资源简介

第4节：蛋白质
细胞的物质基础
第4讲 光与光合作用
专题四 细胞的代谢
第一课时 光与光合色素、光合作用的发现
近三年（2021-2023）考情分析
专题
考点
命题热度
关联考点
专题四 细胞的代谢


光与光合色素（3年9次全国卷3年3次）
★★★
常结合光合作用过程、生物学其他科学史或实验综合考查
光合作用的发现
（3年12次，全国卷3年4次）
★★★★
常结合光合作用过程、生物学其他科学史或实验综合考查
01.
实验：绿叶中色素的提取和分离
02.
目录
水分子进出细胞的实例分析
03.
实验：观察植物细胞的质壁分离和复原
光合作用
01.光合色素有哪些？存在于哪里？
02.提取和分离光合色素的原理是分别什么？
03.实验中碳酸钙、二氧化硅的作用是什么？
04.分离光合色素的方法是什么？
05.光合色素的合成和分解受哪些因素的影响？
06.光合色素吸收的是什么光？
07.光合色素与光合作用的关系是？
08.光合作用是如何一步一步发现的？
重读课本、深度思考
a.色素种类
分布：叶绿体类囊体膜上
分类：
光合色素
蒜苗和蒜黄
?
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
1.绿叶中色素的提取和分离
(1)实验原理
无水乙醇
层析液
有机溶剂
层析液
溶解度
快
一、实验：绿叶中色素的提取和分离
(2)实验步骤
二氧化硅
碳酸钙
扩散均匀
一、实验：绿叶中色素的提取和分离
实验示意图
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
______
(3)实验结果分析
胡萝卜素
蓝紫光
叶绿素a
蓝紫光和红光
黄色
黄绿色
异常现象
原因分析
滤液绿色过浅
叶片不新鲜，叶绿素含量低
未加碳酸钙，叶绿素分子被破坏
未加二氧化硅，研磨不充分
加入的乙醇过多，滤液浓度小
色素带重叠
滤液细线画得不整齐或较粗
无色素带
提取液是水，而不是95%乙醇
滤液细线接触到层析液，色素溶解到层析液中
实验误差分析
(1)植物工厂里为什么不用发绿光的光源？
提示　这种波长的光被光合色素吸收的最少，因此不能用于光合作用中合成有机物。
（2）温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充什么颜色的光源？
提示　最好选用无色透明的玻璃或塑料薄膜，因为它可以使各种颜色的光通过；补充光源可选择红光或蓝紫光，因为这种颜色的光植物光合作用吸收利用较多，更有利于植物进行光合作用。
思维拓展
1.恩格尔曼实验设计的巧妙之处
(1)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。
思维拓展-恩格尔曼的实验
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
2.一般植物的叶片在春夏季节为绿色，而在秋季呈现黄色。出现这一现象的原因是什么？
提示　春夏季节叶片中的叶绿素含量较多，叶绿素对绿光吸收较少，绿光大部分被反射出来，所以叶片会呈现绿色。而到了秋季，叶片中主要是类胡萝卜素，故而呈现黄色。
思维拓展-恩格尔曼的实验
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640~660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
A
典例分析1
(2020·江苏，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
B
典例分析2
光合作用探究历程
二
思维拓展
二
探究历程总结
CO2 + H2 O
光能
叶绿体
（CH2O)+ O2
O2
光
CO2
水
场所：叶绿体
条件：光、酶等
原料：CO2和H2O
产物：糖类和O2
(1)光合作用的概念：绿色植物通过 ，利用 ，将____________
转化成储存着能量的 ，并且释放出 的过程。
叶绿体
光能
二氧化碳和水
有机物
氧气
二
探究历程总结
光合作用的原理是很多科学家通过实验发现的，光合作用探索历程中的部分经典实验的分析及拓展如图1、2所示。下列相关叙述正确的是
A.图1所示实验的目的是探究光合产物中O2的来源，其中乙组为对照组
B.卡尔文探究暗反应的过程与图1所示的实验均采用了同位素示踪法
C.图2所示实验中需氧细菌
主要分布于接受光照的
水绵细胞各个部位
D.图2所示实验需要把载有
水绵和需氧细菌的临时
装片放在含有空气的黑暗环境中
典例分析3
B
第4节：蛋白质
细胞的物质基础
第2课时：
光合作用过程及影响因素
近三年（2021-2023）考情分析
专题
考点
命题热度
关联考点
专题四 细胞的代谢


光合作用的过程及影响因素（3年59次全国卷3年5次）
★★★★★★
全国卷常以非选择题形式结合呼吸作用、实验、环境综合考察
01.
光合作用的过程
02.
目录
光合作用的影响因素
03.
光合作用和呼吸作用综合分析
01.光合作用过程中的物质变化、能量变化有哪些？
02.光反应与暗反应之间有什么联系？
03.影响光合作用的内因和外因有哪些，他们之间有什么联系？
04.利用光合作用原理如何提高作物产量？有哪些可行措施
05.光合作用和呼吸作用之间有什么联系？
重读课本、深度思考
色素分子
可见光
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
2H2O
O2
4[H]
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
能
固定
还原
酶
光反应
暗反应
光合作用的过程
酶
二
项目
光反应
暗反应
过程模型
?
实质
光能转换为化学能，并放出O2
同化CO2形成有机物
时间
，以微秒计
较_____
光合作用的过程总结
短促
缓慢
条件
色素、光、酶、水、ADP、NADP＋、Pi，必须有光
多种酶、ATP、NADPH、CO2、C5，有无光均可
场所
在叶绿体内的 上进行
在叶绿体 中进行
物质转化
①水的光解：___________________；
②ATP的合成：__________________
___________；
③NADPH的合成：
①CO2的固定：
__________________；
②C3的还原：
注：NADPH为C3还原提供还原剂和能量。
类囊体薄膜
基质
ADP＋Pi＋能量
能量转化
光能→___________________________
ATP和NADPH中活跃的化学能→________________
_______
关系
在光反应阶段，光能被叶绿体内类囊体薄膜上的色素捕获后，将水分解为________等，形成 ，于是光能转化成________________________；______________驱动在叶绿体基质中进行的暗反应，将CO2转化为储存化学能的糖类。可见光反应和暗反应紧密联系，能量转化与物质变化密不可分
ATP和NADPH中活跃的化学能
有机物中稳定的
化学能
O2和H＋
ATP和NADPH
ATP和NADPH中的化学能
ATP和NADPH
条件骤变对光合作用中物质含量的影响
1.突然停止光照对光合作用的影响
光照
黑暗
突然停止光照
物质的量
时间
C3
C5、[H]、ATP、(CH2O)
2.突然照光对光合作用的影响
光照
黑暗
突然照光
物质的量
时间
C3
C5、[H]、ATP、(CH2O)
条件骤变对光合作用中物质含量的影响
源于必修1 P104正文拓展：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30 s的时间，放射性代谢产物多达几十种。缩短时间到7 s，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
思维拓展
项目
光合作用
化能合成作用
条件
光、色素、酶
酶
原料
CO2和H2O等无机物
产物
等有机物
能量来源
_____
某些无机物氧化时释放的能量
生物种类
绿色植物、蓝细菌等
、硫细菌等
源于必修1 P106“小字部分”：光合作用和化能合成作用的比较
糖类
光能
硝化细菌
思维拓展
如图是在光照条件下，小麦叶肉细胞内发生的生理过程。
①～⑤为生理过程，a～h为物质名称，请回答：
(1)物质a分布在叶绿体的______________，物质b～g依次为 b　 、c　　、d　　、e　　、f　　　、g　　　　。
类囊体薄膜上
ATP
C5
[H]
O2　　
CO2
ADP
典例分析1
(2)上述①～⑤过程中，能够产生ATP的过程是　 　，
③过程进行的场所是_______________。
①③④⑤
细胞质基质
典例分析1
假如白天突然中断二氧化碳的供应，则叶绿体首先积累起来的物质是[　]　　；假如该小麦植株从光照条件下移到黑暗处，h的变化是　　　　。
增加
f
C5
典例分析1
(2021·江苏，20)线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要。下图表示叶肉细胞中部分代谢途径，
虚线框内表示“草酰乙酸/
苹果酸穿梭”，请据图回
答下列问题：
(1)叶绿体在___________
上将光能转变成化学能，
参与这一过程的两类色素
是____________________。
类囊体薄膜
叶绿素、类胡萝卜素
典例分析2
(2)光合作用时，CO2与C5结合产生三碳化合物，继而还原成三碳糖(C3)，为维持光合作用持续进行，部分新合成的C3必须用于再生_____；运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖，运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了____个CO2分子。
C5
12
(3)在光照过强时，细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能，避免细胞损伤。草酸乙酸/苹果酸穿梭可有效地将光照产生的__________中的还原能输出叶绿体，并经线粒体转化为______中的化学能。
NADPH
ATP
典例分析2
(4)为研究线粒体对光合作用的影响，用寡霉素(电子传递链抑制剂)处理大麦，实验方法是：取培养10～14 d大麦苗，将其茎浸入添加了不同浓度寡霉素的水中，通过蒸腾作用使药物进入叶片。光照培养后，测定并计算光合放氧速率(单位为μmolO2·mg－1chl·h－1，chl为叶绿素)。请完成下表。
实验步骤的目的
简要操作过程
配制不同浓度的寡霉素丙酮溶液
寡霉素难溶于水，需先溶于丙酮，配制高浓度母液，并用丙酮稀释成不同药物浓度，用于加入水中
设置寡霉素为单一变量的对照组
①____________________________________
在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮
典例分析2
②___________________
_____
对照组和各实验组均测定多个大麦叶片
光合放氧测定
用氧电极测定叶片放氧
③___________________
_____________
称重叶片，加乙醇研磨，定容，离心，取上清液测定
减少叶片差异造成的
误差
叶绿素定量测定(或测
定叶绿素含量)
典例分析2
4.亚硝酸细菌和硝酸细菌是土壤中普遍存在的化能自养型细菌，前者将氨氧化为亚硝酸，后者将亚硝酸氧化为硝酸，其过程如图所示。下列相关叙述正确的是
A.氧化氨和亚硝酸
的过程都能释放
出化学能，这两
种细菌都能利用相应的能量合成有机物
B.细菌的化能合成作用可降低土壤中硝酸盐含量，有利于植物渗透吸水
C.亚硝酸细菌化能合成作用与植物光合作用的过程和发生场所均相同
D.由图可知，亚硝酸细菌和硝酸细菌属于分解者
典例分析3
H2O
O2
H+
NADPH
ATP
CO2
C3
C5
有机物
ADP+Pi
NADP+
酶
酶
酶
光合作用的条件
三
四
影响光合作用的因素
光反应
暗反应
ATP和[H]
ADP+Pi
光照强度
光质
矿质元素
光
叶绿素
叶面积
Mg、P等
酶
温度
盐浓度
CO2
气孔开度
酶
温度
光合速率的测定：
净光合速率(表观光合速率)
单位时间O2的释放量、CO2的吸收量、有机物的积累量
探究光照强度对光合作用强度的影响
探究光照强度对光合作用强度的影响
实验结果：
自变量：
对照类型：
因变量：
光照强度
光合作用强度
相互对照
无关变量：
叶圆片的数量和大小、温度、CO2浓度（可用玻璃管向烧杯中的水吹气相同时间）等
可观测指标为叶圆片上浮的数量
实验结论：
探究光照强度对光合作用强度的影响
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}浮起的叶片数
10厘米
20厘米
30厘米
10分钟
20分钟
30分钟
1、光照强度
CO2
吸
收
量
CO2
释
放
量
光照强度
在黑暗中呼吸所释放出的CO2量
光补偿点
光饱和点
净
光
合
作
用
总光合作用
真正光合速率=净光合速率+呼吸速率
光合作用的影响因素
实测CO2吸收量（净光合）＝光合作用CO2消耗量-呼吸作用CO2释放量
实测O2释放量（呼吸作用）＝光合作用O2产生量-呼吸作用O2消耗量
A
B
光照强度
0
吸收量
CO2
阳生植物
阴生植物
应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物
C
注意：
光补偿点在不同的植物是不一样的，主要与该植物的
呼吸作用强度有关，与温度也有关系。
1）一般阳生植物的光补偿点比阴生植物高。
2）光饱和点也是阳生植物高于阴生植物。
光合作用的影响因素
(2)CO2的浓度 ①原理：
影响暗反应阶段C3的生成，从而影响光合作用。
大田中：
①确保良好通风:合理密植；
②增施有机肥；
③深施“碳酸氢铵”
a
c
b
d
e
b:CO2的光补偿点
c:CO2的光饱和点
(3)温度
①原理：
②曲线图分析
通过影响 而影响光合作用。
温度
光合作用速率
0
（与呼吸作用酶相比，光合作用相关酶对温度更为敏感）
酶的活性
(4)矿物质元素
N：是各种酶以及NADPH和ATP的重要组成成分，叶绿素中也有N元素。
P：是叶绿体膜、 NADPH和ATP的重要组成成分。
Mg：叶绿素的重要组成成分。
K：在合成糖类，以及将其运输到块根、块茎和种子等器官过程中起作用。
应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时地、适量地增施肥料，可以提高作物的光合作用。
(5)H2O
水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用。缺水还会导致叶片___________，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合速率。
气孔关闭
光合作用的影响因素
多因子
三、光合作用与呼吸作用综合分析
光合作用与呼吸作用的联系
光合作用与呼吸作用的联系
暗反应
光合作用与呼吸作用的联系
光合作用与呼吸作用的联系
光合作用与呼吸作用中能量的转换
知识框架
思维导图

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