导与练高考生物一轮复习第五章第4节能量之源光与光合作用名师优质课件新人教版必修2

1、第节 能量之源光与光合作用 课前导学课前导学 要点探究要点探究 课堂自测课堂自测 实验平台实验平台 1.叶绿体的分布、结构、功能、色素种类与吸收光谱。 2.光合作用发生的场所、条件、物质变化和能量变化。 3.影响光合作用的主要外界因素。 一、捕获光能的色素 1.叶绿体中色素的种类、含量 色素种类 类胡萝类胡萝 卜素卜素 色素名称 胡萝卜素胡萝卜素 叶黄素 叶绿素叶绿素 a a 叶绿素叶绿素 叶绿素叶绿素 b b 颜色 橙黄色橙黄色 黄色 蓝绿色 黄绿色黄绿色 溶解度 含量 最大 吸收光的种类(主要) 蓝紫光蓝紫光 最小 约 约 红光和红光和 蓝紫光蓝紫光 2. 叶绿体中色素的功能:吸收、传递和

2、转换光能。 二、光合作用的探究历程 科学家 普利斯特利 英格豪斯 梅耶 萨克斯 鲁宾和卡门 观点(结论) 植物可以更新空气更新空气 只有在阳光照射阳光照射下,植物才能更新空气 光合作用把光能转换成化学能化学能 光合作用的产物除 O2外,还有淀粉淀粉 光合作用释放的 O2来自于水水 三、光合作用的过程 四、影响光合作用的因素及化能合成作用 1.环境因素:二氧化碳二氧化碳浓度、光照的长短与强弱强弱、光的成分、水分、温度温度等。 2.光合作用与化能合成作用的比较 本质 区别 代表 生物 光合作用 能量 光能 绿色植物 化能合成作用 氧化无机物放出化学能化学能 硝化细菌等微生物 都能将 COCO2 2

3、和 H H2 2O O 等无机物合成有机物 1.判断正误 (1)破坏叶绿体外膜后,O2不能产生。(2011 年浙江理综)() (2)叶绿体色素主要吸收红光和蓝紫光,因此用红色或蓝紫色大棚膜,棚内光合效率最高。() (3)水是光合作用光反应的底物,也是暗反应的产 物。() (4)炎热的夏季中午植物光合强度下降,主要影响因素是温度。() 2.绿叶中的色素能够在滤纸上彼此分离开的原因是( C C ) A.色素提取液中的不同色素已经分层 B.阳光的照射使各种色素能彼此分开 C.色素在层析液中的溶解度不同 D.丙酮使色素溶解并且彼此分离的扩散速度不同 3.在光合作用的暗反应中,没有消耗的物质 是( C

4、C ) A.H和 ATP B.H和 CO2 C.五碳化合物和酶 D.三碳化合物和五碳化合物 4.在晴天中午,密闭的玻璃温室中栽培的玉米 ,即使温度及水分条件适宜 ,光合速率仍然较低,其主要原因是( C C ) A.O2浓度过低 B.O2浓度过高 C.CO2浓度过低 D.CO2浓度过高 叶绿体内的色素及光合作用的过程 问题引领: 叶绿体中色素的功能有哪些? 光合作用的光反应、 暗反应阶段物质和能量是怎么变化的? 1. 光合作用过程图解及分析 见附表 2.反应式及元素去向 CO2+H2O(CH2O)+O2 (1)氧元素 (2)碳元素:CO2C3(CH2O) (3)氢元素:H2OH(CH2O) 3.

5、光合作用中物质含量的变化分析与归纳 (1)分析 光照由强变弱:光反应减弱H和 ATP 减少C3还原减弱,CO2固定正常C C3 3增多增多,C,C5 5减少减少 CO2减少供应:CO2固定减弱,C3还原正常C C5 5增多增多, C C3 3减少减少HH和和 ATPATP 消耗减少,含量增多含量增多 (2)归纳:以下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 条件 停止光照 CO2供应不变 突然光照 CO2供应不变 光照不变 停止 CO2供应 光照不变 CO2供应增加 C3 C5 H和 ATP (CH2O)合成量 减少或没有 增加 减少或没有 增加 增加 减少 减少

6、或没有 减少 增加 减少 增加 增加 减少 增加 增加 减少 【命题视角】 命题多以叶绿体的结构、 功能、光反应和暗反应的场所及物质、 能量变化为知识背景考查光反应和暗反应过程、 反应条件的改变对反应物、产物的影响等,考查学生分析问题、解决问题的能力。选择题、非选择题均可以出现。 【典例 1】 下列关于叶绿体和光合作用的描述中 ,正确的是( ) A.叶片反射绿光故呈绿色,因此日光中绿光透过叶绿体的比例最小 B.叶绿体的类囊体薄膜上含有自身光合作用所需的各种色素 C.光照下叶绿体中的 ATP 主要是由光合作用合成的糖经有氧呼吸产生的 D.在日光下,叶片中的叶绿素等量吸收不同波长的光 解析解析:

7、:叶绿素对绿光的吸收量最少叶绿素对绿光的吸收量最少, ,因此日光中透因此日光中透过叶绿体的光中绿光比例最大过叶绿体的光中绿光比例最大; ;光照下叶绿体中光照下叶绿体中的的 ATPATP 是利用光合色素吸收的光能是利用光合色素吸收的光能, ,在有关酶的催在有关酶的催化作用下由叶绿体自身合成的化作用下由叶绿体自身合成的; ;叶绿素主要吸收叶绿素主要吸收红光和蓝紫光红光和蓝紫光, ,而不是等量吸收各种光而不是等量吸收各种光; ;与光合作与光合作用有关的色素都分布于叶绿体的类囊体薄膜上。用有关的色素都分布于叶绿体的类囊体薄膜上。 答案答案: :B B。 【典例 2】 (2013 河南郑州模拟)如图表示

8、植物光合作用的一个阶段,下列各项叙述正确的是( ) A.该反应的场所是叶绿体的类囊体 B.C3生成(CH2O)需要H、ATP 和多种酶 C.提高温度一定能促进(CH2O)的生成 D.无光条件有利于暗反应进行 思维导引思维导引: :1.1.光合作用暗反应的场所是什么光合作用暗反应的场所是什么? ? 2.2.暗反应所需的条件是什么暗反应所需的条件是什么? ? 3.3.温度直接影响的因子是什么温度直接影响的因子是什么? ?暗反应与该因子的暗反应与该因子的活性的关系是什么活性的关系是什么? ? 解析解析: :图示的光合作用阶段为光合作用暗反应图示的光合作用阶段为光合作用暗反应, ,该该反应发生的场所是

9、叶绿体基质反应发生的场所是叶绿体基质, ,该过程在有光、无该过程在有光、无光的条件下均会进行光的条件下均会进行, ,该过程的物质变化为该过程的物质变化为 COCO2 2的的固定和固定和C C3 3的还原的还原, ,其中其中C C3 3的还原需要光反应提供的还原需要光反应提供HH和和 ATP,ATP,此外还需要多种酶的参与。温度通过影响此外还需要多种酶的参与。温度通过影响该过程中酶的活性影响该过程中酶的活性影响(CH(CH2 2O)O)的生成的生成, ,因此因此, ,在最在最适温度以上适温度以上, ,提高温度不能促进提高温度不能促进(CH(CH2 2O)O)的生成。的生成。 答案答案: :B B

10、。 影响光合作用的因素及应用 问题引领: 影响光合作用强度的外界因素有哪些? 哪些措施可以增加大田作物光合作用所需的 CO2 浓度? 1.内部因素 不同发育时期的植物、不同时间段的叶片,其细胞内叶绿体的数量及其中色素的含量色素的含量、酶的含量及酶的含量及活性活性等不同导致光合作用速率不同。 2.环境因素 (1)光照强度 曲线分析 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细胞呼吸强度大

11、于光合作用 强度强度。 B 点:细胞呼吸释放的 CO2全部用于光合作用,即光合光合作用强度等于细胞呼吸强度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光补偿点补偿点。 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光饱和点。C 点以后光合作用强度不再增加的内部因素是色素含量、酶的数量和最大活色素含量、酶的数量和最大活性性,外部因素是除光照强度之外的其他环境因素除光照强度之外的其他环境因素。 应用:阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低,如上图中虚线所示。间作套种农作物、

12、合理密植,可有效地利用光能。 (2)CO2浓度 曲线分析 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。 图中的 A 点表示光合作用强度等于细胞呼吸强光合作用强度等于细胞呼吸强度度时的 CO2浓度,即 COCO2 2补偿点补偿点。B 点表示 COCO2 2饱饱和点和点,限制此点后光合速率的内部因素是酶的酶的数量和最大活性数量和最大活性,外部因素是温度及光照强度温度及光照强度等其他环境因素。 应用:在农业生产中大田作物可通过 “正其行,通其风”、增施农家肥等措施增大 CO2浓度,大棚作物可通过通风换气、增施农家肥、与鸡舍鸭舍猪舍相通

13、、使用 CO2发生器等措施增大 CO2浓度,提高光合作用强度。 (3)温度 曲线分析 温度主要通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率。 应用:冬季,温室栽培可适当提高温度;晚上可适当降低温度,以降低细胞呼吸消耗有机物。 3.多因子影响 曲线 模型 (1)P 点:此点之前,限制光合作用速率的因素为横坐标所标示的因子 ,随着该因子的不断加关键点含义 强,光合作用速率不断提高 ; (2)Q 点:此点时,横坐标所标示的因子 ,不再是影响光合作用速率的因素 ,影响因素为坐标图中三条曲线所标示出的其他因素 (1)在一定光照强度下,白天适当提高温度,可提高光合速率; 应用 (2)当温度适宜时,可适

14、当增加光照强度或 CO2浓度以提高光合速率(如阴天时给大棚补充光照,大棚内增施农家肥等) 环境因子对植物光合作用并不是单环境因子对植物光合作用并不是单独地发挥作用独地发挥作用, ,而是综合地起作用。但各种因子的而是综合地起作用。但各种因子的作用并不是同等重要的作用并不是同等重要的, ,其中起主要作用的因子为其中起主要作用的因子为关键因子关键因子, ,因此在分析相关问题时因此在分析相关问题时, ,应抓关键因子。应抓关键因子。 【命题视角】 影响光合作用的环境因素是历年命题的重点和热点,其中光照强度、温度、CO2浓度对光合作用速率的影响考查最多,曲线、图表与实际生产生活相结合等都是常见题干情景,考

15、查学生获取信息的能力和综合运用能力。常以选择题、实验分析、设计类题等形式考查。 【典例 3】 (2012年山东理综)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 bc 段和 de 段下降的原因相同 D.两曲线 bd 段不同的原因可能是甲植株气孔无法关闭 思维导引思维导引: : 1.1.题眼题眼: :“同种植物在相同条件下同种植物在相同条件下”, ,判断影响判断影响 COCO2 2吸收速率吸收速率变化的因子是变化的因子是? ? 2.2.植株进行光合作用所需的条

16、件是什么植株进行光合作用所需的条件是什么? ? 3.3.曲线中曲线中 a a、b b、c c、d d、e e 各点的意义各点的意义? ? 解析解析: :a a 点时点时, ,甲植株光合作用吸收二氧化碳的速率与细甲植株光合作用吸收二氧化碳的速率与细胞呼吸释放二氧化碳的速率相等胞呼吸释放二氧化碳的速率相等, ,在此之前在此之前, ,光合作用已光合作用已经开始经开始,A,A 错错;18;18 时以后时以后, ,乙植物的细胞呼吸开始强于光乙植物的细胞呼吸开始强于光合作用合作用, ,此时有机物的积累最多此时有机物的积累最多,B,B 错错;bc;bc 段下降的原因段下降的原因是气孔部分关闭导致二氧化碳供应

17、不足是气孔部分关闭导致二氧化碳供应不足,de,de 段下降的原段下降的原因是光照强度减弱因是光照强度减弱, ,光反应提供的光反应提供的HH和和 ATPATP 不足导致不足导致的的,C,C 错错;bd;bd 段段, ,乙曲线出现图中走势的原因是部分气孔乙曲线出现图中走势的原因是部分气孔关闭关闭, ,导致二氧化碳供应不足导致二氧化碳供应不足, ,甲走势不同甲走势不同, ,其原因可能其原因可能为气孔无法关闭为气孔无法关闭,D,D 对。对。 答案答案: :D D。 光合作用与细胞呼吸的区别与联系 问题引领: 光合速率有哪些表示方法? 光合作用与细胞呼吸强度相等时,叶绿体有无CO2的吸收? 1.区别 类

18、型 比较项目 发生范围 与光的关系 场所 物质变化 能量变化 实质 光合作用 含光合色素的细胞 在光照下才能进行 叶绿体(原核细胞除外) 合成有机物 储能,光能化学能 合成有机物,储存能量 细胞呼吸 所有活细胞 与光无关,每时 每刻都在进行 细胞质基质和线粒体 分解有机物 分解有机物,释放能量 放能,化学能 2.联系 (1)物质方面 C:CO2O:H2OH:H2O(CH2O)O2HH2O C3H4O3H2O (CH2O)HCO2 (2)能量变化 光能ATP(CH2O) 3.光合速率与呼吸速率 (1)呼吸速率的表示方法:植物置于黑暗环境中,测定实验容器内 COCO2 2增加量增加量、O O2 2

19、减少量减少量或有机物有机物减少量减少量。 (2)净光合速率和真正光合速率 净光合速率:常用一定时间内 O O2 2释放量释放量、COCO2 2吸收量吸收量或有机物积累量有机物积累量表示; 真正光合速率:常用一定时间内 O O2 2产生量产生量、COCO2 2固定量固定量或有机物产生量有机物产生量来表示。 (3)光合速率与呼吸速率间的关系 关系:净光合速率=真正光合速率-呼吸速率 曲线图: 曲线解读如下: 曲线对 应点 AB 段 细胞生 理活动 光合量呼吸量 从外界吸收 CO2,向外界释放 O2 【命题视角】 命题多从不同条件下光合作用和呼吸作用综合因素对农作物生长的影响,借助叶绿体、线粒体对

20、CO2、O2利用的关系,以图表、曲线考查光合作用和呼吸作用的相互联系,考查学生的综合分析能力。选择题、非选择题均是主要题型。 【典例 4】 (2012 广东深圳一模)如图表示叶面积指数与光合作用实际量、呼吸量等的关系(叶面积指数是指植物单位面积中叶面积的数量,此数量越大,表示叶片交叉程度越大)。则图中曲线1、 2、 3 及 D 点所代表的生物学意义依次为( ) A.光合作用实际量、呼吸作用量、干物质量;植物的净光合量等于零 B.光合作用实际量、干物质量、呼吸作用量;植物的净光合量等于零 C.干物质量、光合作用实际量、呼吸作用量;植物的净光合量大于零 D.呼吸作用量、光合作用实际量、干物质量;植

21、物的净光合量小于零 思维导引思维导引: : 1.1.随着叶面积指数的变化随着叶面积指数的变化, ,呼吸量如何变化呼吸量如何变化? ? 2.2.光合作用实际量、净光合量、呼吸量之间的关系是光合作用实际量、净光合量、呼吸量之间的关系是? ? 解析解析: :植物正常生长植物正常生长, ,光合作用实际量要大于呼吸量。随光合作用实际量要大于呼吸量。随叶面积指数增大叶面积指数增大, ,叶片交叉程度越大叶片交叉程度越大, ,呼吸量越大呼吸量越大, ,净光净光合作用越小。到一定程度合作用越小。到一定程度, ,光合作用与细胞呼吸相等光合作用与细胞呼吸相等, ,净净光合作用等于零。光合作用等于零。 1 1 是光合

22、作用实际量是光合作用实际量,3,3是呼吸作用量是呼吸作用量,2,2是干物质量是干物质量( (即净光合量即净光合量, ,是光合作用实际量与呼吸作用是光合作用实际量与呼吸作用量之差量之差),D),D 点植物的净光合量等于零。点植物的净光合量等于零。 答案答案: :B B。 实验:绿叶中色素的提取和分离 1.实验原理 (1)提取:色素溶于有机溶剂有机溶剂而不溶于水。 (2)分离:不同色素在层析液层析液中的溶解度不同。 2.实验流程 3.实验结果:滤纸条上出现四条宽度、颜色不同的色带 1.1.色素提取液无色或呈淡绿色的原因可能是色素提取液无色或呈淡绿色的原因可能是 : : (1)(1)研磨不充分研磨不

23、充分, ,色素未能充分提取出来色素未能充分提取出来 ; ; (2)(2)材料过少或无水乙醇过多材料过少或无水乙醇过多 , ,色素溶液浓度小色素溶液浓度小; ; (3)(3)未加碳酸钙未加碳酸钙, ,叶绿素分子部分被破坏叶绿素分子部分被破坏 ; ; (4)(4)选取叶片色素含量低选取叶片色素含量低 , ,是处于衰老或光照不足环境下生是处于衰老或光照不足环境下生长的叶片。长的叶片。 2.2.从色素带的宽度可推知色素含量的多少从色素带的宽度可推知色素含量的多少 ; ;从色素带的位置从色素带的位置可推知色素在层析液中溶解度大小可推知色素在层析液中溶解度大小 ; ;在滤纸上距离最近的相在滤纸上距离最近的

24、相邻两条色素带是叶绿素邻两条色素带是叶绿素 a a 与叶绿素与叶绿素 b,b,距离最远的相邻两条距离最远的相邻两条色素带是胡萝卜素与叶黄素。色素带是胡萝卜素与叶黄素。 实验中的注意事项及操作目的归纳 过程过程 提提 取取 色色 素素 注意事项注意事项 操作目的操作目的 使滤液中色素含量高使滤液中色素含量高 溶解叶绿体中的色素溶解叶绿体中的色素 研磨充分和保护叶绿素研磨充分和保护叶绿素 防止乙醇挥发防止乙醇挥发, ,并充分溶解色素并充分溶解色素 防止乙醇挥发和色素氧化防止乙醇挥发和色素氧化 操作目的操作目的 使层析液在滤纸上扩散速度快使层析液在滤纸上扩散速度快 使分离的色素带平整、不重叠使分离的

25、色素带平整、不重叠 使分离的色素带清晰分明使分离的色素带清晰分明 防止色素直接溶解到层析液中防止色素直接溶解到层析液中 1 1 取新鲜绿色的叶片取新鲜绿色的叶片 2 2 研磨时加无水乙醇研磨时加无水乙醇 3 3 加少量加少量 SiOSiO2 2和和 CaCOCaCO3 3 4 4 迅速、充分研磨迅速、充分研磨 5 5 盛放滤液的小试管管口加棉塞盛放滤液的小试管管口加棉塞 注意事项注意事项 过程过程 分分 1 1 滤纸预先干燥处理滤纸预先干燥处理( (保持干燥保持干燥) ) 离离 2 2 滤液细线要直、细、均匀滤液细线要直、细、均匀 色色 3 3 滤液细线干燥后滤液细线干燥后, ,再画一两次再画

26、一两次 素素 4 4 滤液细线不触及层析液滤液细线不触及层析液 【命题设计】 下列是某实验小组在完成绿叶中色素提取和分离实验时所遇到的有关问题 ,分析回答: (1)剪碎 5 g 新鲜浓绿的菠菜叶片放在研钵中 ,加入 SiO2后,经迅速研磨成糊状 ,发现糊状的研磨液呈现浅绿色 ,其原因是没有加入 , 使得 。 (2)甲同学在实验过程中将画有滤液细线的滤纸条 (已重复几次画线)插入层析液,几分钟后取出观察 ,发现滤纸条上无色素带出现 ,而用同一滤液做实验的乙同学的滤纸条上却出现明显的色素带。甲同学实验失败的原因可能是 。 (3)实验结束几天后,甲、乙两同学发现部分预留叶片已变黄。甲同学认为这是由于

27、叶片中叶绿素降解所造成的,乙同学则认为是类胡萝卜素含量增加所致。根据所学知识,设计实验来判断哪个同学的观点正确。 实验过程: 从预留的叶片中挑选出足量的、分量相等、大小相近的已变黄叶片和绿色鲜嫩的叶片,分别编号为 A、B 两组。 。 实验结论: 与B组相比,若A组滤纸条只有上面两条色素带或上面两条色素带较 B 组的窄,则 的观点是正确的。 ,则 的观点是正确的。 解析解析: :(1)(1)在色素的提取过程中在色素的提取过程中, ,研磨时要加入碳酸钙研磨时要加入碳酸钙, ,防防止叶绿素在研磨过程中被破坏止叶绿素在研磨过程中被破坏, ,加入无水乙醇加入无水乙醇, ,让色素溶让色素溶解并提取出来。解

28、并提取出来。 (2)(2)乙同学滤纸条上无色素带乙同学滤纸条上无色素带, ,说明滤液细线中的色素溶说明滤液细线中的色素溶解到层析液中解到层析液中, ,即滤液细线触及层析液。即滤液细线触及层析液。 (3)(3)通过设计对照实验来探究发黄的叶片中某些色素是否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因降解而减少, ,某些色素是否含量增加。对照组选取正常某些色素是否含量增加。对照组选取正常 未发黄的叶片未发黄的叶片, ,实验组选取已变黄的叶片实验组选取已变黄的叶片, ,通过提取分离通过提取分离这两种叶片中的色素这两种叶片中的色素, ,比较各种色素的含量比较各种色素的含量, ,得出结论

29、。得出结论。 答案答案: :(1)(1)碳酸钙和无水乙醇碳酸钙和无水乙醇 叶绿素分子受到破坏、色素叶绿素分子受到破坏、色素没有被提取出来没有被提取出来 (2)(2)滤液细线触及层析液滤液细线触及层析液 (3)(3)实验过程实验过程: :在相同条件下在相同条件下, ,进行绿叶中色素的提取和进行绿叶中色素的提取和分离实验分离实验, ,测定和记录实验结果测定和记录实验结果, ,比较这两种叶片色素的比较这两种叶片色素的组成和含量组成和含量 实验结论实验结论: :甲同学甲同学 与与 B B 组相比组相比, ,若若 A A 组滤纸条上面的组滤纸条上面的两条色素带较宽两条色素带较宽 乙同学乙同学 1.可以在

30、叶绿体基质中完成的变化有( C C ) H2OC3H+O2 ATP(CH2O)+C5 CO2+C5ADP+Pi+能量 C3 A. B. C. D. 解析解析: :是水在光下分解是水在光下分解, ,在叶绿体类囊体薄膜上进行。在叶绿体类囊体薄膜上进行。在叶绿体基质中进行的是暗反应过程在叶绿体基质中进行的是暗反应过程, ,包括包括 COCO2 2和和 C C5 5结合结合形成形成 C C3 3,C,C3 3接受接受 ATPATP 水解释放的能量水解释放的能量, ,被被HH还原为还原为(CH(CH2 2O),O),同时生成同时生成 C C5 5。因此均在叶绿体基质中完成。因此均在叶绿体基质中完成。 2.(2012 莘县期中)在其他条件适宜的情况下,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化合物含量的变化是( C C ) A.C