细胞呼吸、 叶绿体中色素的提取和分离、光合作用、生物固氮教学案.doc

【知识点讲解】1.细胞呼吸细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解,生成二氧化碳或其他产物,释放出能量并生成ATP的过程.意义：生物体生命活动提供能量，为体内其他化合物的合成提供原料。细胞呼吸的方式:细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型.1.1有氧呼吸有氧呼吸：指细胞在有氧的参与下，通过多种酶的催化作用下，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放出大量能量，生成ATP的过程。有氧呼吸的总反应式：主要在线粒体中进行 1.2无氧呼吸一般是指细胞在无氧的条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解为不彻底的氧化产物（酒精、CO2或乳酸），同时释放出少量能量的过程。无氧呼吸的总反应式： 无氧呼吸的意义:高等植物在水淹的情况下，可以进行短暂的无氧呼吸，将葡萄糖分解为乙醇和二氧化碳，释放出能量以适应缺氧环境条件。人在剧烈运动时，需要在相对较短的时间内消耗大量的能量，肌肉细胞则以无氧呼吸的方式供给能量，满足人体的需要。发酵：微生物（如：酵母菌、乳酸菌）的无氧呼吸。1.3影响呼吸速率的外界因素：温度：温度通过影响细胞内与呼吸作用有关的酶的活性来影响细胞的呼吸作用。温度过低或过高都会影响细胞正常的呼吸作用。在一定温度范围内，温度越低，细胞呼吸越弱；温度越高，细胞呼吸越强。 氧气：氧气充足，则无氧呼吸将受抑制；氧气不足，则有氧呼吸将会减弱或受抑制。水分：一般来说，细胞水分充足，呼吸作用将增强。但陆生植物根部如长时间受水浸没，根部缺氧，进行无氧呼吸，产生过多酒精，可使根部细胞坏死。CO2：环境CO2浓度提高，将抑制细胞呼吸，可用此原理来贮藏水果和蔬菜。呼吸作用在生产上的应用：1作物栽培时，要有适当措施保证根的正常呼吸，如疏松土壤等。2粮油种子贮藏时，要风干、降温，降低氧气含量，则能抑制呼吸作用，减少有机物消耗。3水果、蔬菜保鲜时，要低温或降低氧气含量及增加二氧化碳浓度，抑制呼吸作用。2.叶绿体中色素的提取和分离绿叶中的色素种类及生理作用： 提取绿叶中的色素绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂丙酮中，提取绿叶中的色素。（相似相溶）SiO2：使绿叶充分研磨，释放叶绿体中的色素。CaCO3：防止研磨时色素受到破坏。分离绿叶中的色素绿叶中的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上扩散得快；溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢。以纸层析法将绿叶中的色素分离。注意事项：1.因丙酮和层析液都是易挥发且有一定毒性的有机溶剂，所以研磨要快，收集的滤液要用棉塞塞住，层析时要加盖，尽量减少有机溶剂的挥发。2.分离色素时，一定不要让滤纸条上的滤液细线接触到层析液，这是因为色素易溶解在层析液中，导致色素带不清晰，影响实验效果。在叶绿体色素的提取和分离实验中：（1）研磨绿叶时为防止叶绿素被破坏而加入CaCO3的原理是中和细胞中的有机酸。（2）定性滤纸进行干燥处理的目的是使层析液在滤纸条上均匀扩散。（3）对滤纸剪去两角的目的是使层析液同时到达滤液细线。（4）所画滤液细线越细越齐越好，这样可避免 色素带部分重叠 以取得较好的分离效果。（5）层析装置加盖的目的是避免层析液挥发影响效果并引起中毒。（6）滤纸条上色素带最宽的颜色是蓝绿色，相邻色素带间距离最近的是叶绿素a与叶绿素b。3.光合作用3.1光合作用探究历程1、1642年：比利时海尔蒙特的实验：水分是建造植物体的唯一原料2、1771年：英普里斯特利的实验：绿色植物可以更新空气3、1864年：德萨克斯的实验：绿叶在光合作用中产生了淀粉 4、1880年：美恩吉尔曼的实验：氧气是叶绿体产生的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所5、20世纪30年代：美鲁宾和卡门的实验：光合作用的氧气全部来自水3.2光合作用的概念及过程绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧的过程。场所：叶绿体；色素：基粒类囊体的薄膜上； 酶：基粒类囊体的薄膜上和基质中；条件：光能；光合原料：CO2和H2O；光合产物：有机物和O2化学反应式：反应过程：分析：光反应为暗反映提供ATP和NADH，暗反应为光反应补充ADP和NADP+3.3影响光合作用的因素：外界因素：1）光照强度 2）CO2 3）温度 4）矿质营养 5）水分6）光合速率的日变化内部因素1）不同部位 2）不同生育期光照强度：在其他条件都适宜的情况下，在一定范围内，光合速率随光照强度提高而加快。当光照强度高到一定数值后，光照强度再提高而光合速率不再加快，这种现象叫光饱和现象。开始达到光饱和现象的光照强度为光饱和点。随着光照强度减弱，光合速率减慢，当减弱到一定的光照强度时，光和吸收的二氧化碳与呼吸释放二氧化碳的量几乎相等，此时的光照强度为光补偿点。阴生植物的光饱和点与光补偿点一般都低于阳生植物。光合作用的实质：将无机物转化为有机物，将光能转化为化学能储存在有机物中。是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。光合作用的意义：1.为地球上几乎所有的生物的生存提供了物质来源和能量来源2.维持大气中氧和二氧化碳含量的相对稳定3.对生物的进化具有重要作用提高农作物光能利用率的措施：1.增大光合作用面积 2.延长光合作用时间3.提高植物的的净光合强度光照强弱的控制 二氧化碳的供应 必需矿质元素的供应色素分布分离（橙黄色）胡萝卜素（黄色）叶黄素（蓝绿色）叶绿素a（黄绿色）叶绿素b快慢作用吸收传递光能胡萝卜素叶黄素大部分叶绿素a叶绿素b吸收转化光能特殊状态的叶绿素a组成类胡萝卜素叶绿素叶绿素a叶绿素b胡萝卜素叶黄素叶绿体基粒的类囊体薄膜上 （选修补充）光合作用的色素光合作用中光反应和暗反应的比较比较项目光反应暗反应反应场所叶绿体基粒叶绿体基质能量变化光能电能电能活跃化学能活跃化学能稳定化学能物质变化H2OHO2NADP+ H+ 2e NADPHATPPiATPCO2NADPHATP（CH2O）ADPPiNADP+H2O反应物H2O、ADP、Pi、NADP+CO2、ATP、NADPH反应产物O2、ATP、NADPH（CH2O）、ADP、Pi、NADP+ 、H2O反应条件需光不需光反应性质光化学反应（快）酶促反应（慢）反应时间有光时（自然状态下，无光反应产物暗反应也不能进行）3.4 C3植物和C4植物C3植物和C4植物光合作用的比较C3植物C4植物光反应叶肉细胞的叶绿体基粒叶肉细胞的叶绿体基粒暗反应叶肉细胞的叶绿体基质维管束鞘细胞的叶绿体基质CO2固定仅有C3途径C4途径C3途径 C4植物与C3植物的鉴别方法方法原 理条件和过程现象和指标结 论生理学方法在强光照、干旱、高温、低CO2时，C4植物能进行光合作用，C3植物不能。密闭、强光照、干旱、高温生长状况：正常生长或枯萎死亡正常生长：C4植物枯萎死亡：C3植物形态学方法维管束鞘的结构差异过叶脉横切，装片是否有两圈花细胞围成环状结构鞘细胞是否含叶绿体是：C4植物否：C3植物化学方法合成淀粉的场所不同酒精溶解叶绿素淀粉遇面碘变蓝叶片脱绿加碘过叶脉横切制片观察出现蓝色：蓝色出现在维管束鞘细胞蓝色出现在叶肉细胞出现现象时：C4植物出现现象时：C3植物C4植物中C4途径与C3途径的关系草酰乙酸(C4)苹果酸C4丙酮酸C3磷酸烯醇式丙酮酸（C3）ATPPEP羧化酶AMPNADP+NADPHCO2苹果酸C4丙酮酸C3NADP+NADPHCO2暗反应（CH2O）叶肉细胞维管束鞘细胞C5注：磷酸烯醇式丙酮酸英文缩写为PEP。C4植物比C3植物光合作用强的原因C3植物C4植物结构原因：维管束鞘细胞的结构以育不良，无花环型结构，无叶绿体。光合作用在叶肉细胞进行，淀粉积累，影响光合效率。 发育良好，花环型，叶绿体大。暗反应在此进行。有利于产物运输，光合效率高。生理原因：PEP羧化酶磷酸核酮糖羧化酶只有磷酸核酮糖羧化酶。磷酸核酮糖羧化酶与CO2亲和力弱，不能利用低CO2。两种酶均有。PEP羧化酶与CO2亲和力大，利用低CO2能力强。光能利用率与光合作用效率的关系关系提高光能利用率延长光合作用时间增加光合作用面积提高光合作用效率控制光照强弱二氧化碳供应必需矿质元素供应光合作用效率光合作用制造的有机物所含的能量光合作用吸收的光能参与光合作用的能量中被转移的能量光能利用率照在该地面的总的光能光合作用制造的有机物所含的能量照在地面上的总能量中被转移的能量概念热能损失光能损失荧光、磷光光能电能化学能（贮存）去向影响光合作用的外界因素与提高光能利用率的关系影响光合作用的外界因素提高光能利用率增加二氧化碳供应通风透光，增施农家肥；人工增CO2（温室）必需矿质元素供应N： P： K：糖类的合成和运输Mg：叶绿素的成分ATP、NADP+的成分控制光照强弱因地制宜：阳生植物种阳地阴生植物种阴地光质影响：蓝紫光照，蛋白质和脂类多 红光照，糖类增多延长光合作用时间提高复种指数：改一年一季为一年多季增加光合作用面积合理密植套种（不同时播种）、间作（同时播种）光CO2矿物质水温度4 生物固氮生物固氮将大气氮(N2)还原成NH3的过程概念意义对自然界氮循环有重要作用为绿色植物提供氮素营养固氮微生物的种类种类固氮原因及条件代谢类型常见类型在生态系统中的作用同化异化共生固氮类与豆科植物共生时异养需氧根瘤菌（6种）（大豆、菜豆、豌豆、苜蓿、羽扇豆、三叶草）消费者(取食于活的生物体)自生固氮类独立生活自养固氮蓝藻(念珠藻)生产者异养圆褐固氮菌黄色分支杆菌分解者(腐生生活)注意：不同的根瘤菌具有共生专一性。如蚕豆根瘤菌与蚕豆、豌豆、豇豆共生；大豆根瘤菌只能与大豆共生。固氮过程N2eH+ATPNH3ADPPi固氮酶（选学）固氮基因（固氮酶）氮大气氮库（N2）大气固氮工业固氮NO3-氮素化肥氮盐尿素硝化细菌分解者生物固氮NH3-NO2-、NO3-反硝化细菌N2遗体生产者消费者脲酶尿素脲酶循环 固氮微生物N2NH3固氮酶硝化细菌NH3NO2-、NO3-酶反硝化细菌NO2-、NO3- N2酶（N2循环）三类微生物在自然界氮循环中的作用 1、 例题讲解例1.用韭菜做“叶绿体色素的提取和分离实验”，下列不能用作提取剂的是A水 B丙酮 C酒精 DCCl4答案：A例2.叶绿体中色素经层析后，出现在滤纸上扩散最宽的色素带是（ ），最窄的色素带是（ ），最整齐的色素带是（ ）A叶绿素a B叶绿素b C胡萝卜素 D叶黄素答案：ACC例3在进行叶绿素提取和分离的实验时不让层析液没及滤液细线的原因是A滤纸上几种色素会扩散不均匀而影响实验结果B滤纸上的滤液细线会变粗而使色素太分散C色素会溶解在层析液中而使实验失败D滤纸上的几种色素会混合起来不分散答案：C例4某同学在做提取叶绿体中色素的实验时，收集到的色素提取液为淡绿色。分析产生该结果的可能原因是 研磨不充分，色素未能充分提取出来 丙酮加入量太多，稀释了色素提取液 丙酮加得太少，色素未提取出来 未加CaCO2粉末，部分色素已被破坏A B C D答案：A例5在圆形滤纸的中央点上，对叶绿体的色素进行色素层析，会得到近似同心的四个色素环，排列在最里圈的色素呈A橙黄色 B蓝绿色 C黄绿色 D黄色例6.将某一绿色植物置于密闭的玻璃容器内，在一定条件下不给光照，CO2的含量每小时增加8mg，给予充足光照后，容器内CO2的含量每小时减少36mg，若上述光照条件下光合作用每小时能产生葡萄糖30mg，请回答：（1）比较在上述条件下，光照时呼吸作用的强度与黑暗时呼吸作用的强度差是mg。（2）在光照时，该植物每小时葡萄糖净生产量是 mg。（3）若一昼夜中先光照4小时，接着放置在黑暗情况下20小时，该植物体内有机物含量变化是（填增加或减少）。（4）若要使这株植物有更多的有机物积累，你认为可采取的措施是: 0 24.5 减少延长光照时间；降低夜间温度；增加CO2浓度。例7.下图表示呼吸作用过程中葡萄糖分解的两个途径。酶1、酶2和酶3依次分别存在于()A线粒体、线粒体和细胞质基质B线粒体、细胞质基质和线粒体C细胞质基质、线粒体和细胞质基质D细胞质基质、细胞质基质和线粒体解析：有氧呼吸过程可分为三个阶段。第一阶段是葡萄糖氧化分解生成丙酮酸，进行的场所是细胞质基质，是在酶1的作用下完成的；第二、三阶段是丙酮酸在线粒体内彻底分解，生成CO2和H2O，是在酶2的作用下进行的。在缺氧的条件下，葡萄糖氧化分解为乳酸，该过程在细胞质基质中进行，所以酶3存在于细胞质基质中。答案：C例8根据下面光合作用图解，判断下列说法不正确的是()A过程发生于叶绿体基质中B过程发生于叶绿体类囊体薄膜上C图示依次为H、ATP、CO2、(CH2O)D. 产生的H和不仅用于还原C3化合物，还可用于矿质离子吸收等解析：光反应中生成的ATP专用于暗反应还原C3化合物之需，不能用于其它生命活动。答案：D例9为了研究光合作用，生物小组的同学把菠菜叶磨碎，分离出细胞质和全部叶绿体。然后又把部分叶绿体磨碎分离出叶绿素和叶绿体基质，分别装在四支试管内，并进行光照。问哪一支试管能检测到光合作用的光反应过程()解析：叶绿体是植物进行光合作用的场所。光合作用光反应过程中，H2O光解，ATP形成(光合磷酸化)及光能转换成电能，电能转换成活跃的化学能储存在ATP和H中都是在类囊体薄膜上进行的。膜上有进行光反应所需要的各种色素和酶，故B对，A错。C中缺少色素和酶，D中缺少所需的酶。答案：B例10下面是有关光合作用的问题。 （1）图1表示的反应过程进行的场所是_。（2）请据图1回答：在有光条件下，停止供给CO2时，二磷酸核酮糖的浓度变化如图2的_；磷酸甘油酸的浓度变化如图2的_。在CO2存在条件下，将植物从暗处移到明处后，磷酸甘油醛的浓度变化如图2的_。（3）图3表示某绿色植物光合作用中光强度和氧气释放速度的关系。图4表示该植物在不同温度（和）下，某一光强度时氧气释放量和时间的关系，请据图回答：当图4纵坐标分别表示光合作用所产生氧气的净释放量和总量时，则它们分别是在光强度为_和_千勒克司下的测定值。若该植物的呼吸商（呼吸商=呼吸放出的CO2量呼吸消耗的O2量）为0.8，在25条件下，1小时内呼吸作用放出的CO2量为_毫升。若该植物的呼吸商为0.8，在254千勒克司光强度下，该植物进行光合作用时除完全利用呼吸所产生的CO2外，每小时还应从外界吸收CO2_毫升。在4千勒克司光强度下，25时该植物每小时光合作用所产生的葡萄糖量是15时的_倍，这主要是因为_。 【答案】（1）叶绿体基质（2）D CB（3）4 2.516541.4温度影响光合作用中酶的活性（暗反应的酶活性）2、 课堂练习1真核细胞进行有氧呼吸时，丙酮酸分解成CO2和H2O的反应发生在 A核糖体 B内质网 C线粒体 D高尔基体2在有氧呼吸的全过程中，能产生氢的是 A第一阶段 B第一和第二阶段 C第三阶段 D第二和第三阶段3参与有氧呼吸的氧用18O标记，结果最先发现含18O的物质是 ACO2 B丙酮酸 C水 D乳酸4无氧呼吸和有氧呼吸的相同点是 都能产生ATP都需要氧气中间产物都有丙酮酸有机物都能彻底氧化分解都需要酶A B C D5酵母菌进行有氧呼吸和酒精发酵都分解葡萄糖。如果两种呼吸作用产生等量的CO2，则两种呼吸作用消耗葡萄糖之比是()。A12 B13 C14 D166 人体进行无氧呼吸的场所是 A肺泡 B肌肉 C线粒体 D细胞质基质7提取高等植物叶绿体中的色素，在研磨时加入少量CaCO3的作用是 A调节PH值，加速叶绿素溶解 B使叶片研磨充分C调节PH值，保护叶绿素不被破坏 D促使4种色素的分开8纸层析法分离叶绿体色素，扩散速度最慢与最快的依次是A胡萝卜素，叶绿素b B叶黄素，胡萝卜素C叶绿素a，胡萝卜素 D叶绿素b，胡萝卜素9在叶绿体中色素的提取和分离实验过程中，加入丙酮的作用是A充分研磨 B防止色素被氧化破坏 C提取色素 D破坏叶绿体10.离体的叶绿体在光照下进行稳定光合作用时，如果突然中断CO2气体的供应，短暂时间内叶绿体中C3化合物与C5化合物相对含量的变化是A. C3化合物增多、 C5化合物减少B. C3化合物增多、 C5化合物增多C. C3化合物减少、 C5化合物增多D. C3化合物减少、 C5化合物减少11将空气中的氮气转化成氮的化合物的过程称为固氮。下列能实现人工固氮的是A闪电 B电解饱和食盐水车间 C根瘤 D合成氨车间12 将川芎植株的一叶片置于恒温的密闭小室，调节小室 CO2浓度，在适宜光照强度下测定叶片光合作用的强度（以 CO2吸收速率表示），测定结果如右图。下列相关叙述，正确的是 A如果光照强度适当降低，a点左移，b点左移 B如果光照强度适当降低，a点左移，b点右移 C如果光照强度适当增强，a点右移，b点右移 D如果光照强度适当增强，a点左移，b点右移12下列关于光合作用说法不正确的是A光反应在叶绿体内的囊状薄膜上进行，暗反应在叶绿体内的基质中进行B光反应是把光能转化为电能，暗反应是把电能转化为化学能C我们今天使用的煤、石油等化石燃料源自于光合作用的产物D玉米叶片中参与光合作用的细胞是叶肉细胞和维管束鞘细胞非选择题1. 回答下列、小题.玉米和小麦在适宜条件下光照一段时间后，将叶横切片用碘液染色，在显微镜下观察这两种植物的维管束鞘细胞和叶肉细胞，结果发现玉米叶片的维管束鞘细胞被染色，小麦叶片的_被染成 ，被染色的原因是 。由此可知，玉米属于_植物，小麦属于_植物。当用碘液对某一植物照光后的叶横切片染色时，却发现被染色的叶片同时出现上述玉米和小麦叶片的染色结果。据这个实验现象可推知：从光合作用角度来说，该植物具有_植物的特点，其光合作用固定CO2形成的最初化合物有_种，即_。【答案】（11分）叶肉细胞 蓝色 光合作用积累的淀粉与碘液反应变成蓝色 C4 C3 C3与C4 2 三碳化合物和四碳化合物2 回答下列、小题：.下图表示光照强度对A、B两种C3植物光合作用强度的影响。据图回答： （1）A、B两种植物光合作用过程中对光能利用的差异是_。（2）在农业生产中，与B植物相比，A植物应种植在_条件下。 【答案】（1）在低于P光照强度下B植物光能利用率比A植物高，在高于P光照强度下A植物光能利用率比B植物高。 （2）较强光照 3为研究“圆褐固氮菌对某种植物枝条生根作用的影响”，设计相关实验，结果如下图。试管内基质为灭菌的珍珠岩（起固定、通气和吸水作用）。请据图回答：（1）为了排除其他微生物对实验结果的影响，配制的灭菌培养液在成分上应具备的主要特点是 。（2）A中枝条的下端切口处 （有/无）生长素，A与C对比说明 。（3）上述实验综合分析表明，圆褐固氮菌能促进该植物枝条生根。为进一步探究“圆褐固氮菌是否分泌了促生根物质”，请完成下列实验：用灭菌培养液培养圆褐固氮菌。将培养物过滤，得到菌体和无菌滤过液。实验分两组：甲组试管中加入基质和灭菌水；乙组取若干试管，加入相同基质，再分别加入 。分别插入同类枝条，培养并观察。结果分析：如果 ，则表明圆褐固氮菌分泌了促生根物质。【答案】（1）不含氮源（2）有 只有适宜浓度的生长素才能促进该植物枝条生根（3）不同稀释浓度的等量滤过液 甲组枝条不生根，乙组部分枝条生根4在高等植物细胞中，线粒体和叶绿体是能量转换的重要细胞器，请回答以下问题：(1)叶绿体中合成ATP的能量来源是 ，合成的ATP用于 ，释放的氧气的来源是 ，CO2除来自大气外还来源于 。(2)线粒体中合成ATP的能量来源是 。合成的ATP用于 。吸收的氧气除来自大气外还来源于 。（3）将提取的完整线粒体和叶绿体悬浮液，分别加入盛有丙酮酸溶液和NaHCO3溶液的两支大小相同的试管中，给予充足光照，都会产生气泡：请问这两种气泡成分是否一样?请解释原因。(4) 假如将上述两支试管移入黑暗的环境中，保持温度不变，两支试管产生气泡的量分别有什么变化?为什么? 【答案】（1）光能，CO2的还原，水的分解，呼吸作用； （2）有机物的分解，生命活动，光合作用；（3）不一样。因为丙酮酸在线粒体中进行有氧呼吸，产生了CO2，而叶绿体利用HCO3进行光合作用产生O2；（4）前者基本不变，后者逐渐减少直至停止。因为光是光合作用的必需条件，而在温度恒定时，呼吸作用基本稳定。三、课堂小结:四、家庭作业：1 右图表示在适宜的温度、水分和CO2条件下，两种植物光合作用强度的变化情况。2、下列说法错误的是A、当光照强度增加到一定程度时，光合作用强度不再增加，即达到饱和B、C3植物比C4植物光合作用强度更容易达到饱和C、C4植物比C3植物光能利用率高D、水稻是阴生植物，玉米是阳生植物 3在光照下，供给玉米离体叶片少量的14CO2，随着光合作用时间的延续，在光合作用固定CO2形成的C3化合物和C4化合物中，14C含量变化示意图正确的是4下列关于C3植物和C4植物代谢和结构特点的描述，正确的是ACO2都是先与五碳化合物结合，形成三碳化合物BCO2都是先与三碳化合物结合，形成四碳化合物CC3植物的叶肉细胞和维管束鞘细胞部具有叶绿体DC4植物维管束鞘细胞中叶绿体没有基粒5夏季中午强烈的阳光会导致植物气孔关闭。此时下列植物中光合作用强度最高的是A、高粱 B、水稻 C、大豆 D、小麦 6下列能鉴别野牛草是否为C4植物的简便方法是A、制作叶表皮临时装片，观察气孔大小 B、制作叶横切临时装片，观察叶脉结构C、分离、测定叶片中各种色素的含量 D、用碘液测定叶片中淀粉