高三生物一轮复习第9讲+光合作用与能量转化

第9讲

光合作用的原理《一轮复习》导【学习目标】1.说出绿叶中色素的种类和作用。2.说出叶绿体的结构和功能。【习题导入】1．(2020·海南模拟)下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，正确的是()A．提取色素时加入SiO2的目的是加速研磨并保护叶绿素不被破坏B．画滤液细线时要等上一次滤液细线干燥后再进行画线C．对研磨液过滤时需要在玻璃漏斗的基部放一层滤纸D．分离色素时，滤液细线浸入层析液中会导致色素带变浅B一、捕获光能的色素和结构（P67）1、绿叶中色素的提取与分离(1)实验原理

绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂__________（或丙酮）中，用无水乙醇提取色素。提取原理不同的色素在_______(汽油)中的溶解度不同，溶解度越高的色素随层析液在滤纸上的扩散速度____；反之则慢。分离原理无水乙醇层析液快若实验室没有无水乙醇，可以体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来代替。无水碳酸钠的作用是除去乙醇中的水分。分离方法：纸层析液小结：①无水乙醇的作用：②层析液的：溶解色素、提取色素分离色素提取方法：过滤法(2)实验步骤评1、绿叶中色素的提取与分离无水乙醇：提取色素二氧化硅：增大摩擦，使研磨充分碳酸钙：防止研磨时色素被破坏防止溶剂挥发，充分溶解色素迅速、充分研磨：单层尼龙布：试管口塞紧：不能用滤纸或纱布，因为它们易吸附色素防止有机溶剂挥发一、捕获光能的色素和结构（P67）(2)实验步骤1cm铅笔线为什么要剪去两角？减少边缘效应，使层析液在滤纸条上扩散均匀。B注意：待滤液干后，再画一两次。为了积累更多色素，使色素分离带更明显要求：细、直、齐1、绿叶中色素的提取与分离一、捕获光能的色素和结构（P67）(2)实验步骤类型三类型一类型二为何滤液细线不能触及层析液？（防止色素溶解在层析液中）为何要盖上培养皿？（防止层析液挥发，因其易挥发且有毒）1、绿叶中色素的提取与分离一、捕获光能的色素和结构（P67）(3)实验结果分析胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）叶绿素a（蓝绿色）叶绿素b（黄绿色）叶绿素类胡萝卜素（3/4）（1/4）一、捕获光能的色素和结构（P67）(3)实验结果胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）叶绿素b（黄绿色）①色素带的条数与光合色素的种类有关，4条色素带说明有____种光合色素；②色素带的宽窄与光合色素的含量有关，色素带越宽说明此种光合色素含量越____；③色素带的扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快说明此种光合色素溶解度越____4多快①溶解度的高低（扩散速度快慢）依次是：

②各种色素的含量高低依次是：叶绿素a﹥叶绿素b﹥叶黄素﹥胡萝卜素。胡萝卜素﹥叶黄素﹥叶绿素a﹥叶绿素b。叶绿素a（蓝绿色）一、捕获光能的色素和结构（P67）(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

，研磨不充分；②使用放置数天的菠菜叶，滤液

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：_____________________)；④未加

或加入过少，色素分子被破坏二氧化硅色素(叶绿素)碳酸钙滤纸条色素带重叠滤纸条无色素带①忘记画

；②滤液细线接触到

，且时间较长，色素全部溶解到层析液中滤液细线层析液1、绿叶中色素的提取与分离一、捕获光能的色素和结构（P69）分次加入少量无水乙醇①没经过干燥处理；②滤液细线没有达到细、直、齐的要求，使色素扩散不一致2、色素捕获光能的情况光谱吸收光谱注意：植物的液泡中含有的色素（花青素）是不参与光合作用的主要吸收红光和蓝紫光主要吸收蓝紫光（叶绿素b的吸收峰值高于叶绿素a）色素的功能：吸收、传递和转化光能一、捕获光能的色素和结构（P67）

1、温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜？【与社会联系P68】无色

2、温室或大棚种植蔬菜时，最好补充什么光源？红光或蓝紫光光源

3、为什么我们看到大多数植物叶片是绿色的呢？由于叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素，且对绿光吸收量最少，绿光被反射出来，所以呈绿色

4、秋季，叶片为什么变黄？秋季，低温使叶片中的叶绿素分子被破坏，而类胡萝卜素较稳定，所以显出类胡萝卜素的颜色

5、秋天，枫叶为什么变红？秋天降温，植物体内积累了较多糖分以适应寒冷，体内可溶性糖多了，就形成了较多的花色素苷（红色），叶子就呈红色色素种类色素颜色元素组成主要吸收光胡萝卜素橙黄色CH蓝紫光，不吸收红光叶黄素黄色CHO蓝紫光，不吸收红光叶绿素a蓝绿色CHONMg蓝紫光和红光叶绿素b黄绿色CHONMg蓝紫光和红光【小结】3、叶绿体的结构和功能外膜叶绿体基质暗反应类囊体色素光反应光合作用叶绿体一、捕获光能的色素和结构（P68）4、探究叶绿体功能的实验(恩格尔曼实验)实验一

把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中，然后用极细的光束照射水绵。发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中；如果临时装片暴露在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位。（1）实验中的变量？自变量为

，因变量是

。

是

无关变量的控制，目的是

。有无光照好氧细菌分布情况临时装片放在没有空气的黑暗环境中排除氧气和光对实验的干扰（2）实验结论？光照下叶绿体能释放氧气评【思考：叶绿体的功能P68】评(1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上的巧妙之处是____________________________________________________________________________________________。选择水绵和需氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位(2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是

______________________________________。排除氧气和极细光束外的其他光的干扰1.下图是验证叶绿体功能实验中恩格尔曼所做的实验示意图，请分析：【思考：叶绿体的功能P68】4、探究叶绿体功能的实验(恩格尔曼实验)实验二

用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的好氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。（1）实验中的变量自变量是

，因变量是

。不同波长的光好氧细菌聚集的部位（2）实验结论？光合作用主要吸收红光和蓝紫光（3）综合这两个实验，你认为叶绿体具有什么功能？叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧（4）恩格尔曼实验能得出“叶绿体是光合作用的场所”这

一结论吗？不能。这一结论的得出还要结合其他的实验证据【思考：叶绿体的功能P68】1.下图是验证叶绿体功能实验中恩格尔曼所做的实验示意图，请分析：【思考：叶绿体的功能P68】(3)在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？提示这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于需氧细菌在此区域分布2.研究表明，光照会影响韭菜叶绿素的合成，但不会影响类胡萝卜素的合成。请利用色素的提取和分离技术，以暗处生长的韭菜幼苗作为材料，设计实验以验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。

实验思路：

预期结果：【思考：叶绿体的功能P68】将暗处生长的韭菜幼苗随机均分为甲、乙两组；甲组韭菜幼苗置于光照条件下培养，乙组韭菜幼苗置于黑暗条件下培养。在相同且适宜的环境条件下培养一点时间后，提取并用纸层析法分离两组韭菜中的色素，比较滤纸条上的色素带。甲组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带与乙组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带基本一致；甲组滤纸条上有蓝绿色和黄绿色的色素带，乙组滤纸条上没有蓝绿色和黄绿色的色素带。【考点速览•诊断P68】(1)纸层析法分离叶绿体色素时，以多种有机溶剂的混合物作为层析液。(2021·河北卷，3C)(

)(2)探究黑藻叶片中光合色素的种类时，可用无水乙醇作提取液。(2020·山东卷，3D)(

)(3)提取光合色素的实验中，研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素。(2019·江苏卷，17A)(

)提示防止叶绿素被破坏。√√×【考点速览•诊断P68】(4)红光照射时，胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a。(2019·海南卷，9B)(

)提示胡萝卜素不能吸收红光。(5)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。(2017·全国卷Ⅲ，3D)(

)×√1.(2023·东北育才中学调研)下列有关色素提取和分离实验的说法，正确的是(

) A.根据绿叶中色素在无水乙醇中溶解度不同，可对色素进行分离 B.分离色素时，蓝绿色的色素带距离滤液细线最远 C.利用纸层析法可分离4种叶绿体色素 D.叶绿体色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸上扩散就越慢C考向结合色素的提取与分离实验，考查科学探究能力【P69】D2.(2022·湖北卷，12)某植物的2种黄叶突变体表现型相似，测定各类植株叶片的光合色素含量(单位：μg·g－1)，结果如表。下列有关叙述正确的是(

)植株类型叶绿素a叶绿素b类胡萝卜素叶绿素/类胡萝卜素野生型12355194194.19突变体1512753701.59突变体2115203790.35【当堂巩固】A.两种突变体的出现增加了物种多样性B.突变体2比突变体1吸收红光的能力更强C.两种突变体的光合色素含量差异，是由不同基因的突变所致D.叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色D3.(2023·安阳市调研)叶绿体是植物进行光合作用的场所，下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是(

) A.叶绿体中的色素的合成都需要Mg2＋和光照 B.H2O在光下分解为NADPH和O2的过程发生在基质中 C.CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上 D.光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的考向叶绿体的结构和功能【当堂巩固】D4.(2023·山东临沂联考)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。下图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，正确的是(

)【当堂巩固】

5.（2019江苏卷·17）如图为某次光合作用色素纸层析的实验结果，样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝藻经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是（）A．研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素B．层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液C．在敞开的烧杯中进行层析时，需通风操作D．实验验证了该种蓝藻没有叶绿素bD【当堂巩固】（1）光影响原理：在受到光照射时，光敏色素的结构发生变化，这一变化的信息会经过信息传递系统传导到细胞核内，影响特定基因的表达，从而表现出生物学效应。控制叶绿素酶合成的基因拓展：影响叶绿素合成的因素拓展：影响叶绿素合成的因素（2）温度叶绿素的生物合成是一系列酶促反应，受温度影响。秋天叶子变黄和早春寒潮过后秧苗变白，都与低温抑制叶绿素形成有关。高温下叶绿素分解大于合成，因而夏天绿叶蔬菜存放不到一天就变黄；相反，温度较低时，叶绿素解体慢，这也是低温保鲜的原因之一。

（3）矿质元素(Mg、N等)②研究证实，叶片氮含量与叶绿素含量之间呈正相关。因此，当叶绿素含量低下时，要对植株进行适量施氮肥，这样可以提高叶绿素的含量，从而促进植物的生长、发育。①缺Mg导致叶绿素合成减少，吸收光能减少，光合作用降低。（4）水干旱可促进植物体内脱落酸（ABA）的合成，脱落酸促进叶绿素的降解,降低叶片的光合速率。影响叶绿素合成的因素

（1）光:控制叶绿素酶合成基因的表达

（2）温度:低温抑制叶绿素形成有关,高温下叶绿素分解大于合成，温度较低时，叶绿素解体慢

（3）矿质元素(Mg、N等)①缺Mg导致叶绿素合成减少②研究证实，叶片氮含量与叶绿素含量之间呈正相关，因此要适当施加氮肥

（4）水：干旱可促进植物体内脱落酸（ABA）的合成，脱落酸促进叶绿素的降解,降低叶片的光合速率。拓展：影响叶绿素合成的因素（抄写笔记）二、光合作用的原理（P70）光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。1光合作用的原理光能CO2+H2O（CH2O）+O2叶绿体叶绿体如何将光能转化为化学能？又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？探索光合作用原理的部分实验P102实验1：1937年希尔实验材料：处理：在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），在光照下进行结果：叶绿体有O2释放。（细胞器水平上）叶绿体中H2O光解产生氧气。推测：离体叶绿体思考：希尔实验中的氧化剂起到什么作用？结合H2O分解产生的2H+和2e-NADP++2H++2e-NADPH+H+酶探索光合作用原理的部分实验P1021．希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？2．希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？不能，仅说明离体的叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。能。悬浮液中有水，没有合成糖的另一种必需原料二氧化碳，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。探索光合作用原理的部分实验实验2：鲁宾和卡门实验实验思路：用同位素示踪法来研究物质的去路材料：小球藻处理：用18O分别标记CO2和H2O（→C18O2和H218O），给予光照。光合作用产生的O2来自于H2O，不来自CO2。结果：A为O2，B为18O2；结论：探索光合作用原理的部分实验P1023．分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于二氧化碳。探索光合作用原理的部分实验材料：实验2：1954年阿尔农实验1处理：加入ADP、Pi，给予光照结果：叶绿体生成ATP，且同时水光解产生氧气光照下，水光解的同时，ADP和Pi合成ATP。结论：离体叶绿体探索光合作用原理的部分实验P1024．尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。H2O光照叶绿体O2+NADPH+能量ADP+PiATP二、光合作用的原理（P70）光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。1光合作用的原理光能CO2+H2O（CH2O）+O2叶绿体根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应（现在也称为碳反应）两个阶段。拓展1：光合电子传递链（P70）光反应的过程如图1所示。镶嵌在叶绿体类囊体膜上的光合色素分子整齐地排列在一起，它们能够捕获光能，将光能传递给位于反应中心的色素分子，该色素分子被激发，释放出一个高能电子。失去电子的色素分子有很强的夺电子能力，它们从水分子中夺取电子，使水分解成H+和02，02扩散进人大气。色素分子失去的电子被叶绿体类囊体膜上的特殊蛋白质捕获，这些蛋白质利用电子携带的能量将H+从叶绿体基质泵入叶绿体类囊体腔，并最终把电子传递给了NADP+，NADP+获得电子后与H+结合，生成NADPH。叶绿体类囊体膜上镶嵌有ATP合酶,叶绿体类囊体腔中的H+顺浓度梯度经ATP合酶返回叶绿体基质，叶绿体类囊体两侧H+的电化学梯度势能（氢离子浓度梯度）推动了ATP的生成。(选自北师大版必修一教材119页)有的膜蛋白传递电子给NADP＋，在某种膜蛋白的催化下合成NADPH；还有的膜蛋白是ATP合成酶，利用膜两侧的氢离子浓度差催化合成ATP。（PSⅡ和PSⅠ）呼吸电子传递链和光合电子传递链（1）呼吸电子传递链

①场所：线粒体内膜（有氧呼吸第三阶段）

②ATP的合成：H+从线粒体内外膜间隙（高H+）到线粒体基质（低H+）产生电化学梯度势能可用于合成ATP

③H+跨线粒体内膜的运输过程属于：协助扩散

（2）光合电子传递链

①场所：叶绿体类囊体薄膜上（光反应阶段）

②ATP的合成：H+从叶绿体类囊体腔内（高H+）到叶绿体基质（低H+）产生电化学梯度势能可用于合成ATP

③H+跨叶绿体类囊体薄膜的运输过程属于：协助扩散拓展2：电子传递链（抄写笔记）二、光合作用的原理（抄写笔记）（1）光合作用的原理①光反应阶段场所：条件：2H2O光色素（4H+)NADPHO2+物质ADP+Pi+光能酶ATP能量:水的光解：ATP的合成：NADP++H++2e-→NADPH光、酶、色素、H2O、ADP、Pi、NADP+叶绿体类囊体薄膜上过程：光能→ATP、NADPH中活跃的化学能NADPH的合成：酶ADP+PiATPNADP+能量C52C3多种酶(CH2O)糖类CO2固定还原酶NADPH酶能量条件：场所：叶绿体基质中有光无光都可以，多种酶等

CO2的固定：C3的还原：2C3

(CH2O)+C5酶ATP、NADPH有机物中稳定的化学能CO2＋C5

2C3酶物质转化ATP、NADPH中活跃的化学能能量转化：②暗反应阶段

卡尔文循环二、光合作用的原理（抄写笔记）二、光合作用的原理（抄写笔记）③光合作用的全过程叶绿体中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原光反应暗反应NADP+NADPH光能→ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能酶类囊体薄膜叶绿体基质可见光1.NADPH和ATP的移动途径是什么？2.NADP+和ADP的移动途径呢？3.NADPH的作用？从叶绿体类囊体薄膜到叶绿体基质从叶绿体基质到叶绿体类囊体薄膜①在C3的还原中作还原剂；②为C3的还原提供能量小结：物质方面：光反应生成的____和______供暗反应中________，而暗反应为光反应提供__________。ATPNADPHC3的还原ADP、Pi和NADP+能量方面：光反应将光能转变为不稳定化合物（___________）中的化学能，暗反应再将不稳定化合物中的化学能转变为稳定化合物（______________）中的化学能。ATP和NADPH糖类等有机物二、光合作用的原理（抄写笔记）【考点速览•诊断P71】(1)植物细胞产生的O2只能来自光合作用。(2021·山东卷，16C)(

)

(2)弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用。(2021·湖南卷，7A)(

)(3)类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原。(2020·天津卷，5C)(

)×××【考点速览•诊断P71】(4)蓝细菌(蓝藻)没有叶绿体也能进行光合作用。(2019·海南卷，1D)(

)(5)高等植物光合作用中光反应只发生在生物膜上。(2018·海南卷，4A)(

)(6)叶肉细胞中光合作用的暗反应发生在叶绿体基质中。(

)(7)水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量。(2017·海南卷，10D)(

)√√√×3.光照停止后暗反应短时间仍然能够持续，但无法长时间正常进行，原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________；CO2不足暗反应减弱后光反应也无法正常进行，原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________。暗反应中C3的还原需要光反应提供ATP和NADPH，停止光照使光反应停止，叶绿体中仍有少量ATP和NADPH能使暗反应持续进行一段时间，但是这段时间后，暗反应因缺少ATP和NADPH而无法进行光反应需要暗反应提供的ADP、Pi和NADP＋，CO2不足使暗反应减弱后，光反应在缺少原料的情况下无法正常进行【典例•精心深研P71】拓展3：光合作用中元素的转移CO2+H2O光能叶绿体（CH2O）+O2拓展3：化能合成作用（课本P106）能够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的合成作用。例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。

2NH3+3O2

2HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O2

2HNO3+能量硝化细菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量讨论：进行化能合成作用的生物属于自养还是异养生物？异养生物：只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。自养生物：以无机物转变成为自身的组成物质。自养生物拓展3：化能合成作用（课本P106）项目光合作用化能合成作用能量来源光能氧化无机物释放的能量代表生物绿色植物硝化细菌相同点都能将CO2和H2O等无机物合成有机物拓展4：环境改变时光合作用各物质含量变化的分析条件C3C5NADPH和ATP(CH2O)合成量光照由强变弱，CO2供应不变突然由弱变强，CO2供应不变光照不变，CO2由充足到不足光照不变，CO2由不足到充足增加减少减少减少减少增加增加增加减少