【步步高】高考生物一轮（回扣基础+核心突破+命题探究）3.11光与光合作用教学案 新人教版.doc

第11讲能量之源光与光合作用考纲要求1.光合作用的基本过程()。2.影响光合作用速率的环境因素()。3.实验：叶绿体色素的提取和分离。一、捕获光能的色素和叶绿体的结构1叶绿体(1)结构示意图(2)结构决定(3)功能：进行光合作用的场所决定(4)恩格尔曼的实验：好氧细菌只分布于叶绿体被光束照射的部位巧记叶绿体：叶绿体膜两层，基质基粒来组成，类囊体来堆叠，上有色素酶附着，吸收光能来转化，光合作用好场所。2色素的种类和功能色素功能叶绿素叶绿素a：蓝绿色吸收蓝紫光和红光叶绿素b：黄绿色类胡萝卜素叶黄素：黄色吸收蓝紫光胡萝卜素：橙黄色解惑(1)叶绿体和液泡中都有色素，但只有叶绿体中的色素参与光能的捕获。(2)叶绿体中的色素只存在于光反应部位叶绿体类囊体的薄膜上，与光合作用有关的酶存在于两个部位叶绿体类囊体的薄膜上和基质中。二、光合作用的探索历程连一连思考和中科学家用什么样的技术手段得出实验结论？该技术手段有何用途？提示同位素标记法；追踪某元素或某物质的转移去向。三、光合作用的反应式及过程1反应式：co2h2o(ch2o)o2。2过程(1)区别(2)联系：光反应为暗反应提供h和atp；暗反应为光反应提供adp、pi。判一判1叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内()提示分布在类囊体的薄膜上。2光合作用需要的酶只分布在叶绿体基质中()提示类囊体的薄膜上和叶绿体基质中都有。3叶绿体是光合作用的主要场所()提示是全部场所。4暗反应必须在无光条件下进行。()四、影响光合速率的环境因素1空气中co2的浓度。2土壤中水分的多少。3光照的长短与强弱以及光的成分。4温度的高低等。考点一分析光合作用的过程完善光合作用的过程图解并思考1在光合作用总反应式中标出各元素的来源和去路2填表比较光反应和暗反应项目光反应暗反应条件需要光、色素和酶等不需要光和色素，但需要多种酶、atp和h场所叶绿体类囊体的薄膜上叶绿体的基质中物质转化水的光解：h2oho2 atp的形成：adppi光能atpco2的固定：co2c52c3 c3的还原：c3h(ch2o)c5能量转化光能电能活跃的化学能活跃的化学能有机物中稳定的化学能联系光反应为暗反应提供h和atp，暗反应为光反应提供adp和pi易错警示与光合作用过程有关的3个易错点(1)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：甲乙(暗反应时间长)。(2)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。(3)光合作用光反应产生的atp只用于暗反应阶段，不能用于其他生命活动，其他生命活动所需atp只能来自细胞呼吸。1如图为叶绿体结构与功能示意图，下列说法错误的是()a结构a中的能量变化是光能转变为atp中的化学能b供给14co2，放射性出现的顺序为co2c3甲c结构a释放的o2可进入线粒体中d如果突然停止co2的供应，短时间内c3的含量将会增加答案d解析在光合作用中，co2首先和c5生成c3，如果突然停止co2的供应，则c3的生成量减少，而其消耗量不变，因此短时间内c3的含量将会减少。2(2011新课标全国卷，29)在光照等适宜条件下，将培养在co2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到co2浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中c3和c5化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。回答问题：(1)图中物质a是_(c3化合物、c5化合物)。(2)在co2浓度为1%的环境中，物质b的浓度比a的低，原因是_，将co2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质b浓度升高的原因是_。(3)若使该植物继续处于co2浓度为0.003%的环境中，暗反应中c3和c5化合物浓度达到稳定时，物质a的浓度将比b的_(低、高)。(4)co2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比co2浓度为1%时的_(高、低)，其原因是_。答案(1)c3化合物(2)暗反应速率在该环境中已达到稳定，即c3和c5化合物的含量稳定，根据暗反应的特点，此时c3化合物的分子数是c5化合物的2倍当co2浓度突然降低时，c5化合物的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致c5化合物积累(3)高(4)低co2浓度低时，暗反应的强度低，所需的atp和h少解析(1)co2浓度降低时，c3化合物产生减少而消耗继续，故c3化合物的浓度降低，所以物质a代表的是c3化合物。(2)在正常情况下，1 mol co2与1 mol c5化合物结合形成2 mol c3化合物，即c3化合物的浓度是c5化合物浓度的2倍。co2浓度迅速下降到0.003%后，c5化合物的产生量不变而消耗量减少，故c5化合物的浓度升高。(3)co2浓度继续处于0.003%时，因光反应产物h和atp的积累而抑制光反应过程，足量的h和atp引起暗反应中c5化合物的浓度又逐渐降低，而c3化合物的浓度逐渐升高，在达到相对稳定时，c3化合物的浓度仍是c5化合物浓度的2倍。(4)co2浓度较低时，暗反应减弱，需要的h和atp量减少，故co2浓度为0.003%时，在较低的光照强度时就能达到最大光合速率。请结合下图，分析当光照与co2浓度发生如表变化时，表格中相关信息如何填充条件c3c5h和atp模型分析光照由强到弱，co2供应不变增加减少减少或没有光照由弱到强，co2供应不变减少增加增加光照不变，co2由充足到不足减少增加增加光照不变，co2由不足到充足增加减少减少考点二聚焦影响光合作用的环境因素及其在生产上的应用1单因子因素(1)光照强度原理分析：光照强度影响光合速率的原理是通过影响光反应阶段，制约atp和h的产生，进而制约暗反应阶段。图像分析：a点时只进行细胞呼吸；ab段随着光照强度的增强，光合作用强度也增强，但是仍然小于细胞呼吸强度；b点时代谢特点为光合作用强度等于细胞呼吸强度；bc段随着光照强度的增强，光合作用强度也不断增强；c点对应的光照强度为光饱和点，限制c点的环境因素可能有温度或二氧化碳浓度等。完成填空后，在下面的四幅图中标出a点、ab段、b点和b点之后的氧气和二氧化碳转移方向。答案应用分析：欲使植物正常生长，则必须使光照强度大于b点对应的光照强度；适当提高光照强度可增加大棚作物产量。(2)光照面积图像分析：oa段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，a点为光合作用面积的饱和点。随叶面积的增大，光合作用强度不再增加，原因是有很多叶被遮挡，光照不足。ob段表明干物质量随光合作用增加而增加，而由于a点以后光合作用强度不再增加，但叶片随叶面积的不断增加，呼吸量(oc段)不断增加，所以干物质积累量不断降低(bc段)。应用分析：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长。封行过早，使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费。(3)co2浓度原理分析：co2浓度影响光合作用的原理是通过影响暗反应阶段，制约c3生成。图像分析：图1中a点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的co2浓度，即co2补偿点，而图2中的a点表示进行光合作用所需co2的最低浓度；两图中的b和b点都表示co2饱和点，两图都表示在一定范围内，光合作用速率随co2浓度增加而增大。应用分析：大气中的co2浓度处于oa段时，植物无法进行光合作用；在农业生产中可通过“正其行，通其风”和增施农家肥等措施增加co2浓度，提高光合作用速率。(4)温度原理分析：是通过影响酶活性进而影响光合作用。图像分析：低温导致酶的活性降低，引起植物的光合作用速率降低，在一定范围内随着温度的升高酶活性升高进而引起光合速率也增强；温度过高会引起酶活性降低，植物光合速率降低。应用分析：温室中白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用速率；晚上适当降低温室的温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物积累。(5)必需矿质元素图像分析：在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物光合作用速率下降。应用分析：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可以提高作物的光能利用率。2多因子因素(1)曲线分析：p点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。当到q点时，横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用酶的活性，提高光合速率，也可同时充入适量的co2进一步提高光合速率，当温度适宜时，要适当提高光照强度和co2浓度以提高光合速率。易错警示光合作用影响因素中的2个易忽略点(1)易忽略温度改变对光合作用的影响。温度改变时，不管是光反应还是暗反应均会 受影响，但主要影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多。(2)易忽略co2浓度对光合作用的影响。co2浓度很低时，光合作用不能进行；当co2浓度大于某值时，光合作用才能进行。对于植物来说，也存在co2的补偿点和饱和点，co2浓度过大时，会抑制植物的呼吸作用，进而影响到光合作用。3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的含量会增加答案d解析甲图表示光照强度和温度对光合作用速率的影响，乙图表示温度对光合作用速率的影响。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，短时间内c3的还原速率加快而co2的固定速率不变，故c3的含量会减少。4如图表示环境因素对绿色植物光合作用速率的影响，据图分析，正确的是()a当处于a或b点时，叶肉细胞的细胞质基质、线粒体基质和叶绿体基质中均可产生atpb当所处环境中缺镁时，在co2含量不变的情况下，a点可能降到b点c与a点相比，b点时叶绿体中三碳化合物含量较多da点与b点光合作用速率差异的原因是光照强度和co2浓度的不同答案b解析叶肉细胞每时每刻都要进行呼吸作用，所以细胞质基质、线粒体基质可产生atp，而光合作用产生atp的场所是叶绿体中的类囊体薄膜上。环境中缺镁时叶绿素的合成减少，相同光照强度等条件下光合作用速率会下降。b点与a点相比处于相同光照强度但co2浓度低，所以合成三碳化合物的量较少，而二者产生的h和atp一样多，从而还原消耗的三碳化合物量相同，所以b点时叶绿体中三碳化合物含量较少。从图中可知，a点与b点光合作用速率差异的原因是co2浓度的不同。对于有饱和点(平衡点)的坐标曲线，分析其限制因素的时候要分两部分：(1)达到饱和点以前的限制因素，为横坐标表示的因素。(2)达到饱和点以后的限制因素，为横坐标表示的因素以外的因素。考点三光合作用发现史中的经典实验分析11771年普利斯特利实验本实验缺点：缺乏空白对照，实验结果的说服力不强。21864年萨克斯实验(1)本实验中黑暗处理的目的：消耗掉叶片中原有的淀粉，避免干扰。(2)本实验为自身对照，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，表观因变量为是否出现颜色变化(出现深蓝色)。31880年恩格尔曼实验(1)本实验的实验组为极细光束照射处的叶绿体，对照组为黑暗处的叶绿体和完全曝光的叶绿体。(2)本实验中为自身对照，自变量为光照(照光处与不照光处；黑暗与完全曝光)，因变量为好氧细菌分布。易错警示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。41941年鲁宾、卡门实验(1)本实验方法为同位素标记法。(2)本实验为相互对照，自变量为标记物质(ho与c18o2)，因变量为o2的放射性。5德国科学家萨克斯先将绿色叶片放在暗处数小时进行“饥饿”处理(消耗掉叶片中的淀粉)，再把叶片的一部分遮光，其余部分曝光。一段时间后，将该叶片经脱色、漂洗后再用碘液处理，结果发现遮光部分不变蓝，曝光部分变蓝。下列有关本实验的分析及结论合理的是()本实验未设对照组有无光照是遮光和曝光区域表现不同结果的唯一原因实验初始时遮光和曝光区域均达到无淀粉状态实验证明叶绿体利用光照将co2转变成了淀粉a全部 b只有c只有 d只有答案d解析该实验中曝光部分与遮光部分形成了对照，错误。该实验只能证明有淀粉的生成，但不能证明叶绿体利用光照将co2转变成了淀粉，错误。61880年美国生物学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到丝状水绵体上，并在水绵悬液中放入好氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图)。他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。这个实验的思路是()a细菌对不同的光反应不一样，细菌聚集多的地方，细菌光合作用强b好氧细菌聚集多的地方，o2浓度高，水绵光合作用强c好氧细菌聚集多的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强d好氧细菌大量消耗o2，使水绵光合作用速度快，则该种光有利于光合作用答案b解析好氧细菌是需要氧气的，因此在好氧细菌聚集的地方应该是氧气多的地方，也就是水绵光合作用强的地方。实验九绿叶中色素的提取与分离完善下面的实验过程易错警示实验中的注意事项及操作目的过程注意事项操作目的提取色素(1)选新鲜绿色的叶片使滤液中色素含量高(2)研磨时加无水乙醇溶解色素(3)加少量sio2和caco3研磨充分和保护色素(4)迅速、充分研磨防止乙醇挥发，充分溶解色素(5)盛放滤液的试管管口加棉塞防止乙醇挥发和色素氧化分离色素(1)滤纸预先干燥处理使层析液在滤纸上快速扩散(2)滤液细线要直、细、匀使分离出的色素带平整不重叠(3)滤液细线干燥后再画一两次使分离出的色素带清晰分明(4)滤液细线不触及层析液防止色素直接溶解到层析液中7(2011广东卷，29)中国的饮食讲究“色香味”，颜色会影响消费。小李同学拟研发“绿色”食用色素，他以生长很快的入侵植物水葫芦为材料进行如下实验。.提取叶绿素.探究ph对叶绿素稳定性的影响取一些叶绿素粗产品，配成一定浓度的溶液，于室温(约25 )下进行实验，方法和结果如下表。实验组号叶绿素溶液(ml)调ph至处理时间(min)溶液颜色3.0y10绿色3.07.010绿色3.06.010黄绿色3.05.010黄褐色注：叶绿素被破坏后变成黄褐色。根据所学知识和实验结果，请回答：(1)提取叶绿素的x应该为_，原因是_。(2)表中y应该为_，原因是_。(3)若用作食品色素，天然叶绿素色素不适用于_食品，否则_。(4)小李想了解叶绿素粗产品中是否含有其他色素，请你提供检测方法并写出主要步骤。答案(1)无水乙醇绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中(2)8.0ph梯度差为1.0，所以y为8.0(3)酸性叶绿素分解，食品变为黄绿色或黄褐色(4)方法：用纸层析法将叶绿素粗产品中的色素进行分离，以确定是否含有其他色素。主要步骤：制备滤纸条：将预先准备的干燥滤纸条一端剪去两个角使之呈梯形，在距该端1 cm处画一铅笔细线。画滤液细线：用毛细吸管吸取叶绿素粗产品，沿铅笔线均匀地画滤液细线。纸层析法分离色素：将滤纸条画有滤液细线的一端置于烧杯中的层析液中(不要将滤液细线浸没在层析液中)。观察实验结果。解析(1)绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂如无水乙醇中，所以，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。(2)该实验探究ph对叶绿素稳定性的影响，所以实验变量为ph的大小，所以我们要设置一系列ph梯度，即ph为8.0、7.0、6.0、5.0。(3)通过对实验结果的分析，在ph为6.0、5.0的酸性条件下叶绿素会分解，所以天然叶绿素不适用于酸性食品。(4)由于各种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条上扩散得快；反之，则慢。所以，我们可用纸层析法将叶绿素粗产品中的色素进行分离，以确定是否含有其他色素。1利用教材原理解答延伸式实验(1)教材原理：不同色素在层析液中的溶解度不同，因此各种色素随层析液在滤纸上的扩散速度不同而分离。(2)原理应用：利用纸层析法检测叶绿素产品时，若只有叶绿素，则滤纸条上只有两条色素带(叶绿素a和叶绿素b)，若含有其他色素则滤纸条上含有多条色素带。2明确题干信息抓准自变量题意明确提出：“探究ph对叶绿素稳定性的影响”，显然告诉我们实验的自变量是“ph”；据表中信息可以看出因变量是色素的“颜色”；本实