2027届高三生物学一轮复习课件 第11课时 光合作用与能量转化（一）

该高中生物学高考复习课件聚焦“光合作用与能量转化”核心考点，依据高考评价体系梳理了色素提取与分离实验、光合色素功能、光合作用过程及影响因素等考查要求。通过近五年真题分析，明确实验异常分析（30%）、光反应与暗反应物质转化（40%）等高频考点，归纳选择与实验探究题型。 课件亮点在于“实验专题突破+真题情境建模”策略，如结合2023全国甲卷“叶绿体淀粉检测”实验题，指导“实验思路-预期结果”答题模板，培养科学思维与探究实践素养。通过色素分离异常结果分析（如滤液细线浸没层析液）等易错点总结，助力学生掌握得分技巧，教师可据此实现考点精准突破。

光合作用与能量转化 第4课时 第3单元 细胞的能量供应和利用 木每老师 >>>2027届高三生物学一轮复习必修1 1 提取：绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，可用无水乙醇提取绿叶中的色素。 分离：（纸层析法）各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的随层析液在滤纸上扩散的快，反之则慢 01 捕获光能的色素与结构 1、绿叶中色素的提取与分离 实验原理 纸层析是分配层析。层析时，固定相为滤纸中的水，流动相是层析液。被分离的物质更亲水就倾向于被水（固定相）留下来，被分离的物质更疏水就倾向于被层析液（流动相）带走。如流动相是水溶性的，则会被固定相（水）留下来，导致流动相很难流动，因此本实验中不适合用乙醇（含有羟基，亲水）做层析液。 叶绿素分子带Mg2+的部分亲水，倾向于被固定相留下；叶绿素疏水性的尾巴则倾向于被流动相带走。但是对于胡萝卜素而言，没有类似Mg2+的亲水性部分，因此很难被固定相留下，所以胡萝卜素在滤纸条上扩散得更快。 叶绿素a的R基团为甲基（疏水），b的R基团是羧基（亲水），因此叶绿素a更容易被流动相带来，而叶绿素b更容易被固定相留下，所以叶绿素a扩散比b快。 色素分子的排布反映了色素分子的非极性程度大小。 2 提取绿叶中的色素 画滤液细线 称取5g绿叶 放入研钵 剪去主脉 剪碎 研磨 过滤 加棉塞 制备滤纸条 分离绿叶中的色素 观察记录 滤液细线 橙黄色 黄色 蓝绿色 黄绿色 层析液 1 2 3 4 5 CaCO3 SiO2 无水乙醇 单层尼龙布 纸层析法 实验步骤 3 ——黄绿色（叶绿素b） ——蓝绿色（叶绿素a） ——黄 色（叶 黄 素） ——橙黄色（胡萝卜素） 层析液 滤液细线 （溶解度最高） 叶绿素(3/4) 类胡萝卜素 绿叶中的色素 实验结果 影响叶绿素生物合成的条件：光照、矿质元素、温度、水分 为什么不同色素呈现不同的颜色？ 4 色素提取液 圆形滤纸打孔 笔帽 滤液细线 棉线 (灯芯) 蘸取 盖 穿过中间孔 盖 层析液 结果 橙黄色 黄色 蓝绿色 黄绿色 避免了滤液细线触及层析的易错步骤 1 2 3 4 6 5 层析 实验改进 5 滤纸条上未得到色素带 ①滤液细线浸没到层析液中 ②用清水代替无水乙醇进行提取 ①研磨不充分(未加入SiO2) ②提取时加入的乙醇过多 ④未加CaCO3，色素分子被破坏 ⑤所取的绿叶不新鲜 ③滤液细线画的次数不够 ①滤液细线画得过粗或不整齐 ②滤纸条未经干燥处理 滤纸条上的色素带颜色较浅 滤纸条上的色素带重叠 异常结果分析 01 捕获光能的色素与结构 (2025山东,13,2分)“绿叶中色素的提取和分离”实验操作中要注意“干燥”,下列说法错误的是( ) A.应使用干燥的定性滤纸 B.绿叶需烘干后再提取色素 C.重复画线前需等待滤液细线干燥 D.无水乙醇可用加入适量无水碳酸钠的95%乙醇替代 2.(2023江苏,12,2分)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是 (　　) A.用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏 B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但易出现色素带重叠 C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量 D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带,花青素位于叶绿素a、b之间 01 捕获光能的色素与结构 B B 光谱：白光在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带 吸收光谱：在色素溶液与阳光之间，放置一块三棱镜，得到的光谱。 2、光合色素的吸收光谱 01 捕获光能的色素与结构 吸收率(—) 氧气释放速率(—) 400 500 600 700 800 波长/ nm 吸收光谱 作用光谱 作用光谱：即不同波长的光合作用效率。通过测量光合作用对不同波长光的反应速率(如的O2释放)来绘制。 3、光合色素的功能 01 捕获光能的色素与结构 大本74页第1题 具有转化光能是少数的叶绿素a。 3、光合色素的功能 01 捕获光能的色素与结构 3.(2019海南单科,9,2分)下列关于高等植物光合作用的叙述,错误的是(　　) A.光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能 B.红光照射时,胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a C.光反应中,将光能转变为化学能需要有ADP的参与 D.红光照射时,叶绿素b吸收的光能可用于光合作用 01 捕获光能的色素与结构 B 4.（2024贵州,3,3分)为探究不同光照强度对叶色的影响,取紫鸭跖草在不同光照强度下,其他条件相同且适宜,分组栽培,一段时间后获取各组光合色素提取液,用分光光度法(一束单色光通过溶液时,溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比)分别测定每组各种光合色素含量。下列叙述错误的是(　　) A.叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素 B.分离提取液中的光合色素可采用纸层析法 C.光合色素相对含量不同可使叶色出现差异 D.测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段 D 实验对象：水绵（叶绿体呈____状）、好氧细菌。 自变量：叶绿体是否照到光。 因变量：叶绿体照光部位是否产生氧气，观测指标是____________________。 汉水丑生侯伟作品 实验结果：好氧细菌集中分布在叶绿体的照光部位。 实验结论： 叶绿体吸收光能用于光合作用放氧气。 好氧细菌的分布 带 4、捕获光能的结构 01 捕获光能的色素与结构 1981年，恩格尔曼 水绵实验 恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，结果见下图： 如何解释好氧细菌主要聚集在红光和蓝紫光照射的水绵细胞附近？ 4、捕获光能的结构 01 捕获光能的色素与结构 5.(2023海南,16,节选)海南是我国火龙果的主要种植区之一。由于火龙果是长日照植物,冬季日照时间不足导致其不能正常开花,在生产实践中需要夜间补光,使火龙果提前开花,提早上市。某团队研究了同一光照强度下,不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响,结果如图。 回答下列问题。 (1)光合作用时,火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是　　　　;用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中,以滤液细线为基准,按照自下而上的次序,该光合色素的色素带位于第　　　　条。  (2)本次实验结果表明,三种补光光源中最佳的是　　　　　　　,该光源的最佳补光时间是　　　小时/天,判断该光源是最佳补光光源的依据是　　。  01 捕获光能的色素与结构 (1)叶绿素　1、2　 (2)红光+蓝光　6　在不同的补光时间内,红光+蓝光的补光光源获得的平均花朵数均最多,有利于促进火龙果的成花 6.(2023全国甲,29,10分)某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中,给该叶绿体悬浮液照光后有糖产生。回答下列问题。 (1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料,若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离,可以采用的方法是　　　　　(答出1种即可)。叶绿体中光合色素分布在　　　　　上,其中类胡萝卜素主要吸收　　　　(填“蓝紫光”“红光”或“绿光”)。  (2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后,加入缓冲液形成悬浮液,发现黑暗条件下该悬浮液中不能产生糖,原因是 　。  (3)叶片进行光合作用时,叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在,简要写出实验思路和预期结果。 01 捕获光能的色素与结构 答案：(1)差速离心法　类囊体薄膜　蓝紫光 (2)黑暗条件下不能进行光反应,不能生成ATP和NADPH,因此不能还原C3,不能生成糖类(3)实验思路:将叶绿体用无水乙醇脱色,用适量碘液处理,观察叶绿体的颜色变化。预期结果:叶绿体变蓝色。 (有H2O，没有CO2) 1.希尔实验能否说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应？ 1937年,希尔反应 2.希尔的实验说明水的光解产生氧气，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？ 02 探索光合作用原理的实验 1、光合作用中的物质变化 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 结果分析 不能，反应体系中可以还存在其他氧元素供体 能，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素 含义 1941年鲁宾、卡门制备了少量的含C18O2和H218O，在适宜光照条件下分别对小球藻进行相应处理，一段时间后检测光合产物氧气中18O的比例，实验结果如图所示。 1、光合作用中的物质变化 思考：鲁宾和卡门对小球藻进行的实验处理是什么？ 给小球藻提供18O的水和碳酸氢盐 17 1941年,鲁宾和卡门，同位素标记法，探索氧气的来源 取样时间/min 反应物中18O含量/% 产物中18O含量/% H2O CO2 O2 0 0.85 0.20 45~110 0.85 0.41 0.85 110~225 0.85 0.55 0.86 225~350 0.85 0.61 0.85 0 0.20 0.85 40~110 0.20 0.50 0.20 110~185 0.20 0.40 0.20 1、光合作用中的物质变化 思考：该实验结果证明光合作用释放的氧气来自水，而不是二氧化碳的依据是什么？ 各组释放的O2中18O所占比例均与本组供给的水中18O所占比例相同，而与本组供给的碳酸氢盐中18O所占比例不同 18 14C同位素标记法 ①给小球藻通14CO2光下培养 ②杀死细胞，终止光合作用 ③提取溶液中的物质，用纸层析法使这些物质分离 ④对滤纸进行放射性显影，确定滤纸上具有放射性的位置 ⑤剪下这部分滤纸，溶解，提取放射性物质并进行化学鉴定 1、光合作用中的物质变化 20世纪40年代，卡尔文，卡尔文循环 方法： 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。 结合上述图文，简要叙述“探究CO2转化为的第一个产物”的实验思路 3-磷酸甘油酸（C3） 1、光合作用中的物质变化 20世纪40年代，卡尔文，卡尔文循环 结果 讨论 不断缩短光照时间，直到放射性只出现在一种化合物中 相对含量 时间/s 1% CO2 0.003% CO2 3-磷酸甘油酸（C3） 苹果酸（C4） 乙醇酸（C2） RuBP（C5） 现象：卡尔文对C3分子结构进行分析发现，C3中只有一个碳有放射性,另外两个碳则没有。 现象：通过突然降低CO2浓度，发现‌RuBP(C5)快速积累,PGA(C3)减少。 C5＋CO2 → 2C3 酶 1、光合作用中的物质变化 21 1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。 1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。 2、光合作用中的能量转化 2.光能与ATP、NADPH与糖类中的能量又是怎样转化的？ 1.通过对表格中实验现象分析，可以得出什么结论？ 02 探索光合作用原理的实验 讨论 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、外膜间基质(类囊体基质)； 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＋顺浓度梯度回流释放能量合成ATP。 2、光合作用中的能量转化 23 叶绿体中分离出的类囊体 缓冲液 充分平衡 转移类囊体 加入ADP和Pi 无光条件放置 A组 B组 B组 A组 类囊体膜内外的pH都为4 检测到ATP 未检测到ATP pH=4 pH=8 pH=4 pH=4 pH=4 pH=4 1963年贾格道夫实验 2、光合作用中的能量转化 1.（2022·重庆，T23）科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP（如图Ⅰ）。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。 （2）在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验，发现该实验条件下，也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H+浓度差，原因是__________。 实验Ⅱ是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自于光能还是来自膜内外氢离子浓度差 类囊体膜外H+被转移到类囊体膜内，造成悬液的pH升高   （3）为探究自然条件下类囊体膜内外产生H+浓度差的原因，对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，结果如图Ⅲ所示，悬液的pH在光照处理时升高，原因是__________。类囊体膜内外的H+浓度差是通过光合电子传递和H+转运形成的，电子的最终来源物质是__水__。 2.（2025江苏，21，10分）科研人员从植物叶绿体中分离类囊体,构建含类囊体的人工细胞,并探究光照等因素对人工细胞功能的影响。请回答下列问题: (1)细胞破碎后,在适宜温度下用低渗溶液处理,涨破 膜,获得类囊体悬液。经离心分离获得类囊体,为保持其活性,需加入 溶液重新悬浮,并保存备用。  (2)类囊体浓度用单位体积类囊体悬液中叶绿素的含量表示。吸取5 μL类囊体悬液溶于995 μL的 溶液中,混匀后,测定出叶绿素浓度为3 μg/mL,则类囊体的浓 度为 μg/mL。  (3)为检测类囊体活性,实验前需对类囊体进行多次洗涤,目的是消除类囊体悬液中原有光反应产物对后续实验结果的影响,这些产物主要有 。  (4)已知荧光素PY的强弱与pH大小正相关。图示具有光反应活性的人工细胞,在适宜光照下,荧光强度 (填“变强”“不变”或“变弱”),说明类囊体膜具有的功能有 。  变弱 叶绿体 等渗 无水乙醇 600 ATP、NADPH 变弱 吸收、利用光能,可分解水产生H+,转运H+等 ADP＋Pi ATP 叶绿体中的色素 水 e 光子 H+浓度差 类囊体腔 电子传递 2e＋NADP＋＋H+→NADPH ADP＋Pi→ATP H2O→1/2O2 ＋2H+＋2e 光 03 光合作用的原理 1、光反应 这里主要注意电子传递并不能理解为物理中的电流。这里实际上典型化学上的氧化还原反应，失去电子被氧化，得到电子被还原。 叶绿体中色素吸收光能，导致叶绿素a失去一个电子。电子经电子传递链生成ATP和NADPH；于此同时，失去电子的叶绿素夺取水中的电子得以电荷恢复，而水失去电子导致水的光解——这就是教材所谓吸收的光能有两个用途：一个是电子传递下去（生成了ATP和NADPH），另一个是夺取别人的电子（水的光解） 27 O2 2C3 CO2 C5 NADPH ATP ADP+Pi NADP+ 03 光合作用的原理 2、暗反应（碳反应） CO2的固定： C3的还原： C5：核酮糖─ 1 ,5 ─二磷酸，即RuBP C3：3─磷酸甘油酸 CO2＋C5 → 2C3 酶 2C3 ＋ATP＋NADPH → 3 ─磷酸甘油醛 酶 ATP和NADPH中的化学能 糖类等有机物中的化学能 卡尔文循环 光反应阶段 暗反应阶段 场所 类囊体薄膜 叶绿体基质 物质变化 能量转化 光能转变为 NADPH和ATP中的化学能 ATP和NADPH中的化学能 转变为糖类等稳定化合物中的化学能 相互联系 光反应和暗反应紧密联系， 物质变化和能量转化密不可分。 3、光反应与暗反应的比较 若光照强度减弱，短时间内，叶绿体内的C5、C3、 NADPH和ATP的含量如何变化？ 4、光反应与暗反应的联系 讨论 NADPH↓ 若CO2浓度下降，短时间内，叶绿体内的C5、C3、NADPH和ATP的含量如何变化？ 讨论 4、光反应与暗反应的联系 NADPH↑ 若蔗糖在细胞质基质中积累，对光合作用有何影响？ 4、光反应与暗反应的联系 讨论 磷酸丙糖在叶绿体基质中积累，C3的还原过程受到抑制 Pi无法运回叶绿体基质，使ATP合成减慢，光反应收到抑制 最后，光合作用减慢 光合作用中淀粉和蔗糖的积累和分流 1.（2024 安徽 T 16 ）为探究基因 OsNAC 对光合作用的影响研究人员在相同条件下种植某品种水稻的野生型(WT)、OsNAC 敲除突变体(KO)及 OsNAC 过量表达株(OE)，测定了灌浆期旗叶(位于植株最顶端)净光合速率和叶绿素含量,结果见下表。回答下列问题。 （3）据表可知，OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率增大。为进一步探究该基因的功能，研究人员测定了旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、蔗糖含量及单株产量，结果如图。结合图表，分析OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因：①______________；②______________。 ①与 WT 组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶光合作用 ；   ②与 WT 组相比OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高，可以及时将更多的光合产物(蔗糖)向外运出，从而促进旗叶的光合作用速率。 2.（2025北京，18，12分）植物的光合作用效率与叶绿体的发育(形态结构建成)密切相关。叶绿体发育受基因的精细调控,以适应环境。科学家对光响应基因BG在此过程中的作用进行了研究。(1)实验中发现一株叶绿素含量升高的拟南芥突变体。经鉴定,其BG基因功能缺失,命名为bg。图1是使用 观察到的叶绿体亚显微结构。与野生型相比,可见突变体基粒(“[”所示)中的 增多 (2)已知GK蛋白促进叶绿体发育相关基因的转录,BG蛋白可以与GK蛋白结合。研究者构建了GK功能缺失突变体gk(叶绿素含量降低)及双突变体bggk。对三种突变体进行观察,发现双突变体的表型与突变体 相同,由此推测BG通过抑制GK的功能影响叶绿体发育。  电子显微镜 gk 类囊体 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。 例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌 2NH3 + 3O2 2HNO2 + 2H2O + 能量 硝化细菌 CO2 + H2O 糖类 能量 酶 化能合 成作用 2HNO2 + O2 2HNO3 + 能量 硝化细菌 $