新高考生物一轮复习精品讲义第9讲 光合作用（含解析）

这是一份新高考生物一轮复习精品讲义第9讲 光合作用（含解析），共36页。试卷主要包含了　光合作用色素的提取、分离，光合色素及光合作用过程，影响光合作用的环境因素，光合作用与呼吸作用的关系等内容，欢迎下载使用。
[高中生物一轮复习教学讲义 必修1]
第9讲 光合作用
考点一 (实验)　光合作用色素的提取、分离
1．色素的提取和分离
(1)实验原理
①色素的提取：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂(无水乙醇或丙酮)中，因此，可以用无水乙醇等有机溶剂来提取叶绿体中的色素。
②色素的分离：纸层析法。根据绿叶中色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，从而在扩散过程中将色素分离开来。
(2)实验步骤
提取色素
称取5g绿色叶片，剪碎，放入研钵中→加入少许SiO2、CaCO3和10 mL无水乙醇→研磨→过滤→收集到试管内并塞严试管口

制备滤纸条
干燥定性滤纸→将定性滤纸剪成略小于试管长与直径的滤纸条，并在一端剪去两角→在距离剪角一端1 cm处用铅笔画一条细的横线
画滤液细线
用毛细吸管吸取少量滤液→沿铅笔线画出一条细线→待滤液干后，再画一两次
分离色素
将适量的层析液倒入试管中→将滤纸条轻轻插入层析液中→用棉塞塞紧试管口(如图所示）
观察结果

色素种类
色素颜色
色素含量
溶解度
扩散速度
胡萝卜素
橙黄色
最少
最高
最快
叶黄素
黄色
较少
较高
较快
叶绿素a
蓝绿色
最多
较低
较慢
叶绿素b
黄绿色
较多
最低
最慢

(3)结果分析
①色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有四种色素。
②色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素含量越多。色素带最宽的是叶绿素a，最窄的是胡萝卜素，叶绿素b的色素带比叶黄素的稍宽。
③色素带扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越高。
④相邻两条色素带之间距离最远的是胡萝卜素和叶黄素，最近的是叶绿素a和叶绿素b。
实验拓展：(1)实验注意事项及操作目的归纳
实验过程
注意事项
操作目的
提
取
色
①
选取新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高

素



②
研磨时加入10 mL 无水乙醇
溶解叶片中的色素
③
研磨时加入少许SiO2和CaCO3
使研磨充分和保护叶绿素
④
迅速、充分研磨
防止有机溶剂挥发，并充分溶解色素
⑤
盛放滤液的试管管口加棉塞
防止有机溶剂挥发
制备
滤纸条
①
滤纸预先干燥处理
使层析液在滤纸条上的扩散速度快
②
滤纸条的一端剪去两角
防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快
画滤液
细线
①
滤液细线要直、细、齐
使分离的色素带平整、不重叠
②
滤液细线干燥后重复画2~3次
使分离的色素带清晰，便于观察
分离色素
①
滤液细线不能触及层析液
防止色素直接溶解到试管内的层析液中
②
覆盖试管口
防止层析液挥发
(2)绿叶中的色素提取和分离实验的异常现象分析
①收集到的滤液绿色过浅的原因分析：未加二氧化硅(石英砂)，研磨不充分；使用放置数天的菠菜叶，滤液中色素(叶绿素)太少；一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)；未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
②滤纸条色素带重叠：滤纸条上的滤液细线未画成一条细线。
③滤纸条上得不到色素带的原因分析：
滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。

(3)做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置，实验时应该将滤液滴在a处。
(4)秋天树叶变黄的原因：秋天气温降低，叶绿素分子易被破坏，使叶子变黄，由于缺少叶绿素a和叶绿素b，所以叶子呈现类胡萝卜素的黄色。
考点二 光合色素及光合作用过程
1．叶绿体的结构和捕获光能的色素
(1)叶绿体
①结构示意图：

②功能：进行光合作用的场所。
(2)色素的种类和功能
分布
叶绿体类囊体薄膜上
功能
吸收、传递(四种色素)和转换光能(只有少量叶绿素a)
化学特性（提取）
不溶于水，能溶于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂
分离方法
纸层析法
色素种类及特点
类胡萝卜素(1/4)
胡萝卜素
橙黄色
主要吸收蓝 紫光
叶黄素
黄色
叶绿素(3/4)
叶绿素a
蓝绿色
主要吸收红光和蓝紫光
叶绿素b
黄绿色

吸收光
谱图示

图示说明
①阳光经三棱镜折射后形成不同波长和颜色的光
②折射光透过色素滤液时部分光被吸收
③色素对红光和蓝紫光吸收较多，使两光区呈现暗带
2．光合作用的探究历程

实验说明：
(1)恩格尔曼实验设计的巧妙之处
①实验材料的选择妙：实验材料选择水绵，水绵不仅具有细而长的带状叶绿体，而且叶绿体以螺旋状分布在细胞中，便于观察。
②排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境排除了环境中氧气和光的干扰。
③观测指标的设计妙：通过好氧细菌的分布进行检测，从而能够准确地判断出释放氧气的部位
④实验对照的设计妙：用极细的光束点状投射，叶绿体上可分为获得光照部位和无光照部位，相当于一组对照实验；进行黑暗条件下局部光照和完全暴露在光下的对照实验，明确实验结果是由光照引起的。
(2)鲁宾、卡门实验
①同位素标记法是利用放射性同位素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，即用放射性同位素的原子标记某些物质，再用放射性探测仪器进行追踪，研究该物质的运动、变迁和分布。
②同位素标记法的特点：a.灵敏度高；b.方法简便；c.定位、定量准确；d.符合生理条件。
生物学中同位素标记实验总结
分泌蛋白的合成与运输：氢的同位素—3H标记亮氨酸或H2O
光合作用碳循环（卡尔文循环）：碳的同位素—14C标记糖类或CO2
DNA是噬菌体的遗传物质：磷的同位素—32P标记DNA；硫的同位素—35S标记蛋白质
基因探针（DNA分子杂交、RNA分子杂交）：将转基因生物的基因组DNA提取出来，在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素作为标记，以此作为探针，使探针与基因组DNA杂交，如果显示出杂交带，就表明重组成功。
单克隆抗体：利用同位素标记的单克隆抗体，在特定组织中成像的技术，可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病。如果把抗癌的单克隆抗体跟放射性同位素、化学药物或细胞毒素相结合，制成生物导弹，注入体内借助单克隆抗体的导向作用，能将药物定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞。
光合作用产生的氧气来源于水：氧的同位素—18O标记H2O
验证DNA的半保留复制：氮的同位素—15N标记核苷酸。
3．光合作用完整过程图解

光合作用过程中原子的去路分析

4．光反应、暗反应的比较
过程
光反应
暗反应
根据区别
必须在光下
有光、无光都可以
条件
光照、叶绿素、酶
多种酶
实质
将光能转化为化学能，并释放出O2
同化CO2，合成有机物
场所
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
物质转化
①水光解
2H2O4[H]＋O2↑
②ATP的合成
ADP＋Pi＋能量ATP
①CO2固定
CO2＋C52C3
②C3的还原
2C3(CH2O)＋C5
能量转化
光能―→活跃的化学能ATP
ATP中活跃的化学能―→(CH2O)等有机物中稳定的化学能
关系
①光反应为暗反应提供[H]和ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi
②没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成
5．叶绿体处于不同条件下，C3、C5、[H]、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化
项目
条件
C3
C5
[H]和ATP
(CH2O)合成量
光照不变停止CO2供应
减少
增加
增加
减少或没有
光照不变CO2供应增加
增加
减少
减少
增加
光照不变，CO2供应不变，(CH2O)运输受阻
增加
减少
增加
减少
停止光照CO2供应不变
增加
下降
减少或没有
减少或没有
突然光照CO2供应不变
减少
增加
增加
增加
模型法分析光合作用过程中物质的量的变化


注意说明：(1)光合作用光反应产生的ATP只用于暗反应阶段，不能用于其他生命活动，其他生命活动所需ATP只能来自细胞呼吸。
(2)光反应产生的[H]为NADPH(还原型辅酶Ⅱ)，细胞呼吸产生的[H]为NADH(还原型辅酶Ⅰ)。
考点三 影响光合作用的环境因素
光合作用强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造有机物的量。用一定时间内原料消耗或产物生成的量表示。光合作用与化能合成作用的比较：

光合作用
化能合成作用
本质
都能将CO2和H2O等无机物合成为有机物
能量
光能
氧化无机物放出的能量
代表生物
绿色植物
硝化细菌等微生物
1．单因子对光合作用速率影响的分析
(1)光照强度：通过影响植物的光反应进而影响光合速率。
①曲线分析


A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。
AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少，这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。
B点：细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度(光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长)，B点所示光照强度称为光补偿点。
BC段：表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强了，C点所示光照强度称为光饱和点。
②应用：阴生植物的B点左移，C点较低，如图中虚线所示，间作套种农作物的种类搭配，林带树种的配置，可合理利用光能；适当提高光照强度可增加大棚作物产量。
(2)二氧化碳浓度：CO2是植物进行光合作用的原料，CO2通过影响暗反应阶段C3的合成进而影响光合作用强度。

①曲线分析：图1和图2都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度的增加而增大，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用速率不再增加。
图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点；图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点。
②应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光能利用率。温室内可通过放干冰、使用CO2生成器、施用农家肥与猪舍鸡舍连通等方法适当提高CO2浓度。
(3)温度：：温度通过影响酶的活性影响光合作用速率。
①曲线分析：

光合速率和呼吸速率都受温度的影响，但光合作用相关酶对温度反应更为敏感。
②应用：冬天，温室栽培可适当提高温度，温室栽培也可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。
(4)必需矿质元素供应

①曲线分析：在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物因渗透失水而萎蔫。
②应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量。
(5)水分
①影响：水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。
②应用：根据作物的需水规律合理灌溉。
2．多因子对光合作用速率影响的分析

(1)曲线分析：
P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着该因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增强光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
注意说明：①温度改变对光合作用强度的影响：当温度改变时，不管是光反应还是暗反应都会受影响，但主要是影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量要比参与光反应的多。
②CO2浓度对光合作用强度的影响：CO2浓度很低时，光合作用不能进行，但CO2浓度过高时，会抑制植物的细胞呼吸，进而影响光合作用强度。
③结构与功能相适应的生物学观点：阴生植物不能在强光下生长的根本原因是遗传物质决定了阴生植物的结构中酶的含量、色素的含量等比阳生植物少。
3．自然环境中一昼夜植物光合作用曲线

(1)图1中各点含义及形成原因分析：
a点：凌晨2时～4时，温度降低，呼吸作用减弱，CO2释放减少。
b点：有微弱光照，植物开始进行光合作用。
bc段：光合作用强度小于呼吸作用强度。
c点：上午7时左右，光合作用强度等于呼吸作用强度。
ce段：光合作用强度大于呼吸作用强度。
d点：温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象。
e点：下午6时左右，光合作用强度等于呼吸作用强度。
ef段：光合作用强度小于呼吸作用强度。
fg段：没有光照，停止光合作用，只进行呼吸作用。
4．密闭容器中一昼夜植物光合作用曲线

(2)图2中各点含义及形成原因分析：
AB段：无光照，植物只进行呼吸作用。
BC段：温度降低，呼吸作用减弱。
CD段：4时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度呼吸作用强度。其中FG段表示“光合午休”现象。
H点：随光照减弱，光合作用强度下降，光合作用强度＝呼吸作用强度。
HI段：光照继续减弱，光合作用强度