2023届高三生物一轮复习课件：光合作用与能量转化

这是一份2023届高三生物一轮复习课件：光合作用与能量转化，共60页。PPT课件主要包含了捕获光能的色素，光合作用的原理，叶绿体，二氧化碳和水，有机物，光合作用的实质，合成有机物储存能量，1937年希尔，希尔反应，物质转化等内容，欢迎下载使用。

思考：“白化苗”能持续正常地生长吗？
光合作用与细胞中的色素有关。
白化苗不能进行光合作用，不能正常生长。
思考：细胞中的色素有哪些，都参与植物的光合作用吗？
演示视频：绿叶中色素的提取和分离
有机溶剂(如无水乙醇)
（可用体积分数95%的乙醇，加入适量无水碳酸钠，除去乙醇中水分）
（2022年1月·浙江·高考真题节选）(1)高等绿色植物叶绿体中含有多种光合色素，常用____________方法分离。
考点一　捕获光能的色素和结构
1.绿叶中色素的提取和分离
为何要用棉塞或盖上培养皿？
（防止层析液挥发，因其易挥发且有毒）
叶绿素 (占总量3/4)
2、色素捕获光能的情况
思考：叶片为什么呈绿色？植物工厂里为什么不用发绿光的光源？
叶绿素主要吸收___________类胡萝卜素主要吸收________
学科交叉：叶绿体中的色素只吸收 ， 而对红外光和紫外光等不吸收。
根据色素对不同波长的光的吸收的特点，想一想温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光源？
选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；大棚内照明灯在功率相同的情况下，最好选蓝紫光和红光；
光合色素功能：吸收、传递、转化光能，其中只有少数特殊状态的叶绿素a能转化光能
叶绿素a:C55H72O5N4Mg叶绿素b:C55H70O6N4Mg胡萝卜素：C40H56叶黄素：C40H56O2
结构：双层膜结构的细胞器
光合色素分布在类囊体薄膜上
红苋菜：炒菜菜汤出色，因为是水溶性的花青素。胡萝卜：炒菜菜汤不出色，因为是脂溶性的胡萝卜素。
5、影响叶绿素合成的因素
影响原理： 在受到光照射时，光敏色素的结构发生变化，这一变化的信息会经过信息传递系统传导到细胞核内，影响特定基因的表达，从而表现出生物学效应。
光控制叶绿素合成的相关基因的表达
（3）矿质元素(Mg、N等)
干旱可促进植物体内脱落酸（ABA）的合成，脱落酸促进叶绿素的降解, 降低叶片的光合速率。
思考、入秋后，叶片逐渐变黄，原因是什么？
入秋后，气温逐渐降低，低温可导致叶绿素被破坏，而类胡萝卜素比较稳定，叶片中叶绿素含量减少，类胡萝卜素相对含量增加。
二、捕获光能的结构——叶绿体
基质：含有与暗反应有关的酶
基粒：由类囊体堆叠形成，分布有色素和光反应有关的酶
没有空气的黑暗环境， 极细光束照射
水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。 好氧细菌可确定释放O2的部位。
水绵(叶绿体呈螺旋带状分布)
2、探究叶绿体功能的实验(恩格尔曼实验)
光照下叶绿体能释放氧气
实验二 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的好氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
自变量是 ，因变量是 。
光合作用主要吸收红光和蓝紫光
（3）综合这两个实验，你认为叶绿体具有什么功能？
叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧
（4）恩格尔曼实验能得出“叶绿体是光合作用的 场所”这一结论吗？
不能。这一结论的得出还要结合其他的实验证据
光合作用：绿色植物通过 ，利用 ，把 ____ ________转化成储存着能量的 ，并且释放 的过程。
（一）、光合作用的概念
（二）、光合作用的反应式：
CO2是原料， O2是产物
产物O2来自原料H2O
绿叶只有在光下才更新空气
探究光合作用原理的部分实验
1、19世纪末
2、1928年 甲醛不能通过光合作用转化成糖 甲醛对植物有毒
（有H2O，无CO2）
水的光解产生氧气。氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的
实验一：希尔反应1937年，英国植物学家希尔（R.Hill）发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），在光照下可以释放出氧气。
不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也没有直接观察到氧元素的转移。
1、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？
2、希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？
能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料——CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。
3、光合作用释放的O2到底来自H2O 还是CO2呢？还是二者兼而有之？
1941年，鲁宾、卡门实验
氧气中的氧元素全部来自于H2O；
①实验方法：
(不是放射性同位素示踪，15N、18O没有放射性)
②实验变量：
自变量是 ，因变量是 。
释放出的O2是否含有18O
③实验结论：
5、1954年，阿尔农
在光照时，叶绿体中生成了ATP。
这一过程总是与水的光解相伴随。
尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
根据是否需要光能，光合作用过程分为：光反应和暗反应（碳反应）。
叶绿体内的类囊体薄膜上
光能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能
NADPH的合成： 2e-+H++NADP+ NADPH
用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测其放射性
14CO2→14C3→(14CH2O)和14C5
③实验结论：
自变量是 ，因变量是 。
14C标记的化合物的种类
探明了CO2中的碳转化为有机物中的碳的途径。
活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能
NADPH 、ATP、酶
能力训练1、构建光合作用过程的模式图，并比较光反应和暗反应之间的区别与联系。
糖类等有机物中稳定的化学能
ATP和NADPH中活跃的化学能
1. 光反应和暗反应之间的关系：光反应为暗反应提供________________，暗反应为光反应提供__________________。
ADP和Pi和NADP+
必须有光、光合色素、酶
有光或无光均可，多种酶
光能→ATP和NADPH中活跃的化学能
ATP和NADPH中活跃的化学能→稳定的化学能
NADPH、ATP、O2
ADP、Pi 、（CH2O ） 、C5、NADP+
光反应为暗反应提供ATP和[H]，暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+
把无机物转变成有机物，把光能转变成化学能贮存起来
H2O → NADPH→ (CH2O )
CO2 → C3 →（CH2O）
①有氧呼吸总反应式：
若阻断光源，[H]、ATP、C3、C5、（CH2O）的含量变化?
若阻断CO2 ，[H]、ATP、C3、C5、（CH2O）的含量变化?
“来源－去路”法分析物质含量的变化：
环境改变时各物质含量变化
①图1中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。②图2中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。③图3中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。④图4中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。
C5、NADPH、ATP
“模型”法分析物质含量的变化：
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的合成作用
例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌
同：把二氧化碳和水合成有机物异：利用的能量不同 （光能、化学能）
光合作用和化能合成作用的异同
如人、动物、真菌及大多数的细菌。
光能自养生物（如绿色植物、蓝细菌）
化能自养生物（如硝化细菌、铁细菌、硫细菌）
以光为能源，以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。
只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。
光合作用和化能合成作用的比较
1、光合作用的影响因素
色素、酶的数量和活性、气孔开度
光照、 矿质元素、温度PH、CO2浓度、水分等
五、光合作用原理的应用(影响光合作用的因素)
2、光合作用强度：植物在单位时间单位面积内通过光合作用制造糖类的数量。
表示方法：一定时间内原料的消耗量或产物的生成量 CO2的消耗量或固定量 O2的生成量或产生量 有机物的制造量或合成量
植物在进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。实际测量到的光合作用指标是净光合作用速率，称为表观光合速率。
若光合作用产生的有机物是葡萄糖
C6H12O6+6H2O+6O2
6CO2 + 12H2O+能量
植物在进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。实际测量到的光合作用指标是净光合作用速率，称为表观光合速率。
利用量、固定量、消耗量
真正（总）光合速率= 净（表观）光合速率 + 呼吸作用速率
合成有机物的量固定或消耗CO2量 产生O2的量
有机物积累量 CO2吸收量 O2的释放量
消耗有机物的量黑暗下CO2的释放量黑暗下O2的吸收量
(1)光照强度对光合速率的影响
OD段的限制因素是： D点及D点后的限制因素：外因 内因
原理：光照强度影响植物的光反应阶段，制约ATP及NADPH的产生，进而制约暗反应
A点：只进行细胞呼吸，CO2释放量表明此时的呼吸强度。
B点：光补偿点，光合速率=呼吸速率
C点对应的横坐标：光饱和点，增加光照强度光合作用强度不再增加。
AB段：光合速率<呼吸速率
B点后：光合速率>呼吸速率
阴生植物和阳生植物的判断

阳生植物是指在强光环境中生长健壮，而在弱光条件下发育不良的植物。阴生植物是指在弱光条件下比强光条件下生长良好的植物。
①大棚种植阴雨天应补充光照，把光强控制在光饱和点，至少要在光补偿点之上；②根据阳生植物和阴生植物对光照的不同要求，控制光照强弱。③合理密植，适当剪枝
果树林下种油菜间种:几种作物同时期播种
A点：光合作用速率=细胞呼吸速率，即CO2补偿点。A’点：光合作用所需CO2的最低浓度B点、 B’点：光合速率不再增加，即CO2饱和点。
(2)CO2浓度原理：CO2 通过影响暗反应阶段，制约C3的形成。
应用：温室栽培时适当提高CO2的浓度
①大田要“正其行（合理安排植株的间距），通其风（补充新鲜的CO2）”，多施有机肥或农家肥； （微生物呼吸 ,提高CO2浓度、增加产量)③温室内可通过放干冰，使用CO2生成器，与猪舍、鸡舍连通。或给植物浇碳酸饮料。
气孔开度与CO2供应关系
引起气孔关闭的因素：①“午休”现象——温度过高② 干旱——水分减少③ 某些化学物质，例如水杨酸外界溶液浓度过高细胞失水 … …
原理：温度通过影响 影响光合作用主要制约 反应。温度过高时植物 ，光合速率会减弱。
1.温室中,加大昼夜温差，从而提高作物产量（有机物积累量）。2.解释植物“午休”现象。
酶最适温度:光合作用<呼吸作用
原理：水既是光合作用的 ，又是体内各种化学反应的 ，直接影响光合作用速率； 水分还能影响气孔的 ，间接影响 进入叶片，从而影响光合作用速率。
应用：预防干旱 合理灌溉
N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分；P：NADP+和ATP的重要组分；K：促进光合产物向贮藏器官运输，如淀粉的运输；Mg：叶绿素的重要组分。
提示：矿质元素含量过高，根细胞很难吸水，甚至失水，光合速率也会下降，甚至停止。
应用：合理施肥，补充土壤中矿质元素
①同一植物的不同生长发育阶段
根据植物在不同生长发育阶段光合作用速率不同，适时适量地提供水肥及其他环境条件，以使植物茁壮成长。
②同一叶片的不同生长发育时期
农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶，茎叶蔬菜及时换新叶，可减少细胞呼吸对有机物的消耗。
老叶，随叶龄增加，叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。
幼叶，叶面积不断增大，叶绿体、叶绿素含量不断增加，光合作用速率不断增加；
壮叶，叶片的面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率基本稳定；
P点:限制光合速率的因子应为横坐标所表示的因子。Q点:影响因子主要为各曲线所表示的因子。
应用：温室栽培，白天可通过增加光照强度，温度，CO2 浓度提高光合速率，从而促进有机物积累。
多因子（光照强度、CO2浓度）与光合作用强度之间的关系
盛夏午后温度过高，为减少蒸腾作用，气孔关闭，CO2供应不足，光合速率下降，出现“午休”现象
B、C、D三点，哪一点淀粉含量最多？
（教材P106 二、拓展题）
补偿点：左促右抑饱和点：右上促进，左下抑制
台灯与烧杯之间的距离
小圆形叶片上浮的数量
探究·实践一：探究环境因素对光合作用的影响
探究·实践：探究环境因素对光合作用的影响
相同时间小圆形叶片浮起的数量
不同瓦数的灯或相同瓦数台灯离实验装置的距离
排出圆形小叶片中的气体
小圆形叶片内的数量；放入黑暗的时间等。
1.打孔：用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片
2.将圆形小叶片置于注射器内，使叶片内气体逸出
3.将处理过圆形小叶片放入清水中，黑暗保存，小圆形叶片全部沉到水底
4.取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）
5.分组实验：分别将10片叶圆片投入3只盛20mLNaHCO3的小烧杯中 并调整40W台灯距离（10、20、30cm）
讨论：利用该装置还能探究哪些环境因素对光合作用的影响？ 这些因素分别如何控制呢？
提示：CO2浓度（吹气时间或不同质量分数的NaHCO3溶液）、温度（水浴保温）、光质（不同颜色的彩色灯泡）
在一定光照强度范围内,光合作用强度随光照强度的增强而增强，超过一定值后光合作用强度趋于稳定。
思考：我们测得的O2产生量，是植物光合作用实际产生的O2总量吗？
实验二 光合速率的测定
方法一 气体体积变化法
a．装置小烧杯中放入适宜浓度NaOH溶液，用于吸收CO2。b．玻璃钟罩应遮光处理，目的是排除光合作用的干扰。c．置于适宜温度环境中。d．红色液滴向左移动，单位时间内移动距离代表呼吸速率。
②测定净光合速率a．装置小烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液，用于维持容器内CO2浓度的恒定。b．给予较强光照处理，且温度适宜。c．红色液滴向右移动，单位时间内移动距离代表净光合速率。
实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
方法二 叶圆片称重法——测定单位时间、单位面积叶片中有机物生成量
叶圆片的呼吸速率为 ，叶圆片的净光合速率为 。 总光合速率=净光合速率+呼吸速率= 。
在上午10时移动，整个装置于黑暗中
在上午12时移动，整个装置于光照中
在上午10时移走的叶圆片X(干重xg)
在上午12时移走的叶圆片Y(干重yg)
在下午14时移走的叶圆片Z(干重zg)
(x＋z－2y)/2S
方法三 黑白瓶法
情况一：有初始值黑瓶中O2的减少量为有氧呼吸量；白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。
情况一：没有初始值(初始值设为X)白瓶中测得的现有量(设为M)—黑瓶中测得的现有量(设为N)总光合作用量，即(X－N)＋(M－X)＝M－N。
总光合作用量(强度)＝净光合作用量(强度)＋有氧呼吸量(强度)。
方法四 半叶法——测定光合作用有机物的产生量
1、将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理。2、采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤)阻止两部分的物质和能量转移。3、对称部位截取同等面积的叶片（实验处理前干重X相同）4、烘干称重，测得遮光叶片（MA）和照光叶片（MB）
总光合速率M=（X-MA）+(MB-X)=MB-MA
考点二　光合作用与细胞呼吸过程的联系
2、光合作用和细胞呼吸中ATP和【H】的来源及去路分析
C6H12O6等有机物稳定的化学能
比较光合作用、呼吸作用
光、色素、酶、H2O和CO2
O2、酶、H2O、C6H12O6
有机物氧化分解成无机物
ATP中活跃化学能和热能
光合作用为呼吸作用提供物质（有机物、O2）呼吸作用为光合作用提供原料（CO2）
①细胞呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。
②净光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。③真正(总)光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率。
1)植物“三率”间的内在关系
(2)判定方法①根据坐标曲线判定
(3)光合速率与植物生长
对于植株而言：①当净光合速率＞0时，植物因积累有机物而生长。②当净光合速率＝0时，植物不能生长。③当净光合速率＜0时，植物不能生长，长时间处于此种状态，植物将死亡。
2．光合作用和细胞呼吸的曲线分析
n值：净光合速率(虚线表示)，n值＝总光合速率－呼吸速率。
自然和密闭环境中植物的生长问题1．自然环境中一昼夜植物光合作用曲线
(1)光合作用开始以及结束的点：_________。(2)光合作用与呼吸作用相等的点：________。(3)开始积累有机物的点：_______。(4)有机物积累量最大的点：______。
(5)积累有机物时间段： 段。(6)制造有机物时间段： 段。(7）消耗有机物时间段： 段。（8)一天中有机物积累最多的时间点：
光照强度由O到E变化的过程中：①细胞呼吸消耗的有机物是多少？ ②光合作用制造的有机物是多少？③此过程中积累的有机物是多少？
梯形SACDF－矩形SAOEF
即，梯形SDCBE－△SOBA
有机物积累量 = 总光合作用量 - 总呼吸消耗量
有机物积累量 = 白天净光合作用量 -晚上呼吸消耗量
一天中温室大棚中CO2的变化
开始有了光合作用，吸收了呼吸释放的部分CO2，但光合作用强度小于细胞呼吸强度；
没有光照，只有细胞呼吸释放CO2
温度较低，呼吸释放CO2速率较小
2.自然光照下，密闭环境中植物生长问题
光合速率大于呼吸速率，积累有机物
CO2浓度大小跟A点相比减小，减少的CO2转化成有机物积累在植物体内。说明有有机物的积累
光照继续减弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度，直至光合作用完全停止；
①如果N点低于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量 ；②如果N点高于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量 ；③如果N点等于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量 。
密闭环境下，一昼夜CO2的变化
密闭环境下，一昼夜O2的变化
3．恒定光照下，密闭环境中植物生长问题
生长发育状况相同的甲、乙两种植物，分别放在两个完全相同的密闭无色玻璃罩内，在相同且适宜的条件下培养一段时间，测量培养过程中玻璃罩内CO2浓度的变化如图所示。
(1)0-t1：光合速率大于呼吸速率。t1之后：表明光合速率与呼吸速率相等。(2)t1之前，甲植物固定CO2的能力大于乙植物；t1之后，乙植物固定CO2的能力大于甲植物。(3)若将甲、乙两种植物放在同一密闭玻璃罩内，一段时间后，甲植物的生长最先受到严重影响，因为甲植物的CO2补偿点比乙植物的高，光合作用最先受到CO2浓度限制。