高中生物 第五章 细胞的能量供应和利用 第4节 能量之源——光与光合作用课件 新人教版必修1.ppt

第五章 细胞的能量供应和利用 第4节能量之源 光与光合作用 自主学习 一 捕获光能的色素1 提取绿叶中的色素 1 原理 绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂 中 无水乙醇 5g绿叶 二氧化硅 碳酸钙 无水乙醇 玻璃漏斗 单层尼龙布 棉塞 2 分离绿叶中的色素 1 原理 不同色素在层析液中的 不同 的随层析液在滤纸上扩散得快 反之则慢 2 步骤 溶解度 溶解度高 剪去两角 距去角的一端1cm 毛细吸管 一两 滤液细线 滤液细线 3 分析四种色素对光吸收的差异 胡萝卜素 叶黄素 蓝紫光 叶绿素b 叶绿素a 蓝紫光和红光 二 叶绿体的结构和功能1 结构 一般呈扁平的椭球形或球形 外表具 内部有基粒和 基粒是由 堆叠而成 吸收光能的色素分布于 与光合作用有关的酶分布在 2 功能 是进行 的场所 双层膜 基质 类囊体 类囊体薄膜 叶绿体基粒上和基质中 光合作用 三 光合作用的探究历程1 1864年 德国的萨克斯的实验证实了光合作用的产物有 2 1939年 美国的鲁宾和卡门利用 证明了 3 20世纪40年代 美国的卡尔文 利用 技术最终探明了 在光合作用中转化成 的途径 淀粉 同位素标记法 光合作用 释放的氧气来自水 放射性同位素标记 co2 有机物中碳 四 光合作用的过程及应用1 光反应 1 场所 叶绿体的 上 2 条件 色素 酶等 3 物质变化 将水分解为 将adp和pi合成atp 4 能量变化 光能转变为 类囊体薄膜 光照 h 和o2 活跃的化学能 2 暗反应 1 场所 叶绿体的 中 2 条件 酶 h atp 3 物质变化 a co2的固定 c5 co2 b c3的还原 c3 h atp 4 能量变化 atp中活跃的化学能转变为 基质 2c3 c6h12o6 有机物中稳定的化学能 无机物的氧化 无机物 有机物 nh3 hno2 co2和h2o 绿色植物 硝化细菌 现成的有机物 1 夏季的树叶多为绿的海洋 到了深秋时节更有 看万山红遍 层林尽染 的美景 试从生物学角度分析其原因 提示 春夏时节叶绿素所占比例大 故叶子为绿色 而到了深秋叶绿素大量分解 类胡萝卜素含量相对增加 故叶子为黄色或橙黄色 2 植物能进行光合作用制造有机物 有位同学就想 如果人能像绿色植物一样 岂不是不用吃饭了吗 如果该同学的想法能实现 你认为人体细胞应具备什么样的结构 提示 细胞质中有叶绿体 3 在大棚种植时一般选用哪种颜色的薄膜 为什么 提示 一般选用无色透明的薄膜 因为能够透过各种单色光 思考 1 植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光 2 叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光 3 利用纸层析法可分离出4种叶绿体色素 4 叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内 5 光合作用过程中光反应是暗反应进行的前提 6 在光合作用的相关实验中 可以通过测定绿色植物在光照条件下co2的吸收量 o2释放量以及有机物的积累量来体现植物实际光合作用的强度 判断题 7 光合作用光反应阶段产生的 h 可在叶绿体基质中作为还原剂 8 在其他条件适宜情况下 在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照 并在黑暗中立即开始连续取样分析 在短时间内叶绿体中c3和c5的含量都迅速增加 9 夏季连续阴天 大棚中白天适当增加光照 夜晚适当降温 可以提高作物产量 10 将一株生长正常的绿色植物置于密闭的玻璃容器内 在适宜条件下光照培养 随培养时间的延长 玻璃容器内co2浓度一直保持稳定 新知解读 知识点1绿叶中色素的提取和分离 2 实验步骤 3 有关色素带的分析 1 从色素带的位置可知道各种色素在层析液中溶解度的高低依次为 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 记忆口诀 胡黄ab 2 从色素带的宽度可知各种色素的含量一般情况下为 叶绿素a 叶绿素b 叶黄素 胡萝卜素 3 在滤纸条上距离最近的两条色素带是叶绿素a与叶绿素b 距离最远的相邻的两条色素带是胡萝卜素和叶黄素 4 绿叶中的色素对光的吸收特点 1 绿叶中的色素只吸收可见光 对红外光和紫外光等不吸收 2 叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大 类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大 对其他可见光并非不吸收 只是吸收量较少 实验中的注意事项加入无水乙醇后 要进行迅速 充分的研磨 迅速研磨可以防止溶剂挥发 充分研磨是为了使更多的色素溶解在溶剂中 否则提取的色素量减少 过滤时 不能用滤纸 要用单层尼龙布 或脱脂棉 因为滤纸可以吸附色素 降低滤液中色素的含量 使实验效果不明显 知识贴士 在进行叶绿体色素提取和分离的实验中 不能让层析液没及滤液细线的原因是 a 滤纸上的几种色素会扩散不均而影响实验效果b 滤纸上的滤纸细线会变粗而使色素带相互重叠c 色素会溶解在层析液中 在滤纸上达不到层析效果d 会导致不同色素随层析液在滤纸上扩散的速度不同 解析 若层析液没及了滤液细线 会使色素溶解在层析液中 使层析效果不明显 典题1 c 变式训练1 下列有关 叶绿体色素的提取和分离 的实验叙述正确的是 a 加入碳酸钙防止滤液挥发b 用nacl溶液提取叶片中的色素c 用无水酒精或丙酮分离滤液中的色素d 加入二氧化硅 石英砂 有利于充分研磨 解析 本题考查实验中药品和试剂的作用 加入碳酸钙的目的是防止叶绿素被有机酸破坏掉 色素的提取利用的是无水乙醇 色素的分离利用的是层析液 加入二氧化硅是使研磨更充分 d 1 叶绿体的结构及功能 1 结构 双层膜 分为内膜和外膜 其主要功能是控制物质进出叶绿体 知识点2叶绿体的结构和功能 基粒 由囊状结构堆叠而成 这些囊状结构称为类囊体 吸收光能的四种色素就分布在类囊体的薄膜上 基质 在基粒与基粒之间充满基质 基质中含有与光合作用有关的酶 2 功能 叶绿体内的基粒和类囊体扩展了受光面积 含有许多吸收光能的色素分子和光合作用所必需的酶 因此叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所 3 实验设计巧妙之处 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 用极细的光束点状投射 叶绿体上可分为获得光照和无光照的部位 相当于一组对照实验 进行黑暗 局部光照 和完全暴露在光下的对照实验 明确实验结果完全是由光照引起的等 光合作用的酶分布在类囊体的薄膜上和基质中 但光合色素只分布在类囊体的薄膜上 叶绿体以囊状结构堆叠成基粒的方式增大膜面积 而线粒体以内膜向内腔折叠形成嵴的方式增大膜面积 知识贴士 叶绿体是植物进行光合作用的细胞器 下面有关叶绿体的叙述正确的是 a 叶绿体中的色素都分布在囊状结构的膜上b 叶绿体中的色素分布在外膜和内膜上c 光合作用的酶只分布在叶绿体基质中d 光合作用的酶只分布在外膜 内膜和基粒上 解析 叶绿体中的色素都分布在囊状结构的薄膜上 典题2 a 变式训练2 为证实叶绿体有放氧功能 可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验 装片需要给予一定的条件 这些条件是 a 光照 有空气 临时装片中无nahco3稀溶液b 光照 无空气 临时装片中有nahco3稀溶液c 黑暗 有空气 临时装片中无nahco3稀溶液d 黑暗 无空气 临时装片中有nahco3稀溶液 解析 本题实际考查光合作用所需的条件 光合作用要有水分和光照及co2 在本题所设条件下 最好没有空气 以证明光合作用的产物是氧气 临时装片中的nahco3溶液既提供了水分 又提供了co2 b 1 探究历程 知识点3光合作用的探究历程 2 从光合作用的探究历程可知 1 普利斯特利的实验的优点和不足 知识贴士 如图 在温室下 将3株脱淀粉 经过充分 饥饿 处理 的同种植株和相同体积的不同溶液放在钟罩内 给予相同强度的光照 本实验可以证明 典题3 b a 光合作用速率随co2浓度增大而增大b 光合作用的必需条件是co2c 过多的co2阻碍光合作用d nahco3能抑制光合作用 解析 该实验的自变量是co2浓度 丙组缺少co2 乙组co2浓度比甲组高 本实验co2浓度值组数设置不够 不能说明光合作用速率与co2浓度的关系 变式训练3 英国科学家普利斯特利将点燃的蜡烛与绿色植物一起放在一个密闭的玻璃罩内 蜡烛不容易熄灭 今天我们对这一现象的合理解释是 a 植物可以更新空气b 蜡烛燃烧所需物质来自绿色植物c 绿色植物在光下能制造有机物d 绿色植物在光下能释放氧气 解析 在今天 我们已经明确了空气中的成分以及蜡烛燃烧时消耗氧气 氧气来自于植物的光合作用 d 光合作用过程是由一系列的化学反应组成的 通常是根据是否需要光能 将光合作用的过程分为需要光能的光反应阶段和不需要光能的暗反应阶段 各阶段的物质和能量变化可用下图表示 知识点4光合作用的过程 1 过程图解 2 光反应与暗反应的区别 3 光反应与暗反应的联系 1 光反应为暗反应提供 h 和atp 暗反应为光反应提供adp和pi 即两个反应阶段相辅相成 密切联系 2 没有光反应 暗反应缺乏 h 和atp 无法进行 暗反应受阻 光反应因产物积累也不能正常进行 可见 二者相互制约 不同的条件下叶绿体内各种物质的动态变化规律说明 以上各物质含量的变化是在外界条件改变后的短时间内发生的 且是相对含量的变化 知识贴士 在正常条件下进行光合作用的某植物 当突然改变某条件后 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 解析 在植物光合作用的暗反应过程中 五碳化合物能固定co2 形成三碳化合物 三碳化合物被还原成葡萄糖和五碳化合物 植物体内五碳化合物增多 说明co2的固定减弱 典题4 d 变式训练4 欲测定植物是否进行光反应 可以检测是否有 a 葡萄糖生成b 淀粉生成c o2的释放d co2的吸收 解析 植物光合作用中的光反应过程 是叶绿素吸收光能 将水分解为氢和氧气 另一部分能量被adp吸收形成atp 从题目给定的答案中 只有氧气是光反应的产物 c 知识点5探究光照强弱对光合作用强度的影响 3 变量分析 在做植物实验的暗室内 为了尽可能地降低植物光合作用的强度 最好安装 a 红橙光灯b 绿光灯c 白炽灯d 蓝光灯 典题5 b 解析 本题考查学生运用光合作用知识分析实验设计的能力 叶绿素主要吸收红橙光 蓝紫光 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光 这些色素所吸收的光能 都能用于光合作用 光合作用不吸收或很少吸收绿光 绿光下植物光合作用强度最低 题目中要求 尽可能地降低植物光合作用的强度 当然就不能使用发红橙光和蓝紫光的灯 安装绿光灯是安全的 至于白炽灯 物理常识告诉我们 白光是由七色光组成的 变式训练5 在日光下 植物叶片中的叶绿素 a 大量吸收绿光b 等量吸收不同波长的光c 主要吸收蓝紫光和绿光d 主要吸收蓝紫光和红光 解析 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光 d 1 硝化细菌进行化能合成作用的过程 知识点6化能合成作用 2 与光合作用的区别化能合成作用与光合作用的不同之处仅在于光合作用是利用光能将co2和h2o合成有机物 而化能合成作用是利用化学能将co2和h2o合成有机物 硝化细菌通过化能合成作用形成有机物 需要下列哪种环境条件 a 具有nh3及缺氧b 具有nh3和氧c 具有硝酸和氧d 具有硝酸和缺氧 解析 硝化细菌的化能合成作用所需要的能量来自土壤中的氨 nh3 氧化成亚硝酸 hno2 和硝酸 hno3 的过程中释放出来的能量 因此 硝化细菌所需要的环境条件是有nh3和氧气 典题6 b 变式训练6 光合作用和化能合成作用的相同点是 a 都需要把太阳光作为能源b 把无机物转变为有机物c 都需要利用氧气d 都需要物质氧化形成的能量 解析 光合作用和化能合成作用的相同点是把无机物co2和h2o转变为有机物 b 指点迷津 一 光照 co2浓度对光合作用中各物质含量的影响当外界条件改变时 光合作用中c3 c5 h atp的含量变化分析如下 1 图示 2 分析 提示 以上各种物质的含量变化是在外界条件改变的短时间内发生的 且是相对含量的变化 2014 全国高考 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 解析 正常生长的绿藻 照光培养一段时间 说明绿藻可以正常进行光合作用 用黑布遮光后 改变了绿藻光合作用的条件 此时光合作用的光反应停止 光反应的产物o2 atp和 h 即nadph 停止产生 所以a c d三项所叙述现象会发生 光照停止 暗反应中c3还原受影响 c5减少 co2的固定减慢 b项所叙述现象不会发生 典题7 b 二 光合作用与有氧呼吸的区别和联系1 光合作用与有氧呼吸的区别 3 h 和atp的来源 去路的比较 如图是绿色开花植物体内能量供应及利用的示意图 下列说法正确的是 a 乙过程利用的atp是由甲和丙过程共同提供的b 乙过程中的atp用于固定co2和还原c3c 甲 丙中合成atp所需的能量来源不相同d 丁中的能量可用于肌肉收缩 人的红细胞吸收葡萄糖 兴奋传导等 典题8 c 解析 从图中发生的变化可判断 甲是光反应 乙是暗反应 丙是有氧呼吸 丁是atp的水解 有氧呼吸产生的atp不能用于光合作用的暗反应 a项错误 光反应过程中产生的atp用于c3的还原 不能用于co2的固定 b项错误 光反应合成atp所需的能量来源于光能 而丙过程合成atp所需的能量来自有机物中的化学能 c项正确 人的红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散 协助扩散需要载体蛋白 但不消耗atp d项错误 三 光合作用与细胞呼吸的相关计算1 呼吸速率的表示方法将植物置于黑暗环境中 测定实验容器内co2增加量 o2减少量或有机物减少量 2 净光合速率和真正光合速率的表示方法 1 净光合速率 常用在光照条件下测得的一定时间内o2释放量 co2吸收量或有机物积累量表示 2 真正光合速率 常用一定时间内o2产生量 co2固定量或有机物产生量 或制造量 表示 3 呼吸速率 净光合速率与真正光合速率的关系由图可知 在不考虑光照强度对呼吸速率影响的情况下 oa段表示植物呼吸速率 od段表示植物净光合速率 oa od段表示总光合速率 即真正光合速率 即真正光合速率 净光合速率 呼吸速率 4 相关计算当植物的光合作用与细胞呼吸同时进行时 存在如下关系 1 光合作用实际产氧量 叶绿体产氧量 实测植物氧气释放量 细胞呼吸耗氧量 2 光合作用实际co2消耗量 叶绿体消耗co2量 实测植物co2吸收量 细胞呼吸co2释放量 3 光合作用葡萄糖净产生量 葡萄糖积累量 光合作用实际葡萄糖产生量 叶绿体产生或合成的葡萄糖量 细胞呼吸葡萄糖消耗量 5 以净光合速率的大小来判断植物能否正常生长 自然状态下 以一天24h为单位 1 净光合速率大于0时 植物因积累有机物而正常生长 2 净光合速率等于0时 植物因没有有机物积累而不能生长 3 净光合速率小于0时 植物因有机物减少而不能生长 且长时间处于此种状态下植物将死亡 警示 植物进行光合作用的同时 一定进行细胞呼吸 但在进行细胞呼吸时不一定进行光合作用 因为光合作用只有在有光条件下才能进行 而细胞呼吸只要是活细胞就会进行 典题9 a 解析 图中虚线表示的是光照下co2的吸收量 即光合作用有机物净合成量 在光照时间相同的情况下 30 时光合作用有机物合成的总量为3 50 有机物净合成量 3 00 呼吸消耗量 6 50mg h 1 35 时光合作用有机物合成的总量为3 00 有机物净合成量 3 50 呼吸消耗量 6 50mg h 1 二者相等 在25 时 co2吸收量最大 即光合作用有机物净合成量最大 温度高于25 时 如30 时 光合作用制造的有机物的量还在增加 两曲线的交点表示光合作用的有机物净合成量等于细胞呼吸消耗量 四 光合作用 细胞呼吸曲线中关键点的移动 co2 或光 补偿点和饱和点的移动方向 一般有左移 右移之分 其中co2 或光 补偿点b是曲线与横轴的交点 co2 或光 饱和点c则是最大光合速率对应的co2浓度 或光照强度 位于横轴上 1 呼吸速率增加 其他条件不变时 co2 或光 补偿点b应右移 反之左移 2 呼吸速率基本不变 相关条件的改变使光合速率下降时 co2 或光 补偿点b应右移 反之左移 3 与阳生植物相比 阴生植物co2 或光 补偿点和饱和点都应向左移动 已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 和30 如图表示30 时光合作用与光照强度的关系 若温度降到25 原光照强度和co2浓度不变 理论上图中相应点a b d的移动方向分别是 a 下移 右移 上移b 下移 左移 下移c 上移 左移 上移d 上移 右移 上移 典题10 c 解析 图中a b d三点分别表示细胞呼吸强度 光补偿点和光饱和点 由题干 光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 和30 可知 当温度从30 下降到25 时 细胞呼吸强度降低 a点上移 光合作用强度增强 所以光饱和点 d点 时吸收的co2增多 d点上移 b点表示光合作用强度 细胞呼吸强度 在25 时细胞呼吸强度降低 光合作用强度增强 在除光照强度外其他条件不变的情况下 要使其仍然与细胞呼吸强度相等 需降低光照强度以使光合作用强度与细胞呼吸强度相等 即b点左移 核心素养 探究点获取题干隐含信息的方法 影响光合作用的因素 在有光条件下 水稻叶肉细胞的叶绿体能吸收co2进行暗反应 该过程如图a所示 研究发现 在有光 较高o2浓度条件下 水稻叶肉细胞的叶绿体也能吸收o2 而o2同样与c5结合 但形成c3与c2 一种二碳化合物 c2在其他细胞器的参与下 经一系列反应 最终生成co2 该过程如图b所示 请回答下列问题 案例 1 图a中的过程 称为 过程 需要光反应为其提供 2 在适宜光照等条件下 若水稻栽培环境o2浓度增大 则水稻叶肉细胞光合速率将降低 其主要原因是高浓度的o2在叶绿体中与co2竞争 化合物 导致图a中的过程 填序号 首先受到抑制 3 请利用下列实验材料与用具 设计实验方案验证 在o2浓度较高且光照等其他条件适宜的情况下 水稻叶肉细胞能释放出co2 实验材料与用具 新鲜水稻叶肉细胞 培养液 中性或偏碱 btb溶液 btb对光不敏感 当受测溶液为中性或偏碱性时呈淡蓝色 弱酸性时呈淡黄色 照明灯 o2瓶等 co2的固定 h 和atp c5 实验方案 将适量水稻叶肉细胞放入培养液中 提供 等条件 向培养液中滴加适量的btb溶液 利用o2瓶等装置 持续往培养液中通o2 一段时间后 观察溶液颜色的变化情况 预测结果及结论 若溶液颜色呈 色 则表明在较高浓度o2且光照等其他条件适宜的情况下水稻叶肉细胞能释放出co2 有同学认为该实验还不足以证明上述结论 原因是 适宜的光照 淡黄 缺少o2浓度适宜的 对照组 问题释疑 一 阅题探讨1 用这种方法可以提高光合作用强度 因为叶绿素吸收最多的是光谱中的蓝紫光和红光 不同颜色