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光合作用的原理
第9讲
高三生物总复习课件-必修1 分子与细胞
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
实验原理
提取：叶绿体中的色素能溶解在无水乙醇中而不溶于水，可用无水乙醇提取色素。
分离：各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的扩散快，反之则慢。从而使各种色素相互分离。
考点一 捕获光能的色素和结构
基础·精细梳理
实验结果及分析
2．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
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
1.(多选)(2022·江苏扬州模拟)科研人员以中华蚊母树为试验材料，探究不同提取方法对叶片色素的提取效果，结果如下表。相关叙述正确的是(　　)
A.方法1提取率高与细胞破碎充分、操作时间短有关
B.方法2提取率低是因为研磨和过滤时会损失一定量的色素
C.方法3中可通过适当增强光照、延长提取时间以充分提取色素
D.三种方法都可用无水乙醇和丙酮的混合溶液溶解色素
【考向1】结合色素的提取与分离实验，考查科学探究能力
考点一 捕获光能的色素和结构
典例·精心深研
提取方法 叶绿素a/(mg·g－1) 叶绿素b/(mg·g－1) 总叶绿素/(mg·g－1)
方法1(液氮法) 0.55 0.17 0.72
方法2(研磨法) 0.49 0.16 0.65
方法3(浸提法) 0.16 0.13 0.29
2．(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( 　)
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
【考向1】结合色素的提取与分离实验，考查科学探究能力
考点一 捕获光能的色素和结构
典例·精心深研
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 1 235 519 419 4.19
突变体1 512 75 370 1.59
突变体2 115 20 379 0.35
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
叶绿素a
叶绿素b
类胡萝卜素
由图可以看出：
①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。
②光合色素吸收光的范围：光合色素只吸收可见光(可见光的波长范围大约是400～760 nm)，对红外光和紫外光不吸收。
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。
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。
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
基粒：由类囊体组成；
含色素和与光反应有关的酶
基质：含与暗反应有关的酶
恩格尔曼的实验
考点一 捕获光能的色素和结构
重点难点·透析
恩格尔曼的实验：
好氧细菌只分布于叶绿体被光束照射的部位。
叶绿体是进行光合作用的场所。
(必修1 P100“思考·讨论”拓展)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：
(1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上的巧妙之处是？
提示　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？
提示　排除氧气和极细光束外的其他光的干扰
考点一 捕获光能的色素和结构
情境推理·探究
恩格尔曼的实验示意图
恩格尔曼第二个实验的示意图
(必修1 P100“思考·讨论”拓展)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：
(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。
考点一 捕获光能的色素和结构
情境推理·探究
恩格尔曼的实验示意图
恩格尔曼第二个实验的示意图
3．(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
4．(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
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
1.探索光合作用
的部分经典实验
(必修1 P102“思考·讨论”)
1.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？　
提示　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
情境推理·探究
考点二 光合作用的原理
基础·精细梳理
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
2.光合作用的过程
（1）图解光合作用的过程
考点二 光合作用的原理
基础·精细梳理
（2）比较光反应与暗反应
考点二 光合作用的原理
基础·精细梳理
3．光合作用的概念及反应式
提醒　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。
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。
(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。
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。
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
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(　　)
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
【考向1】围绕光合作用的过程，考查科学思维
考点二 光合作用的原理
典例·精心深研
2.(多选)(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
【考向1】围绕光合作用的过程，考查科学思维
考点二 光合作用的原理
典例·精心深研
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)
3．(2023·中原名校联盟)如图是某学校生物兴趣小组研究菠菜光合速率相对值与叶龄关系的结果图示。下列说法错误的是(　　)
A．A点光合速率较低是由于幼叶光合色素含量少
B．随着叶片不断地展开，AB段光合速率上升
C．由于叶片的衰老，CD段光合速率下降
D．若光照突然增强，则短时间内叶绿体中C3的含量增加
【考向2】围绕不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析，考查科学思维
考点二 光合作用的原理
典例·精心深研
4.(多选)(2023·湖南邵阳开学考)CO2浓度增加会对植物光合作用速率产生影响。研究人员以大豆、甘薯、花生、水稻、棉花作为实验材料，分别进行三种不同实验处理，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(　　)
A.CO2浓度倍增的环境能够提高本实验中作物的光合作用速率
B.突然倍增CO2浓度，暗反应过程中C3化合物含量短时间内会增加
C.丙组的光合作用速率比甲组低的原因可能是固定CO2的酶含量升高
D.CO2浓度倍增实验作物的光合作用速率并未倍增，可能与光反应有关
【考向2】围绕不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析，考查科学思维
考点二 光合作用的原理
典例·精心深研
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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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
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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
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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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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____________________________________________________________
_________________________________________________________________________
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_______________________________________________________(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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