高中生物必修1學(xué)案: 第五章 細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第4節(jié) 能量之源——光與光合作用學(xué)案 新人教版必修1
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1、 第4節(jié) 能量之源——光與光合作用 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.說(shuō)出葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能。(重點(diǎn)) 2.說(shuō)出色素的種類(lèi)及功能。 3.提取和分離綠葉中色素。(難點(diǎn)) 4.描述光合作用的過(guò)程。(重點(diǎn)) 5.說(shuō)出光合作用的概念。 6.闡述光合作用中物質(zhì)和能量的變化。(難點(diǎn)) 7.體驗(yàn)科學(xué)探究的方法和技術(shù)。 核心概念 提取色素 分離色素 葉綠體 吸收光譜 光合作用 光反應(yīng)階段 暗反應(yīng)階段 同位素標(biāo)記法 第1課時(shí) 光合作用的探究歷程、過(guò)程及色素 一、光合作用的探究歷程 1.1864年,德國(guó)的薩克斯的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光合作用的產(chǎn)物有 淀粉 。 2.1939年,美國(guó)的魯賓和卡門(mén)
2、利用 同位素標(biāo)記法 證明了 光合作用釋放的氧氣來(lái)自水 。 3.20世紀(jì)40年代,美國(guó)的卡爾文,利用 放射性同位素標(biāo)記 技術(shù)最終探明了 CO2 在光合作用中轉(zhuǎn)化成 有機(jī)物中碳 的途徑。 二、綠葉中色素的提取和分離 三、色素的含量和種類(lèi) 四、葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能 1.葉綠體的結(jié)構(gòu) 2.葉綠體的功能:進(jìn)行 光合作用 的場(chǎng)所。 3.恩格爾曼的實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì):把載有水綿和好氧細(xì)菌的臨時(shí)裝片放在沒(méi)有空氣的黑暗中,然后用極細(xì)的光束照射水綿;之后再將臨時(shí)裝片暴露在光下。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:極細(xì)的光束照射,細(xì)菌
3、只向葉綠體被光束照射到的部位集中 ;完全暴露在光下,細(xì)菌 分布在葉綠體所有受光的部位 。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論:葉綠體是 光合作用的場(chǎng)所 ,氧氣是葉綠體釋放的。 五、光合作用的過(guò)程及應(yīng)用 1.光反應(yīng) (1)場(chǎng)所:葉綠體的 類(lèi)囊體薄膜 上。 (2)條件: 光照 、色素、酶等。 (3)物質(zhì)變化:將水分解為 [H]和O2 ,將ADP和Pi合成ATP。 (4)能量變化:光能轉(zhuǎn)變?yōu)? 活躍的化學(xué)能 。 2.暗反應(yīng) (1)場(chǎng)所:葉綠體的 基質(zhì) 中。 (2)條件:酶、[H]、ATP。 (3)物
4、質(zhì)變化: a.CO2的固定:C5+CO2→ 2C3 ;b.C3的還原:C3+[H]+ATP→ C6H12O6 。 (4)能量變化:ATP中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)? 有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能 。 ?思考 1.夏季的樹(shù)葉多為綠的海洋,到了深秋時(shí)節(jié)更有“看萬(wàn)山紅遍,層林盡染”的美景,試從生物學(xué)角度分析其原因。 提示:春夏時(shí)節(jié)葉綠素所占比例大,故葉子為綠色,而到了深秋葉綠素大量分解,類(lèi)胡蘿卜素含量相對(duì)增加,故葉子為黃色或橙黃色。 2.植物能進(jìn)行光合作用制造有機(jī)物,有位同學(xué)就想:“如果人能像綠色植物一樣,豈不是不用吃飯了嗎?”如果該同學(xué)的想法能實(shí)現(xiàn),你認(rèn)為人體
5、細(xì)胞應(yīng)具備什么樣的結(jié)構(gòu)? 提示:細(xì)胞質(zhì)中有葉綠體。 3.在大棚種植時(shí)一般選用哪種顏色的薄膜?為什么? 提示:一般選用無(wú)色透明的薄膜,因?yàn)槟軌蛲高^(guò)各種單色光。 H 判斷題 1.植物呈現(xiàn)綠色是由于葉綠素能有效地吸收綠光。( × ) 2.葉綠素a和葉綠素b主要吸收紅光和藍(lán)紫光。( √ ) 3.利用紙層析法可分離出4種葉綠體色素。( √ ) 4.葉綠體中的色素主要分布在類(lèi)囊體腔內(nèi)。( × ) 5.光合作用過(guò)程中光反應(yīng)是暗反應(yīng)進(jìn)行的前提。( √ ) 知識(shí)點(diǎn)1 光合作用的探究歷程 Z 1.探究歷程 年代科學(xué)家 過(guò)程(依據(jù)) 結(jié)論或結(jié)果 1771年普利斯特利(英)
6、 ?。? 植物可以更新空氣 1779年英格豪斯(荷蘭) 同普利斯特利的實(shí)驗(yàn)過(guò)程 只有在陽(yáng)光照射下和有綠葉時(shí)植物才可以更新空氣 1845年梅耶(德國(guó)) 能量轉(zhuǎn)換和守恒定律 植物在進(jìn)行光合作用時(shí),把光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái) 1864年薩克斯(德國(guó)) 黑暗中饑餓處理的綠葉→ 綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生淀粉 1939年魯賓和卡門(mén)(美國(guó)) HO+CO2→植物→18O2 C18O2+H2O→植物→O2 光合作用釋放的氧氣來(lái)自水 2.從光合作用的探究歷程可知 (1)普利斯特利的實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)和不足 優(yōu)點(diǎn) ①自變量明確:證明植物具有更新空氣的作用 ②對(duì)照明顯:玻璃罩內(nèi)只
7、放小鼠或燃燒蠟燭作對(duì)照 不足 ①?zèng)]有認(rèn)識(shí)到光在植物更新空氣中的作用 ②沒(méi)有明確植物吸收和釋放的氣體 (2)薩克斯實(shí)驗(yàn)的成功之處 ①方法的成功: a.設(shè)置了對(duì)照實(shí)驗(yàn),自變量為光照,因變量是葉片顏色的變化。 b.實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是饑餓處理,使葉片中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗掉,避免了對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾。 ②認(rèn)識(shí)上的成功:本實(shí)驗(yàn)在證明光合作用的產(chǎn)物是淀粉的同時(shí),還證明了光照是光合作用的必要條件。 (3)魯賓和卡門(mén)實(shí)驗(yàn) ①巧妙之處:兩組實(shí)驗(yàn)相互對(duì)照直觀地表現(xiàn)出氧氣是來(lái)自于水的光解,而不是來(lái)自于二氧化碳中的氧。 ②自變量為被標(biāo)記的C18O2和HO,因變量是O2的放射性。 (4)卡爾文循環(huán)
8、①探究方法:同位素標(biāo)記法。 用14C標(biāo)記CO2,追蹤檢測(cè)放射性,探明了CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途徑。 ②實(shí)驗(yàn)結(jié)論。 碳的轉(zhuǎn)化途徑:14CO2+C514C3(14CH2O) 知識(shí)貼士 自身對(duì)照≠相互對(duì)照 不能認(rèn)為薩克斯實(shí)驗(yàn)和魯賓及卡門(mén)實(shí)驗(yàn)的對(duì)照設(shè)計(jì)方法相同:其中薩克斯實(shí)驗(yàn)的對(duì)照方式為自身對(duì)照(一半曝光與另一半遮光);而魯賓和卡門(mén)實(shí)驗(yàn)的對(duì)照方式為相互對(duì)照(通過(guò)標(biāo)記不同的物質(zhì):HO與C18O2)。 D 典例1 如圖表示德國(guó)科學(xué)家薩克斯做的實(shí)驗(yàn),在葉片照光24 h后,經(jīng)脫色、漂洗并用碘液處理后,結(jié)果被錫箔遮蓋的部分呈棕色,而不被錫箔遮蓋的部分呈藍(lán)色。本實(shí)驗(yàn)說(shuō)
9、明( C ) ①光合作用需要CO2?、诠夂献饔眯枰狻、酃夂献饔眯枰~綠素?、芄夂献饔梅懦鲅酢、莨夂献饔弥圃斓矸? A.①② B.③⑤ C.②⑤ D.①③ [解析] 將葉片照光24 h后,葉片曝光部分進(jìn)行光合作用,經(jīng)脫色、漂洗后用碘液處理變藍(lán),說(shuō)明有淀粉生成,應(yīng)選⑤;用錫箔遮蓋的部分因沒(méi)有照光,不能進(jìn)行光合作用,未產(chǎn)生淀粉,用碘液處理不變藍(lán),說(shuō)明光合作用需要光,還應(yīng)選②。 〔變式訓(xùn)練1〕 右圖是恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)示意圖,下列有關(guān)敘述正確的是( D ) A.實(shí)驗(yàn)先進(jìn)行“黑暗”處理,主要目的是消耗細(xì)胞中原有的淀粉 B.極細(xì)的光束照射是為了避免對(duì)水綿葉綠體造成灼傷 C.實(shí)
10、驗(yàn)設(shè)置了一次對(duì)照 D.實(shí)驗(yàn)可證明葉綠體是光合作用的場(chǎng)所 [解析] 圖示的實(shí)驗(yàn)中,先進(jìn)行“黑暗”處理,目的是防止光的干擾。極細(xì)的光束照射是為了使葉綠體上分為有光照和無(wú)光照的部位,相當(dāng)于一組對(duì)照實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)還進(jìn)行了黑暗(局部光照)和完全光照對(duì)照實(shí)驗(yàn),共設(shè)置了兩次對(duì)照實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)證明了葉綠體是光合作用的場(chǎng)所。 知識(shí)點(diǎn)2 綠葉中色素的提取和分離 Z 1.原理及試劑 (1)原理: (2)試劑: 2.實(shí)驗(yàn)步驟 步驟 方法 原因 色 素 提 取 ①選取新鮮葉片:色素含量高 ②加入少許二氧化硅和碳酸鈣:作用分別是使研磨充分、保護(hù)色素 ③加入10 mL無(wú)水乙醇
11、:溶解、提取色素 將研磨液迅速倒入基部墊有單層尼龍布的玻璃漏斗中過(guò)濾,濾液收集到試管中,及時(shí)用棉塞塞緊試管口 試管口加棉塞:防止溶劑揮發(fā),并充分溶解色素 分 離 色 素 剪去兩角:防止層析液在濾紙條的邊緣處擴(kuò)散過(guò)快 畫(huà)濾液細(xì)線 畫(huà)得細(xì)、齊、直;重復(fù)畫(huà) ①層析液不能沒(méi)及濾液細(xì)線:防止色素溶于層析液中 ②試管加塞是為了防止層析液揮發(fā)(因?yàn)楸?、苯等有毒? 觀察與分析 3.有關(guān)色素帶的分析 (1)從色素帶的位置可知道各種色素在層析液中溶解度的高低依次為:胡蘿卜素>葉黃素>葉綠素a>葉綠素b。(記憶口訣:胡黃ab) (2)從色素帶的寬度可知各種色素的含量
12、一般情況下為:葉綠素a>葉綠素b>葉黃素>胡蘿卜素。 (3)在濾紙條上距離最近的兩條色素帶是葉綠素a與葉綠素b,距離最遠(yuǎn)的相鄰的兩條色素帶是胡蘿卜素和葉黃素。 4.綠葉中的色素對(duì)光的吸收特點(diǎn) (1)綠葉中的色素只吸收可見(jiàn)光,對(duì)紅外光和紫外光等不吸收。 (2)葉綠素對(duì)紅光和藍(lán)紫光的吸收量大,類(lèi)胡蘿卜素對(duì)藍(lán)紫光的吸收量大,對(duì)其他可見(jiàn)光并非不吸收,只是吸收量較少。 知識(shí)貼士 實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng) 加入無(wú)水乙醇后,要進(jìn)行迅速、充分的研磨,迅速研磨可以防止溶劑揮發(fā),充分研磨是為了使更多的色素溶解在溶劑中,否則提取的色素量減少。 過(guò)濾時(shí),不能用濾紙,要用單層尼龍布(或脫脂棉),因?yàn)闉V紙可以吸附
13、色素,降低濾液中色素的含量,使實(shí)驗(yàn)效果不明顯。 D 典例2 在做“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)時(shí),甲、乙、丙、丁四位同學(xué)對(duì)相關(guān)試劑、藥品的使用情況如下表所示(“+”表示使用,“-”表示未使用),其余操作均正常,他們所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果依次應(yīng)為圖中的( B ) 試劑 甲 乙 丙 丁 無(wú)水乙醇 - + + + 水 + - - - CaCO3 + + - + SiO2 + + + - A.①②③④ B.②④①③ C.④②③① D.③②①④ [解析] 無(wú)水乙醇用于溶解綠葉中的色素,甲同學(xué)未加無(wú)水乙醇,其濾紙條上應(yīng)無(wú)色素帶;Ca
14、CO3能夠防止研磨時(shí)色素被破壞,丙同學(xué)未加CaCO3,其濾紙條上葉綠素a、葉綠素b對(duì)應(yīng)的色素帶應(yīng)較窄;SiO2能夠使研磨更充分,丁同學(xué)未加SiO2,其濾紙條上的四條色素帶均應(yīng)較窄。乙同學(xué)操作正確,其濾紙條上的色素帶應(yīng)是正常的,如圖④所示。 〔變式訓(xùn)練2〕 關(guān)于葉綠素的敘述,錯(cuò)誤的是( D ) A.葉綠素a和葉綠素b都含有鎂元素 B.被葉綠素吸收的光可用于光合作用 C.葉綠素a和葉綠素b在紅光區(qū)的吸收峰值不同 D.植物呈現(xiàn)綠色是由于葉綠素能有效地吸收綠光 [解析] 葉綠素a和葉綠素b所含化學(xué)元素的種類(lèi)相同,都由C、H、O、N、Mg組成,A項(xiàng)正確。葉綠素吸收的光能通過(guò)光合作用轉(zhuǎn)變?yōu)閮?chǔ)存
15、在有機(jī)物中的化學(xué)能,B項(xiàng)正確。葉綠素a在紅光區(qū)的吸收峰值約為660 nm,葉綠素b在紅光區(qū)的吸收峰值約為640 nm,C項(xiàng)正確。綠葉中的色素對(duì)綠光的吸收極少,絕大多數(shù)綠光被反射出來(lái),葉片中又含有大量的葉綠素,因此一般情況下植物呈現(xiàn)綠色,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 知識(shí)點(diǎn)3 葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能 Z 1.葉綠體的結(jié)構(gòu)及功能 (1)結(jié)構(gòu): ①雙層膜:分為內(nèi)膜和外膜,其主要功能是控制物質(zhì)進(jìn)出葉綠體。 ②基粒:由囊狀結(jié)構(gòu)堆疊而成,這些囊狀結(jié)構(gòu)稱(chēng)為類(lèi)囊體。吸收光能的四種色素就分布在類(lèi)囊體的薄膜上。 ③基質(zhì):在基粒與基粒之間充滿基質(zhì),基質(zhì)中含有與光合作用有關(guān)的酶。 (2)功能: 葉綠體內(nèi)的基粒和類(lèi)囊
16、體擴(kuò)展了受光面積,含有許多吸收光能的色素分子和光合作用所必需的酶,因此葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所。 2.葉綠體功能的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) (1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程及現(xiàn)象: (2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論: ①葉綠體是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所。 ②O2是由葉綠體釋放的。 (3)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)巧妙之處: ①實(shí)驗(yàn)材料選擇水綿和好氧細(xì)菌:水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀,便于觀察;用好氧細(xì)菌可確定釋放氧氣的部位。 ②沒(méi)有空氣的黑暗環(huán)境:排除了氧氣和光的干擾。 ③用極細(xì)的光束點(diǎn)狀投射:葉綠體上可分為獲得光照和無(wú)光照的部位,相當(dāng)于一組對(duì)照實(shí)驗(yàn)。 ④進(jìn)行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的對(duì)照實(shí)驗(yàn):明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全是由光照引起的等。
17、 知識(shí)貼士 ①光合作用的酶分布在類(lèi)囊體的薄膜上和基質(zhì)中,但光合色素只分布在類(lèi)囊體的薄膜上。 ②葉綠體以囊狀結(jié)構(gòu)堆疊成基粒的方式增大膜面積,而線粒體以內(nèi)膜向內(nèi)腔折疊形成嵴的方式增大膜面積。 D 典例3 下列關(guān)于葉綠體的描述,錯(cuò)誤的是( C ) A.基粒由類(lèi)囊體堆疊而成 B.葉綠體被膜由雙層膜組成 C.暗反應(yīng)發(fā)生在類(lèi)囊體薄膜上 D.類(lèi)囊體薄膜上具有葉綠素和酶 [解析] 葉綠體是雙層膜結(jié)構(gòu)的細(xì)胞器,其中許多類(lèi)囊體像圓餅一樣疊在一起,形成基粒;類(lèi)囊體上有許多與光合作用有關(guān)的色素和酶。在暗反應(yīng)中,CO2的固定和C3的還原在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行。 易錯(cuò)提醒:與葉綠體有關(guān)的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)
18、 (1)與光合作用有關(guān)的酶分布在類(lèi)囊體的薄膜上和基質(zhì)中,但光合色素只分布在類(lèi)囊體的薄膜上。 (2)葉綠體以囊狀結(jié)構(gòu)堆疊成基粒的方式增大膜面積,而線粒體以內(nèi)膜向內(nèi)折疊形成嵴的方式增大膜面積。 (3)葉綠體基粒是由類(lèi)囊體堆疊而成,每個(gè)基粒含2~100個(gè)類(lèi)囊體,基粒之間不是孤立的,它們可通過(guò)薄膜相連。 〔變式訓(xùn)練3〕 葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所。下列關(guān)于葉綠體結(jié)構(gòu)與功能的敘述,正確的是( D ) A.葉綠體中的色素主要分布在類(lèi)囊體腔內(nèi) B.吸收光能和四種色素分布在葉綠體基質(zhì)中 C.葉綠體內(nèi)膜折疊成基粒 D.光合作用的產(chǎn)物——淀粉是在基質(zhì)中合成的 [解析] 色素分布在類(lèi)囊體藻膜上,
19、基粒是由類(lèi)囊體藻膜堆疊形成的。 知識(shí)點(diǎn)4 光合作用的過(guò)程 Z 1.光合作用的過(guò)程圖解 (1)光反應(yīng)過(guò)程 (2)暗反應(yīng)過(guò)程 2.光反應(yīng)和暗反應(yīng)的比較 (1)區(qū)別 項(xiàng)目 光反應(yīng) 暗反應(yīng) 實(shí)質(zhì) 光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,并釋放出O2 同化CO2,合成有機(jī)物 反應(yīng)時(shí)間 短促 較緩慢 需要條件 外界條件:光照;內(nèi)部條件:色素、酶 不需要光照;內(nèi)部條件:酶 反應(yīng)場(chǎng)所 葉綠體類(lèi)囊體的薄膜上 葉綠體基質(zhì)內(nèi) 物質(zhì)變化 ①水的光解:水分解成[H]和O2 ②ATP的合成:在相關(guān)酶的作用下,ADP和Pi形成ATP ①CO2的固定:CO2+C52C3 ②C3的還原
20、:2C3(CH2O)+C5 能量變化 光能→活躍的化學(xué)能 ATP中活躍的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能 相應(yīng)產(chǎn)物 O2、ATP和[H] 糖類(lèi)等有機(jī)物 (2)聯(lián)系:光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供[H]、ATP,暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP和Pi,如圖所示: 3.光合作用過(guò)程中物質(zhì)交換分析 (1)光合作用過(guò)程中C、H、O元素轉(zhuǎn)移途徑 3HO (2)14C18O2214C3(14CHO)+HO (3)光合作用總反應(yīng)式與C、H、O元素的去向 Y 有關(guān)光合作用過(guò)程的四點(diǎn)提醒 (1)葉綠體的內(nèi)膜既不參與光反應(yīng),也不參與暗反應(yīng)。 (2)光反應(yīng)階段為暗反應(yīng)提供ATP、[H],ATP
21、從類(lèi)囊體薄膜移向葉綠體基質(zhì)。而暗反應(yīng)則為光反應(yīng)提供ADP和Pi,ADP從葉綠體基質(zhì)移向類(lèi)囊體薄膜。 (3)光反應(yīng)階段必須是在有光條件下進(jìn)行,而暗反應(yīng)階段有光無(wú)光都能進(jìn)行,但需光反應(yīng)提供的[H]和ATP,故暗反應(yīng)不能長(zhǎng)期在無(wú)光環(huán)境中進(jìn)行。 (4)在自然條件下,光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段同時(shí)進(jìn)行,不分先后。 D 典例4 如圖為葉綠體結(jié)構(gòu)與功能示意圖,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( D ) A.結(jié)構(gòu)A中的能量變化是光能轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP中的化學(xué)能 B.供給14CO2,放射性出現(xiàn)的順序?yàn)镃O2→C3→甲 C.結(jié)構(gòu)A釋放的O2可進(jìn)入線粒體中 D.如果突然停止CO2的供應(yīng),短時(shí)間內(nèi)C3的含量將會(huì)增加
22、 [解析] 結(jié)構(gòu)A為類(lèi)囊體薄膜,分布有與光反應(yīng)有關(guān)的酶,能把光能轉(zhuǎn)換為ATP中活躍的化學(xué)能。從暗反應(yīng)的過(guò)程可以看出,供給14CO2,放射性出現(xiàn)的順序?yàn)镃O2→C3→甲。光合作用產(chǎn)生的O2可進(jìn)入線粒體,被細(xì)胞呼吸所利用。在光合作用中,CO2首先被C5固定形成C3,如果突然停止CO2的供應(yīng),則C3的生成量減少,而其消耗量不變,因此短時(shí)間內(nèi)C3的含量將會(huì)減少。 知識(shí)貼士:不同的條件下葉綠體內(nèi)各種物質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律 條件 C3 C5 [H]和ATP (CH2O)合成量 停止光照CO2供應(yīng)不變 增加 減少 減少 減少 突然光照CO2供應(yīng)不變 減少 增加 增加 增加 光照
23、不變停止CO2供應(yīng) 減少 增加 增加 減少 光照不變CO2供應(yīng)增加 增加 減少 減少 增加 說(shuō)明:以上各物質(zhì)含量的變化是在外界條件改變后的短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的,且是相對(duì)含量的變化。 〔變式訓(xùn)練4〕 為研究棉花去棉鈴(果實(shí))后對(duì)葉片光合作用的影響,研究者選取至少具有10個(gè)棉鈴的植株,去除不同比例棉鈴,3天后測(cè)定葉片的CO2固定速率以及蔗糖和淀粉含量,結(jié)果如圖所示。 (1)光合作用暗反應(yīng)利用光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和 [H](NADPH) ,在 葉綠體基質(zhì) 中將CO2轉(zhuǎn)化為C3,進(jìn)而形成淀粉和蔗糖。 (2)由圖甲可知,隨著去除棉鈴百分率的提高,葉片
24、光合速率 逐漸下降 。本實(shí)驗(yàn)中對(duì)照組(空白對(duì)照組)植株的CO2固定速率相對(duì)值是 28 。 (3)由圖乙可知,去除棉鈴后,植株葉片中 淀粉和蔗糖含量 增加。已知葉片光合產(chǎn)物會(huì)被運(yùn)到棉鈴等器官并被利用,因此去除棉鈴后,葉片光合產(chǎn)物利用量減少, 輸出量 降低,進(jìn)而在葉片中積累。 (4)綜合上述結(jié)果可推測(cè),葉片中光合產(chǎn)物的積累會(huì) 抑制 光合作用。 (5)一種驗(yàn)證上述推測(cè)的方法為:去除植株上的棉鈴并對(duì)部分葉片遮光處理,使遮光葉片成為需要光合產(chǎn)物輸入的器官,檢測(cè) 未遮光 葉片的光合產(chǎn)物含量和光合速率。與只去除棉鈴植株
25、的葉片相比,若檢測(cè)結(jié)果是 光合產(chǎn)物含量下降,光合速率上升 ,則支持上述推測(cè)。 [解析] (1)光合作用光反應(yīng)可為暗反應(yīng)提供[H](NADPH)和ATP,并在葉綠體基質(zhì)中將CO2轉(zhuǎn)化為C3,進(jìn)而形成淀粉和蔗糖。(2)由圖甲信息可知,隨去除棉鈴百分率的提高,葉片固定CO2能力明顯降低;對(duì)照組(未摘除棉鈴)植株CO2固定速率的相對(duì)值應(yīng)為“去除棉鈴百分率為0”時(shí)的CO2固定值,即28。(3)由圖乙可知,去除棉鈴后,植株葉片中淀粉和蔗糖含量增加。由題干信息可知,葉片光合產(chǎn)物被運(yùn)到棉鈴等器官并被利用,故除去棉鈴后,葉片光合產(chǎn)物輸出量降低,從而導(dǎo)致相應(yīng)產(chǎn)物在葉片中積累。(4)綜合圖甲、乙中的
26、相關(guān)信息可知,葉片中光合產(chǎn)物積累將使CO2固定速率明顯降低,即抑制光合作用。(5)該驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中,推測(cè)若去除植株上的棉鈴,使遮光葉片成為需要光合產(chǎn)物輸入的器官,則未遮光葉片光合產(chǎn)物會(huì)不斷轉(zhuǎn)運(yùn)至遮光葉片中,從而導(dǎo)致未遮光葉片中蔗糖和淀粉含量下降,進(jìn)而解除產(chǎn)物積累對(duì)光合速率的抑制,因此,檢測(cè)未遮光葉片的光合產(chǎn)物含量和光合速率,若與只去除棉鈴植株的葉片相比,檢測(cè)結(jié)果為光合產(chǎn)物含量下降,光合速率上升,則可支持相關(guān)推測(cè)。 第2課時(shí) 光合作用的原理和應(yīng)用 一、探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響 1.光合作用強(qiáng)度 2.探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響 二、光合作用的原理在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用
27、 實(shí)例 原理 間作套種 不同植物對(duì) 光照 的需求不同 冬季大棚溫度白天適當(dāng)提高,晚上適當(dāng)降低 一定范圍內(nèi) 溫度 升高,光合作用和細(xì)胞呼吸都會(huì)增強(qiáng) “正其行、通其風(fēng)” 增大 CO2 濃度,有利于光合作用的進(jìn)行 合理灌溉 水分 缺少導(dǎo)致氣孔關(guān)閉,CO2供應(yīng)不足 三、化能合成作用 1.概念:利用體外環(huán)境中的某些 無(wú)機(jī)物 氧化時(shí)所釋放的能量來(lái)制造 有機(jī)物 的合成作用。 2.實(shí)例 硝化細(xì)菌 3.自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物 類(lèi)型 概念 代表生物 自養(yǎng) 生物 能將 無(wú)機(jī)物
28、合成 有機(jī)物 的生物 光能自養(yǎng)生物: 綠色植物 化能自養(yǎng)生物: 硝化細(xì)菌 異養(yǎng) 生物 只能利用環(huán)境中 現(xiàn)成的有機(jī)物 來(lái)維持自身生命活動(dòng)的生物 人、動(dòng)物、真菌、大多數(shù)細(xì)菌 ?思考 1.光飽和點(diǎn)后,限制光合速率的內(nèi)部因素主要有哪些? 提示:色素含量、酶的數(shù)量、C5的含量等。 2.下面是有關(guān)農(nóng)業(yè)種植的諺語(yǔ)“黑夜下雨白天晴,打的糧食沒(méi)處盛”。請(qǐng)從光合作用的角度分析這句諺語(yǔ)的含義。 提示:夜晚降雨不僅提供水分,還降低溫度,減弱細(xì)胞呼吸消耗,白天晴天,提供良好光照,光合作用強(qiáng),經(jīng)過(guò)一晝夜中,有機(jī)物的積累量高。 H 判
29、斷題 1.光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)中,可以通過(guò)調(diào)節(jié)臺(tái)燈與實(shí)驗(yàn)裝置的距離來(lái)調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度。( √ ) 2.探究實(shí)驗(yàn)中,小圓形葉片浮起的原因是葉片進(jìn)行細(xì)胞呼吸產(chǎn)生了CO2。( × ) 3.綠色植物和硝化細(xì)菌都為自養(yǎng)生物,都可通過(guò)光合作用制造有機(jī)物。( × ) 4.化能合成作用與光合作用所利用的無(wú)機(jī)物原料都是CO2和H2O。( √ ) 5.原核生物都是異養(yǎng)生物。( × ) 6.自養(yǎng)生物合成有機(jī)物時(shí)只能利用光能。( × ) 知識(shí)點(diǎn)1 探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響 Z 1.光合作用強(qiáng)度 (1)概念:簡(jiǎn)單地說(shuō),光合作用強(qiáng)度(又稱(chēng)光合速率)是指植物在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)光合作用
30、制造糖類(lèi)的數(shù)量,是描述光合作用強(qiáng)弱的指標(biāo)。 (2)表示方法 2.探究光照強(qiáng)弱對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響 (1)實(shí)驗(yàn)原理 葉片含有空氣,上浮葉片下沉充滿細(xì)胞間隙,葉片上浮 (2)實(shí)驗(yàn)中沉水葉片的制備 ①小圓形葉片的制備:用打孔器在生長(zhǎng)旺盛的綠葉上打出小圓形葉片。 ②沉水:用注射器抽出葉片內(nèi)氣體,放入黑暗處盛有清水的燒杯中,小圓形葉片全部沉到水底。黑暗條件的設(shè)計(jì)是為了防止光合作用的進(jìn)行。 (3)實(shí)驗(yàn)裝置分析 ①自變量的設(shè)置:光照強(qiáng)度是自變量,通過(guò)調(diào)整臺(tái)燈與試管之間的距離來(lái)調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度的大小。 ②中間盛水的玻璃柱的作用:吸收燈光的熱量,避免光照對(duì)試管內(nèi)水溫產(chǎn)生影響。 ③因變量是光
31、合作用強(qiáng)度,可通過(guò)觀測(cè)單位時(shí)間內(nèi)被抽去空氣的小圓形葉片上浮的數(shù)量或者是浮起相同數(shù)量的葉片所用的時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)衡量光合作用的強(qiáng)度。 (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:在一定范圍內(nèi),隨著光照強(qiáng)度的不斷增強(qiáng),光合作用強(qiáng)度也不斷增強(qiáng)。(假設(shè)正確) Y 取材關(guān)鍵及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 (1)打孔時(shí)避開(kāi)大葉脈是因?yàn)榇笕~脈部分含有的葉綠體少。 (2)用注射器排出小圓形葉片內(nèi)的氣體是為了防止細(xì)胞內(nèi)原本存在的氣體影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 (3)該實(shí)驗(yàn)中所取的葉片大小和生理狀態(tài)應(yīng)該是相同的,打孔時(shí)要取葉片的相同部位。 (4)本實(shí)驗(yàn)中的數(shù)值并不代表真正的光合速率,而是光合作用的凈積累值,即光合作用與細(xì)胞呼吸的差值。 D 典例1 正常
32、生長(zhǎng)的綠藻,照光培養(yǎng)一段時(shí)間后,用黑布迅速將培養(yǎng)瓶罩上,此后綠藻細(xì)胞的葉綠體內(nèi)不可能發(fā)生的現(xiàn)象是( B ) A.O2的產(chǎn)生停止 B.CO2的固定加快 C.ATP/ADP比值下降 D.NADPH/NADP+比值下降 [解析] 本題考查光照變化對(duì)光合作用過(guò)程的影響。用黑布將培養(yǎng)瓶罩住,相當(dāng)于停止光照,光反應(yīng)停止,不再產(chǎn)生氧氣。[H]和ATP的產(chǎn)生停止,導(dǎo)致暗反應(yīng)C3的還原速度減慢,C3在葉綠體內(nèi)積累導(dǎo)致二氧化碳固定減慢。光反應(yīng)停止,ATP的生成減少,ATP/ADP比值下降。光反應(yīng)停止,NADPH([H])的產(chǎn)生減少,NADPH/NADP+比值下降。解答本題的關(guān)鍵是弄清楚光照和哪些反應(yīng)有關(guān)
33、,引起哪些物質(zhì)發(fā)生變化。 〔變式訓(xùn)練1〕 將植物栽培在光照、溫度適宜,CO2充足的條件下,如果將環(huán)境中CO2含量突然降至極低水平,此時(shí)葉肉細(xì)胞中C3化合物、C5化合物和ATP含量的變化情況依次是( C ) A.上升、下降、上升 B.下降、上升、下降 C.下降、上升、上升 D.上升、下降、下降 [解析] 在其他條件都適宜的前提下,CO2含量突然降低會(huì)導(dǎo)致CO2的固定受阻,致使C3化合物的來(lái)源受阻,C5化合物的去路受阻。而C3化合物的還原過(guò)程仍然在進(jìn)行,導(dǎo)致C3化合物因不斷被還原而減少,C5化合物因不斷產(chǎn)生而增加,C3化合物的來(lái)源不足,致使ATP的利用減少,含量上升。 知識(shí)點(diǎn)2 影響
34、光合作用的環(huán)境因素及在生產(chǎn)中的應(yīng)用 Z 1.光照強(qiáng)度: (1)原理:光照強(qiáng)度主要影響光反應(yīng)階段ATP和[H]的產(chǎn)生,進(jìn)而影響暗反應(yīng)階段。 (2)曲線 關(guān)鍵點(diǎn) A點(diǎn) 光照強(qiáng)度為0,此時(shí)只進(jìn)行細(xì)胞呼吸;A點(diǎn)的CO2釋放量表示細(xì)胞呼吸速率 B點(diǎn) 光合作用強(qiáng)度=細(xì)胞呼吸強(qiáng)度(細(xì)胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用),此時(shí)光照強(qiáng)度稱(chēng)為光的補(bǔ)償點(diǎn) C′點(diǎn) 光照強(qiáng)度增強(qiáng),光合作用強(qiáng)度基本不變,此時(shí)的光照強(qiáng)度稱(chēng)為光的飽和點(diǎn),此時(shí)CO2吸收量表示凈光合作用速率 區(qū)段分析 AB段 開(kāi)始進(jìn)行光合作用,隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng),光合作用強(qiáng)度也增強(qiáng),但光合作用強(qiáng)度小于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度 BC段 隨
35、光照強(qiáng)度的增強(qiáng),光合作用強(qiáng)度增強(qiáng) (3)應(yīng)用 ①欲使植物正常生長(zhǎng),則應(yīng)使光照強(qiáng)度大于B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度。 ②適當(dāng)提高光照強(qiáng)度:如陰雨天適當(dāng)補(bǔ)充光照,及時(shí)對(duì)大棚除霜消霧等。 ③合理密植和間作套種:陰生植物的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)低,因此間作套種農(nóng)作物可以充分利用光照。 2.CO2濃度 (1)原理:CO2濃度通過(guò)影響暗反應(yīng)階段,制約C3的生成進(jìn)而影響光合作用強(qiáng)度。 關(guān)鍵 點(diǎn) A CO2的補(bǔ)償點(diǎn):光合速率等于呼吸速率時(shí)的CO2濃度 A′ 進(jìn)行光合作用所需的最低CO2濃度 B和B′ CO2飽和點(diǎn) 走勢(shì) 分析 圖1和 圖2 一定范圍內(nèi),光合作用強(qiáng)度隨CO2濃度的
36、增大而增大,但當(dāng)CO2達(dá)到一定的濃度時(shí),光合作用強(qiáng)度不再增強(qiáng) (3)應(yīng)用 ①大氣中的CO2濃度處于OA′段時(shí),植物無(wú)法進(jìn)行光合作用。 ②在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可通過(guò)“正其行,通其風(fēng)”和增施農(nóng)家肥等措施增加CO2濃度,提高光合作用速率。 3.溫度 (1)原理:通過(guò)影響酶活性進(jìn)而影響光合作用。 (2)曲線: ①AB段:隨著溫度升高,光合作用增強(qiáng)。 ②B點(diǎn):光合作用最適溫度。 ③BC段:隨著溫度升高,光合作用減弱。 ④溫度過(guò)高時(shí),酶失活,光合作用完全停止。 (3)應(yīng)用 ①適時(shí)播種。 ②溫室栽培時(shí)白天適當(dāng)提高溫度,夜間適當(dāng)降低溫度。 4.水及礦質(zhì)元素對(duì)光合作用的影響 (1)原理
37、:①N、Mg、Fe等是葉綠素合成的必需元素,若這些元素缺乏,會(huì)影響葉綠素的合成從而影響光合作用。 ②水既是光合作用的原料,又是體內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì),水還會(huì)影響氣孔的開(kāi)閉,從而影響CO2進(jìn)入植物體。 (2)曲線 (3)應(yīng)用 ①合理施肥;②預(yù)防干旱,合理灌溉。 Y (1)光的補(bǔ)償點(diǎn)是指凈光合作用為0的點(diǎn),實(shí)際光合作用補(bǔ)償(抵消)了呼吸作用,此時(shí)植物表現(xiàn)為不生長(zhǎng)。 (2)CO2的飽和點(diǎn)是指光合作用達(dá)到最大值時(shí)所需的最低CO2濃度,外界條件變化時(shí),CO2的飽和點(diǎn)會(huì)發(fā)生變化。 D 典例2 如圖所示,圖甲表示某種植物光合作用強(qiáng)度(用CO2吸收量表示)與光照強(qiáng)度的關(guān)系,圖乙表示該
38、植物葉肉細(xì)胞的部分結(jié)構(gòu)(圖中m和n代表兩種氣體的體積),下列說(shuō)法正確的是(注:不考慮無(wú)氧呼吸)( D ) A.圖甲中的縱坐標(biāo)數(shù)值即為圖乙中的m4 B.處于圖甲中A、B、C、D、E任意一點(diǎn),圖乙中都有m1=n1>0,m2=n2>0 C.圖甲中E點(diǎn)以后,圖乙中n4不再增加,其主要原因是m1值太低 D.圖甲中C點(diǎn)時(shí),圖乙中有m1=n1=m4=n4 [解析] 圖乙中m1~m4分別表示線粒體產(chǎn)生、細(xì)胞釋放、細(xì)胞吸收、葉綠體吸收的CO2量,n1~n4分別表示線粒體吸收、細(xì)胞吸收、細(xì)胞釋放、葉綠體產(chǎn)生的O2量。圖甲中的縱坐標(biāo)數(shù)值是整個(gè)細(xì)胞吸收的CO2,即為圖乙中的m3,A項(xiàng)錯(cuò)誤;在E點(diǎn)時(shí),葉綠
39、體產(chǎn)生的O2足夠線粒體進(jìn)行細(xì)胞呼吸消耗,n2=0,B項(xiàng)錯(cuò)誤;圖甲在E點(diǎn)以后,圖乙中n4不再增加,即達(dá)到光飽和點(diǎn),其主要原因是葉綠體中的色素等有限,來(lái)不及吸收和利用那么多的光能,C項(xiàng)錯(cuò)誤;圖甲中C點(diǎn)時(shí),光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度,故有m1=n1=m4=n4,D項(xiàng)正確。 〔變式訓(xùn)練2〕 (2018·湖北黃岡高三上學(xué)期期末) 如圖所示,甲圖和乙圖表示某植物在適宜的CO2濃度下光合速率與環(huán)境因素之間的關(guān)系,下列相關(guān)描述中錯(cuò)誤的是( D ) A.甲圖中,在A′點(diǎn)限制光合速率的主要因素是光照強(qiáng)度,在B′點(diǎn)限制光合速率的主要因素是溫度 B.從乙圖可以看出,當(dāng)超過(guò)一定溫度后,光合速率會(huì)隨著溫度的
40、升高而降低 C.溫度主要是通過(guò)影響酶的活性來(lái)影響光合速率的 D.若光照強(qiáng)度突然由A變?yōu)锽,短時(shí)間內(nèi)葉肉細(xì)胞中C3的含量會(huì)增加 [解析] 甲圖表示光照強(qiáng)度和溫度對(duì)光合速率的影響,乙圖表示溫度對(duì)光合速率的影響。分析甲圖中某點(diǎn)的限制因素時(shí),要看曲線是否達(dá)到飽和點(diǎn)。如果沒(méi)有達(dá)到飽和點(diǎn)(如A′點(diǎn)),則限制因素為橫坐標(biāo)表示的因素,即光照強(qiáng)度;當(dāng)達(dá)到飽和點(diǎn)以后(如B′點(diǎn)),則限制因素為橫坐標(biāo)表示的因素以外的其他因素,如溫度。當(dāng)光照強(qiáng)度突然增強(qiáng)時(shí),光反應(yīng)速率加快,產(chǎn)生更多的[H]和ATP,短時(shí)間內(nèi)C3的還原速率加快,而CO2的固定速率不變,故C3的含量會(huì)減少。 知識(shí)點(diǎn)3 化能合成作用 Z 1.硝
41、化細(xì)菌進(jìn)行化能合成作用的過(guò)程 2.與光合作用的區(qū)別 化能合成作用與光合作用的不同之處僅在于光合作用是利用光能將CO2和H2O合成有機(jī)物,而化能合成作用是利用化學(xué)能將CO2和H2O合成有機(jī)物。 注意:除了硝化細(xì)菌外,能進(jìn)行化能合成作用的細(xì)菌還有硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等。 D 典例3 硝化細(xì)菌通過(guò)化能合成作用形成有機(jī)物,需要下列哪種環(huán)境條件( B ) A.具有NH3及缺氧 B.具有NH3和氧 C.具有硝酸和氧 D.具有硝酸和缺氧 [解析] 硝化細(xì)菌的化能合成作用所需要的能量來(lái)自土壤中的氨(NH3)氧化成亞硝酸(HNO2)和硝酸(HNO3)的過(guò)程中釋放出來(lái)的能量。因此,硝化細(xì)菌所需
42、要的環(huán)境條件是有NH3和氧氣。 〔變式訓(xùn)練3〕 光合作用和化能合成作用的相同點(diǎn)是( B ) A.都需要把太陽(yáng)光作為能源 B.把無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物 C.都需要利用氧氣 D.都需要物質(zhì)氧化形成的能量 [解析] 光合作用和化能合成作用的相同點(diǎn)是把無(wú)機(jī)物CO2和H2O轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物。 一、光照、CO2濃度對(duì)光合作用中各物質(zhì)含量的影響 當(dāng)外界條件改變時(shí),光合作用中C3、C5、[H]、ATP的含量變化分析如下。 1.圖示 2.分析 條件 過(guò)程變化 C3 C5 [H]和 ATP 模型分析 光照由強(qiáng)到弱,CO2供應(yīng)不變 ①過(guò)程減弱,②③過(guò)程減弱,④過(guò)程正常進(jìn)行 增
43、加 減少 減少或 沒(méi)有 光照由弱到強(qiáng),CO2供應(yīng)不變 ①過(guò)程增強(qiáng),②③過(guò)程增強(qiáng),④過(guò)程正常進(jìn)行 減少 增加 增加 光照不變,CO2由充足到不足 ④過(guò)程減弱;②③過(guò)程正常進(jìn)行,①過(guò)程正常進(jìn)行 減少 增加 增加 光照不變,CO2由不足到充足 ④過(guò)程增強(qiáng);②③過(guò)程正常進(jìn)行,①過(guò)程正常進(jìn)行 增加 減少 減少 提示:以上各種物質(zhì)的含量變化是在外界條件改變的短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的,且是相對(duì)含量的變化。 典例4 下圖為光合作用過(guò)程示意圖。在適宜條件下栽培小麥,如果突然將c降低至極低水平(其他條件不變),則a、b在葉綠體中含量的變化將會(huì)是( B ) A
44、.a(chǎn)上升、b下降 B.a(chǎn)、b都上升 C.a(chǎn)、b都下降 D.a(chǎn)下降、b上升 [解析] 圖中c為二氧化碳,a、b分別為[H]和ATP。在光合作用過(guò)程中突然將二氧化碳降低到極低水平,而其他條件不變,這時(shí),二氧化碳的固定減弱,但C3的還原仍會(huì)進(jìn)行一會(huì)兒,所以C3含量下降,C5含量增加,[H]和ATP的含量都會(huì)上升,(CH2O)的合成減少。 二、光合作用與有氧呼吸的區(qū)別和聯(lián)系 1.光合作用與有氧呼吸的區(qū)別 項(xiàng)目 光合作用 有氧呼吸 物質(zhì)變化 無(wú)機(jī)物→有機(jī)物 有機(jī)物→無(wú)機(jī)物 能量變化 光能→化學(xué)能(儲(chǔ)能) 化學(xué)能→ATP中活躍的化學(xué)能、熱能(放能) 實(shí)質(zhì) 合成有機(jī)物,儲(chǔ)存
45、能量 分解有機(jī)物,釋放能量,供細(xì)胞利用 場(chǎng)所 葉綠體 活細(xì)胞(主要在線粒體) 條件 只在光下進(jìn)行 有光、無(wú)光條件下都能進(jìn)行 2.探究?jī)烧咧g的聯(lián)系 (1)物質(zhì)方面 C:CO2(CH2O)C3H4O3CO2 O:H2OO2H2O H:H2O[H](CH2O)[H]H2O (2)能量方面 光能ATP中活躍的化學(xué)能(CH2O)中穩(wěn)定的化 學(xué)能 3.[H]和ATP的來(lái)源、去路的比較 比較項(xiàng)目 主要來(lái)源 主要去路 [H] 光合作用 光反應(yīng)中水的光解 作為暗反應(yīng)階段的還原劑,用于還原C3合成有機(jī)物 有氧呼吸 第一、二階段產(chǎn)生 用于第三階段還原O2
46、產(chǎn)生水,同時(shí)釋放大量能量 ATP 光合作用 在光反應(yīng)階段合成ATP,其合成所需能量來(lái)自色素吸收、轉(zhuǎn)化的太陽(yáng)能 供應(yīng)暗反應(yīng)階段C3還原時(shí)的能量之需,以穩(wěn)定的化學(xué)能形式儲(chǔ)存在有機(jī)物中 有氧呼吸 第一、二、三階段均產(chǎn)生,其中第三階段產(chǎn)生最多,能量來(lái)自有機(jī)物的分解 作為供能物質(zhì)直接用于各項(xiàng)生命活動(dòng) 典例5 如圖是綠色開(kāi)花植物體內(nèi)能量供應(yīng)及利用的示意圖,下列說(shuō)法正確的是( C ) A.乙過(guò)程利用的ATP是由甲和丙過(guò)程共同提供的 B.乙過(guò)程中的ATP用于固定CO2和還原C3 C.甲、丙中合成ATP所需的能量來(lái)源不相同 D.丁中的能量可用于肌肉收縮、人的紅細(xì)胞吸收葡萄糖、
47、興奮傳導(dǎo)等 [解析] 從圖中發(fā)生的變化可判斷,甲是光反應(yīng),乙是暗反應(yīng),丙是細(xì)胞呼吸,丁是ATP的水解。細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的ATP不能用于光合作用的暗反應(yīng),A項(xiàng)錯(cuò)誤;光反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的ATP用于C3的還原,不能用于CO2的固定,B項(xiàng)錯(cuò)誤;光反應(yīng)合成ATP所需的能量來(lái)源于光能,而丙過(guò)程合成ATP所需的能量來(lái)自有機(jī)物中的化學(xué)能,C項(xiàng)正確;人的紅細(xì)胞吸收葡萄糖的方式是協(xié)助擴(kuò)散,協(xié)助擴(kuò)散需要載體蛋白,但不消耗ATP,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 三、光合作用與細(xì)胞呼吸的相關(guān)計(jì)算 1.呼吸速率的表示方法 將植物置于黑暗環(huán)境中,測(cè)定實(shí)驗(yàn)容器內(nèi)CO2增加量、O2減少量或有機(jī)物減少量。 2.凈光合速率和真正光合速率的表示方法
48、 (1)凈光合速率:常用在光照條件下測(cè)得的一定時(shí)間內(nèi)O2釋放量、CO2吸收量或有機(jī)物積累量表示。 (2)真正光合速率:常用一定時(shí)間內(nèi)O2產(chǎn)生量、CO2固定量或有機(jī)物產(chǎn)生量(或制造量)表示。 3.呼吸速率、凈光合速率與真正光合速率的關(guān)系 由圖可知,在不考慮光照強(qiáng)度對(duì)呼吸速率影響的情況下,OA段表示植物呼吸速率,OD段表示植物凈光合速率,OA+OD段表示總光合速率(即真正光合速率)。即真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率。 4.相關(guān)計(jì)算 當(dāng)植物的光合作用與細(xì)胞呼吸同時(shí)進(jìn)行時(shí),存在如下關(guān)系: (1)光合作用實(shí)際產(chǎn)氧量(葉綠體產(chǎn)氧量)=實(shí)測(cè)植物氧氣釋放量+細(xì)胞呼吸耗氧量。 (2)光合
49、作用實(shí)際CO2消耗量(葉綠體消耗CO2量)=實(shí)測(cè)植物CO2吸收量+細(xì)胞呼吸CO2釋放量。 (3)光合作用葡萄糖凈產(chǎn)生量(葡萄糖積累量)=光合作用實(shí)際葡萄糖產(chǎn)生量(葉綠體產(chǎn)生或合成的葡萄糖量)-細(xì)胞呼吸葡萄糖消耗量。 5.以凈光合速率的大小來(lái)判斷植物能否正常生長(zhǎng)(自然狀態(tài)下,以一天24 h為單位) (1)凈光合速率大于0時(shí),植物因積累有機(jī)物而正常生長(zhǎng)。 (2)凈光合速率等于0時(shí),植物因沒(méi)有有機(jī)物積累而不能生長(zhǎng)。 (3)凈光合速率小于0時(shí),植物因有機(jī)物減少而不能生長(zhǎng),且長(zhǎng)時(shí)間處于此種狀態(tài)下植物將死亡。 警示:植物進(jìn)行光合作用的同時(shí),一定進(jìn)行細(xì)胞呼吸,但在進(jìn)行細(xì)胞呼吸時(shí)不一定進(jìn)行光合作用
50、,因?yàn)楣夂献饔弥挥性谟泄鈼l件下才能進(jìn)行,而細(xì)胞呼吸只要是活細(xì)胞就會(huì)進(jìn)行。 典例6 以測(cè)定的CO2吸收量與釋放量為指標(biāo),研究溫度對(duì)某綠色植物光合作用與細(xì)胞呼吸的影響,結(jié)果如圖所示。下列分析正確的是( A ) A. 光照相同時(shí)間,35℃時(shí)光合作用制造的有機(jī)物的量與30℃時(shí)相等 B.光照相同時(shí)間,在20℃條件下植物積累的有機(jī)物的量最多 C.溫度高于25℃時(shí),光合作用制造的有機(jī)物的量開(kāi)始減少 D.兩曲線的交點(diǎn)表示光合作用制造的有機(jī)物的量與細(xì)胞呼吸消耗的有機(jī)物的量相等 [解析] 圖中虛線表示的是光照下CO2的吸收量,即光合作用有機(jī)物凈合成量,在光照時(shí)間相同的情況下,30℃時(shí)光合作用有機(jī)物
51、合成的總量為3.50(有機(jī)物凈合成量)+3.00(呼吸消耗量)=6.50 mg·h-1,35℃時(shí)光合作用有機(jī)物合成的總量為3.00(有機(jī)物凈合成量)+3.50(呼吸消耗量)=6.50 mg·h-1,二者相等。在25℃時(shí),CO2吸收量最大,即光合作用有機(jī)物凈合成量最大。溫度高于25℃時(shí),如30℃時(shí),光合作用制造的有機(jī)物的量還在增加;兩曲線的交點(diǎn)表示光合作用的有機(jī)物凈合成量等于細(xì)胞呼吸消耗量。 四、光合作用、細(xì)胞呼吸曲線中關(guān)鍵點(diǎn)的移動(dòng) CO2(或光)補(bǔ)償點(diǎn)和飽和點(diǎn)的移動(dòng)方向:一般有左移、右移之分,其中CO2(或光)補(bǔ)償點(diǎn)B是曲線與橫軸的交點(diǎn),CO2(或光)飽和點(diǎn)C則是最大光合速率對(duì)應(yīng)的CO
52、2濃度(或光照強(qiáng)度),位于橫軸上。 (1)呼吸速率增加,其他條件不變時(shí),CO2(或光)補(bǔ)償點(diǎn)B應(yīng)右移;反之左移。 (2)呼吸速率基本不變,相關(guān)條件的改變使光合速率下降時(shí),CO2(或光)補(bǔ)償點(diǎn)B應(yīng)右移;反之左移。 (3)與陽(yáng)生植物相比,陰生植物CO2(或光)補(bǔ)償點(diǎn)和飽和點(diǎn)都應(yīng)向左移動(dòng)。 典例7 已知某植物光合作用和細(xì)胞呼吸的最適溫度分別為25℃和30℃,如圖表示30℃時(shí)光合作用與光照強(qiáng)度的關(guān)系。若溫度降到25℃(原光照強(qiáng)度和CO2濃度不變),理論上圖中相應(yīng)點(diǎn)a、b、d的移動(dòng)方向分別是( C ) A.下移、右移、上移 B.下移、左移、下移 C.上移、左移、上移 D.上移、右移、
53、上移 [解析] 圖中a、b、d三點(diǎn)分別表示細(xì)胞呼吸強(qiáng)度、光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)。由題干“光合作用和細(xì)胞呼吸的最適溫度分別為25℃和30℃”可知,當(dāng)溫度從30℃下降到25℃時(shí),細(xì)胞呼吸強(qiáng)度降低,a點(diǎn)上移;光合作用強(qiáng)度增強(qiáng),所以光飽和點(diǎn)(d點(diǎn))時(shí)吸收的CO2增多,d點(diǎn)上移。b點(diǎn)表示光合作用強(qiáng)度=細(xì)胞呼吸強(qiáng)度,在25℃時(shí)細(xì)胞呼吸強(qiáng)度降低,光合作用強(qiáng)度增強(qiáng),在除光照強(qiáng)度外其他條件不變的情況下,要使其仍然與細(xì)胞呼吸強(qiáng)度相等,需降低光照強(qiáng)度以使光合作用強(qiáng)度與細(xì)胞呼吸強(qiáng)度相等,即b點(diǎn)左移。 1.葉綠體中的色素 (1)種類(lèi):葉綠素——葉綠素a(藍(lán)綠色)和葉綠素b(黃綠色);類(lèi)胡蘿卜素——胡蘿卜素(橙黃色
54、)和葉黃素(黃色)。(2)功能:葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光,類(lèi)胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光。 2.綠葉中色素的提取和分離 (1)色素提取的原理:色素都能溶解在有機(jī)溶劑無(wú)水乙醇中。(2)色素分離的原理:色素在層析液中的溶解度不同,溶解度大的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得快;反之,則慢。 3.葉綠體 (1)結(jié)構(gòu):外膜、內(nèi)膜、基質(zhì)、基粒(由類(lèi)囊體構(gòu)成)。(2)酶的分布:類(lèi)囊體和基質(zhì)中。(3)色素分布:類(lèi)囊體的薄膜上。 4.光合作用的過(guò)程 (1)光反應(yīng)階段:必須有光才能進(jìn)行。 ①場(chǎng)所:類(lèi)囊體薄膜上。②物質(zhì)變化:H2O分解成O2和[H],合成ATP。③能量變化:光能轉(zhuǎn)換成活躍的化學(xué)能儲(chǔ)存在ATP中。 (2)暗反應(yīng)階段:有光無(wú)光都能進(jìn)行。 ①場(chǎng)所:葉綠體基質(zhì)中。②物質(zhì)變化:CO2的固定,C3的還原。③能量變化:ATP中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能。 (3)聯(lián)系:光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP和[H],暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供合成ATP的原料ADP和Pi。
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