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第10讲 能量之源光与光合作用,第三单元 细胞的能量供应和利用,考纲考频 1光合作用的基本过程 (3年16考) 2.影响光合作用速率的环境因素 (3年22考) 3.实验：叶绿体色素的提取和分离(3年8考),第三单元 细胞的能量供应和利用,一、捕获光能的色素和叶绿体的结构 1色素的种类和功能,叶绿素a,叶绿素b,橙黄,蓝紫光,2.叶绿体 (1)结构示意图,双层膜,基质,暗反应,基粒,色素,与光反应有关的酶,光合作用,叶绿体,巧记 叶绿体 叶绿体：叶绿体膜两层，基质基粒来组成，类囊体来堆叠，上有色素酶附着，吸收光能来转化，光合作用好场所。,二、光合作用的探索历程连一连,思考：和中科学家用什么样的技术手段得出实验结论？该技术手段有何用途？ 提示：同位素标记法；追踪某元素或某物质的转移去向。 三、光合作用的反应式及过程 1反应式：_,2过程,光、色素、酶,H+O2,ATP中活跃的化学能,叶绿体基质,(CH2O),有机物中稳定的化学能,光反应为暗反应提供_ ；暗反应为光反应提供_。 四、影响光合作用的因素 1光合作用强度,H和ATP,ADP和Pi,单位时间内,2影响光合作用的环境因素：_、水分、光照的长短与强弱、_的高低等。 3光合作用与化能合成作用的比较,CO2浓度,温度,无机物,硝化细菌,B,解析：叶绿体中的色素在层析液中的溶解度最大的是胡萝卜素。光反应过程与色素有关。,2光合作用的产物中，氧气、葡萄糖中的碳、葡萄糖中的氢、葡萄糖中的氧依次来自于( ) 二氧化碳 气孔直接吸收 水的光解 叶绿素的分解 A B C D 解析：光合作用所用的原料是CO2和水，CO2中的碳和氧进入产物葡萄糖中，H2O中的氢进入产物葡萄糖中，H2O中的氧进入产物氧气中。,C,3(2015青岛市高三期中)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 BC3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,B,解析：图示的光合作用阶段为光合作用的暗反应，该反应发生的场所是叶绿体基质，该过程在有光、无光的条件下均可进行，其物质变化为CO2的固定和C3的还原，其中C3还原需要光反应提供H和ATP，此外还需多种酶的参与。温度通过影响该过程中酶的活性影响(CH2O)的生成，因此，在最适温度以上，提高温度不能促进(CH2O)的生成。,4在植物光合作用的发现历程中，萨克斯的成就是( ) A植物能够吸收CO2，同时放出O2 B叶片在光下能够产生淀粉 C光合作用释放的氧气来自于水 D追踪到光合作用中碳元素的行踪 解析：萨克斯的实验是用绿叶的曝光部分和遮光部分对比，证明了在有光照的条件下,植物的光合作用产物中有淀粉。,B,考点一 光合作用发现史中的经典实验分析,考点二 以过程图为载体，考查光合作用的过程,考点三 以曲线图为载体，考查影响光合作用的环境因素,考点四 绿叶中色素的提取和分离,考点一 光合作用发现史中的经典实验分析,实验评价： (1)本实验缺乏_，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。 (2)普利斯特利没有认识到_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。,空白对照,光,自身对照,光的有无,曝光处理组,3根据恩格尔曼的实验设计，完善下列问题,光束照射,受光,叶绿体,氧气,4根据鲁宾和卡门实验的设计，完善下列问题 H218OCO2 植物 18O2 H2OC18O2 植物 _ 鲁宾和卡门应用_法追踪CO2和H2O中的O元素在光合作用中的转移途径。,O2,同位素标记,深度思考,1在光合作用的探究历程中，德国科学家梅耶根据能量转化和守恒定律，提出了植物在进行光合作用时能量转化的假说。以下哪项科学实验能证明这一假说( ) A英格豪斯证明植物在光照条件下可以改变空气成分的实验 B恩格尔曼证明光合作用的有效光是红光和蓝紫光的实验 C萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用可以产生淀粉的实验 D鲁宾和卡门证明光合作用产生的氧气来自水的实验 解析：据题意：能证明光合作用时能量转化的假说，萨克斯证明绿叶在光下可以产生淀粉，说 明了光 能转 化为稳 定的化学能，其他实验均无，故C项正确。,C,B,解析：细胞膜的暗亮暗结构属于亚显微结构，在光学显微镜下看不见，A项错误；运用同位素标记法，分别用HO和C18O2作为原料，分析光合作用释放O2的放射性，可得知O2中的O来自于H2O，B项正确；光合作用中碳的转移途径为CO2C3(CH2O)，C项错误；乳酸菌属于厌氧菌，不能和水绵证明叶绿体在光合作用中产生氧气，D项错误。,1探究光合作用过程 (1)完善下图光合作用过程示意图：,考点二 以过程图为载体，考查光合作用的过程,CO2,O2,ATP,H,(2)探究光反应与暗反应的联系：,H,ATP,ADP+Pi,光反应为暗反应提供_，暗反应为光反应提供ADP和Pi。 没有_，暗反应无法进行，没有 _，有机物无法合成。 总之，光反应是暗反应的物质和能量的准备阶段，暗反应是光反应的继续，是物质和能量转化的完成阶段。二者相辅相成。 2探究外界条件变化时C5、C3、H等物质含量的变化 当外界条件改变时，光合作用中C3、C5、H、ATP和(CH2O)的含量变化可以采用下图分析：,H、ATP,光反应,暗反应,减少,增加,减少,增加,增加,减少,减少,深度思考 1请写出光合作用的总反应式并标出各元素的去向 _ 2光反应类囊体膜内产生的O2进入同一细胞的线粒体内被利用经过了几层生物膜？ _ 3在光照、温度等条件都适宜的情况下，突然停止CO2的供应，光反应产生的O2量会保持不变吗？ _,4在CO2供应不变的情况下，光照突然由弱变强，请在下面坐标中绘出叶绿体内C3、C5、H、ATP变化曲线。 _,3(2015北京东城区综合测试)某植物叶片上的气孔白天处于关闭状态，晚上开放。如图表示该植 物固定 和还原CO2的过程，据图分析回答下列问题。,(1)图中的A、B分别代表的物质是_、_；C物质产生的场所是_。 (2)植物夜晚能吸收CO2，却不能合成(CH2O)，其原因是 _。 白天这类植物进行光合作用所需的CO2还可以由_产生，与此相关的细胞器是_。 (3)该植物和一般植物光合作用固定CO2不同的特点是_，根据这类植物气孔开闭及与之相适应的光合作用特点，推测此类植物最可能的生活环境是_。,C5(或五碳化合物),C3(或三碳化合物),类囊体的薄膜上,光反应不能正常进行，无法为暗反应提供所需的ATP和H,有氧呼吸(呼吸作用),线粒体,CO2首先被固定为C4,干旱(或沙漠)地区,解析：(1)图示为光合作用的暗反应，暗反应发生的场所是叶绿体基质，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。光反应发生的场所是类囊体的薄膜。所以A是C5(或五 碳化合物)，B是C3(或三碳化合物)，C是H。(2)光反应必须 在有光条件下才能进行，暗反应在有光、无光的条件下均能 进行。晚上不能进行光反应，不能产生ATP和H，所以不能合成(CH2O)。白天该植物叶片气孔关闭，进行光合作用所需的CO2主要来自线粒体。(3)该植物白天叶片气孔关闭，夜间 开放，与外界环境形成高度的适应，可推测此植物最可能 生活在干旱的地区。,B,A图中物质A可表示C3化合物 B图中物质A可表示C5化合物 C若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，一段时间后，物质A的浓度将比物质B高 DCO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的低,解析：CO2浓度降低时，C3化合物的产生减少而消耗继续， 故C3化合物的含量降低，与物质A的变化趋势一致；而C5化 合物的产生不变却消耗减少，故C5化合物的含量增加，与物 质B的变化趋势一致。在达到相对稳定时，C3化合物的含量 是C5化合物含量的2倍。CO2浓度较低时，暗反应强度低， 需要的H和ATP的量少，故在较低的光照强度时就能达到 此CO2浓度时的最大光合速率。,规律总结 分析光照强度和CO2浓度突然改变后C3、C5含量的变化思路 (1)明确来源和去路：C3产生于CO2的固定，消耗于C3的还 原；C5产生于C3的还原，消耗于CO2的固定。 (2)分析方法：某因素改变后，只要分析是影响消耗过程还是 影响产生过程，就可以判断出C3或C5的含量变化情况。 (3)举例说明：光照不变，停止CO2供应后，CO2固定减弱， C3还原正常进行，故C3含量减少，C5含量增加。,1探究光照强度对光合作用强度的影响,考点三 以曲线图为载体，考查影响光合作用的环境因素,A点：光照强度为0，只进行_； AB段：光合作用强度_细胞呼吸强度； B点：光补偿点(光合作用强度与细胞呼吸强度_时的光照强度)； BC段：光合作用强度_细胞呼吸强度； C点：光饱和点(光照强度达到C点后，光合作用强度不再随_增强而增强)。 2探究CO2浓度对光合作用强度的影响,细胞呼吸,小于,相等,大于,光照强度,A点：CO2补偿点(表示光合作用速率_细胞呼吸速率时的CO2浓度)； A点：表示进行光合作用所需CO2的_浓度； B和B点：CO2饱和点(两组都表示在一定范围内CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随_增加而增加。,等于,最低,CO2浓度,3探究温度对光合作用强度的影响 光合作用是在酶催化下进行的，温度直接影响_。 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_，B点(35 )以 上由于光合酶活性下降，光合作用开始下降，50 左右光合作用停止。,酶的活性,逐渐加强,4探究矿质元素对光合作用强度的影响 在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可_光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高，植物吸水困难甚至失去而导致植物光合作用速率下降。,提高,深度思考 1在下面坐标中画出阴生植物的曲线图(用虚线表示)。 _,2在下面的四幅图中标出思考1中坐标曲线中的A点、AB段、B点和B点之后的O2和CO2的转移方向。 _ 3若植物缺乏P元素，对光合速率有何影响？ _ 4光饱和点后，限制光合速率的内部因素主要有哪些？ _,提示：1. 2.,3缺乏P，会影响ATP、H、类囊体膜等物质或结构的合成。 4色素含量、酶的数量、C5的含量等。,D,6(2015兰州月考)下图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况，除各图中所示因素外，其他因素均控制在 最适范围。下列分析错误的是( ),D,解析：甲图表示光照强度对光合速率的影响，当光合速率达到最大值时，限制其不再增加的外部因素有CO2浓度、温度等，内部因素有酶的数量、色素的种类和数量等；乙 图中d点与c点相比，d点光照较强，生成的H、ATP 较多，所 以暗反应中C3的还原过程加强，消耗的C3较多，从而使CO2的固定加强，相同时间内d点比c点生成的C3总量多；丙图中，温度对光合速率的影响是通过影响酶的活性来实现的，其曲线走势应为抛物线型，而不是稳定不变。,方法技巧 多因子变量对光合作用速率影响的分析方法 (1)当在P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。 (2)当在Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。,【实验原理】 1提取：绿叶中的色素溶于有机溶剂_而不溶于水，可用无水乙醇提取色素。 2分离：各种色素在层析液中溶解度不同，_的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，从而使各种色素相互分离。,考点四 绿叶中色素的提取和分离,无水乙醇,溶解度高,二氧化硅、碳酸钙,一端剪去两角,铅笔,画一条细线,滤液细线,橙黄色,叶黄素,黄绿色,3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)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重复画12次。 (4)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。,深度思考 1色素提取液呈现淡绿色的原因可能有哪些？ _ 2为什么在制作滤纸条时，需将一端的两个角剪掉？ _ 3为什么滤液细线要重复画，且线要细、直？ _,4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。 应将滤液滴在a处还是b处？实验结果应会出现四个不同颜色的同心圆，最外层应是什么颜色？ _,提示：1.(1)叶片颜色太浅。(2)绿叶不新鲜。(3)研磨不充分。(4)未加碳酸钙或加入量太少。(5)加入无水乙醇量太多。(6)研磨时间过长，部分叶绿素被破坏。 2由于液面的不同位置表面张力不同，纸条接近液面时，其边缘表面的张力较大，层析液沿滤纸边缘扩散过快，从而导致色素带分离不整齐的现象。故需将插入层析液的滤纸条一端剪去两个角。 3重复画线是为了增加色素的浓度，使分离出的色素带清晰分明。画线细、直是为了防止色素带之间出现重叠。 4a处。橙黄色。,7下列关于叶绿体中色素的提取和分离实验的操作，正确的是( ) A使用定性滤纸过滤研磨液 B将干燥处理过的定性滤纸条用于层析 C在画出一条滤液细线后紧接着重复画线23 次 D研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素 解析：正确选材和操作是实验成功的关键。在提取 叶绿体中的色素时，漏斗基部放单层尼龙布进行过滤，A项 错 误；纸层析法分离滤液中的色素时，需用干燥的 定性滤 纸，B项正确；画出一条滤液细线后需等滤液干后再重 复画线12次，C项错误；研磨叶片时是用无水乙醇溶解色素，D项错误。,B,8(2015江苏淮安模拟)甲、乙、丙、丁四位同学，在 利 用新鲜绿色菠菜叶为实验材料，用层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于操作不同，而得到了以下四种不同的层析结果。下列分析错误的是( ),C,A甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液 B乙可能是因为研磨时加入无水乙醇过多 C丙可能是正确操作得到的理想结果 D丁可能是因为研磨时未加入CaCO3,解析：叶绿体中的色素属于有机物，易溶 于酒 精 等有机 溶剂，难溶于水，所以不能用蒸馏水作提取液和层析液，A正确；乙中每种色素 都有，但含量 很少，可能 是无水乙醇过多，色素浓度太低导致的，B正 确；丙中每种色素都有，但是胡萝卜素和叶黄素含量较多，叶绿素a 和 叶绿素b 含量较少，这不应该是正确操作得到的理想结果，C错误；丁中 叶绿素a和叶绿素b含量很少，可能是研磨时未加入CaCO3，破坏了叶 绿素，因为与 类胡萝卜素 相比，叶绿素更易受到 破坏，D正确。,9根据“绿叶中色素的提取和分离”实验，回答下列问题： (1)甲同学利用新鲜的玉米绿色叶片进行该实验，在滤纸上出现了四条清晰的色素带，其中呈黄绿色的色素带为_。 (2)乙同学在改变层析液组成的情况下进行相同实验，滤纸条上只出现了黄、绿两条色素带。他用刀片裁出带有色素带的滤纸条，用乙醚分别溶解条带上的色素，浓 缩后用一分 析 仪器检测，通过分析色素溶液的_来判断条带的色素种类。,叶绿素b,吸收光谱,(3)实验结束几天后，乙同学发现部分预留叶片已变黄。他认为这是由于叶片中某些色素降解所造成的，丙同学则认为是某些色素含量增加造成的。根据所学知识，设计实验来判断哪位同学的观点是正确的。 _ _ _ _ _。,从预留的叶片中挑选出足量的、分量相等、大小相近的已变黄的叶片和新鲜叶片为实验材料，在相同条件下，再次进行绿叶中色素的提取和分离实验，测定和记录实验结果，比较这种叶片与新鲜叶片色素的组成及各种色素的含量后，得出结论,解析：(1)呈黄绿色的色素带为叶绿素b。(2)可通过分析色素溶液的吸收光谱来判断条带的色素种类。(3)可通过色素提取和分离实验，比较这种叶片和新鲜叶片色素的组成及各种色素的含量后，得出结论。,易错点1 持续光照与间断光照下光合作用制造的有机物的量不同 点拨 如甲一直光照10分钟；乙光照5秒，黑暗5秒，持续20分钟，则光合作用制造的有机物甲乙(暗反应时间长)。 易错点2 元素的移动途径梳理不清 点拨 CO2中C进入C3但不进入C5，最后进入(CH2O)，C5中C不进入(CH2O)，可用放射性同位素标记法证明。,易错点3 不能准确理解ATP的去向 点拨 光合作用光反应产生的ATP只用于暗反应阶段，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。 易错点4 白天植物并不只进行光合作用 点拨 (1)植物在白天时同时进行光合作用和细胞呼吸。CO2的吸收量是指植物从外界环境中吸收的CO2量，代表植物的净光合速率，植物实际光合速率应该包含植物呼吸产生的CO2量和从外界环境中吸收的CO2量。 (2)在黑暗中测得单位时间CO2释放量即为呼吸速率，没有说明的情况下，白天也是一样的呼吸速率。,易错点5 易忽略温度改变对光合作用的影响 点拨 温度改变时，不管是光反应还是暗反应均会受影响，但主要影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多。,1判断下列有关叶绿体及色素的叙述 (1)(2014重庆卷T1C)叶绿体色素在层析液中的溶解度越高， 在滤纸上扩散就越慢。( ) (2)(2012海南卷T9A)叶绿素a和b主要吸收红光和蓝紫光。 ( ) (3)(2012海南卷T9C)利用纸层析法可分离4种叶绿体色素。 ( ),2判断下列有关光合作用和化能合成作用的叙述 (1)(2013海南卷T2D)光合作用光反应阶段产生的H可在叶绿体基质中作为还原剂。( ) (2)(2012海南卷T6A)硝化细菌虽然不能进行光合作用，但是 自养生物。( ) (3)(2011浙江卷T1D改编)离体的叶绿体基质中添加ATP、 NADPH和CO2后，可完成暗反应。( ),3判断下列有关影响光合作用的因素及应用的叙述 (1)(2012海南卷T8B)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浓度一直保持稳定，不变化。( ) (2)2012浙江卷T30(1)改编停止供水，植物光合速率下降， 这是由于水是光合作用的原料，又是光合产物在植物体内运 输的主要介质。( ) (3)(2011新课标卷T3B)番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段 时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降的原因是 光反应强度降低，暗反应强度降低。( ),
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