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第10講能量之源——光與光合作用,,第三單元細胞的能量供應和利用,[考綱考頻]1．光合作用的基本過程Ⅱ(3年16考)2.影響光合作用速率的環(huán)境因素Ⅱ(3年22考)3.實驗：葉綠體色素的提取和分離(3年8考),,第三單元細胞的能量供應和利用,一、捕獲光能的色素和葉綠體的結(jié)構(gòu)1．色素的種類和功能,葉綠素a,葉綠素b,橙黃,藍紫光,2.葉綠體(1)結(jié)構(gòu)示意圖,雙層膜,基質(zhì),暗反應,基粒,色素,與光反應有關(guān)的酶,光合作用,葉綠體,巧記葉綠體葉綠體：葉綠體膜兩層，基質(zhì)基粒來組成，類囊體來堆疊，上有色素酶附著，吸收光能來轉(zhuǎn)化，光合作用好場所。,二、光合作用的探索歷程[連一連],思考：⑤和⑥中科學家用什么樣的技術(shù)手段得出實驗結(jié)論？該技術(shù)手段有何用途？提示：同位素標記法；追蹤某元素或某物質(zhì)的轉(zhuǎn)移去向。三、光合作用的反應式及過程1．反應式：______________________________,2．過程,光、色素、酶,[H]+O2,ATP中活躍的化學能,葉綠體基質(zhì),(CH2O),有機物中穩(wěn)定的化學能,光反應為暗反應提供______________；暗反應為光反應提供_______________。四、影響光合作用的因素1．光合作用強度,[H]和ATP,ADP和Pi,單位時間內(nèi),2．影響光合作用的環(huán)境因素：____________、水分、光照的長短與強弱、__________的高低等。3．光合作用與化能合成作用的比較,CO2濃度,溫度,無機物,硝化細菌,B,解析：葉綠體中的色素在層析液中的溶解度最大的是胡蘿卜素。光反應過程與色素有關(guān)。,2．光合作用的產(chǎn)物中，氧氣、葡萄糖中的碳、葡萄糖中的氫、葡萄糖中的氧依次來自于()①二氧化碳②氣孔直接吸收③水的光解④葉綠素的分解A．①②④③B．③①②④C．③①③①D．①③①②解析：光合作用所用的原料是CO2和水，CO2中的碳和氧進入產(chǎn)物葡萄糖中，H2O中的氫進入產(chǎn)物葡萄糖中，H2O中的氧進入產(chǎn)物氧氣中。,C,3．(2015青島市高三期中)如圖表示植物光合作用的一個階段，下列各項敘述，正確的是()A．該反應的場所是葉綠體的類囊體B．C3生成(CH2O)需要[H]、ATP和多種酶C．提高溫度一定能促進(CH2O)的生成D．無光條件有利于暗反應進行,B,解析：圖示的光合作用階段為光合作用的暗反應，該反應發(fā)生的場所是葉綠體基質(zhì)，該過程在有光、無光的條件下均可進行，其物質(zhì)變化為CO2的固定和C3的還原，其中C3還原需要光反應提供[H]和ATP，此外還需多種酶的參與。溫度通過影響該過程中酶的活性影響(CH2O)的生成，因此，在最適溫度以上，提高溫度不能促進(CH2O)的生成。,4．在植物光合作用的發(fā)現(xiàn)歷程中，薩克斯的成就是()A．植物能夠吸收CO2，同時放出O2B．葉片在光下能夠產(chǎn)生淀粉C．光合作用釋放的氧氣來自于水D．追蹤到光合作用中碳元素的行蹤解析：薩克斯的實驗是用綠葉的曝光部分和遮光部分對比，證明了在有光照的條件下,植物的光合作用產(chǎn)物中有淀粉。,B,考點一光合作用發(fā)現(xiàn)史中的經(jīng)典實驗分析,考點二以過程圖為載體，考查光合作用的過程,考點三以曲線圖為載體，考查影響光合作用的環(huán)境因素,考點四綠葉中色素的提取和分離,考點一光合作用發(fā)現(xiàn)史中的經(jīng)典實驗分析,實驗評價：(1)本實驗缺乏____________，實驗結(jié)果說服力不強，應將點燃的蠟燭和小鼠分別單獨置于玻璃罩內(nèi)，作為空白對照。(2)普利斯特利沒有認識到______在植物更新空氣中的作用，而將空氣的更新歸因于植物的生長。,空白對照,光,自身對照,光的有無,曝光處理組,3．根據(jù)恩格爾曼的實驗設計，完善下列問題,光束照射,受光,葉綠體,氧氣,4．根據(jù)魯賓和卡門實驗的設計，完善下列問題H218O＋CO2→植物→18O2H2O＋C18O2→植物→__________魯賓和卡門應用_______________法追蹤CO2和H2O中的O元素在光合作用中的轉(zhuǎn)移途徑。,O2,同位素標記,深度思考,,1．在光合作用的探究歷程中，德國科學家梅耶根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，提出了植物在進行光合作用時能量轉(zhuǎn)化的假說。以下哪項科學實驗能證明這一假說()A．英格豪斯證明植物在光照條件下可以改變空氣成分的實驗B．恩格爾曼證明光合作用的有效光是紅光和藍紫光的實驗C．薩克斯證明綠葉在光下進行光合作用可以產(chǎn)生淀粉的實驗D．魯賓和卡門證明光合作用產(chǎn)生的氧氣來自水的實驗解析：據(jù)題意：能證明光合作用時能量轉(zhuǎn)化的假說，薩克斯證明綠葉在光下可以產(chǎn)生淀粉，說明了光能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的化學能，其他實驗均無，故C項正確。,C,B,解析：細胞膜的暗—亮—暗結(jié)構(gòu)屬于亞顯微結(jié)構(gòu)，在光學顯微鏡下看不見，A項錯誤；運用同位素標記法，分別用HO和C18O2作為原料，分析光合作用釋放O2的放射性，可得知O2中的O來自于H2O，B項正確；光合作用中碳的轉(zhuǎn)移途徑為CO2―→C3―→(CH2O)，C項錯誤；乳酸菌屬于厭氧菌，不能和水綿證明葉綠體在光合作用中產(chǎn)生氧氣，D項錯誤。,1．探究光合作用過程(1)完善下圖光合作用過程示意圖：,考點二以過程圖為載體，考查光合作用的過程,CO2,O2,ATP,[H],(2)探究光反應與暗反應的聯(lián)系：,[H],ATP,ADP+Pi,①光反應為暗反應提供_______________，暗反應為光反應提供ADP和Pi。②沒有_____________，暗反應無法進行，沒有_____________，有機物無法合成?？傊?，光反應是暗反應的物質(zhì)和能量的準備階段，暗反應是光反應的繼續(xù)，是物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的完成階段。二者相輔相成。2．探究外界條件變化時C5、C3、[H]等物質(zhì)含量的變化當外界條件改變時，光合作用中C3、C5、[H]、ATP和(CH2O)的含量變化可以采用下圖分析：,[H]、ATP,光反應,暗反應,減少,增加,減少,增加,增加,減少,減少,深度思考1．請寫出光合作用的總反應式并標出各元素的去向___________________________2．光反應類囊體膜內(nèi)產(chǎn)生的O2進入同一細胞的線粒體內(nèi)被利用經(jīng)過了幾層生物膜？___________________________3．在光照、溫度等條件都適宜的情況下，突然停止CO2的供應，光反應產(chǎn)生的O2量會保持不變嗎？___________________________,4．在CO2供應不變的情況下，光照突然由弱變強，請在下面坐標中繪出葉綠體內(nèi)C3、C5、[H]、ATP變化曲線。___________________________,3．(2015北京東城區(qū)綜合測試)某植物葉片上的氣孔白天處于關(guān)閉狀態(tài)，晚上開放。如圖表示該植物固定和還原CO2的過程，據(jù)圖分析回答下列問題。,(1)圖中的A、B分別代表的物質(zhì)是____________________、____________________；C物質(zhì)產(chǎn)生的場所是____________________________。(2)植物夜晚能吸收CO2，卻不能合成(CH2O)，其原因是__________________________________________________。白天這類植物進行光合作用所需的CO2還可以由__________________產(chǎn)生，與此相關(guān)的細胞器是________。(3)該植物和一般植物光合作用固定CO2不同的特點是__________________，根據(jù)這類植物氣孔開閉及與之相適應的光合作用特點，推測此類植物最可能的生活環(huán)境是__________________________________________。,C5(或五碳化合物),C3(或三碳化合物),類囊體的薄膜上,光反應不能正常進行，無法為暗反應提供所需的ATP和[H],有氧呼吸(呼吸作用),線粒體,CO2首先被固定為C4,干旱(或沙漠)地區(qū),解析：(1)圖示為光合作用的暗反應，暗反應發(fā)生的場所是葉綠體基質(zhì)，該過程的物質(zhì)變化為CO2的固定和C3的還原，其中C3還原需要光反應提供[H]和ATP，此外還需要多種酶的參與。光反應發(fā)生的場所是類囊體的薄膜。所以A是C5(或五碳化合物)，B是C3(或三碳化合物)，C是[H]。(2)光反應必須在有光條件下才能進行，暗反應在有光、無光的條件下均能進行。晚上不能進行光反應，不能產(chǎn)生ATP和[H]，所以不能合成(CH2O)。白天該植物葉片氣孔關(guān)閉，進行光合作用所需的CO2主要來自線粒體。(3)該植物白天葉片氣孔關(guān)閉，夜間開放，與外界環(huán)境形成高度的適應，可推測此植物最可能生活在干旱的地區(qū)。,B,A．圖中物質(zhì)A可表示C3化合物B．圖中物質(zhì)A可表示C5化合物C．若使該植物繼續(xù)處于CO2濃度為0.003%的環(huán)境中，一段時間后，物質(zhì)A的濃度將比物質(zhì)B高D．CO2濃度為0.003%時，該植物光合速率最大時所需要的光照強度比CO2濃度為1%時的低,解析：CO2濃度降低時，C3化合物的產(chǎn)生減少而消耗繼續(xù)，故C3化合物的含量降低，與物質(zhì)A的變化趨勢一致；而C5化合物的產(chǎn)生不變卻消耗減少，故C5化合物的含量增加，與物質(zhì)B的變化趨勢一致。在達到相對穩(wěn)定時，C3化合物的含量是C5化合物含量的2倍。CO2濃度較低時，暗反應強度低，需要的[H]和ATP的量少，故在較低的光照強度時就能達到此CO2濃度時的最大光合速率。,規(guī)律總結(jié)分析光照強度和CO2濃度突然改變后C3、C5含量的變化思路(1)明確來源和去路：C3產(chǎn)生于CO2的固定，消耗于C3的還原；C5產(chǎn)生于C3的還原，消耗于CO2的固定。(2)分析方法：某因素改變后，只要分析是影響消耗過程還是影響產(chǎn)生過程，就可以判斷出C3或C5的含量變化情況。(3)舉例說明：光照不變，停止CO2供應后，CO2固定減弱，C3還原正常進行，故C3含量減少，C5含量增加。,1．探究光照強度對光合作用強度的影響,考點三以曲線圖為載體，考查影響光合作用的環(huán)境因素,A點：光照強度為0，只進行_______________；AB段：光合作用強度________細胞呼吸強度；B點：光補償點(光合作用強度與細胞呼吸強度_________時的光照強度)；BC段：光合作用強度________細胞呼吸強度；C點：光飽和點(光照強度達到C點后，光合作用強度不再隨_______________增強而增強)。2．探究CO2濃度對光合作用強度的影響,細胞呼吸,小于,相等,大于,光照強度,A點：CO2補償點(表示光合作用速率_______________細胞呼吸速率時的CO2濃度)；A′點：表示進行光合作用所需CO2的__________濃度；B和B′點：CO2飽和點(兩組都表示在一定范圍內(nèi)CO2濃度達到該點后，光合作用強度不再隨___________增加而增加。,等于,最低,CO2濃度,3．探究溫度對光合作用強度的影響光合作用是在酶催化下進行的，溫度直接影響___________________。一般植物在10～35℃下正常進行光合作用，其中AB段(10～35℃)隨溫度的升高而__________，B點(35℃)以上由于光合酶活性下降，光合作用開始下降，50℃左右光合作用停止。,酶的活性,逐漸加強,4．探究礦質(zhì)元素對光合作用強度的影響在一定濃度范圍內(nèi)，增大必需礦質(zhì)元素的供應，可_______________光合作用速率，但當超過一定濃度后，會因土壤溶液濃度過高，植物吸水困難甚至失去而導致植物光合作用速率下降。,提高,深度思考1．在下面坐標中畫出陰生植物的曲線圖(用虛線表示)。___________________________,2．在下面的四幅圖中標出思考1中坐標曲線中的A點、AB段、B點和B點之后的O2和CO2的轉(zhuǎn)移方向。___________________________3．若植物缺乏P元素，對光合速率有何影響？___________________________4．光飽和點后，限制光合速率的內(nèi)部因素主要有哪些？___________________________,提示：1.2.,3．缺乏P，會影響ATP、[H]、類囊體膜等物質(zhì)或結(jié)構(gòu)的合成。4．色素含量、酶的數(shù)量、C5的含量等。,D,6．(2015蘭州月考)下圖分別表示兩個自變量對光合速率的影響情況，除各圖中所示因素外，其他因素均控制在最適范圍。下列分析錯誤的是(),D,解析：甲圖表示光照強度對光合速率的影響，當光合速率達到最大值時，限制其不再增加的外部因素有CO2濃度、溫度等，內(nèi)部因素有酶的數(shù)量、色素的種類和數(shù)量等；乙圖中d點與c點相比，d點光照較強，生成的[H]、ATP較多，所以暗反應中C3的還原過程加強，消耗的C3較多，從而使CO2的固定加強，相同時間內(nèi)d點比c點生成的C3總量多；丙圖中，溫度對光合速率的影響是通過影響酶的活性來實現(xiàn)的，其曲線走勢應為拋物線型，而不是穩(wěn)定不變。,方法技巧多因子變量對光合作用速率影響的分析方法(1)當在P點時，限制光合速率的因素應為橫坐標所表示的因子，隨其因子的不斷加強，光合速率不斷提高。(2)當在Q點時，橫坐標所表示的因素，不再是影響光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取適當提高圖示中的其他因子的方法。,【實驗原理】1．提?。壕G葉中的色素溶于有機溶劑_______________而不溶于水，可用無水乙醇提取色素。2．分離：各種色素在層析液中溶解度不同，_______________的隨層析液在濾紙上擴散得快，反之則慢，從而使各種色素相互分離。,考點四綠葉中色素的提取和分離,無水乙醇,溶解度高,二氧化硅、碳酸鈣,一端剪去兩角,鉛筆,畫一條細線,濾液細線,橙黃色,葉黃素,黃綠色,3．實驗成功的關(guān)鍵(1)葉片要新鮮、顏色要深綠，含有較多色素。(2)研磨要迅速、充分。葉綠素不穩(wěn)定，易被活細胞內(nèi)的葉綠素酶水解。充分研磨使葉綠體完全破裂，提取較多的色素。(3)濾液細線不僅要求細、直，而且要求含有較多的色素，所以要求待濾液干后再重復畫1～2次。(4)濾液細線不能觸及層析液，否則色素溶解到層析液中，濾紙條上得不到色素帶。,深度思考1．色素提取液呈現(xiàn)淡綠色的原因可能有哪些？___________________________2．為什么在制作濾紙條時，需將一端的兩個角剪掉？___________________________3．為什么濾液細線要重復畫，且線要細、直？___________________________,4．如圖表示某同學做“綠葉中色素的提取和分離”實驗的改進裝置。應將濾液滴在a處還是b處？實驗結(jié)果應會出現(xiàn)四個不同顏色的同心圓，最外層應是什么顏色？___________________________,提示：1.(1)葉片顏色太淺。(2)綠葉不新鮮。(3)研磨不充分。(4)未加碳酸鈣或加入量太少。(5)加入無水乙醇量太多。(6)研磨時間過長，部分葉綠素被破壞。2．由于液面的不同位置表面張力不同，紙條接近液面時，其邊緣表面的張力較大，層析液沿濾紙邊緣擴散過快，從而導致色素帶分離不整齊的現(xiàn)象。故需將插入層析液的濾紙條一端剪去兩個角。3．重復畫線是為了增加色素的濃度，使分離出的色素帶清晰分明。畫線細、直是為了防止色素帶之間出現(xiàn)重疊。4．a(chǎn)處。橙黃色。,7．下列關(guān)于葉綠體中色素的提取和分離實驗的操作，正確的是()A．使用定性濾紙過濾研磨液B．將干燥處理過的定性濾紙條用于層析C．在畫出一條濾液細線后緊接著重復畫線2～3次D．研磨葉片時，用體積分數(shù)為70%的乙醇溶解色素解析：正確選材和操作是實驗成功的關(guān)鍵。在提取葉綠體中的色素時，漏斗基部放單層尼龍布進行過濾，A項錯誤；紙層析法分離濾液中的色素時，需用干燥的定性濾紙，B項正確；畫出一條濾液細線后需等濾液干后再重復畫線1～2次，C項錯誤；研磨葉片時是用無水乙醇溶解色素，D項錯誤。,B,8．(2015江蘇淮安模擬)甲、乙、丙、丁四位同學，在利用新鮮綠色菠菜葉為實驗材料，用層析法進行葉綠體中色素的提取和分離實驗時，由于操作不同，而得到了以下四種不同的層析結(jié)果。下列分析錯誤的是(),C,A．甲可能誤用蒸餾水作提取液和層析液B．乙可能是因為研磨時加入無水乙醇過多C．丙可能是正確操作得到的理想結(jié)果D．丁可能是因為研磨時未加入CaCO3,解析：葉綠體中的色素屬于有機物，易溶于酒精等有機溶劑，難溶于水，所以不能用蒸餾水作提取液和層析液，A正確；乙中每種色素都有，但含量很少，可能是無水乙醇過多，色素濃度太低導致的，B正確；丙中每種色素都有，但是胡蘿卜素和葉黃素含量較多，葉綠素a和葉綠素b含量較少，這不應該是正確操作得到的理想結(jié)果，C錯誤；丁中葉綠素a和葉綠素b含量很少，可能是研磨時未加入CaCO3，破壞了葉綠素，因為與類胡蘿卜素相比，葉綠素更易受到破壞，D正確。,9．根據(jù)“綠葉中色素的提取和分離”實驗，回答下列問題：(1)甲同學利用新鮮的玉米綠色葉片進行該實驗，在濾紙上出現(xiàn)了四條清晰的色素帶，其中呈黃綠色的色素帶為______________。(2)乙同學在改變層析液組成的情況下進行相同實驗，濾紙條上只出現(xiàn)了黃、綠兩條色素帶。他用刀片裁出帶有色素帶的濾紙條，用乙醚分別溶解條帶上的色素，濃縮后用一分析儀器檢測，通過分析色素溶液的_________來判斷條帶的色素種類。,葉綠素b,吸收光譜,(3)實驗結(jié)束幾天后，乙同學發(fā)現(xiàn)部分預留葉片已變黃。他認為這是由于葉片中某些色素降解所造成的，丙同學則認為是某些色素含量增加造成的。根據(jù)所學知識，設計實驗來判斷哪位同學的觀點是正確的。___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。,從預留的葉片中挑選出足量的、分量相等、大小相近的已變黃的葉片和新鮮葉片為實驗材料，在相同條件下，再次進行綠葉中色素的提取和分離實驗，測定和記錄實驗結(jié)果，比較這種葉片與新鮮葉片色素的組成及各種色素的含量后，得出結(jié)論,解析：(1)呈黃綠色的色素帶為葉綠素b。(2)可通過分析色素溶液的吸收光譜來判斷條帶的色素種類。(3)可通過色素提取和分離實驗，比較這種葉片和新鮮葉片色素的組成及各種色素的含量后，得出結(jié)論。,易錯點1持續(xù)光照與間斷光照下光合作用制造的有機物的量不同[點撥]如甲一直光照10分鐘；乙光照5秒，黑暗5秒，持續(xù)20分鐘，則光合作用制造的有機物甲<乙(暗反應時間長)。易錯點2元素的移動途徑梳理不清[點撥]CO2中C進入C3但不進入C5，最后進入(CH2O)，C5中C不進入(CH2O)，可用放射性同位素標記法證明。,易錯點3不能準確理解ATP的去向[點撥]光合作用光反應產(chǎn)生的ATP只用于暗反應階段，不能用于其他生命活動，其他生命活動所需ATP只能來自細胞呼吸。易錯點4白天植物并不只進行光合作用[點撥](1)植物在白天時同時進行光合作用和細胞呼吸。CO2的吸收量是指植物從外界環(huán)境中吸收的CO2量，代表植物的凈光合速率，植物實際光合速率應該包含植物呼吸產(chǎn)生的CO2量和從外界環(huán)境中吸收的CO2量。(2)在黑暗中測得單位時間CO2釋放量即為呼吸速率，沒有說明的情況下，白天也是一樣的呼吸速率。,易錯點5易忽略溫度改變對光合作用的影響[點撥]溫度改變時，不管是光反應還是暗反應均會受影響，但主要影響暗反應，因為參與暗反應的酶的種類和數(shù)量都比參與光反應的多。,1．判斷下列有關(guān)葉綠體及色素的敘述(1)(2014重慶卷T1C)葉綠體色素在層析液中的溶解度越高，在濾紙上擴散就越慢。()(2)(2012海南卷T9A)葉綠素a和b主要吸收紅光和藍紫光。()(3)(2012海南卷T9C)利用紙層析法可分離4種葉綠體色素。(),,√,√,2．判斷下列有關(guān)光合作用和化能合成作用的敘述(1)(2013海南卷T2D)光合作用光反應階段產(chǎn)生的[H]可在葉綠體基質(zhì)中作為還原劑。()(2)(2012海南卷T6A)硝化細菌雖然不能進行光合作用，但是自養(yǎng)生物。()(3)(2011浙江卷T1D改編)離體的葉綠體基質(zhì)中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成暗反應。(),√,√,√,3．判斷下列有關(guān)影響光合作用的因素及應用的敘述(1)(2012海南卷T8B)將一株生長正常的綠色植物置于密閉的玻璃容器內(nèi)，在適宜條件下光照培養(yǎng)，隨培養(yǎng)時間的延長，玻璃容器內(nèi)CO2濃度一直保持穩(wěn)定，不變化。()(2)[2012浙江卷T30(1)改編]停止供水，植物光合速率下降，這是由于水是光合作用的原料，又是光合產(chǎn)物在植物體內(nèi)運輸?shù)闹饕橘|(zhì)。()(3)(2011新課標卷T3B)番茄幼苗在缺鎂的培養(yǎng)液中培養(yǎng)一段時間后，與對照組相比，其葉片光合作用強度下降的原因是光反應強度降低，暗反應強度降低。(),,√,√,