2026届高三生物一轮复习课件第11讲 光合作用（一）

2026 第11讲 光合作用与能量转化（一） 必修一 第三单元 细胞的能量供应和利用 课标要求 1.说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转化并储存为糖分子中的化学能 2.提取和分离绿叶中色素 3.探究不同环境因素对光合作用的影响 目录 PART 01 捕获光能的色素和结构 PART 02 光合作用的基本原理 PART 03 真题精练 PART 04 光合作用的影响因素及其应用 捕获光能的色素和结构 01 4 一、绿叶中色素的提取和分离 1、实验原理 有机溶剂(如无水乙醇) 溶解度 溶解度越高的随层析液扩散得越快 （可用体积分数95%的乙醇，加入适量无水碳酸钠，除去乙醇中水分） 分离方法：纸层析法 2、实验材料 新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶：色素含量高）、干燥的定性滤纸、研钵、无水乙醇、层析液、二氧化硅、碳酸钙等。 捕获光能的色素和结构 考点一 一、绿叶中色素的提取和分离 3、实验过程 碳酸钙 两角 干燥 层析液 碳酸钙：保护色素（中和有机酸，防止叶绿素被破坏） 无水乙醇 ：溶解、提取色素 二氧化硅：研磨充分 用单层尼龙布过滤 1cm 铅笔线 剪去两角 细、齐、直、深 不能让滤液细线触及层析液！ 捕获光能的色素和结构 考点一 色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素ａ 叶绿素ｂ 最少 较少 最多 较多 橙黄色 黄 色 蓝绿色 黄绿色 最高 较高 较低 最低 最快 较快 较慢 最慢 一、绿叶中色素的提取和分离 4、实验结果 捕获光能的色素和结构 考点一 异常现象 原因分析 收集到的滤液颜色过浅 ①未加 ，研磨不充分； ②使用放置数天的菠菜叶，滤液 太少； ③一次加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇)； ④未加 或加入过少，色素分子被破坏。 滤纸条色 素带重叠 ①滤液细线画得不直； ②滤液细线画得过粗。 滤纸条无 色素带 ①忘记画 ；②滤液细线接触到 ，且时间较长，色素全部溶解到层析液中 二氧化硅 色素(叶绿素) 碳酸钙 滤液细线 层析液 5、实验出现异常现象的原因分析 滤纸条上只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带 捕获光能的色素和结构 考点一 二、捕获光能的色素和结构 ①叶绿素主要吸收红光和蓝紫光 ②类胡萝卜素主要吸收蓝紫光 ③叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。 ④观察色素提取液时对着光源（透射光）为绿色；背着光源（反射光）为红色。 1、光合色素的吸收光谱 捕获光能的色素和结构 考点一 二、捕获光能的色素和结构 2、光合色素的功能 吸收、传递、转化光能 （只有少数特殊状态的叶绿素a） （四种色素） 捕获光能的色素和结构 考点一 海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻、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什么关系？ 藻类 水层及主要存在光 色素种类 含量最多的色素 绿藻 浅水层：存在红光和橙光 叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素 叶绿素 主要吸收红光和蓝紫光，反射绿光 褐藻 中水层：存在黄绿光、蓝紫光 叶绿素a、叶绿素c、类胡萝卜素 某种叶黄素 主要吸收绿光、蓝紫光， 反射红黄光 红藻 深水层：存在蓝紫光 叶绿素a、类胡萝卜素、藻红素、藻蓝素 藻红素 主要吸收绿光 反射红光 拓展延伸 影响叶绿素合成的三大因素 1、光照 光照是影响叶绿素合成的主要因素，植物在黑暗中一般不能合成叶绿素，因而叶片发黄。 2、温度 温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成；另外，低温时叶绿素分子易被破坏，因而秋天叶片变黄。 3、矿质元素 叶绿素中含N、Mg等矿质元素，若缺乏将导致 叶绿素无法合成，老叶先变黄；Fe是叶绿素合 成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也会导致叶 绿素合成受阻，幼叶先变黄。 拓展延伸 12 比较项目 光合色素 细胞液色素 代表种类 叶绿素、类胡萝卜素、藻胆素 花青素、甜菜碱 存在部位 叶绿体的类囊体薄膜上 液泡的细胞液中 溶解性 脂溶性 水溶性 主要功能 能量转换 保护、吸引、指示 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 植物体内的色素 拓展延伸 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 D (2025·广东佛山调研)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1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。如图表示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(　　) ①叶绿素b ②叶绿素a 真题精炼 二、捕获光能的色素和结构 3、叶绿体 （1）叶绿体的形态(光镜下) 一般呈扁平的椭球形或球形 （2）叶绿体的结构(电镜下) 外膜 内膜 基质 核糖体 DNA 类囊体 基粒 叶绿体基质：光合作用暗反应有关的酶。 基粒的类囊体薄膜：极大的扩展了受光面积，为光合色素和光反应有关的酶提供附着位点。 （3）叶绿体的功能：捕获光能、进行光合作用的场所 捕获光能的色素和结构 考点一 （4）叶绿体功能的实验证据 恩格尔曼实验 水绵 原核生物，异化作用为需氧型，可运动，其分布可作为释放氧气的观察指标 真核，低等藻类植物，叶绿体呈螺旋带状，易于观察 需氧细菌 捕获光能的色素和结构 考点一 恩格尔曼实验一 极 细 光 束 均匀光照 水绵 好氧细菌 极细光束照射 完全曝光 黑暗 无空气 好氧细菌集中于叶绿体被光束照射的部位 好氧细菌分布于叶绿体所有受光部位 结论：叶绿体在有光条件下释放氧气，叶绿体是进行光合作用的场所。 选用黑暗并且没有空气的环境， 可排除光线和氧的干扰。 捕获光能的色素和结构 考点一 17 三棱镜 结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光 恩格尔曼实验二 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 叶绿体是进行光合作用的场所，主要吸收红光与蓝紫光用于光合作用放出O2。 捕获光能的色素和结构 考点一 18 02 光合作用的基本原理 19 一、光合作用的探索历程 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 光合作用中的物质变化 考点二 光合作用的基本原理 1937年 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 含DCPIP 的等渗溶液 （氧化态蓝色，还原态无色） 叶绿体 有H2O，缺乏CO2 DCPIP 被还原，检测到氧气生成 一、光合作用的探索历程 光合作用中的物质变化 考点二 光合作用的基本原理 1937年希尔 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 一、光合作用的探索历程 问1.希尔实验是否能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。 问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，反应体系中可以还存在其他氧元素供体。（该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。） 光合作用中的物质变化 考点二 光合作用的基本原理 一、光合作用的探索历程 1941年 鲁宾、卡门 用同位素示踪的方法，研究光合作用中氧气的来源，H18O+CO2→植物→18O2，H2O+C18O2→植物→O2，得出光合作用释放的氧全部来自水 C18O2 CO2 H2O H218O 光照下的小 球藻悬液 O2 18O2 自变量： 18O的标记物 因变量： 小球藻释放的O2的标记情况 无关变量： 光照、温度、小球藻的数量和生活状况等 对比实验 光合作用中的物质变化 考点二 光合作用的基本原理 一、光合作用的探索历程 光合作用中的物质变化 20世纪40年代卡尔文 利用放射性同位素标记法，用经过14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向，最终探明了CO2中的碳转化为有机物的途径。 【资料】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30S的时间，放射性代谢产物多达几十种，缩短时间到5s，发现放射性代谢产物减少到12种。 问：CO2被固定生成的第一种物质是什么？ 酶 考点二 光合作用的基本原理 一、光合作用的探索历程 光合作用中的物质变化 【资料】通过突然降低CO2浓度，发现‌RuBP(C5)快速积累，PGA(C3)减少。 考点二 光合作用的基本原理 一、光合作用的探索历程 光合作用中的能量变化 1954年、1957年 阿尔农 在用离体的叶绿体做实验：在给叶绿体光照时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi等物质时，体系中就会有ATP出现。随后他发现这一过程总是与水的光解相伴。 结论：光照下，叶绿体可合成ATP，这一过程总是与水的光解相伴随 结论：光照下，叶绿体可合成ATP、NADPH，生成糖类有机物 H2O O2 + 2H+ + 能量 光照 叶绿体 ADP+Pi ATP 考点二 光合作用的基本原理 一、光合作用的探索历程 光合作用中的能量变化 【资料】1961年，米切尔提出了化学渗透假说： ①线粒体(叶绿体)的电子传递链将H＋由线粒体基质(叶绿体基质)泵入线粒体内、外膜间隙腔(类囊体腔)； ②线粒体内膜(类囊体膜)不允许H＋回流，膜内外产生H＋浓度梯度； ③H＋借助膜上ATP合酶顺浓度梯度回流、释放能量合成ATP。 考点二 光合作用的基本原理 一、光合作用的探索历程 光合作用中的能量变化 1963年 贾格道夫 将离体叶绿体类囊体置于pH4的酸性溶液中，平衡后将类囊体转移到含有ADP和Pi的pH8的缓冲液中，由此产生的H⁺梯度为无光情况下的ATP合成提供了直接驱动力 考点二 光合作用的基本原理 类囊体腔 H2O → O2＋2H+＋2e- 光 光能→ATP和NADPH中的活跃化学能 NADP＋＋H+＋2e- → NADPH 酶 ADP＋Pi+能量 → ATP 1.光反应 ①场所： 类囊体薄膜 ②条件： 光、光合色素、酶、 ③物质变化： ④能量变化： 二、光合作用的过程 原料（H2O、ADP、Pi、NADP＋） 酶 光能 考点二 光合作用的基本原理 2.暗反应 (有没有光都能进行) ①场所： 叶绿体基质 ②条件： 酶、CO2、C5、ATP、NADPH ③物质变化： CO2的固定： C3的还原： CO2＋C5 → 2C3 酶 2C3 C5+(CH2O) ATP、NADPH 酶 二、光合作用的过程 ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 ④能量变化： NADPH的作用： ①作为暗反应的还原剂；②为暗反应提供能量。 考点二 光合作用的基本原理 光反应阶段 暗反应阶段 场所 基粒的类囊体薄膜 叶绿体基质 条件 物质 变化 能量 转化 反应 速率 光、光合色素、酶、H2O、ADP、Pi、NADP＋ 酶、CO2、C5、ATP、NADPH ATP的合成、NADPH的合成 水的光解 CO2的固定 C3的还原 光能转变为 NADPH和ATP中的化学能 ATP和NADPH中的化学能转变为糖类等化合物中稳定的化学能 较快，以微秒计 较慢 光反应和暗反应的区别 光反应和暗反应的联系 ADP+Pi ATP NADP++H+ NADPH C3 C5 1、物质方面：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，在光反应停止后，暗反应仍能持续进行一段时间，有机物还能继续合成。 2、能量方面：光反应中光能转化为化学能并非仅储存于ATP中，NADPH中也含有能量，所以暗反应中C3还原消耗的能量由ATP、NADPH共同提供。 相互依存 三、光合作用的概念 2、光合作用过程中元素的转移 1、概念：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。 1、磷酸丙糖是光合作用最先产生的糖。 2、磷酸丙糖在叶绿体中形成淀粉，在细胞质基质中合成蔗糖。蔗糖可以进入筛管经韧皮部长距离运输到植株各处。 3、光合作用产生的有机物不只有糖类 NADPH (C3H2O) 14C3 (14CH2O) 18O2 C3 (CH218O) 考点二 光合作用的基本原理 4、环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 二、光合作用的过程 环境变化 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O） CO2 浓度 不变 光照减弱 光照增强 光照 不变 CO2减少 CO2增加 减少 减少 减少 减少 增加 增加 增加 增加 减少 增加 增加 减少 减少 减少 增加 增加 短时间 （1）“来源—去路”法分析各物质变化 考点二 光合作用的基本原理 （2）“模型法”表示C3、C5等物质的含量变化 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 C3 C5、NADPH、ATP C3 C5、NADPH、ATP C3 C3 C5、NADPH、ATP 4、环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 二、光合作用的过程 考点二 光合作用的基本原理 三、光合作用的意义 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。 光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。 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 代表生物 绿色植物 相同点 都能将 等无机物合成有机物 光能 无机物氧化释放的能量 硝化细菌 CO2和H2O 考点二 光合作用的基本原理 （2025.长沙模拟）实验中常用希尔反应来测定除草剂对杂草光合作用的抑制效果。希尔反应基本过程：将黑暗中制备的离体叶绿体加到含有 DCIP（氧化剂）、蔗糖和缓冲液的溶液中并照光。水在光照下被分解，产生氧气等，溶液中的DCIP 被还原，颜色由蓝色变成无色，用不同浓度的某除草剂分别处理品种甲杂草和品种乙杂草的离体叶绿体并进行希尔反应，实验结果如下表所示。下列说法错误的是（　　） A．希尔反应中加入蔗糖溶液的目的是维持渗透压 B．希尔反应中的DCIP相当于NADP+在光反应中的作用 C．与品种乙相比，除草剂抑制品种甲叶绿体的类囊体膜的功能较强 D．除草剂浓度为20%时，若向品种甲的希尔反应液中通入 CO2，在适宜光照下能检测到糖的生成 除草剂相对浓度/% 0 5 10 15 20 25 30 品种甲放氧速率相对值 5.0 3.7 2.2 1.0 0 0 0 品种乙放氧速率相对值 5.0 4.4 3.7 3.0 2.2 1.6 1.0 D 真题精炼 （2021.湖南）（2）为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy或DCIP替代NADP＋为电子受体，以相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示。 叶绿体A：双层膜结构完整 叶绿体B：双层膜局部受损，类囊体略有损伤 叶绿体C：双层膜瓦解，类囊体松散但未断裂 叶绿体D：所有膜结构解体破裂成颗粒或片段 实验一：以Fecy为电子受体时的放氧量 100 167.0 425.1 281.3 实验二：以DCIP为电子受体时的放氧量 100 106.7 471.1 109.6 注：Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性。 据此分析： ①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明，叶绿体双层膜对以___ ___(填“Fecy”或“DCIP”)为电子受体的光反应有明显阻碍作用，得出该结论的推理过程是________________________________________________________。 Fecy 实验一中叶绿体B双层膜局部受损时，以Fecy为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时，实验二中叶绿体B双层膜局部受损时，以DCIP为电子受体的放氧量与双层膜完整时无明显差异，且Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性，可推知叶绿体双层膜对以Fecy为电子受体的光反应有明显阻碍作用。 真题精炼 （2023·湖北卷）植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是(　　) C A. 叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强 B. Mg2+含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱 C. 弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获 D. PSⅡ光复合体分解水可以产生H+、电子和O2 真题精炼 a.H：3H2O 。 b.C：14CO2 。 c.O：H218O ；C18O2 。 $