浙科版高三生物一轮复习必修1专题四第2讲光合色素与光合作用的过程课件

专题四细胞呼吸与光合作用第2讲光合色素与光合作用的过程必修1

分子与细胞精读课本盘点基础知识一、光合作用在叶绿体中进行1．光合作用的场所——叶绿体

碳(暗)类囊体光合膜色素

蛋白质H2O的裂解2．光合色素的种类、功能与吸收光谱(1)种类：叶绿体中的主要色素是______，它是含__的有机分子，除叶绿素外，叶绿体中还有许多种黄色、橙色和____的色素，合称为__________，其中最多的是________和______，它们都是由______组成的分子。(2)功能：____、____、____光能。叶绿素镁

红色类胡萝卜素胡萝卜素叶黄素碳氢链吸收传递转化(3)吸收光谱：光合色素所能吸收的光是________nm的可见光，叶绿素主要吸收__光和____光；类胡萝卜素主要吸收____光；所有色素几乎都不吸收__光，所以叶片呈绿色。以某种物质对不同波长光的吸收率(可用百分率表示)为纵坐标，以____为横坐标作图，所得的曲线就是该物质的________。400～760红

蓝紫蓝紫绿

波长吸收光谱问题与思考1．秋季叶片呈黄色的原因是什么？[提示]

(1)秋季，叶片的叶绿素分子在低温下易被破坏，而类胡萝卜素较稳定；(2)秋天气候变冷，叶绿素的合成速度变慢或停止，所以显出类胡萝卜素的颜色。2．建造温室大棚应选用什么样的塑料薄膜？若遇到连绵的阴雨天气，要在温室大棚内补充人工光照，应选用什么颜色的光？[提示]

应选用无色透明的塑料薄膜，为了让各种波长的太阳光都穿过塑料薄膜，即让植物吸收更多的光能；在功率相同的情况下，大棚内补充人工光照最好选红光和蓝紫光，红光和蓝紫光容易被吸收。[拓展点]

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。这种现象是如何造成的？藻类所含色素的种类含量最多的色素水层及主要存在的光绿藻叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素叶绿素，主要吸收红光和蓝紫光，反射绿光浅水层：存在红光和蓝紫光褐藻叶绿素a、叶绿素c、胡萝卜素、6种叶黄素某种叶黄素，主要吸收绿光和蓝紫光，反射红黄光中水层：存在绿光和蓝紫光红藻叶绿素a、叶绿素d、胡萝卜素、叶黄素、藻红素、藻蓝素藻红素，主要吸收蓝紫光，反射红光深水层：存在蓝紫光水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是短波长的光，因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅水层，吸收蓝紫光和绿光较多的褐藻分布于海水的中水层，吸收蓝紫光较多的红藻分布于海水的深水层。海洋中的藻类垂直分布是海洋群落垂直结构的体现，可有效地避免竞争、充分利用了光能。请注意，以上藻类都必须含有的光合色素是叶绿素a，因为只有叶绿素a是能转化光能的色素，其他色素主要是吸收和传递光能。二、活动：光合色素的提取与分离1．提取叶绿体中的色素原理：绿叶中的光合色素是一类______物质，可以溶解在脂溶剂(如95%的酒精)中，从而将它们从叶绿体中提取出来。2．分离叶绿体中色素的原理：不同色素在层析液中的溶解度不同，________的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，这样，色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。3．分离方法：________。脂溶性溶解度高纸层析法4．实验流程步骤操作要点说明提取色素研磨

①95%的酒精：作为提取液，可溶解叶绿体中的色素②SiO2：使研磨更充分③CaCO3：防止研磨时叶绿素受到破坏过滤研磨后用单层尼龙布过滤步骤操作要点说明制备滤纸条剪去两角的滤纸条一端1cm处用铅笔画一条细的横线剪去两角以保证色素在滤纸上扩散均匀、整齐，否则会形成弧形色素带点样用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔画的横线均匀地画一条滤液细线，待滤液干后再画一次，共画3～4次滤液细线要______细、直步骤操作要点说明色素分离将2mL层析液沿试管壁一侧倒入大试管→插入滤纸条略微斜靠着大试管内壁的另一侧→软木塞塞住试管口

步骤操作要点说明实验结果分析

色素种类色素颜色色素含量溶解度

主要吸收的光a．胡萝卜素橙色最少最高______b．叶黄素黄色较少较高c．叶绿素a蓝绿色最多较低____________d．叶绿素b黄绿色较多最低蓝紫光红光和蓝紫光三、光合作用的过程1．实质：光合作用与细胞呼吸一样，也是一个氧化还原过程，将________还原成糖，将__中的氧氧化为氧气。2．光反应和碳反应的过程

项目光反应碳反应(卡尔文循环)场所光合膜(如类囊体膜、蓝细菌的细胞膜)叶绿体基质或蓝细菌的细胞溶胶条件________、光、酶、水、ADP、Pi、NADP＋多种酶、CO2、ATP、__________二氧化碳水

光合色素NADPH项目光反应碳反应(卡尔文循环)物质变化五碳糖项目光反应碳反应(卡尔文循环)能量变化光能→ATP、NADPH中活跃的化学能ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能联系①光反应为碳反应提供__________________②碳反应为光反应提供______________________NADPH和ATPADP、Pi和NADP＋问题与思考3．写出光合作用的总反应式，并标出元素的转移途径。[提示]

[注意点]

(1)不要认为碳反应不需要光。光合作用的过程可以分为两个阶段，即光反应阶段和碳反应阶段。前者在光下才能进行，并在一定范围内随着光强度的增加而增强；后者在有光、无光的条件下都可以进行，但需要光反应的产物NADPH和ATP，因此碳反应在无光条件下不可以长期进行。(2)叶绿体并不是进行光合作用的必要场所。进行光合作用的细胞不一定含有叶绿体，如蓝细菌、光合细菌能进行光合作用，但没有叶绿体。

3．光合作用的碳反应中三碳糖的去向

光合产物在植物细胞中的利用示意图(1)将光合产物在植物细胞中的利用示意图补充完整：①____；②______；③______；④______；⑤________；⑥____。(2)在卡尔文循环中的三碳糖主要去向是再生为______。(3)离开卡尔文循环的三碳糖的去向：少部分在叶绿体中作为合成淀粉、蛋白质和脂质等的原料。但大部分是运至________，并且转变成____，供植物体所有细胞利用。

淀粉三碳糖氨基酸三碳糖细胞呼吸蔗糖五碳糖叶绿体外蔗糖内化知识突破重点难点一、“光合色素的提取与分离”活动的分析1．注意事项过程注意事项操作目的色素提取1选新鲜的绿色叶片使滤液中色素含量高2研磨时加95%的酒精溶解色素3加少量二氧化硅和碳酸钙研磨充分和保护色素4充分、迅速研磨防止酒精挥发，充分溶解色素5盛放滤液的试管管口加软木塞防止酒精挥发和色素氧化过程注意事项操作目的色素分离1滤纸预先干燥处理增强滤纸的吸收能力，使层析液在滤纸上快速扩散2滤液细线要直、细、匀使分离出的色素带平整不重叠3滤液细线干燥后再画3～4次增加色素浓度，使分离出的色素带清晰分明4滤液细线不触及层析液防止色素直接溶解到层析液中2．异常实验结果(色素带)分析(1)色素带太淡的原因：叶片颜色不够深绿，导致色素含量不够；提取时加过多酒精，使提取液中的色素浓度太低；提取时研磨不充分、太迅速，导致研磨过程中色素提取量少；画滤液细线时未重复画线使色素分离不足；色素分离时层析液触及了滤液细线，色素溶解于层析液中使色素扩散不足。(2)色素带不全的原因：叶片不够浓绿或不新鲜，导致色素种类不全；碳酸钙未加或不足，导致叶绿素遭到破坏；滤液暴露在阳光或空气中时间过长，导致叶绿素遭到破坏。(3)色素带不齐或重叠的原因：制滤纸条时染上了手上的油脂或其他污染物影响色素扩散；滤纸条剪角不对称；画滤液细线太慢或滤液细线未干就重复画，导致滤液细线太粗，使色素带彼此重叠等。例1

采用新鲜菠菜叶片开展“光合色素的提取与分离”实验，下列叙述错误的是(

)A．提取叶绿体中的色素时可用95%的酒精作为溶剂B．研磨时加入碳酸钙可以使研磨更充分C．研磨时添加二氧化硅有助于色素提取D．画滤液细线时应尽量减少样液扩散[解析]

叶绿体色素能溶解在95%的酒精或丙酮等脂溶剂中，所以可用95%的酒精作为溶剂提取叶绿体中的色素，A正确；研磨时加入碳酸钙可以防止叶绿素被破坏，B错误；加入二氧化硅是为了使研磨更充分，从而使叶绿体中的色素释放出来，C正确；画滤液细线时应尽量减少样液扩散，防止色素带之间部分重叠，D正确。√二、光合作用发现过程中的部分经典实验分析实验名称实验过程结论瓦尔堡的间歇光实验用藻类进行实验，在光量相同的前提下，一种用连续光照，另一种用闪光照射，中间隔一定暗期，发现后者光合作用总产量是连续光照下的200%～400%光合作用存在光反应与碳反应，并且光反应的速率明显高于碳反应的速率，而且光反应与温度无关实验名称实验过程结论希尔反应从绿色植物的叶肉细胞中分离出叶绿体的类囊体制成悬浮液，然后再加入希尔氧化剂，如2，6-D[一种染料，氧化态(A)时为蓝色，还原态(AH2)为无色]。在无CO2存在下进行照光，发现2，6-D由蓝色变为无色，放出了唯一的气体——O2叶绿体是光合作用的场所；光合作用释放的O2中的O来自H2O实验名称实验过程结论鲁宾和卡门的实验鲁宾和卡门制备了含有少量同位素18O的碳酸氢盐和水，并用以供给光照的小球藻培养物，然后分析产生的O2，3次实验的结果如下：

光合作用所释放的O2中的O来自H2O实验名称实验过程结论类囊体膜上ATP的合成机制实验科学家研究发现了类囊体膜上ATP的合成机制：当类囊体腔中的H＋浓度高于类囊体膜外时，形成一个电化学梯度，驱使H＋由类囊体腔内向类囊体膜外流动，当H＋通过膜上的ATP合成酶(具有转运H＋的功能)向类囊体膜外移动时，发生磷酸化作用，即催化ADP与Pi形成ATP类囊体膜上ATP的合成，需要类囊体腔内外的H＋浓度差驱动卡尔文的实验将培养出来的小球藻放置在含有未标记CO2的密闭容器中，然后将14C标记的CO2注入容器，培养相当短的时间之后，将小球藻浸入热的乙醇中杀死细胞，使细胞中的酶变性而失效。接着提取到溶液里的分子，然后将提取物应用双向纸层析法分离各种化合物，再通过放射自显影分析放射性上面的斑点，并与已知化学成分进行比较。在双向纸层析放射自显影图谱中鉴定出20余种带有C标记的化合物，并探明了CO2中C的去向，称为卡尔文循环探明了光合作用中C的转移途径，发现了卡尔文循环例2小球藻是一种单细胞藻类，常用于光合作用的相关研究。回答下列问题：实验18O的比例H2OKHCO3和K2CO3O210.850.610.8620.200.400.2030.200.570.20(1)为研究光合作用释放的O2来源于什么物质，鲁宾等以小球藻为实验材料，用18O标记的K2CO3、KHCO3、H2O进行了三组实验，结果如表所示。分析表中数据可知光合产物O2中的氧来源于____________，判断依据是_________________________________________。实验中小球藻光合作用所需CO2来源于________________(填场所)。若在光源和小球藻之间放置红色滤光片而获得单一波长的红光，则小球藻产生O2的速率将________。H2OO2中18O的比例与H2O中18O的比例基本一致细胞外、线粒体降低(2)为研究光合作用中碳的同化和去向，卡尔文等用14CO2处理小球藻不同时间，随后_________________(填“停止光照”“加热杀死小球藻”或“停止光照和加热杀死小球藻”)从而终止反应。通过双向纸层析分离小球藻中的有机物，进行放射自显影处理后形成若干斑点，每个斑点对应一种化合物，结果如上图所示。据甲图分析，含量最多的化合物最可能是________(填图中字母)。加热杀死小球藻A[解析]

(1)根据表格的数据，由于O2中18O的比例与H2O中18O的比例基本一致，所以可以判定光合产物O2中的氧来源于H2O；光合作用需要的CO2来源于细胞外(外部环境)和线粒体(通过呼吸作用产生CO2)；植物光合作用主要吸收红光，但还需要其他的颜色的光，如果只用红光照射，则光合作用速率降低。(2)为研究光合作用中碳的同化和去向，卡尔文等用14CO2处理小球藻不同时间，随后加热杀死小球藻，防止反应继续进行，如果停止光照，小球藻还是会进行短时间的碳反应，固定CO2；用纸层析法分离有机物的原理是不同物质在层析液的溶解度不同从而分离，而各种物质的含量是依据物质在滤纸上的宽度判断的，从图甲中可以看出，A物质宽度最大，所以A物质含量最多。三、外界条件骤变引起叶绿体几种物质的变化1．CO2不变光照改变同理：CO2不变，光强度由弱骤变为强时，五碳糖含量上升，三碳酸含量下降。2．光照不变CO2供应改变同理：光照不变，CO2供应骤增，三碳酸含量上升，五碳糖含量下降。例3

在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片碳反应中三碳酸和五碳糖微摩尔浓度的变化趋势如图。请回答下列问题：(1)图中物质A是____________(填“三碳酸”或“五碳糖”)。(2)将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是___________________________________________________________________________________________________________。(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，碳反应中三碳酸和五碳糖浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的__________(填“低”或“高”)，此时五碳糖和三碳酸的含量与处于CO2浓度为1%的环境时相比分别____________。三碳酸CO2浓度降低，CO2的固定减弱，消耗的五碳糖减少，同时三碳糖再生成五碳糖的过程暂时不变，因此相对浓度增加高下降、下降(4)CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光强度比CO2浓度为1%时的________(填“高”或“低”)，原因是___________________________________________________________________________________。低

在较低CO2浓度下，植物进行光合作用所需的NADPH和ATP较少，因此所需要的光强度较低延伸迁移实现融会贯通考向1围绕光合色素的提取、分离及其功能，考查结构与功能观及科学思维素养1．下列有关“光合色素的提取与分离”实验的叙述中，错误的是(

)A．将2g新鲜菠菜叶的干粉放入研钵中，加入碳酸钙、二氧化硅和95%的酒精后加以研磨B．吸取少量滤液，沿铅笔细线均匀画出一道滤液细线，并连续、快速画2～3次C．把画好滤液细线的滤纸条插入层析液中，滤液细线不能浸没在层析液中D．色素在滤纸条上分离的原理是不同色素在层析液中的溶解度不同243题号1567√B

[将2g新鲜菠菜叶的干粉放入研钵中，加入碳酸钙(防止研磨过程中色素被破坏)、二氧化硅(使研磨更充分)和95%的酒精(提取色素)后加以研磨，A正确；画滤液细线时，不应连续、迅速画线，而应等滤液干后再画线，B错误；把画好滤液细线的滤纸条插入层析液中，滤液细线不能触及层析液，否则滤液会溶解在层析液中，导致实验失败，C正确；叶绿体中色素分离的原理是不同色素在层析液中的溶解度不同，因而各色素随层析液在滤纸条上的扩散速度不同，D正确。]243题号15672．光合色素直接影响植物对光能的利用。下列关于绿色植物的叶绿体中光合色素的叙述，错误的是(

)A．叶片衰老过程中，叶绿素较易降解，导致叶片变黄B．类囊体膜上的光合色素能直接促进细胞对CO2的吸收C．黄化叶片中光合色素吸收的红光会大幅度减少D．缺乏类胡萝卜素的水稻突变体仍能捕获蓝紫光243题号1567√B

[叶片衰老过程中，叶绿素较易降解，类胡萝卜素主要呈黄色，导致叶片变黄，A正确；光合色素在光合作用中的作用是吸收、传递和转化光能，与CO2的吸收无直接关系，B错误；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，叶片黄化后，叶绿素含量大量减少，因此叶片中的光合色素吸收的红光会大幅度减少，C正确；叶绿体中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，因此缺乏类胡萝卜素的水稻突变体仍能捕获蓝紫光，D正确。]243题号1567考向2围绕光合作用的过程、原理，考查物质与能量观及科学思维素养3．如图表示某生物膜结构及其发生的部分生理过程，下列叙述正确的是(

)A．图示膜结构为叶绿体内膜B．a侧为叶绿体基质，其中含有少量DNAC．甲表示色素，在层析液中溶解度最大的是叶绿素aD．图示过程为光反应，该过程不需要酶的催化243题号1567√B

[因题图所示过程需要光照，故该过程为光反应，场所为叶绿体的类囊体膜，A错误；光反应生成的ATP进入叶绿体基质参与碳反应，故a侧为叶绿体基质，其中含有少量DNA，B正确；在层析液中溶解度最大的色素是胡萝卜素，C错误；光反应过程需要酶的参与，D错误。]243题号15674．磷酸丙糖不仅是光合作用中最先产生的糖，也是光合作用产物从叶绿体运输到细胞溶胶的主要形式。下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表示的物质是ATP，它也可以在叶绿体基质中合成B．磷酸丙糖应该是一种五碳化合物C．磷酸丙糖是碳反应产物，在细胞溶胶中合成淀粉D．若图中表示的磷酸转运器活性受抑制，会导致光合作用速率下降243题号1567√D

[图中a表示光反应为碳反应提供的物质NADPH和ATP，其在叶绿体的类囊体膜上合成，A错误；磷酸丙糖是三碳化合物，B错误；由题图可知，磷酸丙糖合成淀粉的过程是在叶绿体基质中进行的，C错误；若磷酸转运器活性受抑制，则不能将磷酸丙糖运出叶绿体且不能将Pi运入叶绿体，造成叶绿体中光合作用产物积累和缺少Pi，导致光合作用速率降低，D正确。]243题号1567考向3围绕光合作用过程的延伸与拓展，考查生命观念及科学思维素养阅读下列材料，回答第5、6题。高粱等植物在演化过程中形成如图所示的生理机制，这类植物被称为C4植物。水稻等植物不存在C4途径，仅通过叶肉细胞中的C3途径固定CO2，这类称为C3植物。C4植物能利用叶肉细胞间隙中浓度极低的CO2，维管束鞘细胞中CO2浓度比叶肉细胞高10倍。R酶既可催化碳反应中CO2与C5糖结合，也可催化C5糖与O2结合。C5糖与O2结合后形成一个C3酸和一个C2，这个C2随后进入线粒体被氧化为CO2，这个过程称为光呼吸。243题号15675．(2023·宁波十校联考)下列关于C4途径叙述正确的是(

)A．不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是不同的B．C4植物细胞可以在夜间吸收CO2用于卡尔文循环C．由这种CO2浓缩机制可以推测，P酶与无机碳的亲和力高于R酶D．叶绿体中的C3糖大多数离开叶绿体后转化为蔗糖243题号1567√C

[不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，均有O2、ATP和NADPH，A错误；由图可知，C4植物细胞可以在夜间吸收CO2在P酶的作用下与PEP结合形成C4酸，B错误；由“C4植物能利用叶肉细胞间隙中浓度极低的CO2，维管束鞘细胞中CO2浓度比叶肉细胞高10倍”和图可知，P酶位于叶肉细胞中，R酶位于高浓度CO2的维管束鞘细胞中，所以由这种CO2浓缩机制可以推测，P酶与无机碳的亲和力高于R酶，C正确；由图和题干信息并不能推测叶绿体中的C3糖大多数离开叶绿体后转化为蔗糖，D错误。]243题号15676．(2023·宁波十校联考)下列关于光呼吸过程叙述，正确的是(

)A．光呼吸过程中消耗O2的场所和细胞呼吸相同B．正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片CO2释放量先增加后降低C．R酶既可催化CO2与C5糖结合，也可催化C5糖与O2结合，说明R酶不具有专一性D．光呼吸会消耗有机物导致减产，我们可以敲除控制R酶合成的基因从而提高产量243题号1567√B

[光呼吸过程中消耗O2的场所在叶绿体，细胞呼吸消耗O2的场所是线粒体，A错误；正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，光反应产生的ATP和NADPH的量减少，碳反应消耗的C3减少，消耗的C5减少，C5与O2的结合增加，通过光呼吸产生的CO2增多，随着时间的延长，光呼吸停止，最终叶片中释放的CO2均来自细胞呼吸释放的CO2，B正确；R酶既可催化CO2与C5糖结合，也可催化C5糖与O2结合，这是在不同条件下R酶催化不同的反应，R酶具有专一性，C错误；R酶既可催化CO2与C5糖结合，也可催化C5糖与O2结合，若敲除控制R酶合成的基因，光合作用的碳反应不能进行，无法合成有机物，D错误。]243题号15677．(2024·浙江A9协作体暑假返校联考)C3植物指碳(暗)反应时形成的第一个化合物是三碳有机物的植物，如小麦、水稻等，体内只有一条固定CO2的途径，即卡尔文循环，其光合作用发生在叶肉细胞中。C4植物指碳反应时形成的第一个化合物是四碳有机物的植物，如玉米、高粱、甘蔗、苋菜等产自热带的植物。玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列，叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2被整合到C4化合物中，随后C4化合物进入维管束鞘细胞，维管束鞘细胞中的叶绿体几乎无基粒，在维管束鞘细胞中，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物(如下图)。PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”