2022版高考生物一轮复习第3单元细胞的能量供应和利用第9课光合作用与能量转化学案新人教版

这是一份2022版高考生物一轮复习第3单元细胞的能量供应和利用第9课光合作用与能量转化学案新人教版，共12页。学案主要包含了捕获光能的色素和结构，光合作用原理的实验探索，光合作用的过程，化能合成作用等内容，欢迎下载使用。

一、捕获光能的色素和结构
1．绿叶中色素的提取和分离
(1)
(2)实验步骤
(3)实验结果
2．叶绿体中的色素及色素的吸收光谱
由图可以看出：
(1)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。
(2)叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。
3．叶绿体的结构与功能
(1)结构模式图
(2)结构eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(外表：双层膜,内部\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(基质：含有与暗反应有关的酶,基粒：由类囊体堆叠而成，分布有, 色素和与光反应有关的酶))))
(3)功能：进行光合作用的场所。
(4)恩格尔曼的实验：需氧细菌只分布于叶绿体被光束照射的部位，直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。
二、光合作用原理的实验探索
1．19世纪末，科学界普遍认为在光合作用中，糖是由甲醛分子缩合成的。
2．1928年，科学家发现甲醛不能通过光合作用转化成糖。
3．1937年，英国希尔：离体叶绿体在适当条件下可释放氧气。
4．1941年，美国鲁宾和卡门：研究了光合作用中氧气来源于水。
5．1954年，美国阿尔农：光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他还发现这一过程总是与水的光解相伴随。
三、光合作用的过程
1．概念：指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。
2．写出光合作用的总反应式并标出各种元素的来源和去向。
。
3．光反应与暗反应的比较
四、化能合成作用
1．概念：少数种类的细菌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。
2．实例：硝化细菌能将土壤中的NH3氧化成HNO2，进而将HNO2氧化成HNO3。硝化细菌能够利用这两个化学反应中释放的化学能将CO2和H2O合成糖类，供自身利用。
1．叶绿体类囊体的薄膜上有捕获光能的色素
(1)叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光。(√)
(2)叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多。(×)
(3)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。(×)
(4)没有叶绿体，细胞不能进行光合作用。(×)
(5)叶绿体色素滤液细线浸入层析液，可导致滤纸条上色素带重叠。(×)
2．光合作用的过程分为光反应和暗反应两个过程
(1)光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高。(×)
(2)光合作用光反应阶段产生的NADPH可在叶绿体基质中作为还原剂。(√)
(3)光合作用的暗反应阶段需要消耗能量。(√)
(4)夏季晴天光照最强时，小麦光合速率最高。(×)
(5)被还原的C3在有关酶的催化作用下，可形成C5。(√)
绿叶中色素的提取和分离
1．注意事项及原因分析
2.绿叶中色素提取分离异常现象分析
(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析
①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
②使用放置数天的菠菜叶，滤液中色素(叶绿素)太少。
③加入无水乙醇过多，提取浓度太低。
④未重复画滤液细线1～2次。
(2)滤纸条色素带重叠的原因
①滤液细线不直。
②滤液细线过粗。
(3)滤纸条无色素带的原因
①忘记画滤液细线。
②用清水代替无水乙醇来提取色素。
③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。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带的原因
①忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏。
②所用叶片为“黄叶”。
(2019·江苏卷)下图为某次光合作用色素纸层析的实验结果，样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝细菌经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是( )
A．研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素
B．层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液
C．在敞开的烧杯中进行层析时，需通风操作
D．实验验证了该种蓝细菌没有叶绿素b
D 解析：研磨时加入CaCO3能防止叶绿素被破坏，A项错误；层析液由有机溶剂配制而成，B项错误；层析液易挥发，层析分离时烧杯上要加盖，C项错误；对照题图结果分析可知，该种蓝细菌中没有叶黄素和叶绿素b，D项正确。
光合作用的过程
1．巧记光合作用过程的“一、二、三、四”
2．环境因素骤变对光合作用中间产物含量的影响
当外界条件改变时，光合作用中C3、C5及ATP和ADP含量变化可以采用以下过程分析：
(1)建立模型
需在绘制光合作用模式简图的基础上借助图形进行分析。
(2)含量变化分析过程与结果
3.利用同位素示踪法判断光合作用中C、H、O元素的转移途径
(1)H：3H2Oeq \(―――→,\s\up10(光反应))NADP 3Heq \(―――→,\s\up10(暗反应))(C3H2O)。
(2)C：14CO2eq \(―――――→,\s\up10(CO2的固定)) 14C3eq \(―――→,\s\up10(C3的还原))(14CH2O)。
(3)O：Heq \\al(18,2)Oeq \(―――→,\s\up10(光反应))18O2；C18O2eq \(―――――→,\s\up10(CO2的固定))C3eq \(―――――→,\s\up10(C3的还原))(CHeq \\al(18,2)O)。
考向1| 光合作用过程分析
1．(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CO2
C．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
A 解析：该反应体系相当于叶绿体，产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质，A正确；该反应体系不断消耗的物质还有水，B错误；类囊体产生的O2释放出去，不参与CO2的固定与还原，且ATP不参与CO2的固定过程，C错误；类囊体薄膜上分布有光合作用色素，D错误。
考向2| 分析条件改变对叶绿体中物质变化的影响
2．在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是( )
A．红光，ATP下降
B．红光，未被还原的C3上升
C．绿光，NADPH下降
D．绿光，C5上升
C 解析：叶绿体中的色素对红光的吸收率高，光反应快，对绿光的吸收率很低，光反应慢，A错误，C正确；红光照射时，光反应加快，C3被还原的量增多，剩余的减少，B错误；绿光照射时，光反应速率降低，C5下降，D错误。
影响光合作用的因素及应用
1．光照强度
(1)原理：光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增强，光反应速率加快，产生的NADPH和ATP增多，使暗反应中C3的还原过程加快，从而使光合作用产物增加。
(2)曲线分析
①A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸。
②AB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。
③B点：为光补偿点，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。
④BD段：表明随着光照强度不断增强，光合作用强度不断增强，到D点后不再增强。
⑤D点：此时的光照强度(C点)为光饱和点，限制D点以后光合作用强度不再增加的内部因素有色素含量、酶的数量和酶活性，外部因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。
(3)应用
①温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产。
②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，间作套种农作物，可合理利用光能。
2．CO2浓度
(1)原理：CO2浓度影响暗反应阶段，制约C3的形成。
(2)曲线分析
①图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度。
②图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B点和B′点对应的横坐标都表示CO2饱和点。
(3)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，提高光合速率。
3．温度
(1)原理：温度通过影响酶的活性影响光合作用。
(2)曲线分析
①AB段：在B点之前，随着温度升高，光合速率增大。
②B点：酶的最适温度，光合速率最大。
③BC段：随着温度升高，酶的活性下降，光合速率减小，50 ℃左右光合速率几乎为零。
(3)应用：温室栽培植物时，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．水分
(1)原理：水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，植物缺水会导致反应物和生成物运输速率减慢，使光合速率下降。另外，水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。
(2)曲线分析
①图1表明在农业生产中，可根据作物的需水规律，合理灌溉。
②图2曲线中间E处光合作用强度暂时降低，是因为此时温度高，蒸腾作用过强，部分气孔关闭，影响了CO2的供应。
5．光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用
(1)常见曲线
(2)曲线分析
①P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。
②Q点：横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
(3)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，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。
考向1| 单因子对光合作用的影响
1．阳光穿过森林中的空隙形成“光斑”，下图表示一株生长旺盛的植物在“光斑”照射前后光合作用吸收CO2和释放O2量的变化，下列相关分析正确的是( )
A．光斑照射前，光合作用无法进行
B．光斑照射后，光反应和暗反应迅速同步增加
C．光斑照射后，暗反应对光反应有限制作用
D．光斑移开后，光反应和暗反应迅速同步减弱
C 解析：光斑照射前，有O2释放，说明植物细胞在进行光合作用，A项错误；光斑照射后，光反应迅速增加，而暗反应没有迅速增加，二者不同步，B项错误；光斑照射后，O2释放曲线变化趋势是光反应先增加然后降低，说明暗反应对光反应有限制作用，原因是暗反应不能及时消耗光反应产生的ATP和NADPH，C项正确；光斑移开后，光反应迅速减弱，而暗反应过一段时间后才减弱，二者不同步，D项错误。
考向2| 多因子对光合作用的影响
2．(2021·湖南长沙模拟)电场会对植物的生长发育产生一种“无形”的影响。在温室中同时增补电场和增施CO2，蔬菜产量可提高70%左右，这就是著名的“电场产量倍增效应”。科学家根据电场强度与CO2浓度对黄瓜幼苗光合作用强度影响的实验，绘制如下曲线。据图回答下列问题：
(1)第1组实验的作用是______________。在饱和光照强度下，该实验的自变量是______________________。
(2)第1组实验和第2组实验的曲线比较，说明____________________________。
(3)根据实验曲线可知，在相同光照强度下，为了最大限度地增加作物产量，可以采取的措施是__________________。
解析：(1)第1组实验的条件为大气电场和大气CO2浓度，属于对照组，起对照作用。在饱和光照强度下，实验的自变量是电场强度和CO2浓度。(2)第 1组实验和第2组实验对比，二者的自变量为电场强度，第2组实验的净光合作用强度大于第1组实验，而二者的细胞呼吸强度相等，因此说明强电场可以提高植物的光合作用强度。(3)分析曲线可知，同一光照强度下净光合作用强度最大的是第4组实验，因此为了最大限度地增加作物产量，可增加电场强度和提高CO2浓度。
答案：(1)作对照 电场强度和CO2浓度 (2)强电场可以提高植物的光合作用强度 (3)增补电场和增施CO2
命题生长点1 光合作用的过程
(1)甘蔗、玉米等植物中CO2固定形成的产物是什么？
答案：CO2首先进入叶肉细胞的叶绿体中，经固定形成初步产物：含4个碳的草酰乙酸，CO2通过C4途径后进入C3途径，固定形成三碳化合物。
(2)在炎热的夏天，C4植物有哪些优势？
答案：在气孔部分关闭的情况下利用CO2的能力强，光合作用速率高等。
命题生长点2 影响光合作用的因素
(多选)科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到的实验结果如图所示。请据图判断下列叙述正确的是(ABC)
A．光照强度为a时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同
B．光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同
C．光照强度为a～b，曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高
D．光照强度为b～c，曲线Ⅱ、Ⅲ光合作用强度随光照强度升高而升高
解析：曲线Ⅱ和Ⅲ的CO2浓度不同，因此光照强度为a时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同，A正确；曲线Ⅰ和Ⅱ的温度不同，因此光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同，B正确；由曲线图可知，光照强度为a～b，曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高，C正确；光照强度为b～c，曲线Ⅱ光合作用强度随光照强度升高先升高，后稳定不变，但曲线Ⅲ光合作用强度随着光照强度的升高而稳定不变，D错误。
命题生长点3 光合作用在生产实践中的应用
玉米种植时，需要合理密植，这样做的目的是什么？
答案：避免叶片相互遮光，影响光合作用；有利于通风，便于及时补充CO2。
多因素对光合作用影响的曲线分析方法
(1)解答受多因素影响的光合作用曲线题时，找出曲线的限制因素是关键。具体方法是对纵坐标或横坐标画垂线或者只看某一条曲线的变化，将多因素转变为单一因素，从而确定限制因素。
(2)当曲线上标有条件时，说明因变量受横坐标和曲线上条件的共同影响。
(3)若题干中描述了曲线的获得前提，如最适温度下测得，则应该考虑温度以外的其他影响因素。
课程标准要求
学业质量水平
2.2.3 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，转换并储存为糖分子中的化学能
实验：提取和分离叶绿体色素；探究不同环境因素对光合作用的影响
1.基于对叶绿体结构的认知，认同叶绿体的结构与功能相适应的观点，并能理解光合作用的场所在叶绿体中。 (生命观念)
2.通过分析比较光反应和暗反应中物质和能量的变化，理解二者之间的关系，进而掌握光合作用的过程，并能形成光合作用通过合成有机物，储存能量的物质和能量观。(生命观念 科学思维)
3.学会使用简单的实验器具，提取和分离叶绿体中的色素，探究影响光合作用的环境因素，并记录实验结果。(科学探究)
过程
图解
阶段
光反应
暗反应(碳反应)
场所
在叶绿体类囊体薄膜上
在叶绿体基质中
物质
转化
水的光解；ATP和NADPH的形成
CO2的固定；C3的还原
能量
转化
光能→ATP和NADPH中的化学能
ATP和NADPH中的化学能→有机物中稳定的化学能
联系
光反应为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi、NADP＋
过程
注意事项
操作目的
提取色素
(1)
选新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高
(2)
研磨时加无水乙醇
溶解色素
(3)
加少量SiO2和CaCO3
研磨充分和防止色素被破坏
(4)
迅速、充分研磨
防止乙醇过度挥发，充分溶解色素
(5)
盛放滤液的试管管口加棉塞
防止乙醇挥发和色素氧化
分
离
色
素
(1)
滤纸预先干燥处理
使层析液在滤纸上快速扩散
(2)
滤液细线要直、细、齐
使分离出的色素带平整不重叠
(3)
滤液细线干燥后再画一两次
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
条件
过程变化
NADPH
和ATP
C3
C5
(CH2O)
合成速率
光照由强到弱，CO2供应不变
①②过程减弱，NADPH、ATP减少，导致③⑤过程减弱，④过程正常进行
减少
增加
减少
减小
光照由弱到强，CO2供应不变
①②过程增强，NADPH、ATP增加，导致③⑤过程增强，④过程正常进行
增加
减少
增加
增大
光照不变，CO2由充足到不足
④过程减弱，C5增加，C3减少，导致③⑤过程减弱，①②过程正常进行
增加
减少
增加
减小
光照不变，CO2由不足到充足
④过程增强，C3增加，C5减少，导致③⑤过程增强，①②过程正常进行
减少
增加
减少
增大
学习探索情境
在甘蔗、玉米等植物的叶肉细胞中，叶绿体固定CO2的最初产物是含4个碳的草酰乙酸，然后转化为苹果酸进入维管束鞘细胞的叶绿体中释放CO2(简称C4途径)，再进行卡尔文循环(C3途径)。C4途径起到CO2泵的作用，提高了C4植物利用CO2的能力。