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(共54张PPT)
光合作用的原理
第9讲
SHENG WU XUE
01 捕获光能的色素和结构
目录
02 光合作用的原理
03 重温真题　经典再现
考点一 捕获光能的色素和结构
1．色素的提取与分离实验
基础·精细梳理
(1)实验原理:
纸层析法
（可用体积分数95%的乙醇加入适量无水碳酸钠）
考点一 捕获光能的色素和结构
基础·精细梳理
2.实验步骤:
考点一 捕获光能的色素和结构
基础·精细梳理
2.实验步骤:
3.实验结果
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）
[提醒]　①胡萝卜素含量最少，所以色素带最窄；但其在层析液中溶解度最大所以扩散最快。
②胡萝卜素和叶黄素之间的距离最远。
③叶绿素a的含量最多，所以该色素带最宽。
4．绿叶中色素的提取与分离实验异常现象分析
考点一 捕获光能的色素和结构
重点难点·透析
正常分离
4．绿叶中色素的提取与分离实验异常现象分析
考点一 捕获光能的色素和结构
重点难点·透析
正常分离
未加碳酸钙
未加无水乙醇
未加二氧化硅
温故知新
1.色素提取的原理，无水乙醇可用什么代替；色素分离的原理
2.本实验中无水乙醇、碳酸钙和二氧化硅的作用
3.滤纸条上色素的种类和颜色（从上到下）
5.色素提取分离实验中滤液颜色过浅、滤纸条色素带重叠以及滤纸条无色素带的原因分别是什么？
色素分离的其他方法:
在滤纸的中央滴一滴色素提取液，再滴一滴层析液，色素随层析液扩散，会得到近似同心环的4个色素圈，由外向内依次是什么色素？分别是什么颜色？
考点一 捕获光能的色素和结构
重点难点·透析
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：______________________________________________________________。
提示　将部分韭菜幼苗置于光照条件下培养(甲组)，部分置于黑暗条件下培养(乙组)。一段时间后，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
预期结果：______________________________________________________________。
提示　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
考点一 捕获光能的色素和结构
情境推理·探究
叶绿素溶液
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
类胡萝卜素溶液
滤液中色素对不同的单色光吸收有什么差异？
思考：
2．叶绿体中色素的吸收光谱分析
2．叶绿体中色素的吸收光谱分析
考点一 捕获光能的色素和结构
基础·精细梳理
(1)吸收光谱
A.叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
B.叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同
C.类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
学科交叉：叶绿体中的色素只吸收 ，
P99， 而对红外光和紫外光等不吸收。
可见光
名师解读
①植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。
②植物的液泡中含有的色素(花青素)不参与光合作用。
③植物幼嫩的茎和果实的细胞中也含有吸收光能的色素。
④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
考点一 捕获光能的色素和结构
重点难点·透析
3．影响叶绿素合成的因素
1．塑料大棚中“塑料颜色”与“补光类型”的选择
考点一 捕获光能的色素和结构
重点难点·透析
为提高光能利用率，塑料大棚栽培时常选择“无色塑料”以便透过各色光，这是因为太阳的全色光透过时各种颜色的光均可被作物吸收(对黄绿色吸收较少)，而阴天或夜间给温室大棚“人工补光”时，则宜选择植物吸收利用效率最高的“红光或蓝紫光”灯泡。因为若利用白炽灯，则其发出的光中“黄绿光”利用率极低，从节省能源(节电、节省成本)的角度讲，用红灯泡、紫灯泡效率最高。
拓展应用：海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？
有关。不同颜色的藻类吸收不同波长的光。
藻类本身的颜色是反射出来的光所形成的，即红藻反射出红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是短波长的光，因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方。
考点一 捕获光能的色素和结构
3．叶绿体的结构适于进行光合作用
基础·精细梳理
（1）叶绿体的结构模式图(电镜下)
基粒
叶绿体基质
类囊体
外膜
内膜
(酶、色素)
(2)叶绿体的功能
外膜
叶绿体基质
暗反应
类囊体
色素
光反应
光合作用
证 据
恩格尔曼的实验
考点一 捕获光能的色素和结构
基础·精细梳理
生命观念——结构与功能观
叶绿体的结构与功能相适应的特点
(1)基粒:由类囊体堆叠而成,可以增加膜面积。
(2)类囊体薄膜:分布有吸收光能的色素。
(3)酶的分布:叶绿体的类囊体薄膜和基质中有催化光合作用进行的酶。
考点一 捕获光能的色素和结构
基础·精细梳理
实验材料：
水绵：
需氧细菌：
自变量：
因变量：
光照、黑暗
需氧菌聚集部位
没有空气的黑暗环境，
极细光束照射
暴露在光下
排除O2和极细光束外其他光的干扰
目的？
水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。
好氧细菌可确定释放O2的部位。
结 论：
氧是由 叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所
恩格尔曼的第一个实验:
考点一 捕获光能的色素和结构
基础·精细梳理
1.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？
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，适于好氧细菌在此区域分布。
2.综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？
叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。
光
三棱镜
临时装片
好氧细菌
水绵
好氧细菌
恩格尔曼的第二个实验:
1．(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2】叶绿体的结构和功能
考点一 捕获光能的色素和结构
典例·精心深研
2．(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(　　)
A．图中①和②主要分布在叶绿体的内膜上
B．利用纸层析法分离色素时，②应位于滤纸条
的最下端
C．植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收绿光
D．弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用
【考向2】叶绿体的结构和功能
考点一 捕获光能的色素和结构
典例·精心深研
考点二 光合作用的原理
基础·精细梳理
资料1
1.探索光合作用的部分经典实验
19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。
1928年， 科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。
CO2
O2 释放
C+ H2O
甲醛
多个
缩合
糖(CH2O)
考点二 光合作用的原理
基础·精细梳理
资料2
讨论2：希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？
能，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。氧气产生和糖类合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。
讨论1：希尔反应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？
不能说明，反应体系中可以还存在其他氧元素供体，该实验没有排除叶绿体滤液中其它物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。
希尔反应
2+
叶绿体
1.探索光合作用的部分经典实验
考点二 光合作用的原理
基础·精细梳理
资料3
鲁宾和卡门实验
C18O2
CO2
H2O
H218O
光照下的球藻悬液
A
B
O2
18O2
讨论3：分析鲁宾和卡门做的实验，可以得出什么结论？
光合作用释放的氧全部来自水，而并不来源于CO2
模拟鲁宾、卡门的实验时，能对同一实验中的CO2和H2O同时进行标记吗？为什么？
不能，若CO2和H2O中的氧均标记，则无法分辨氧气的来源。
考点二 光合作用的原理
基础·精细梳理
资料4 阿尔农实验
1954年，美国科学家阿尔农(D. Arnon)发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。
1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
资料5 卡尔文实验
用14C标记的CO2供小球藻实验，追踪检测其放射性。探明CO2中的C的转移途径。
考点二 光合作用的原理
基础·精细梳理
2.光合作用的过程
（1）光反应阶段
类囊体薄膜
可见光
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
NADP+
酶
吸收
光解
H+
NADPH
酶
条件：
光、色素、多种酶
场所：
类囊体薄膜
物质转化
水的光解：
ATP的合成：
2H2O O2 + 4H+ + 4e-
光
色素
光能
能量转化:
ATP、NADPH中活跃的化学能
ADP + Pi + 能量 ATP
酶
NADPH的合成：
NADP+ + H+ + e- NADPH
酶
考点二 光合作用的原理
基础·精细梳理
ADP+Pi
ATP
NADP+
能量
C5
2C3
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
C5：核酮糖-1 ,5-二磷酸，即RuBP
C3：3-磷酸甘油酸
考点二 光合作用的原理
基础·精细梳理
1
2
3
4
5
联系：光反应为暗反应提供NADPH和ATP，
暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi
考点二 光合作用的原理
基础·精细梳理
(1)概念：指绿色植物通过 ，利用光能，把 转化成储存着能量的有机物，并且释放出 的过程。

(2)反应式： 。
叶绿体
二氧化碳和水
氧气
场 所
产 物
原 料
CO2+H2O* (CH2O)+O2*
叶绿体
光能
3.光合作用的概念及反应式
考点二 光合作用的原理
基础·精细梳理
(3)元素的去向分析
NADPH
(C3H2O)
14C3
(14CH2O)
18O2
C3
(CH218O)
提醒(P104):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。
CO2+H2O* (CH2O)+O2*
叶绿体
光能
考点二 光合作用的原理
基础·精细梳理
2．给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，其最可能的转化途径是_________________________________________。
提示　有氧呼吸第三阶段18O2与[H]结合生成了H218O，有氧呼吸第二阶段利用H218O生成C18O2，C18O2再参与光合作用的暗反应生成含18O的有机物。
温故知新
1.色素的吸收光谱？
2.恩格尔曼的两个实验
3.探索光合作用的部分经典实验
4. 与光合作用有关的色素和酶的分布
5.光合作用的概念与反应式
6.叙述光合作用的过程（场所、条件、物质转化、能量转化、光反应和暗反应的联系）
考点二 光合作用的原理
基础·精细梳理
2.光合作用的过程
（1）光反应阶段
条件：
光、色素、多种酶
场所：
类囊体薄膜
物质转化
水的光解：
ATP的合成：
2H2O O2 + 4H+ + 4e-
光
色素
光能
能量转化:
ATP、NADPH中活跃的化学能
ADP + Pi + 能量 ATP
酶
NADPH的合成：
NADP+ + H+ + 2e- NADPH
酶
考点二 光合作用的原理
基础·精细梳理
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
联系：光反应为暗反应提供NADPH和ATP，
暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi
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？
提示　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。
CO2不足暗反应减弱后光反应也无法正常进行，原因是？
提示　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。
考点二 光合作用的原理
情境推理·探究
A
1.(2021·重庆卷，6)下图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析，下列叙述错误的是(　　)
考向
围绕光合作用的过程，考查科学思维
A.水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，
最少要穿过4层膜
B.NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形
成NADPH
C.产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应
D.电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节
ACD
2.(不定项)(2022·山东烟台模拟)我国科学家模拟植物光合作用，设计了一条利用二氧化碳合成淀粉的人工路线，流程如图所示。下列叙述正确的是(　　 )
A.①②过程模拟暗反应中CO2的固定，③④过程模拟C3的还原
B.步骤①需要催化剂，②③④既不需要催化剂也不需要消耗能量
C.该过程与植物光合作用的本质都是将光能转化成化学能储存于有机物中
D.该体系与植物光合作用固定的CO2量相等时，植物体内淀粉的积累量较低
ABD
4.(不定项甲组提供大气CO2浓度(375 μmol·mol－1)，乙组提供CO2浓度倍增环境(750 μmol·mol－1)，丙组先在CO2浓度倍增的环境中培养60 d，测定前一周恢复为大气CO2浓度。整个生长过程保证充足的水分供应，选择晴天上午测定各组的光合作用速率。下列相关叙述正确的是(　　 )
1.(不定项)(2022·湖南卷，13)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
AD
2．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
考点二 光合作用的原理
重点难点·透析
(1)“过程法”分析各物质变化
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：
考点二 光合作用的原理
重点难点·透析
(2)“模型法”表示C3和C5的含量变化
　　　　　
起始值C3高于C5(约为其2倍)
研究人员以生长状态相同的绿色植物为材料,在相同的条件下进行了四组实验。其中D组
连续光照T秒,A、B、C组依次加大光照—黑暗的交替频率,每组处理的总时间均为T秒,发
现单位光照时间内光合作用产物的相对含量从A到C依次越来越大。下列相关说法正确的
是（ ）
A. 实验说明白天给予一定频率的遮光有利于农作物增产
B. 实验过程中C组积累的有机物最多
C. 实验结束后立即检测植物体内NADPH含量,D组最高
D. 实验组由黑暗变为光照时,光反应速率增加,暗反应速率变小
考点二 光合作用的原理
重点难点·透析
C
1．连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析
考点二 光合作用的原理
重点难点·透析
(1)光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。
(2)在总光照时间相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多（NADPH、ATP基本不积累，能够被充分利用）。
(3)应用：人工补光时，可适当采用“光暗交替”策略，这样，在提高光合产量的情况下，可大量节省能源成本。
4.化能合成作用
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+6H2O 2C6H12O6+ 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。
考点二 光合作用的原理
重点难点·透析
光合作用和化能合成作用的比较
考点二 光合作用的原理
重点难点·透析
考点二 光合作用的原理
基础·精细梳理
4．光合作用和化能合成作用的比较
1.(多选)(2022·湖南卷，13)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
重温真题 经典再现
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5
2．(2021·广东卷，12)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
重温真题 经典再现
1
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4
5
3．(2020·江苏卷，6)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CaO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
重温真题 经典再现
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4．(2021·全国乙卷，29)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题：
(1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有__________________________________。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和________________释放的CO2。
(2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止_____________________________，又能保证____________正常进行。
重温真题 经典再现
叶绿体、细胞质基质、线粒体
细胞呼吸
蒸腾作用过强导致植物失水
光合作用
1
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4
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(3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果)
实验思路：取若干长势相同的植物甲，平均分为A、B两组；将A组置于干旱条件下培养，B组置于水分充足的条件下培养，其他条件相同且适宜；一段时间后，分别测定两组植物甲白天和夜晚液泡中的pH。
预期结果：B组液泡中的pH白天和夜晚无明显变化，A组液泡中的pH夜晚明显低于白天
重温真题 经典再现
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5．(2022·湖南卷，17)将纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床，作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8～10 μmol/(s·m2)时，固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量；日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒，浸种1天后，播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中，保湿透气，昼/夜温为35 ℃/25 ℃，光照强度为2 μmol/(s·m2)，每天光照时长为14小时。回答下列问题：
(1)在此条件下，该水稻种子__________(填“能”或“不能”)萌发并成苗(以株高≥2厘米，至少1片绿叶视为成苗)，理由是____________________________
__________________________________________________________________________
_________________________________________________。
重温真题 经典再现
能
种子萌发形成幼苗的过程中，消耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物，且光照有利于叶片叶绿素的形成
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2
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5
其他条件与上述实验相同，该水稻______(填“能”或“不能”)繁育出新的种子，理由是____________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_______________________________________________________(答出两点即可)。
(3)若该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田)，为防鸟害、鼠害减少杂草生长，须灌水覆盖，该种子应具有______________________特性。
重温真题 经典再现
耐受酒精毒害
光照强度为10 μmol/(s·m2)，等于光补偿点，每天光照时长为14小时，此时光照时没有有机物的积累，黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物，故全天没有有机物积累；且每天光照时长大于12小时，植株不能开花
不能
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