生物必修一导学案能量之源光与光合作用.docx
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生物必修一导学案能量之源光与光合作用
生物必修一导学案：
能量之源——光与光合作用
生物必修一导学案20
第五章第四节能量之源——光与光合作用
一、教材多维研读
【学习目标】1．说出绿叶中色素的种类和作用2.说出叶绿体的结构和功能
3．说出光合作用以及对它的认识过程
4．尝试探究影响光合作用强度的环境因素
5．说出光合作用原理的应用6.简述化能合成作用
【学习重点】1．绿叶中色素的种类和作用2.光合作用的发现及研究历史
3.光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系
4.影响光合作用强度的环境因素
【学习难点】1.光反应和暗反应的过程
2.探究影响光合作用强度的环境因素
【学法指导】学案导学法、比较法
【易错易混知识点】
二、课前预习
（一）捕获光能的色素和结构
1．捕获光能的色素有哪些？
2．四种色素对光的吸收有何差别？
它们存在于细胞中的什么部位？
3．为什么不能用蒸馏水提取绿叶中的色素？
4．叶绿体有哪些适于进行光合作用的特点？
5．能进行光合作用的生物一定有叶绿体吗？
6.温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜？
或怎样补充光源？
（二）光合作用的原理和应用
1.光合作用过程分为哪几个阶段？
2.什么是光反应阶段?
该阶段发生的场所在哪里？
需要哪些条件？
物质和能量变化是如何转变的？
3.什么是暗反应阶段？
该阶段发生的场所在哪里？
需要哪些条件？
物质和能量变化是如何转变的？
4.如果CO2浓度突然下降（其它条件不变）C3和C5会怎样变化？
如果光照突然下降（其它条件不变）C3和C5会怎样变化？
5.光合作用受哪些外界因素的影响？
这些因素是怎样有相关合作用的？
提高光合作用强度的措施有哪些？
6.什么是化能合成作用？
硝化细菌化能合成的原理是什么？
7.自养生物和异养生物的根本区别是什么？
8.光合作用与化能合成作用的区别是什么？
三、规律方法导航
知识点1：
捕获光能的色素和结构
1.绿叶中色素的提取和分离
（1）实验原理：
提取的原理：
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。
分离的原理是利用色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的在滤纸上扩散的快，反之则慢。
（2）实验成功的关键：
①叶片要新鲜、颜色要深绿②研磨要迅速、充分③滤液收集后，要及时用棉塞将试管口塞紧，以免绿叶挥发⑤绿叶细线不仅要细、直，而且要含有比较多的色素（干后，可以画二、三次）⑥滤纸上的滤液细线不能浸入层析液
（3）实验结果：
层析后，在滤纸条上会呈现四条色素带，它们的颜色自上而下依次是橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色，色素带最宽的颜色呈蓝绿色，最窄的颜色呈橙黄色。
2.色素的种类和吸收光谱
（1）分布：
色素分布在类囊体的薄膜上
叶绿素a:
蓝绿色
叶绿素叶绿素b:
黄绿色主要吸收红、蓝紫光
（2）种类胡萝卜素:
橙黄色
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
叶黄素:
黄色
3.叶绿体的结构和功能
①外膜：
光滑，与细胞质基质分隔开
②内膜：
光滑
③基粒：
一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，分布有
4种色素、酶
④基质：
含有与暗反应有关的酶
功能：
叶绿体是进行光合作用的场所
知识点2：
光和作用的探究历程：
年代
科学家
实验过程
结论
1771年
[英国]
普利斯
特利
密闭
点燃的蜡烛+绿色植物→蜡烛不熄灭
密闭
小鼠+绿色植物→小鼠不易窒息死亡
植物可以更新空气，没意识到植物在更新空气中的作用，没明确植物更新气体的成分
1779年
荷兰的英格豪斯
将普利斯特利所做的实验装置分别放在光下和黑暗中做，做了500多次
只有在阳光照射下和有绿叶时植物才可以更新空气
1785年
发现空气的组成
绿叶在光下放出的气体是CO2，吸收的是O2。
1845年
[德]
R.Mayer
能量转换和守恒定律
植物在进行过合作用时，把光能转化成化学能储存起来
1864年
[德]
萨克斯
一半曝光
黑暗处理碘蒸气
绿叶
几小时处理
一半遮光
曝光处叶变蓝，遮光处不变蓝
绿叶在光合作用中产生淀粉，同时还证明光是光合作用的必要条件
1939年
[美]鲁宾和卡门
H218O+CO2，→植物→18O2
H2O+C18O2→植物→O2
光合作用释放的O2来自水
20世纪40年代
[美]
卡尔文
用14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性
探明14CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径
知识点3：
光合作用的过程
（1）光反应和暗反应的区别与联系
项目
光反应
暗反应
条件
光、色素、酶、H2O
多种酶、[H]、ATP、CO2
场所
叶绿体囊状结构的薄膜上
叶绿体的基质中
物质变化
1水的光解
2H2O4[H]+O2
酶
②ATP的形成
ADP+Pi→ATP
酶
①CO2的固定
CO2+C5→2C3
②C3的还原
酶
[H]、ATP
C3（CH2O）+H2O+C5
酶
③ATP的水解ATP→ADP+Pi
能量变化
光能ATP中活跃的化学能有机物中稳定的化学能
二者间
的联系
光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应是光反应的继续，消耗ATP中的能量，产生的ADP、Pi又参与光反应，最终完成物质和能量的转化
（2）叶绿体处于不同条件下，C3、C5、[H]、ATP、C6H12O6合成量的动态变化：
条件
C3
C5
[H]和ATP
C6H12O6
光照由强到弱，CO2供应不变
增加
下降
减少或没有
减少或没有
光照不变，减少CO2供应
减少
增加
增加
减少或没有
（3）光合作用中的氧元素的转移可用下列图示表示：
从图中看出，光合作用产生的O2来源于参加反应的水中的氧元素
光合作用产生的（CH2O）+H2O中的氧元素来源于参加反应的CO2中的氧元素
知识点4：
光合作用原理的应用：
因素
对光合使用的影响
在生产上的应用
光
1、光照强度：
在一定光照强度范围内，光照逐步增强时光合作用随之加快，但是光照增强到一定程度，光合作用速度不再增加。
2、光质不同影响光合速率，白光为复色光，光合作用能力最强。
单色光中红光作用最快，蓝紫光次之，绿光最差。
3、光照时间：
光照时间越长，产生的光合产物越多
1、适当提高光照强度。
2、延长光合作用时间。
3、增加光合作用面积——合理密植。
4、对温室大棚用无色透明玻璃。
温度
光合作用的光反应和暗反应是酶促反应，温度直接影响酶的活性，从而影响光合速率。
温度过高，还会影响植物叶片气孔开度，影响CO2供应，进而影响暗反应，从而影响光合速率。
1、适时播种。
2、温室栽培植物时，白天适当提高温度，晚上适当降温。
3、植物“午休”现象的原因之一。
二氧化碳浓度
二氧化碳是光合作用的原料之一。
环境中二氧化碳浓度的高低明显影响光合速率。
在一定范围内，植物的光合速率是随CO2浓度增加而增加，但到达一定程度时再增加CO2浓度，光合速率不再增加。
温室栽培植物时适当提高室内CO2的浓度，如施放一定量的干冰或多施农家肥。
矿质元素
矿质元素是参与光合作用过程中的许多物质和酶的必需元素。
如缺少N影响蛋白质的合成，N、Mg、Fe、Mn影响叶绿素的组成或生物合成等。
合理施肥
水
水分是光合作用原料之一，又是体内各种化学反应的介质。
另外水还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内等。
合理灌溉
知识点5：
光合作用与化能合成作用
光合作用
化能合成作用
自养生物
绿色植物
硝化细菌
能量来源
利用光能，通过光合作用将无机物转变为有机物
利用体外环境中无机物氧化所放出来的化学能作为动力来合成有机物
反应过程
硝化细菌将氨氧化成亚硝酸和硝酸，并利用这一过程中所释放的能量来合成有机物。
共同点
它们在同化作用过程中，都能将从外界环境中摄取的简单无机物（CO2和H2O）转变为自身储存能量的有机物。
知识点6：
光合作用与细胞呼吸的综合分析：
（1）比较光合作用与呼吸作用
光合作用
呼吸作用（有氧呼吸）
条件
光,色素,酶
酶,氧气
场所
叶绿体
细胞质基质,线粒体
物质变化
无机物→有机物
有机物→无机物
能量变化
光能→活跃化学能→稳定化学能
稳定化学能→ATP中活跃的化学能和热能
联系
光合作用为呼吸作用提供分解的物质,呼吸作用为光合作用提供CO2和能量
（2）光合作用与呼吸作用的曲线解读：
O点：
代表该植物相同温度下的呼吸速率
P点：
代表光补偿点，在该点，光合作用与呼吸作用强度相等
Q点：
代表光饱和点，在大于该点光照强度后，光合作用速率受温度、CO2浓度等制约不再增大。
Ⅰ值：
净光合速率
Ⅱ值：
总光合速率
曲线含义：
在一定范围内，随光照强度增大光合作用速率增大，超过一定的浓度，光合作用速率不再增加
（3）光合作用和呼吸作用的有关计算
总光合作用速率（真正光合作用速率）=净光合作用速率（表观光合作用速率）+呼吸作用速率
光合作用实际产氧量＝实测的氧气释放量＋呼吸作用耗氧量
光合作用实际二氧化碳消耗量＝实测的二氧化碳消耗量＋呼吸作用二氧化碳释放量
光合作用实际葡萄糖生产量＝光合作用葡萄糖净产量+呼吸作用葡萄糖消耗量
四、典型题例剖析
1．A、B、C、D4盆长势均匀的植物置于阳光下，A添加品红色（红光和蓝光）光照，B添加绿色光照，C隔品红色滤光片，D隔绿色滤光片（如图所示）。
经过一段时间后，各盆植物长势最好的是
解析：
在一定温度范围内光照越强，光合作用越强，植物长势越好。
C、D通过滤光，其光强度均低于A、B，又因叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光的吸收最少，故A的长势最好。
答案：
A
2.如图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置，
下列与之有关的叙述中，错误的是（）
A．应向培养皿中倒入层析液
B．应将滤液滴在a处，而不能滴在b处
C．实验结果应是得到四个不同颜色的同心圆（近似圆形）
D．实验得到的若干个同心圆中，最小的一个圆呈橙黄色
解析a处应滴加滤液，加入培养皿中，并层析液沿灯芯向上扩散，到达a点后沿圆形滤纸扩散，得到四个不同颜色的同心圆，由内向外依次是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素。
答案D
3.1880年美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，细菌聚集多的地方，细菌光合作用强
B．好氧性细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强
C．好氧性细菌聚集多的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强
D．好氧性细菌大量消耗O2，使水绵光合作用速度快，则该种光有利于光合作用
解析好氧细菌的生活中是需要氧气的，因此在好氧细菌聚集的地方应该是氧气多的地方，也就是水绵光合作用强的地方。
答案B
4.下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．C3生成C6H12O6需要[H]、ATP和多种酶
C．提高温度一定能促进C6H12O6的生成
D．无光条件有利于暗反应进行
解析图示的光合作用阶段为光合作用暗反应，该反应发生的场所是叶绿体基质，该过程在有光、无光的条件下均会进行，该过程的物质变化为CO2的固定和C3的还原，其中C3还原需要光反应提供[H]和ATP，此外还需要多种酶的参与。
温度通过影响该过程中酶的活性影响C6H12O6的生成，因此，在最适温度以上，提高温度不能促进C6H12O6的生成。
答案B
5．如图表示在一定范围内，不同环境因素与水稻叶片光合作用强度的关系，对其描述不正确的是（）
A．如果横坐标是CO2含量，则a为红光，b为白光
B．如果横坐标是CO2含量，则a为强光，b为弱光
C．如果横坐标是光照强度，a的CO2含量较高，b的CO2含量较低
D．如果横坐标是光照强度，a温度较适宜，b温度较低
解析如果横坐标是CO2含量，则相同的CO2含量时，植物对白光的吸收值大于红光，因此光合作用强度较大，即a为白光，b为红光。
答案A
6.以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究
温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，
结果如图所示。
下列分析正确的是：
A．光照相同时间，35℃时光合作用制造的有机物的量与
30℃相等
B．光照相同时间，在20℃条件下植物积累的有机物
的量最多
C．温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量
开始减少
D．两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的
有机物的量相等
解解析解答此题时需要清楚几个关键的生物量及其公式：
1.总（真）光合作用强度=净光合作用强度+呼吸作用强度
2.光合作用制照的有机物总量＝净积累有机物的量+呼吸作用消耗的有机物的量
3.光合作用实际二氧化碳消耗量＝实测的二氧化碳消耗量＋呼吸作用二氧化碳释放量
上述3条公式从不同侧面来反映了光合作用和呼吸作用之间的关系。
上述3条公式中，总（真）光合作用强度与光合作用制照的有机物总量及光合作用实际二氧化碳消耗量相对应，其他生物量也存在一一对应关系。
图中的虚线表示光合作用净积累有机物的量，实线表示呼吸作用消耗有机物的量，运用上述公式可知，植物光合作用实际二氧化碳消耗量（总光合作用强度）=虚线量+实线量。
因此，根据第3条公式，可逐一计算出20℃、25℃、30℃、35℃条件下，光合作用制照的有机物的量，分别约为4.75（1.5+3.25）、6（2.25+3.75）、6.5（3+3.5）、6.5（3.5+3），由此可知：
选项A是正确的，选项C是错误的；B项中，由公式2可知，净积累有机物的量=虚线所表示的量，最高点应为25℃所对应的值；选项D中，两曲线的交点表示光合作用所积累的有机物与呼吸作用消耗的有机物的量相等，因此选项D是错误的。
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