高中生物一轮复习：光合作用与能量转化

第4节光合作用与能量转化高中生物一轮复习：第5章细胞的能量供应和利用第1课时捕获光能的色素和结构内容标准要求核心素养对接学业质量水平1.理解实验“绿叶中色素的提取和分离”的原理和方法，掌握基本操作技能。2.掌握绿叶中色素的种类和作用，明确叶绿体的结构和功能。1.生命观念——结构与功能观：叶绿体的结构尤其是基粒大大扩展了膜面积，与光合作用的功能相适应。水平一2.科学探究——实验思路及设计：科学设计提取和分离色素的实验步骤，注意每个操作步骤的规范性。水平二绿叶中色素的提取和分离研读教材·梳理探究———————————————知识梳理———————————————1.提取叶绿体中的色素(1)原理：绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。若实验室缺少无水乙醇，可以用95%的乙醇，但需加入适量的无水Na2CO3以除去水分。(2)实验步骤：二氧化硅过滤放一单层尼龙布，不能用滤纸，防止吸附色素。碳酸钙无水乙醇棉塞2.分离绿叶中的色素方法：纸层析法(1)原理：不同色素在层析液中的________不同，

__________的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。溶解度溶解度高(2)实验步骤：重复画线重复划线的目的：增加滤液细线中色素的含量。剪去两角剪去两角一端1cm毛细吸管滤液细线棉塞层析液④结果：橙黄叶黄素叶绿素a最多叶绿素b黄绿色a处胡萝卜素橙黄叶绿素b黄绿———————————————素养提升———————————————科学探究——绿叶中色素的提取和分离下图是提取和分离绿叶中色素的实验步骤，请分析：1.提取色素时，加入剪碎的叶片后还需要加入三种物质，若A是二氧化硅，B、C分别是什么？A、B、C各起什么作用？

提示

A是二氧化硅，作用是使研磨更充分；B是碳酸钙，作用是防止研磨中色素被破坏；C是无水乙醇，作用是溶解色素。2.色素分离时，关键应注意层析液不要没及滤液细线，为什么？提示否则滤液细线会被层析液溶解，不能分离。3.下图是分离到的色素在滤纸条上的分布情况，那么：提取和分离色素的方法：提取方法：无水乙醇提取色素分离方法：纸层析法(1)含量最多和最少的色素分别是哪两种？提示叶绿素a和胡萝卜素。(2)在层析液中溶解度最高和最低的色素分别是哪两种？提示胡萝卜素和叶绿素b。(3)分子结构最相似的是哪两种色素？提示叶绿素a和叶绿素b。[典例1]

甲、乙、丙、丁四位同学在利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料，用层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于操作不同，而得到了以下四种不同的层析结果。下列分析错误的是(

)A.甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液B.乙可能是因为研磨时加入无水乙醇过多C.丙可能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解析叶绿体中的色素易溶于酒精等有机溶剂，难溶于水，所以甲可能是用蒸馏水作提取液和层析液的结果；乙中每种色素都有，但含量很少，可能是无水乙醇过多，色素浓度太低导致的；丙中每种色素都有，但是胡萝卜素和叶黄素含量较多，叶绿素a和叶绿素b含量较少，这不应该是正确操作得到的理想结果；丁中叶绿素a和叶绿素b含量很少，可能是研磨时未加入CaCO3破坏了叶绿素，因为与类胡萝卜素相比，叶绿素更易受到破坏。答案

C[变式训练]

从植物叶片中提取光合色素并用纸层析法分离。结果如图。下列判断正确的是(

) A.该植物叶片主要吸收蓝紫光和红光 B.该植物叶片中含量最多的色素是叶绿素b C.提取色素时要加入蒸馏水、二氧化硅、碳酸钙 D.滤纸条最上方的色素带呈蓝绿色解析滤纸条上的4条色素带对应的色素自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。叶绿素a的含量最多，B错误；光合色素不溶于水，提取光合色素不可用水，而用无水乙醇等有机溶剂，C错误；滤纸条最上方的是胡萝卜素，呈橙黄色，D错误。答案

A联想质疑★滤纸条边缘的溶液分子运动速度快，中间的溶液分子运动速度慢，为了跑出平齐的色素带，要剪去滤纸条两角。★滤液细线不能触及层析液收集到的滤液绿色过浅原因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)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原因①滤液细线不直；②滤液细线过粗滤纸条无色素带原因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★北方的秋天，叶绿素受气温下降等因素的影响，逐渐分解、消失，而类胡萝卜素则比较稳定，所以秋天叶子变黄。用秋冬季节的叶片做色素提取、分离实验时，色素在滤纸条上的分布有何变化？提示：叶绿素a和叶绿素b对应条带变窄，甚至没有。蓝绿色捕获光能的色素和结构———————————————知识梳理———————————————1.绿叶中色素的种类与光能吸收色素种类叶绿素(3/4)类胡萝卜(1/4)叶绿素a叶绿素b胡萝卜素叶黄素颜色__________________橙黄色________光能吸收主要吸收_________和_______主要吸收________分布叶绿体的________________上黄绿色黄色蓝紫光红光蓝紫光类囊体的薄膜2.叶绿体的结构和功能(1)形态：一般呈扁平的________或________。(2)结构：填写图中字母所代表的结构：a.

________，b.

________c.

________d.

________。(3)功能：进行__________的场所。实验证据：恩格尔曼实验中，需氧细菌只聚集在________受光的部位。椭球形球形外膜内膜基质基粒光合作用叶绿体———————————————素养提升———————————————生命观念——捕获光能的色素和结构1.光合色素分布在叶绿体中，请结合下面材料探究叶绿体的结构和功能。(1)光合作用的色素分布在___________________，光合作用有关的酶分布在__________________中。(2)叶绿体扩展膜面积的方式是_____________________________，其意义是分布有更多的酶和色素，有利于光合作用的进行。体现了叶绿体结构与功能的相适应类囊体薄膜（基粒）类囊体薄膜和基质类囊体薄膜堆叠成基粒2.下图为不同色素的吸收光谱，请据图回答下列问题：(1)说出色素1和色素2分别代表哪种色素？提示色素1代表叶绿素b，色素2代表叶绿素a。(2)分析叶片为什么呈现绿色？提示各种色素主要吸收蓝紫光和红光，而对绿光吸收最少，绿光被反射出去使叶片呈绿色。(3)大棚种植蔬菜时，应选择使用的塑料薄膜的颜色最好是______________。无色透明的3.德国科学家恩格尔曼用载有水绵和需氧细菌的临时装片为材料，进行了光合作用的实验探究，实验原理图如图所示，请思考：(1)甲、乙在处理方法上有何不同？结果有何不同？提示①处理方法不同，甲：将载有水绵和需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。乙：将上述装片“完全暴露于光下”。②结果：甲：需氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中。乙：需氧细菌分布于叶绿体所有受光部位。(2)本实验选择水绵及需氧细菌有何巧妙之处？提示选择水绵和需氧细菌：水绵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的部位。(3)实验中甲组设置方案有何巧妙之处？提示巧妙排除干扰因素：没有空气的黑暗环境排除了氧气和除极细光束外其他光的干扰。(4)请分析本实验如何设置了对照组？提示本实验巧妙设计对照实验：用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照部位和黑暗部位，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。[典例2]

如图为叶绿体结构示意图，下列有关叶绿体结构与功能的叙述错误的是(

)A.①和②具有选择透过性功能B.③上既有光合色素又有与光合作用有关的酶C.③和④中都有与光合作用有关的酶D.有叶绿体的细胞才能进行光合作用解析①②表示叶绿体的双层膜，它们是具有选择透过性的，③为叶绿体的基粒，其上含有进行光合作用的色素和酶，④基质也是进行光合作用的场所，也具有与光合作用有关的酶。具有与光合作用有关的酶和光合色素而不具有叶绿体的蓝细菌也能进行光合作用。答案

D[典例3]

如图为水绵结构模式图，恩格尔曼进行实验时，把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境里，然后用极细光束对水绵细胞的不同部位(如a处)做点状投射，发现水中的需氧细菌明显聚集在叶绿体被光照射处；若将装片完全暴露在光下，需氧细菌则分布在叶绿体所有受光部位的周围。此实验证明了(

)A.氧气是由水分解来的B.叶绿体是光合作用的场所C.光合作用能产生淀粉D.光合作用需以二氧化碳作原料解析由题意可知，只有被光照射到的叶绿体部位才能产生氧气。答案

B联想质疑★叶子中的色素对绿光吸收少，绿光被反射出来，故一般叶子呈绿色。★科学解释：类囊体薄膜堆叠成基粒，大大增加了受光面积。1.恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，惊奇地发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。从这一实验你能得出什么结论？提示：叶绿体主要利用红光和蓝紫光进行光合作用，放出O2。2.叶绿体是绿色植物进行光合作用的主要场所，该说法是否正确？进行光合作用的生物都有叶绿体吗？

提示：不正确，叶绿体是绿色植物进行光合作用的唯一场所。进行光合作用的生物未必具有叶绿体(如蓝细菌)。课堂小结类囊体叶绿素a叶绿素b第2课时光合作用的原理和应用内容标准要求核心素养对接学业质量水平1.分析光合作用的过程，比较光反应和暗反应。2.分析影响光合作用的环境因素。3.举例说明光合作用原理的实践应用。1.科学思维——分析与综合：分析光合作用光反应和暗反应过程，认同两个阶段既有区别又有联系。水平二2.科学探究——根据实验目的，设计实验探究光合作用的影响因素，会分析相关的实验装置。水平三3.社会责任——能够根据光合作用原理指导生产实践。水平三叶绿体光合作用的原理研读教材·梳理探究———————————————知识梳理———————————————1.光合作用概念(1)概念：绿色植物通过_________，利用_____，把_________转化成___________________，并且释放氧气的过程。(2)反应式：_____________________________(3)光合作用可分为_________和_________(也叫作碳反应)两个阶段光能CO2和水储存能量的有机物光反应暗反应2.光合作用物质转化探索(1)实验方法：________________(2)探究过程：同位素标记法18O2O2H2O3.光反应阶段(1)场所：叶绿体的____________上。(2)条件：必须在________才能进行

(3)(4)能量变化：光能转化为______________储存在______中类囊体薄膜光下NADPHNADH活跃化学能ATP4.暗反应阶段(1)场所：_________________。(2)物质变化：光合作用光反应消耗水，暗反应的C3还原过程产生水①CO2的固定1分子CO2＋1分子_____________→2分子_____________。②三碳化合物的还原：在酶的催化下，三碳化合物接受________和NADPH释放的能量并被____________还原形成五碳化合物和_______等。③ATP被消耗重新形成________和Pi。(3)能量变化：_____________转变成糖类等有机物中的_____________。叶绿体基质五碳化合物三碳化合物ATPNADPH糖类ADP活跃化学能稳定化学能———————————————素养提升———————————————生命观念——光合作用的过程如图为光合作用过程，请分析回答：(1)光反应和暗反应都需要光吗？原料分别有哪些？提示光反应需要光，暗反应有光无光都可以；原料：光反应：H2O、ADP、Pi；暗反应：CO2以及光反应产生的ATP、[H]。(2)光反应和暗反应的酶分布在叶绿体的什么部位？

提示光反应的酶分布于叶绿体的类囊体薄膜上，暗反应的酶分布在叶绿体的基质中。(3)光反应的产物有哪些？产物的去向用途如何？

提示光反应的产物有ATP、[H]以及O2；ATP、[H]将进入叶绿体基质参与暗反应用于C3的还原；而O2则进入线粒体参与细胞呼吸，或以气体形式从植物表皮的气孔释放进入大气。(4)光合作用的光反应和暗反应是一个有机的整体，如何理解？提示光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi。如果没有光反应，则不能为暗反应提供光反应的产物ATP和[H]，暗反应就不能进行；同样如果没有暗反应，光反应产生的ATP和[H]会大量积累，也会抑制光反应的进行。所以光反应和暗反应是一个有机的整体。(5)科学研究表明，光合作用的产物除了糖类(包括淀粉、葡萄糖等)和O2外，蛋白质和脂质也是光合作用的产物。我们用实验怎样证明这种观点呢？

提示根据同位素标记法，以14C标记参加光合作用的CO2，测定其带放射性的产物中是否有蛋白质、脂质。[典例1]

甲图表示光合作用部分过程的图解，乙图表示改变光照后，与光合作用有关的五碳化合物(C5)和三碳化合物(C3)在细胞内的变化曲线。据图回答问题：(1)图中A表示的物质是

，它是由

产生的，其作用主要是

。(2)图中ATP形成所需的能量最终来自于

。若用同位素标记14CO2，则14C最终进入的物质是

。光合作用产生的ATP只能用于暗反应，其他生命活动消耗的ATP来自细胞呼吸。(3)图中曲线a表示的化合物是

，在无光照时，其含量迅速上升的原因是_____________________________________________________________________。(4)曲线b表示的化合物是

，在无光照时，其含量下降的原因是_____________________________________________________________________。解析分析甲图可以看出，过程②为C3的还原，它需要ATP和[H]，[H]是水在光下分解产生的。CO2首先被C5固定生成C3，然后被还原生成葡萄糖等有机物。根据图乙，黑暗条件下光反应停止，产生的[H]和ATP迅速减少，使C3的还原受阻，而此时CO2仍在不断地被C5固定成C3而使C3的含量迅速上升，可见a应是C3含量的变化曲线，那么b则是C5含量的变化曲线。答案(1)[H]水在光下分解用于C3的还原和提供能量(2)太阳光能(CH2O)

(3)C3无光时，C3还原受阻，C3合成仍在进行(4)C5

C5与CO2结合形成C3，且C3不能被还原为C5[变式训练1]

下图是黑藻光合作用过程示意图(用字母代表物质)。请分析回答：(1)反应Ⅰ发生的场所是

，其中产物B是

。(2)在反应Ⅱ中C5不断被利用，但含量仍能保持稳定的原因是

。光合作用合成的C3，大部分运至叶绿体外转变成蔗糖，还有一部分在叶绿体中转变成

。(3)若要分析黑藻叶绿体的色素种类，制备色素提取液时需要加入

可使研磨充分。将提取到的滤液收集到试管中，塞上橡皮塞，将试管置于适当的光照条件下2～3min后，试管内氧气的含量

(填“增加”“减少”“不变”)(4)给黑藻提供C18O2和H2O，释放的氧气中含有18O是由于_________________________________________________________________________________________。联想质疑★光合作用能够制造有机物，进行光合作用的生物有原核生物中的蓝细菌、光合细菌和真核生物中的绿色植物。巧记光合作用过程的“一、二、三、四”★在光照条件下，绿色植物才能进行光合作用，吸收CO2，放出O2；在无光照的时候，只进行细胞呼吸，吸收O2，放出CO2。光合作用过程中元素的转移途径①光合作用过程中O元素的转移途径探究光照强度对光合作用的影响———————————————知识梳理———————————————1.光合作用强度的表示方法2.探究光照强度对光合作用强度的影响自变量：光照强度(1)实验原理：抽去小圆形叶片中的气体后，叶片在水中_______，光照下叶片进行光合作用产生氧气，充满细胞间隙，叶片又会_______。光合作用越强，单位时间内小圆形叶片_______的数量越多。下沉上浮上浮(2)实验流程：打出小圆形叶片抽出叶片内气体各放入10片强、中、弱三种光照避开大的叶脉一般要重复2~3次遵循平行重复性原则可利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度全部沉到水底CO2小圆形叶片浮起的数量(3)实验现象与结果分析：光照越强，烧杯内小圆形叶片浮起的数量______，说明在一定范围内，随着光照强度的不断增强，光合作用强度_________。越多不断增强———————————————素养提升———————————————科学思维——光照强度对光合作用的影响结合细胞呼吸，

人们用下面的曲线来表示光照强度和光合作用强度之间的关系，请分析：1.图中A、B、C各点代表的生物学意义分别是什么？提示

A点：光照强度为零，只进行细胞呼吸。B点：光合作用强度等于呼吸作用强度，为光补偿点。C点：是光合作用达到最大值时所需要的最小光照强度，即光饱和点。2.OA段的含义是什么？其大小主要受哪种环境因素的影响？

提示

OA段代表呼吸作用强度。其大小主要受温度的影响。3.DE段的含义是什么？如果此时想增加光合作用强度，可以采取哪些措施？

提示

DE段光合作用强度达到饱和，不再随光照强度的增强而增加。可以通过调整温度和增加CO2浓度等措施增加光合作用强度。4.若光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃，这是在25℃测得的曲线，若温度升至30℃，曲线中A点，B点将如何变化？

提示

A点下移，B点右移。5.通过实验测得一片叶子在不同光照强度下气体吸收和释放的情况如下图所示。那么曲线中AB段(不包括A、B两点)中哪些过程是存在的(用如图字母表示)？提示

c、d、e、f。[典例2]

甲图表示某植物叶肉细胞光合作用强度与光照强度的关系，乙图表示该植物叶肉细胞的部分结构(图中M和N代表两种气体)。据图判断，下列说法正确的是(注：不考虑无氧呼吸)(

)A.甲图中的纵坐标数值对应乙图中的m4B.甲图中C点时，乙图中有m1＝n1＝m4＝n4C.甲图中E点以后，乙图中n4不再增加，其主要原因是m1值太低D.甲图中A、B、C、D、E任意一点，乙图中都有m1＝n1>0，m2＝n2>0解析分析题图可知，乙图中上面的细胞器是线粒体，下面的细胞器是叶绿体。M代表CO2，N代表O2。甲图中的纵坐标数值为净光合作用量，故当光照强度小于C点对应的光照强度时，对应图乙中的m2，当光照强度大于C点对应的光照强度时，对应图乙中的m3，即从外界吸收的CO2量，A错误；甲图中C点既没有CO2的释放也没有CO2的吸收，因此m1＝n1＝m4＝n4，B正确；甲图中E点以后，乙图中n4不再增加，说明光合作用强度不再随光照强度的增强而增加，其主要原因不是m1值太低，而是受外界CO2量的影响，也就是受m3的影响，C错误；甲图中A、B、C、D、E任意一点，乙图中都有m1＝n1>0，但由于D、E点细胞呼吸强度小于光合作用强度，应为m3＝n3>0，C点细胞呼吸强度等于光合作用强度，m3＝n3＝0，C、D、E点时都有m2＝n2＝0，D错误。答案B[变式训练2]

植物的光合作用受光强度、CO2浓度等环境因素的影响(如图)。下列叙述错误的是(

)A.A点条件下NADPH的合成速率大于B点B.B点条件下C5的再生速率小于C点C.X一般大于大气中CO2浓度D.A点对应的光强度一般大于全日照解析

A点光照强度大于B点，光反应强，NADPH的合成速率也较大，A正确；B点CO2浓度小于C点，碳反应较弱，C5的再生速率较小，B正确；CO2为X浓度条件下植物光合速率较大，因此X一般大于大气中CO2浓度，C正确；A点对应的光强度下，光合速率最大，为光饱和点，但全日照的光强度，根据题意无法判断，故选D。答案

D联想质疑★叶绿体是光合作用的场所，是植物细胞的“养料制造车间”和“能量转换站”。光照强度对光合作用强度的影响曲线①关键点：A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，单位时间内释放的CO2量表示呼吸速率。B点细胞呼吸释放的CO2量和光合作用吸收的CO2量相等，此时的光照强度称为光补偿点。C点时已经达到了光饱和点，此时光照强度增加，光合作用强度不再增加。②关键线段：AB段光合作用的强度小于细胞呼吸的强度；BC段光合作用的强度大于细胞呼吸的强度。微观分析光合作用与细胞呼吸之间的气体变化低影响光合作用的因素及应用———————————————知识梳理———————————————一、影响光合作用的环境因素

环境因素为影响光合作用的外因，影响光合作用的内因包括色素的种类和含量，酶的含量和活性等因素。1.光照强度光照强度低时，植物光合速率____。光照强度增强，光合速率______；光照强度进一步提高，光合速率_______________；光照强度超过某一定值时，光合速率__________。变大增加幅度减小不再增加2.CO2的浓度CO2是光合作用的______之一。在__________内，植物光合速率随着CO2浓度的上升而_______，达到某一定值后，再增加CO2浓度，光合速率_____________(如上图所示)。原料一定范围增加不再增加3.温度温度影响___________，因而对光合速率也有明显的影响。(1)不同植物光合作用的最适温度________，一般在25～30℃。(2)低温下植物光合速率变____的原因主要是_________降低。(3)高温下光合速率变___的原因主要是高温使植物_________，影响____________，减少了_______进入细胞的量。酶活性不同低酶活性低失水过多气孔的开闭CO24.水和矿质元素会直接或间接地影响植物光合速率。(1)水是光合作用的________，能_______影响植物光合速率；(2)矿质元素：缺少N会影响酶的合成，缺少P会影响_______的合成，缺少Mg会影响_________的合成。土壤矿质元素过多，会引起细胞渗透失水，光合速率下降。原料直接ATP叶绿素二、光合作用原理的应用及化能合成作用1.光合作用原理的应用(1)大田：利用________________等措施充分吸收阳光以达到目的。(2)大棚：适当_______________，提高________________以提高光合作用效率。(3)提供适宜浓度的_______________，如施用含N、P、K、Mn、Zn元素的肥料。套种、合理密植延长光照时间CO2浓度和温度矿质元素2.化能合成作用(1)概念：利用体外环境中的某些_________氧化时所释放的能量来____________的合成作用。(2)实例：硝化细菌能利用____氧化成________，进而将亚硝酸氧化成_________，这两个过程中释放的化学能将______________合成为糖类，供自身利用。无机物制作有机物氨亚硝酸硝酸二氧化碳和水———————————————素养提升———————————————科学思维——影响光合作用的因素及应用科学家研究光照强度、CO2浓度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到实验结果如图，请据图分析：(1)结合光合作用的过程，解释曲线Ⅰ形成的原因。提示光照是光合作用光反应的条件，主要影响光反应。光照强度增加，