2025版高考生物一轮总复习必修1第3单元细胞的能量供应和利用第3讲捕获光能的色素和结构光合作用的原理课件

这是一份2025版高考生物一轮总复习必修1第3单元细胞的能量供应和利用第3讲捕获光能的色素和结构光合作用的原理课件，共60页。PPT课件主要包含了考情研读·备考定位，溶解色素，研磨充分，保护色素，单层尼龙布，②分离色素，各色素扩散的起点相同，滤液细线，3实验结果，叶绿体类囊体薄膜上等内容，欢迎下载使用。
考点一　捕获光能的色素和结构
必备知识 · 夯实基础
知|识|巩|固1．绿叶中色素的提取和分离(1)实验原理
(2)实验步骤①提取色素a．研磨
B．过滤：用_______________过滤。c．收集滤液：试管口加棉塞，防止乙醇挥发和色素氧化。
2.叶绿体中色素的吸收光谱(1)分布：_______________________。(2)功能：吸收、传递(四种色素)和转换光能(只有少量叶绿素a)。①叶绿体中的色素只吸收______，而对红外光和紫外光等不吸收。②叶绿素对______________的吸收量大，类胡萝卜素对________的吸收量大。
思|维|辨|析易错整合，判断正误。(1)植物叶片呈现绿色是因为含有绿色的色素，黄化叶片和白化叶片不含叶绿素。(　　 )(2)未加入CaCO3，叶绿素会被破坏。(　　 )(3)色素可以用无水乙醇进行分离。(　　 )(4)叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，对其他波段的可见光并非不吸收，只是吸收量较少。(　　 )
(5)生物光合作用的场所不一定是叶绿体，没有叶绿体的生物也可以是自养型生物。(　　 )(6)叶绿体中的色素主要分布在叶绿体内膜上，酶分布于类囊体膜上和叶绿体基质中。(　　 )(7)夏天叶片呈绿色是叶片吸收绿光导致的，秋天叶片变黄，是叶黄素含量增多导致的。(　　 )
延|伸|探|究1．某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，可能的原因有哪些？提示：研磨不充分，色素未能充分提取出来；称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小；未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。
2．海洋中绿藻、褐藻、红藻在海水中的垂直分布大致依次是浅层、中层、深层，从水层透光与植物光能捕获两个层面解释其中的原因。提示：藻类本身的颜色是反射出来的光所形成的，即红藻反射出红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄光。水对红、橙光的吸收比蓝、绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水的深层。
剖析难点 · 考点突破
重|难|精|讲1．实验异常现象分析
考向一　结合实验原理及过程，考查科学探究能力 (2020·江苏卷)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是(　　 )A．提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂B．研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏C．研磨时添加石英砂有助于色素提取D．画滤液细线时应尽量减少样液扩散
解析：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，因而可以用无水乙醇提取绿叶中的色素，A正确；研磨时需要加入碳酸钙(CaCO3)，可防止研磨时叶色素被破坏，B错误；研磨时加入少许石英砂(SiO2)有助于充分研磨，利于破碎细胞使色素释放，C正确；画滤液细线时应尽量减少滤液扩散，要求细、直、齐，才有利于色素均匀地分离，D正确。故选B。
影响叶绿素合成因素的分析
〔变式训练1〕　(2024·河南三门峡高三阶段练习)下列关于高等植物细胞内色素的叙述，错误的是(　　 )A．可以用92号汽油取代层析液分离叶绿体中不同的色素分子B．所有的植物细胞中都含有4种色素分子C．可以用纸层析法分离紫色洋葱细胞液泡中的花青素D．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
解析：92号汽油也是脂溶性物质的混合液，理论上可取代层析液分离叶绿体中不同的色素分子，A正确；不是所有的植物细胞中都含有4种色素分子，如根部细胞中没有叶绿体，更不会含有四种色素分子，B错误；紫色洋葱细胞液泡中的花青素是水溶性的，能用纸层析法分离，只不过层析液的成分需要改变，C正确；叶绿体中的两种色素吸收的色光有差异，如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，D正确。
考向二　叶绿体的结构和功能 (2024·安阳市调研)叶绿体是植物进行光合作用的场所，下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是(　　 )A．叶绿体中的色素的合成都需要Mg2＋和光照B．H2O在光下分解为NADPH和O2的过程发生在基质中C．CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上D．光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的解析：只有叶绿素的合成才需要Mg2＋和光照，A错误；水的光解是光反应过程，发生在叶绿体类囊体薄膜上，B错误；CO2的固定发生在暗反应过程中，场所为叶绿体基质，C错误；光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的，D正确。
〔变式训练2〕　(2024·山东临沂联考)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，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。下图是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(　　 )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
解析：图中①(叶绿素b)、②(叶绿素a)主要分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A错误；利用纸层析法分离色素时，①(叶绿素b)应位于滤纸条的最下端，B错误；植物叶片呈现绿色是由于①②吸收绿光最少，反射绿光，C错误；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，故弱光下①(叶绿素b)的相对含量增高有利于植物对弱光的利用，D正确。
考点二　光合作用的基本过程
知|识|巩|固1．探究光合作用原理的部分实验
提醒：同位素标记法中使用的同位素不都具有放射性，如18O就没有放射性，不能检测其放射性；而14C有放射性，可被追踪检测。
2．光合作用的概念光合作用是指绿色植物通过_______，利用光能，将_____________转化成储存着能量的有机物，并且释放出______的过程。
3．光合作用的过程图解
提醒：(1)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。(2)C3和C5并不是只含有3个或5个碳原子，还有H、O等原子，如丙酮酸(C3H4O3)就是一种三碳化合物。
4．反应式(1)若有机物为(CH2O)：____________________________。(2)若有机物为C6H12O6：___________________________________。助学巧记：光合作用过程的“一、二、三、四”
5．光合作用和化能合成作用的比较提醒：绿色植物和化能合成菌及光合细菌为自养生物，人、动物、真菌以及大多数细菌属于异养生物。
思|维|辨|析易错整合，判断正误。(1)光反应必须在光照下进行，暗反应必须在暗处进行。(　　 )(2)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，在合适的条件下可完成暗反应过程。(　　 )(3)光合作用的产物有淀粉和蔗糖，淀粉和蔗糖可以进入筛管，通过韧皮部运输到植株各处。(　　 )(4)C3是指三碳化合物——3－磷酸甘油酸，C5是指五碳化合物——核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)。(　　 )(5)光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。(　　 )
延|伸|探|究1．如图是光合作用探究历程中恩格尔曼的实验示意图，请分析：(1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？提示：选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位。(2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是什么？提示：排除氧气和极细光束外的其他光的干扰。
2．模拟鲁宾、卡门的实验时，能对同一实验中的CO2和H2O同时进行标记吗？为什么？提示：不能，若CO2和H2O中的氧均标记，则无法分辨氧气的来源。3．给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，其最可能的转化途径是什么？
4．光照停止后暗反应短时间仍然能够持续，但无法长时间正常进行，原因是什么？CO2不足暗反应减弱后光反应也无法正常进行，原因是什么？提示：暗反应中C3的还原需要光反应提供ATP和NADPH，停止光照使光反应停止，叶绿体中仍有少量ATP和NADPH能使暗反应持续进行一段时间，但是这段时间后，暗反应因缺少ATP和NADPH而无法进行。光反应需要暗反应提供的ADP、Pi和NADP＋，CO2不足使暗反应减弱后，光反应在缺少原料的情况下无法正常进行。
重|难|精|讲1．光合作用过程中元素的去向分析
2．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析(1)“过程法”分析各物质变化下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：
(2)模型法表示C3和C5等物质含量变化
考向一　光合作用的探究历程和光合作用的过程 (2021·重庆卷)下图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析，下列叙述错误的是(　　 )
A．水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过4层膜B．NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPHC．产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应D．电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节
解析：O2在叶绿体的类囊体薄膜产生，在线粒体内膜被利用，故叶绿体产生的O2被线粒体利用至少需要穿过叶绿体的3层膜(包括类囊体膜1层膜和叶绿体的内外膜)和线粒体的2层膜，共5层生物膜，A错误；据图分析，NADP＋与e－和H＋结合形成NADPH，B正确；根据图中的信息，光反应产生的ATP可用于暗反应、色素合成和核酸代谢等一些消耗能量的反应，C正确；电子传递释放的能量用于H＋的逆浓度梯度运输，使类囊体腔内维持高浓度的H＋，H＋由类囊体腔顺浓度梯度运输至叶绿体基质，驱动ATP的合成，电子有序传递保证了ATP和NADPH的合成，是完成光能转换的重要环节，D正确。
〔变式训练1〕　(2024·江西九江检测)科学家向小球藻培养液中通入14CO2，给予实验装置不同时间光照，结果如表所示。根据上述实验结果分析，下列叙述正确的是( )A．暗反应最初形成的很可能是3－磷酸甘油酸(三碳化合物)B．本实验利用小球藻研究的是光合作用的光反应阶段C．3－磷酸甘油酸可直接转化成氨基酸、有机酸等D．实验结果说明光合作用产物是各种糖类
解析：由表格可知，CO2进入叶绿体后，最初形成的物质是3－磷酸甘油酸(三碳化合物)，A正确；由题意可知，用同位素标记法探究二氧化碳中的碳元素的去向，故本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段，B错误；根据时间分析，3－磷酸甘油酸要先转化成12种磷酸化糖类，然后才转化成氨基酸、有机酸等，C错误；表格中的数据说明光合作用除了产生糖类外，还有氨基酸、有机酸等其他有机物，D错误。
考向二　围绕不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析，考查科学思维 (2024·中原名校联盟)如图是某学校生物兴趣小组研究菠菜光合速率相对值与叶龄关系的结果图示。下列说法错误的是(　　 )A．A点光合速率较低是由于幼叶光合色素含量少B．随着叶片不断地展开，AB段光合速率上升C．由于叶片的衰老，CD段光合速率下降D．若光照突然增强，则短时间内叶绿体中C3的含量增加
解析：A点叶龄小，光合色素含量少，吸收光能也少，导致光合速率较低，A正确；AB段随着叶龄增加，光合色素含量增多，叶片面积增大，光合速率增大，B正确；CD段随叶龄增大，叶片细胞逐渐衰老，叶片中的光合色素减少，光合速率下降，C正确；光照突然增强，光反应产生的ATP和NADPH增加，C3的还原增加，短时间内叶绿体中C3的含量减少，D错误。
素养提升 · 强化思维
真|题|再|现1．(2023·天津卷)下图是某种植物光合作用及呼吸作用部分过程的图，关于此图说法错误的是(　　 )
2．(2021·湖南卷)绿色植物的光合作用是在叶绿体内进行的一系列能量和物质转化过程。下列叙述错误的是(　　 )A．弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用B．在暗反应阶段，CO2不能直接被还原C．在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降D．合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度
解析：弱光条件下植物没有氧气的释放，有可能是光合作用强度小于或等于呼吸作用强度，光合作用产生的氧气被呼吸作用消耗完，此时植物虽然进行了光合作用，但是没有氧气的释放，A错误；二氧化碳性质不活泼，在暗反应阶段，一个二氧化碳分子被一个C5分子固定以后，很快形成两个C3分子，在有关酶的催化作用下，C3接受ATP和NADPH释放的能量并且被NADPH还原，因此二氧化碳不能直接被还原，B正确；在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，光合作用产物输出受阻，叶片的光合速率会暂时下降，C正确；合理密植可以充分利用光照，增施有机肥可以为植物提供矿质元素和二氧化碳，这些措施均能提高农作物的光合作用强度，D正确。
3. (2021·山东卷改编)关于细胞中的 H2O和O2，下列说法错误的是(　　 )A．由葡萄糖合成糖原的过程中一定有H2O产生B．有氧呼吸第二阶段一定消耗H2OC．植物细胞产生的O2只能来自光合作用D．光合作用产生的O2中的氧元素只能来自H2O解析： 由葡萄糖合成糖原的过程属于脱水缩合，有水的产生，A正确；有氧呼吸第二阶段是H2O与丙酮酸反应形成CO2与NADH并释放能量的过程，消耗水，B正确；光合作用通过H2O的光解可以产生O2，另外，植物细胞中具有过氧化氢酶，可以催化H2O2水解为H2O和O2，C错误；光合作用的光反应中H2O的光解会产生O2，所以O2中的氧元素只能来自于水，D正确。
4. (2020·天津卷)研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是(　　 )A．产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质B．该反应体系不断消耗的物质仅是CO2C．类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原D．与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素
解析：乙醇酸是光合作用暗反应产生的，暗反应场所在叶绿体基质中，所以产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质，A正确；该反应体系中能进行光合作用整个过程，不断消耗的物质有CO2和H2O，B错误；类囊体产生的ATP参与C3的还原，产生的O2用于呼吸作用或释放到周围环境中，C错误；该体系含有类囊体，而类囊体的薄膜上含有光合作用色素，D错误。
5．(2020·浙江7月选考)将某植物叶片分离得到的叶绿体，分别置于含不同蔗糖浓度的反应介质溶液中，测量其光合速率，结果如图所示。图中光合速率用单位时间内单位叶绿素含量消耗的二氧化碳量表示。下列叙述正确的是(　　 )A．测得的该植物叶片的光合速率小于该叶片分离得到的叶绿体的光合速率B．若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体，测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比，光合速率偏大C．若该植物较长时间处于遮阴环境，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B－C段对应的关系相似D．若该植物处于开花期，人为摘除花朵，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中A－B段对应的关系相似
解析：测得植物叶片的光合速率是叶片的总光合速率减去叶片的呼吸速率，而分离得到的叶绿体的光合速率，就是总光合速率，A正确；破碎叶绿体，其叶绿素释放出来，不能进行光合作用， 导致消耗二氧化碳减少，测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比，光合速率偏小，B错误；若该植物较长时间处于遮阴环境，光照不足，光反应减弱，影响碳反应速率，蔗糖合成一直较少， C错误；若该植物处于开花期，人为摘除花朵，叶片光合作用产生的蔗糖不能运到花瓣，在叶片积累，光合速率下降，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B－C段对应的关系相似，D错误。
6．(2022·河北卷)某品种茶树叶片呈现阶段性白化：绿色的嫩叶在生长过程中逐渐转为乳白色，而后又恢复为绿色。白化期叶绿体内部结构解体(仅残留少量片层结构)。阶段性白化过程中相关生理指标检测结果如下图。回答下列问题：
(1)从叶片中分离叶绿体可采用____________法。(2)经检测，白化过程中叶绿体合成ATP和NADPH的数量显著降低，其原因是___________________________________(写出两点即可)。(3)白化过程中气孔导度下降，既能够满足光合作用对CO2的需求，又有助于减少_______________。(4)叶片复绿过程中需合成大量直接参与光反应的蛋白质。其中部分蛋白质由存在于_________中的基因编码，通过特定的机制完成跨膜运输，其余蛋白质由存在于_________中的基因编码。
叶绿体内部结构解体；光合色素减少
解析：(1)叶绿体属于细胞器，根据不同细胞器的密度不同，可用差速离心法从叶片中分离叶绿体。(2)光合作用的光反应过程可产生NADPH和ATP，该过程需要叶绿体类囊体薄膜上叶绿素的参与，据题意可知，白化期叶绿体内部结构解体，叶绿体类囊体薄膜减少，且白化过程中叶绿素等光合色素减少，光反应减慢，故白化过程中叶绿体合成ATP和NADPH的数量显著降低。(3)白化过程中气孔导度下降，既能够满足光合作用对CO2的需求，又有助于减少水分的散失，利于植物的生存。(4)叶绿体属于半自主性细胞器，其中蛋白质的合成主要受到细胞核基因的编码，合成后经特定机制完成跨膜运输；其余蛋白质由存在于细胞质中(叶绿体)的基因编码。
7．(2022·全国甲卷)根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题。(1)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，光反应阶段的产物是________________(答出3点即可)。(2)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是________________________________(答出1点即可)。
自身呼吸消耗或建造植物体结构
(3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是________________________________________________________。
C4植物的CO2补偿点低于C3植物，C4植物能够利用较低浓度的CO2
解析：(1)光合作用光反应阶段的场所是叶绿体的类囊体薄膜上，光反应发生的物质变化包括水的光解以及ATP的形成，因此光合作用光反应阶段生成的产物有O2、[H]和ATP。(2)叶片光合作用产物一部分用来建造植物体结构和自身呼吸消耗，其余部分被输送到植物体的储藏器官储存起来。故正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。(3)C4植物的CO2固定途径有C4和C3途径，其主要的CO2固定酶是PEPC，Rubisc；而C3植物只有C3途径，其主要的CO2固定酶是Rubisc。干旱会导致气孔开度减小，叶片气孔关闭，CO2吸收减少；由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物，则C4植物能够利用较低浓度的CO2，因此光合作用受影响较小的植物是C4植物，C4植物比C3植物生长得好。
8．(2020·山东卷)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是_______________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为________________。
(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将______(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是______________________________________。(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量______ (填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是_______________________________________________________________。
模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足
用系统没有呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖类)
(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是_________________________________________。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
孔开放程度降低，CO2的吸收量减少
解析：(1)叶绿体中光反应阶段是将光能转化成电能，再转化成ATP中活跃的化学能，题图中模块1将光能转化为电能，模块2将电能转化为活跃的化学能，两个模块加起来相当于叶绿体中光反应的功能。在模块3中，CO2和甲反应生成乙的过程相当于暗反应中CO2的固定，因此甲为五碳化合物(或C5)。(2)据图分析可知，乙为C3，气泵突然停转，大气中CO2无法进入模块3，相当于暗反应中CO2浓度降低，短时间内CO2浓度降低，C3的合成减少，而C3仍在正常还原，因此C3的量会减少。若气泵停转时间较长，模块3中CO2的量严重不足，导致暗反应的产物ADP、Pi和NADP＋不足，无法正常供给光反应的需要，因此模块2中的能量转换效率也会发生改变。