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1、第第4节节 能量之源能量之源光与光合作用光与光合作用读读教材基础一、叶绿体的结构和功能二、光合作用的探究历程科学家实验过程结论萨克斯绿叶在光合作用中产生了_恩格尔曼氧是由_释放出来的，_是绿色植物进行光合作用的场所鲁宾和卡门光合作用释放的氧全部来自_1萨克斯实验中黑暗处理的目的是什么？检验叶片前为什么用酒精处理？三、光合作用过程分析及影响因素探究1总反应简式：_2光反应四、化能合成作用1概念：某些细菌能够利用体外环境中某些_来制造有机物的过程。2实例：硝化细菌能利用_ 氧化成亚硝酸和硝酸时释放的_将二氧化碳和水合成为糖类。2绿色植物和硝化细菌在代谢方面有什么异同点？四、1.无机物氧化时所释放的
2、能量 2.氨 化学能想一想1. 提示：黑暗处理的目的是消耗掉叶片中原有的淀粉；用酒精溶解掉色素，防止对颜色反应起遮盖作用。2. 提示：相同点：都能将无机物合成有机物，即都是自养生物。不同点：在合成有机物时利用的能量不同，绿色植物利用光能，硝化细菌利用无机物氧化时释放的化学能。1教材97页问题探讨温室补充光源用何种单色光最有效？为什么不用绿色薄膜或绿色光源？ 提示：补充红光和蓝紫光，因为色素主要吸收上述两种单色光，吸收最少的是绿光。2仔细阅读教材99页图510，并回答教材100页资料分析及教材100页练习一中的3题。 3.根据教材101102页“光合作用的探究历程”，列举生物学史涉及到的科学家及
3、实验思想(对照原则)和成就。4.了解教材102页同位素标记法及教材103页相关信息中H的含义。 5.课后经典题：教材100页二中2题；教材106页二中1题；教材108页一中判断题和画概念图及三中1题。答案：叶绿体 光照 温度 光反应 暗反应研研核心要点 在光合作用的发现中，大多数科学家们利用了对照实验，使结果和结论更科学、准确。(1)萨克斯：自身对照，自变量为光照(一半曝光与另一半遮光)，因变量为颜色变化。(2)恩格尔曼：自身对照，自变量为光照(照光处与不照光处；黑暗与完全曝光)，因变量为好氧菌的分布。师说一语破天机 本考点单独命题概率低，往往是借鉴经典实验的方法手段在综合题或探究题中体现。选
4、题典型中选秀例1：2013青岛市一模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，其余部分曝光。一段时间后，将该叶片经脱色、漂洗后再用碘液处理，结果发现遮光部分不变蓝，曝光部分变蓝。下列有关本实验的分析及结论合理的是()本实验未设对照组 有无光照是遮光和曝光区域表现不同结果的唯一原因 实验初始时遮光和曝光区域均达到无淀粉状态 实验证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉A全部 B只有C只有 D只有破题分层揭秘密(一)明确解题思路该实验中曝光部分与遮光部分形成了对照，错误。该实验只能证明有淀粉的生成，但不能证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉
5、，错误。(二)完美答案D1光反应与暗反应的比较光反应暗反应条件必须在光下有光、无光都可以场所叶绿体类囊体薄膜叶绿体基质光反应暗反应联系光反应为暗反应提供H、ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi，如图： 3条件骤变时物质量的变化条件首先变化物质随后变化物质CO2供应不变，突然光照H、ATP增加C3减少，C5增加C O2供应不变，停止光照H、ATP减少C3增加，C5减少光照不变，CO2供应增加C3增加，C5减少H、ATP减少光照不变，CO2供应停止C3减少，C5增加H、ATP增加1光合作用光反应产生的ATP只能用于暗反应阶段，不能用于其他生命活动，其他生命活动所需ATP只能来自细胞呼吸。2CO2
6、中的C先进入C3然后进入(CH2O)。师说一语破天机 本考点历年是高考命题的重要内容，试题侧重考查考生对光合作用过程图解的理解与分析，如光反应与暗反应的场所、条件、物质变化、能量变化、相互关系以及在某种环境因素突然发生变化的情况下，细胞中C3和C5的含量变化情况等。选题典型中选秀例2：2013华师一附中2月图1表示光合作用部分过程的图解，图2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的变化曲线。据图回答下列问题。(1)图1中A表示的物质是_，它由_产生，其作用主要是_。(2)图1中ATP形成所需的能量最终来自于_。若用放射性同位素标记14CO2，则14C最终进入的物质是_。
7、(3)图2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：_。破题分层揭秘密(一)明确解题思路 (1)光反应为暗反应提供的物质是H和ATP，由此可确定A是H，H是由水光解后经一系列过程产生的，其作用主要是用于C3的还原。(2)光反应中，光能转换为活跃的化学能储存于ATP等化合物中，14CO2的同化途径为14CO214C3(14CH2O)。(3)(4)题干中已说明曲线a、b表示C3和C5的含量变化，光照停止后，光反应停止，H和ATP下降，C3的还原减弱直至停止，而CO2的固定仍将进行，因此C3含量相对升高，C5含量相
8、对下降，即a表示C3，b表示C5。(二)调动和运用知识解题(1)H 水光解 用于C3的还原 (2)太阳光能 (CH2O) (3)C3 CO2与C5结合形成C3继续进行，而C3不能被还原 (4)C5 C5与CO2结合形成C3量不变，而C3不能被还原为C51单因子对光合作用速率影响的分析(1)光照强度(如图所示) 曲线分析：A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，CO2释放量表明此时的呼吸强度。AB段：光照强度加强，光合作用逐渐加强，CO2的释放量逐渐减少(有一部分用于光合作用)，此段细胞呼吸强度大于光合作用强度。B点：光补偿点，即光合作用强度细胞呼吸强度(细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用)。
9、BC段：随着光照强度不断加强，光合作用不断加强，到C点不再加强，称C点为光饱和点。应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，如图中虚线所示。间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的配置，冬季温室栽培等都与光补偿点有关。(2)CO2浓度、含水量和矿质元素(如图所示)曲线分析：CO2和水是光合作用的原料，矿质元素直接或间接影响光合作用。在一定范围内，CO2、水和矿质元素越多，光合作用速率越快，但到A点时，即CO2、水、矿质元素达到饱和时，就不再增加了。应用：“正其行，通其风”，温室内充CO2，即提高CO2浓度，是增加产量的方法。合理灌溉、施肥，可促进叶片面积增大，提高酶的合成速率，增加光合作用速率。
10、(3)温度(如图所示)曲线分析：光合作用是在酶催化下进行的，温度直接影响酶的活性。一般植物在1035下正常进行光合作用，其中AB段(1035)随温度的升高而逐渐加强，B点(35)以上光合酶活性下降，光合作用开始下降，50左右光合作用停止。应用：冬天，温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保证有机物的积累。2多因子对光合作用速率影响的分析(如图所示)曲线分析：P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，影响因素
11、主要为各曲线所表示的因子。应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2，进一步提高光合速率。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。(1)外界条件变化时，CO2(光)补偿点移动规律：呼吸速率增加，CO2(光)补偿点应右移；呼吸速率减小，CO2(光)补偿点应左移。呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率下降，CO2(光)补偿点右移；条件的改变使光合速率上升时，CO2(光)补偿点左移。(2)对于有饱和点(平衡点)的坐标曲线，分析其限制因素的时候要分两部分：达到饱和点以前的限制因素，为横坐标表示的因素；达到饱和点以后的
12、限制因素，为横坐标表示的因素以外的因素。师说一语破天机影响光合作用速率的环境因素是高考必考的内容。考查形式可以是选择题也可以是非选择题，选择题的考查侧重于对实验结果的分析，而非选择题的考查往往结合实验设计来进行。选题典型中选秀例3：2012海南高考，26取生理状态相同的某植物叶片，分离得到大量的叶肉细胞，将等量的叶肉细胞分别悬浮在不同浓度的蔗糖溶液中，并在适宜的条件下，测定该叶肉细胞的光合作用强度，实验结果如图所示。据图回答下列问题：(1)叶肉细胞光合作用强度达到最大后，随着蔗糖浓度升高，叶肉细胞的光合作用强度_，从渗透作用的角度分析出现这一现象的原因是_。(2)如果要研究光照强度等因素对蔗糖
13、溶液中叶肉细胞光合作用强度的影响，最好将叶肉细胞放在浓度为_的蔗糖溶液中，原因是_。(3)除蔗糖浓度外，如果分别改变叶肉细胞悬浮液中CO2浓度和温度也能影响叶肉细胞的光合作用强度，原因是_。破题分层揭秘密(一)明确解题思路本题考查考生对光合作用影响因素、物质的跨膜运输和酶活性的影响等知识的掌握。(1)从实验结果的图示可看出，随着蔗糖浓度升高，光合作用达到最大值后，若蔗糖浓度继续升高，则叶肉细胞的光合作用强度下降。因为当蔗糖溶液的浓度高于叶肉细胞细胞液的浓度时，会导致叶肉细胞失水，从而影响叶肉细胞光合作用的进行。(2)从图示可看出，叶肉细胞在浓度为0.2 molL1的蔗糖溶液中具有最大的光合作用
14、强度，此时便于研究光照强度等因素对蔗糖溶液中的叶肉细胞光合作用强度的影响。(3)植物的光合作用会受光照强度、叶绿素含量、CO2浓度、温度、酶的数量等多种因素的影响，其中CO2是植物进行光合作用的原料之一，而酶的活性会受温度的影响。(二)调动和运用知识解题(1)下降在较高浓度的蔗糖溶液中叶肉细胞失水(2)0.2 molL1 这一浓度中的叶肉细胞处于光合作用最适状态(3)CO2是光合作用的原料，温度可以影响酶的活性(三)同类变式训练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，实验结果如图所示。以下说法正确的是()A施肥与CO2吸收量无关B与A点相比，B点条件下限制CO2吸收量
15、的主要因素是光照强度C与D点相比，限制C点玉米苗吸收CO2的主要因素是土壤含水量D与C点相比，A点施肥过少，限制了CO2吸收量答案：C解析：据图示可知，当土壤含水量介于40%60%时，在光照强度相同的条件下，施肥后CO2吸收量比未施肥时明显增多，A错；图中A、B是在光照强度相同的条件下获得的CO2吸收量，因此A、B的不同与光照强度无关，从图中可以看出，A、B的不同是因为土壤含水量不同所致，B错；同时根据对B项的分析，可知C项是对的；A、C两点CO2吸收量不同的原因是光照强度不同，与施肥无关，D错。说说生物实验 【选题热考秀】下列是某实验小组在完成叶绿体中色素提取和分离实验时所遇到的有关问题，分
16、析回答下列问题。(1)剪碎5 g新鲜浓绿的菠菜叶片放在研钵中，加入SiO2后，经迅速研磨成糊状，发现糊状的研磨液呈现浅绿色，其原因是没有加入_，使得_。(2)甲同学在实验过程中将画有滤液细线的滤纸条(已重复几次画线)插入层析液，几分钟后取出观察，发现滤纸条上无色素分带现象，而用同一滤液做实验的乙同学的滤纸条上却色素分带明显。甲同学实验失败的原因可能是_。(3)若选用在缺Mg的营养液中长期培养的玉米叶片作实验材料，层析后滤纸条上只出现了两条色素带，其原因是_。(4)实验结束几天后，甲、乙两同学发现部分预留叶片已变黄。甲同学认为这是由于叶片中叶绿素降解所造成的，乙同学则认为是类胡萝卜素含量增加所致
17、。根据所学知识，设计实验来判断哪个同学的观点正确。实验过程：从预留的叶片中挑选出足量的、分量相等、大小相近的已变黄叶片和绿色鲜嫩的叶片，分别编号为A、B两组。_。实验结论：与B组相比，若A组滤纸条只有上面两条色素带或上面两条色素带较B组的窄，则_的观点是正确的。_，则_的观点是正确的。分析 (1)在色素的提取过程中，研磨时要加入碳酸钙，防止叶绿素在研磨过程中被破坏，加入无水乙醇，让色素溶解并提取出来。(2)乙同学滤纸条上无色素带，说明滤液细线中的色素溶解到层析液中，即层析液触及滤液细线。(3)Mg是合成叶绿素的必需元素，无Mg不能合成叶绿素a和叶绿素b。(4)通过设计对照实验来探究发黄的叶片中
18、某些色素是否因降解而减少，某些色素是否含量增加。对照组选取正常未发黄的叶片，实验组选取已变黄的叶片，通过提取分离这两种叶片中的色素，比较各种色素的含量，得出结论。标准答案 (1)碳酸钙和无水乙醇 叶绿素分子受到破坏、色素没有被提取出来 (2)层析液触及滤液细线 (3)缺Mg植物不能合成叶绿素 (4)实验过程：在相同条件下，进行绿叶中色素的提取和分离实验，测定和记录实验结果，比较这两种叶片色素的组成和含量 实验结论：甲同学 与B组相比，若A组滤纸条上面的两条色素带较宽 乙同学【备考角度说】No.1角度：实验原理(1)提取：叶绿体中的色素溶于有机溶剂而不溶于水，可用无水乙醇等有机溶剂提取色素。(2
19、)分离：各种色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸条上扩散得快，反之则慢，从而使各种色素相互分离。提醒关键词及其与试剂的对应关系No.3角度：实验成功的关键(1)叶片要新鲜、颜色要深绿，含有较多色素。(2)研磨要迅速、充分。叶绿素不稳定，易被活细胞内的叶绿素酶水解。充分研磨使叶绿体完全破裂，提取较多的色素。(3)制备滤纸条时，要将滤纸条的一端剪去两角，这样可以使色素在滤纸条上扩散均匀，便于观察实验结果。(4)滤液细线不仅要求细、直，而且要求含有较多的色素，所以要求待滤液干后再画12次。(5)滤液细线不能触及层析液，否则色素溶解到层析液中，滤纸条上得不到色素带或色素较少。(1)从色素
20、带的宽度可推知色素含量的多少；(2)从色素带的位置可推知色素在层析液中溶解度大小；(3)在滤纸上距离最近的两条色素带是叶绿素a与叶绿素b，距离最远的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素。看看生物图片【图说图像展示】测定光合作用速率图解【说图名师点评】1“半叶法”测定原理：将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理)阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，MA初始质量6小时内呼吸作用有机物的消耗量，MB初始质量6小时内叶片光合作用有机物的总产
21、量6小时内呼吸作用有机物的消耗量，所以B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量MMBMA。2气体体积变化法测定原理：(1)甲装置在黑暗条件下植物进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的体积为细胞呼吸O2的吸收速率，可代表呼吸速率；(2)乙装置在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的体积为植物氧气的释放速率，可代表净光合速率；(3)真正光合速率净光合速率呼吸速率。3气体体积变化法中物理误差的校正：为防止气压、温度等因素所引起的误差，应设置对照实验，即使用死亡的绿色
22、植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。随堂对点练习1.2012海南高考，8将一株生长正常的绿色植物置于密闭的玻璃容器内，在适宜条件下光照培养，随培养时间的延长，玻璃容器内CO2浓度可出现的变化趋势是()A一直降低，直至为零B一直保持稳定，不变化C降低至一定水平时保持相对稳定D升高至一定水平时保持相对稳定答案：C解析：在适宜的条件下培养密闭容器内的植物，密闭容器内的二氧化碳含量有限，随着光合作用的持续进行，二氧化碳逐渐被消耗，浓度降低，进而光合作用强度跟着降低，当二氧化碳浓度降低到一定水平时，植物的光合作用和呼吸作用强度相等，则装置内的二氧化碳浓度就保持相对稳定，故本
23、题选C。22012海南高考，9关于叶绿体色素的叙述，错误的是()A叶绿素a和b主要吸收红光和蓝紫光B绿叶中叶绿素和类胡萝卜素含量不同C利用纸层析法可分离4种叶绿体色素D乙醇提取的叶绿体色素不能吸收光能答案：D解析：叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，A正确；叶绿体中叶绿素含量为3/4，类胡萝卜素含量为1/4，B正确；不同色素在层析液中的溶解度不同，在滤纸条上的扩散速度不同，可用纸层析法对其进行分离，C正确；乙醇提取的叶绿素只要结构没有被破坏，仍是可以吸收光能的。综上，本题选D。32012山东高考，2夏季晴朗的一天，甲乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如图所示。下列说法正确的是(
24、)A甲植株在a点开始进行光合作用B乙植株在e点有机物积累量最多C曲线bc段和de段下降的原因相同D两曲线bd段不同的原因可能是甲植株气孔无法关闭答案：D解析：本题考查运用影响光合作用的因素分析曲线，获得信息，解决问题的能力。由图可知，CO2吸收速率代表净光合作用速率，a点的含义为光合作用速率等于呼吸作用速率，开始进行光合作用的时间是在a点以前水平线转折点；e点代表此刻开始光照消失，只进行呼吸作用，而有机物积累最多时，应发生在傍晚时光合作用速率等于呼吸作用速率，据图应在18时；18时以后，呼吸作用强于光合作用；夏季晴朗的中午，乙植物在bc段，为了减少水分蒸发，有些气孔关闭，从而使CO2供应不足，
25、光合作用速率降低；而甲植物无此现象可能是与自身气孔无法关闭有关；bd段随时间的进行，光照强度逐渐降低，从而使光合作用速率逐渐降低。42012全国理综，2下列关于叶绿体和线粒体的叙述，正确的是()A线粒体和叶绿体均含有少量的DNAB叶绿体在光下和黑暗中均能合成ATPC细胞生命活动所需的ATP均来自线粒体D线粒体基质和叶绿体基质所含的酶的种类相同答案：A解析：线粒体和叶绿体都是半自主性细胞器，均含有少量的DNA，A正确。叶绿体中的ATP是光合作用的光反应阶段产生的；黑暗中，不能进行光反应，无ATP的产生，B错误。有氧呼吸的第一阶段和无氧呼吸的整个阶段都发生在细胞质基质中，且都产生了细胞生命活动所需
26、的ATP，C错误。线粒体基质中含有与有氧呼吸第二阶段反应有关的酶；而叶绿体基质中含有与光合作用暗反应有关的酶，D错误。5金版原创光合作用是绿色植物和藻类利用叶绿素等光合色素和某些细菌(如带紫膜的嗜盐细菌)利用其细胞本身，在可见光的照射下，将二氧化碳和水(细菌为硫化氢和水)转化为有机物，并释放出氧气(细菌释放氢气)的生化过程。请结合所学知识与图示信息进行分析下列问题。(1)绿色植物进行光合作用的色素除了叶绿素外，还包括_和_。其作用是主要吸收_和_。 (2)光合作用的过程可以分为光反应阶段与暗反应阶段，并且密切相关。暗反应阶段为光反应阶段提供了_。(3)图示中的卡尔文循环可以简单表示为_。(4)能利用硫化氢和水的某些细菌为什么说也能进行光合作用？_。答案：(1)胡萝卜素叶黄素 红橙光蓝紫光 (2) ADP和Pi (3)二氧化碳与C5结合形成C3，C3接受H和ATP，在酶的作用下形成葡萄糖或C5 (4)能够利用光能，把无机物合成有机物，并储存能量解析：光合色素主要包括叶绿素(叶绿素a与叶绿素b)与类胡萝卜素(胡萝卜素和叶黄素)；主要作用是吸收可见光，主要是指红橙光与蓝紫光；光反应阶段为暗反应阶段提供了H和ATP，而暗反应阶段为光反应阶段提供ADP和Pi，图示中的卡尔文循环，就是暗反应阶段的主要变化；光合作用的本质是利用光能，把无机物合成有机物的过程。
