2014届高三人教版生物一轮复习教学案：3.11光与光合作用

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Error 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 a 蓝绿色 叶绿素 叶绿素 b 黄绿色 吸收蓝紫光和红光 叶黄素 黄色 类胡萝卜素 胡萝卜素 橙黄色 吸收蓝紫光 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 CO2 H2O CH2O O2 光能 叶绿体 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 H2O H O2 ATP 的形成 ADP Pi 光 能ATP 酶 CO2 的固定 CO2 C5 2C3 酶 C3 的还原 C3 H CH2O C5 酶 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 CO2 C3 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C3C5 H 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 ATP B 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 D a 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 1 1771 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 2 1864 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 3 1880 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 4 1941 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 18 2 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 6 1880 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 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 提 取 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 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 分 离 色 素 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 绿色叶片 X 碳酸钙提取液 过滤液浓缩液 叶绿素粗产品 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 0 pH 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 本实验采用设计 pH 梯度进行定量探究 分 析表格可知 组的 pH 相差