高考生物第一轮总复习（高频考点+易错易混警示+实验探究）第12讲 能量之源 光与光合作用课件 新人教版必修1.ppt

第12讲能量之源 光与光合作用 同位素标记法的实验应用 探究影响光合作用的环境因素 一 捕获光能的色素和场所1 光合色素 1 光合色素的种类 叶绿体中的光合色素有叶绿素和类胡萝卜素两类 叶绿素分为叶绿素a和叶绿素b两种 均不溶于水 但易溶于酒精 丙酮 石油醚等有机溶剂中 叶绿素a呈蓝绿色 叶绿素b呈黄绿色 类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素两种 颜色分别是橙黄色和黄色 2 功能 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光 类胡萝卜素则主要吸收蓝紫光 2 叶绿体 1 叶绿体的结构 如下图 由外膜 内膜 叶绿体基质和基粒 由类囊体构成 组成 与光合作用有关的酶分布于基粒的类囊体及基质中 光合作用色素分布于类囊体薄膜上 因此光反应的场所是类囊体薄膜 2 叶绿体扩大反应面积的方式是类囊体薄膜叠加形成基粒 3 功能 叶绿体是进行光合作用的场所 4 分布 叶绿体主要分布在植物的叶肉细胞和幼嫩的皮层细胞中 例1 下图为叶绿体结构与功能示意图 请据图判断下列有关说法中不正确的是 c a 光合作用的光反应在图中a处进行 必须在有光条件下进行b 光合作用过程中释放的o2来自于h2oc 光合作用的暗反应在图中b处进行 必须在无光条件下进行d 光合作用过程中co2被固定并还原成图中的甲物质 解析 本题主要考查光合作用的场所 光合作用的暗反应的反应条件是不需要光 有光无光均可进行 先看懂图 然后结合所学知识回答问题 二 绿叶中色素的提取和分离 实验1 实验原理 1 色素溶于有机溶剂而不溶于水 可用无水乙醇等有机溶剂提取绿叶中的色素 2 各种色素在层析液中溶解度不同 溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快 反之则慢 从而使各种色素相互分离 2 方法步骤 1 提取色素 称取绿叶 剪碎 研磨 加入少许sio2 caco3和10ml无水乙醇 过滤 漏斗基部放一块单层尼龙布 收集滤液 2 制备滤纸条 长与宽略小于试管 在一端剪去两角 在距剪去两角的一端1cm处画铅笔线 3 画滤液细线 沿铅笔线画一条直且均匀的滤液细线 干燥后 再画一两次 4 色素分离将滤纸条插入有3ml层析液的试管中 有滤液细线的一端朝下 5 观察结果 滤纸条上色素带有四条 如图 3 实验中几种化学试剂的作用 1 无水乙醇用于提取绿叶中的色素 2 层析液用于分离绿叶中的色素 3 二氧化硅可增加杵棒与研钵间的摩擦力 破坏细胞结构 使研磨充分 4 碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏 4 实验中的注意事项 1 选材 应选取鲜嫩 颜色深绿的叶片 以保证含有较多的色素 2 提取色素 研磨要迅速 充分 且加入各物质的量要成比例 以保证提取较多的色素和色素浓度适宜 3 画滤液细线 用力要均匀 快慢要适中 滤液细线要细 直 且干燥后重复画一两次 使滤液细线既有较多的色素 又使各色素扩散的起点相同 4 色素分离 滤液细线不要触及层析液 否则滤液细线中的色素分子将溶解到层析液中 滤纸条上得不到色素带 5 色素提取液呈淡绿色的原因分析 1 研磨不充分 色素未能充分提取出来 2 称取绿叶过少或加入无水乙醇过多 色素溶液浓度小 3 未加碳酸钙或加入过少 色素分子部分被破坏 例2 2012 上海卷 如图表示叶绿体色素提取分离实验中纸层析的结果 据图判断用作实验材料的叶片颜色为 a 红色b 黄色c 绿色d 紫色 解析 b正常绿色叶片中叶绿素含量大于类胡萝卜素的含量 由图可知 类胡萝卜素的含量远大于叶绿素含量 故此叶片颜色为黄色 1 光合作用的探究历程中几个重要实验 1 普利斯特利的实验密闭玻璃罩 绿色植物 三 光合作用的探究历程 2 萨克斯的实验黑暗中饥饿处理的绿叶 3 鲁宾和卡门的实验 例3 光合作用能否放出o2 可观察倒置的装满水的试管中有无气泡产生来验证 结合给出的三个倒置的试管 此验证性实验的最佳设计应为 a 只有a试管b a试管和b试管c a试管和c试管d b试管和c试管 c 解析 本题通过实验设计的形式主要考查光合作用的认识过程 题中实验的目的是验证光合作用能否放出o2 因此自变量是光合作用 有光合作用的一组为实验组 没有光合作用的一组为对照组 这样 只有a c两试管符合对照的条件 四 光合作用的过程1 总反应式 2 光反应与暗反应的比较 续表 续表 例4 将单细胞绿藻置于25 适宜光照和充足的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 这是由于 光反应仍在进行 形成 h 和atp 光反应停止 不能形成 h 和atp 暗反应仍进行 co2和五碳化合物结合 继续形成三碳化合物 光反应停止 由于没有 h 和atp供应 三碳化合物不能形成葡萄糖 积累了许多的三碳化合物a b c d b 解析 本题主要考查光照强度对c3含量的影响 若突然停止光照 光反应停止 atp和 h 的合成停止 c3的消耗减少 积累增加 而与此同时 暗反应仍然在进行 c3的积累进一步增加 凡是涉及光照和co2浓度变化对植物细胞内c3 c5 h atp及 ch2o 合成量的影响的题目 一定要既考虑来源 又考虑去路 五 影响光合作用的因素及光合作用原理在农业生产上的应用 1 光照强度 1 曲线分析 如右图 a点光照强度为0 此时只进行细胞呼吸 释放的co2量可表示此时细胞呼吸的强度 ab段 随光照强度增强 光合作用强度也逐渐增强 co2释放量逐渐减少 这是因为细胞呼吸释放的co2有一部分用于光合作用 此时细胞呼吸强度大于光合作用强度 b点 细胞呼吸释放的co2全部用于光合作用 即光合作用强度等于细胞呼吸强度 光照强度只有在b点以上时 植物才能正常生长 b点所示光照强度称为光补偿点 bc段 表明随着光照强度不断加强 光合作用强度不断加强 到c点以上不再加强了 c点所示光照强度称为光饱和点 2 应用 阴生植物的b点前移 c点较低 如图中虚线所示 间作套种农作物的种类搭配 林带树种的配置 可合理利用光能 适当提高光照强度可增加大棚作物产量 2 co2浓度 1 曲线分析 如下图 图1和图2都表示在一定范围内 光合作用速率随co2浓度的增加而增大 但当co2浓度增加到一定范围后 光合作用速率不再增加 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 图2中的a 点表示进行光合作用所需co2的最低浓度 图1和图2中的b和b 点都表示co2饱和点 2 应用 在农业生产上可以通过 正其行 通其风 增施农家肥等增大co2浓度 提高光能利用率 3 温度 1 曲线分析 如下图 温度主要是通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率 2 应用 冬天 温室栽培可适当提高温度 也可适当降低温度 白天调到光合作用最适温度 以提高光合作用 晚上适当降低温室温度 以降低细胞呼吸 保证植物有机物的积累 4 必需元素供应对光合速率的影响 1 曲线分析 如下图 在一定浓度范围内 增大必需元素的供应 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渗透失水而萎蔫 2 应用 根据作物的需肥规律 适时 适量地增施肥料 可提高农作物产量 5 水分的供应对光合作用速率的影响 1 影响 水是光合作用的原料 缺水既可直接影响光合作用 又会导致叶片气孔关闭 限制co2进入叶片 从而间接影响光合作用 2 应用 根据作物的需水规律合理灌溉 例5 如图所示的1 4四种实验条件下 测定了不同光照强度对光合作用速率的影响 从以下实验可知 限制实验2 实验3和p点光合作用速率的因素分别是 a 光照强度 co2浓度 温度b 温度 co2浓度 光照强度c co2浓度 温度 光照强度d 温度 光照强度 co2浓度 b 解析 本题主要考查环境因素对光合作用强度的影响 由图可知 p点以前 光照增强 光合速率增加 因此p点时的限制因子是光照强度 比较实验1和实验2 在横坐标上任取一点 实验1的光合速率之所以比实验2高在于温度高 因而限制实验2的因素是温度 比较实验1和实验3 在横坐标上任取一点 实验1的光合速率之所以比实验3高在于co2浓度高 因而限制实验3的因素是co2浓度 六 光合作用与有氧呼吸的比较1 区别与联系 续表 2 光合作用与细胞呼吸的计算 1 光合作用速率表示方法 通常以一定时间内co2等原料的消耗或o2 ch2o 等产物的生成数量来表示 2 呼吸速率表示方法 将植物置于黑暗中 实验容器中co2增加量 o2减少量或有机物减少量 即表示呼吸速率 3 如下图 叶绿体内光合作用产物o2和有机物首先满足同一细胞内线粒体进行细胞呼吸的需要 若有多余再排出细胞外 即d e g 或不够再从细胞外 获得 即g d f 而线粒体细胞呼吸的产物co2也首先满足同一细胞内叶绿体进行光合作用的需要 若有多余再排出细胞外 即h c a 或不够再从细胞外获得 即c b h 因此 光照下有机物的净积累量可用下式来表示 净积累量 总合成量 呼吸量 一昼夜有机物的积累量 用co2量表示 可用下式表示 积累量 白天从外界吸收的co2总量 晚上呼吸释放的co2量 应用指南 将离体叶片培养在nahco3溶液中 分别测定黑暗和光照下溶液ph的变化或借助酸碱指示剂的颜色变化 可以验证光合作用吸收co2和细胞呼吸释放co2 例6 采用黑 白瓶 不透光 可透光瓶 法测定池塘群落各深度日代谢的平均氧浓度变化 结果如下表 请据表分析 该池塘一昼夜生产氧气量和消耗氧气量各为多少 单位 g m 2 a 9 7b 8 7c 8 11d 5 11 b 解析 本题主要考查光合作用与细胞呼吸的计算 遇到光合作用与细胞呼吸的计算题 首先判断题中的已知量指的是总生成量还是净积累量 这是解题的关键 若判断不清 结果必然错误 然后再根据总量与净积累量的关系式就很快得到结果 表中白瓶的量即为净积累量 黑瓶的量为呼吸消耗量 题中所问池塘中的氧气生产量和消耗量是指整个池塘 包括各个深度 因此 计算结果应是各深度之和 另外 这里很明显氧气生产量指的是总生成量 而不是净积累量 表中各深度黑瓶中的呼吸消耗量为7 白瓶中的净积累量为1 因此总生成量为8 七 化能合成作用 1 概念 某些细菌利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用 2 实例 硝化细菌能利用nh3氧化成hno2和hno3时所释放的化学能 将co2和h2o合成为糖类 3 自养生物和异养生物 1 自养生物 绿色植物和硝化细菌都能将无机物合成为有机物 因此属于自养生物 2 异养生物 人 动物 真菌以及大多数细菌只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动 属于异养生物 例7 下图示生物体部分代谢过程 下列有关分析正确的是 a 过程 只能在植物细胞的叶绿体中进行b 过程 需要的酶只存在于线粒体的内膜和线粒体基质中c 能进行过程 的生物无核膜但属于生产者d 和 过程只能发生于不同的细胞中 c 解析 本题主要考查光合作用 细胞呼吸和化能合成作用等知识点 具有较强的综合性 过程 表示将co2和h2o合成有机物 可以在植物细胞的叶绿体中进行也可以在含光合色素的原核生物中进行 过程 是将 ch2o 彻底分解 属于有氧呼吸全过程 场所有细胞质基质 也有线粒体内膜和基质 过程 是硝化细菌利用氧化nh3获得的化学能合成有机物的过程 属于化能合成作用 过程 是无氧呼吸产生酒精的过程 有氧呼吸和无氧呼吸可发生于同一细胞中 1 叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量较大 对黄绿光的吸收量较少 并非不吸收 而类胡萝卜素吸收蓝紫光也仅表示对蓝紫光的吸收量较大 对其他光吸收量较少 2 并非所有的植物细胞都具有叶绿体 如植物的根尖细胞 表皮细胞没有叶绿体 并非能进行光合作用的生物都具有叶绿体 如蓝藻 3 当条件改变时 c3 c5 atp h 含量变化 4 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 但暗反应所需的酶的种类多 数量多 一 理论归纳 一 同位素标记法的实验应用1 概述用同位素标记化合物 让它们一起运动 迁移 再用探测仪器进行追踪 可以弄清化学反应的详细过程的方法 2 方法应用用来研究细胞内的元素或化合物的来源 组成 分布和去向等 进而了解细胞的结构和功能 化学物质的变化 反应机理等 3 应用分析 1 标记某元素 追踪其转移途径 如用18o标记 光合作用只产生18o2 再用18o标记c18o2 光合作用只产生o2 证明光合作用产生的氧气中的氧原子全部来自于h2o 而不是来自co2 2 标记特征元素 探究化合物的作用 如t2噬菌体侵染细菌的实验中 用32p标记噬菌体的dna 大肠杆菌内发现放射性物质 35s标记蛋白质 大肠杆菌内未发现放射性物质 证明了dna是噬菌体的遗传物质 3 标记特征化合物 探究详细生理过程 研究生物学原理 如用3h标记亮氨酸 探究分泌蛋白的分泌过程 用3h标记胸腺嘧啶脱氧核苷酸 研究有丝分裂过程中染色体的变化规律 用15n标记dna 证明了dna复制的特点是半保留复制 二 探究影响光合作用的环境因素1 实验设计思路分析 2 实验设计示例 探究光照强度对光合作用的影响 1 实验流程 2 实验结论 在一定范围内 随着光照强度不断增强 光合作用强度也不断增强 小圆形叶片中产生的o2多 浮起的多 二 演练 1 光合作用是地球上最重要的化学反应 同位素标记法的引入 为探寻和建立光合作用的化学反应过程 作出了巨大的贡献 1 1939年 鲁宾和卡门用同位素标记法追踪光合作用中o2的来源 鲁宾和卡门用和普通的co2进行小球藻光合作用实验 见图a 结果放出的o2具有放射性 若用c18o2和普通的h2o进行光合作用实验 见图b 结果产生的o2不具有放射性 综合实验 可获得的结论是 光合作用释放的o2来源于h2o 而不是co2 2 美国科学家卡尔文用同位素标记法来追踪co2是如何转变成碳水化合物的 卡尔文给小球藻悬浮液通入14co2 光照一定时间 从1秒到数分钟 后杀死小球藻 同时提取产物并分析 实验发现 仅仅30秒的时间 二氧化碳已经转化为许多种类的化合物 想要探究co2转化成的第一个产物是什么 可能的实验思路是 缩短光照时间 当检测到的带放射性的有机化 合物只有一种时 这个化合物就是第一个产物 实验发现 在光照下物质a和物质b的浓度很快达到饱和并保持稳定 此时突然中断co2的供应 a b物质的变化如图c所示 以上实验说明 固定二氧化碳的化合物是 二氧化碳转化的第一个产物是 b a 解析 鲁宾和卡门用同位素标记法证明了光合作用释放的o2来源于h2o 而不是co2 突然中断co2的供应 增加的b物质是c5 而减少的a物质是c3 2 2012 海南卷 取生理状态相同的某植物叶片 分离得到大量的叶肉细胞 将等量的叶肉细胞分别悬浮在不同浓度的蔗糖溶液中 并在适宜的条件下 测定该叶肉细胞的光合作用强度 实验结果如图所示 据图回答下列问题 1 叶肉细胞光合作用强度达到最大后 随着蔗糖浓度升高 叶肉细胞的光合作用强度下降 从渗透作用的角度分析出现这一现象的原因是在较高浓度的蔗糖溶液中叶肉细胞失水 2 如果要研究光照强度等因素对蔗糖溶液中叶肉细胞光合作用强度的影响 最好将叶肉细胞放在浓度为0 2mol l 1的蔗糖溶液中 原因是这一浓度中的叶肉细胞处于光合作用最适状态 3 除蔗糖浓度外 如果分别改变叶肉细胞悬浮液中co2浓度和温度也能影响叶肉细胞的光合作用强度 原因是co2是光合作用的原料 温度可以影响酶的活性 1 2012 海南卷 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浓度可出现的变化趋势是 a 一直降低 直至为零b 一直保持稳定 不变化c 降低至一定水平时保持相对稳定d 升高至一定水平时保持相对稳定 c 在适宜的条件下培养密闭容器内的植物 密闭容器内的二氧化碳含量有限 随着光合作用的持续进行 二氧化碳逐渐被消耗 浓度降低 进而光合作用强度跟着降低 当二氧化碳浓度降低到一定水平时 植物的光合作用和呼吸作用强度相等 则装置内的二氧化碳浓度就保持相对稳定 解析 2 2012 海南卷 关于叶绿体色素的叙述 错误的是 a 叶绿素a和b主要吸收红光和蓝紫光b 绿叶中叶绿素和类胡萝卜素含量不同c 利用纸层析法可分离4种叶绿体色素d 乙醇提取的叶绿体色素不能吸收光能 d 解析 叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光 a正确 绿叶中叶绿素含量占3 4 类胡萝卜素含量占1 4 b正确 不同色素在层析液中的溶解度不同 从而在滤纸条上的扩散速度不同 可用纸层析法对其进行分离 c正确 乙醇提取的叶绿素只要结构没有被破坏 仍是可以吸收光能的 d错误 3 2012 山东卷 夏季晴朗的一天 甲乙两株同种植物在相同条件下co2吸收速率的变化如图所示 下列说法正确的是 a 甲植株在a点开始进行光合作用b 乙植株在e点有机物积累量最多c 曲线b c段和d e段下降的原因相同d 两曲线b d段不同的原因可能是甲植株气孔无法关闭 d 解析 本题综合考查植物的光合作用 细胞呼吸的基础知识 考查识图能力 理解能力与获取信息的能力 分析图示可知 这一天的6 00 甲曲线的a点 和18 00左右 甲乙两植株光合作用吸收co2的速率和呼吸作用释放co2的速率相等 在6 00之前 甲乙两植株的光合作用已经开始 但光合作用比细胞呼吸弱 故选项a错误 在18 00后 甲乙两植株的光合作用速率开始小于细胞呼吸 有机物的积累最多的时刻应为18 00左右 e点时有机物的积累量已经减少 故选项b错误 解析 图示曲线的b c段下降的主要原因是气孔部分关闭导致叶内二氧化碳浓度降低 d e段下降的原因是光照强度减弱 光反应产生 h 和atp的速率减慢 这两段下降的原因不相同 故选项c错误 b d段 乙曲线的变化为植物的 午休现象 是由于气孔关闭导致叶内二氧化碳浓度降低 甲植株可能不存在 午休现象 或气孔关闭程度很小或气孔无法关闭 故选项d正确 4 下图为研究光合作用的实验装置 用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片 再用气泵抽出叶片内的气体直至叶片沉入水底 然后将等量的叶圆片转至不同浓度的nahco3溶液中 给予一定的光照 测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间 如图 以研究光合作用速率与nahco3溶液浓度的关系 有关分析正确的是 c a 在ab段 随着nahco3溶液浓度的增加 光合作用速率逐渐减小b 在bc段 单独增加光照或温度或nahco3溶液浓度 都可以缩短叶圆片上浮的时间c 在c点以后 因nahco3溶液浓度过高 使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降d 因配制的nahco3溶液中不含氧气 所以整个实验过程中叶片不能进行呼吸作用 解析 本题考查影响光合作用的因素 图中纵坐标是上浮至液面的时间 时间越短 说明单位时间内产生氧气越多 说明光合作用强度越大 结合曲线分析 ab段随着nahco3溶液浓度的增加 光合作用增强 产生氧气越多 叶圆片上浮时间越短 故a错误 从图中分析 bc段co2浓度已不再是制约光合作用的因素 因此单独增加nahco3溶液浓度 不会提高光合作用速率 叶圆片上浮时间不变 故b错误 由于nahco3溶液浓度过高 使叶肉细胞失水而导致整体代谢水平下降 叶圆片上浮时间长 故c正确 5 在叶绿体色素的提取和分离实验中 收集到的滤液绿色过浅 其原因可能是 d 未加石英砂 研磨不充分 一次加入大量的无水乙醇提取 分次加入少量无水乙醇提取 使用放置数天的菠菜叶a b c d 解析 叶绿体中色素会随着叶片的衰老而减少 6 将一植物放在密闭的玻璃罩内 置于室外进行培养 假定玻璃罩内植物的生理状态与自然环境中相同 用co2浓度测定仪测得了该玻璃罩内co2浓度的变化情况 绘制成如图的曲线 下列有关说法正确的是 6 将一植物放在密闭的玻璃罩内 置于室外进行培养 假定玻璃罩内植物的生理状态与自然环境中相同 用co2浓度测定仪测得了该玻璃罩内co2浓度的变化情况 绘制成如图的曲线 下列有关说法正确的是 a bc段较ab段co2浓度增加减慢 是因为植物开始进行光合作用消耗co2b co2浓度下降从de段开始 说明植物进行光合作用是从d点开始的c h点co2浓度最低 说明此时植物对co2的吸收速率最大d d点表明植物光合作用强度和呼吸作用强度相等 d 解析 本题考查一天中的光照和温度对光合作用的影响 2时到4时温度较低 细胞呼吸受抑制 产生的co2量减少 co2浓度增加减慢 从4时开始已经有微弱的光 植物开始进行光合作用 只是光合作用强度小于细胞呼吸强度 到6时 光合作用强度和细胞呼吸强度相等 超过6时 光合作用强度大于细胞呼吸强度 所以co2浓度降低 解析 10时到14时 由于气温不断增高 光照增强 植物为减少水分的散失 关闭部分气孔 光合作用减弱 二氧化碳的消耗速率减少 到18时 光照强度进一步降低 光合作用强度也降低 从而与细胞呼吸强度再次相等 之后细胞呼吸强度大于光合作用强度 co2浓度增加 7 请回答下列有关光合作用的问题 1 光合作用受到