2024版高考生物总复习：光合作用与能量转化课件

第3讲光合作用与能量转化课标考情——知考向核心素养——提考能课标要求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生命观念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科学思维通过分析C3、C5等物质变化和影响光合作用的曲线，培养学生能用文字、图表及数学模型准确描述生物学知识的能力科学探究通过“探究光照强度对光合作用强度影响”的实验，培养学生的实验探究能力社会责任通过分析光合作用在农业生产的应用，关心农业生产知识点一捕获光能的色素和结构[自主学习][自主检测]思考判断(1)植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。(

)(2)叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素。(

)(3)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同。(

)(4)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。(

)(5)叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积。(

)×√√××知识点二光合作用的过程[自主学习]1.光合作用的探索历程叶绿体氧气光照需氧细菌聚集的部位水的光解氧气同位素标记光合作用释放的氧气二氧化碳ATP

水的光解2.光合作用的过程

有机物中稳定的化学能光、色素、酶类囊体薄膜ATP和NADPH中活跃的化学能酶、NADPH、ATP

叶绿体基质巧记光合作用过程的“一、二、三、四”3.光合作用和化能合成作用的比较项目光合作用化能合成作用区别能量来源_____________________________代表生物绿色植物___________相同点都能将___________等无机物合成有机物

光能无机物氧化释放的能量硝化细菌CO2和H2O(1)同位素标记法中使用的同位素不都具有放射性，如18O就没有放射性。不能检测其放射性；而14C有放射性，可被追踪检测。(2)光合作用过程中的NADPH和呼吸作用中的[H](NADH)不同，光合作用中NADPH是还原型辅酶Ⅱ的简化表示方法。(3)绿色植物和化能合成作用菌为自养型生物，人、动物、真菌以及大多数细菌属于异养型生物。(4)C3和C5并不是只含有3个或5个碳原子，还有H、O等原子，如丙酮酸(C3H4O3)就是一种三碳化合物。[自主检测]1.思考判断(1)光合作用光反应阶段产生的NADPH可在叶绿体基质中作为还原剂。

(

)(2)H2O在光下分解为NADPH和O2的过程发生在叶绿体基质中。

(

)(3)只提供光照，不提供CO2，植物可独立进行光反应。

(

)(4)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，其叶绿体内CO2的固定立即停止。

(

)(5)土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖。

(

)√××√×2.深挖教材光合作用过程中产生的ATP与细胞呼吸过程中产生的ATP的利用不同是_________________________________________________________________________________________________________________________________。

提示：光反应阶段产生的ATP用于暗反应阶段C3的还原和叶绿体中蛋白质、核酸的合成。细胞呼吸产生的ATP可用于除光合作用以外的生命活动3.热图导析如图1、2所示为光合作用探索历程中的经典实验的分析及拓展(图1中叶片黄白色部分不含叶绿体)请思考：(1)图1中a~d可构成哪些对照组?其验证的结论分别是什么?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

提示：图1中b和c部位都是绿色叶片，即都含有叶绿体，二者的区别在于有无光照，通过对比可以说明光合作用需要光照；a和b部位都有光照，二者的区别在于有无叶绿体，通过对照可以说明光合作用需要叶绿体(2)图2所示实验运用了何种技术?可得出何种推论?_____________________________________________________________________________________________________。

提示：图2所示实验运用了同位素标记法，该对比实验说明光合作用产生的O2来源于H2O，而不是来自CO2知识点三光合作用原理的应用[自主学习]1.光合作用强度生成糖类消耗2.影响光合作用强度的因素水分温度CO2浓度长短、强弱[自主检测]1.思考判断(1)生长于较弱光照条件下的植物，当提高CO2浓度时，其光合速率未随之增加，主要限制因素是光照强度。

(

)(2)植物体从土壤中吸收的水分主要用于光合作用。

(

)(3)停止供水，植物光合速率下降，这是由于水既是光合作用的原料，又是光合产物在植物体内运输的主要介质。

(

)(4)夏季晴天，植物出现光合“午休”现象的主要原因是环境中CO2浓度过低。

(

)√×√×2.深挖教材哈密瓜盛产于新疆的哈密地区。在哈密地区农作物生长季节里，阳光充沛、昼夜温差大。分析回答：(1)从影响哈密瓜生长的环境因素分析，哈密瓜特别甜的原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________。

提示：白天温度高，光照强，哈密瓜光合作用强，积累的有机物较多；夜间温度低，哈密瓜细胞呼吸较弱，消耗的有机物较少，一昼夜积累的有机物较多(2)如果你的家乡想种哈密瓜并使瓜甜，仅从光合作用的角度分析，你认为应当采取的措施有______________________________________。提示：增加光照强度、延长光照时间等3.热图导析如图是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线并回答下列问题：(1)图中显示，7~10时，光合作用强度不断增强，其原因是什么?_________________________________________________________________________________。

提示：在一定温度和CO2供应充足的情况下，光合作用强度随着光照强度加强而增强(2)由上图可看出中午12时左右，光合作用强度明显减弱，其主要原因是_______________________________________________________________________________________________。

提示：此时温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，CO2供应减少，导致光合作用强度明显减弱光合作用的过程[深度讲解]1.光反应与暗反应的比较项目光反应暗反应实质光能转换为化学能，并释放出O2同化CO2形成有机物(酶促反应)条件色素、光、酶、水、ADP、Pi多种酶、ATP、CO2、NADPH场所叶绿体类囊体薄膜上叶绿体基质物质转化

能量转化光能→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关系

2.同位素标记元素的转移途径3.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。下图中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：(“↑”表示增加，“↓”表示减少)

(2)“模型法”表示C3和C5的含量变化。起始值C3高于C5(约为2倍)。环境对光反应和暗反应的影响(1)其他条件不变，当光照停止时，C3含量增加还是减少?为什么?(2)其他条件不变，当CO2减少时，C5含量增加还是减少?为什么?【答案】(1)提示：光照停止→ATP、NADPH含量减少→C3消耗量减少→C3含量增加(2)提示：CO2减少→C3合成量减少→ATP、NADPH含量增加→C5含量增加[考向预测](一)光合作用的探究历程的有关实验(素养目标：科学探究)1.(2021年天津静海模拟)在光合作用的探究历程中，科学家恩格尔曼利用水绵和需氧细菌等做了如下实验。甲组：把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在无空气的黑暗环境中，再用极细光束照射水绵；乙组：将载有水绵和需氧细菌的临时装片完全暴露在光下；丙组：用透过三棱镜的光照射载有水绵和需氧细菌的临时装片。下列关于上述实验的分析，不正确的是

(

)A.选择水绵和需氧细菌做实验材料的好处是便于观察和确定放出氧气的部位B.临时装片置于黑暗和没有空气的环境中，其目的是消耗水绵中的有机物C.丙组的实验结果可以证明光合作用的有效光是红光和蓝紫光D.设置乙组实验的目的是进一步对甲组实验结果进行验证【答案】B

【解析】需氧细菌会集中在氧气产生的部位，水绵具有带状叶绿体，选择水绵和需氧细菌做实验材料的好处是便于观察和确定放出氧气的部位，A正确；临时装片置于黑暗和没有空气的环境中，从而排除了光和氧气对实验的干扰，B错误；丙组的实验，根据需氧细菌集中的部位，可知光合作用的有效光是红光和蓝紫光，C正确；需氧细菌只集中在叶绿体被光束照射到的部位附近；如将上述装片完全曝光，则需氧细菌集中在叶绿体所有受光部位周围，设置乙组实验的目的是进一步对甲组实验结果进行验证：需氧细菌只集中在叶绿体照光部位，说明这些部位释放了氧气，即水绵的这些部位进行了光合作用，从而说明光合作用的场所是叶绿体，D正确。(二)光合作用的过程(素养目标：科学思维)2.(2022年北京东城期末)下图为某陆生植物体内碳流动示意图。据图分析，下列叙述不正确的是(

)A.过程①需要消耗光反应提供的ATP和NADPHB.叶肉细胞中的卡尔文循环发生在叶绿体基质C.在叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程D.④受阻时，②③的进行能缓解C3积累对卡尔文循环的抑制【答案】A

【解析】过程①CO2的固定不需要消耗光反应提供的ATP和NADPH，C3的还原消耗光反应提供的ATP和NADPH，A错误；在叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程，由图可知，叶绿体基质中会进行葡萄糖合成淀粉的过程，在细胞质基质中进行葡萄糖和果糖合成蔗糖的过程，C正确；图中④蔗糖输出受阻时，则进入叶绿体的Pi减少，磷酸丙糖大量积累，过多的磷酸丙糖将用于合成淀粉，即②③合成淀粉能缓解C3积累对卡尔文循环的抑制，D正确。环境因素对光合作用的影响及在农业生产上的应用[深度讲解]1.探究单因子对光合作用速率的影响(1)光照强度。原理：影响光反应，制约NADPH和ATP产生。A点：光照强度为0，只进行呼吸作用。AB段：光合作用强度小于呼吸作用强度。B点：光补偿点(光合作用强度与呼吸作用强度相等时的光照强度)。BC段：光合作用强度大于呼吸作用强度。C点：光饱和点(光照强度达到C点后，光合作用强度不再随光照强度增强而增强)。应用：温室大棚内适当提高光照强度可以提高光合速率；欲使植物生长，必须使光照强度大于光补偿点。(2)CO2浓度。原理：影响暗反应，制约C3的生成。A点：CO2补偿点(表示光合作用速率等于呼吸作用速率时的CO2浓度)。A'点：表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B和B'点：CO2饱和点(CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随CO2浓度的增加而增加)。应用：①大田中增加空气流动，以增加CO2浓度，如“正其行，通其风”；②温室中可增施有机肥，以增大CO2浓度。(3)温度。

原理：影响酶的活性，主要制约暗反应。B点：最适温度，酶的活性最强，光合速率达到最大值。应用：在大棚内，白天调到最适温度，增强光合速率；晚上适当降低温度，降低呼吸速率，利于有机物积累。2.探究多种因子对光合作用的影响

图解：P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因子不再影响光合速率，要想提高光合速率，可适当提高除横坐标所表示的因子之外的其他因子。3.光合作用坐标图中关键点移动规律(1)关键点移动。

如图为光照强度对某一植物光合作用强度的影响，若适当提高CO2浓度：①A点(光补偿点)：呼吸作用不变，光合作用增强，A点光合作用强度等于呼吸作用强度，需要降低光照强度，故A点左移；②B点(光饱和点)：B点是光合作用强度达到最大值所需的最低的光照强度，需要增加光照强度，故B点右移；③C点(光合强度最高点)：光合作用最强的点，需要增加光照强度，故C点右上移。(2)规律总结。若条件的改变(提高CO2浓度、提高光照强度)有利于光合作用，则A、B、C三点围成的三角形变大。[考向预测](一)影响光合作用的单一环境因素(素养目标：科学探究)1.为研究环境因素对某植物光合作用强度的影响，设计图甲所示实验装置若干(已知密闭小室内的CO2充足，光照不影响温度变化)，在相同温度条件下进行实验，一段时间后测量每个小室中的气体释放量绘制曲线如图乙。下列叙述正确的是

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)

A.若距离s突然由a时变为b，短时间内叶绿体中C3的含量减少B.K点时，叶肉细胞产生NADPH的细胞器是细胞质基质、叶绿体和线粒体C.IK段表示该植物光合作用逐渐减弱，KL段表示呼吸作用逐渐增强D.L点时该植物仍能进行光合作用【答案】D

【解析】若距离s突然由a变为b，光照减弱，光反应减弱，光反应产生的ATP、NADPH减少，使暗反应中C3的还原受阻，短时间内C3的合成量不变，所以叶绿体中C3含量增加，A错误；K点时气体释放量为0，表示该植物的光合作用强度等于呼吸作用强度，此时该植物叶肉细胞产生NADPH的场所是叶绿体，B错误；IK段表示该植物光合作用强度逐渐减弱，KL段释放的二氧化碳量增加，是因为光合作用强度逐渐减弱，由于实验中温度不变，所以呼吸速率不变，C错误；L点时仍然有光照，该植物仍在进行光合作用，只是光合作用强度小于呼吸作用强度，D正确。(二)多因子变量对光合作用的影响(素养目标：科学思维)2.(2022年广东湛江一模)为探究影响光合作用强度的因素，将同一品种玉米苗置于25℃条件下培养，实验结果如图。下列说法错误的是

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)A.除测定CO2吸收量外，还可通过测定O2释放量表示光合作用强度B.A点条件下限制光合速率的主要环境因素是光强、是否施肥和土壤含水量C.根据实验数据，农业上可在土壤含水量40%~60%条件下施肥以提高玉米产量D.从光合作用面积的角度考虑，还可采取合理密植以提高玉米的光能利用率【答案】B

【解析】反应速率可用反应物的消耗速率或生成物的生成速率表示，故除测定CO2吸收量外，还可通过测定O2释放量表示光合作用强度，A正确；通过A、C点对比可知，限制光合作用的因素是光照强度，通过A、B点对比可知，限制光合作用的因素是土壤含水量，在土壤含水量为20%时，施肥与未施肥没有差别，B错误；结合实验数据，在土壤含水量40%~60%条件下，施肥可提高CO2吸收量，可提高玉米产量，C正确；合理密植可提高光合作用面积，从而提高玉米的光能利用率，D正确。绿叶中色素的提取和分离[实验理论]步骤方法原因提取绿叶中的色素

①加入二氧化硅：有助于研磨充分；②加入碳酸钙：防止研磨中色素被破坏；③加入无水乙醇：为了溶解、提取色素过滤将研磨液迅速倒入基部垫有单层尼龙布的玻璃漏斗中过滤，滤液收集到试管中，及时用棉塞塞紧试管口①单层尼龙布：过滤叶脉及二氧化硅等；②试管口塞紧：防止乙醇挥发1.绿叶中色素的提取和分离的实验操作分析[方法透析]步骤方法原因制备滤纸条

①干燥滤纸：透性好、吸收滤液多；②剪去两角：使层析液同步到达滤液细线画滤液细线用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细而直的滤液细线，待干后再重复画一两次①画得细而直：防止色素带重叠而影响分离效果；②画两三次：为积累更多的色素，使分离后的色素带明显分离绿叶中的色素

①层析液不能触及滤液细线，以防止色素溶解于层析液中而无法分离；②烧杯加盖是为了防止层析液中成分挥发观察与分析

2.绿叶中色素提取分离异常现象分析(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：滤液细线不直；滤液细线过粗。(3)滤纸条看不见色素带：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。(1)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?(2)生产上，用何种颜色的塑料薄膜做顶棚产量高?如果阴天或夜间给大棚内的农作物补光呢?【答案】(1)提示：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)(2)提示：无色(透明)，因日光中各种颜色的光均能通过，作物光合效率高。补红光和蓝紫光[诊断小练](一)对实验原理和操作的考查1.(2020年江苏卷)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是(

)A.提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂B.研磨时加入CaCO3可以防止叶绿素被氧化破坏C.研磨时添加石英砂有助于色素提取D.画滤液细线时应尽量减少样液扩散【答案】B

【解析】绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，因而可以用无水乙醇提取绿叶中的色素，A正确；研磨时需要加入碳酸钙(CaCO3)，可防止研磨时色素被破坏，B错误；研磨时加入少许石英砂(SiO2)有助于充分研磨，利于破碎细胞使色素释放，C正确；画滤液细线时应尽量减少滤液扩散，要求细、直、齐，才有利于色素均匀地分离，D正确。(二)对实验结果的分析2.(2021年黑龙江实验中学阶段测试)提取新鲜菠菜叶的叶绿体色素，用圆形滤纸层析法分离色素，实验装置如图。正确的层析结果是(深色圈表示色素环)(

)ABCD【答案】A

【解析】在植物叶绿体中，各色素的含量从多至少依次是叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素；溶解度从大到小依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，所以滤纸上从外至内依次是胡萝卜素(最窄)、叶黄素、叶绿素a(最宽)、叶绿素b(第2宽)。1.(2022年全国乙卷)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是(

)A.初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率B.初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定C.初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率D.初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率【答案】D

【解析】初期容器内CO2含量较大，光合作用强于呼吸作用，植物吸收CO2释放O2，使密闭容器内的CO2含量下降，O2含量上升，A错误；在适宜且恒定的温度和光照条件下，容器内的CO2含量下降，说明植物光合速率大于呼吸速率，但由于CO2含量逐渐降低，说明植物光合速率逐渐降低，直到光合作用与呼吸作用相等，容器中气体趋于稳定，B错误；初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率，C错误，D正确。2.(2021年广东卷)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，下列叙述正确的是(

)A.Rubisco存在于细胞质基质中

B.激活Rubisco需要黑暗条件C.Rubisco催化CO2固定需要ATP

D.Rubisco催化C5和CO2结合【答案】D

【解析】CO2的固定发生于暗反应阶段，场所是叶绿体基质，A错误。CO2的固定过程在有光和无光条件下都能进行，但Rubisco需要光激活，B错误。CO2的固定过程需要酶的参与，不需要消耗ATP，C错误。由题干信息可知，催化CO2固定形成C3的酶是Rubisco，D正确。名师点拨

根据Rubisco催化的过程是CO2固定形成C3，可知该酶催化的过程是光合作用中的暗反应，据此可以推出该酶的分布部位及催化的具体反应过程。3.(2021年广东卷)与野生型拟南芥WT相比，突变体t1和t2在正常光照条件下，叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图a，示意图)，造成叶绿体相对受光面积的不同(图b)，进而引起光合速率差异，但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下，下列叙述错误的是

(

)A.t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)B.t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)C.三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关D.三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大图图a

图b【答案】D

【解析】由题图可知，t1的叶绿体相对受光面积大于t2，因此，t1在较小的光照强度下就能达到光补偿点和光饱和点，A、B正确。由题干“叶绿素含量及其他性状基本一致”可知，叶绿素的含量与三者光合速率的高低无关，C正确。由题图可知，三者光合速率的差异是由叶绿体在细胞中的分布及位置不同引起的，与光照强度无关，D错误。名师点拨

根据题干可知，三种植株的区别是叶绿体的位置，其他如叶绿素的含量等均一致，分析A和B两个选项要根据图b，由于t2的叶绿体受光面积相对较低，所以需要更高的光照强度才能达到最高光合速率。4.(2022年广东卷)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。图a图b回答下列问题：(1)结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量________，原因可能是______________