学年中图版必修一 第3单元 第2章 第3节 光能的捕获和利用 学案.docx

1、学年中图版必修一 第3单元 第2章 第3节 光能的捕获和利用 学案第三节光能的捕获和利用学习目标1.掌握光合作用的过程及光反应与暗反应的联系。(重点)2.影响光合作用强度的环境因素。(重难点)一、光合作用的早期研究1概念光合作用2探究历程科学家实验过程实验结论1642年海尔蒙特柳树干土雨水植物的重量来自于雨水1771年普里斯特利植物能净化空气英格豪斯植物更新空气实验只有在光下，植物体才能更新空气1864年萨克斯绿叶暗处放置叶片一半曝光、一半遮光碘蒸汽处理颜色变化(曝光处呈深蓝色)植物叶片在光合作用中产生了淀粉1880年恩吉尔曼水绵好氧细菌(1)氧是由叶绿体释放的(2)叶绿体是光合作用的场所19

2、41年鲁宾和卡门光合作用释放的氧气全部来自于水二、叶绿体的结构1叶绿体膜是由a外膜和b内膜共同组成，是双层膜。2每个c基粒是由数十个类囊体组成的，它们之间还有基质类囊体与基粒的类囊体相连。其膜上分布有与光反应有关的色素和酶。3d基质内含有与暗反应有关的酶及少量DNA和RNA。4.三、光合作用过程1光反应(1)条件：光。(2)场所：类囊体膜。(3)过程(4)能量变化：光能电能活跃化学能。(5)物质变化2H2OO24H4eADPPi能量ATPNADP2eHNADPH2暗反应(1)条件：不需光，但需CO2。(2)场所：叶绿体基质。(3)过程二氧化碳的固定：CO2C52C3。C3的还原2C3(CH2O

3、)C5(4)能量变化：活跃化学能稳定化学能。3光合作用总反应式CO2H2O(CH2O)O2。四、影响光合作用的因素影响光合作用的因素较多，如光照强度、CO2浓度、温度、无机盐、水分、叶龄等。五、叶绿体色素的提取与分离(实验)1实验原理(1)色素提取的原理叶绿体中的色素都是有机物，能溶解于丙酮等有机溶剂中，形成色素溶液，把色素从生物组织中提取出来。(2)色素分离的原理叶绿体中的色素能够溶解在层析液中，但溶解度各不相同。随着层析液在滤纸条上扩散，溶解度大的色素分子随层析液在滤纸条上扩散得快；反之则慢，因此不同的色素就在滤纸条上扩散分开，形成不同的色素带。2实验步骤步骤方法原因色素提取选取新鲜叶片：

4、色素含量高加入少许石英砂和碳酸钙粉：使研磨充分、保护色素加入2 mL丙酮：溶解、提取色素将研磨液迅速倒入基部垫有单层尼龙布的玻璃漏斗中过滤，滤液收集到试管中，及时用棉塞塞紧试管口试管口加棉塞：防止溶剂挥发，并充分溶解色素分离色素剪去两角：防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快画滤液细线画得细、齐、直；重复画层析液不能没及滤液细线：防止色素溶于层析液中盖上培养皿是为了防止层析液挥发(因为层析液中的丙酮、苯等有毒性)观察与分析光合作用的早期研究探讨：萨克斯实验中，实验前先要把植物在黑暗中放置一段时间，其目的是什么？遮光组和曝光组哪一组为实验组？哪一组为对照组？此实验除了能证明光合作用的产物有淀粉外，还

5、能说明什么问题？提示：实验前先要把植物在黑暗中放置一段时间的目的是消耗掉叶片中的淀粉，以免影响实验结果；实验中改变条件的是实验组，因此曝光组为对照组，遮光组为实验组；此实验还能说明光合作用需要光照。探讨：鲁宾和卡门实验采用的实验方法是什么？第一组和第二组有没有实验组和对照组的区别？提示：同位素标记法；没有实验组和对照组的区分，属于相互对照。探讨：卡尔文往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照 ，然后用热酒精杀死小球藻，分别测定不同光照时间下，小球藻中的放射性物质，结果如下：实验组别光照时间(s)放射性物质分布12三碳化合物22012种磷酸化糖类360除上述12种磷酸化糖类

6、外，还有氨基酸、有机酸等(1)卡尔文用热酒精杀死小球藻的目的是什么？提示：目的是使酶失活，终止小球藻的光合作用及其他代谢过程。(2)根据实验结果分析光合作用过程中CO2首先固定在哪一种化合物中？提示：三碳化合物。(3)光合作用产生的糖类物质还能转化为哪些物质？提示：氨基酸、有机酸等。1普里斯特利的实验(1)实验过程及现象密闭玻璃罩绿色植物(2)实验分析缺少空白对照，实验结果说服力不强，应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于玻璃罩内，作为空白对照。没有认识到光在植物更新空气中的作用，而将空气的更新归因于植物的生长。由于当时科学发展水平的限制，没有明确植物更新气体的成分。2萨克斯的实验(1)实验过程及现

7、象黑暗中饥饿处理的绿叶(2)实验分析设置了自身对照，自变量为光照，因变量是叶片颜色变化。实验的关键是饥饿处理，以使叶片中的营养物质消耗掉，增强了实验的说服力。本实验除证明了光合作用的产物有淀粉外，还证明了光是光合作用的必要条件。3鲁宾和卡门的实验(1)实验过程及结论(2)实验分析：设置了对照实验，自变量是标记物质(HO和C18O2)，因变量是O2的放射性。1历经一个多世纪，经过许多科学家的实验，才逐渐发现光合作用的场所、条件、原料和产物，在下面几个著名实验中，相关叙述不正确的是()A普里斯特利的实验证明了植物可以更新空气B萨克斯的实验也可证明光是光合作用的必要条件C恩吉尔曼的实验定量分析了水绵

8、光合作用生成的氧气量D鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的氧气来自于H2O而不是CO2C本题考查光合作用的探究历程。恩吉尔曼的实验能够证明氧气由叶绿体释放出来，叶绿体是进行光合作用的场所，而没有定量分析光合作用生成的氧气量。2鲁宾和卡门用HO和CO2作为原料进行光合作用实验，下列符合实验结果的是()A释放的氧气全是O2B释放的氧气一部分是O2，一部分是18O2C释放的氧气全是18O2D释放的氧气大部分是O2，少部分是18O2C鲁宾和卡门用HO和CO2作为原料进行光合作用实验，其目的是为了探究光合作用释放出的O2的来源，通过放射性检测，光合作用产生的O2全部来

9、源于水。3某植物叶片不同部位的颜色不同，将该植物在黑暗中放置48 h后，用锡箔纸遮蔽叶片两面，如图所示。在日光下照光一段时间，去除锡箔纸，用碘染色法处理叶片，观察到叶片有的部位出现蓝色，有的没有出现蓝色。其中，没有出现蓝色的部位是()Aa、b和d Ba、c和eCc、d和e Db、c和eB绿色植物通过光合作用合成淀粉，淀粉遇碘变蓝。a处黄白色，没有叶绿素，特别是没有叶绿素a，不能进行光合作用，b处有叶绿体和光，能进行光合作用，c、e处遮光，不能进行光合作用，d处有叶绿体和光，能进行光合作用。叶绿体的结构探讨：一般植物的叶片在春、夏季为绿色，而在秋季呈黄色。请分析出现这一现象的原因是什么？提示：在

10、春夏季节，叶子中叶绿素含量多于类胡萝卜素，叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以呈绿色。在秋季，叶绿素被破坏，类胡萝卜素完好，叶子呈现出了类胡萝卜素的颜色，所以呈现黄色。探讨：温室或大棚种植蔬菜，应选用什么颜色的玻璃或塑料薄膜？提示：无色的玻璃或塑料薄膜。探讨：叶绿体的结构有哪些特点与光合作用相适应？提示：(1)叶绿体的色素分布在基粒的类囊体膜上，基粒和类囊体的数量很多，极大地扩展了受光面积。(2)类囊体膜和基质中分布有与光合作用有关的酶。探讨：将在黑暗中放置一段时间的新鲜绿叶均分为4块，置于不同的试管中，按下表进行实验试管编号实验处理CO2溶液光照白光蓝光红光绿光碘液注：“”表示具有该条

11、件。四支试管中着色最深和着色最浅的试管分别是哪一个？提示：分别为、。归纳总结_叶绿体中的色素与吸收光谱 1叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。2叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光吸收量大，对其他可见光并非不吸收，只是吸收量较少。1如图是叶片中两类色素的吸收光谱，试判定甲和乙分别为何种色素()A叶绿素a、叶绿素bB类胡萝卜素、叶绿素C叶黄素、叶绿素aD叶绿素、类胡萝卜素D叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。2下图为叶绿体结构示意图，下列有关叶绿体结构与功能的叙述，错误的是()A和具有选择透过性功能B上既有光合色素又有与光合作用有关的酶C和中都

12、有与光合作用有关的酶D有叶绿体的细胞才能进行光合作用D表示叶绿体的双层膜，它们具有选择透过性功能。为叶绿体的基粒，其上含有进行光合作用的色素和酶。为叶绿体基质，也是进行光合作用的场所，也具有与光合作用有关的酶。色素和酶是进行光合作用的必要条件，具有上述条件而不具有叶绿体的蓝藻等也可进行光合作用。3为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予一定的条件，这些条件是()A光照、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液B光照、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液C黑暗、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液D黑暗、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液B水绵中的叶

13、绿体通过光合作用释放氧气，光合作用需要光照和CO2，NaHCO3稀溶液可提供CO2，装片中不能有空气，否则好氧细菌均匀分布，无法根据好氧细菌的聚集情况来确定叶绿体是否有放氧功能。光合作用过程探讨：暗反应必须在无光条件下才能进行吗？提示：光反应必须在光下进行，而暗反应有光无光都能进行，但不能较长时间在黑暗条件下进行。探讨：为什么暗反应不能较长时间地在黑暗条件下进行？提示：因为光反应为暗反应提供的NADPH 、ATP是有限的。探讨：不给小球藻提供CO2，只给予光照，小球藻能独立地进行光反应吗？为什么？提示：不能，因为没有暗反应，光反应的产物积累，使光反应被抑制。探讨：写出光合作用的总反应式，标出各

14、元素的去向。提示：光合作用总反应式及各元素去向：探讨：结合光反应和暗反应过程分析，若突然停止光照或停止CO2供应，叶绿体中C3和C5相对含量发生怎样的变化？提示：(1)停止光照：C3含量相对增加，C5含量相对减少。(2)停止CO2供应：C3含量相对减少，C5含量相对增加。探讨：一天中是早晨空气中O2浓度高，还是傍晚空气中O2浓度高？提示：傍晚空气中O2浓度高。因为植物在白天进行光合作用，吸收CO2产生O2；晚上只进行细胞呼吸，吸收O2释放CO2。1光反应与暗反应的比较项目光反应(准备阶段)暗反应(完成阶段)场所叶绿体的类囊体膜上叶绿体的基质中条件光、色素、酶、水、ADP、Pi多种酶、H(或NA

15、DPH)、ATP、CO2、C5物质变化水的光解：2H2O4HO2ATP的形成：ADPPi能量ATPCO2固定：CO2C52C3C3的还原：2C3(CH2O)能量变化光能转变成ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能转变成储存在(CH2O)中的稳定的化学能相互联系光反应产物H、ATP为暗反应提供还原剂和能量；暗反应产生的ADP、Pi为光反应形成ATP提供了原料2.光照和CO2浓度变化对光合作用物质含量变化的影响当外界条件改变时，光合作用中C3、C5、H、ATP含量的变化可以采用如图分析：条件C3C5H和ATP模型分析光照由强到弱CO2供应不变增加减少减少或没有光照由弱到强CO2供应不变减少增加增

16、加光照不变CO2由充足到不足减少增加增加光照不变CO2由不足到充足增加减少减少(1)以上各物质的变化是相对含量的变化，不是合成速率，且是在条件改变后的短时间内发生的。(2)在以上各物质的含量变化中：C3和C5含量的变化是相反的，即C3增加，则C5减少；H和ATP的含量变化是一致的，都增加或都减少。1在进行光合作用的单细胞绿藻培养液中通入C18O2，一段时间后，产生的下列物质中不可能有18O标记的是()AO2 B葡萄糖C三碳化合物 D五碳化合物A光合作用释放的O2来自水中的O元素。2甲图表示光合作用部分过程的图解，乙图表示改变光照后，与光合作用有关的五碳化合物和三碳化合物在细胞内含量的变化曲线，

17、请据图回答问题。(1)甲图中A表示的物质是_，它是由_产生的，其作用主要是_。(2)甲图中ATP形成所需的能量最终来自于_。若用放射性同位素14C标记CO2，则14C最终进入的物质是_。(3)乙图中曲线a表示的化合物是_，在无光照时，其含量迅速上升的原因是_。(4)曲线b表示的化合物是_，在无光照时，其含量下降的原因是_。解析(1)光反应为暗反应提供的物质是NADPH和ATP，由此可确定A是NADPH，NADPH是由H2O分解后经一系列过程产生的，其作用主要是用于三碳化合物的还原。(2)光反应中，光能转化为活跃的化学能储存于ATP中，14CO2的同化途径为14CO214C3(即三碳化合物)(1

18、4CH2O)。(3)(4)题干中已明确a、b表示三碳化合物和五碳化合物的含量变化，光照停止后，光反应停止，NADPH和ATP含量下降，三碳化合物的还原减弱直至停止，而CO2的固定仍在进行，因此三碳化合物含量相对升高，五碳化合物含量相对下降，即a表示三碳化合物，b表示五碳化合物。答案(1)NADPH水在光下分解用于三碳化合物的还原(2)光能(CH2O)(3)三碳化合物CO2与五碳化合物结合生成三碳化合物，而三碳化合物不能被还原(4)五碳化合物五碳化合物与CO2结合生成三碳化合物，而三碳化合物不能被还原为五碳化合物影响光合作用的因素下图甲、乙、丙分别表示光照强度、CO2浓度、矿质元素对光合作用强度

19、的影响，请据图分析回答：探讨：图甲中C点时，CO2吸收量达到最大值，请分析CO2吸收量在C点前、后的主要限制因素分别是什么？提示：CO2吸收量在C点前的主要限制因素是光照强度，C点后的主要限制因素为温度和CO2浓度。探讨：根据图乙描述CO2浓度对光合作用强度的影响。提示：在一定范围内，植物光合作用强度随CO2浓度的增加而增强；但达到一定浓度时，增加CO2浓度，光合作用强度不再增强。探讨：若在图乙B点后适当增加光照强度，曲线会怎样变化？提示：B点后CO2浓度充足，适当增加光照强度光合作用强度会增大，曲线会在原曲线上方。探讨：N、Mg、P等矿质元素如何影响植物的光合作用强度？提示：N、Mg是构成酶

20、或叶绿素的成分，P是构成生物膜、ATP等的成分。探讨：分析图丙曲线PQ段光合作用强度下降的原因是什么？提示：PQ的形成原因是施肥过多，植物吸水困难甚至失水，进而影响光合作用强度。归纳总结 影响光合作用的因素 1光照强度(1)光照强度与光合作用强度的关系曲线分析A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，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。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(光照强度只有在B点以上时，植物

21、才能正常生长)。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点以后不再加强。限制C点以后光合作用强度不再增加的内部因素是色素含量、酶的数量和最大活性，外部因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。(2)应用：阴雨天适当补充光照，及时对大棚除霜消雾。2CO2浓度(1)曲线分析：A点是进行光合作用所需的最低CO2浓度，B点是CO2饱和点；B点以后，随着CO2浓度的增加光合作用强度不再增加。(2)应用：温室中适当增加CO2浓度，如投入干冰等，大田中“正其行，通其风”，多施有机肥来提高CO2浓度。3温度(1)B点是最适温度，此时光合作用最强，高于或低于此温度光合作用强度都会下降，因为

22、温度会影响酶的活性。(2)应用：温室栽培时白天适当提高温度，夜间适当降低温度。1光合作用的正常进行受多种因素的影响，一个生物兴趣小组研究了CO2浓度、光照强度和温度对光合作用的影响，下面是一位同学根据实验结果绘制的一组曲线，你认为不正确的是()D温度会通过影响光合作用中酶的活性来影响光合作用，高温使酶失活而导致光合作用强度下降，所以D选项应该是一条先升高后下降的曲线。2为了探究生长条件对植物光合作用的影响，某研究小组将某品种植物的盆栽苗分成甲、乙两组，置于人工气候室中，甲组模拟自然光照，乙组提供低光照，其他培养条件相同。培养较长一段时间(T)后，测定两组植株叶片随光照强度变化的光合作用强度(即

23、单位时间、单位叶面积吸收CO2的量)，光合作用强度随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题：(1)据图判断，光照强度低于a时，影响甲组植物光合作用的限制因子是_。(2)b光照强度下，要使甲组的光合作用强度升高，可以考虑的措施是提高_(填“CO2浓度”或“O2浓度”)。(3)播种乙组植株产生的种子，得到的盆栽苗按照甲组的条件培养T时间后，再测定植株叶片随光照强度变化的光合作用强度，得到的曲线与甲组的相同。根据这一结果能够得到的初步结论是_。解析(1)根据图示信息，对于甲组植物而言，当光照强度低于a时，随光照强度的增加，光合作用强度逐渐升高，说明限制其光合作用强度的主要因素为光照强度。(2)根据

24、图示信息，对于甲组植物而言，当光照强度高于b时，随光照强度的增加，光合作用强度不变，说明受其他环境因素的限制。由于光合作用需要不断消耗环境中的CO2，故提高CO2浓度可使b光照强度下甲组的光合作用强度升高。(3)由题目信息可知，乙组和甲组是同一种植物，只是环境中的光照强度不同，虽然乙组植物在低光照环境中的光合作用强度低，但其子代在模拟自然光照下其光合作用强度仍然能够升高，说明乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素低光照引起的，而非遗传物质的改变造成的。答案(1)光照强度(2)CO2浓度(3)乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素低光照引起的，而非遗传物质的改变造成的叶绿体色素的提取和分离探

25、讨：实验过程中，甲同学忘记加入石英砂和碳酸钙，乙同学忘记加入无水乙醇，请分析他们可能出现的实验结果。提示：甲同学研磨不充分，部分色素被破坏，过滤收集的滤液颜色浅。乙同学不能提取到色素。探讨：用相同的绿叶，如果一次加的丙酮过多，可能会是什么结果？提示：滤液颜色浅，提取的滤液色素的浓度低。探讨：实验操作时，为什么要将滤纸条的一端剪去两角？画滤液细线的要求是细、直、齐，且要在干燥后重复画一两次，请分析这样做的原因是什么？提示：(1)剪去两角的目的是防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快。(2)滤液细线要细、直、齐是使分离的色素不重叠，重复画线的目的是增加色素含量，使分离的色素带清晰，便于观察。探讨：实验结

26、束后，某同学的滤纸条上没有出现色素带，请探讨其实验失败的可能原因。提示：(1)忘记画滤液细线。(2)层析时滤液细线触及层析液。1实验材料和试剂(1)材料叶片要新鲜、颜色要深绿，这样的叶片含有的色素较多。(2)试剂及作用试剂名称作用石英砂(SiO2)有利于绿叶的充分研磨和色素的释放碳酸钙防止研磨中色素被破坏无水乙醇溶解色素层析液分离色素2.实验操作中的关键步骤(1)研磨要迅速、充分：研磨充分使叶绿体完全破裂，可提取较多的色素。(2)滤液细线要求：细、直、齐，含有较多的色素，所以应待滤液干后再画一两次。(3)滤液细线不能触及层析液，否则色素会溶解到层析液中，使滤纸条上得不到色素带。3绿叶中色素的提

27、取和分离实验的异常现象分析(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。一次加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低。未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。(2)滤纸条色素带重叠：滤液细线画的过粗。(3)滤纸条看不见色素带忘记画滤液细线。滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。1关于叶绿素提取的叙述，错误的是()A菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料B加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏C用丙酮提取的叶绿体色素中无胡萝卜素D研磨时加入石英砂可使叶片研磨更充分C叶绿体中的四种色素包括胡萝卜素，均溶于丙酮，C项错误；菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料，研磨时加入SiO2可使叶片研磨更充分，加入少许CaCO3，可以中和叶肉细胞中的有机酸，能避免叶绿素被破坏。2如图表示绿叶中色素的提取和分离实验的部分材料和用具，下列叙述错误的是()