必修一第五章 第4节 能量之源——光与光合作用

1、一、捕获光能的色素和结构 1.捕获光能的色素 (1)绿叶中色素的提取和分离 可以利用 提取绿叶中的色素，在研磨时还 应加入少许 和碳酸钙，其中前者有助于 ，后者可防止在研磨中 被破坏。 分离的原理是利用色素在层析液中的 不同， 的在滤纸上扩散的快，反之则慢。,无水乙醇,二氧化硅,研磨充分,色素,溶解度,溶解度大,(2)色素的种类和吸收光谱,蓝绿色,黄绿色,红光和蓝紫,光,最下层,最上层,蓝紫光,橙黄色,黄色,2.叶绿体的结构和功能 (1)结构：一般呈扁平的椭球形或球形，外部有双层膜，内 部的基粒是由 堆叠而成的。 (2)色素和酶的分布：吸收光能的色素分布于 ， 与光合作用有关的酶分布在 和 。

2、 (3)功能：进行 的场所。,类囊体,类囊体薄膜上,类囊体薄膜,基质,光合作用,二、光合作用的原理和应用 1.光合作用的探索历程,更新空气,阳光照射下,淀粉,水,2.光合作用的过程 (1)光反应 场所：叶绿体的 上。 条件： 、色素、酶、水等。 物质变化：将水分解为 和 ，将ADP和Pi合成 。 能量变化：光能转变为活跃的 。,类囊体薄膜,光能,O2,H,ATP,化学能,(2)暗反应 场所：叶绿体的 中。 条件： 、H、ATP、CO2等。 物质变化 CO2的固定：C5CO2 。 C3的还原：2C3H 。 能量变化：ATP中活跃的化学能转变为 。,基质,酶,2C3,(CH2O)C5,有机物中稳定

3、化学能,3.光合作用原理的应用 (1)光合作用强度是指植物在单位时间内通过光合作用制造 的数量。 (2)影响光合作用强度的因素包括空气中 的浓度、土壤 中 和矿质元素的多少、光的 以及温度的高低等。,糖类,CO2,水分,强弱,4.化能合成作用 (1)概念：某些细菌能够利用体外环境中的某些 氧化 时所释放的能量来制造 的合成作用。 (2)实例：硝化细菌能利用 氧化成 和 时所 释放的化学能，将 和 合成 。,无机物,有机物,氨,亚硝酸,硝酸,CO2,H2O,糖类,1.绿叶中色素种类及其吸收光谱,2.色素的分布、功能及特性 (1)分布：叶绿体类囊体的薄膜上。 (2)功能：吸收光能、传递光能(四种色

4、素)、转化光能(只有 少数处于特殊状态的叶绿素a)。,3.不同颜色温室大棚的光合效率 (1)无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透 过同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明的大棚光 合效率最高。 (2)叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低。,例1(2010西安调研)下图表示叶绿体色素吸收光能的情况，根据此图并结合所学知识，判断以下说法中正确的是(),少数特殊状态下的叶绿素a对420 nm、670 nm光的转换 率较高 在晚间用大约550 nm波长的绿光照射行道树，目的是通 过植物光合作用以增加夜间空气中的氧气浓度 据图可知，用白光中450 nm左右波长的光比白光更有利

5、于提高光合作用强度 土壤中缺乏镁时，420 nm470 nm左右波长的光的利用 量显著减少 由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，叶绿体中C3 的量减少 A.B. C. D.,课堂笔记选 由图可知，叶绿素a的吸收高峰为420 nm和670 nm，叶绿素b的吸收高峰为470 nm和650 nm左右，少数特殊状态的叶绿素a能转换光能，在420 nm和670 nm转换效率较高。叶绿体色素不吸收绿光；白光中各种波长的光都有，其光合作用效率高于某一单色光。叶绿素中含Mg，缺Mg导致叶绿素不能合成，相应波段的光的吸收值下降。在550 nm的波长，光吸收值少，而在670 nm光吸收值高，叶绿素a

6、转换的光能多，生成的ATP多，还原的C3增多，故叶绿体中C3含量减少。,A,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：叶绿素对绿光的吸收量最少，因此日光中透过叶绿体的光中绿光比例最大，选项A错误；光照下叶绿体中的ATP是利用光合色素吸收的光能，在有关酶的催化作用下由叶绿体自身合成的，选项C错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，而不是等量吸收各

7、种光，选项D错误；与光合作用有关的色素都分布于叶绿体的类囊体薄膜上，选项B正确。,答案：B,1.过程图解,2.反应式及元素去向 CO2H2O (CH2O)O2 (1)氧元素 H2OO2 CO2(CH2O) (2)碳元素：CO2C3(CH2O)。 (3)氢元素：H2OH(CH2O)。,3.光照和CO2浓度变化对光合作用的影响 (1) 光照强弱 CO2供应不变,H减少 ATP减少 O2产生量减少,C3还原减弱 CO2固定仍 正常进行,C3含量上升 C5含量下降,(CH2O)合成量减少,(2) 光照不变 减少CO2供应,CO2固定减弱 C3还原仍正常进行,C3含量下降 C5含量上升,H相对增加 AT

8、P相对增加 上述两种物质 转化速度变慢， O2产生量减少, (CH2O)合成 量相对减少,例2(2009海南高考)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 () A.C3和C5都迅速减少 B.C3和C5都迅速增加 C.C3迅速增加，C5迅速减少 D.C3迅速减少，C5迅速增加,课堂笔记选 在植物进行光合作用的过程中突然停止光照，使光反应产生的ATP、H减少，C3不能被还原，因而C3化合物的量增加，同时CO2与C5化合物的结合不受影响，导致C5量迅速减少。,C,1.区别,2.联系 (1)过程图

9、解,(2)物质和能量转化关系 物质方面,能量方面,3.光合速率与呼吸速率的关系 (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。但由于 测量时的实际情况，光合作用速率又分为表观光合速率 和真正光合速率。,(2)在有光条件下，植物同时进行光合作用和细胞呼吸，实 验容器中O2增加量、CO2减少量或有机物的增加量，称 为表观光合速率，而植物真正光合速率表观光合速率 呼吸速率。如下图所示：,(3)呼吸速率：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都可表示呼吸速率。 (4)一昼夜有机物的积累量(用CO2量表示)可用下

10、式表示：积 累量白天从外界吸收的CO2量晚上呼吸释放的CO2量。,(1)表观光合速率常用有机物的积累量、O2释放量或CO2吸 收量表示。 (2)真正光合速率常用有机物的产生量、O2的产生量或CO2 的固定量表示。,例3(2009广东高考)在充满N2与CO2的密闭容器中，用水培法栽培几株番茄，CO2充足。测得系统的呼吸速率和光合速率变化曲线如下图，请回答问题。,(1)68 h间，光合速率(大于、小于)呼吸速率，容 器内的O2含量，CO2含量，植株干 重。 (2)910 h间，光合速率迅速下降，推测最可能发生变化的 环境因素是；10 h时不再产生ATP的细胞器 是；若此环境因素维持不变，容器内的O

11、2含量 将逐渐下降并完全耗尽，此时另一细胞器即 停止 ATP的合成，成为ATP合成的唯一场所。 (3)若在8 h时，将容器置于冰浴中，请推测呼吸速率会出现 的变化及其原因。,课堂笔记分析曲线图可知，68 h间，光合速率大于呼吸速率，则容器内的O2含量增加，CO2含量下降，植株干重增加。910 h间，光合速率迅速下降，因CO2充足，只能是光照突然减弱，如晴转阴。10 h时光合速率为零，叶绿体不再产生ATP和O2，呼吸继续消耗O2，导致容器内的O2耗尽，有氧呼吸无法进行，只能在细胞质基质中进行无氧呼吸，此时线粒体无法产生ATP，只有细胞质基质可合成ATP。若8 h时，将容器置于冰浴中，由于温度降低

12、，导致酶活性下降，而致使呼吸速率下降。,答案(1)大于上升下降增加 (2)光照强度叶绿体线粒体细胞质基质 (3)呼吸速率下降，相关酶的活性因降温而下降。,2.以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿 色植物光合作用与细胞呼吸的影响，结果如图所示。下 列分析正确的是 (),A.光照相同时间，35时光合作用制造的有机物的量与30 时相等 B.光照相同时间，在20条件下植物积累的有机物的量最多 C.温度高于25时，光合作用制造的有机物的量开始减少 D.两曲线的交点表示光合作用制造的与细胞呼吸消耗的有机 物的量相等,解析：A项正确：光下CO2的消耗量应为CO2吸收量与呼吸CO2释放量之和，3

13、5时消耗量为3.003.506.50，30时为3.503.006.50。B项错误：图中可见光下25时CO2吸收量最大，故25时植物积累的有机物的量最多。C项错误：25时，光合作用CO2的消耗量应为3.752.256.00，而30、35时都为6.50。D项错误：图中两曲线的交点应表 示光合作用积累的与呼吸作用消耗的有机物的量相等。,答案：A,1.光照强度 (1)光照强度影响光合作用强度的实验 实验流程 打出小圆形叶片(30片)：用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出 (直径1 cm) 抽出叶片内气体：用注射器(内有清水、小圆形叶片)抽出叶 片内气体(O2等) 小圆形叶片沉水底：将抽出内部气体的小圆形叶片

14、放入黑暗处盛有清水的烧杯中，小圆形叶片全部沉到水底,对照实验及结果：,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)。,(2)光照强度与光合作用速率的关系曲线分析应用 曲线分析(如图)：,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

15、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点以上就不再加强了，C点所示的光照强度称为光饱和点。 应用：阴生植物的光补偿点前移，光饱和点较低，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：图1中A点表示CO2补偿点，即光合作用速 率等于呼吸作用速率时的CO2浓度，图2中A点表示 进行光合作用所需CO2的最低浓度。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，提高光合作用速率。,

16、3.矿质元素,(1)曲线的含义：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使植物吸水困难从而导致光合作用 速率下降。 (2)应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时地、 适量地增施肥料，可以提高作物的光合作用。,4.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4(2009江苏高考)某研究性学习小组采用盆栽实验，探究土壤干旱对某种植物叶片光合速率的影响。实验开始时土壤水分充足

17、，然后实验组停止浇水，对照组土壤水分条件保持适宜，实验结果如下图所示。下列有关分析正确的有(多选)(),A.叶片光合速率随干旱时间延长而呈下降趋势 B.叶片光合速率下降先于叶片叶绿素含量下降 C.实验24天，光合速率下降是由叶片叶绿素含量下降引 起的 D.实验24天，光合速率下降可能是由叶片内CO2浓度下 降引起的,课堂笔记选 由图示曲线信息可知，实验条件下，随干旱时间的延长叶片的光合速率呈下降趋势；对比甲、乙图示可知，叶片光合速率下降先于叶片叶绿素含量下降；由于24天光合速率下降早于叶绿素含量下降，因此，光合速率的下降不是叶绿素含量下降引起的；实验条件下，随时间推移，植物缺水严重、叶片失水、

18、气孔关闭，导致CO2吸收减少，使光合速率下降。,ABD,下图1表示绿色植物叶肉细胞内发生的光合作用和有氧呼吸的过程，其中a、b为光合作用的原料，表示相关过程。图2、图3表示外界相关条件对植物光合作用和呼吸作用的影响。请据图回答：,命题设计,(1)图1中过程进行的场所分别是 、 。 (2)过程中产生的H用于过程 。 (3)若将该植物从CO2浓度为0.03%环境转移到CO2浓度为0.5%的环境中，其他环境条件不变，叶绿体中C5含量将。如果在图2的乙点突然停止光照，叶绿体内C3的含量将。,(4)图3中，真光合作用速率净光合作用速率呼吸作用速率。40时植物体(填“能”或“不能”)显示生长现象；而5时的

19、状态可用图2中点表示。 (5)用大棚种植蔬菜时，白天最好控制光照强度为图2中的点对应的光照强度，温度为图3中的最佳。,【解题指导】(1)图1中a、b分别表示水和二氧化碳，、分别表示光反应和暗反应，两者合称光合作用。、合称呼吸作用。、的场所分别是叶绿体类囊体薄膜和线粒体内膜。(2)过程产生的H用于过程的C3的还原。(3)当CO2由不足变为充足时C5的含量下降，图2中的乙点属于光补偿点，该点时光合作用强度与呼吸作用强度相等，如果在该点上突然停止光照，则C3的还原过程减慢，但CO2的固定过程不变，即C3的利用减慢，而生成不变，所以其含量升高。,(4)图3中，由于在40时的真光合作用速率小于呼吸作用速

20、率，所以不能显示生长现象。在5时，真光合作用速率等于呼吸作用速率，即处于光补偿点上，与图2中的乙点相对应。(5)图2中的丁点达到光的饱和点，图3中25时真光合作用速率最高，在适宜条件下能积累更多的有机物。,【答案】(1)叶绿体(类囊体薄膜)线粒体(内膜) (2)C3的还原(二氧化碳的还原)(3)下降升高 (4)不能乙(5)丁25,1.实验原理 (1)绿叶中的各种色素能溶于有机溶剂(无水乙醇或丙酮)中， 而不溶于水，从而使色素从生物组织中脱离出来。 (2)各种色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸 上扩散速度也不同，溶解度高的色素分子随层析液在 滤纸上扩散得快，反之则慢，从而使各种色素分离开

21、。,叶绿体色素的提取与分离,理论指导,2.实验程序,提取色素：称量5 g菠菜干粉 加入少量SiO2、CaCO3和23 ml 95%乙醇 过滤收集到试管内并塞紧管口 制滤纸条,将干燥的滤纸剪成长10 cm，宽1 cm的纸条， 剪去一端两个角 在距离剪角一端2 cm处用铅笔画线,画滤液线,用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线处均 匀地画一条直的滤液细线 干燥后，重复画23次,色素分离 (纸层析),倒入烧杯3 ml层析 液（层析液高度 不超过滤液细线） 将滤纸条尖端朝下 略微斜靠烧杯内 壁，轻轻插入层析液 用培养皿盖上烧杯,观察结果,滤纸条上出现四条宽度、 颜色不同的色素带,整理、洗手,3.实验成功的关

22、键 (1)叶片要新鲜、颜色要深绿，含有较多色素。 (2)研磨要迅速、充分。叶绿素不稳定，易被活细胞内的叶 绿素酶水解。充分研磨使叶绿体完全破裂，提取较多的 色素。 (3)滤液细线不仅要求细、直，而且要求含有较多的色素， 所以要求待滤液干后再画23次。 (4)滤液细线不能触及层析液、否则色素溶解到层析液中， 滤纸条上得不到色素带。,请回答下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的问题： (1)甲同学利用新鲜的玉米绿色叶片进行实验，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。,命题设计,(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

23、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)乙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分带现象，而用同一滤液做实验的丙同学的滤纸条上却色素分带明显。乙同学实验失败的原因可能是。,(4)若选用在缺Mg的营养液中长期培养的玉米叶片作实验材料，层析后滤纸条上只出现了两条色素带，其原因是 。 (5)实验结束几天后，乙、丙两同学发现部分预留叶片已变黄。乙同学认为这是由于叶片中某些色素降解所造成的，丙同学则认为是某些色素含量增加所致。根据所学知识，你将如何设计实验来判断两个同学的观

24、点是否正确？,【解题指导】(1)在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，最后滤纸条上出现的四条色素带从上到下分别是：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，颜色分别是橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色，因此呈黄绿色的色素带为叶绿素b。 (2)由于不同色素对不同波长的光吸收情况是不同的，因此，分析不同色素种类时可以根据色素的吸收光谱来分析。 (3)乙同学滤纸条上无色素带，说明滤液细线中的色素溶解到层析液中，即层析液没及滤液细线。,(4)Mg是合成叶绿素的必需元素，无Mg不能合成叶绿素a和叶绿素b。 (5)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

25、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)层析液触及滤液细线(4)缺Mg植物不能合成叶绿素(5)从预留的叶片中挑选出足量的、份量相等、大小相近的已变黄的叶片和绿色鲜嫩的叶片为实验材料，在相同条件下，再次进行绿叶中色素的提取和分离实验，测定和记录实验结果，比较这两种叶片中各种色素的组成及含量后，得出结论。,1.下列关于光合作用的探究历程的叙述，不正确的是 () A.萨克斯让叶片在暗处放置几小时，然后一半遮光、一半 曝光处理，得出光合作用需要光照才能进行的结论 B.恩格尔曼以好氧细菌和水绵为实验材料进行实

26、验，得出 氧气是由叶绿体释放出来的结论,.,C.梅耶根据能量转化和守恒定律，指出植物在进行光合作 用时把光能转换成化学能储存起来 D.鲁宾和卡门利用放射性同位素标记法，证明光合作用释 放的氧气来自水,解析：萨克斯让叶片在暗处放置几小时，然后一半遮光、一半曝光处理，证明光合作用的产物除了氧气之外还有淀粉。,答案：A,2.下列有关叶绿素的说法正确的是 () A.叶绿素在高等植物体内有两种，叶绿素a呈黄绿色，叶 绿素b呈蓝绿色 B.叶绿体的类囊体薄膜和基质中均含有与光合作用有关 的色素和酶 C.叶绿体色素提取和分离实验中，在滤纸条上叶绿素a比 叶绿素b扩散得慢 D.叶绿素是光合作用中重要的物质，能吸

27、收光能,解析：A错误，叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色。B错误，基质中只有与光合作用有关的酶而无叶绿素。C错误，滤纸条上叶绿素a比叶绿素b扩散得快。,答案：D,3.下图为高等绿色植物光合作用图解，以下说法正确的是 （双选） (),A.是光合色素，分布在叶绿体和细胞质基质中 B.是氧气，可参与有氧呼吸的第三阶段 C.是三碳化合物，能被氧化为(CH2O) D.是ATP，在类囊体膜上生成,解析：根据光合作用图解可知，图中是光合色素，分布在叶绿体类囊体薄膜(基粒)上；是氧气，可参与有氧呼吸的第三阶段，与有氧呼吸第一、二阶段产生的H结合生成水，释放大量的能量；是三碳化合物，在由光反应阶段提供的H和ATP的作用下还原为(CH2O)；是ATP，在叶绿体类囊体薄膜(基粒)上生成。,答案：BD,4.(2009广东理基)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 () A.O2浓度过低B.O2浓度过高 C.CO2浓