【学海导航】高考生物第1轮总复习 第12讲 能量之源——光与光合作用课件 新人教版必修1（福建专版 ）.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 3 色素与吸收光谱 2 叶绿体的结构 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 在高等植物中 尤其是在被子植物中 叶绿体在细胞质中的位置随光照强度而变化 在强光下 叶绿体以窄面受光 避免过强的光照对叶绿体的伤害 在弱光下 以宽面受光 以接受更多的光能 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 1 甲同学利用新鲜的玉米绿色叶片进行 叶绿体中色素的提取和分离 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 乙同学认为这是由叶片中某些色素降解所造成的 丙同学则认为是由某些色素含量增加所造成的 根据所学知识 你将如何设计实验来判断两位同学的观点是否正确 解析 1 叶绿体中四种色素及其颜色分别是 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 2 不同色素的吸收光谱不同 据此可用光谱分析仪来判断色素的种类 3 通过设计对照实验来探究发黄的叶片中某些色素是否因降解而减少 某些色素是否含量增加 对照组选取正常未发黄的叶片 实验组选取已变黄的叶片 通过提取分离这两种叶片中的色素 比较各种色素的含量 得出结论 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 分量相等 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 再次进行色素的提取和分离实验 测定和记录结果 比较这两种叶片各种色素的组成及含量后 得出结论 1 光合作用的探究历程中几个重要实验分析 1 普利斯特利的实验密闭玻璃罩 绿色植物 缺少空白对照 实验结果说服力不强 应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于密闭玻璃罩内 作为空白对照 没有认识到光在植物更新空气中的作用 而将空气的更新归因于植物的生长 限于当时科学发展水平的限制 没有明确植物更新气体的成分 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 设置了自身对照 自变量为曝光和遮光 因变量是颜色变化 有无淀粉生成 实验的关键是饥饿处理 以使叶片中的营养物质消耗掉 增强了实验的说服力 为了使实验结果更明显 在用碘处理之前应用热酒精对叶片进行脱绿处理 本实验除证明了光合作用的产物有淀粉外 还证明光是光合作用的必要条件 3 鲁宾和卡门的实验 设置了对照实验 自变量是标记物质 ho和c18o2 因变量是o2的放射性 鲁宾和卡门的同位素标记法可以追踪co2和h2o中的c h o等元素在光合作用中的转移途径 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 3 当条件改变时 c3 c5 atp h 含量变化 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 4 绿色植物和硝化细菌在代谢方面的异同点 1 相同点 都能将无机物合成为有机物 都属于自养生物 2 不同点 绿色植物是利用光能合成有机物 硝化细菌则是利用化学能合成有机物 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 没有光反应 暗反应就无法进行 所以无光条件下植物只进行呼吸作用 不进行光合作用 没有暗反应 有机物无法合成 生命活动也就不能持续进行 2 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 3 光反应为暗反应提供两种重要物质 h 和atp h 既作还原剂又可提供能量 暗反应为光反应提供两种物质 adp和pi 注意其产生位置和移动方向 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 2010 南京模拟 以下是某生物兴趣小组进行的光合作用实验 利用打孔器对爬山虎和石榴的幼嫩叶片打孔 获取一批直径为0 8cm的叶圆片 设法使叶圆片细胞间隙中的气体排出 叶圆片沉到蒸馏水底部 置于黑暗处待用 取4支试管 按下表中的 处理 步骤操作 之后将4支试管同时置于60w的白炽灯下 各试管与白炽灯的距离均为20cm 观察叶圆片上浮的情况 实验结果见下表中的 结果 续表 请分析回答下列问题 1 试解释2号和4号试管中的叶圆片上浮的原因 2 试解释1号和3号试管中的叶圆片到实验结束时仍沉没水底的原因 在适宜条件下叶圆片进行光合作用 释放的o2多于 有氧呼吸消耗的o2 叶细胞间隙中的o2增加 使 叶圆片浮力增大 蒸馏水中缺乏co2和o2 叶圆片不能 进行光合作用和有氧呼吸 其浮力基本不变 3 为什么不同植物的叶圆片在相同条件下上浮所需的时间不同 有的同学认为是由于不同植物的叶圆片质量不同 有的同学认为是由于不同植物的光合作用速率不同 有的同学认为是由于不同植物的叶细胞间 隙大小不同 细胞间隙越大积聚气体的速度越快 同学们利用电子天平测量相同数量的爬山虎和石榴的叶圆片质量 发现两者等重 那么 应如何针对上述问题展开进一步的探究呢 如果你是小组成员 请你简要说明实验思路 取相同质量 相同生长状况的爬山虎和石榴的新鲜 叶片 置于密闭的透明玻璃容器中 在相同适宜的 光照 温度等条件下测定其各自的co2吸收速率 或者 o2的释放速率 并进行比较 取两种植物的叶片做成切片 在显微镜下观察其 各自叶横切面 比较两者叶细胞间隙的大小 解析 当叶圆片进行光合作用 释放的o2多于有氧呼吸消耗的o2 叶细胞间隙中的o2增加 使叶圆片浮力增大 叶圆片上浮 1号和3号试管中的叶圆片在蒸馏水中缺乏co2和o2 叶圆片不能进行光合作用和有氧呼吸 其浮力基本不变 仍会沉没水底 可通过测定两种植物叶片的光合作用速率和用显微镜观察两植物的叶片细胞间隙大小予以验证 1 2011 全国 将生长状态一致的同一品种玉米植株分为甲 乙两组 甲组培养在适宜的光照条件下 其叶维管束鞘细胞中有淀粉积累 乙组培养在光照较弱的条件下 其叶维管束鞘细胞中没有检测到淀粉 乙组未检测到淀粉的原因是 a 叶片不进行光合作用 只进行呼吸作用b 叶片光合作用强度低 没有淀粉的积累c 维管束鞘细胞没有与淀粉合成相关的酶d 维管束鞘细胞不含叶绿体 不能进行光合作用 b 玉米是c4植物 淀粉是在维管束鞘细胞中合成的 只有在光合速率大于呼吸速率时 叶片中才有淀粉的积累 乙组叶维管束鞘细胞中没有检测到淀粉的原因是弱光条件下叶片光合作用强度低 没有淀粉积累 解析 2 2010 海南 下列关于叶绿体的描述 错误的是 a 基粒由类囊体堆叠而成b 叶绿体被膜由双层膜组成c 暗反应发生在类囊体膜d 类囊体膜上具有叶绿素和酶 c 解析 许多类囊体像圆盘一样叠在一起 称为基粒 组成基粒的类囊体 叫做基粒类囊体 构成内膜系统的基粒片层 叶绿体被膜为双层膜组成 a b对 在暗反应中 叶绿体利用光反应产生的atp和 h 这两个高能化合物分别作为能源和还原的动力将c3还原 使之转变成葡萄糖 由于这一过程不需要光所以称为暗反应 co2固定反应开始于叶绿体基质 结束于细胞质基质 所以c错 3 2011 新课标 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 c3化合物 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 含量是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 高 解析 1 一个co2和一个c5结合生成两个c3 细胞中c3化合物的含量是c5化合物的2倍 a的相对浓度高于b 所以a是c3化合物 当外界co2浓度下降时 a的含量迅速下降 也可判断出a是c3化合物 2 一个co2和一个c5结合生成两个c3 细胞中c3化合物的含量是c5化合物的2倍 外界co2浓度下降 c3化合物的还原正常进行 c5化合物的合成速率不变 但是co2的固定减慢 所以c5化合物积累 3 虽然外界co2浓度低 但暗反应达到稳定时 各种化合物的比例不变 细胞中c3化合物的含量是c5化合物的2倍 4 外界co2浓度低 通过固定生成的c3化合物少 相应的c3化合物还原需要的光反应产物即atp和 h 也少 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 低 co2浓度低 暗反应的强度低 所需atp和 h 少 4 下图为研