生物第三单元第09课时.docx

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生物第三单元第09课时

第9课时　光合作用（四课时）

[考纲要求]　1.色素的提取与分离（Ⅰ）。

2.光合作用过程及影响因素。

一、

捕获光能的色素和结构

叶绿素a（蓝绿色）

叶绿素b（黄绿色）

主要吸收蓝紫光和　　　

叶绿素

色素的种

类和功能

主要吸收　　　　

胡萝卜素（橙黄色）

叶黄素（黄色）

类胡萝卜素

证明

决定

分

布

于

叶绿体

[议一议]

1．海洋中藻类有分层现象，与植物中的色素吸收光的颜色有什么关系？

2．温室内自然光照射的情况下，给植物人工补充哪些单色光对增产有利？

二、光合作用的探索历程

[连一连]

[想一想]　⑤和⑥中科学家用什么样的技术手段得出实验结论？

该技术手段有何用途？

三、光合作用的反应式及过程

1．反应式：

___________________________________________________

2．过程

（1）区别

（2）联系：

光反应为暗反应提供____________；暗反应为光反应提供____________。

[判一判]

1．叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内（　　）

2．光合作用需要的酶只分布在叶绿体基质中（　　）

3．叶绿体是光合作用的主要场所（　　）

[练一练]　（2011·新课标全国卷，3）番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降，原因是（　　）

A．光反应强度升高，暗反应强度降低

B．光反应强度降低，暗反应强度降低

C．光反应强度不变，暗反应强度降低

D．光反应强度降低，暗反应强度不变

四、影响光合作用的因素

影响光合作用的因素有原料（包括______和土壤中的水分），光照条件（包括____________、光照时间和光的成分），影响酶活性的______等。

1．教材63页，叶绿体中色素的提取和分离实验。

2．教材65页，光合作用的过程要熟练掌握。

3．教材66页，影响光合作用的环境因素——理论联系实践要学以致用。

考点一　关注生物学史——光合作用的探究历程

1．1883年德国生物学家恩吉尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。

他将棱镜产生的光谱投射到丝状水绵体上，并在水绵悬液中放入好氧细菌，观察细菌的聚集情况（如图）。

他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。

这个实验的思路是（　　）

A．细菌对不同的光反应不一样，细菌聚集多的地方，光合作用强

B．好氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强

C．好氧细菌聚集多的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强

D．好氧细菌大量消耗O2，使水绵光合作用速度快，则该种光有利于光合作用

1．实验常考易错点

（1）萨克斯实验黑暗处理的目的：

消耗掉叶片中原有的淀粉。

曝光与遮光形成对照，检验试剂为碘蒸气。

（2）恩吉尔曼选用水绵作为实验材料的好处：

叶绿体大且呈带状，便于观察，所用细菌异化作用类型为需氧型。

（3）鲁宾、卡门用的实验方法为同位素标记法。

（4）卡尔文选用小球藻做实验，用同位素标记法揭示了暗反应过程。

2．上述实验中对照实验设置

在光合作用的发现中，科学家们利用了对照实验，使结果和结论更加科学、准确。

（1）萨克斯：

自身对照，自变量为是否照光（一半曝光与另一半遮光），因变量为叶片是否制造出淀粉。

（2）鲁宾和卡门：

相互对照，自变量为标记物质（H

O与C18O2），因变量为O2的放射性。

（3）普利斯特莱：

密闭的玻璃罩是否加植物为自变量，蜡烛燃烧时间或小鼠存活时间为因变量。

3．恩吉尔曼实验方法的巧妙之处

（1）实验材料选得妙：

用水绵作为实验材料。

水绵不仅具有细而长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中，便于观察和分析研究。

（2）排除干扰的方法妙：

实验成功的关键之一在于控制无关变量和减少额外变量，恩吉尔曼将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了环境中光线和氧的影响，从而确保实验能够正常进行。

（3）观测指标设计得妙：

通过好氧细菌分布进行检测，从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位。

（4）实验对照设计得妙：

进行黑暗（局部光照）和曝光的对比实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。

1．德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处数小时“饥饿”处理（消耗掉叶片中的淀粉）后，再把叶片的一部分遮光，其他部分曝光。

一段时间后，将该叶片经脱色、漂洗再用碘液处理，结果遮光部分不变蓝，曝光部分变蓝。

下列有关本实验的分析及结论合理的是（　　）

①本实验未设对照组　②有无光照是遮光和曝光区域显现不同结果的唯一原因　③实验开始时遮光和曝光区域均达到无淀粉状态　④实验证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉

A．②③B．①②③C．②③④D．①②③④

考点二　实验技能提升——绿叶中色素的提取与分离

2．（2011·江苏卷，4）某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。

将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析（从上至下），与正常叶片相比，实验结果是（　　）

A．光吸收差异显著，色素带缺第2条B．光吸收差异不显著，色素带缺第2条

C．光吸收差异显著，色素带缺第3条D．光吸收差异不显著，色素带缺第3条

1．实验过程

2．注意问题

（1）关键词与试剂对应关系不能颠倒

提取色素——无水乙醇；

分离色素——层析液。

（2）

A为绿色，因为色素最不吸收绿光而透过；B为红色，此为荧光现象。

（3）可用丙酮或其他有机溶剂代替无水乙醇提取色素，但丙酮有毒，研磨时需采取措施防止挥发；也可用汽油代替层析液进行层析；可用其他绿色叶片代替菠菜，但不能用大白菜等不含叶绿素的材料。

（4）色素提取液呈淡绿色的原因分析

①研磨不充分，色素未能充分提取出来。

②称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素浓度小。

③未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。

（5）叶片绿色：

①叶绿素∶类胡萝卜素＝3∶1；②最不吸收绿光，反射回来；③叶片变黄：

低温破坏了叶绿素，呈现出了类胡萝卜素的颜色；④叶片变红：

低温破坏了叶绿素，呈现出液泡中花青素的颜色。

2．（2011·广东卷，29）中国的饮食讲究“色香味”，颜色会影响消费。

小李同学拟研发“绿色”食用色素，他以生长很快的入侵植物水葫芦为材料进行如下实验。

Ⅰ.提取叶绿素

―→

―→

―→

Ⅱ.探究pH对叶绿素稳定性的影响

取一些叶绿素粗产品，配成一定浓度的溶液，于室温（约25℃）下进行实验，方法和结果如下表。

实验组号

叶绿素溶液（mL）

调pH至

处理时间（min）

溶液颜色

①

②

③

④

3.0

3.0

3.0

3.0

Y

7.0

6.0

5.0

10

10

10

10

绿色

绿色

黄绿色

黄褐色

注：

叶绿素被破坏后变成黄褐色。

根据所学知识和实验结果，请回答：

（1）提取食用叶绿素的X应该为________，原因是_______________________。

（2）表中Y应该为________，原因是____________________________________________。

（3）若用作食品色素，天然叶绿素色素不适用于________食品，否则________________。

（4）小李想了解叶绿素粗产品中是否含有其他色素，请你提供检测方法并写出主要步骤。

__________

考点三　提升结构模式图和过程流程图有机结合的解读能力——光合作用过程

3．如图为叶绿体结构与功能示意图，下列说法错误的是（　　）

A．结构A中的能量变化是光能转变为ATP中的化学能

B．供给14CO2，放射性出现的顺序为CO2→三碳化合物→甲

C．结构A释放的O2可进入线粒体中

D．如果突然停止CO2的供应，短时间内三碳化合物的含量将会增加

提示　

（1）光合作用中能量转变为光能→电能→活跃化学能→稳定化学能。

（2）通过元素的去路掌握光合反应的实质。

（3）有光合作用就有呼吸作用，但反过来不一定，如根中的细胞只存在呼吸作用。

（4）分析光合作用物质动态变化要整体把握光合作用从光反应到暗反应的过程。

1．光合作用过程图解

2．光反应和暗反应的关系

3．反应式及元素去向

氧元素

碳元素：

CO2―→三碳化合物―→（CH2O）氢元素：

H2O―→[H]―→（CH2O）

1．光反应为暗反应提供两种重要物质：

[H]和ATP，[H]既可作还原剂又可提供能量；暗反应为光反应也提供两种物质：

ADP和Pi，注意产生位置和移动方向。

2．没有光反应，暗反应无法进行，所以晚上植物只进行呼吸作用，不进行光合作用；没有暗反应，有机物无法合成，生命活动也就不能持续进行。

3．色素只存在于光反应部位——叶绿体类囊体膜上，但光反应和暗反应都需要酶参与，所以与光合作用有关的酶存在于两个部位——叶绿体类囊体膜上和叶绿体基质中，但暗反应中酶的种类和数量多。

4．若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用

甲：

一直光照10分钟；乙：

光照5秒，黑暗5秒，持续20分钟，则光合作用制造的有机物：

甲<乙（暗反应时间长）。

5．CO2中C进入三碳化合物但不进入五碳化合物，最后进入（CH2O），五碳化合物中C不进入（CH2O），可用放射性同位素标记法证明。

3．如图表示植物光合作用的一个阶段，下列各项叙述正确的是（　　）

A．该反应的场所是叶绿体的类囊体

B．三碳化合物生成（CH2O）需要[H]、ATP和多种酶

C．提高温度一定能促进（CH2O）的生成D．无光条件有利于暗反应进行

4．下列有关光合作用的叙述中，正确的是（　　）

A．光合作用产生的葡萄糖中的C和O都来自于CO2B．光合作用释放的O2来自CO2

C．当光照过程引起气孔关闭时，叶绿体内的三碳化合物含量将上升

D．如果叶肉细胞吸收O2释放CO2，说明细胞不进行光合作用，只进行呼吸作用

考点四　提升曲线题解题能力——光合作用的影响因素及曲线分析

4．（2011·福建卷，2）下图是夏季晴朗的白天，玉米和花生净光合速率（单位时间、单位叶面积吸收CO2的量）的变化曲线，下列叙述错误的是（　　）

A．在9：

30～11：

00之间，花生净光合速率下降的原因是暗反应过程减缓

B．在11：

00～12：

30之间，花生的单位叶面积有机物积累量比玉米的多

C．在17：

00时，玉米和花生的单位叶面积释放O2速率相同

D．在18：

30时，玉米既能进行光反应，也能进行暗反应

提示　

（1）审题——纵坐标的含义——指净光合速率不是真正光合速率，即不再考虑呼吸消耗的量。

（2）当净光合速率为0时，说明光合作用速率＝呼吸作用速率。

（3）审题——题干中有“夏季晴朗的白天”——可知：

花生出现午休现象。

1．光照强度对光合作用强度的影响

图1

（1）曲线分析：

A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，细胞内的代谢特点如图2所示，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（如图3所示）。

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（如图4所示）。

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点以上就不再加强了，C点所示光照强度称为光饱和点。

B点以后的细胞代谢特点可用图5表示。

（2）应用：

阴生植物的B点前移，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．CO2浓度对光合作用强度的影响

（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。

（2）点含义：

①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。

②图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。

③图1和图2中的B和B′点都表示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，提高光合作用速率。

3．温度对光合作用强度的影响

（1）曲线分析：

温度主要是通过影响与光合作用有关的酶的活性而影响光合作用速率。

（2）应用：

冬天，温室栽培可适当提高温度，也可适当降低温度。

白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用速率；晚上适当降低温室的温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累。

4．必需元素的供应对光合作用强度的影响

（1）曲线分析：

在一定浓度范围内，增大必需元素的供应，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．水分的供应对光合作用强度的影响

（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。

6．叶龄对光合作用强度的影响

（1）曲线分析：

①随幼叶不断生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用速率不断增加（OA段）。

②壮叶时，叶面积、叶绿体、叶绿素都处于稳定状态，光合作用速率基本稳定（AB段）。

③老叶时，随叶龄增加，叶内叶绿素被破坏，光合作用速率下降（BC段）。

（2）应用：

摘除老叶、残叶。

7．多因子对光合作用强度的影响

（1）曲线分析：

P点时，限制光合作用速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合作用速率不断提高。

当到Q点时，横坐标所表示的因素不再是影响光合作用速率的因子，要想提高光合作用速率，可适当提高图示中的其他因子。

（2）应用：

温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度的同时也可适当提高CO2浓度以提高光合作用速率。

当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合作用速率。

5．如图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况，除各图中所示因素外，其他因素均控制在最适范围内。

下列分析错误的是（　　）

A．甲图中a点的限制因素可能是叶绿体中酶的数量

B．乙图中d点与c点相比，相同时间内叶肉细胞中三碳化合物的生成量多

C．图中M、N点的限制因素是光照强度，P点的限制因素是温度

D．丙图中，随着温度的升高，曲线的走势将稳定不变

6．下列①～④曲线图均表示光合作用与某些影响因素的关系。

在下列各选项中，不正确的是（　　）

A．①图中的X因素可表示CO2浓度，植物在较强光照时的a点值一般要比在较弱光照时的低

B．②图中Y因素最有可能代表光照强度C．③图中，阴生植物的b点值一般比阳生植物的低

D．④图中Z因素（Z3>Z2>Z1）可以表示CO2浓度，当光照强度小于c值时，限制光合速率

增加的主要因素是光照强度

　　　　　　　光合作用曲线中点的含义和移动规律及如何确定变量

1．曲线中点的含义和移动规律

光照强度与光合速率的关系曲线图中各点的含义

（1）光补偿点含义：

光合作用等于呼吸作用，若改变某一因素（如光照、CO2浓度），使光合作用增大（减小），而呼吸作用不受影响，则光补偿点应左移（右移）；若改变某一因素（如温度），使呼吸作用增大（减小），而光合作用不受影响，则光补偿点应右移（左移）。

（2）光饱和点含义：

当横坐标对应的因素对光合作用最大值不产生影响时，若改变某一因素使光合作用增大（减小），则光饱和点应右（左）移。

2．如何确定自变量

此曲线中只包含X和Z两个自变量，a点（曲线上升阶段）时影响因素即横坐标对应的变量X；b点（达到平衡）时影响因素则为该曲线中另外一个变量Z，不可考虑X、Z之外的其他变量，相当于把范围缩小到X、Z两个变量中。

典例

　（2010·安徽理综，29Ⅰ）为探究影响光合作用强度的因素，将同一品种玉米苗置于25℃条件下培养，实验结果如下图所示。

请回答：

（1）与D点相比，B点条件下限制玉米CO2吸收量的因素是________，C点条件下限制玉米CO2吸收量的主要因素是________。

（2）实验结果表明，在____________________的条件下施肥效果明显。

除本实验所涉及的因素外，从增加光合面积的角度考虑，采取________措施能提高玉米的光能利用率。

对光合作用条件骤变时各物质量的变化模糊不清

典例

　（2011·新课标全国卷，29）在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中三碳化合物和五碳化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。

回答问题：

（1）图中物质A是__________（三碳化合物、五碳化合物）。

（2）在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是_________，

将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是______________。

（3）若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，暗反应中三碳化合物和五碳化合物浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的__________（低、高）。

（4）CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的______（高、低），其原因是____________________________。

纠错笔记　光反应和暗反应中三碳化合物、五碳化合物、ATP、ADP四种物质与光照、CO2之间的关系（如图所示）：

（1）此图中若停止光照

ADP积累，含量增加；ATP减少

a.ATP不再产生

b.原有ATP仍继续分解，直至全部消耗

过程①停止：

→→

三碳化合物积累，含量增加；

五碳化合物减少

a.三碳化合物不再还原成五碳化合物

b.原有五碳化合物　仍继续参与CO2的固定，直至全部消耗

过程②停止→

过程③停止→过程④停止即：

光停，ATP↓，ADP↑，三碳化合物↑，五碳化合物↓

（2）此图中若停止CO2供应

五碳化合物积累，

含量增加；三碳化合

物减少

a.三碳化合物不再生成

b．原有三碳化合物继续还原生

成五碳化合物，直至全部消耗

过程④停止：

→

过程③停止

ATP积累，

含量增加；

ADP减少

a.ATP不再分解

b.原有ADP继续合成ATP，直至全部消耗

过程②停止：

→

过程①停止即：

CO2停，五碳化合物↑，三碳化合物↓，ATP↑，ADP↓

纠错训练　离体叶绿体在光下进行稳定的光合作用时，如果突然中断CO2的供应，下列关于短时间内叶绿体中ATP与O2的相对含量变化的示意图中，正确的是（　　）

题组一　色素的提取与分离实验

1．在“绿叶中色素的提取与分离”实验中得到的色素带颜色较浅，分析其原因可能是

①加入的丙酮太多　②用无水乙醇代替丙酮　③层析液没及滤液细线　④研磨时没有加入CaCO3　⑤研磨时没有加入SiO2　⑥取的叶片的叶脉过多，叶肉细胞过少　⑦画滤液细线的次数少　⑧使用放置数天的菠菜叶

A．①③⑦B．②④⑤⑧C．①③④⑤⑥⑦⑧D．②③④⑤⑥

2．（2010·上海卷，26）下图中①代表新鲜菠菜叶的光合色素纸层析结果，则下图②所示结果最有可能来自于（　　）

A．水培的洋葱叶B．生长的柳树幼叶C．培养的衣藻D．秋冬的银杏落叶

题组二　光合作用过程

3．（2011·浙江理综，1）下列有关叶绿体及光合作用的叙述，正确的是（　　）

A．破坏叶绿体外膜后，O2不能产生B．植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例保持不变

C．与夏季相比，植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短

D．离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成暗反应

题组三　光合作用的影响因素

5．（2011·江苏卷，23）某种铁线莲的根茎可作中药，有重要的经济价值。

下表为不同遮光处理对其光合作用影响的结果，相关叙述正确的是（　　）

遮光比例（%）

叶绿素a/b

叶绿素含量（mg/g）

净光合速率（μmol·m－2·s－1）

植株干重（g）

0

4.8

2.1

8.0

7.5

10

5.3

2.3

9.6

9.9

30

5.2

2.4

8.9

9.2

50

4.4

2.6

5.2

7.2

70

4.1

2.9

2.7

4.8

90

3.3

3.0

0

3.2

A.适当的遮光处理，可降低其干重B．叶绿素含量与净光合速率呈正相关

C．叶绿素a/b可作为其利用弱光能力的判断指标D．遮光90%时，铁线莲不进行光合作用

6．（2011·全国卷Ⅰ，33）为探究不同条件对叶片中淀粉合成的影响，将某植物在黑暗中放置一段时间，耗尽叶片中的淀粉。

然后取生理状态一致的叶片，平均分成8组，实验处理如下表所示。

一段时间后，检测叶片中有无淀粉，结果如下表。

编号

组1

组2

组3

组4

组5

组6

组7

组8

处理

葡萄糖溶液浸泡，

溶液中通

入空气

葡萄糖溶液浸泡，溶

液中通入

CO2和N2

蒸馏水浸

泡，水中

通入空气

蒸馏水浸泡，水中

通入CO2和N2

光照

黑暗

光照

黑暗

光照

黑暗

光照

黑暗

检测结果

有淀粉

有淀粉

有淀粉

无淀粉

有淀粉

无淀粉

有淀粉

无淀粉

回答问题：

（1）光照条件下，组5叶片通过________作用产生淀粉；叶肉细胞释放出的氧气来自于________的光解。

（2）在黑暗条件下，叶片能进行有氧呼吸的组别是____________。

（3）组2叶片中合成淀粉的原料是________，直接能源物质是________，后者是通过________产生的。

与组2相比，组4叶片无淀粉的原因是____________。

（4）如果组7的蒸馏水中只通入N2，预期实验结果是叶片中________（有、无）淀粉。

课后规范训练

1.红枫是一种木本观赏植物，在生长季节叶片呈红色。

下列关于该植物的叙述正确的是（　　）

A．红枫叶片不含叶绿素勤部B．红枫叶片呈红色是因为吸收了红光

C．红枫叶片能吸收光能进行光合作用D．液泡中色素吸收的光能用于光合作用

2．下列关于叶绿体中色素的叙述，错误的是（　　）

A．矿质元素能影响叶绿素的合成B．提取叶绿素时选用层析液的原因是色素可溶于有机溶剂

C．低温条件下色素合成受阻D．黄化苗中无叶绿素，但有其他色素存在

3．如图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况，以下说法正确的是（　　）

A．提取色素时加入碳酸钙是为了防止滤液挥发

B．水稻在收获时节，叶片中色素量的变化是（甲＋乙）＜（丙＋丁）

C．四种色素都能溶解在层析液中，乙色素的溶解度最大

D．四种色素中，丙和