1、第4节 能量之源光与光合作用 1捕获光能的色素和结构：(1)捕获光能的色素：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂_中，提取的色素在层析液中的溶解度不同，在滤纸上_不同，从而可以将色素分离开来。无水乙醇扩散速度黄绿色叶绿素 b蓝紫光红光蓝紫光黄色 在这个实验中，可以看到滤纸条上出现4条色素带，它们的颜色从上到下依次是橙黄色、_、蓝绿色和_。从上到下依次叫做胡萝卜素、_、叶绿素a和_。叶绿体中的色素能够吸收不同波长的光，其中叶绿素主要吸收_和_，类胡萝卜素主要吸收_。叶黄素(2)叶绿体：叶绿体双酶基粒叶绿素植物进行光合作用的场所：_。结构：是一个_层膜的细胞器，含许多与光合作用有关的_，内部有许多由圆饼
2、状的囊状结构堆叠而成的_。在类囊体的薄膜上分布四种色素，其中_含量较多，因此正常情况下，植物的叶片为绿色。2光合作用的概念：绿色植物通过_，利用_，把二氧化碳和水转化成储存着能量的_，并且释放出_的过程。光能有机物氧气叶绿体3光合作用的探索历程：植物时间发现者创新实验设计思路及现象实验结论1771年普里斯特利1)点燃的蜡烛与绿色植物放在密闭玻璃罩内，现象是蜡烛燃烧较长时间2)小鼠与绿色植物放在密闭的玻璃罩内，现象是小鼠存活较长时间_能够更新空气时间发现者创新实验设计思路及现象实验结论1779年英格豪斯做了 500 多次植物更新空气的实验_在_条件下才能更新空气1864年萨克斯把绿叶放在暗处几小
3、时，目的是消耗叶片中原有的营养物质，然后叶片一半曝光，另一半遮光。一段时间后，用碘蒸气处理叶片，发现曝光部分_，遮光部分_。光合作用的产物有_(续表)植物绿叶光照变蓝不变蓝淀粉时间发现者创新实验设计思路及现象实验结论1880 年恩格尔曼水绵黑暗、没有空气极细光束照射叶绿体好氧细菌向叶绿体部分_被光照的部分完全曝光细菌分散在叶绿体_受光部分1)氧是由叶绿体释放出来的，_ 是绿色植物进行光氧作用的场所2)光合作用需要_(续表)集中叶绿体光所有时间发现者创新实验设计思路及现象实验结论1941年鲁宾和卡门实验方法是_即向植物提供：1)H2 O，CO2现象是释放的氧气全是_；2)H2O，C18O2现象是
4、释放的氧气全是_光合作用释放的氧气来自_20世纪40年代卡尔文用14C标记14CO2，用于探测光合作用暗反应中 CO2的转化途径CO2 中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳(续表)18O2水18同位素标记法O24.光合作用的过程光反应、暗反应。(1)总化学反应式：_。(2)光反应：必须有_才能进行，其化学反应是在_上进行的，物质变化有：水分子分解的反应式：_。ATP 的形成：_。(3)暗反应：有没有光都能进行，其化学反应是在_中进行的。物质变化有：CO2 的固定：_。C3 被还原成糖：_。CO2H2OO2(CH2O)光照类囊体的薄膜2H2O4HO2ADPPiATP叶绿体的基质CO2C52C3C
5、3HCH2O5光合作用的应用：通过调控光照强度、光质、光照时间、温度、二氧化碳浓度、生物的遗传特性对光合作用的影响等，提高光合作用的强度。6自养生物、化能合成作用和异养生物：(1)自养生物：主要是绿色植物，它们以_为能源，利用_、_作为原料，将光能转化为_能储存在_中。H2O有机物(2)化能合成作用：自然界有少数细菌，能利用环境中的_氧化时所释放出来的_制造有机物，并储存能量。能量有机物(3)异养生物只能利用环境中现成的_ 来维持自身的生命活动，例如：绝大多数动物。光CO2化学无机物【配对练习】1用纸层析法分离叶绿体中的色素，四种色素扩散速度最快和最慢的分别是()A叶绿素 a、胡萝卜素C胡萝卜
6、素、叶绿素 aB叶绿素 b、胡萝卜素D胡萝卜素、叶绿素 b解析用纸层析法分离叶绿体中的色素，四种色素扩散速 度由快到慢分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素 a、叶绿素 b。答案D2下列关于光合作用探究历程中有关实验过程、现象、结论的描述正确的是()A恩格尔曼的实验证明了光合作用的产物有 O2B萨克斯的实验未设置实验组和对照组C鲁宾和卡门的实验证明了光合作用产生的 O2 来自于 CO2D卡尔文的实验未用到放射性同位素示踪法解析萨克斯的实验中，遮光和未遮光即形成对照；鲁宾 和卡门的实验证明了光合作用释放的氧气来自于水；卡尔文的 实验使用了放射性同位素示踪法。答案A3(2013 年梅州期末)下列变化中属于
7、光合作用光反应的是()A2、4、6C4、5、6B2、3、6D2、6解析在光反应过程中，水进行光解，产生氧气和H。另外，在有关酶的作用下，ADP 与 Pi 反应形成 ATP。答案D4(2013 年广州越秀区统考)光合作用和化能合成作用的相似点是()A都以太阳能为能源B都需要环境中的物质氧化释放的能量C都能将无机物转变成有机物D二者都可发生在绿色植物体内解析光合作用是指绿色植物通过叶绿体，将光能转化为 稳定化学能并制造有机物和释放氧气的过程；而化能合成作用 则是利用环境中无机物氧化时所释放的能量制造有机物的过 程，主要发生在少数细菌中。答案C5下列有关光合作用的叙述中，不正确的是()A光合作用的整
8、个过程都发生在叶绿体类囊体薄膜上B光合作用发生的能量转换是：光能ATP 中的化学能(CH2O)中的化学能C光合作用释放的氧气全部来自水D适当增加温室中 CO2 的浓度有利于提高农作物的产量解析光合作用释放的氧气来自光反应过程中水的光解；CO2 是光合作用的原料，因此适当增加温室中 CO2 的浓度有利 于提高光合作用，可以提高农作物的产量；光合作用的光反应 发生于叶绿体类囊体薄膜上，暗反应发生在叶绿体基质中。答案A6(2013 年佛山期末双选)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
9、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()AaBbCcDd答案AC1叶绿体中色素的提取与分离实验：(1)实验原理：色素能溶于有机溶剂中，因此可以用无水乙醇等提取。(2)提取色素时的注意事项：要选取颜色较深的叶片，因为含色素较多。研磨前去掉色素较少的叶柄等部分。色素存在于叶绿体基粒的类囊体薄膜上，要提取色素就必须将细胞破坏，通常加入少量二氧化硅帮助研磨，使研磨迅速、充分。叶绿素分子结构中含有一个镁原子，当细胞破裂时，细胞液内有机酸的氢将取代镁而生成褐色的去镁叶绿素。故应加入碳酸钙以中和有机酸，防止叶绿素的破坏。收集到试管中的滤液，要及时用棉塞将试管口塞紧，以免试剂
10、挥发、色素破坏。(3)色素分离的原理：绿叶中的色素都能溶解在层析液中，但溶解度不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢。(4)分离色素时的注意事项：制备的滤纸条要干燥，并要将滤纸条的下端(划滤液的一端)剪去两角，以使色素在滤纸上扩散平直。画滤液细线时，要细、齐、直，并重复 23 次，增加色素分子的数量。分离色素时，一定不要让滤纸条上的滤液细线接触到层析液，这是因为色素易溶解于层析液中，导致实验结果不明显。小烧杯要盖好盖，以免层析液挥发。实验室要通风，实验完毕后层析液等试剂要回收，实验完毕后要洗手。(5)实验结果分析：由于胡萝卜素溶解度最高，其随层析液在滤纸上
11、扩散得最快。后面依次是：叶黄素、叶绿素 a、叶绿素 b。绿叶中叶绿素 a 的含量最多，所以色素带的宽度最大。次宽的是叶绿素 b，最窄的是胡萝卜素，它在绿叶细胞中的含量最少。【例 1】(2013 年清远期末)叶绿体中有多种色素，可以用纸层析法将它们分离。下图为纸层析结果示意图，其中是()A叶绿素 aC叶黄素B叶绿素 bD胡萝卜素名师点拨：叶绿体中色素在滤纸条上由上而下依次为胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素 a(蓝绿色)、叶绿素 b(黄绿色)；色素带的宽度由大到小依次是叶绿素 a、叶绿素 b、叶黄素、胡萝卜素。答案：B【变式训练 1】下列有关叶绿体中色素的提取与分离实验的叙述中，不正确的
12、是()A该实验的实验目的是提取、分离色素，以及探究色素种类和颜色B叶绿素 b 在层析液中溶解度最低C可以选用洋葱鳞片叶做实验材料D叶绿体中的色素可用无水乙醇进行提取解析洋葱鳞片叶不含叶绿体，不能作为实验材料。答案C2德国科学家萨克斯的实验：(1)实验目的：证明光合作用的产物除了氧气以外，是否还有其他产物。(2)实验设计的要点：先将植物放置于黑暗处几小时，以消耗掉叶片中原有的有机物，以免影响实验结果。实验组与对照组在同一片叶上，保证了除有、无光照这个单一变量外，其余一切条件都完全相同。实验前已经预测到光合作用的产物有淀粉，因此用碘蒸气来检测淀粉的存在，以此证明光合作用的产物。【例 2】德国科学家
13、萨克斯将绿色叶片放在暗处几小时，然后把此叶片一半遮光，一半曝光，经过一段时间后，用碘蒸气处理叶片，成功地证明绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。上述实验的设计具有很强的逻辑上的严密性，具体体现在()A没有对照实验B本实验不需要设对照实验C曝光处理作为对照实验D遮光处理作为对照实验名师点拨：要证明绿色叶片在光合作用中产生了淀粉，变 量是光的有无，曝光处理作为实验组，遮光处理作为对照组。答案：D【变式训练 2】1864 年，德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处几小时，然后把此叶片一半遮光，一半曝光，经过一段时间后，用碘蒸气处理叶片，成功地证明了()A光合作用的产物有淀粉B光合作用的产物是水C光合作用的场
14、所在叶绿体D光合作用产物中的氧气来自于反应物中的水解析将绿色叶片放在暗处几小时，然后把此叶片一半遮 光，一半曝光，经过一段时间后，用碘蒸气处理叶片，遮光一 半不变色，不遮光一半变蓝色，说明不遮光部分有淀粉产生，即光合作用的产物有淀粉。答案A31880 年恩吉尔曼的实验：(1)证明了光照是光合作用的必要条件。(2)实验在设计上的精妙之处：选用水绵做实验材料：水绵具有细长的带状叶绿体，螺旋状地分布在细胞内，一般不发生流动。便于观察、分析研究。将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了光线和氧气的影响，从而确保实验正常进行。选用了极细光束照射，并且选用好氧细菌检测，从而能够准确判断出水绵细胞中释
15、放氧的部位。进行黑暗和曝光对照实验，从而明确实验结果完全是光照引起的。【例 3】把载有新鲜水绵和细菌的临时装片，置于显微镜载物台上观察。如果在反光镜上方放置一个三棱镜，当光线从反光镜反射上来后，七种不同颜色的光束就会照射水绵的不同部位。这时可看到细菌从分散状态逐渐向水绵方向运动且聚集成明显的两堆(如下图所示)。下列有关说法中，错误的是()A细菌聚集的部位有机物含量多B水绵光合作用放出氧气C叶绿体被红光和蓝紫光照射的部位光合作用较强，放出的氧气多D叶绿体中的色素具有选择吸收光谱的特性名师点拨：这个实验是恩吉尔曼实验的修改。所用细菌是好氧菌，在这个装片中细菌将向有氧的地方聚集，利用这点，可以判断水
16、绵发生光合作用的部位。叶绿体吸收的光主要是红光和蓝紫光，所以在这两种光谱下水绵的光合作用强度较大。答案：A【变式训练 3】将定量的黑藻放在盛有清水的玻璃瓶中，距离玻璃瓶 30 厘米处给予一定的光照，黑藻就会排出氧气泡，下列哪项不会影响单位时间内黑藻放出的气泡数量？()A玻璃瓶的容积C黑藻的叶片数B光照强度D溶于水中的 CO2 量解析黑藻放出氧气，说明在进行光合作用。影响光合作用的因素有温度、光照强度、CO2 浓度、叶片中叶绿体数等，与所处位置空间大小无关。答案A4.光合作用的过程：应从光反应、暗反应的条件、参与物和生成物入手，梳理清楚后，比较容易掌握光合作用过程。(3)光反应与暗反应互为基础：
17、光反应为暗反应提供了还原剂H和 ATP；暗反应为光反应提供 ADP、Pi 和辅酶。暗反应和光反应可以同时进行。(1)光反应条件：光照、光合色素、与光反应有关的酶参与物：水、ADP和Pi生成物：氧气、H和ATP(2)暗反应条件：与暗反应有关的酶参与物：H和ATP、二氧化碳生成物：葡萄糖、水以及ADP、Pi和辅酶【例 4】下列关于光合作用的叙述中，正确的是()A光合作用制造的有机物中的氧全部来自于水B光合作用中各种酶的活性与温度呈正相关C光反应阶段和暗反应阶段均有 ATP 的合成D光反应阶段为暗反应阶段提供了还原H名师点拨：光合作用在光反应阶段进行水的光解，其中的氧以氧气的形式释放，有机物中的氧来
18、自于二氧化碳；酶的活性只是在一定范围内才与温度呈正相关；暗反应阶段要消耗ATP，用于合成有机物；光反应为暗反应提供的物质有ATP 和H。答案：D【变式训练 4】光反应为暗反应提供的物质是()AH和 H2OCH和 ATPBATP 和 CO2DH2O 和 CO2解析光反应为暗反应提供的物质有H和ATP。答案C5光反应与暗反应的比较：光合作用的过程项目 光反应阶段暗反应阶段所需条件必须有光有没有光均可进行场所类囊体的薄膜上叶绿体基质中物质变化H2O分解成O2和H；形成ATP二氧化碳的固定；C3被H还原，最终形成有机物；ATP转化成ADP和Pi能量转换光能转变为化学能，储存在ATP中ATP中的化学能转
19、化为有机物中储存的化学能联系物质联系：光反应阶段产生的H，在暗反应阶段用于还原C3；暗反应产生的ADP和Pi为光反应提供原料能量联系：光反应阶段生成的ATP，在暗反应阶段中将其储存的化学能释放出来，帮助C3形成有机物，ATP中的化学能则转化为有机物中的化学能【例 5】下图为正常绿色植物的叶绿素 a 的吸收光谱、色素总吸收光谱以及光合作用的作用光谱(作用光谱代表各种波长下植物的光合作用效率)。植物进行光合作用时，下列物质的变化趋势与作用光谱基本一致的是()O2 的释放量有机物的生成量C3 的总量C5的总量ABCD名师点拨：植物光合色素吸收的光谱主要是红光(440 nm 左右)和蓝紫光(660 n
20、m 左右)。吸收值高时，植物的光合作用强度 大。因此，光谱在 440 nm 和 660 nm 左右时，植物的光合作用 强度是最高的。此时光合作用产物 O2 和有机物的生成量增加。但是 C3 和 C5 的量则是在相互变换的，在此时两者维持着基本 的平衡。答案：A【变式训练 5】正常条件下进行光合作用的某植物，当突然改变条件后，即可发现其叶肉细胞内五碳化合物含量瞬时上升，则这种改变最可能是()A停止光照B停止光照并降低 CO2 浓度C升高 CO2 浓度D降低 CO2 浓度解析根据暗反应过程图解可以推知，五碳化合物含量瞬 时上升是由于C5 生成C3 的过程受阻，而此时C3 生成C5 的过程 仍然继续
21、。造成这种情况的原因可能是CO2 供应不足。答案D6光合作用与有氧呼吸的比较：区别光合作用有氧呼吸生物绿色植物进行有氧呼吸的生物场所叶绿体线粒体(主要场所)条件光、色素、酶氧气、酶物质变化无机物有机物CO2H2O(CH2O)O2有机物无机物C6H12O66H2O6O26CO212H2O能量能量变化光ATP有机物化学能有机物化学能ATP热能意义将无机物合成有机物将光能转化为有机物中的化学能维持大气中O2与CO2的平衡为生命活动提供直接的能源物质代谢过程中产生的中间物质为合成反应提供了原料联系光合作用为有氧呼吸提供物质基础有机物和氧气有氧呼吸为光合作用提供CO2【例 6】下图是光合作用和呼吸作用的
22、关系简图，其中发生在绿色植物体内、可发生在各种细胞内、为生命活动提供能)量最多的过程依次是(A、C、B、D、名师点拨：图示依次为光反应、暗反应、有氧呼吸第一阶段、第二阶段和第三阶段。发生在绿色植物体内的是光合作用。可发生在各种细胞内的不可能是光合作用和有氧呼吸的第二、三阶段；因为有些生物是异养型的，不能进行光合作用；厌氧型的生物细胞，呼吸过程不需要氧；因此可发生在各种细胞内的是呼吸作用的第一阶段。为生命活动提供能量最多的是有氧呼吸的第三阶段。答案：D【变式训练 6】下图为绿色植物体内某些代谢过程中物质变化的示意图，A、B、C 分别表示不同代谢过程。其中表达正确的是()AX 代表的物质是 ADP
23、、PiBB 在线粒体的基质中进行C过程 A 产生的 O2 用于过程 C 的第一阶段D过程 B 实现 ATP 中的化学能转变为有机物中的化学能解析由于过程A 吸收水分，并能产生O2、H，故应该是 光反应过程。过程 B 的原料是 CO2、H，并且产生葡萄糖，因此是光合作用的暗反应。过程 C 是有氧呼吸过程。据此可以 推断得知 X 是 ATP；光合作用的暗反应是在叶绿体基质中进行 的；过程 A 产生的氧用于过程 C 的第三阶段，与H结合生成水。答案D7光合作用原理的应用：主要体现在农业生产上，目的是提高光合作用强度，具体做法是控制光照、控制温度、增加环境中二氧化碳浓度、适当调节各种元素的比例等。(1
24、)控制光照：叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，其余光谱对植物影响较小。在一定范围内，随着光照强度的增加，光合作用的强度增加，此时限制光合作用强度的主要因素是光照强度；当光照强度达到一定值时，随着光照强度增加，光合作用的强度不再增加，此时限制光合作用强度的主要外界因素是 CO2 的浓度。延长光照时间，可以使光合作用加强。(2)温度：温度对光合作用的影响的原因：影响了酶的活性。当光照强度适宜的情况下，适当提高温度，有利于光合作用的进行；但是温度的提高，同样使有关呼吸作用的酶的活性提高，使呼吸作用消耗的有机物增加。温度对光合作用的影响：主要影响暗反应，对光反应的影响较小。(3)CO2 浓度：CO2
25、 是光合作用的原料，当环境中 CO2 浓度过低时植物不能进行光合作用。影响植物吸收 CO2 的因素：植物叶片的气孔。当环境温度过高时(如夏季中午)，为了防止体内水分过度散失，叶片的气孔将关闭。这时外界环境的 CO2 不能进入，引起光合作用强度下降。当环境中 CO2 浓度过高时，将引起植物中毒而影响其生长。(4)元素：某些元素是色素的组成成分，如叶绿素中就有镁、氮等，铁也参与色素的合成。钾、磷则影响糖类的运输过程。作用的中间产物的转变和能量传递就会受影响。ATP、NADP中也含氮、磷，如果缺乏这些元素，光合【例 7】下图表示植物生理作用与环境因素之间的关系，下列叙述正确的是()A图甲中点 B 表
26、示光合作用消耗的 CO2 与呼吸作用释放的 CO2 相等B光照强度为 a 时，在不同温度下 CO2 吸收量不同，其主要原因是不同温度条件下光反应强度不同C图乙中曲线 CD 段说明在一定范围内，随着 CO2 浓度的升高，光合作用逐渐加强；D 点之后，影响光合作用强度的因素只有光照强度和温度D要提高农作物的产量，只需注意提供上述环境因素即可名师点拨：植物的光合作用受光照、温度、二氧化碳浓度、各种元素含量等诸多因素影响。点 B 表示该植物光合作用强度 等于呼吸作用强度，所以CO2 的消耗量等于 CO2 的释放量。温 度对光合作用的影响主要在于暗反应，对光反应的影响较小。图乙点 D 以后影响光合作用强
27、度的因素，除了光照强度和温度以外，还可能有水分、元素、酸碱度等。答案：A【变式训练 7】在可以调节温度的温室里栽培番茄，以研究昼夜温差对番茄生长的影响，实验结果如下图所示。曲线 A是根据番茄植株在日温为 26，夜温如横坐标所示的温度范围内测定的数据绘制的。曲线 B 是根据番茄植株在昼夜恒温的情况下，如横坐标所示的温度范围内测定的数据绘制的。则下列说法正确的是()A从图中可以看到，昼夜恒温要比保持昼夜温差有利于番茄生长B曲线 A 中，茎在夜间温度为 20 时的生长速度比在10 时要快，可以说明呼吸作用对植物正常生命活动的重要性C从图中可以看到，昼夜温差越大，对番茄的生长就越有利D若此温室为红色罩
28、膜的大棚，则番茄的光合作用会增强解析当夜间温度过低时，呼吸作用不旺盛，植物的生长将受到一定影响；当温度过高又将消耗过多的有机物。从甲、乙两图比较得知，昼夜有一定温差时，茎可达到最大生长速度。而当昼夜温差过大时，由于夜间消耗的有机物太多，将影响植物的生长。用红色罩膜做成的温室大棚，只能透过红光，将蓝紫光阻隔，光合效率较低。答案B8光合作用和化能合成作用的比较：光合作用化能合成作用自养生物绿色植物硝化细菌能量来源利用光能，通过光合作用制造有机物利用体外环境中无机物氧化释放出的化学能来合成有机物反应过程(CH2O)O2共同点在同化作用过程中，能直接从外界环境中摄取无机物转变为自身的组成物质，即把简单
29、的无机物(如CO2、H2O)合成为储存能量的有机物CO2H2O【例 8】给含氨(NH3)较多的土壤松土，有利于提高土壤肥力，其原因是()A改善土壤通气，根细胞呼吸加强B可增加土壤中 N2 的含量C改善土壤通气，硝化细菌繁殖快，有利于土壤中硝酸盐的增加D可促进氨的扩散名师点拨：土壤中的硝化细菌是好氧生物，给土壤松土，等物质。答案：C能使土壤中氧增加，有利于硝化细菌将 NH3 逐步氧化为 NO2 和NO3，增加土壤肥力，NO3 可被植物根系吸收用于合成蛋白质【变式训练 8】下列关于化能合成作用和光合作用的描述中，正确的是()A硝化细菌通过光合作用把 H2O 和 CO2 合成糖类BCO2 被固定为 C3 化合物必须在黑暗中进行C光合作用产生的 C6H12O6，其 C 和 O 都来自 CO2D进行化能合成作用的是异养生物解析硝化细菌是通过化能合成作用把 H2O 和 CO2 合成糖类；CO2 被固定为 C3 在有光或无光下都可以进行；进行化能合 成作用的是自养生物。答案C
