第3单元 第3讲 第一课时 光合作用的结构与原理（学生讲义）-【新高考方案】2026年高考生物Ⅰ一轮总复习

第3讲　光合作用与能量转化 明确 目标 1.了解植物捕获光能的色素的种类和作用,掌握绿叶中色素提取和分离的原理和方法; 2.阐明光合作用的过程,并从物质与能量观视角理解光合作用的原理; 3.掌握探究环境因素对光合作用强度的影响实验的基本方法; 4.分析影响光合作用的因素,关注光合作用原理在生产上的应用。 建构 知识 体系 第一课时　光合作用的结构与原理 主题研习(一)　捕获光能的色素和结构 (一)绿叶中色素的提取和分离实验 1.实验原理 提取 　　　　(如无水乙醇)能溶解色素  分离 不同的色素在层析液中　　　　不同,在滤纸上扩散的速度不同  2.实验步骤 3.实验结果及分析 4.实验异常现象分析 异常现象 原因分析 收集的滤液颜色过浅 ①未加　　　　,研磨不充分;  ②使用放置数天的绿叶,滤液中色素(叶绿素)太少; ③一次加入大量的无水乙醇,提取液浓度太低; ④未加　　　　或加入过少,色素分子被破坏  色素分离 滤纸条色素带重叠 ①滤纸条没经干燥处理; ②滤液细线没有达到细、齐、直的要求,使色素扩散不一致 滤纸条看不见色素带 ①忘记画滤液细线; ②滤液细线接触层析液且时间较长,色素全部溶解到层析液中 (二)分析叶绿体色素的吸收光谱图 由图可以看出: (三)理解叶绿体的结构适于进行光合作用 1.叶绿体的结构模式图 2.叶绿体的功能 自我诊断 1.概念理解(判断正误) (1)可用月季花瓣大量提取叶绿素。 (　　) (2)叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得越慢。 (　　) (3)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。 (　　) (4)依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离。 (　　) (5)叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,对其他波段的可见光并非不吸收,只是吸收量较少。 (　　) 2.事理分析 (1)(人教版必修1 P97“问题探讨”探究思考) 有的植物工厂在种植蔬菜等植物时,完全依靠LED灯等人工光源,其中常见的是红色、蓝紫色和白色的光源,选择这些光源的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)(人教版必修1 P101“拓展应用T1”素材分析) 海洋中绿藻、褐藻、红藻在海水中的垂直分布大致依次是浅层、中层、深层,从水层透光与植物光能捕获两个层面解释其中的原因: 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。   题点(一)　绿叶中色素的提取和分离 1.(2024·广东高考)银杏是我国特有的珍稀植物,其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别,下列实验操作正确的是 (　　) A.选择新鲜程度不同的叶片混合研磨 B.研磨时用水补充损失的提取液 C.将两组滤纸条置于同一烧杯中层析 D.用过的层析液直接倒入下水道 2.(2025·苏州模拟)羽衣甘蓝因其耐寒性和叶色丰富多变的特点,成为冬季重要的观叶植物。将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样,先后置于层析液和蒸馏水中进行层析,过程及结果如图所示。已知1、2、3、4、5代表不同类型的色素。下列分析正确的是 (　　) A.色素4在层析液中的溶解度最大 B.用发黄叶片色素1、2可能缺失 C.缺Mg会影响色素1和2的含量 D.色素5可能存在于植物的液泡中 题点(二)　光合色素的种类与功能 3.(2025·泰州期中)叶绿体内的类囊体薄膜上色素可以分为两类:一类是绝大多数的叶绿素a以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素,主要是完成吸收和传递光能的作用;另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a,这种叶绿素a能够捕获光能,并将受光能激发的电子传送给相邻的电子受体。下列相关叙述错误的是 (　　) A.通常用无水乙醇提取叶绿体内的色素 B.叶黄素和胡萝卜素主要吸收红光和蓝紫光 C.处于特殊状态的叶绿素a实现了光能的转变 D.植物生长过程中缺P会导致光合速率下降 4.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”。如图为叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱。在遮光条件下,以蓝紫光为主的散光占利用光能百分比增加,叶绿素a/叶绿素b的值会降低。下列叙述错误的是 (　　) A.植物叶片呈现绿色主要是由于②③吸收绿光最少 B.①表示类胡萝卜素,主要吸收蓝紫光 C.②表示叶绿素a,遮光条件下部分叶绿素a转化成叶绿素b D.③表示叶绿素a,强光条件下部分叶绿素b转化成叶绿素a 　　[归纳拓展] 植物体内色素的种类、分布及特点归纳 　　植物体内的色素主要有光合色素和非光合色素两类,光合色素参与植物的光合作用,而非光合色素不参与光合作用。 ①植物叶片呈现绿色的主要原因是叶片中的色素对绿光的吸收少,绿光被反射出来。 ②植物幼嫩的茎和果实的细胞以及气孔保卫细胞中也含有吸收光能的色素,而根、叶片表皮等处的细胞中观察不到叶绿体,也不含吸收光能的色素。 ③植物细胞的液泡中的色素(花青素,为水溶性色素)不参与光合作用。 ④植物体内的另一种特殊的“色素”——光敏色素,其分布于植物体的各部位,在分生组织细胞内比较丰富,是一种接收光信号的信息分子。 主题研习(二)　光合作用的原理和应用 (一)探索光合作用的部分经典实验 (二)光合作用的过程 1.写出图中序号代表的物质 ①　　　　,②　　　　　,③　　　　　　,④　　　　　,⑤　　　　　。  2.比较光反应与暗反应 (1)二者的区别 项目 光反应 暗反应 场所 　　　　　  　　　　　  条件 光、色素、酶、H2O、ADP、Pi、NADP+等 酶、CO2、ATP、　　　　、C5等  物质 变化 ①水的光解:2H2OO2+4H++4e- ②ATP的合成:ADP+PiATP ③还原型辅酶Ⅱ的形成: NADP++H++2e-NADPH ①CO2的固定:CO2+C52C3 ②C3的还原:2C3(CH2O)+C5 能量 变化 光能→　　　　　　　　中活跃的化学能  ATP和NADPH中活跃的化学能→　　　　　　　　  (2)二者的联系 分析 光反应为暗反应提供　　　　　　　;暗反应为光反应提供　　　　　　　　　　  没有光反应,暗反应无法进行;没有暗反应,光反应也会受到抑制 3.光合作用和化能合成作用的比较 项目 光合作用 化能合成作用 区别 能量来源 　　  　　　　　　释放的能量  代表生物 绿色植物 　　　  相同点 都能将　　　　　　　　等无机物合成有机物  自我诊断 1.概念理解(判断正误) (1)光合作用中,水的光解发生在类囊体薄膜上。 (　　) (2)高温使作物叶绿素降解,光反应生成的NADH和ATP减少。 (　　) (3)植物细胞产生的O2只能来自光合作用。 (　　) (4)类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原。 (　　) (5)光合作用的产物有淀粉和蔗糖,淀粉和蔗糖可以进入筛管,再通过韧皮部运输到植株各处。 (　　) 2.事理分析 (1)(人教版必修1 P102“思考·讨论”分析)希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应,请说明理由:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)(人教版必修1 P103“图5⁃14”拓展)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不足导致暗反应减弱后,光反应也无法正常进行,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)将叶绿体的内膜和外膜破坏后,加入缓冲液形成悬浮液,发现黑暗条件下悬浮液中不能产生糖,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  重难点(一)　光反应和暗反应中物质和能量的转化 |情|境|探|究| 1.叶绿体进行能量转换依靠光系统(指光合色素与各种蛋白质结合形成的大型复合物,包括PSⅠ和PSⅡ)将光能转换为电能。光系统产生的高能电子沿光合电子传递链依次传递促使NADPH的形成,同时驱动膜内的质子泵在膜两侧建立H+梯度,进而驱动ATP的合成。 注:类囊体膜上主要有光系统Ⅰ(PSⅠ)、光系统Ⅱ(PSⅡ)、细胞色素b6f蛋白复合体和ATP合酶蛋白复合体四类蛋白复合体,参与光能吸收、传递和转化,以及电子传递、H+输送和ATP合成等过程。 据图回答下列问题: (1)光反应过程中,ATP的形成与光系统　(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅰ和Ⅱ”)发挥作用产生的H+浓度梯度有关。  (2)叶绿素a(P680和P700)接受光的照射后被激发,释放势能高的电子,电子的最终供体(供给电子的物质)是　　　。通过光合电子传递链,光能最终转化为　　　　　　　中的化学能。  (3)图中ATP合酶的作用是　　　　　　　　　　　　　;据图分析,增加膜两侧的H+浓度差的生理过程有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答三点)。  (4)除草剂二溴百里香醌(DBMIB)是质体醌(PQ)的类似物,可充当PQ的电子受体。DBMIB能够和细胞色素b6f特异性结合,阻止光合电子传递到细胞色素b6f。若用该除草剂处理无内外膜的叶绿体,会导致ATP含量显著下降,其原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  2.卡尔文供给小球藻持续的光照和CO2,使其光合作用稳定,然后,在短时间内加入放射性同位素标记的14CO2。在光照处理30 s后,杀死小球藻,卡尔文发现小球藻细胞内含有14C的产物是C3、C5和葡萄糖;在光照处理5 s后,杀死小球藻,14C出现在C3和C5中;在光照处理0.5 s后,杀死小球藻,小球藻细胞中含有14C的产物只有C3。 根据材料可确定物质转化的顺序是　　　　　　　　　　　　,若要探究CO2转化成的第一个产物是什么,请写出可能的实验思路: 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 |认|知|生|成| 1.光系统及电子传递链 (1)光系统Ⅱ进行水的光解,产生氧、H+和自由电子(e-),电子(e-)经过电子传递链传递,最终介导NADPH的产生。 (2)类囊体膜两侧的质子浓度(电化学)梯度主要靠以下途径建立:①电子传递过程中释放能量,利用这部分能量将质子(H+)逆浓度从类囊体的外侧泵入囊腔侧。②光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H+)。③在类囊体的外侧H+和NADP+形成NADPH。 (3)类囊体膜对质子是高度不通透的,因此,类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合酶顺浓度梯度流出,而ATP合酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。 2.光合作用中元素的去向分析 H 3H2ONADP3H(C3H2O) C 14CO214C3(14CH2O) O O18O2 C18O2C3(CO) 重难点(二)　环境改变时短时间内光合作用各物质含量变化分析 1.“过程法”分析各物质含量变化 下图中Ⅰ表示光反应,Ⅱ表示CO2的固定,Ⅲ表示C3的还原,当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时,相关物质含量在短时间内的变化如下: 2.“模型法”表示C3、C5等物质的含量变化 　　注:C3的起始值高于C5,约是其2倍。 3.连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析 分组 A组:全光照 B组:光暗交替 现象 光合效率:100% 原理:其全时段均进行光反应与暗反应 光暗处理频度较高,单位光照时间有机物合成量较全光照时高(其所用光照时间仅为A组一半,但有机物合成量却远高于一半),此表明在其全时段,暗反应几乎未停止 分析 (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、总黑暗时间均相同的条件下,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 　　[典例]　为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响,科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。每组处理的总时间均为135 s,处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下: A组:先光照后黑暗,时间各为67.5 s;光合作用产物的相对含量为50%。 B组:先光照后黑暗,光照和黑暗交替处理,每次光照和黑暗时间各为7.5 s;光合作用产物的相对含量为70%。 C组:先光照后黑暗,光照和黑暗交替处理,每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒);光合作用产物的相对含量为94%。 D组(对照组):光照时间为135 s;光合作用产物的相对含量为100%。 　　回答下列问题: (1)单位光照时间内,C组植物合成有机物的量　　　(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量,依据是　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不直接依赖　　　　。  (2)比较A、B、C三组处理可以推知,随着光照和黑暗交替频率的增加,使光下产生的　　　　　　　　　能够及时利用与及时再生,从而提高了光合作用中　　　　　　　　　　　　。  听课随笔: 题点(一)　光合作用探究历程的相关分析 1.(必修1 P102“思考·讨论”素材分析)1937年,植物学家希尔发现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),在光下可以释放出O2,该实验被称为希尔反应。后来科学家将叶绿体破碎离心,分别收集绿色沉淀部分和无色上清液部分,绿色沉淀部分悬浮后照光可以产生O2。下列说法正确的是 (　　) A.绿色沉淀部分含量最多的色素是叶绿素b B.希尔反应场所是叶绿体类囊体薄膜 C.铁盐等氧化剂是希尔反应的催化剂 D.在无色上清液中加入CO2不能合成C3 2.(2025·抚州模拟)科学家往小球藻培养液中通入14CO2后,分别给予小球藻不同时间的光照,结果如表。根据上述实验结果分析,下列叙述不正确的是 (　　) 实验组别 光照时间/s 放射性物质分布 1 2 大量3⁃磷酸甘油酸(三碳化合物) 2 20 12种磷酸化糖类 3 60 除了上述12种磷酸化糖类,还有氨基酸、有机酸等 A.本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段 B.每组照光后需将小球藻进行处理使酶失活,才能测定放射性物质分布 C.CO2进入叶绿体后,最初形成的主要物质是12种磷酸化糖类 D.实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等 　　[归纳拓展] 　　光合作用探究历程中的经典结论和方法 ①希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应,原因是水的光解实验是在没有CO2的情况下进行的,没有碳参与反应,而糖的合成需要碳的参与。 ②鲁宾和卡门的实验以及卡尔文的实验都用到了同位素标记法。 ③同位素标记法中使用的同位素不都具有放射性,如18O就没有放射性,不能通过检测放射性的方式进行检测;而14C有放射性,可追踪放射性对其进行检测。 题点(二)　光合作用的原理和过程 3.磷酸丙糖不仅是光合作用中较早出现的糖,也是光合作用产物从叶绿体运输到细胞质基质的主要形式。如图为某植物光合作用产物的合成与运输示意图。下列相关说法正确的是 (　　) A.a可表示的物质是ATP,它也可以在叶绿体基质中合成 B.叶绿体基质中的CO2能直接被NADPH还原 C.磷酸丙糖是暗反应产物,在细胞质基质中合成淀粉 D.若图中所示的磷酸转运器活性受抑制,会导致光合速率下降　 4.(2025·哈尔滨一模)如图是叶绿体中光合作用部分过程的简化示意图(①和②是可移动载体,e-表示电子)。下列叙述错误的是 (　　) A.ATP生成所需的能量直接来源于脂双层两侧H+浓度差,最终来源于光能 B.可移动载体①②和复合物Ⅱ使脂双层两侧的H+浓度差变小 C.图示反应中,e-的最终供体是H2O,最终受体是NADP+ D.希尔反应中的氧化剂可以是NADP+、铁盐等 5.(2025·天门模拟)我国科学家模拟植物光合作用,设计了一条利用CO2合成淀粉的人工路线,流程如图所示。下列相关分析正确的是 (　　) A.①②过程与光反应的过程完全相同,③④过程与暗反应过程完全相同 B.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藏于有机物中 C.该过程与光合作用合成淀粉都是在常温常压下进行的较温和的反应 D.步骤①需要催化剂,②③④既不需要催化剂也不需要消耗能量 题点(三)　外界条件改变时光合作用中物质含量的变化分析 6.光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于改变反应条件而引起的变化,下列相关说法正确的是 (　　) A.突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值减小 B.突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大 C.突然将红光改为绿光会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小 D.突然将绿光改为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小 7.如图表示某植物叶片暗反应中C3和C5相对浓度的变化趋势,该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下,Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析正确的是 (　　) A.图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP B.图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度 C.Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中NADPH和ATP的积累 D.Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低 　　课下请完成课时跟踪检测(十一) 学科网（北京）股份有限公司 $$