1、第3讲 能量之源光与光合作用色素种类叶绿素(3/4)类胡萝卜素(1/4)叶绿素a叶绿素b_叶黄素颜色_橙黄色_吸收光谱主要吸收_主要吸收_分布叶绿体的_上一、色素的种类和吸收光谱胡萝卜素蓝绿色黄绿色黄色红光和蓝紫光蓝紫光类囊体薄膜 即时训练1不同品种的红花酢浆草,在同一条件下栽培,紫红色叶的植株比绿色叶的植株长势弱,主要原因是()。A.叶绿素含量相对低,不利于充分吸收太阳光中的红橙光,光合作用效率较低B.太阳光中的蓝紫光含有的能量很低,使紫红色叶的植株光合作用效率下降C.紫红色叶的植株容易招引昆虫或感染病虫害D.紫红色叶植株对水肥条件要求高答案:A解析:从叶颜色推知,紫红色叶的植株叶细胞内含有
2、的光合色素主要吸收太阳光中的蓝绿光,相比叶绿素光能利用率低。这种先天不足是其植株瘦弱的主要原因。A.研磨不充分,提取的色素少B.层析后滤纸条上位于下边的两条色素带变窄C.层析时各种色素不能相互分离,造成色素带的重叠D.层析后滤纸条上只剩两条色素带 即时训练2研究人员发现,从蔬菜叶中可提取大量的各种天然色素,这为目前市场上天然色素“供不应求”的状况提供了一条解决的途径。在进行“植物中色素的提取”实验时,如果在研钵中研磨绿叶时没有加入碳酸钙,最可能会出现的结果是()。答案:B解析:CaCO3是用来保护叶绿素的,不加CaCO3会导致部分叶绿素被破坏;层析的结果是滤纸条由上而下的色素带依次是胡萝卜素、
3、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。时间科学家探究结果1771年普利斯特利植物可以更新蜡烛燃烧或动物呼吸而变污浊的_1779年英格豪斯_在更新空气中不可缺少1785年绿叶在光下放出的气体是_,吸收的是_二、光合作用的探究历程空气光和绿叶氧气二氧化碳1864年萨克斯光合作用的产物是_1993年鲁宾和卡门利用同位素标记法证明了光合作用释放的氧气来自_20世纪40年代卡尔文利用同位素示踪技术探明了_的转化途径淀粉水二氧化碳中碳 即时训练3历经一个半世纪,科学家们做过许多实验,才逐渐发现光合作用的场所、条件、原料和产物。在下列几个著名实验中,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
4、.萨克斯的实验也可证明光是光合作用的必要条件C.恩格尔曼的实验定量分析了水绵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H2O而不是CO2答案:C解析:恩格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,而不能定量分析光合作用生成的氧气量。即时训练4下图是在较强光照且温度相同,以及水和小球藻的质量相等的条件下,小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后,以下相关比较不正确的是()。A.Y2的质量大于Y3的质量B.装置中小球藻的质量大于装置中小球藻的质量C.装置中水的质量大于装置中水的质量D.装置的质量大于装置的质量
5、答案:C解析:Y2的成分是18O2,Y3的成分是O2,因此Y2的质量大于Y3的质量;装置中小球藻合成的有机物中含有18O,装置中小球藻合成的有机物中不含18O,因此装置中小球藻的质量大于装置中小球藻的质量;装置释放的物质(Y1)的成分是O2,装置释放的物质(Y2)的成分是18O2,因此装置的质量大于装置的质量;中的水由于光合作用被分解出18O2,光合作用形成的水中含有18O,而装置中的水由于光合作用被分解出18O2,而光合作用形成的水中不含18O,两者呼吸作用产生水的情况相同,因此装置中水的质量小于装置中水的质量。1.叶绿体的结构与功能(1)结构。一般呈扁平的椭球形或球形。外有双层膜,内部的基
6、粒是由类囊体薄膜垛叠而成。吸收光能的色素位于类囊体的薄膜上,与光合作用有关的酶分布在类囊体的薄膜上和基质中。(2)功能。进行光合作用,利用光能将无机物合成有机物,将光能转化为化学能三、光合作用与化能合成作用过程储存在有机物中。2.光合作用过程与应用(1)过程。3.化能合成作用(1)概念:自然界中少数种类的细菌,体内无叶绿素,不能进行光合作用但能利用体外环境中的某些_来制造有机物,这种合成作用叫做化能合成作用。(2)实例:硝化细菌利用NH3氧化成HNO2和HNO3时所释放的化学能(体外环境物质氧化分解释放的能量),把_合成储存能量的糖类等有机物。_含量的相对稳定,对生物的进化具有重要的作用。(2
7、)应用。制造了数量巨大的有机物,将太阳能转化成化学能,维持大气中_O2和CO2无机物氧化时所释放的能量CO2和H2O植物气孔是由两个保卫细胞组成的,其张开度有多种调节机制,其中的一个调节机制如图,则下列说法错误的是()。即时训练5B.ABA在一定程度上可帮助植物免受SO2的破坏C.当SO2浓度过高时,植物体内C3的含量上升D.CO2进出保卫细胞的方式为自由扩散答案:C解析:据图可知,当SO2浓度过高时,保卫细胞中CO2浓度相对提高,在ABA的作用下,气孔关闭,导致光合作用的原料CO2供应减少,抑制光合速率;ABA在CO2浓度过高时促进保卫细胞关闭,可帮助植物免受SO2的破坏;当SO2浓度过高时
8、,导致叶肉细胞CO2供应不足,而C3的还原仍在继续,故植物体内C3的含量下降;CO2进出保卫细胞的方式是自由扩散。A.当SO2浓度过高时,可能会抑制光合速率 即时训练6森林中,阳光可能会穿过森林中的空隙,在地上投下“光斑”,它们随着太阳的运动和枝叶的摆动而移动。下图显示了在“光斑”照耀前后一株生长旺盛的植物光合作用过程中吸收CO2和释放O2的情况。请据图分析回答:此时限制光合作用产物(糖类)合成的主要因素是 。(2)当“光斑”移开时,O2释放速率立刻恢复到原水平的原因是;而CO2吸收速率延续了一段时间后才下降,原因是。答案:(1)“光斑”照耀开始时O2释放速率急剧上升,CO2吸收速率上升相对缓
9、慢 CO2的吸收速率(2)随着“光斑”的移开,光照强度降低,光反应速率下降“光斑”照耀期间积累的ATP和H还可以使暗反应持续一段时间(1)“光斑”照耀开始时,CO2吸收速率和O2释放速率分别发生了什么变化?。解析:“光斑”的形成与运动的变化反映了光照等因素对植物光合作用的影响。解决问题的关键是读懂题目中所提供的曲线变化关系。注意对曲线上升、稳定、波动和下降的原因分析,并能正确地解读曲线变化的原因。从“光斑”开始时看,由于光照的增强,光反应速率加快,所以O2释放速率急剧上升。CO2吸收速率较慢,可能与林间温度较低有关。CO2是制造葡萄糖的重要原料,因此,此时光合作用产物合成的主要限制因素是CO2
10、吸收速率。“光斑”移开,说明光照开始减弱,光合速率下降,在光反应阶段产生的H和ATP不会立即用完,所以暗反应还可以持续一段时间。光反应暗反应时间短促,以微秒计较缓慢条件色素、光照、光反应所需酶 暗反应所需酶场所叶绿体类囊体的薄膜叶绿体基质物质变化水的光解:H2OO2+HATP的形成:ADP+PiATPCO2的固定:CO2+C5C3C3的还原:C3+H+ATP(CH2O)+C5+ADP+Pi考点一 光合作用过程分析能量变化光能转变为ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能联系(1)光反应为暗反应提供还原剂H、能量、ATP;暗反应为光反应提供ADP和Pi(2)没有光反应,
11、暗反应无法进行;没有暗反应,有机物质无法合成总之,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。两者是光合作用全过程的两个阶段,是相辅相成的 易错提示进行光合作用的色素存在于叶绿体类囊体的薄膜上,所以光反应也就只发生在叶绿体类囊体的薄膜上,而与光合作用有关的酶存在于叶绿体类囊体的薄膜和叶绿体基质中,光合作用过程中光能的吸收过程不需要酶,而光反应的其他过程需要酶。【例1】阳光穿过森林中的空隙形成“光斑”,它会随太阳的运动和枝叶的摆动而移动。如图表示一株生长旺盛的植物在“光斑”照射前后的光合作用过程中吸收CO2和释放O2的有关曲线,此曲线说明()。A.“光
12、斑”照射前,光合作用无法进行B.“光斑”照射开始后,光反应和暗反应迅速同步增加C.“光斑”照射后O2释放曲线的变化说明暗反应对光反应有限制作用D.CO2吸收曲线AB段的变化说明暗反应的进行与光照无关解析:O2释放速率代表光反应速率(虚线),CO2吸收速率代表暗反应速率(实线),“光斑”照射前,有O2释放,说明能进行光合作用;“光斑”照射开始后,O2释放速率急剧增大,CO2吸收速率相对较慢,说明光反应和暗反应不是同步增加的;随后O2释放速率明显下降,与CO2吸收速率相当,说明暗反应对光反应有限制作用;AB段“光斑”移开,光照减弱,光反应减弱,最终导致暗反应也逐渐减弱。答案:C1.光照强度原理:影
13、响光反应阶段,制约ATP和H的产生,进而制约暗反应。图像:考点二 影响光合作用强度的因素应用:温室大棚生产可适当提高光照强度;延长光照时间;增大光合作用面积(合理密植);大棚用无色透明塑料。2.二氧化碳浓度原理:影响暗反应阶段,制约C3的生成。图像:应用:温室栽培作物时,适当提高室内二氧化碳浓度,如放一定量的干冰或多施有机肥,可提高作物的光合作用速率。3.温度原理:通过影响酶的活性进而影响光合作用。图像:B点所示温度为此酶所需要的最适温度。应用:适时播种;温室栽培作物时,白天适当提高温度,以增强作物的光合作用速率,夜间适当降低温度,抑制细胞呼吸酶的活性,以减少有机物的消耗,增加作物产量。(1)
14、若呼吸速率增加,CO2(光)补偿点应右移,反之应左移。(2)若呼吸速率基本不变,条件的改变使光合速率下降时,CO2(光)补偿点应右移,反之应左移。(3)阴生植物与阳生植物相比,CO2(光)补偿点和饱和点都相应向左移动。易错提示当外界条件变化时,CO2(光)补偿点移动规律如下。【例2】如图为在不同条件下,光合作用速率随光照强度的变化而变化的曲线(Y表示除光照强度外的其他因素)。有关分析不正确的是()。A.在OA段,限制光合作用速率的主要因素是光照强度,而不是YB.在AB段,限制光合作用速率的主要因素有光照强度和YC.在BC段,限制光合作用速率的主要因素是Y,而不是光照强度D.Y可表示不同的温度或
15、二氧化碳的浓度,其中Y1Y2Y3影响光合作用速率;光合作用速率随温度的升高而升高,超过一定温度后,光合作用速率随温度的升高而下降,Y2不一定比Y1低。答案:D解析:OA段,光合作用速率主要取决于光照强度,而不是Y;AB段,光照强度和Y的改变都会影响光合作用速率;BC段,光照强度的改变不再 表示ATP的生成,表示ATP的分解,表示C3的还原,表示CO2的固定,当外界因素中光照强度、CO2浓度骤变时,短时间内将直接影响光合作用过程中H、ATP、ADP、C3及C5的生成量,进而影响叶肉细胞内这些物质的含量,它们的关系归纳如下。考点三 光合作用过程中条件骤变引起的物质量变当外界条件改变时,光合作用中C
16、3、C5、H、ATP的含量及有机物的合成量变化可以采用如图分析。条件C3C5H和ATP(CH2O)合成量CO2供应不变,突然光照(增强光照)减少增加增加增加CO2供应不变,停止光照(减弱光照)增加减少减少减少CO2供应不变,光照不变,(CH2O)运输受阻增加减少增加减少CO2供应增加(未达饱和点),光照不变增加减少减少增加停止CO2供应,光照不变减少增加增加减少 易错提示(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。【例
17、3】将植物栽培在适宜的光照、温度、充足的CO2条件下,如果突然停止光照,此时叶肉细胞内的C3化合物、C5化合物和ATP含量的变化情况依次是()。A.上升、下降、上升 B.下降、上升、上升C.下降、上升、下降 D.上升、下降、下降解析:如果突然停止光照,光反应受影响,ATP的产生量减少,对C3的消耗减少,同时CO2的固定仍在进行,所以C3的含量会升高,C3的还原减少,生成C5的量减少,所以C5的含量会下降。答案:D项目光合作用细胞呼吸代谢类型 合成作用分解作用物质变化 无机物合成有机物有机物被分解成无机物能量变化 光能化学能化学能ATP、热能实质合成有机物,储存能量 分解有机物、释放能量,供细胞
18、利用场所主要是叶绿体细胞质基质和线粒体条件只在光下进行时刻都在进行1.区别考点四 光合作用与细胞呼吸综合分析2.联系(1)元素转移途径分析。C:CO2(CH2O)丙酮酸 CO2O:H2O O2 H2OH:H2O H(CH2O)H H2O(2)气体交换分析。项目光合作用有氧呼吸H来源光反应中水的光解来自细胞呼吸第一阶段葡萄糖到丙酮酸、第二阶段丙酮酸及水的分解去向作为还原剂还原C3形成(CH2O)用于第三阶段中与O2结合形成H2O,同时产生大量ATP(3)H与ATP的来源和去向分析。ATP来源产生于光反应阶段(叶绿体类囊体薄膜上)光能电能ATP中活跃的化学能有氧呼吸三个阶段,无氧呼吸第一阶段去向光
19、反应产生的ATP专用于暗反应C3还原的供能用于生物体的各项生命活动,如主动运输、生物电、神经传导、物质合成等项目光合作用有氧呼吸3.光合作用与细胞呼吸综合计算总结(1)光合作用强度的表示方法。单位时间内光合作用产生有机物的量;单位时间内光合作用吸收CO2的量;单位时间内光合作用释放O2的量。(2)在光下,植物光合作用与呼吸作用同时进行:植物黑暗条件下的耗氧量即为植物的呼吸作用强度。光合作用(实际)产氧量=实测的氧气释放量+呼吸作用耗氧量。光合作用二氧化碳消耗量=实测的二氧化碳消耗量+呼吸作用二氧化碳释放量。光合作用葡萄糖净生产量=光合作用(实际)葡萄糖生产量-呼吸作用葡萄糖消耗量。(3)真实光
20、合作用与净光合作用的判断技巧。如果实验中用CO2和O2的实测值来表示光合速率,则该数值为净光合速率;如果实验中用叶片重量的增加来表示光合速率,则该数值为净光合速率;如果题目谈到有机物时用“合成”“制造”等字眼,则该数值表示真实光合速率;如果用“积累”“增加”等字眼则表示净光合速率。易错提示用单位时间内植物光合作用从周围空气中吸收CO2的量或单位时间内光合作用放出O2的量来测定光合作用强度,测的是周围空气中气体的变化,所以所测数据为净光合速率。【例4】(2012江苏南通期中)在一定浓度的CO2和适宜温度条件下,测定不同光照条件下放有某双子叶植物叶片的密闭装置中CO2的变化量,结果如下表。分析表中
21、数据,不正确的推论是()。光照强度/klx1.03.05.07.08.010.0CO2变化量/(mg100-1 cm-2h-1)+2.0-2.0-6.0-10.0-12.0-12.0A.光照强度为1.0 klx时,光合作用吸收的CO2少于呼吸作用释放的CO2B.光照强度为2.0 klx时,该植物光合作用速率为0C.光照强度由5.0 klx增强到7.0 klx时,叶肉细胞中C3化合物合成速率增大D.光照强度为9.0 klx时,叶绿体中色素的含量是限制植物光合作用速率的内因物从装置中吸收CO2,说明光合作用强度大于呼吸作用强度,且随着CO2变化量的增加,光合作用强度增加。当CO2变化量不再变化时,说明其他的因素(分内因和外因)限制了光合作用强度的变化。答案:B解析:在不同的光照强度下测定出的CO2的量为正值时,表示植物释放CO2,说明光合作用强度小于呼吸作用强度;CO2的量为负值时,表示植
