33能量之源光合作用（一） 学案

3-3 能量之源光合作用（一） 【阅读教材,完成基础知识的归纳与整理】一、捕获光能的色素和结构(一)叶绿体1、叶绿体的结构 ：略2、叶绿体的功能：光合作用的主要场所 特别提醒真核细胞没有叶绿体则无法进行光合作用没有叶绿体的细胞未必不能进行光合作用(二)叶绿体中的色素 1、色素的种类色素种类色素颜色主要吸收光谱叶绿素叶绿素a叶绿素b类萝卜素胡萝卜素叶黄素 特别提醒一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光. （模块I，P99，“学科交叉”）类胡萝卜素不吸收红光（从教材P99图5-10，显示胡萝卜素在红光区域的吸收量为零）2、色素的功能（1）吸收，传递（4种色素） （2）转化光能（只有少量的叶绿素a把光能转为电能） （三）实验:绿叶中色素的提取和分离1、实验原理： （1）色素的提取：可以用_作溶剂提取绿叶中的色素，而不能用水，因为叶绿体中的色素不能溶于水。 （2）色素的分离：利用色素在_中的溶解度不同进行分离，溶解度大的在滤纸上扩散得快，反之则慢。 2、实验材料: _3、实验流程：（1）提取色素： （2）分离色素： （四）实验结果： 1、色素在滤纸条上的分布(从上到下)=色素在层析夜中的溶解度(从大到小) _ _ 2、从色素带的宽度可知色素含量的多少依次为: _ 特别提醒色素分离和提取的原理经常考察，易混淆。 在研磨前加入了3种物质。碳酸钙的作用是防止色素被破坏，二氧化硅的作用是有助于研磨，无水乙醇的作用是溶解色素。 过滤时用的不是滤纸，而是单层尼龙布。 画滤液细线时，用力要均匀，速度要适中。 制备滤纸条时，要将滤纸条的一端剪去两角，这样可以使色素在滤纸条上扩散均匀，便于观察实验结。 放置滤纸时，滤液细线必须在层析液上面。 实验创新：在圆形滤纸中央点上叶绿体色素的提取液进行层析，会得到近似同心的四个色素环，由内到外依次是黄绿色、蓝绿色、黄色、橙黄色。 （五）色素提取液颜色异常的原因分析 1、呈淡绿色：没有加二氧化硅,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，色素溶液浓度小。 2、呈淡黄色：未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。 使用放置数天的菠菜叶 3、呈透明色：没有加无水乙醇 （六）影响叶绿素合成的因素： 1、光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。（例如韭黄，蒜黄） 2、温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温（秋末）时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。 3、必需元素：叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶变黄。 教材小卡片玉米中有时会出现白化苗，白化苗由于不能进行光合作用，待种子贮存的养分耗尽就会死亡。（模块I，P97，“第二段”）评析：光合作用是植物最基本的物质和能量代谢，光是光合作用进行的必要条件。海洋中的藻类植物，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布依次是浅、中、深，这与光能的捕获有关吗？（模块I，P100，“课后练习二、拓展题”）评析：水层对光波中的红、橙部分吸收显著多于对蓝、绿部分的吸收，即水深层的光线相对富含短波长的光。所以吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层；含藻红蛋白和类胡萝卜素，吸收由蓝紫光和绿色光较多的红藻分布于海水深的地方。这是植物在演化过程中，对于深水中光谱成分发生变化的一种生理适应。从生物群落的角度看这是生物群落垂直结构的体现。不同颜色温室大棚的光合速率：无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明的大棚光合效率最高。叶绿素对绿光吸收量少，因此绿色塑料大棚光合速率最低。【判断】(1)叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多 () (2)光合作用中叶绿素吸收光能不需要酶的参与（14课标卷） () (3)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同(13全国高考) ( ) (4)植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光(13全国高考) ( ) (5)在叶绿体中色素的提取实验中, 研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素 ( ) (6)温室大棚采用红色薄膜可以有效提高作物产量 ( )(7)在划出一条滤液细线后紧接着重复划23次( )例题1：下图示叶绿体中叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱，下列说法不正确的是 ()A类胡萝卜素和叶绿素分布在类囊体薄膜上，因此光反应的场所为类囊体薄膜 B晚间用约550 nm波长的绿光照射行道树，目的是增加夜间空气中的氧气浓度 C土壤中缺乏镁元素时，420 nm470 nm左右波长的光的利用率显著减小D由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，叶绿体中C3的量减少例题2：关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是（ ）A叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中B构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收C通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用D黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的二、光合作用的探索历程1、1771 英国，普利斯特利：植物可以更新空气。 （限于当时的科学水平限制，没有明确植物更新气体的成分） 2、1779 荷兰，英格豪斯：植物只有绿叶才能更新空气；并且需要阳光才能更新空气。3、1845德国，梅耶：根据能量转化与守恒定律，提出植物在进行光合作用时，把光能转化成化学能贮存起来。4、1864德国萨克斯的实验：叶片在光下能产生淀粉；还证明了光是光合作用的必要条件。 特别提醒实验前先将植物放在暗处24小时，这种处理方法称为饥饿处理，其目的是消耗叶片中原有的营养物质，这也是为了消除原有营养物质这一无关变量的影响。 一半曝光一半遮光是为了进行对照，这遵循了对照原则。 剪下叶片，用酒精先进行脱色处理。这一步教材中并未交待，但很有必要，可使最后的实验结果更清晰，这同样是为了消除无关变量的影响。 5、1880美国，恩吉(格)尔曼：光合光合作用的场所在叶绿体。光合作用主要吸收红光和蓝紫光 恩格尔曼实验设计的巧妙之处 实验材料选的妙：选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，好氧细菌可以确定释放氧气多的部位。 排除干扰的方法妙：黑暗和无空气的环境中排除环境中光线和O2的影响。 实验对照设计妙：用极细的光束照射，叶绿体上存在光照强和光照弱的部位，从而进行对照。 6、1940美国，鲁宾和卡门实验（放射性同位素标记法）：光合作用释放的氧全部来自参加反应的水。（糖类中的氢也来自水）。7、1948 美国卡尔文：用标14C标记的CO2追踪了光合作用过程中碳元素的行踪，进一步了解到光合作用中复杂的化学反应。 例题1：下列有关光合作用探究历程中的经典实验的叙述，错误的是 ( ) 梅耶证明了光合作用把光能转换成化学能储存在有机物中 萨克斯利用同位素标记法证明光合作用能产生淀粉 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全部来自水 卡尔文利用同位素标记法探明了CO2中的碳在光合作用中转变成有机物的途径 A B C D例题2：用同位素标记法追踪元素及物质的去向是生物学的重要手段之一。下列相关结果错误的是 （ ） A小白鼠吸入18O2后呼出的二氧化碳不会含有18O，但尿液中会含有H218O B用含3H标记的胸腺嘧啶的营养液培养洋葱根尖，可以在细胞核和线粒体处检测到较强的放射性，而在核糖体处则检测不到 C用14C标记CO2最终探明了CO2中碳元素在光合作用中的转移途径 D要得到含32P的噬菌体，必须先用含32P的培养基培养细菌 三、光合作用的原理1、概念： 绿色植物通过_，利用_，把_和_转变成储存能量的_，并且释放出_的过程。 本质: _ _2、过程：（图略，要求能默写出光合作用过程示意图）3、总反应式：_注：标出各种元素的来源和去向 特别提醒光反应中光能转化成的活跃化学能不仅贮存于ATP，还贮存于H中。光反应产生的H与细胞呼吸产生的H不是同一类物质。 光反应产生的H为NADPH(还原型辅酶) 细胞呼吸产生的H为ADH(还原型辅酶) 光合作用中光反应产生的ATP不仅用于暗反应中C3的还原，还可用于是叶绿体中蛋白质、核酸的合成，但不能用于叶绿体以外的生活活动，而细胞呼吸产生的ATP可供各项生命活动利用。 原核生物无叶绿体，但蓝藻等原核生物内存在光合片层和有关光合的酶，也可进行光合作用。 光下并不是只进行光合作用，细胞呼吸同时进行，如果有氧气释放，说明光合作用强度大于细胞呼吸强度；如果有二氧化碳释放，说明光合作用强度小于细胞呼吸强度。 色素吸收光能不需要酶的催化，而ATP的合成、CO2固定及C3还原都离不开酶的催化。 若用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：甲乙(暗反应时间长)。 CO2中C进入C3但不进入C5，最后进入(CH2O)，C5中C不进入(CH2O)，可用放射性同位素标记法证明。判断： (1)夏季连续阴天，大棚中白天适当增加光照，夜晚适当降低温度，可提高作物产量 ( ) (2)暗反应的长期进行不需要光 ( ) (3)与光合作用有关的酶只分布在叶绿体基质中 ( ) (4)光合作用推动碳循环过程，促进了生物群落中的能量循环 ( )(5)与夏季相比，植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短(11浙江，1C) ( ) (6)番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，光反应强度和暗反应强度都降低 ( ) (7)磷酸是光反应中合成ATP所需的反应物 ( )(8)给绿色植物提供含有H218O的水，只会在植物释放的O2中发现18O ( ) (9)根据光合作用释放的O2量，可以计算光合作用中有机物的积累量 ( ) 例题1：请在下图中画出光合作用过程中C3、C5、H、ATP的含量变化曲线（构建模型）例题2：(2019新课标全国卷)正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是() A.O2的产生停止B.CO2的固定加快 C.ATP/ADP比值下降 D.NADPH/NADP+比值下降 例题3：（2019福建卷，3）在光合作用中，RuBP羧化酶能催化CO2C5（即RuBP）2C3。为测定RuBP羧化酶的活性，某学习小组从菠菜叶中提取该酶，用其催化C5与14CO2的反应，并检测产物14C3的放射性强度。下列分析错误的是（） A.菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质 B.RuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行 C.测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法 D.单位时间内14C3生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高 例题4：将叶面积相等的甲、乙两种植物的叶片分别放置在相同的、温度适宜且恒定的密闭小室中，给予充足的光照，下列有关说法正确的是() A甲、乙两叶片的光合作用强度一定相同 B甲、乙两叶片的光合作用强度都将逐渐下降C若实验一段时间后，甲叶片所在小室中的CO2浓度较乙低，则甲叶片的呼吸强度一定比乙低 D若实验一段时间后，甲叶片所在小室中的CO2浓度较乙低，则甲固定CO2的能力较乙低 四、光合作用的意义 1、为一切生物生命活动的进行提供所必需的有机物 2、为一切生物生命活动的进行提供所必需的能量 3、维持大气中氧气和二氧化碳的平衡。 4、促进生物进化，厌氧型进化为需氧型 5、形成臭氧