1、第 10 课时 光合作用 回扣基础构建网络 一、光合作用的发现历程 11771 年，英国科学家普利斯特莱证明：，但不知道更新何种气体。2.1779 年，荷兰科学家扬英根豪斯证明：普利斯特莱的实验只有在 才能成功，即光合作用条件需要 。3.1864 年，德国植物学家萨克斯的实验证实：光合作用的产物除氧气外还有 。植物可可以更新空气光下光淀粉4.1940 年，美国科学家鲁宾和卡门利用 法证明：光合作用释放的氧气来自 。5.1948 年，美国科学家卡尔文报告了历时 10 年的科研成果，利用 术最终探明了 中的碳在光合作用中转化成 中碳的途径。二、光合色素与光能的捕获 1.“绿叶中色素的提取与分离”实
2、验(1)色素提取液：。(2)色素分离方法：法。同位素标记水同位素示踪CO2 有机物丙酮纸层析(3)色素分离原理：四种色素在层析液中 不同，溶解度高的扩散速率 。(4)分离结果：滤纸条上自上而下呈现四条色素带。(5)该实验中化学物质的作用：二氧化硅的作用是 ；碳酸钙的作用是 。2.叶绿体中色素的种类、含量及作用 色素名称颜色溶解度色素种类含量吸收光的种类(主要_最大_叶黄素黄色_蓝绿色叶绿素_最小1434胡萝卜素类胡萝卜素叶绿素b叶绿素a橙黄色蓝紫光黄绿色红光和蓝紫光溶解度研磨充分快保护色素含量最多的色素为 ，含量最少的为 ；在滤纸条上两者之间相距最远的为 ；光合作用中最有效的光为 ，最无效的光
3、为 。叶绿素a胡萝卜素叶黄素和胡萝卜素白光绿光想一想 叶片为什么一般是绿色的？秋天变黄变红是怎么回事？提示 叶片是绿色的原因有二个：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。在三、光合作用的过程 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 2C3HATP酶 能量变化 光能活跃的化学能稳定的化学能 光合作用的总反应式：。叶绿体的类囊体膜叶绿体基质色素4HO2(CH2O)O2CO2H2O 光能叶绿体判一判(1)叶绿体中
4、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；类囊体膜上和基质中都有。(3)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 ()A.H和H2O B.H和ATP C.ATP和CO2 D.H2O和CO2 B四、影响光合作用的因素 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。CO2强度温度构建知识网络 突破考点提炼方法 考点一 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 CO2+H2O 光
5、能叶绿体(CHO)+O2 (1)氧元素 H2OO2CO2(CH2O)(2)碳元素：CO2C3(CH2O)(3)氢元素：H2OH(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。2 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。
6、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 答案 D 考点三 绿叶中色素的提取与分离实验 1实验过程 2.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)用丙酮或其他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蒸发；也可用汽油代替层析液进行层析；可用其他
7、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 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
8、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 A.B C.D.解析 将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。答案 D 考点四 光合作用的探究历程 实施者实验过程及现象实验结论普利斯特莱 点燃的蜡烛与绿色植物
9、，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恩吉尔曼 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12h黑暗曝光碘蒸气深蓝色绿叶遮光碘蒸气无颜色变化水绵好氧菌黑暗无空气极细光束完全曝光好氧菌分布在叶绿体所有受光部位好氧菌只分布在叶绿体被光束照射部位的周围向植物H218O、CO2释放18O2提供H18O、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
10、溶解色素。(2)恩吉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，使结果和结论更加科学、准确。(1)萨克斯：自身对照，自变量为是否光照(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)普利斯特莱：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
11、吉尔曼实验方法的巧妙之处：(1)实验材料选巧妙：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，恩吉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吉尔曼 进行光合作用实验时，把载有水绵 和
12、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
13、。答案 B 8.下图表示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.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18O2，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
14、。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：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植物在不同光照条光合件下的速率，结果如
15、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_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
16、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推断 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
17、 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 15，二者差值为 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。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)
18、(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
19、，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四种物质与光照、CO2之间的关系(如图所示)：a.ATPb.不再产生ADP积累，含原有ATP仍继续ATP量增加减少与的固定全部取消(1)此图中若停止光照 过程停止：过程停止：过程停止：过程停止 即：光停，ATP，ADP，C3，C5 3533a.
20、CCCb.C52不在还原成积累，含量原有仍继续参增加；C 减少与CO 的固定，直至全部消耗(2)此图中若停止 CO2供应 过程停止：过程停止 过程停止：过程停止 即：CO2停，C5，C3，ATP，ADP 3533a.CCb.;C5不再生成积累,含量原有C 继续虚还增加减少原生成C，直至全部消耗a.ATPATPb.ATPATPADP不再分解积累，原有继续含量增加合成，直至减少全部消耗检测落实体验成功 题组一 光合作用过程 1.下列描述中，正确的是 ()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
21、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。答案 B 2.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 B.C3生成 C6H12O6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
22、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的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 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
23、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 C 4.(2010上海卷，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
24、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.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 CO2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
25、 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的还原速率加快，C3含量会减少，D 项错误。答案 D 6.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，
26、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，光合速速率不再增加。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)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
27、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，光合速率不再增加；当温度为 30，光照强度小于 L3时，限制光合速率的因素是光照强度。(3)图丙中 a 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，光合速率下降，可通过增大 CO2浓度以维持光合速速率和呼吸速率相等，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
