第4节 能量之源光与光合作用.docx

1、第4节 能量之源光与光合作用第4节 能量之源光与光合作用南康二中 李 亮一、考纲说明色素的提取和分离实验，叶绿体中的色素的种类和作用光合作用的认识过程.光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系光合作用的原理和应用二知识网络 1. 绿叶中色素：胡萝卜素、叶黄素，叶绿素：叶绿素a、叶绿素b。叶绿素a和叶绿素b主要吸收红橙光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。因为对绿光吸收最少，绿光做反射出来，所以叶片呈现绿色2.叶绿体的结构：叶绿体一般呈椭球形或球形；在电子显微镜下可以看到其外表有双层膜，内部有许多类囊体(由圆饼状囊状结构构成) 组成的基粒，基粒之间充满基质；吸收光能的各种色素分布在类囊体的薄

2、膜上3.光合作用概念：光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放氧气的过程。4.光合作用的探究历程5. 光合作用的过程光叶绿体反应式：CO2 + H2O (CH2O) + O21 光反应 概念：光合作用第一阶段中的化学反应，必须有光才能进行 反应场所：类囊体的薄膜光合色素吸收光能的用途一是：将水分解成氧气和H，二是：在有关酶的作用下，促成ADP和Pi发生化学反应，形成ATP光反应为暗反应提供H和ATP 暗反应 概念：光合作用第二个阶段中的化学反应，有没有光都能进行 反应场所：叶绿体基质 光反应与暗反应的关系是：两者在光合作用过程中既有区别又紧密联

3、系，缺一不可。 6.光合作用原理的应用 光合作用的强度是：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量，提高光合作用强度的措施：控制光照强度和温度的高低、适当增加作物环境中CO2浓度 环境因素对光合作用的影响 影响光合作用的因素：光照强度、光质、CO2浓度、水、温度、无机盐等 光合作用的强度可用：测定一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量地表示。将叶片置于注射器内处理的目的：使气体逸出，小叶片上浮是因为：光合作用产生了O2化能合成作用 概念：微生物利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量制造有机物的合成作用举例：硝化细菌第1课时 捕获光能的色素考点梳理 知识点一绿叶中色素的提取和分离（1）

4、.实验原理：.提取的色素原理：色素能溶解在有机溶剂无水乙醇分离色素的原理：各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的则在滤纸上扩散的快。.二氧化硅的作用：使研磨更加充分.碳酸钙的作用：防止色素被分解（2）.目的要求：绿叶中色素的提取和分离及色素的种类（3）.材料用具：新鲜的绿叶、定性滤纸等、无水乙醇等（4）方法步骤： a.提取绿叶中的色素：5g绿色叶片（剪碎）+少许SiO2+CaCO3+10ml无水乙醇。迅速充分研磨，过滤收集绿色滤液，加盖b.制备滤纸条 c.画滤液细线：干燥后，重复几次，细、直、匀d.分离绿叶中的色素：纸层析法（有滤液细线的一端朝下，下端应插入层析液中，滤液细线不能触及层析液

5、）e.观察和记录(5).实验中几个关键问题 取叶要新鲜 ， 滤液中含有较多的色素； 研磨要迅速充分，防止丙酮挥发，不宜加过多丙酮防止液体浓度变小；在试管内放置液体要用胶塞密封； 画滤液细线要重复次，以便色素带清晰； 滤液细线要细、直，防止色素带重叠； 滤液细线勿浸入层析液，防止色素溶解在层析液中； 层析时，烧杯要加盖，避免苯等有毒物质挥发出来污染空气； 实验结束，要用肥皂洗手，因为实验中可能接触了苯等有毒物质； 滤纸条要避光保存，防止褪色例1 下列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(

6、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【解析】选B。新鲜叶片中,含量最多的是叶绿素a(乙),其次是叶绿素b(甲),含量最少的是胡萝卜素(丁),丙是叶黄素。光合色素提取时加CaCO3是为了防止叶绿素被破坏。水稻在收获季节,颜色变黄是由于叶绿素(甲+乙)含量少于类胡萝卜素(丙+丁)。胡萝卜素在层析液中的溶解度最大。叶黄素和胡萝卜素主要吸收蓝紫光。例2.在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，正确的是（ ）A.用质量分数为15%的盐酸、体积分数为95%的酒精溶液的混合液（11）进行解离，使细胞分散开来B.可以用93号汽油作层析液C.研磨时要

7、加入碳酸钙，以防止叶绿体被破坏D.研磨液用滤纸过滤后，盛放滤液的小试管要及时用棉塞塞紧【解析】选B。光合色素的提取和分离不需要解离。研磨时叶绿体会被破坏，加入碳酸钙是为了保护色素不被破坏。研磨液过滤时要用纱布而不能用滤纸，滤纸容易吸附色素。故A、C、D均不正确。实验中若无层析液可以用93号汽油代替，色素分子随汽油在滤纸上的扩散速度不同也会分离开知识点二。1. 叶绿体中色素的分布1 叶绿体的分布 ：叶肉细胞中，其他：幼嫩茎、果实等器官的一些细胞中，保卫细胞2 叶绿体的结构：少量的DNA和RNA.叶绿体的外膜、内膜、类囊体薄膜类囊体，基粒 吸收光能的色素分布于类囊的薄膜上，极大地扩展了受光面积与光

8、合作用有关的酶，分布在叶绿体基粒类囊体上、基质中 2.。例3.如图为叶绿体亚显微结构图,关于结构与功能的叙述不正确的是（）A.和均为选择透过性膜B.上分布有与光合作用有关的酶和色素C.上的反应需要光,不需要酶,中的反应不需要光,需要多种酶D.光能转变为活跃的化学能在上进行;活跃的化学能转变为稳定的化学能在中完成【解析】选C。生物膜都是选择透过性膜。为基粒,其上分布有色素及与光反应有关的酶,是光反应的场所,实现光能到活跃化学能的转换,为基质,是暗反应的场所,实现活跃的化学能到稳定化学能的转变。实验创新探究同位素标记法科学家通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程。这种方法叫做同位素

9、标记法。例4光合作用是地球上最重要的化学反应。同位素标记法的引入，为探寻和建立光合作用的化学反应过程，作出了巨大的贡献。（1）1941年，鲁宾用同位素标记法追踪光合作用中O2的来源。鲁宾用H218O和普通的CO2进行小球藻光合作用实验（见图A），结果放出的O2具有放射性。若用C18O2和普通的H2O进行光合作用实验（见图B），结果产生的O2不具有放射性。综合实验、，可获得的结论是_。（2）美国科学家卡尔文用同位素标记法来追踪CO2是如何转变成碳水化合物的。卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2,光照一定时间(从1秒到数分钟)后杀死小球藻,同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30秒的时间，二氧化碳已经

10、转化为许多种类的化合物。想要探究CO2转化成的第一个产物是什么，可能的实验思路是_实验发现，在光照下物质A和物质B的浓度很快达到饱和并保持稳定。此时突然中断CO2的供应，A、B物质的变化如图C所示。以上实验说明，固定二氧化碳的化合物是_，二氧化碳转化的第一个产物是_。【解析】（1）由图A CO2+H218O 18O2和图B C18O2+H2O O2可知，光合作用释放的O2来源于H2O。（2）卡尔文实验中仅30秒的时间内，CO2已经转化为许多种类的物质，无法判断哪种化合物是第一个产物，因此要探究CO2转化的第一个产物，只有尽可能缩短光照时间，然后杀死小球藻，同时提取产物分析，当检测到的产物只有一

11、种时，该化合物就是第一个产物。突然中断CO2供应，固定CO2的化合物的消耗将减少，其含量将逐渐增多（如物质B），而CO2转化的第一个产物将开始减少（如物质A）。答案：（1）光合作用释放的O2来源于H2O，而不是CO2（2）缩短光照时间，当检测到的化合物只有一种时，这个化合物就是第一个产物 B A技能演练1.（2009安徽T1）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【解析】选D。解答本题需要的知识点

12、有：叶绿体的结构和功能；叶绿素的分布及作用；光合作用不同阶段发生的部位等。叶绿体的外表有内、外两层膜，内部有许多基粒，基粒之间充满了基质，每个基粒都是由类囊体堆叠而成的；叶绿体中的色素主要分布在类囊体的薄膜上，H2O在光下分解的过程也是在类囊体的薄膜上进行的，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。2.(2008海南T2)关于叶绿体色素在光合作用过程中作用的描述，错误的是()A.叶绿体色素与ATP的合成有关B.叶绿体色素参与ATP的分解C.叶绿体色素与O2和H的形成有关D.叶绿体色素能吸收和传递光能【解析】选B。解答本题要明确色素的作用和光合作用的过程。色素的作用是吸收光

13、能并传递光能，一是将水分解成氧和H，氧直接以分子的形式释放出去，H参与暗反应阶段的化学反应；二是在有关酶的催化下形成ATP，不参与ATP的分解。3.（2008山东T7）如图所示为叶绿体中色素蛋白等成分在膜上的分布。在图示结构上()A.生物膜为叶绿体内膜B.可完成光合作用的全过程C.发生的能量转换是：光能电能化学能D.产生的ATP可用于植物体的各项生理活动【解析】选C。解答本题只要明确生物膜、叶绿体的结构、色素的作用和光合作用过程的光反应阶段的特点即可。从图中可以看出：色素吸收光，利用光能，将水进行光解成氧和H，并产生ATP，此过程是光合作用的光反应阶段，在叶绿体类囊体的薄膜上进行，暗反应需在叶

14、绿体基质中进行；光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，光反应阶段将光能转变成电能，再将电能转化成ATP和H中活跃的化学能；光反应产生ATP只用于光合作用的暗反应，而用于植物体各项生理活动的ATP来自细胞呼吸。4.1915年、1930年、1965年三年度的诺贝尔奖都授予了有关叶绿素研究方面的科学家，下列有关叶绿素的说法正确的是（）A.叶绿素在高等植物体内有两种，叶绿素a呈黄绿色，叶绿素b呈蓝绿色B.叶绿体的类囊体薄膜和基质中均含有与光合作用有关的色素和酶C.在绿叶中色素的提取和分离实验中，在滤纸条上叶绿素a比叶绿素b扩散得快D.叶绿体中的色素合成都需要光【解析】选C。叶绿素分叶绿素a和叶绿素b两种

15、类型，前者为蓝绿色，后者为黄绿色；叶绿体类囊体薄膜上分布有色素和与光反应相关的酶，基质中只含有与暗反应有关的酶；在色素提取和分离实验中，叶绿素a比叶绿素b扩散得快；叶绿素的合成需要光照，而类胡萝卜素的合成不需要光照。5.（2010池州模拟）在叶绿体色素的提取和分离实验中，收集到的滤液绿色过浅，其原因可能是（）未加石英砂，研磨不充分一次加入大量的无水乙醇提取分次加入少量无水乙醇提取使用放置数天的菠菜叶A.B.C.D.【解析】选D。滤液绿色过浅，即色素溶液浓度过低，可能原因是色素提取过少，或加入溶剂（无水乙醇）过多。6.下列对叶绿体和线粒体结构和功能的叙述，正确的是（）A.叶绿体中可发生CO2C3

16、C6H12O6过程，线粒体中可发生C6H12O6C3CO2过程B.ATP和H在叶绿体中随水的分解而产生，在线粒体中随水的生成而产生C.光能转变成化学能发生在叶绿体中，化学能转变成光能发生在线粒体中D.都具有较大膜面积和复杂的酶系统，有利于新陈代谢高效而有序地进行【解析】选D。A错误，有氧呼吸时，C6H12O6C3发生在细胞质基质中。B错误，有氧呼吸三个阶段都产生ATP，生成水的过程消耗H；C错误，线粒体是完成有氧呼吸的主要场所，将葡萄糖等有机物中的化学能释放出来，合成ATP。线粒体不能把化学能转变成光能。D正确，叶绿体通过类囊体重叠扩大膜面积，线粒体通过内膜向内折叠扩大膜面积。7.下列关于叶绿

17、体和光合作用的描述中，正确的是（）A.叶片反射绿光故呈绿色，因此日光中绿光透过叶绿体的比例最小B.叶绿体的类囊体薄膜上含有自身光合作用所需的各种色素C.光照下叶绿体中的ATP主要是在叶绿体基质中合成的D.在日光下，叶片中的叶绿素等量吸收不同波长的光【解析】选B。叶绿素对绿光的吸收量最少，因此日光中透过叶绿体的光中绿光比例最大，选项A错误；光照下叶绿体中的ATP是利用光合色素吸收的光能，在有关酶的催化作用下由叶绿体自身合成的场所是类囊体薄膜，选项C错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，而不是等量吸收各种光，选项D错误；与光合作用有关的色素都分布于叶绿体的类囊体薄膜上，选项B正确。8.为探究叶绿体吸收

18、光能后是否有氧气产生，某学者设计了以下实验：制作载有水绵和好氧性细菌的临时装片，用极细光束照射水绵，同时放在显微镜下观察。下列关于该实验的分析，不正确的是（）A.在光束照射到水绵之前，应该加三棱镜将混合光分解成连续光谱B.临时装片应放置在没有空气的黑暗环境中C.用好氧细菌起指示作用D.水绵的带状叶绿体有利于设置对照条件【解析】选A。该实验的自变量是光的有无，而不是不同波长的光，因此不需要用三棱镜将混合光分解为连续光谱。此实验既不能在光下也不能在空气中，因为那样会干扰实验结果。9.如图为叶绿体结构与功能示意图，请据图判断下列有关说法中不正确的是（）A.光合作用的光反应在图中A处进行,必须在有光条

19、件下进行B.光合作用过程中释放的O2来自于H2OC.光合作用的暗反应在图中B处进行,必须在无光条件下进行D.光合作用过程中CO2被固定并还原成图中的甲物质【解析】选C。图中A为基粒,是光反应的场所,光反应必须在光下进行。图中B为叶绿体基质，是暗反应的场所，暗反应在光下也可进行。图中甲是有机物，是由C3还原生成的。10.将长势相同的三盆麦苗分别置于钟罩内，如图所示，若干天后，与丙盆相比，甲、乙两盆麦苗长势()A.甲、乙、丙三盆麦苗长势相近B.甲与丙长势相近，乙比丙长势差C.乙与丙长势相近，甲比丙长势差D.甲、乙长势都比丙好【解析】选C。甲盆罩有绿色透明膜，因此罩内的麦苗得到的主要是绿光。同理，乙

20、罩的麦苗得到的主要是红光。丙盆的透明罩能透过各种波长的光，即麦苗能得到各种波长的光，显然丙盆是该实验中的对照组，由于麦苗进行光合作用主要利用的是可见光中的红光和蓝紫光，所以，乙盆与丙盆的麦苗长势相近，而甲盆中的麦苗缺少可利用的光，长势较差。11.（2010巢湖、安庆模拟）在苹果表面贴上深色的字，成熟后的苹果表面便出现字迹。下列说法正确的是（）A.字迹处的CO2利用率提高B.字迹处的糖含量增加C.字迹处的ATP合成量增加D.字迹处的叶绿素含量下降【解析】选D。叶绿素的合成需要光照，在苹果表面贴上深色的字影响光照，使果皮叶绿素不能合成导致颜色较浅，而呈现出字迹。12.如图是在“绿叶中色素的提取和分

21、离”实验中得到的四条色素带，若将其置于暗室中，并用红光照射，色素带呈暗色的是（）A.B.C.D.【解析】选C。叶绿素a和叶绿素b吸收红光和蓝紫光。图中是叶绿素a，是叶绿素b。二、非选择题：14.（24分）科学家用巧妙的实验研究了光合作用的作用光谱。将棱镜产生的光谱投射到一种丝状绿藻上，并在丝状绿藻的悬液中放入一些细菌，然后在显微镜下观察细菌在丝状绿藻不同波长的光照下，各部分的聚集情况（如图所示）。请分析回答下列问题：(1)细菌聚集多的部分表示_的浓度高,即这些部位丝状绿藻的_强度高。（2）从细菌大量聚集的区域可以看出，叶绿体的色素主要吸收_。（3）如何使丝状绿藻周围的细菌呈均匀分布？_。（4）

22、如果某同学也将一些细菌与水绵一起制成临时装片，用极细的光束照射，若发现细菌没有趋向水绵照光部位，则判断细菌已死亡。这种判断是否正确？_，原因是_。【解析】由a、b图可看出，叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光几乎不吸收，故被红光和蓝紫光照射的部位光合作用强，释放的O2多，好氧细菌大量聚集。若用厌氧细菌，则细菌不会随光照而移动。答案：（1）O2 光合作用（2）红光和蓝紫光（3）去掉棱镜的分光（4）不正确 选择的细菌如果不是好氧细菌，则细菌不会趋向水绵的照光部位5.在探究叶绿素的合成所需要的条件时，有人利用豌豆幼苗做了如下实验：（1）甲、乙两组实验结果可说明_。（2）甲、丙两组对照可说明_。

23、（3）叶绿素的合成需要适宜的温度可由_对照说明。（4）以上实验说明叶绿素必须在有光条件下才能形成，但不确定不同颜色的光对叶绿素的形成是否有影响。请利用所给材料，探究红光和绿光与叶绿素形成的关系。材料和用具：红、绿两种光源、盛有沙土的花盆、大豆种子、清水及其他所需条件。实验步骤a.将大豆种子各30粒，用清水浸泡后，种入盛有沙土的A、B两个花盆中。b._。c.数天后，统计并记录A、B两盆中大豆幼苗的叶片是绿色的植株数量。预测结果及结论【解析】（1）（2）（3）甲、乙两组的单一变量是Mg，因变量是叶片的颜色，由此可确定叶绿素的合成需要Mg。同理，甲、丙对照可说明叶绿素合成需要光照，甲、丁对照可说明叶

24、绿素的合成需要适宜的温度。（4）实验的单一变量是不同颜色的光，因此将大豆幼苗分组并给予不同颜色的光照，根据叶的颜色予以判断。答案：（1）镁是合成叶绿素的必需元素（2）叶绿素的合成需要光照 （3）甲与丁（4）b.将A、B两个花盆分别放置在只有红光和只有绿光的条件下培养，再每天定时浇适量的水方法技巧：影响叶绿素合成的因素（1）光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。（2）温度：温度可影响与叶绿素合成有关酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。（3）必需元素：叶绿素中含有N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，

25、叶变黄。第二课时考点梳理 知识点一光合作用的探究历程、1771年，英国科学家普利斯特利，证实植物可以更新因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸而污染的空气、1779年，荷兰科学家英格豪斯，做实验发现普利斯特利的实验只有在光照射下才能成功，植物只有绿叶才能更新污染的空气，植物在光下放出氧气，吸收二氧化碳、1845年，德国科学家梅耶根据能量转换和守恒定律指出植物进行光合作时，把光能转化为化学能储存起来、1864年，德国科学家萨克斯做实验成功地证明光合作用的产物除了氧气外还有淀粉。 其实验中将绿叶放暗处放置儿小时的目的是消耗掉叶片中的营养物质、1939年美国科学家鲁宾和卡门利用同位素示踪法有力地证明了光合作用释放氧

26、气来自水、20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻进行实验，最终探明CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，这一途径称为卡尔文循环。例1.下列关于光合作用的探究历程的叙述，不正确的是（）A.萨克斯让叶片在暗处放置几小时，然后一半遮光、一半曝光处理，得出光合作用需要光照才能进行的结论B.恩格尔曼以好氧细菌和水绵为实验材料进行实验，得出氧气是由叶绿体释放出来的结论C.梅耶根据能量转化和守恒定律，指出植物在进行光合作用时把光能转换成化学能储存起来D.鲁宾和卡门利用放射性同位素标记法，证明光合作用释放的氧气来自水【解析】选A。萨克斯让叶片在暗处放置几小时，然后一半遮光，一半曝光，证明了光合

27、作用的产物除了氧气外，还有淀粉。恩格尔曼证明了光合作用产生氧气。梅耶推测光合作用把光能转换为化学能。鲁宾和卡门证明了光合作用中的氧气来自水。知识点二光合作用的过程1. 光合作用的反应式 CO2+H2O* （CH2O）+O*2、光合作用的原料：二氧化碳 、水、光合作用的产物：有机物、氧气、光合作用的条件：光：光合作用的场所：叶绿体2. 过程：根据是否需要光，光合作用分为光反应和暗反应.光反应：在叶绿体的基粒类囊体薄膜上进行。叶绿体中的色素的作用：吸收光能促进水分子的光解，将水分子分解成还原氢H和氧气 促进ADP和Pi生成ATP光反应生成的ATP和还原氢H为暗反应提供两个必要条件。.暗反应：在有光

28、和无光的环境下都可以进行。在叶绿体的基质中进行。暗反应分为两个过程二氧化碳固定和二氧化碳还原。 二氧化碳的固定是指：CO2和C5生成C3二氧化碳的还原是指；C3被H还原，接受ATP释放的能量，一些形成有机物，另一些C3又形成C5。 光反应阶段与暗反应阶段的比较：项目光反应阶段暗反应阶段场所叶绿体基粒类囊体薄膜叶绿体基质条件光,色素和酶H，ATP 、酶物质变化2H2O 4H+O2ADP+Pi ATPCO2的固定CO2+C5 2C3ATP ADP+Pi +能量C3的还原：2C3 CH2O 能量变化光能转变为活泼的化学能，储存在在ATP中ATP中活泼的化学能转化为糖类等有机物中稳定的化学能思考：1、

29、如何判断光合作用已经开始进行？氧气的释放2、光合作用过程中能量的转换过程 ？光能ATP的活泼化学能 有机物中的稳定化学能3、光合作用过程中碳的转移途径？CO2 C3 （CH2 O）4、光合作用的产物中，氧气、葡萄糖中的碳、葡萄糖中的氢、葡萄糖中的氧依次分别来自什么物质？水的光解、二氧化碳、水的光解、二氧化碳5、光合作用过程中，当CO2突然下降时，C5随着突然升高，C3随着突然下降。例2. 光合作用过程中，在叶绿体类囊体薄膜上产生的物质是（）A.C3、C5和葡萄糖B.C3、C5和ATPC.ADP、H和O2D.ATP、H和O2【解析】选D。光反应在叶绿体的类囊体薄膜上进行，主要的变化是ADP合成ATP和水的光解，ATP、H和O2均为这一阶段的产物。ADP、C3、葡萄糖等为暗反应的产物。例3. 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.C3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【解析】选B。图示的光合作用阶段为光合作用的暗反应，该反