学案12能量之源光与光合作用.docx
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学案12能量之源光与光合作用
学案12 能量之源——光与光合作用
考纲要求
1.光合作用的基本过程（Ⅱ）。
2.影响光合作用速率的环境因素（Ⅱ）。
3.叶绿体色素的提取和分离。
一、捕获光能的色素和结构
1．捕获光能的色素
（1）实验：
绿叶中色素的提取和分离（纸层析法）
①可以利用________提取绿叶中的色素，在研磨时还应加入少许________和碳酸钙，其中前者有助于________，后者可防止在研磨中________被破坏。
②分离的原理是利用色素在层析液中的________不同，________的在滤纸上扩散的快，反之则慢。
（2）色素的种类和吸收光谱
色素种类
颜色
吸收光谱
滤纸条上位置
叶绿素
（约占3/4）
叶绿素a
____
主要吸收________
中下层
叶绿素b
____
______
类胡萝卜素
（约占1/4）
胡萝卜素
____
主要吸收______
______
叶黄素
____
中上层
2.叶绿体的结构和功能
（1）结构：
一般呈扁平的椭球形或球形，外部有双层膜，内部的基粒是由________堆叠而成的。
（2）色素和酶的分布：
吸收光能的色素分布于________，
与光合作用有关的酶分布在__________和________。
（3）功能：
进行________的场所。
二、光合作用的过程和应用
2．光合作用的过程
（1）光反应：
①场所：
叶绿体的____________上。
②条件：
____、色素、酶、水等。
③物质变化：
将水分解为________和________，将ADP和Pi合成________。
④能量变化：
光能转变为活跃的________。
（2）暗反应：
①场所：
叶绿体的__________________中。
②条件：
________、[H]、ATP、CO2等。
③物质变化
CO2的固定：
C5＋CO2
________。
C3的还原：
2C3＋[H]
________。
④能量变化：
ATP中活跃的化学能转变为__________。
3．光合作用的应用：
（1）光合作用强度是指植物在单位时间内通过光合作用制造________的数量。
（2）影响光合作用强度的因素包括空气中________的浓度、土壤中________和矿质元素的多少、光的________以及温度的高低等。
4．化能合成作用：
（1）概念：
某些细菌能够利用体外环境中的某些________氧化时所释放的能量来制造________的合成作用。
（2）实例：
硝化细菌能利用__________氧化成__________和________时所释放的化学能，将________和________合成________。
探究点一 光合作用的过程
1．完善光合作用的图解
2．区别光反应和暗反应
项目
光反应
暗反应
条件
________________
不需叶绿素和光，需要多种酶、ATP、[H]、CO2
场所
叶绿体的类囊体薄膜
____________
物质
转化
①水的光解2H2O→4[H]＋O2
②ATP的形成
ADP＋Pi＋能量
________
③CO2的固定CO2＋C5
________
④C3的还原
2C3
______
能量
转化
光能→________________
ATP中活跃的化学能→________________
实质
光能转变为化学能，并放出O2
________________
思维拓展
1．暗反应有光无光都能进行。
若光反应停止，暗反应可持续进行一段时间，但时间不长，故晚上一般认为只进行呼吸作用，暗反应不进行。
2．相同时间内，光照和黑暗间隔处理比一直光照有机物积累的多，因为[H]、ATP基本不积累，利用充分；但一直光照会造成[H]、ATP的积累，利用不充分。
3．光合作用只有植物的绿色细胞和光合细菌能进行，但细胞呼吸则是所有活细胞都能进行的。
4．光合作用中光反应产生的ATP只供暗反应利用，而细胞呼吸产生的ATP可供各项生命活动利用。
5．光合作用的光反应中产生的[H]来自水的光解，用于暗反应中C3的还原以生成（CH2O）；有氧呼吸中产生的[H]来自第一、二阶段有机物的氧化，用于第三阶段与O2结合生成H2O，并产生大量ATP。
6．原核生物虽无叶绿体或线粒体，但也有的可进行光合作用（如蓝藻）或有氧呼吸（如蓝藻、根瘤菌等）。
探究示例1
（2009·安徽理综，1）叶绿体是植物进行光合作用的场所，下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是（ ）
A．叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内
B．H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在基质中
C．CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上
D．光合作用的产物——淀粉是在基质中合成的
听课记录：
探究点二 影响光合作用的因素及其在生产上的应用
1．光照强度
（1）曲线分析：
①A点：
光照强度为0，此时只进行__________，释放的CO2量可表示此时________的强度。
②AB段：
随光照强度增强，光合作用强度________，CO2释放量________，这是因为________________________________________________。
③B点所示光照强度为__________。
此点的代谢特点是：
________________________________。
光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长。
④BC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点以上不再加强了。
C点所示光照强度为________。
（2）应用：
阴生植物的B点________，C点________，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________；适当________光照强度可增加大棚作物产量。
2．CO2浓度
（1）曲线分析：
①图1中A点表示________________________________的CO2浓度，即CO2补偿点；图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的________。
②图1和图2中的B和B′点都表示________。
（2）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____________。
3．温度
（1）曲线分析：
温度主要是通过影响与________________________而影响光合作用速率。
（2）应用：
依据此曲线分析冬天温室栽培应该________________________________________________________________________________，从而保证植物有机物的积累。
思维拓展 在分析以上单因子对光合作用的影响时，不仅要关注曲线的走势，还要注意几个关键点，尤其是补偿点和饱和点，以及饱和点前和饱和点后的主要限制因子。
一般来说，饱和点前的限制因子就是横坐标表示的因子，饱和点后的限制因子主要是横坐标表示的因子以外的因子。
探究示例2
（2011·南京模拟）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．③图中，阴生植物的b点值一般比阳生植物的低
C．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
D．②图中Y因素最有可能代表光照强度
听课记录：
实验探究 绿叶中色素的提取与分离实验
1．实验原理
（1）各种色素都能溶解在____________________中形成溶液，使色素从生物组织中脱离出来。
（2）各种色素都能溶解在层析液中，但在层析液中的溶解度________：
溶解度________的色素分子随层析液在滤纸上扩散得________，反之则________，所以不同色素可以在滤纸上因________________而分开，各种色素分子在滤纸上可形成不同的色素带。
2.实验流程
观察结果：
滤纸条上色素带有四条，如图：
思维拓展
1．提取绿叶中色素的关键
（1）叶绿素不稳定，易被破坏，因此研磨要迅速、充分以保证提取较多的色素。
（2）滤液收集后，要及时用棉塞将试管口塞紧，以防止滤液挥发。
（3）称取绿叶的质量和加入无水乙醇的体积要适当，以保证提取液的浓度。
2．分离绿叶中色素的关键
（1）滤液细线不仅要细、直，而且要含有较多的色素，因此要在滤液干后，重复画1～2次。
（2）滤纸上的滤液细线不能触及（或没入）层析液，否则会使滤液中的色素溶解于层析液中，滤纸条上得不到色素带，使实验失败。
3．要提取绿色植物叶肉细胞叶绿体中的色素，至少要破坏1层细胞膜、2层叶绿体膜，共3层生物膜（3层磷脂双分子层或6层磷脂分子）。
要将叶肉细胞中色素完全提取，还需加上1层液泡膜。
探究示例3
（2010·南通模拟）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，丙和丁主要吸收红光
听课记录：
题组一 光合作用的色素和过程
1．下列关于叶绿体中色素的叙述，正确的是（多选）（ ）
A．色素的提取与分离实验中滤纸条上的色素带从上到下最宽的是第3条
B．研磨液要用滤纸过滤，盛放滤液的小试管要及时用棉塞塞紧
C．叶绿体中的色素只分布在类囊体薄膜上
D．叶绿素主要吸收蓝紫光和红光
2．下图表示德国科学家萨克斯的实验，叶片光照24h后，经脱色并用碘液处理，结果有锡箔覆盖的部位不呈蓝色，而不被锡箔覆盖的部位呈蓝色。
本实验证明（ ）
①光合作用需要二氧化碳 ②光合作用需要光 ③光合作用需要叶绿素 ④光合作用放出氧气 ⑤光合作用产生淀粉
A．①②B．③⑤C．②⑤D．①③
3．（2011·苏州模拟）如图为叶绿体亚显微结构图，下列关于其结构与功能的叙述，不正确的是（ ）
A．①和②均为选择透过性膜
B．光反应的产物有O2、[H]、ATP等
C．③上的反应需要光，不需要酶，④上的反应不需要光，需要多种酶
D．光能转变为活跃的化学能在③上进行，活跃的化学能转变为稳定的化学能在④中
完成
4．（2010·汕尾调研）下列关于光合作用的叙述中，正确的是（ ）
A．暗反应在细胞质基质中进行
B．光合作用产生的葡萄糖中的碳和氧都来自于二氧化碳
C．光反应产生的ATP可以用于暗反应，也可以用于其他生命活动
D．光反应只进行能量代谢，不进行物质代谢；暗反应则刚好相反
题组二 影响光合作用的因素
5．（2011·西安安铁一中高三期中）科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一种植物光合作用强度的影响，得到实验结果如下图。
请据图判断下列叙述不正确的是（ ）
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时，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a～c时，曲线Ⅰ、Ⅲ光合作用强度随光照强度升高而升高
6．如图表示叶片光合速率与叶肉细胞间隙中CO2浓度的关系，下列有关叙述正确的是（多选）（ ）
A．BC段的斜率与叶绿体内固定CO2的酶活性呈正相关
B．温室效应能提高植物光合速率
C．当CO2浓度低于b时，植物不进行光合作用
D．当CO2浓度高于s时，Pm值主要受光反应速率的限制
7．（2010·广州调研）下图为高等绿色植物光合作用图解，以下说法正确的是（ ）
A．①是光合色素，分布在叶绿体和细胞质基质中
B．②是氧气，可参与有氧呼吸的第三阶段
C．③是三碳化合物，能被氧化为（CH2O）
D．④是ATP，在叶绿体基质中生成
题号
1
2
3
4
5
6
7
答案
8.请回答与光合作用有关的问题：
（1）甲、乙、丙三种植物光合作用强度与光照强度的关系如下图所示，据图回答：
①强光下上述三种植物固定CO2能力最强的植物是______________。
②乙植物达到最大光合作用强度所需的最低光照强度是____（a、b、c、d）。
③当光照强度从a到b时，____植物光合作用强度增加的最快。
（2）植物光合作用产生的O2来自H2O，还是来自CO2？
请写出简单实验思路证明你的结论。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
学案12 能量之源——光与光合作用
课前准备区
一、1.
（1）①无水乙醇 二氧化硅 研磨充分 色素
②溶解度 溶解度大
（2）蓝绿色 黄绿色 红光和蓝紫光 最下层 橙黄色 黄色 蓝紫光 最上层
2．
（1）类囊体
（2）类囊体薄膜上 类囊体薄膜 基质中 （3）光合作用
二、2.
（1）①类囊体薄膜 ②光能 ③O2 [H] ATP
④化学能
（2）①基质 ②酶 ③2C3 （CH2O）＋C5 ④有机物中稳定化学能
3．
（1）糖类
（2）CO2 水分 强弱
4．
（1）无机物 有机物
（2）氨 亚硝酸 硝酸 CO2 H2O 糖类
课堂活动区
探究点一
1．2H2O 色素 CO2 ADP＋Pi CH2O
2．需叶绿素和光、酶、水 叶绿体的基质 ATP 2C3 （CH2O）＋C5＋H2O ATP中活跃的化学能 （CH2O）中稳定的化学能 同化CO2形成（CH2O）
探究示例1 D [叶绿体中的色素主要分布在类囊体薄膜上，H2O在光下分解的过程也是在类囊体薄膜上进行的，CO2的固定和淀粉的合成发生在暗反应中，在叶绿体的基质中进行。
]
探究点二
1．
（1）①细胞呼吸 细胞呼吸 ②逐渐增强 逐渐减少 细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用 ③光补偿点 光合作用强度等于细胞呼吸强度 ④光饱和点
（2）前移 较低 光能 提高
2．
（1）①光合作用速率等于细胞呼吸速率时 最低浓度 ②CO2饱和点
（2）光能利用率
3．
（1）光合作用有关酶的活性
（2）白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸
探究示例2 D
实验探究
1．
（1）有机溶剂（无水乙醇等）
（2）不同 大 快 慢 扩散速度不同
2．5g SiO2 CaCO3 无水乙醇 尼龙布 棉塞塞严 干燥 试管长和宽 剪去两角 剪去两个角 毛细吸管 待滤液干 滤液细线 软木塞 层析液 橙黄色 黄色 蓝绿色 黄绿色
探究示例3 B [本题考查对绿叶中色素的提取和分离实验的理解。
根据图示中不同色素的扩散距离可以判断出乙为叶绿素a，甲为叶绿素b，丙为叶黄素，丁为胡萝卜素。
A项加入碳酸钙的目的是保护色素，防止色素被破坏；C项在层析液中溶解度最大的是胡萝卜素；D项丙、丁主要吸收的是蓝紫光；衰老叶片中叶绿素被破坏，使得叶片中（甲＋乙）＜（丙＋丁），所以B项正确。
]
思路导引 解答该题要从以下方面入手：
①熟习色素提取与分离的方法、原理、注意事项，②色素的种类及可吸收的主要色素，③落叶、衰老叶片色素含量的变化。
构建知识网络
①叶绿体 ②叶绿体类囊体薄膜 ③光、色素、酶 ④水的光解和ATP的形成 ⑤光能转变为ATP活跃化学能 ⑥叶绿体基质 ⑦多种酶 ⑧CO2的固定 ⑨ATP中活跃化学能转变为（CH2O）为中稳定化学能 ⑩[H]、ATP ⑪ADP＋Pi ⑫光照、CO2、温度、水、矿质元素等
课后练习区
1．ACD [研磨液要用脱脂棉进行过滤，而不能用滤纸，若用滤纸，色素分子不能通过滤纸而沾在滤纸上，得不到含有色素的滤液。
]
2．C [光照一段时间，叶片裸露的部分进行光合作用，脱色后用碘液处理变蓝，说明有淀粉生成；有锡箔覆盖的位置因无光照，不能进行光合作用，未产生淀粉，用碘液处理不变蓝，说明光合作用需要光，没有光就不能进行光合作用。
]
方法点拨 由萨克斯的实验设计，可得出两上实验结论：
（1）光是光合作用的必要条件（叶片遮光部分为实验组，见光部分为对照组）。
（2）淀粉是光合作用的产物（叶片遮光部分为对照组，见光部分为实验组）。
所以表面看是由一组对照实验得出了两个结论，实质上仍为一组对照实验只能得出一个结论。
3．C [光反应阶段中，ATP的生成需要酶。
]
4．B [本题考查对光合作用过程的理解。
A项暗反应的场所是叶绿体基质；C项光反应产生的ATP只用于暗反应，为C3还原提供能量，不能用于其他生命活动；D项光反应、暗反应过程都存在能量代谢和物质代谢。
]
5．D [在二氧化碳浓度和温度一定的情况下，植物光合作用的强度随光照强度的增加而增强，达到一定的光照强度后，光合作用速率不再随光照强度的增强而加快。
分析图中曲线可知：
曲线Ⅰ、Ⅱ的差异是温度不同，而其他条件相同，说明Ⅰ、Ⅱ曲线的差异是由温度不同而造成的；曲线Ⅱ、Ⅲ的差异是由二氧化碳浓度的不同造成的。
]
规律方法 坐标曲线图中限制因素的判断：
在曲线上升阶段，其限制因素为横坐标所表示的因子；当曲线达到最大值后，限制因素就要从内部因素和外部因素两个方面考虑。
6．ABD [CO2浓度低于b时，植物的光合速率小于呼吸速率，故C错。
]
7．B [根据光合作用图解可知，图中①是光合色素，分布在叶绿体类囊体薄膜上；②是氧气，可参与有氧呼吸的第三阶段，与有氧呼吸第一、二阶段产生的[H]结合生成水，释放大量的能量；③是三碳化合物，在由光反应阶段提供的[H]和ATP的作用下还原为（CH2O）；④是ATP，在叶绿体类囊体薄膜上生成。
]
8．
（1）甲 c 甲
（2）来自于H2O 分别将C18O2和H
O提供给两组植物，分析两组植物光合作用释放的O2，若18O2仅在H
O
组植物中产生，即可证明上述结论
解析
（1）①依题意，在强光下甲植物光合作用强度较乙、丙植物高，因此，甲固定CO2的能力最强。
②随着光照强度的增强，乙植物在c光照强度时达到最大光合作用强度。
③在a点，三种植物的光合作用强度相同，而b点时，甲的光合作用最大，所以甲植物光合作用强度增加的最快。
（2）首先分别标记CO2和H2O中的氧将其提供给两组植物作为光合作用的原料，分析两组植物光合作用释放的O2。
规律方法 影响光合作用的外界因素
（1）影响光合作用的主要因素有光照强度、CO2浓度和温度等。
（2）分析光照强度、CO2浓度、温度与光合速率的变化曲线及其应用。
①曲线图
②图形分析：
在P点之前，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因素。
随着该因素的不断增强，光合速率不断提高。
在Q点时，横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因素，要提高光合速率，可适当提高图示的其他因素的含量或强度等。
③应用：
温室栽培时，在一定的光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，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。
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