2026届高三一轮复习生物：细胞的能量供应和利用 光合作用课件

第5讲 细胞的能量供应和利用 5.4 光合作用 知识梳理·建构体系 考点一 捕获光能的色素 生物圈维持运转的基础： 。 光合作用是 能够 和 光能的生物学途径。 光合作用的主要器官是 。 太阳光能的输入、捕获和转化 唯一 捕获 转化 叶片 注意：植物部分细胞不进行光合作用，如根细胞（无叶绿体）。 4.色素的分布和作用 (1)分布：叶绿体 上。 (2)作用： 。 (3)吸收光谱：一般情况下，光合作用所 利用的光都是可见光。叶绿素对_______ _______的吸收量大，类胡萝卜素对________ 的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收， 只是吸收量_____。 类囊体薄膜 红光和 蓝紫光 蓝紫光 较少 考点一 捕获光能的色素 吸收、传递、转化光能 1.色素提取和分离的原理分别是什么？研磨过程中加入无水乙醇、SiO2、CaCO3的作用是什么？ 2.滤纸条一端为什么要剪去两角？画滤液细线时应注意什么？为什么不能让滤液细线触及层析液？ 3.画出滤纸条上的色素带，总结出绿叶中色素的种类和含量？分别吸收的光谱是什么？波长范围？分布在哪里？ 4.请小组合作分析以下异常情况原因：收集的滤液绿色过浅、滤纸条色素带重叠、滤纸条看不到色素带等。 自主梳理（10min） 考点一 捕获光能的色素 知识点一、实验：绿叶中色素的提取和分离 1.实验原理： 提取原理： 提取试剂： 分离原理： 分离方法： 绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。 纸层析法 绿叶中色素在层析液中的溶解度不同。 溶解度大，扩散速度快； 溶解度小，扩散速度慢。 实验原理 无水乙醇 由石油醚、丙酮、苯混合而成 考点一 捕获光能的色素 知识点一、实验：绿叶中色素的提取和分离 2.实验步骤： （1）提取色素： 鲜嫩、颜色深绿的叶片；称取、剪碎；加入SiO2和CaCO3、10ml无水乙醇，迅速研磨并用单层尼龙布过滤，过滤后及时用棉塞将试管塞严 色素含量高 帮助研磨充分 保护叶绿素 溶解色素 防止滤纸吸附色素 考点一 捕获光能的色素 知识点一、实验：绿叶中色素的提取和分离 2.实验步骤： 干燥滤纸 剪两角原因？ 铅笔线 1cm ★要求：细、直、齐 ；待滤液干后，重复1—2次（ ） 积累更多色素 （3）画滤液细线 （2）制备滤纸条 减少边缘效应，造成两边色素扩散快，保证色素带整齐。 考点一 捕获光能的色素 知识点一、实验：绿叶中色素的提取和分离 2.实验步骤： （4）分离绿叶中的色素： 层析液 培养皿 滤液线 ★要求：滤液线不能触及层析液 防止色素溶解在层析液中，无法分离 （防止层析液挥发，因其易挥发且有毒） 考点一 捕获光能的色素 知识点一、实验：绿叶中色素的提取和分离 3.实验结果分析： 色素种类 色素含量 扩散速度 溶解度 类胡萝卜素 含量约1/4 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素 含量约3/4 叶绿素a 叶绿素b 最少 较少 最多 较多 最快 较快 较慢 最慢 最大 较大 较小 最小 绿叶中色素的种类 色素的功能： 吸收、传递、转化光能 考点一 捕获光能的色素 知识点一、实验：绿叶中色素的提取和分离 5.实验结果异常分析： （1）收集的滤液绿色过浅的原因分析 ➊未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。 （2）滤纸条色素带重叠 没等干后再划线、滤液线不能达到细、齐的要求，使色素扩散不一致造成的。 ➋菠菜叶不新鲜，滤液色素(叶绿素)太少。 ➌一次加入大量的无水乙醇提取浓度太低 ➍未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。 考点一 捕获光能的色素 知识点一、实验：绿叶中色素的提取和分离 5.实验结果异常分析： （3）滤纸条看不到色素带 （4）滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带： 忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。 ➊忘记画滤液细线。 ➋滤液细线接触到层析液，色素溶解到层析液中。 考点一 捕获光能的色素 知识点一、实验：绿叶中色素的提取和分离 问题: 除了用滤纸条分离色素外，还可以有其他的方法吗？ 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 ●由外向内依次是什么颜色？分别是什么色素？ 色素随层析液扩散，会得到近似同心环的4个色素圈。 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 考点一 捕获光能的色素 知识点二、光合色素有关的知识（拓展延伸） 类胡萝卜素 （含量约1/4） 胡萝卜素 胡萝卜素主要有α、β、γ三种形式，其中最为重要的为β-胡萝卜素。它是自然界中最普遍存在也是最稳定的天然色素。它是一种最常见的维生素A补充剂。维生素A对于人体视觉发育至关重要。（缺少维生素A可能导致夜盲症） 叶黄素 叶黄素在蔬菜、水果、花卉等植物中广泛存在，也是存在于人眼视网膜黄斑区的主要色素。人类等哺乳动物不能自行合成叶黄素，外来食物是唯一的叶黄素摄入来源。 组成元素为C、H、O 组成元素为C、H 1.光合色素： 考点一 捕获光能的色素 知识点二、光合色素有关的知识（拓展延伸） 叶绿素 （含量约3/4） ①组成元素： C、H、O、N、Mg ②影响叶绿素合成的三大因素 光照 温度 必需元素 韭黄，同属于韭菜的一种，韭黄是韭菜通过培土，遮光等在黑暗环境中软化栽培后产生的黄化韭菜。 秋天温度降低，叶绿素分解，叶片变黄 柑橘缺镁，叶面黄化 1.光合色素： 考点一 捕获光能的色素 知识点二、光合色素有关的知识（拓展延伸） 2.光合色素与细胞液色素： 比较项目 光合色素 细胞液色素 存在部位 叶绿体 液泡 溶解性 脂溶性 水溶性 代表种类 类胡萝卜素和叶绿素 花青素 颜色 橙黄、黄、绿 红、蓝、紫 颜色变化 不随pH改变变化颜色 随pH改变变化颜色 红苋菜：炒菜菜汤出色，因为是水溶性的花青素。 胡萝卜：炒菜菜汤不出色，因为是脂溶性的胡萝卜素。 考点一 捕获光能的色素 知识点二、光合色素有关的知识（拓展延伸） 【拓展延伸】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？ 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。 考点一 捕获光能的色素 知识点二、光合色素有关的知识（拓展延伸） 正常绿色 正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例为3∶1，且对绿光吸收最少，所以正常叶片总是呈现绿色。 叶色变黄 秋季，叶片的叶绿素分子在低温下易被破坏或合成受阻，而类胡萝卜素较稳定，所以显出类胡萝卜素的颜色。 叶色变红 秋天降温时，植物体为适应寒冷环境，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶片呈现红色。 第5讲 细胞的能量供应和利用 5.4 光合作用 知识梳理·建构体系 考点二 叶绿体的结构和功能 叶绿体的结构 1 叶绿体的结构适于进行光合作用 ①4种光合色素分布在 _____________________。  ②与光合作用有关的酶分布在________________ _______________ 类囊体的薄膜上 类囊体膜上和叶绿体基质中 考点二 叶绿体的结构和功能 叶绿体的功能 2 恩格尔曼实验 一 暗处、极细光束照射 光下照射 水绵、 好氧细菌 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。 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 实验结论1：叶绿体能吸收光能 用于光合作用释放O2 考点二 叶绿体的结构和功能 恩格尔曼实验二 三棱镜 结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光 综合上述两个实验可以得出： 照射水绵 好氧细菌聚集在红光和蓝紫光的区域 叶绿体主要吸收红光与蓝紫光用于光合作用放出O2。 叶绿体的功能 2 考点二 叶绿体的结构和功能 光合作用中红光的能量转化率最高 1.光合能量转化效率 能量转化率= 光合作用储存在有机物中的能量 ×100% 所需光照的能量 2.光合固定有机物与光子数有关，与光子种类无关。 暗反应合成一定量的有机物，所需的光子数是一定的， 与光子是蓝光的光子还是红光的光子无关。 3.相同光照强度时，红光的光子数多于蓝光的光子数 考点二 叶绿体的结构和功能 光合作用中红光的能量转化效率高 蓝光有利于植物蛋白的合成 红光有利于植物糖类的合成 在人工提供光源进行光合作用时(如:太空培育植物、植物工厂等)，主要是提供90%的红光+10%的蓝光 90% 10% 红光 蓝光 仅从能量角度考虑，单独使用红光最好，但实际上不同植物、不同生长阶段需要不同比例的光照，这样植物才能长的更好。90%的红光和10%的蓝光配方也只是比较常见的一组光配方。 考点三 光合作用原理的探索 年份 科学家 发现 19世纪末 — 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 — 发现 对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过_________转化成糖 甲醛 光合作用 考点三 光合作用原理的探索 年份 科学家 发现 1937 英国植物学家希尔 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)，在光照下可以释放出氧气。离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应发现 。 4Fe3+（或其他氧化剂）+ 2H2O 4Fe2+ + 4H+ + O2 光能 叶绿体 希尔反应 1.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。 2.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，反应体系中可能还存在其他氧元素供体。 考点三 光合作用原理的探索 年份 科学家 发现 1941 美国科学家鲁宾和卡门 用 的方法，研究了光合作用中氧气来源: H218O＋CO2→植物→18O2； H2O＋C18O2→植物→O2 同位素示踪 对比实验：相互对照，自变量为标记物质(H218O与C18O2)，因变量为O2的相对分子质量不同。（同位素标记方法） 注意：18O不具有放射性，不能通过检测放射性追踪O元素的去路。 植物光合作用产生的氧气中氧全部都来自水。 考点三 光合作用原理的探索 年份 科学家 发现 1954 美国科学家______ 发现在光照下，叶绿体可合成 。1957年，他发现该过程总是与 相伴随 阿尔农 ATP 水的光解 H2O O2 + 2H+ + 能量 光照 叶绿体 ADP+Pi ATP ATP的合成与希尔反应的关系 考点三 光合作用原理的探索 年份 科学家 发现 1964年以后 美国科学家 . 用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为卡尔文循环。 卡尔文 同位素标记法、 显微自显影技术。 结论：光合产物中有机物的碳来自CO2 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 考点三 光合作用原理的探索 考点三 光合作用原理的探索 指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 CO2 + H2O （CH2O）+O2 光能 叶绿体 2.过程 1.概念 (CH2O)表示糖类 3.实质 合成有机物，储存能量。 (呼吸作用实质：分解有机物，释放能量) 第5讲 细胞的能量供应和利用 5.4 光合作用 知识梳理·建构体系 考点四 光合作用的原理 类囊体薄膜上 的色素分子 可见光 ADP+Pi ATP H2O O2 NADP+ 酶 吸收 H+ NADPH 酶 氧化型辅酶Ⅱ 还原型辅酶Ⅱ (1)场所： (2)物质转化： (3)能量转化： 水的光解： ATP的合成： H2O O2+ H++ e- 光 色素 NADPH的合成： ADP + Pi + 能量 ATP + H2O 酶 NADP+ + H+ + e- NADPH 酶 光能 ATP和NADPH中活跃的化学能 NADPH和ATP的去向？ 光解 光反应 1 考点四 光合作用的原理 暗反应 2 (1)场所： (2)物质转化： (3)能量转化： ADP+Pi ATP NADP+ 能量 C5 2C3 多种酶 (CH2O)糖类 CO2 固定 还原 酶 NADPH 酶 能量 CO2的固定： C3的还原： 2C3 (CH2O)+C5 酶 ATP、NADPH CO2＋C5 2C3 酶 ATP、NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 注：NADPH为C3还原提供还原剂和能量。 卡尔文循环 注意：光合作用的产物有一部分是_____，还有一部分是蔗糖。 蔗糖可以进入 ，再通过韧皮部运输到植株各处。 淀粉 筛管 考点四 光合作用的原理 完成光合作用示意图： ① ② ③ ⑫ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ⑪ 光反应和暗反应的关系：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。 (1)并不是所有过程都需要酶的催化，色素吸收光能不需要酶的催化。水的光解需要酶催化。 (2)暗反应有光无光都能进行。若光反应停止，暗反应可持续进行一段时间，但时间不长，故晚上一般认为只进行呼吸作用，不进行光合作用。 (3)C3的还原中，大部分C3经过一系列复杂的变化，重新生成了C5以保证CO2的固定能持续进行，少部分C3被合成了（CH2O）。 (4)光反应产生的ATP主要用于暗反应，少数用于叶绿体中蛋白质的合成等代谢活动。呼吸作用产生的ATP用于各项生命活动。 (5)光合作用产生的[H]（光反应产生）是NADPH，呼吸作用产生的[H]（有氧呼吸第一、第二阶段产生）是NADH，所以它们不是同一种物质。 归纳 考点四 光合作用的原理 太阳光能的输入、捕获和转化，是生物圈得以维持运转的基础。 __________是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。 光合作用 （1）制造有机物，为自身及异养生物提供营养物质。 （2）转化并储存太阳的光能，为生命活动提供能量。 （3）为有氧呼吸的生物提供氧气；维持大气中氧气和二氧化碳的平衡，从而缓解温室效应。 （4）形成臭氧（O3），吸收紫外线，保护地球生物。 （5）对生物的进化有重要的作用。（为好氧生物的出现提供了氧气） 光合作用的意义 3 光系统及电子传递链 光合作用涉及光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等重要反应步骤，对实现自然界的能量转换、维持大气的碳—氧平衡具有重要意义。 光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气和H＋和自由电子(e－)，光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生 “二氧化碳人工合成淀粉”入选2021年度中国生命科学十大进展，中科院研究人员受到了自然光合作用的启发，在太阳能分解水的技术上，开发出了高效的化学催化剂，再利用“光能→电能→化学能”的能量转变方式，将二氧化碳固定还原成了更容易溶于水的甲醇等一碳化合物(C1)。在这个步骤中，光能的能量转化效率超过10%，远超自然光合作用的能量利用效率(2%)。完整的人造淀粉合成代谢路线(ASAP)如图所示： 考点四 光合作用的原理 1.图示模拟的是光合作用的什么过程？人工合成淀粉过程和自然光合作用下关于二氧化碳的固定是否相同，为什么？ 提示　暗反应；不相同；人工合成淀粉过程中二氧化碳固定还原成了更容易溶于水的甲醇等一碳化合物，而自然光合作用下二氧化碳固定合成的是三碳化合物。 考点四 光合作用的原理 2.图中显示CO2还原需要人工提供的能量来自__________。植物叶肉细胞中碳的还原所需要能量由______________提供。 3.在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，人工合成淀粉过程中糖类的积累量等于植物吗？为什么？ 提示　不等于；因为人工合成淀粉过程中没有呼吸作用消耗糖类。 H2、ATP NADPH、ATP 考点四 光合作用的原理 4.从生态环境的角度阐述人工合成淀粉的意义。 提示　有助于避免使用农药和化肥对环境等负面影响；从实现碳中和角度来说可以直接减少空气中的CO2等。 考点四 光合作用的原理 考点四 光合作用的原理 (1)若有机物为(CH2O)： (2)若有机物为C6H12O6： CO2 + H2O 光能 叶绿体 （CH2O）+ O2 6CO2 + 12H2O 光能 叶绿体 C6H12O6+ 6O2+6H2O 光合作用中元素的转移 4 考点四 光合作用的原理 NADPH (3CH2O) 14C3 (14CH2O) 18O2 C3 (CH218O) (3)元素的转移途径 光合作用中元素的转移 4 考点四 光合作用的原理 (1)“来源－去路”法: 叶绿体 中的色素 可见光 C5 2C3 ADP+Pi ATP H2O O2 H+ 多种酶 酶 (CH2O) CO2 吸收 光解 固定 还原 NADP+ NADPH CO2浓度不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O） 光照减弱 光照增强 减少 减少 减少 减少 增加 增加 增加 增加 环境改变时光合作用各物质含量的变化 5 考点四 光合作用的原理 环境改变时光合作用各物质含量的变化 5 (1)“来源－去路”法: 光照不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O） CO2浓度减少 CO2浓度增加 增加 增加 增加 增加 减少 减少 减少 减少 叶绿体 中的色素 可见光 C5 2C3 ADP+Pi ATP H2O O2 H+ 多种酶 酶 (CH2O) CO2 吸收 光解 固定 还原 NADP+ NADPH 考点四 光合作用的原理 ①图1中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 ②图2中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 ③图3中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 ④图4中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 C5、NADPH、ATP、（CH2O） C3 C5、NADPH、ATP、（CH2O） C3 C5、NADPH、ATP C3、（CH2O） C3、（CH2O） C5、NADPH、ATP 环境改变时光合作用各物质含量的变化 5 (2)模型法: 考点五 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。 硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 2HNO2+O2 2HNO3+能量 6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2 能量 硝化细菌： 概念 1 实例 2 注意区分硝化细菌和固氮型微生物:固氮菌将N2转化为植物可利用的氮肥，提高土壤肥力 随堂练习 大本P66 随堂练习 大本P66 随堂练习 www.ieway.cn Lavf58.33.100 EVAVEdit a.H：3H2O 。 b.C：14CO2 。 c.O：H218O ；C18O2 。 $