2018年秋高中生物 第五章 細胞的能量供應和利用 第4節(jié) 能量之源——光與光合作用學案 新人教版必修1.doc

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第4節(jié)　能量之源——光與光合作用 學習目標 1．說出葉綠體的結構和功能。(重點) 2．說出色素的種類及功能。 3．提取和分離綠葉中色素。(難點) 4．描述光合作用的過程。(重點) 5．說出光合作用的概念。 6．闡述光合作用中物質和能量的變化。(難點) 7．體驗科學探究的方法和技術。 核心概念 提取色素　分離色素　葉綠體　吸收光譜　光合作用　光反應階段　暗反應階段　同位素標記法 第1課時　光合作用的探究歷程、過程及色素 一、光合作用的探究歷程 1．1864年，德國的薩克斯的實驗證實了光合作用的產物有 淀粉 。 2．1939年，美國的魯賓和卡門利用 同位素標記法 證明了 光合作用釋放的氧氣來自水 。 3．20世紀40年代，美國的卡爾文，利用　放射性同位素標記　　技術最終探明了 CO2 在光合作用中轉化成 有機物中碳 的途徑。 二、綠葉中色素的提取和分離 三、色素的含量和種類 四、葉綠體的結構和功能 1．葉綠體的結構 2．葉綠體的功能：進行 光合作用 的場所。 3．恩格爾曼的實驗 實驗設計：把載有水綿和好氧細菌的臨時裝片放在沒有空氣的黑暗中，然后用極細的光束照射水綿；之后再將臨時裝片暴露在光下。 實驗現(xiàn)象：極細的光束照射，細菌 只向葉綠體被光束照射到的部位集中 ；完全暴露在光下，細菌 分布在葉綠體所有受光的部位 。 實驗結論：葉綠體是 光合作用的場所 ，氧氣是葉綠體釋放的。 五、光合作用的過程及應用 1．光反應 (1)場所：葉綠體的 類囊體薄膜 上。 (2)條件： 光照 、色素、酶等。 (3)物質變化：將水分解為 [H]和O2 ，將ADP和Pi合成ATP。 (4)能量變化：光能轉變?yōu)? 活躍的化學能 。 2．暗反應 (1)場所：葉綠體的 基質 中。 (2)條件：酶、[H]、ATP。 (3)物質變化： a．CO2的固定：C5＋CO2→ 2C3 ；b.C3的還原：C3＋[H]＋ATP→ C6H12O6 。 (4)能量變化：ATP中活躍的化學能轉變?yōu)? 有機物中穩(wěn)定的化學能 。 ？思考 1．夏季的樹葉多為綠的海洋，到了深秋時節(jié)更有“看萬山紅遍，層林盡染”的美景，試從生物學角度分析其原因。 提示：春夏時節(jié)葉綠素所占比例大，故葉子為綠色，而到了深秋葉綠素大量分解，類胡蘿卜素含量相對增加，故葉子為黃色或橙黃色。 2．植物能進行光合作用制造有機物，有位同學就想：“如果人能像綠色植物一樣，豈不是不用吃飯了嗎？”如果該同學的想法能實現(xiàn)，你認為人體細胞應具備什么樣的結構？ 提示：細胞質中有葉綠體。 3．在大棚種植時一般選用哪種顏色的薄膜？為什么？ 提示：一般選用無色透明的薄膜，因為能夠透過各種單色光。 H　　判斷題 1．植物呈現(xiàn)綠色是由于葉綠素能有效地吸收綠光。(　　) 2．葉綠素a和葉綠素b主要吸收紅光和藍紫光。(　√　) 3．利用紙層析法可分離出4種葉綠體色素。(　√　) 4．葉綠體中的色素主要分布在類囊體腔內。(　　) 5．光合作用過程中光反應是暗反應進行的前提。(　√　) 知識點1　光合作用的探究歷程 Z　 1．探究歷程 年代科學家 過程(依據) 結論或結果 1771年普利斯特利(英) 　?。? 植物可以更新空氣 1779年英格豪斯(荷蘭) 同普利斯特利的實驗過程 只有在陽光照射下和有綠葉時植物才可以更新空氣 1845年梅耶(德國) 能量轉換和守恒定律 植物在進行光合作用時，把光能轉換成化學能儲存起來 1864年薩克斯(德國) 黑暗中饑餓處理的綠葉→ 綠色葉片在光合作用中產生淀粉 1939年魯賓和卡門(美國) HO＋CO2→植物→18O2 C18O2＋H2O→植物→O2 光合作用釋放的氧氣來自水 2．從光合作用的探究歷程可知 (1)普利斯特利的實驗的優(yōu)點和不足 優(yōu)點 ①自變量明確：證明植物具有更新空氣的作用 ②對照明顯：玻璃罩內只放小鼠或燃燒蠟燭作對照 不足 ①沒有認識到光在植物更新空氣中的作用 ②沒有明確植物吸收和釋放的氣體 (2)薩克斯實驗的成功之處 ①方法的成功： a．設置了對照實驗，自變量為光照，因變量是葉片顏色的變化。 b．實驗的關鍵是饑餓處理，使葉片中的營養(yǎng)物質消耗掉，避免了對實驗結果的干擾。 ②認識上的成功：本實驗在證明光合作用的產物是淀粉的同時，還證明了光照是光合作用的必要條件。 (3)魯賓和卡門實驗 ①巧妙之處：兩組實驗相互對照直觀地表現(xiàn)出氧氣是來自于水的光解，而不是來自于二氧化碳中的氧。 ②自變量為被標記的C18O2和HO，因變量是O2的放射性。 (4)卡爾文循環(huán) ①探究方法：同位素標記法。 用14C標記CO2，追蹤檢測放射性，探明了CO2中的碳在光合作用中轉化成有機物中碳的途徑。 ②實驗結論。 碳的轉化途徑：14CO2＋C514C3(14CH2O) 知識貼士 自身對照≠相互對照 不能認為薩克斯實驗和魯賓及卡門實驗的對照設計方法相同：其中薩克斯實驗的對照方式為自身對照(一半曝光與另一半遮光)；而魯賓和卡門實驗的對照方式為相互對照(通過標記不同的物質：HO與C18O2)。 D　 典例1　 如圖表示德國科學家薩克斯做的實驗，在葉片照光24 h后，經脫色、漂洗并用碘液處理后，結果被錫箔遮蓋的部分呈棕色，而不被錫箔遮蓋的部分呈藍色。本實驗說明(　C　) ①光合作用需要CO2?、诠夂献饔眯枰狻、酃夂献饔眯枰~綠素　④光合作用放出氧?、莨夂献饔弥圃斓矸? A．①②　 B．③⑤ C．②⑤　 D．①③　 [解析]　將葉片照光24 h后，葉片曝光部分進行光合作用，經脫色、漂洗后用碘液處理變藍，說明有淀粉生成，應選⑤；用錫箔遮蓋的部分因沒有照光，不能進行光合作用，未產生淀粉，用碘液處理不變藍，說明光合作用需要光，還應選②。 〔變式訓練1〕　 右圖是恩格爾曼的實驗示意圖，下列有關敘述正確的是(　D　) A．實驗先進行“黑暗”處理，主要目的是消耗細胞中原有的淀粉 B．極細的光束照射是為了避免對水綿葉綠體造成灼傷 C．實驗設置了一次對照 D．實驗可證明葉綠體是光合作用的場所 [解析]　圖示的實驗中，先進行“黑暗”處理，目的是防止光的干擾。極細的光束照射是為了使葉綠體上分為有光照和無光照的部位，相當于一組對照實驗，實驗還進行了黑暗(局部光照)和完全光照對照實驗，共設置了兩次對照實驗。該實驗證明了葉綠體是光合作用的場所。 知識點2　綠葉中色素的提取和分離 Z　 1．原理及試劑 (1)原理： (2)試劑： 2．實驗步驟 步驟 方法 原因 色 素 提 取 ①選取新鮮葉片：色素含量高 ②加入少許二氧化硅和碳酸鈣：作用分別是使研磨充分、保護色素 ③加入10 mL無水乙醇：溶解、提取色素 將研磨液迅速倒入基部墊有單層尼龍布的玻璃漏斗中過濾，濾液收集到試管中，及時用棉塞塞緊試管口 試管口加棉塞：防止溶劑揮發(fā)，并充分溶解色素 分 離 色 素 剪去兩角：防止層析液在濾紙條的邊緣處擴散過快 畫濾液細線 畫得細、齊、直；重復畫 ①層析液不能沒及濾液細線：防止色素溶于層析液中 ②試管加塞是為了防止層析液揮發(fā)(因為丙酮、苯等有毒性) 觀察與分析 3．有關色素帶的分析 (1)從色素帶的位置可知道各種色素在層析液中溶解度的高低依次為：胡蘿卜素>葉黃素>葉綠素a>葉綠素b。(記憶口訣：胡黃ab) (2)從色素帶的寬度可知各種色素的含量一般情況下為：葉綠素a>葉綠素b>葉黃素>胡蘿卜素。 (3)在濾紙條上距離最近的兩條色素帶是葉綠素a與葉綠素b，距離最遠的相鄰的兩條色素帶是胡蘿卜素和葉黃素。 4．綠葉中的色素對光的吸收特點 (1)綠葉中的色素只吸收可見光，對紅外光和紫外光等不吸收。 (2)葉綠素對紅光和藍紫光的吸收量大，類胡蘿卜素對藍紫光的吸收量大，對其他可見光并非不吸收，只是吸收量較少。 知識貼士 實驗中的注意事項 加入無水乙醇后，要進行迅速、充分的研磨，迅速研磨可以防止溶劑揮發(fā)，充分研磨是為了使更多的色素溶解在溶劑中，否則提取的色素量減少。 過濾時，不能用濾紙，要用單層尼龍布(或脫脂棉)，因為濾紙可以吸附色素，降低濾液中色素的含量，使實驗效果不明顯。 D　 典例2　在做“綠葉中色素的提取和分離”實驗時，甲、乙、丙、丁四位同學對相關試劑、藥品的使用情況如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他們所得到的實驗結果依次應為圖中的(　B　) 試劑 甲 乙 丙 丁 無水乙醇 － ＋ ＋ ＋ 水 ＋ － － － CaCO3 ＋ ＋ － ＋ SiO2 ＋ ＋ ＋ － A．①②③④　　 B．②④①③　 C．④②③①　　 D．③②①④ [解析]　無水乙醇用于溶解綠葉中的色素，甲同學未加無水乙醇，其濾紙條上應無色素帶；CaCO3能夠防止研磨時色素被破壞，丙同學未加CaCO3，其濾紙條上葉綠素a、葉綠素b對應的色素帶應較窄；SiO2能夠使研磨更充分，丁同學未加SiO2，其濾紙條上的四條色素帶均應較窄。乙同學操作正確，其濾紙條上的色素帶應是正常的，如圖④所示。 〔變式訓練2〕　關于葉綠素的敘述，錯誤的是(　D　) A．葉綠素a和葉綠素b都含有鎂元素 B．被葉綠素吸收的光可用于光合作用 C．葉綠素a和葉綠素b在紅光區(qū)的吸收峰值不同 D．植物呈現(xiàn)綠色是由于葉綠素能有效地吸收綠光 [解析]　葉綠素a和葉綠素b所含化學元素的種類相同，都由C、H、O、N、Mg組成，A項正確。葉綠素吸收的光能通過光合作用轉變?yōu)閮Υ嬖谟袡C物中的化學能，B項正確。葉綠素a在紅光區(qū)的吸收峰值約為660 nm，葉綠素b在紅光區(qū)的吸收峰值約為640 nm，C項正確。綠葉中的色素對綠光的吸收極少，絕大多數綠光被反射出來，葉片中又含有大量的葉綠素，因此一般情況下植物呈現(xiàn)綠色，D項錯誤。 知識點3　葉綠體的結構和功能 Z　 1．葉綠體的結構及功能 (1)結構： ①雙層膜：分為內膜和外膜，其主要功能是控制物質進出葉綠體。 ②基粒：由囊狀結構堆疊而成，這些囊狀結構稱為類囊體。吸收光能的四種色素就分布在類囊體的薄膜上。 ③基質：在基粒與基粒之間充滿基質，基質中含有與光合作用有關的酶。 (2)功能： 葉綠體內的基粒和類囊體擴展了受光面積，含有許多吸收光能的色素分子和光合作用所必需的酶，因此葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所。 2．葉綠體功能的驗證實驗 (1)實驗過程及現(xiàn)象： (2)實驗結論： ①葉綠體是進行光合作用的場所。 ②O2是由葉綠體釋放的。 (3)實驗設計巧妙之處： ①實驗材料選擇水綿和好氧細菌：水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察；用好氧細菌可確定釋放氧氣的部位。 ②沒有空氣的黑暗環(huán)境：排除了氧氣和光的干擾。 ③用極細的光束點狀投射：葉綠體上可分為獲得光照和無光照的部位，相當于一組對照實驗。 ④進行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的對照實驗：明確實驗結果完全是由光照引起的等。 知識貼士 ①光合作用的酶分布在類囊體的薄膜上和基質中，但光合色素只分布在類囊體的薄膜上。 ②葉綠體以囊狀結構堆疊成基粒的方式增大膜面積，而線粒體以內膜向內腔折疊形成嵴的方式增大膜面積。 D　 典例3　下列關于葉綠體的描述，錯誤的是(　C　) A．基粒由類囊體堆疊而成　　 B．葉綠體被膜由雙層膜組成 C．暗反應發(fā)生在類囊體薄膜上　 D．類囊體薄膜上具有葉綠素和酶 [解析]　葉綠體是雙層膜結構的細胞器，其中許多類囊體像圓餅一樣疊在一起，形成基粒；類囊體上有許多與光合作用有關的色素和酶。在暗反應中，CO2的固定和C3的還原在葉綠體基質中進行。 易錯提醒：與葉綠體有關的幾點注意事項 (1)與光合作用有關的酶分布在類囊體的薄膜上和基質中，但光合色素只分布在類囊體的薄膜上。 (2)葉綠體以囊狀結構堆疊成基粒的方式增大膜面積，而線粒體以內膜向內折疊形成嵴的方式增大膜面積。 (3)葉綠體基粒是由類囊體堆疊而成，每個基粒含2～100個類囊體，基粒之間不是孤立的，它們可通過薄膜相連。 〔變式訓練3〕　葉綠體是植物進行光合作用的場所。下列關于葉綠體結構與功能的敘述，正確的是(　D　) A．葉綠體中的色素主要分布在類囊體腔內 B．吸收光能和四種色素分布在葉綠體基質中 C．葉綠體內膜折疊成基粒 D．光合作用的產物——淀粉是在基質中合成的 [解析]　色素分布在類囊體藻膜上，基粒是由類囊體藻膜堆疊形成的。 知識點4　光合作用的過程 Z　 1．光合作用的過程圖解 (1)光反應過程 (2)暗反應過程 2．光反應和暗反應的比較 (1)區(qū)別 項目 光反應 暗反應 實質 光能轉化為化學能，并釋放出O2 同化CO2，合成有機物 反應時間 短促 較緩慢 需要條件 外界條件：光照；內部條件：色素、酶 不需要光照；內部條件：酶 反應場所 葉綠體類囊體的薄膜上 葉綠體基質內 物質變化 ①水的光解：水分解成[H]和O2 ②ATP的合成：在相關酶的作用下，ADP和Pi形成ATP ①CO2的固定：CO2＋C52C3 ②C3的還原：2C3(CH2O)＋C5 能量變化 光能→活躍的化學能 ATP中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能 相應產物 O2、ATP和[H] 糖類等有機物 (2)聯(lián)系：光反應為暗反應提供[H]、ATP，暗反應為光反應提供ADP和Pi，如圖所示： 3．光合作用過程中物質交換分析 (1)光合作用過程中C、H、O元素轉移途徑 3HO (2)14C18O2214C3(14CHO)＋HO (3)光合作用總反應式與C、H、O元素的去向 Y　 有關光合作用過程的四點提醒 (1)葉綠體的內膜既不參與光反應，也不參與暗反應。 (2)光反應階段為暗反應提供ATP、[H]，ATP從類囊體薄膜移向葉綠體基質。而暗反應則為光反應提供ADP和Pi，ADP從葉綠體基質移向類囊體薄膜。 (3)光反應階段必須是在有光條件下進行，而暗反應階段有光無光都能進行，但需光反應提供的[H]和ATP，故暗反應不能長期在無光環(huán)境中進行。 (4)在自然條件下，光反應階段和暗反應階段同時進行，不分先后。 D　 典例4　 如圖為葉綠體結構與功能示意圖，下列說法錯誤的是(　D　) A．結構A中的能量變化是光能轉變?yōu)锳TP中的化學能 B．供給14CO2，放射性出現(xiàn)的順序為CO2→C3→甲 C．結構A釋放的O2可進入線粒體中 D．如果突然停止CO2的供應，短時間內C3的含量將會增加 [解析]　結構A為類囊體薄膜，分布有與光反應有關的酶，能把光能轉換為ATP中活躍的化學能。從暗反應的過程可以看出，供給14CO2，放射性出現(xiàn)的順序為CO2→C3→甲。光合作用產生的O2可進入線粒體，被細胞呼吸所利用。在光合作用中，CO2首先被C5固定形成C3，如果突然停止CO2的供應，則C3的生成量減少，而其消耗量不變，因此短時間內C3的含量將會減少。 知識貼士：不同的條件下葉綠體內各種物質的動態(tài)變化規(guī)律 條件 C3 C5 [H]和ATP (CH2O)合成量 停止光照CO2供應不變 增加 減少 減少 減少 突然光照CO2供應不變 減少 增加 增加 增加 光照不變停止CO2供應 減少 增加 增加 減少 光照不變CO2供應增加 增加 減少 減少 增加 說明：以上各物質含量的變化是在外界條件改變后的短時間內發(fā)生的，且是相對含量的變化。 〔變式訓練4〕　為研究棉花去棉鈴(果實)后對葉片光合作用的影響，研究者選取至少具有10個棉鈴的植株，去除不同比例棉鈴，3天后測定葉片的CO2固定速率以及蔗糖和淀粉含量，結果如圖所示。 (1)光合作用暗反應利用光反應產生的ATP和 [H](NADPH) ，在 葉綠體基質 中將CO2轉化為C3，進而形成淀粉和蔗糖。 (2)由圖甲可知，隨著去除棉鈴百分率的提高，葉片光合速率 逐漸下降 。本實驗中對照組(空白對照組)植株的CO2固定速率相對值是 28 。 (3)由圖乙可知，去除棉鈴后，植株葉片中 淀粉和蔗糖含量 增加。已知葉片光合產物會被運到棉鈴等器官并被利用，因此去除棉鈴后，葉片光合產物利用量減少， 輸出量 降低，進而在葉片中積累。 (4)綜合上述結果可推測，葉片中光合產物的積累會 抑制 光合作用。 (5)一種驗證上述推測的方法為：去除植株上的棉鈴并對部分葉片遮光處理，使遮光葉片成為需要光合產物輸入的器官，檢測 未遮光 葉片的光合產物含量和光合速率。與只去除棉鈴植株的葉片相比，若檢測結果是 光合產物含量下降，光合速率上升 ，則支持上述推測。 [解析]　(1)光合作用光反應可為暗反應提供[H](NADPH)和ATP，并在葉綠體基質中將CO2轉化為C3，進而形成淀粉和蔗糖。(2)由圖甲信息可知，隨去除棉鈴百分率的提高，葉片固定CO2能力明顯降低；對照組(未摘除棉鈴)植株CO2固定速率的相對值應為“去除棉鈴百分率為0”時的CO2固定值，即28。(3)由圖乙可知，去除棉鈴后，植株葉片中淀粉和蔗糖含量增加。由題干信息可知，葉片光合產物被運到棉鈴等器官并被利用，故除去棉鈴后，葉片光合產物輸出量降低，從而導致相應產物在葉片中積累。(4)綜合圖甲、乙中的相關信息可知，葉片中光合產物積累將使CO2固定速率明顯降低，即抑制光合作用。(5)該驗證實驗中，推測若去除植株上的棉鈴，使遮光葉片成為需要光合產物輸入的器官，則未遮光葉片光合產物會不斷轉運至遮光葉片中，從而導致未遮光葉片中蔗糖和淀粉含量下降，進而解除產物積累對光合速率的抑制，因此，檢測未遮光葉片的光合產物含量和光合速率，若與只去除棉鈴植株的葉片相比，檢測結果為光合產物含量下降，光合速率上升，則可支持相關推測。 第2課時　光合作用的原理和應用 一、探究光照強度對光合作用強度的影響 1．光合作用強度 2．探究光照強度對光合作用強度的影響 二、光合作用的原理在生產實踐中的應用 實例 原理 間作套種 不同植物對 光照 的需求不同 冬季大棚溫度白天適當提高，晚上適當降低 一定范圍內 溫度 升高，光合作用和細胞呼吸都會增強 “正其行、通其風” 增大 CO2 濃度，有利于光合作用的進行 合理灌溉 水分 缺少導致氣孔關閉，CO2供應不足 三、化能合成作用 1．概念：利用體外環(huán)境中的某些 無機物 氧化時所釋放的能量來制造 有機物 的合成作用。 2．實例 硝化細菌 3．自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物 類型 概念 代表生物 自養(yǎng) 生物 能將 無機物 合成 有機物 的生物 光能自養(yǎng)生物： 綠色植物 化能自養(yǎng)生物： 硝化細菌 異養(yǎng) 生物 只能利用環(huán)境中 現(xiàn)成的有機物 來維持自身生命活動的生物 人、動物、真菌、大多數細菌 ？思考 1．光飽和點后，限制光合速率的內部因素主要有哪些？ 提示：色素含量、酶的數量、C5的含量等。 2．下面是有關農業(yè)種植的諺語“黑夜下雨白天晴，打的糧食沒處盛”。請從光合作用的角度分析這句諺語的含義。 提示：夜晚降雨不僅提供水分，還降低溫度，減弱細胞呼吸消耗，白天晴天，提供良好光照，光合作用強，經過一晝夜中，有機物的積累量高。 H　　判斷題 1．光照強度對光合作用強度的影響實驗中，可以通過調節(jié)臺燈與實驗裝置的距離來調節(jié)光照強度。(　√　) 2．探究實驗中，小圓形葉片浮起的原因是葉片進行細胞呼吸產生了CO2。(　　) 3．綠色植物和硝化細菌都為自養(yǎng)生物，都可通過光合作用制造有機物。(　　) 4．化能合成作用與光合作用所利用的無機物原料都是CO2和H2O。(　√　) 5．原核生物都是異養(yǎng)生物。(　　) 6．自養(yǎng)生物合成有機物時只能利用光能。(　　) 知識點1　探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響 Z　 1．光合作用強度 (1)概念：簡單地說，光合作用強度(又稱光合速率)是指植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數量，是描述光合作用強弱的指標。 (2)表示方法 2．探究光照強弱對光合作用強度的影響 (1)實驗原理 葉片含有空氣，上浮葉片下沉充滿細胞間隙，葉片上浮 (2)實驗中沉水葉片的制備 ①小圓形葉片的制備：用打孔器在生長旺盛的綠葉上打出小圓形葉片。 ②沉水：用注射器抽出葉片內氣體，放入黑暗處盛有清水的燒杯中，小圓形葉片全部沉到水底。黑暗條件的設計是為了防止光合作用的進行。 (3)實驗裝置分析 ①自變量的設置：光照強度是自變量，通過調整臺燈與試管之間的距離來調節(jié)光照強度的大小。 ②中間盛水的玻璃柱的作用：吸收燈光的熱量，避免光照對試管內水溫產生影響。 ③因變量是光合作用強度，可通過觀測單位時間內被抽去空氣的小圓形葉片上浮的數量或者是浮起相同數量的葉片所用的時間長短來衡量光合作用的強度。 (4)實驗結論：在一定范圍內，隨著光照強度的不斷增強，光合作用強度也不斷增強。(假設正確) Y　 取材關鍵及實驗結果分析 (1)打孔時避開大葉脈是因為大葉脈部分含有的葉綠體少。 (2)用注射器排出小圓形葉片內的氣體是為了防止細胞內原本存在的氣體影響實驗結果。 (3)該實驗中所取的葉片大小和生理狀態(tài)應該是相同的，打孔時要取葉片的相同部位。 (4)本實驗中的數值并不代表真正的光合速率，而是光合作用的凈積累值，即光合作用與細胞呼吸的差值。 D　 典例1　正常生長的綠藻，照光培養(yǎng)一段時間后，用黑布迅速將培養(yǎng)瓶罩上，此后綠藻細胞的葉綠體內不可能發(fā)生的現(xiàn)象是(　B　) A．O2的產生停止　 B．CO2的固定加快 C．ATP/ADP比值下降　 D．NADPH/NADP＋比值下降 [解析]　本題考查光照變化對光合作用過程的影響。用黑布將培養(yǎng)瓶罩住，相當于停止光照，光反應停止，不再產生氧氣。[H]和ATP的產生停止，導致暗反應C3的還原速度減慢，C3在葉綠體內積累導致二氧化碳固定減慢。光反應停止，ATP的生成減少，ATP/ADP比值下降。光反應停止，NADPH([H])的產生減少，NADPH/NADP＋比值下降。解答本題的關鍵是弄清楚光照和哪些反應有關，引起哪些物質發(fā)生變化。 〔變式訓練1〕　將植物栽培在光照、溫度適宜，CO2充足的條件下，如果將環(huán)境中CO2含量突然降至極低水平，此時葉肉細胞中C3化合物、C5化合物和ATP含量的變化情況依次是(　C　) A．上升、下降、上升　 B．下降、上升、下降 C．下降、上升、上升　 D．上升、下降、下降 [解析]　在其他條件都適宜的前提下，CO2含量突然降低會導致CO2的固定受阻，致使C3化合物的來源受阻，C5化合物的去路受阻。而C3化合物的還原過程仍然在進行，導致C3化合物因不斷被還原而減少，C5化合物因不斷產生而增加，C3化合物的來源不足，致使ATP的利用減少，含量上升。 知識點2　影響光合作用的環(huán)境因素及在生產中的應用 Z　 1．光照強度： (1)原理：光照強度主要影響光反應階段ATP和[H]的產生，進而影響暗反應階段。 (2)曲線 關鍵點 A點 光照強度為0，此時只進行細胞呼吸；A點的CO2釋放量表示細胞呼吸速率 B點 光合作用強度＝細胞呼吸強度(細胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用)，此時光照強度稱為光的補償點 C′點 光照強度增強，光合作用強度基本不變，此時的光照強度稱為光的飽和點，此時CO2吸收量表示凈光合作用速率 區(qū)段分析 AB段 開始進行光合作用，隨光照強度的增強，光合作用強度也增強，但光合作用強度小于細胞呼吸強度 BC段 隨光照強度的增強，光合作用強度增強 (3)應用 ①欲使植物正常生長，則應使光照強度大于B點對應的光照強度。 ②適當提高光照強度：如陰雨天適當補充光照，及時對大棚除霜消霧等。 ③合理密植和間作套種：陰生植物的光補償點和光飽和點低，因此間作套種農作物可以充分利用光照。 2．CO2濃度 (1)原理：CO2濃度通過影響暗反應階段，制約C3的生成進而影響光合作用強度。 關鍵 點 A CO2的補償點：光合速率等于呼吸速率時的CO2濃度 A′ 進行光合作用所需的最低CO2濃度 B和B′ CO2飽和點 走勢 分析 圖1和 圖2 一定范圍內，光合作用強度隨CO2濃度的增大而增大，但當CO2達到一定的濃度時，光合作用強度不再增強 (3)應用 ①大氣中的CO2濃度處于OA′段時，植物無法進行光合作用。 ②在農業(yè)生產中可通過“正其行，通其風”和增施農家肥等措施增加CO2濃度，提高光合作用速率。 3．溫度 (1)原理：通過影響酶活性進而影響光合作用。 (2)曲線： ①AB段：隨著溫度升高，光合作用增強。 ②B點：光合作用最適溫度。 ③BC段：隨著溫度升高，光合作用減弱。 ④溫度過高時，酶失活，光合作用完全停止。 (3)應用 ①適時播種。 ②溫室栽培時白天適當提高溫度，夜間適當降低溫度。 4．水及礦質元素對光合作用的影響 (1)原理：①N、Mg、Fe等是葉綠素合成的必需元素，若這些元素缺乏，會影響葉綠素的合成從而影響光合作用。 ②水既是光合作用的原料，又是體內各種化學反應的介質，水還會影響氣孔的開閉，從而影響CO2進入植物體。 (2)曲線 (3)應用 ①合理施肥；②預防干旱，合理灌溉。 Y　 (1)光的補償點是指凈光合作用為0的點，實際光合作用補償(抵消)了呼吸作用，此時植物表現(xiàn)為不生長。 (2)CO2的飽和點是指光合作用達到最大值時所需的最低CO2濃度，外界條件變化時，CO2的飽和點會發(fā)生變化。 D　 典例2　如圖所示，圖甲表示某種植物光合作用強度(用CO2吸收量表示)與光照強度的關系，圖乙表示該植物葉肉細胞的部分結構(圖中m和n代表兩種氣體的體積)，下列說法正確的是(注：不考慮無氧呼吸)(　D　) A．圖甲中的縱坐標數值即為圖乙中的m4 B．處于圖甲中A、B、C、D、E任意一點，圖乙中都有m1＝n1>0，m2＝n2>0 C．圖甲中E點以后，圖乙中n4不再增加，其主要原因是m1值太低 D．圖甲中C點時，圖乙中有m1＝n1＝m4＝n4 [解析]　圖乙中m1～m4分別表示線粒體產生、細胞釋放、細胞吸收、葉綠體吸收的CO2量，n1～n4分別表示線粒體吸收、細胞吸收、細胞釋放、葉綠體產生的O2量。圖甲中的縱坐標數值是整個細胞吸收的CO2，即為圖乙中的m3，A項錯誤；在E點時，葉綠體產生的O2足夠線粒體進行細胞呼吸消耗，n2＝0，B項錯誤；圖甲在E點以后，圖乙中n4不再增加，即達到光飽和點，其主要原因是葉綠體中的色素等有限，來不及吸收和利用那么多的光能，C項錯誤；圖甲中C點時，光合作用強度等于細胞呼吸強度，故有m1＝n1＝m4＝n4，D項正確。 〔變式訓練2〕　(2018湖北黃岡高三上學期期末) 如圖所示，甲圖和乙圖表示某植物在適宜的CO2濃度下光合速率與環(huán)境因素之間的關系，下列相關描述中錯誤的是(　D　) A．甲圖中，在A′點限制光合速率的主要因素是光照強度，在B′點限制光合速率的主要因素是溫度 B．從乙圖可以看出，當超過一定溫度后，光合速率會隨著溫度的升高而降低 C．溫度主要是通過影響酶的活性來影響光合速率的 D．若光照強度突然由A變?yōu)锽，短時間內葉肉細胞中C3的含量會增加 [解析]　甲圖表示光照強度和溫度對光合速率的影響，乙圖表示溫度對光合速率的影響。分析甲圖中某點的限制因素時，要看曲線是否達到飽和點。如果沒有達到飽和點(如A′點)，則限制因素為橫坐標表示的因素，即光照強度；當達到飽和點以后(如B′點)，則限制因素為橫坐標表示的因素以外的其他因素，如溫度。當光照強度突然增強時，光反應速率加快，產生更多的[H]和ATP，短時間內C3的還原速率加快，而CO2的固定速率不變，故C3的含量會減少。 知識點3　化能合成作用 Z　 1．硝化細菌進行化能合成作用的過程 2．與光合作用的區(qū)別 化能合成作用與光合作用的不同之處僅在于光合作用是利用光能將CO2和H2O合成有機物，而化能合成作用是利用化學能將CO2和H2O合成有機物。 注意：除了硝化細菌外，能進行化能合成作用的細菌還有硫細菌、鐵細菌等。 D　 典例3　硝化細菌通過化能合成作用形成有機物，需要下列哪種環(huán)境條件(　B　) A．具有NH3及缺氧　 B．具有NH3和氧 C．具有硝酸和氧　 D．具有硝酸和缺氧 [解析]　硝化細菌的化能合成作用所需要的能量來自土壤中的氨(NH3)氧化成亞硝酸(HNO2)和硝酸(HNO3)的過程中釋放出來的能量。因此，硝化細菌所需要的環(huán)境條件是有NH3和氧氣。 〔變式訓練3〕　光合作用和化能合成作用的相同點是(　B　) A．都需要把太陽光作為能源　 B．把無機物轉變?yōu)橛袡C物 C．都需要利用氧氣　 D．都需要物質氧化形成的能量 [解析]　光合作用和化能合成作用的相同點是把無機物CO2和H2O轉變?yōu)橛袡C物。 一、光照、CO2濃度對光合作用中各物質含量的影響 當外界條件改變時，光合作用中C3、C5、[H]、ATP的含量變化分析如下。 1．圖示 2．分析 條件 過程變化 C3 C5 [H]和 ATP 模型分析 光照由強到弱，CO2供應不變 ①過程減弱，②③過程減弱，④過程正常進行 增加 減少 減少或 沒有 光照由弱到強，CO2供應不變 ①過程增強，②③過程增強，④過程正常進行 減少 增加 增加 光照不變，CO2由充足到不足 ④過程減弱；②③過程正常進行，①過程正常進行 減少 增加 增加 光照不變，CO2由不足到充足 ④過程增強；②③過程正常進行，①過程正常進行 增加 減少 減少 提示：以上各種物質的含量變化是在外界條件改變的短時間內發(fā)生的，且是相對含量的變化。 典例4　下圖為光合作用過程示意圖。在適宜條件下栽培小麥，如果突然將c降低至極低水平(其他條件不變)，則a、b在葉綠體中含量的變化將會是(　B　) A．a上升、b下降　 B．a、b都上升 C．a、b都下降　 D．a下降、b上升 [解析]　圖中c為二氧化碳，a、b分別為[H]和ATP。在光合作用過程中突然將二氧化碳降低到極低水平，而其他條件不變，這時，二氧化碳的固定減弱，但C3的還原仍會進行一會兒，所以C3含量下降，C5含量增加，[H]和ATP的含量都會上升，(CH2O)的合成減少。 二、光合作用與有氧呼吸的區(qū)別和聯(lián)系 1．光合作用與有氧呼吸的區(qū)別 項目 光合作用 有氧呼吸 物質變化 無機物→有機物 有機物→無機物 能量變化 光能→化學能(儲能) 化學能→ATP中活躍的化學能、熱能(放能) 實質 合成有機物，儲存能量 分解有機物，釋放能量，供細胞利用 場所 葉綠體 活細胞(主要在線粒體) 條件 只在光下進行 有光、無光條件下都能進行 2．探究兩者之間的聯(lián)系 (1)物質方面 C：CO2(CH2O)C3H4O3CO2 O：H2OO2H2O H：H2O[H](CH2O)[H]H2O (2)能量方面 光能ATP中活躍的化學能(CH2O)中穩(wěn)定的化 學能 3．[H]和ATP的來源、去路的比較  比較項目 主要來源 主要去路 [H] 光合作用 光反應中水的光解 作為暗反應階段的還原劑，用于還原C3合成有機物 有氧呼吸 第一、二階段產生 用于第三階段還原O2產生水，同時釋放大量能量 ATP 光合作用 在光反應階段合成ATP，其合成所需能量來自色素吸收、轉化的太陽能 供應暗反應階段C3還原時的能量之需，以穩(wěn)定的化學能形式儲存在有機物中 有氧呼吸 第一、二、三階段均產生，其中第三階段產生最多，能量來自有機物的分解 作為供能物質直接用于各項生命活動 　　典例5　如圖是綠色開花植物體內能量供應及利用的示意圖，下列說法正確的是(　C　) A．乙過程利用的ATP是由甲和丙過程共同提供的 B．乙過程中的ATP用于固定CO2和還原C3 C．甲、丙中合成ATP所需的能量來源不相同 D．丁中的能量可用于肌肉收縮、人的紅細胞吸收葡萄糖、興奮傳導等 [解析]　從圖中發(fā)生的變化可判斷，甲是光反應，乙是暗反應，丙是細胞呼吸，丁是ATP的水解。細胞呼吸產生的ATP不能用于光合作用的暗反應，A項錯誤；光反應過程中產生的ATP用于C3的還原，不能用于CO2的固定，B項錯誤；光反應合成ATP所需的能量來源于光能，而丙過程合成ATP所需的能量來自有機物中的化學能，C項正確；人的紅細胞吸收葡萄糖的方式是協(xié)助擴散，協(xié)助擴散需要載體蛋白，但不消耗ATP，D項錯誤。 三、光合作用與細胞呼吸的相關計算 1．呼吸速率的表示方法 將植物置于黑暗環(huán)境中，測定實驗容器內CO2增加量、O2減少量或有機物減少量。 2．凈光合速率和真正光合速率的表示方法 (1)凈光合速率：常用在光照條件下測得的一定時間內O2釋放量、CO2吸收量或有機物積累量表示。 (2)真正光合速率：常用一定時間內O2產生量、CO2固定量或有機物產生量(或制造量)表示。 3．呼吸速率、凈光合速率與真正光合速率的關系 由圖可知，在不考慮光照強度對呼吸速率影響的情況下，OA段表示植物呼吸速率，OD段表示植物凈光合速率，OA＋OD段表示總光合速率(即真正光合速率)。即真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。 4．相關計算 當植物的光合作用與細胞呼吸同時進行時，存在如下關系： (1)光合作用實際產氧量(葉綠體產氧量)＝實測植物氧氣釋放量＋細胞呼吸耗氧量。 (2)光合作用實際CO2消耗量(葉綠體消耗CO2量)＝實測植物CO2吸收量＋細胞呼吸CO2釋放量。 (3)光合作用葡萄糖凈產生量(葡萄糖積累量)＝光合作用實際葡萄糖產生量(葉綠體產生或合成的葡萄糖量)－細胞呼吸葡萄糖消耗量。 5．以凈光合速率的大小來判斷植物能否正常生長(自然狀態(tài)下，以一天24 h為單位) (1)凈光合速率大于0時，植物因積累有機物而正常生長。 (2)凈光合速率等于0時，植物因沒有有機物積累而不能生長。 (3)凈光合速率小于0時，植物因有機物減少而不能生長，且長時間處于此種狀態(tài)下植物將死亡。 警示：植物進行光合作用的同時，一定進行細胞呼吸，但在進行細胞呼吸時不一定進行光合作用，因為光合作用只有在有光條件下才能進行，而細胞呼吸只要是活細胞就會進行。 典例6　以測定的CO2吸收量與釋放量為指標，研究溫度對某綠色植物光合作用與細胞呼吸的影響，結果如圖所示。下列分析正確的是(　A　) A. 光照相同時間，35℃時光合作用制造的有機物的量與30℃時相等 B．光照相同時間，在20℃條件下植物積累的有機物的量最多 C．溫度高于25℃時，光合作用制造的有機物的量開始減少 D．兩曲線的交點表示光合作用制造的有機物的量與細胞呼吸消耗的有機物的量相等 [解析]　圖中虛線表示的是光照下CO2的吸收量，即光合作用有機物凈合成量，在光照時間相同的情況下，30℃時光合作用有機物合成的總量為3.50(有機物凈合成量)＋3.00(呼吸消耗量)＝6.50 mgh－1,35℃時光合作用有機物合成的總量為3.00(有機物凈合成量)＋3.50(呼吸消耗量)＝6.50 mgh－1，二者相等。在25℃時，CO2吸收量最大，即光合作用有機物凈合成量最大。溫度高于25℃時，如30℃時，光合作用制造的有機物的量還在增加；兩曲線的交點表示光合作用的有機物凈合成量等于細胞呼吸消耗量。 四、光合作用、細胞呼吸曲線中關鍵點的移動 CO2(或光)補償點和飽和點的移動方向：一般有左移、右移之分，其中CO2(或光)補償點B是曲線與橫軸的交點，CO2(或光)飽和點C則是最大光合速率對應的CO2濃度(或光照強度)，位于橫軸上。 (1)呼吸速率增加，其他條件不變時，CO2(或光)補償點B應右移；反之左移。 (2)呼吸速率基本不變，相關條件的改變使光合速率下降時，CO2(或光)補償點B應右移；反之左移。 (3)與陽生植物相比，陰生植物CO2(或光)補償點和飽和點都應向左移動。 典例7　已知某植物光合作用和細胞呼吸的最適溫度分別為25℃和30℃，如圖表示30℃時光合作用與光照強度的關系。若溫度降到25℃(原光照強度和CO2濃度不變)，理論上圖中相應點a、b、d的移動方向分別是(　C　) A．下移、右移、上移　 B．下移、左移、下移 C．上移、左移、上移　 D．上移、右移、上移 [解析]　圖中a、b、d三點分別表示細胞呼吸強度、光補償點和光飽和點。由題干“光合作用和細胞呼吸的最適溫度分別為25℃和30℃”可知，當溫度從30℃下降到25℃時，細胞呼吸強度降低，a點上移；光合作用強度增強，所以光飽和點(d點)時吸收的CO2增多，d點上移。b點表示光合作用強度＝細胞呼吸強度，在25℃時細胞呼吸強度降低，光合作用強度增強，在除光照強度外其他條件不變的情況下，要使其仍然與細胞呼吸強度相等，需降低光照強度以使光合作用強度與細胞呼吸強度相等，即b點左移。 1．葉綠體中的色素 (1)種類：葉綠素——葉綠素a(藍綠色)和葉綠素b(黃綠色)；類胡蘿卜素——胡蘿卜素(橙黃色)和葉黃素(黃色)。(2)功能：葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。 2．綠葉中色素的提取和分離 (1)色素提取的原理：色素都能溶解在有機溶劑無水乙醇中。(2)色素分離的原理：色素在層析液中的溶解度不同，溶解度大的隨層析液在濾紙上擴散得快；反之，則慢。 3．葉綠體 (1)結構：外膜、內膜、基質、基粒(由類囊體構成)。(2)酶的分布：類囊體和基質中。(3)色素分布：類囊體的薄膜上。 4．光合作用的過程 (1)光反應階段：必須有光才能進行。 ①場所：類囊體薄膜上。②物質變化：H2O分解成O2和[H]，合成ATP。③能量變化：光能轉換成活躍的化學能儲存在ATP中。 (2)暗反應階段：有光無光都能進行。 ①場所：葉綠體基質中。②物質變化：CO2的固定，C3的還原。③能量變化：ATP中活躍的化學能轉換成有機物中穩(wěn)定的化學能。 (3)聯(lián)系：光反應為暗反應提供ATP和[H]，暗反應為光反應提供合成ATP的原料ADP和Pi。