物无法合成。【教材拾遗】(1)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。[教材必修1P103“相关信息”](2)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)。[教材必修1P104“相关信息”](3)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。[教材必修1P104](4)光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30s的时间，放射性代谢产物多达几十种。缩短时间到7s，发现放射性代谢产物减少到12种，想要探究CO2转化成的第一个产物，可能的实验思路是：不断缩短光照时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物，该物质即为CO2转化成的第一个产物。5.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析(1)“过程法”分析各物质变化图中Ⅰ表示光反应,Ⅱ表示CO2的固定,Ⅲ表示C3的还原,当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时,分析相关物质含量在短时间内的变化:(2)“模型法”表示C3和C5的含量变化注:C3的起始值高于C5,约是其2倍。【易错提醒】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。若时间延长,光照强度减弱,光反应减弱,暗反应也一定减弱,总光合强度也一定减弱;CO2不足,暗反应减弱,光反应也一定减弱,总光合强度也一定减弱。②以上各物质变化中,C3和C5含量的变化是相反的,NADPH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。5.光合作用的意义太阳光能的输入、捕获和转化，是生物圈得以维持运转的基础。光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。六、化能合成作用1.概念:利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。2.实例:硝化细菌能将氨氧化成亚硝酸,再将亚硝酸氧化成硝酸,利用这两个化学反应释放出的化学能将

合成糖类,供自身利用,如图所示:

CO2和H2O例4.[不定选]如图所示为叶肉细胞中叶绿体进行光合作用的过程,A、B代表物质。下列叙述错误的是(

)A.叶绿体能将光能转变为化学能储存在有机物中B.①上产生的B物质移动到②参与CO2的固定C.②中产生的NADP+移动到①上参与H2O的光解D.①上产生的A物质可用于CO2的固定和C3的还原BD练4.[不定选]光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。下列对于改变反应条件而引起的变化的说法,不正确的是(

)A.突然中断CO2供应,会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值减小B.突然中断CO2供应,会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大C.突然将红光改变为绿光,会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小D.突然将绿光改变为红光,会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小ACD例5.[不定项]磷酸丙糖不仅是光合作用中最先产生的糖，也是光合作用产物从叶绿体运输到细胞质基质的主要形式。如图为某植物光合作用产物的合成与运输示意图。下列相关说法不正确的是(

)A.a表示的物质是ATP，它也可以在叶绿体基质中合成B.磷酸丙糖应该是一种五碳化合物C.磷酸丙糖是暗反应产物，在细胞质基质中合成淀粉D.若图中表示的磷酸转运器活性受抑制，会导致光合速率下降ABC七、影响光合作用的因素(一)、内部因素1.植物自身的遗传特性(如植物品种不同):以阴生植物、阳生植物为例,如图所示。(1)阴生植物的呼吸速率<阳生植物的呼吸速率,阴生植物的光补偿点<阳生植物的光补偿点,阴生植物的光饱和点<阳生植物的光饱和点。(2)应用:间作套种。2.植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶(1)OA段,随叶龄增大,叶面积增大,色素含量增多,酶的含量增多,活性增强,光合作用速率加快。A点之后,随叶龄增大,色素、酶含量减少,酶的活性减弱,光合作用速率减慢。(2)应用:适时摘除老叶。(二)环境因素对光合作用强度的影响1.光照强度光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速度加快，产生的NADPH和ATP增多，使暗反应中C3还原过程加快，从而使光合作用产物增加。(1)细胞呼吸对应点(A点)的移动:细胞呼吸增强,A点下移;细胞呼吸减弱,A点上移。(2)补偿点(B点)的移动①细胞呼吸速率增加,其他条件不变时,CO2(或光)补偿点应右移,反之左移。②细胞呼吸速率基本不变,相关条件的改变使光合速率下降时,CO2(或光)补偿点应右移,反之左移。(3)饱和点(C点)和D点的移动:相关条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时,C点右移,D点上移的同时右移;反之,则移动方向相反。净光合速率与总光合速率(1)曲线辨析(2)从词语表达中辨析总(真正)光合速率净(表观)光合速率呼吸速率“同化”“固定”或“消耗”的CO2的量“从环境(容器)中吸收”或“环境(容器)中减少”的CO2的量黑暗中释放的CO2的量“产生”或“制造”的O2的量“释放至容器(环境)中”或“容器(环境)中增加”的O2的量黑暗中吸收的O2的量“产生”“合成”或“制造”的有机物的量“积累”“增加”或“净产生”的有机物的量黑暗中消耗的有机物的量还有“叶绿体吸收”也表示总光合速率注真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率①光合作用消耗的CO2量＝从环境中吸收的CO2量＋呼吸释放的CO2量②光合作用产生的O2量＝释放到环境中的O2量＋呼吸作用消耗的O2量自然环境及密闭容器中植物光合作用曲线及分析(1).自然环境中一昼夜植物CO2吸收速率的变化曲线a点:凌晨,温度降低,细胞呼吸减弱,CO2释放减少。b点:有微弱光照,植物开始进行光合作用。bc段:光合作用强度小于细胞呼吸强度。c点:光合作用强度等于细胞呼吸强度。ce段:光合作用强度大于细胞呼吸强度。d点:温度过高,部分气孔关闭,出现“午休”现象。e点:光合作用强度等于细胞呼吸强度。ef段:光合作用强度小于细胞呼吸强度。fg段:没有光照,光合作用停止,只进行细胞呼吸。bf段:制造有机物的时间段。ce段:积累有机物的时间段。一昼夜有机物的积累量=S1-(S2+S3),其中S1、S2、S3分别表示曲线和横轴围成的面积。(2).密闭容器中一昼夜CO2浓度的变化曲线(注意:分析光合作用或细胞呼吸速率的变化时,应分析曲线变化趋势的快慢,也就是斜率.)AB段:无光照,植物只进行细胞呼吸。BC段:温度降低,细胞呼吸减弱(曲线斜率下降)。CD段:微弱光照,开始进行光合作用,但光合作用强度小于细胞呼吸强度。D点:光照增强,光合作用强度等于细胞呼吸强度。DH段:光合作用强度大于细胞呼吸强度。其中FG段表示光合“午休”现象。H点:光合作用强度等于细胞呼吸强度。HI段:光照继续减弱,光合作用强度小于细胞呼吸强度,直至光合作用完全停止。I点低于A点:一昼夜,密闭容器中CO2浓度减小,即光合作用总量大于细胞呼吸总量,植物能正常生长(若I点高于A点,植物不能正常生长)。2.CO2浓度(1)图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度。图1中C点和图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B点和B′点对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。(2)应用大田要“正其行，通其风”，通风以提高CO2浓度。温室大棚施用农家肥，适当提高CO2浓度。3.温度(1)温度通过影响酶的活性影响光合作用强度。光合作用强度和细胞呼吸强度都受温度的影响，但光合作用相关酶对温度的反应更为敏感。(2)应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用强度；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸强度，保证植物有机物的积累。4.水分或矿质元素

影响气孔的开闭超过一定浓度后，植物会因土壤溶

液浓度过高而渗透失水，出现萎蔫。(1)可根据作物的需水规律，合理灌溉。水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。(2)N、Mg、Fe等是叶绿素合成的必需元素，若这些元素缺乏，会影响叶绿体的合成，从而影响光合作用。(3)应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可以提高作物的光合作用效率。多因子对光合速率的影响P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着该因子的不断加强，光合速率不断提高。Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的主要因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。例6.[不定选]某科研小组用图甲中试管Ⅰ与试管Ⅱ敞口培养相同数量的小球藻,研究光照强度对小球藻O2产生量的影响,试管Ⅰ的结果如图乙曲线所示。据图分析,下列叙述不正确的是(

)A.Q点的O2净释放量为零,是因为此点光合作用强度为零B.P点为负值的原因是细胞呼吸消耗O2,适当降低温度,P点将下移C.在图乙上绘制试管Ⅱ的结果曲线,Q点应右移D.降低CO2浓度时,在图乙上绘制试管Ⅰ的结果曲线,R点应右移ABD例7.将某一植株放在密闭玻璃罩内,置于室外一昼夜,获得实验结果如图所示。下列有关说法错误的是(

)A.图甲中BC段较AB段CO2浓度增加减慢,是因为低温使植物呼吸作用减弱B.两图中分别出现FG段与ef段的变化,原因是部分气孔关闭,叶片吸收CO2的量减少C.图乙中gh段时O2含量增加,且到达i点时,该植株积累的有机物最多D.图示结果表明,该植株经过这一昼夜之后,植物体中有机物含量有所增加C例8.图甲表示植物在不同光照强度下单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化，图乙表示植物光合速率与光照强度的关系曲线。假设不同光照强度下细胞呼吸强度相等，下列说法正确的是(

)A.若图甲代表水稻，图乙代表蓝细菌，则图甲的c光照强度下与图乙的C时细胞中产生ATP的场所都有细胞质基质、线粒体和叶绿体B.若图甲与图乙为同一植物，则相同温度下，图甲的c光照强度下相当于图乙的B点C.图甲植物的d光照强度下单位时间内细胞从周围环境吸收8个单位的CO2D.图乙的A、B、C点光合作用限制因素只有光照强度B八.光合速率的测定方法Ⅰ“液滴移动法”①绿色组织在

条件下或非绿色组织只进行呼吸作用，测得的数值为呼吸速率。(图甲)②绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。（图乙）黑暗③表观（净）光合速率的测定方法。a．条件：整个装置必须在光下。b．NaHCO3溶液的作用：玻璃杯中的NaHCO3溶液保证了容器内_______浓度的相对恒定，满足了绿色植物光合作用的需求。c.植物光合速率指标：植物光合作用释放

_____，使容器内气体压强增大，毛细管内的水滴____移。单位时间内水滴___移的体积即是表观光合速率。CO2氧气右右Ⅱ“黑白瓶法”黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，瓶中生物只进行细胞呼吸，而白瓶中的生物既能进行光合作用又能进行细胞呼吸，所以用黑瓶（无光照的一组）测得的为________________值，用白瓶（有光照的一组）测得的为________________________值，综合两者即可得到______________________值。细胞呼吸强度表观(净)光合作用强度真正光合作用强度Ⅲ“称重法”将叶片一半遮光，一半曝光，遮光的一半测得的数据变化值代表细胞呼吸强度值，曝光的一半测得的数据变化值代表________________________值，综合两者可计算出____________________值。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以防止有机物的运输。表观(净)光合作用强度真正光合作用强度【高考真题】1.[2021·辽宁卷]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B

2.[天津卷]某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半,但固定CO2酶的活性显著高于野生型。图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。叙述错误的是(

)A.光照强度低于P时,突变型的光反应强度低于野生型B.光照强度高于P时,突变型的暗反应强度高于野生型C.光照强度低于P时,限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度D.光照强度高于P时,限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度D3.[不定项](2022·湖南)在夏季晴朗无云的白天，10时左右某植物光合作用强度达到峰值，12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因可能是（

）A.叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少B.光合酶活性降低，呼吸酶不受影响，呼吸释放的CO2量大于光合固定

的CO2量C.叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏，吸收和传递光能的效率降低D.光反应产物积累，产生反馈抑制，叶片转化光能的能力下降AD4.(2020·天津卷)研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是(

)A.产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质B.该反应体系不断消耗的物质仅是CO2C.类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原D.与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素A【课堂练习】1.[不定项]叶黄素是一种存在于人眼视网膜上的类胡萝卜素，具有抗氧化活性和减少可见光损伤视网膜的功能。下列相关叙述不正确的是()A.叶黄素可减少光损伤视网膜与其主要吸收红光有关B.绿色植物叶肉细胞中的叶黄素主要分布在液泡中C.在层析液中，叶黄素的溶解度大于叶绿素的D.秋季叶片变黄主要与叶片不能合成叶绿素有关ABD2.已知某植物光合作用和细胞呼吸最适温度分别为25℃和30℃，如图表示该植物处于25℃环境中时光合作用强度随光照强度变化的