1、第 11 课时 能量之源光与光合作用 回扣基础构建网络 一、捕获光能的色素和结构 色素的种类和功能叶绿素4341叶绿素a（蓝绿色）叶绿素b（黄绿色）主要吸收蓝紫光和红光类胡萝卜素胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）主要吸收蓝紫光分布于提醒叶片是绿色的原因有两个：一是叶绿素是类胡萝卜素含量的三倍；二是色素不吸收绿光被反射回来。秋天叶片变黄是低温使叶绿素遭到破坏，呈现出类胡萝卜素的颜色，变红则是液泡中花青素的颜色。叶绿体结构 外表：双层膜内部基质：含基料：由类囊体重叠而成，增大膜面积、分布着DNA、RNA、酶色素和酶决定功能：光合作用的场所证明恩格尔曼的实验提示（1）补充红光和蓝紫光，因为色素主要吸收
2、上述两种单色光，最不吸收的是绿光。（2）从浅到深依次为绿藻褐藻红藻；不同藻类主要吸收光的波长不同。回扣教材 （1）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？（2）课后练习题：海洋中藻类分布的分层现象的原因是什么？二、光合作用的探究历程及过程 1探究历程：1771 年普利斯特利(英)植物可以 1779 年英格豪斯(荷)光合作用需 (条件)1864 年萨克斯(德)光合作用的产物 1880 年，恩格尔曼(美)光合作用的场所 1939 年鲁宾和卡门(美)用 法证明 中氧原子来源20 世纪 40 年代 (美)CO2形成(CH2O)的途径 2总反应式：(原料)(产物)更新空气
3、光淀粉叶绿体H2O+CO2同位素标记O2卡尔文（CH2O）+O2光能（动力）叶绿体（场所）3过程比较 光反应 暗反应 场所 条件 光、酶等 酶等 物质变化 2H2O光 ADPPi酶ATP C5CO2酶2C3 2C3H酶ATP 能量变化 光能活跃的化学能稳定的化学能 联系 光反应为暗反应提供 ，暗反应为光反应提供 ADP 和 Pi 叶绿体类囊体薄膜4H+O2H+ATP色素(CH2O)C5叶绿体基质判一判(1)叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内；(2)光合作用需要的酶只分布在叶绿体基质中；(3)叶绿体是光合作用的主要场所。提示(1)错；分布在类囊体膜上。(2)错；类囊体膜上和叶绿体基质中都有。(3
4、)错；是全部场所。练一练(2010海南卷，4)光反应为暗反应提供的物质是 ()AH和 H2O BH和 ATP CATP 和 CO2 DH2O 和 CO2 B三、影响光合作用的因素和化能合成作用 1影响光合作用的因素有原料(包括 和土壤中的水分)，光照条件(包括光照 、光照时间和光的成分)，影响酶活性的 等。2光合作用和化能合成作用的比较 光合作用 化能合成作用 本质 都能将 CO2和 H2O 等无机物合成有机物 能量 光能 氧化无机物放 的 区 别 代表 生物 绿色植物 硝化细菌等微生物 CO2强度温度化学能名师点拨 以上两类生物代谢类型都是自养型，在生态系统中的成分都是生产者。硝化细菌生存的
5、气体环境条件有 NH3和 O2(两种气体)。农业中松土可使硝化细菌在 O2充足条件下将更多的 NH3转化成NO3 或 NO2，提高肥效。构建知识网络 突破考点提炼方法 考点 33 光合作用的过程 1.光反应和暗反应的关系 2.反应式及元素去向 (1)氧元素 (2)碳元素：CO2 C3 (CH2O)(3)氢元素：H2O H (CH2O)CO2+H2O(CH2O)+O2光能叶绿体H2O O2CO2（CH2O）特别提醒 1光反应为暗反应提供两种重要物质：H和 ATP，H既作还原剂又可提供能量；暗反应为光反应也提供两种物质：ADP 和Pi，注意产生位置和移动方向。2没有光反应，暗反应无法进行，所以晚上
6、植物只进行呼吸作用，不进行光合作用；没有暗反应，有机物无法合成，生命活动也就不能持续进行。3色素只存在于光反应部位叶绿体类囊体薄膜上，但光反应和暗反应都需要酶参与，所以与光合作用有关的酶存在于两个部位叶绿体类囊体薄膜上和叶绿体基质中，但暗反应中酶的种类、数量多。4若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用 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Z2Z1)可以表示 CO2浓度，当光照强度小于 c 值时，限制光合速率增加的主要因素是光照强度 D图中 Y 因素最有可能代表光照强度 D考点 35 绿叶中色素的提取与分离实验 1实验过程 2.
7、注意问题(1)关键词与试剂对应关系不能颠倒。提取色素无水乙醇 分离色素层析液(2)A 为绿色，因为最不吸收绿光而透过；B 为红色，此为荧光现象。(3)用丙酮或其它有机溶剂代替无水乙醇提取色素，但丙酮有毒，研磨时需采取措施防止挥发；也可用汽油代替层析液进行层析；可用其它绿色叶片代替菠菜，但不能用大白菜等不含叶绿素的材料。(4)色素提取液呈淡绿色的原因分析 研磨不充分，色素未能充分提取出来。称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素浓度小。未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。对位训练 5下列对提取光合色素，进行纸层析分离的实验中各种现象的解释，正确的是 ()A未见色素带，原因可能为材料是黄化叶片
8、B色素始终在滤纸上，是因为色素不溶于层析液 C提取液呈绿色是由于其含有叶绿素 a 和叶绿素 b D胡萝卜素处于滤纸条最前方，是因为其在提取液中的溶解度最高 解析 叶绿素 a 呈蓝绿色、叶绿素 b 呈黄绿色，所以光合色素提取液呈绿色。未见色素带，可能的原因是没有提取出色素或滤液细线浸入层析液使色素溶解在层析液里等。若材料为黄化叶片，操作正确应见到胡萝卜素、叶黄素的色素带。C6将在黑暗中放置一段时间的叶片均分 4 块，置于不同的试管中，按下表进行实验，着色最浅叶片所在的试管是 ()试管编号 CO2溶液 光照 白光 蓝光 红光 绿光 实验 处理 碘液 注：“”表示具有该条件。A B C D 解析 将
9、叶片在黑暗中放置一段时间是进行饥饿处理，消耗掉有机物，然后用不同的光照射，进行光合作用，用碘液处理看有机物产生的多少，因为叶绿体中的色素几乎不吸收绿光，所以着色最浅叶片所在的试管是号。D考点 36 光合作用的探究历程 1、实验过程 实施者 实验过程及现象 实验结论 普利斯 特利 点燃的蜡烛与绿色植物，密闭蜡烛不易熄灭 小鼠与绿色植物，密闭小鼠不易窒息 植物能更新空气(提醒：更新何种气体当时不知道)萨克斯 绿叶光合作用产生淀粉 绿叶 黑暗12 h曝光深蓝色遮光无颜色变化碘蒸气碘蒸气恩格 尔曼 O2是叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所 鲁宾和 卡门 光合作用释放的氧全部来自水 水绵好氧菌黑暗
10、无空气极细光束好氧菌只分布在叶绿体被光束照射部位的周围极细光束好氧菌分布在叶绿体所有受光部位向植物提供H218O、CO2释放18O2H2O、C18O2释放O2实验探究 1实验常考易错点(1)萨克斯实验中黑暗处理的目的：消耗掉叶片中原有的淀粉。曝光与遮光形成对照，检验试剂为碘蒸气，检验前用酒精水浴加热处理，目的是溶解色素。(2)恩格尔曼选用水绵做实验材料的好处：叶绿体大呈带状，便于观察，所用细菌异化作用类型为需氧型。(3)鲁宾、卡门用的实验方法为同位素标记法。(4)卡尔文选用小球藻做实验，用同位素标记法揭示了暗反应过程。2上述实验中对照实验设置 在光合作用的发现中，科学家们利用了对照实验，使结果
11、和结论更加科学、准确。(1)萨克斯：自身对照，自变量为是否照光(一半曝光与另一半遮光)，因变量为叶片是否制造出淀粉。(2)鲁宾和卡门：相互对照，自变量为标记物质(H182 O 与 C18O2)，因变量为 O2的放射性。(3)普利斯特利：密闭的玻璃罩是否加植物为自变量，蜡烛燃烧时间或小鼠存活时间为因变量。3恩格尔曼实验方法的巧妙之处：(1)实验材料选得妙：用水绵作为实验材料。水绵不仅具有细而长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中，便于观察和分析研究。(2)排除干扰的方法妙：实验成功的关键之一在于控制无关变量和减少额外变量，恩格尔曼将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了环境中光线和
12、氧的影响，从而确保实验能够正常进行。(3)观测指标设计得妙：通过好氧细菌的分布进行检测，从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位。(4)实验对照设计得妙：进行黑暗(局部光照)和曝光的对比实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。对位训练 7如图为水绵结构模式图。恩格尔曼进行光合作用实验时，把载有水绵 和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗 环境里，然后用白光束对水绵细胞的不同部 位(如 a 处)做点状投射，发现水中的好氧细菌明显聚集在叶绿体被光投射处；若将装片完全暴露在光下，好氧细菌则分布在叶绿体所有受光部位。此实验证明了 ()A氧气是由水分解来的 B叶绿体是光合作用的场所 C光合作用能产生
13、淀粉 D光合作用需以二氧化碳作原料 解析 在没有空气的黑暗环境里，用白光束对水绵细胞的不同部位做点状投射，好氧细菌聚集在叶绿体被光投射处，其他部位不聚集，说明被白光束照到的叶绿体产生了氧气；若装片完全暴露在光下，好氧细菌又分布在叶绿体所有受光部位，这又进一步说明叶绿体受光照部位产生了氧气。答案 B8下图表示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 ()AY2的质量大于 Y3的质量 B中小球藻的质量大于中小球藻的质量 C中水的质量大于中水的质量 D试管的质量大于试管的质量 解析 Y1和 Y3是 O2，Y2和 Y4是1
14、8O2，因此 Y2的质量大于 Y3；中小球藻中含有(CH182 O)的有机物，而中小球藻含有(CH2O)的有机物，故中小球藻质量大于中的；和中的水都为H182 O，且含量相同，因此质量相等；在试管和原有质量相等的情况下，中释放出的是18O2，而中释放出的是 O2，故剩余重量大于。答案 C方法体验 影响光合作用的因素及计算 光照强度与光合速率的关系曲线图中各点含义(1)补偿点含义：光合作用等于呼吸作用，若改变某一因素(如光照、CO2浓度)，使光合作用增大(减小)，而呼吸作用不受影响，则补偿点应左移(右移)；若改变某一因素(如温度)，使呼吸作用增大(减小)，则补偿点应右移(左移)。(2)饱和点含义
15、：当横坐标对应的因素对光合作用最大值不产生影响时，若改变某一因素使光合作用增大(减小)，则饱和点应右(左)移。典例(2010上海生物，六)分析有关植物光合作用的资料，回答问题：在一定浓度的 CO2 和适当的温度条件下，测定 A 植物和 B 植物在不同光照条件下的光合速率，结果如下表，据表中数据回答问题。光合速率与呼吸速率相等时光照强度(千勒克斯)光饱和时光照强度(千勒克斯)光饱和时CO2吸收量mg/100 cm2叶小时 黑暗条件下CO2释放量mg/100 cm2叶小时 A 植物 1 3 11 5.5 B 植物 3 9 30 15(1)与 B 植物相比，A 植物是在_光照条件下生长的植物，判断的
16、依据是_。(2)当光照强度超过 9 千勒克斯时，B 植物光合速率_，造成这种现象的实质是_跟不上_反应。(3)当光照强度为 9 千勒克斯时，B 植物的总光合速率是_mg CO2/(100 cm2叶小时)。当光照强度为 3 千勒克斯时，A 植物与 B 植物固定的 CO2 量的差值为_mg CO2/(100 cm2叶小时)。光合速率也受光合产物从叶中输出速率的影响。某植物正处于结果期，如图。(4)若只留一张叶片，其他叶片全部摘除，如图，则留下叶片的光合速率_，原因是_。解析 表格信息据光饱和时光强的数据大小 阳生植物还是阴生植物。总光合速率光饱和时 CO2 吸收量(净量)黑暗条件下CO2释放量(呼
17、吸消耗)。充分利用题干信息光合速率受光合产物从叶中运输速率影响这一条件。(1)由表中可以看出 A 植物达到光补偿点或饱和点所需的光照强度比 B 植物所需光照强度低，因此 A 与 B 相比较而言，A 植物所需光照强度弱。(2)当光照强度达到 9 千勒克斯时，达到 B 植物对光的最大要求。光照强度继续增加，光反应会继续加快，但暗反应已达到最大值，不会继续增加，从而影响了光合作用的强度。(3)光饱合时，B 植物光合作用所需要的二氧化碳等于光照下吸收的二氧化碳的量与呼吸作用释放量的和，为 301545。3 千勒克斯时，A 植物固定 CO2的量为 115.516.5，B 植物固定 CO2 的量为 15，
18、二者差值为 1.5。(4)其他叶片摘除后，结果期植物需要的大量营养由一个叶片提供，光合作用产物会迅速输出，从而光合速率增加。推断答案(1)弱光 因为 A 植物在光饱和时的光照强度低于B植物(A植物在光合速率与呼吸速率相等时的光照强度低于 B 植物)(2)不再增加 暗反应 光(3)45 1.5(4)增加 枝条上仅剩一张叶片，总光合产物减少，但结果期的植物对营养的需求最大，因此叶中光合作用产物会迅速输出，故光合速率增加 易错警示 对光合作用条件骤变时各物质量的 变化模糊不清 典例 离体叶绿体在光下进行稳定的光合作用时，如果突然中断 CO2的供应，下列关于短时间内叶绿体中 ATP 与 O2的相对含量
19、变化的示意图中，正确的是 ()错因分析 本题易错之处是不能对光合作用(包括光反应和暗反应)过程涉及的诸多物质量的变化进行相互联系、动态分析，如本题中 CO2供应的减少，导致暗反应减弱，从而影响光反应的进行。若要准确快速地判断相关物质是增加还是减少，最有效的办法就是动态理解教材中“光合作用过程的图解”。解析 光合作用稳定时，ATP 与 ADP 的转化也相对稳定；突然中断 CO2的供给使 C3骤减，ATP 因失去作用对象而终止水解，此时的光反应继续利用 ADP 合成 ATP。当 ADP 和 NADP耗尽后，光反应也停止，不再产生 O2。答案 B纠错笔记光反应和暗反应中 C3、C5、ATP、ADP
20、四种物质与光照、CO2 之间的关系（如图所示）：（1）此图中若停止光照过程停止：a.ATPb.原有ATP仍继续分解，直至全部消耗ADPATP减少过程停止过程停止：a.C3不再还原成C5b.原有C5仍继续参与CO2的固定，直至全部消耗C3积累，含量增加；C5减少过程停止即：光停，ATP，ADP，C3，C5（2）此图中若停止CO2供应过程停止：a.C3b.原有C3继续还原生成C5，直至全部消耗C5增加；C3减少过程停止过程停止：a.ATPb.原有ADP继续合成ATP，直至全部消耗ATPADP减少过程停止即：CO2停，C5，C3，ATP，ADP检测落实体验成功 题组一 光合作用过程 1下列描述中，正
21、确的是 ()A黑暗情况下叶肉细胞内无 ATP 产生 B叶绿体的类囊体薄膜上含有自身光合作用所需的各种色素 C光照下叶绿体中的 ATP 主要是由光合作用合成的糖经有氧呼吸产生的 D光合作用强烈时，暗反应过程直接将 3 个 CO2分子合成 1 个 C3 解析 黑暗情况下叶肉细胞仍能进行细胞呼吸，可产生 ATP。叶绿体的类囊体薄膜上含有自身光合作用所需的各种色素。光照下叶绿体中的 ATP 主要是由光反应产生的。暗反应过程中 1 个 CO2分子被 1 个 C5固定，产生 2 个 C3。B2下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 C6H12
22、O6需要H、ATP 和多种酶 C提高温度一定能促进 C6H12O6的生成 D无光条件有利于暗反应进行 解析 图示的光合作用阶段为光合作用暗反应，该反应发生的场所是叶绿体基质，该过程在有光、无光的条件下均会进行，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。温度通过影响该过程中酶的活性影响 C6H12O6的生成，因此，在最适温度以上，提高温度不能促进C6H12O6 的生成。答案 B题组二 色素的提取与分离实验 3在“绿叶中色素的提取与分离”实验中得到的色素带颜色较浅，分析其原因可能是 ()加入的丙酮太多 用无水乙醇代替丙酮
23、 层析液没及滤液细线 研磨时没有加入 CaCO3 研磨时没有加入 SiO2 取的叶片的叶脉过多，叶肉细胞过少 画滤液细线的次数少 使用放置数天的波菜叶 A B C D。解析 在实验中，滤纸条上的色素带颜色较浅的原因是滤液中色素含量少，或者在滤纸条上画滤液细线时，重复的次数太少，或者加入的提取液太多，使滤液中色素浓度降低，又或者层析时，层析液没过滤液细线，使色素溶解在层析液中。滤液中色素含量少的原因可能是：(1)没有加入二氧化硅，导致研磨不充分；(2)研磨时没有加入碳酸钙，使部分色素被破坏；(3)选取的叶片中叶肉细胞少，色素含量低；(4)叶片不新鲜，里面的色素被破坏 答案 C4(2010上海卷，
24、26)下图中代表新鲜菠菜叶的光合色素纸层析结果，则下图所示结果最有可能来自于 ()A.水培的洋葱叶 B生长的柳树幼叶 C培养的衣藻 D秋冬的银杏落叶 解析 从两条层析条上分析可知，滤纸条缺少了叶绿素a 和叶绿素 b 的色素带。可能是选择的材料中缺少叶绿素。从4 个选项分析，秋冬季的银杏叶由于叶绿素分解，而呈现黄色，所以层析出的色素带最可能出现的情况。D题组三 光合作用的影响因素 5甲图和乙图表示某植物在适宜的 CO2浓度条件下光合作用速率与环境因素之间的关系，下列相关描述中错误的是 ()A.甲图中，在 A 点限制光合作用速率的主要因素是光照强度，在 B 点限制光合作用速率的主要因素是温度或 C
25、O2浓度 B从乙图可以看出，当超过一定温度后，光合作用速率会随着温度的升高而降低 C温度主要是通过影响酶的活性来影响光合作用速率的 D若光照强度突然由 A 变为 B，短时间内叶肉细胞中 C3的含量会增加 解析 甲图表示光照强度和温度对光合作用的影响，乙图表示温度对光合作用的影响。分析甲图中某点上的限制因素时，要看曲线是否达到饱和点，如果没有达到饱和点(如 A点)，则限制因素为横坐标表示的因素，即光照强度；当达到饱和点以后(如 B 点)，则限制因素为横坐标表示的因素以外的其他因素，如温度或 CO2浓度。当光照强度突然增强时，光反应速率加快，产生更多的H和 ATP，所以 C3 的还原速度加快，C3
26、含量会减少，D 项错误。答案 D6请回答下列有关光合作用的问题。(1)光合作用受到温度、二氧化碳浓度和光照强度的影响。其中，光照强度直接影响光合作用的_过程；二氧化碳浓度直接影响光合作用的_过程。(2)甲图表示在二氧化碳充足的条件下，某植物光合速度(率)与光照强度和温度的关系。在温度为 10，光照强度大于_千勒克斯时，光合速度(率)不再增加。当温度为 30，光照强度小于 L3千勒克斯时，光合速度(率)的限制因素是_。根据甲图，在乙图的坐标上标出光照强度为 L2千勒克斯，温度分别为 10、20和 30时的光合速度(率)。(3)丙图表示在适宜光照强度下测定的叶片光合作用强度(以 CO2吸收速率表示
27、)与 CO2浓度的关系。若适当增大光照强度，则 a 点和b点如何移动？_。若适当降低光照强度，则 a 点和 b 点又如何移动？_。(4)据丁图回答、三个小问题。强光下上述三种植物固定 CO2能力最强的植物是_。乙植物达到最大光合作用强度所需的最低光照强度是_(a、b、c、d)。当光照强度从 a 到 b 时，_植物光合作用强度增加的最快。解析(1)光反应需要光照，CO2 参与暗反应。因此光照强度影响光反应，CO2浓度影响暗反应。(2)由甲图可知，温度为 10，光照强度大于 L1时，光合速度(率)不再增加；当温度为 30，光照强度小于 L3时，限制光合速度(率)的因素是光照强度。(3)图丙中 a
28、点是 CO2补偿点，b 点表示 CO2饱和点，a 点光合作用吸收的 CO2量等于细胞呼吸产生的 CO2量。若降低光照强度，光合速度(率)下降，可通过增大 CO2 浓度以维持光合速度(率)和呼吸速率相等，即 a 点右移；若增大光照强度，a 点应左移。限制 b 点光合速度(率)的因素主要是光照强度等因素，若降低光照强度，光合作用减弱，CO2饱和点降低，b 点左移；相反，若增大光照强度，b 点应右移。(4)由图丁可知，甲、乙、丙都随光照强度的升高而增强，但光照强度达到一定程度就达到了饱和点，光合作用强度不再增强，都达到饱和点时，甲固定 CO2的能力最强；乙达到饱和点时，所需最低光照强度应为 c；在 a 到 b 范围内，光合作用强度增加最快的是甲。答案(1)光反应 暗反应(2)L1 光照强度 如下图(3)a 点左移，b 点右移 a 点右移，b 点左移(4)甲 c 甲 返回
