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第4节 能量之源光与光合作用【三点导析】重点：绿叶中色素的种类和作用。光合作用的发现及研究历史。光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系。影响光合作用强度的环境因素。难点：光反应和暗反应的过程。探究影响光合作用强度的环境因素。考点：绿叶中色素的种类和作用以及提取和分离。绿体的结构和功能。光合作用过程以及相关实验。探究影响光合作用强度的环境因素。光合作用原理的应用。化能合成作用。【方法导拨】一、捕获光能的色素和结构捕获光能的色素实验绿叶中色素的提取和分离。实验原理提取：叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂中，所以，可以用丙酮提取叶绿体中的色素（磨碎细胞，使之放出色素，并溶于丙酮中）分离：叶绿体中的色素在层析液中的溶解度不同，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，从而得以分离色素方法步骤1、 提取滤液绿叶剪碎加液研磨：绿叶碎片+少许SiO2和CaCO3+5ml 丙酮 迅速研磨2、制备滤纸条3、划滤液细线4、纸层析结果色素带共有四条，从上到下的色素及颜色依次为：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）。加入SiO2的目的：研磨充分；加CaCO3的目的：防止破坏色素.叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。叶绿素吸收光的能力极强，如果把叶绿素的丙酮提取液放在光源与分光镜之间，可以看到光谱中有些波长的光被吸收了。因此，在光谱上就出现了黑线或暗带，这种光谱叫吸收光谱。我们在做叶绿素的提取和分离实验时，还会看到一种现象： 试管中的叶绿素的丙酮提取液在透射光下是翠绿色的，而在反射光下是综红色的，这是叶绿素的荧光现象。至于红叶，是因为秋天降温，体内积累较多的糖分以适应寒冷。体内可溶性糖多了，就形成了较多的花色素，同时秋天叶子内的pH值改变，叶内呈现酸性，使花色素表现出红色。二、叶绿体的结构资料分析科学家实验目的单一变量实验现象实验结论恩格尔曼光合作用场所叶绿体有光的部位,无光部位 好氧菌只分布在有光照射的叶绿体部位植物的光合作用产物之一是：氧气，它是由 释放出来的，该实验证实光合作用的场所是叶绿体。实验材料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，用好氧细菌可确定释放氧气多的部位；没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果，等等。叶绿体是进行光合作用的场所。它内部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所需的酶。二、光合作用的原理和应用光合作用的探究历程对于实验我们要把握关键的几个点科学家实验目的单一变量实验现象实验结论普里斯特利植物光合作用产物有无植物小鼠容易窒息死亡小鼠不容易窒息死亡在有光条件下,植物能更新空气萨克斯植物光合作用产物有无光照 深蓝色 无颜色变化绿色叶片在光合作用中产生了淀粉，光合作用必需在 有光条件下进行鲁宾和卡门植物光合作用产物O2来源 H218OC18O2 释放18O2释放O2光合作用释放的氧气全部来自H2O光合作用的过程CO2 + H2O (CH2O) + O2填写图中光合作用过程的名称并回答问题：（1）写出各标号的名称：_ _ _ _ _ _ _（2）光反应为暗反应提供了 和 （只填序号）。（3）光反应和暗反应的场所分别是叶绿体的_和_。答案：（1） H ATP ADPPi（2）34（3）片层结构的薄膜 基质光反应阶段暗反应阶段所需条件必须有光有光无光均可进行场所类囊体的薄膜上叶绿体内的基质中物质变化H2O分解成O2和H；形成ATP二氧化碳被固定；C3被H还原，最终形成糖类；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中的化学能转化为糖类中储存的化学能联系2.物质联系：光反应阶段产生的H，在暗反应阶段用于还原；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，帮助形成糖类，ATP中的化学能则转化为储存在糖类中的化学能。三、光合作用原理的应用影响光合作用的因素：有光照强度、CO2浓度、温度和矿质营养。光照强度：植物的光合作用强度在一定范围内是随着光照强度的增加，同化CO2的速度也相应增加， 但当光照强度达到一定时，光合作用的强度不再随着光照强度的增加而增强。植物在进行光合作用的同时也在进行呼吸作用：当植物在某一光照强度条件下，进行光合作用所吸收的CO2与该温度条件下植物进行呼吸作用所释放的CO2量达到平衡时，这一光照强度就称为光补偿点，这时光合作用强度主要是受光反应产物的限制。当光照强度增加到一定强度后，植物的光合作用强度不再增加或增加很少时，这一光照强度就称为植物光合作用的光饱和点，此时的光合作用强度是受暗反应系统中酶的活性和CO2浓度的限制。如图所示：植物在进行光合作用的同时也在进行着呼吸作用。总光合作用是指植物在光照下制造的有机物的总量(吸收的CO2总量)。净光合作用是指在光照下制造的有机物总量(或吸收的CO2总量)中扣除掉在这一段时间中植物进行呼吸作用所消耗的有机物(或释放的CO2)后，净增的有机物的量。温度：植物所有的生活过程都受温度的影响，因为在一定的温度范围内，提高温度可以提高酶的活性，加快反应速度。光合作用也不例外，在一定的温度范围内，在正常的光照强度下，提高温度会促进光合作用的进行。但提高温度也会促进呼吸作用。如下图所示。所以植物净光合作用的最适温度不一定就是植物体内酶的最适温度。CO2浓度：CO2是植物进行光合作用的原料，只有当环境中的CO2达到一定浓度时，植物才能进行光合作用。一般来说，在一定的范围内，植物光合作用的强度随CO2浓度的增加而增加，但达到一定浓度后，光合作用强度就不再增加或增加很少，这时的CO2浓度称为CO2的饱和点。如CO2浓度继续升高，光合作用不但不会增加，反而要下降，甚至引起植物CO2中毒而影响植物正常的生长发育。如下图所示：必需矿质元素的供应：绿色植物进行光合作用时，需要多种必需的矿质元素。如氮是催化光合作用过程各种酶以及NADP+和ATP的重要组成成分；磷也是NADP+和ATP的重要组成成分。科学家发现，用磷脂酶将离体叶绿体膜结构上的磷脂水解掉后，在原料和条件都具备的情况下，这些叶绿体的光合作用过程明显受到阻碍，可见磷在维持叶绿体膜的结构和功能上起着重要的作用。又如绿色植物通过光合作用合成糖类，以及将糖类运输到块根、块茎和种子等器官中，都需要钾。再如镁是叶绿体的重要组成成分，没有镁就不能合成叶绿素。等等。四、化能合成作用起初，人们认为只有绿色植物才能将二氧化碳转化为有机物，后来发现，即使没有叶绿素的参与，某些微生物也能将二氧化碳转化为有机物，这类微生物称做化能自养型微生物。广泛地分布在土壤和水域环境中的硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌等都属于这类微生物。例如，氢细菌通过将氢气氧化为水，硫细菌通过将硫化氢氧化为硫酸盐，硝化细菌通过将氨氧化为亚硝酸盐，或将亚硝酸盐氧化为硝酸盐，来驱动二氧化碳的固定，完成有机物的合成。硝化细菌化能合成作用+O2【精题精析】例题：一、选择题1. 在下列有关光合作用叙述中，错误的是 A.水的分解发生在叶绿体片层结构的薄膜上 B.光反应与暗反应中都有许多酶参与C.温度降低到0，仍有植物能进行光合作用 D.光合作用的暗反应需在黑暗处进行导引：暗反应与有无光照无关。但光合作用的暗反应进行必须光反应提供H和ATP,没有光反应暗反应无法进行。答案：D 点评：考查了学生对光合作用过程和概念的整体把握能力2.（2002年广东、广西、河南高考题）将两个枝条分别置于营养液中。其中一枝仅保留一张叶片（甲），另一枝保留两张叶片（乙、丙），叶片置玻璃盒中密封（玻璃盒大小足以保证实验顺利进行），在甲叶和乙叶的盒中注入14CO2，装置如下图。照光一段时间后，可以检测到放射性的叶片A.仅在甲中B.仅在甲和乙中 C.仅在甲和丙中D.在甲、乙和丙中导引： 乙中叶片合成的有机物可以向丙中叶片运输，故甲、乙、丙的叶片均含有14C。答案：D点评：植物是一个有机的整体3. 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突然上升，则改变的条件是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浓度导引：从图中可以看到,如果降低CO2浓度, 降低, 继续进行 会上升 答案：D 点评：完整的理解光合作用过程才能全面分析和解决问题4.济南植物园中有一个用透明玻璃围成的热带植物馆。该馆内除了生长着一些热带植物外，还有少量的以这些植物为食的小动物。若在馆内释放一定量的用18O标记的氧气，若干天后含有18O的有机物的存在情况是（ ）A.只在植物体内B.动植物体内均有C.只在动物体内D.动植物体内均无导引：热带植物馆是一个相对封闭独立的生态系统，即植物吸收馆内的18O2，进行呼吸作用，使18O2转变为H218O，然后热带植物以H218O为原料再进行呼吸作用，生成含有18O的C18O2，最后热带植物以C18O2为原料再进行光合作用合成含有18O的有机物储存在体内，随着小动物的取食，植物体内的一部分含18O的有机物便储存在小动物体内。答案：B点评：熟练掌握光合作用和呼吸作用过程5(高考试题：2007广东生物) （1)甲同学利用新鲜的玉米绿色叶片进行叶绿体色素提取和分离实验，在滤 纸上出现了四条清晰的色素带，其中呈黄绿色的色素带为。 (2）该同学改变层析液组成后继续进行实验，滤纸条上只出现了黄、绿两条色素 带。他用刀片裁出带有色素带的滤纸条，用乙醚分别溶解条带上的色素，浓 缩后用一分析仪器检测，通过分析色素溶液的 来判断条带的色素种 类。 (3）实验结束几天后，乙、丙两同学发现部分预留叶片已变黄。乙同学认为这是 由于叶片中某些色素降解所造成的，丙同学则认为某些色素含量增加。根据 所学知识，你将如何设计实验来判断两个同学的观点是否正确？导引：学生应结合我们学到的绿叶中色素的提取和分离加以运用就可以解决答案： （1）叶绿素b。 （2）吸收光谱。 (3）从预留的叶片中挑选出足量的、份量相等、大小相近的已变黄的叶片和尚未变 黄的叶片为实验材料，在相同条件下，再次进行叶绿体色素的提取分离实验， 测定和记录实验结果，比较这两种叶片各种色素的组成及含量后，得出结论。点评：考查验证生物学事实、正确分析和处理实验现象和结果等基本实验能力，同时考 查对生物学问题进行初步探究的能力。【基能导练】一、选择题1. 在同一光源下，一株高等绿色植物在单位时间内，使光合作用产生的O2最多的实验处理是 A.白光照射B.滤去红光和蓝光C.滤去紫光D.滤去黄光和绿光2. 小麦的叶肉细胞通过光合作用合成葡萄糖，组成葡萄糖的碳、氢、氧三种元素分别来自A.CO2、CO2和H2OB.CO2、H2O和CO2 C.CO2、H2O和H2OD.C5、H2O和CO23.（2003年春季高考题）叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，光能的吸收发生在叶绿体的A.内膜上B.基质中 C.片层膜上D.各部位上4. 如果做一个实验检测藻类植物的光合作用速率，最好的检测因素是A.二氧化碳的消耗量B.葡萄糖的生成量 C.淀粉的产生量 D.氧气的释放量 5. 将以过饥饿处理的一片叶子（在黑暗中放置一天）中部的叶脉切断，移至光下照2小时，经镜检发现，叶片下部产生了淀粉，而叶片上部无淀粉产生，其原因是A.切断叶脉阻断了CO2的运输 B.切断叶脉阻断了H2O的运输 C.切断叶脉阻断了有机物的运输 D.切断叶脉影响上部细胞的呼吸作用6高等植物叶绿体中的色素，可以分为两大类，它们是A叶绿素a和叶绿素b B类胡萝卜素和叶黄素C胡萝卜素和叶黄素 D叶绿素和类胡萝卜素7光合作用释放出的O2来自参加反应的ACO2 BH2O CCO2和H2O DC6H12O68光合作用生成的C6H12O6，其中的氧来自于ACO2 BH2O CCO2和H2O DCO2、H2O和O29在光反应阶段中，H2O分解产生的氢在暗反应阶段所起的作用是A氧化剂 B还原剂 C催化剂 D还原C6H12O610光反应阶段的生成物有AH2O和O2 B酶和ATP CC6H12O6和O2 DO2、H和ATP11光反应阶段的产物中，能用于暗反应阶段的有AH和ATP B酶和H CH和O2 DH、ATP和酶12CO2的固定是指A绿叶从外界吸收CO2 BCO2与五碳化合物结合CCO2与三碳化合物结合 DCO2与H2O结合13CO2固定的条件是A阳光下 B气孔开放 C温度37 D红光和蓝紫光下14一棵重8g的植物栽在水分、空气、温度、光照均适宜的环境中，一月后重达20g，增加的质量来自A光照 B空气和水分 C水分 D空气15在光合作用过程中，能量转变的过程是A光能ATPC6H12O6 B光能叶绿体C6H12O6C光能叶绿素C6H12O6 D光能C6H12O6ATP16下列有关光反应和暗反应关系的叙述中，错误的是A光反应和暗反应是毫无联系的两个过程B暗反应是光反应的继续C暗反应可以在黑暗中进行，光反应不行D光反应为暗反应做了能量准备17. 某科学家用含碳同位素14C的二氧化碳来追踪光合作用中碳原子在下列分子中的转移，最可能的途径是( )A.二氧化碳叶绿素ADP B.二氧化碳叶绿素ATPC.二氧化碳三碳化合物葡萄糖 D.二氧化碳酒精葡萄糖18. 在天气晴朗的早晨，摘取一植物叶片甲，于105下烘干，称其重量；到黄昏时，再取同一植株着生位置与叶片形状都与甲基本相同的叶片乙。同样处理，称其重量，其结果是A.甲叶片比乙叶片重B.乙叶片比甲叶片重C.两叶片重量相等D.不一定19.见右图在光合作用的暗反应中和化学过程是( )A.氧化，固定B.固定，还原C.分解，氧化D.还原，氧化20一般来说，光照增强光合作用增强，但是，在光照最强的夏季中午，由于气孔关闭，光合作用反而下降。主要原因是A蒸腾作用减弱 B进入叶肉细胞的CO2减少C温度太高，酶已失去活性 D光照太强，使叶绿素分解21温室栽培可不受季节、地域限制，为植物的生长发育提供最适宜的条件，有利于提高作物品质和产量。在封闭的温室内栽种农作物，以下哪种措施不能提高作物产量A增加室内CO2浓度B增大室内昼夜温差C增加光照强度 D采用绿色玻璃盖顶22下列关于光合作用和呼吸作用的叙述正确的是A光合作用在白天进行，呼吸作用在夜间进行B光合作用为植物提供所需全部物质C光反应在白天进行，暗反应在夜间进行D光合作用受Mg、N、P等矿物质元素的影响23下列关于光合作用强度的叙述，正确的是（ ）A叶片从幼到老光合作用强度不变B森林或农田中植株上部叶片和下部叶片光合作用强度有差异C光合作用强度是由基因决定的，因此是固定不变的D在相同光照条件下，各种植物的光合作用强度相同24有些植物在春天开花时，叶子尚未生长出来，开花时期植物需要的能量主要来自A春天植物从土壤中吸收的矿质元素B春天植物从土壤中吸收的有机肥料C花瓣的光合作用D上一年贮存在植物体中的营养物质25光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是（ ）A叶绿体的类囊体膜上进行光反应和暗反应B叶绿体的类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应C叶绿体基质中可进行光反应和暗反应D叶绿体基质中进行暗反应，不进行光反应26光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，下列参与暗反应必需的物质是：（）A H20、C02、ADP BC02、NADPH、ATPCH20、C02、ATP DNADPH、H20、ADP27在光合作用过程中不属于暗反应的是（ ）ACO2与五碳化合物结合B三碳化合物接受ATP释放的能量CH2O的氢传递NADP+DNADPH的氢传递给三碳化合物28将单细胞绿藻置于25适宜的光照和充足的CO2条件下培养，经过一段时间后，突然停止光照，发现绿藻体内三碳化合物的含量突然上升，下列解释不符合的是 A光反应仍进行，形成H和ATP B光反应停止，不能形成H和ATP CCO2与五碳化合物结合，继续形成少部分三碳化合物 D由于没有H和ATP供应，三碳化合物不能形成C6H12O6，积累了许多的三碳化合物29.(2000广东)选择 右图为四种植物(、)在不同光照强度下光合作用速率的曲线，其中最 适于在荫蔽条件下生长的植物是( ) A.B.C.D.30、下列关于叶绿素合成和功能的叙述，错误的是（ ）A、光是叶绿素合成的必要条件B、低温抑制叶绿素的合成C、矿物元素影响叶绿素的合成D、提取的叶绿素溶液，给予适宜的温度、光照和CO2，可进行光合作用31对圆形滤纸中央点上的叶绿体色素滤液进行色素分离，会得到近似同心的四圈色素环，排在最外圈的色素是（ ）。A橙黄色的胡萝卜素 B黄色的叶黄素C蓝绿色的叶绿素 a D黄绿色的叶绿素b32.某同学在做提取叶绿体中色素的实验时，收集到的色素提取液为淡绿色。分析产生该结果的可能原因是研磨不充分，色素未能充分提取出来 丙酮加入量太多，稀释了色素提取液 加丙酮太少，色素未提取出来 未加CaCO粉末，叶绿素分子已被破坏A. B.C. D.33以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示。下列分析正确的是：A光照相同时间，35时光合作用制造的有机物的量与30相等B光照相同时间，在20条件下植物积累的有机物的量最多C温度高于25时，光合作用制造的有机物的量开始减少D两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的量相等34科学家研究CO2 浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到实验结果如右图。请据图判断下列叙述不正确的是A光照强度为a时，造成曲线II和III光合作用强度差异的 原因是CO2 浓度不同B光照强度为 b 时，造成曲线 I和 II光合作用强度差异的 原因是温度的不同C光照强度为ab，曲线 I、II光合作用强度随光照强度升高而升高D光照强度为ac，曲线 I、III光合作用强度随光照强度升高而升高35右图为探究CO2是否为植物光合作用原料的实验装置示意图。其中a为实验装置，b为对照装置。有关用塑料袋扎紧花盆的实验设计思路是A确保植株与外界空气进一步隔绝B排除土壤中微生物代谢活动的干扰C防止NaOH溶液对植物根系的影响D避免土壤中自养微生物光合作用形成淀粉二、非选择题 36.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。光线从反光镜反射上来后，可看到细菌从分散状态逐渐向水绵方向运动，水绵附近细菌的密度增加。如果在反光镜上方放置一个三棱镜，使七种不同颜色的光束照射水绵的不同部位，这时看到细菌逐渐聚集成明显的两堆（如下图所示）。请回答：（1）根据上述实验可以判断这类细菌的异化作用类型是_。做出这一判断的依据是_。（2）放置三棱镜后，细菌聚集成两堆的原因是_。 37结合图A、B和C，回答下列有关问题：（注：叶面积指数是指单位土地面积上植物叶面积数量，此值越大，表示植物叶片交错程度越大。） （1）组成图中1和2的 主要成分中都含有_元素，其结构特点为_，功能上都具有_。 （2）A和B中能增加膜面积的结构分别为 _和 _。 （3）A、B两种结构在遗传上都具有一定的自主性，这是因为_。 （4）根据图A、B在生理过程上的联系分析可知，C图中斜线部分表示_。 （5）叶面积指数达到某值以后，光合作用的实际量不会随叶面积指数增加而增加，原因是_。 （6）研究一片成熟的森林生态系统，叶面积指数大约为_时，进行合理开采最有利于森林生态系统的更新。38. 为证实“二氧化碳是光合作用合成有机物必需的原料”，某同学制订了下列实验方案：(1)实验目的(略)(2)实验材料和用具(略)(3)实验方法和步骤用一适当大小的玻璃罩罩住一株生长正常的盆栽绿色植物和一杯NaOH溶液，密封不漏气将上述植物及装置放在暗室中饥饿，消耗掉叶片内贮藏的有机物，暗室内装有红色安全灯饥饿一定时间后，自暗室中取出，照光若干小时，使其充分进行光合作用取一片叶，放入盛有酒精的烧杯中，水浴加热，使叶绿素溶于酒精中将已脱绿的叶片取出，平铺在一个培养皿内，用碘碘化钾溶液，检测有无葡萄糖的特颜色反应出现该实验方案：有几项明显错误，请指出错误并改正， 。39( 06广东生物42) 材料1：1642年，比利时科学家海尔蒙特进行了一项著名的柳树实验。他在一个花盆里栽种了一棵2.3 kg的柳树。栽种前，花盆里的泥土经过高温烘烤干燥后称重为90.8 kg。以后的5年中，海尔蒙特除了只给柳树浇水外，没有在花盆里添加任何物质，每年秋天柳树的落叶也没有称重和计算。5年后，他将柳树和泥土分开称重，发现柳树的重量变成了76.7 kg，泥土烘干后的重量为90.7 kg，比原来只减少0.1 kg。于是他得出结论：柳树获得的74.4kg物质只是来源于水： 材料2：科学家将一盆绿色植物放在不同波长的光下照射，然后测量该植物对不同光质的吸光率，结果列于下表：(1) 根据你所掌握的生物学知识，判断海尔蒙特的结论是否确切?为什么? (2)花盆内的泥土减少了0.1 kg，其原因是 。(3)请用上表数据在指定方格纸内绘出植物叶片光吸收变化曲线，并分析得出结论。 (4)C02浓度对植物光合作用强度影响的规律如右图。当外界C02浓度处于A时，能够反应A点时生理过程及量变关系的是下图_。为提高封闭大棚内作物产量，棚内人工释放C02应控制在 (填坐标图中字母)浓度为宜。40.下图是测定光合作用速度的仪器。在密闭小室内放有一新鲜叶片和二氧化碳缓冲液，缓冲液用以调节小室内C02的量，使其浓度保持在0.