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第4节 能量之源——光与光合作用
学习目标：
1.说出光合作用的概念 2.说出绿叶中色素的种类和作用 3.说出叶绿体的结构和功能
4.写出光合作用的总反应方程式 5.用图解形式概述光合作用的主要过程
6.列表比较光反应与暗反应的异同 7.列举影响光合作用强度的环境因素
8.解释光照强度、温度、CO2浓度、水、矿质元素对光合作用的影响
9.解释光合作用的意义 10.综合应用光合作用的有关原理解释实践中遇到的问题
11.简述化能合成作用 12.比较光合作用与化能合成作用的异同
自主学习：一、捕获光能的色素：1. 色素的种类、颜色及功能
_________ (______色）
叶绿素 主要吸收____________________
_________ (黄绿色）
色素
__________（_____色）
___________ 主要吸收__________________
__________（ 黄 色）
2. 色素的分布：只分布在__________________________
3. 色素的含量：叶绿素约占_________，类胡萝卜素约占_________。
合作探究【活动一】实验：绿叶中色素的提取和分离
1．原理：⑴提取原理：色素能够溶解在有机溶剂 ____ 中；⑵分离原理：色素在_________(为混和物)中溶解度不同，溶解度高的随之在滤纸上扩散得 ；反之则______。
2． 方法步骤：
加入SiO2的目的：
称量，剪碎绿叶
加入CaCO3的目的：
加入无水乙醇的目的：
研磨
过滤 （用单层尼龙布，而不用滤纸，原因是________________________）
收集滤液（棉塞封口的目的： ）
细线形态： （目的： ）
画线次数： （目的： ）
制备滤纸条
画滤液细线 要求
颜色
色素种类
黄绿色
蓝绿色
黄色
橙黄色
层析 要求：滤液细线 __（能、不能）触及层析液
理由：
观察、记录
3．叶绿体中色素的在滤纸条上的分布：
⑴由上到下的色素带名称：
⑵最宽的色素带是：_______________
⑶实验方法名称是：_________________
【活动二】、叶绿体及色素的功能探究：恩格尔曼的两个实验
课本P100资料分析：恩格尔曼实验一分析，完成课本三个讨论题
课本P100课后练习第3题：恩格尔曼实验二分析
【目标检测1】
1. 下列有关说法正确的是：
A．植物细胞都能进行光合作用 B．光合色素分布于叶绿体内膜和类囊体薄膜上
C．叶绿体中只有叶绿素能够吸收光能 D．叶绿体的内部有巨大的膜表面
2. 对绿色植物光合作用最有效的一组光是
A.红光和黄绿色 B.黄光和蓝紫光 C.红光和橙光 D.红橙光和蓝紫光
3.用下述容积相同的玻璃罩分别罩住大小、生长状况相同的天竺葵，光照相同的时间后，罩内O2最少的是：A．绿色罩 B．红色罩 C．白色罩 D．紫色罩
4.下列几种色素在层析液中扩散速度最快的是：
A.叶黄素 B.胡萝卜素 C.叶绿素a D.叶绿素b
5.将新鲜菠菜绿叶中的色素用无水乙醇提取，经层析液分离，结果如图所示。
以下叙述正确的是：
A．带1为叶绿素b B．带1中的色素在层析液中的溶解度最小
C．带3、带4中的色素主要吸收红光和蓝紫光 D．带4为橙黄色
6.(2010上海高考)右图中①代表新鲜菠菜叶的光合色素纸层析结果，则右图
②所示结果最有可能来自：A．水培的洋葱叶 B．生长的柳树幼叶
C．培养的衣藻 D．秋冬的银杏落叶
7.下列有关叶绿体中色素提取的实验说法中，正确的有(多选)：
A.用无水乙醇分离滤液中的色素 B.画滤液细线时迅速重复划多次，保证色素的量
C.层析时滤液细线不能触及层析液 D.用单层尼龙布而不是滤纸来过滤
8.做绿叶中色素的分离时，色素带颜色过浅的原因可能有(多选)：
A.绿叶不新鲜或量少 B.研磨不充分 C.无水乙醇加入过多 D.忘了加碳酸钙
9.有关叶绿体中色素的说法中，正确的是(多选)：
A.纸层析条的结果，由上往下分布的色素带的颜色依次黄绿、蓝绿、黄、橙黄
B.纸层析条的结果，色素带宽窄由色素含量决定，色素带扩散距离主要由
色素的溶解度决定
C.春夏叶片呈绿色是因为叶绿素占叶内色素含量的大部分
D.秋天树叶变黄是因为叶绿素正常代谢分解后，低温抑制叶绿素形成，
呈现类胡萝卜素颜色
10.实验题：甲、乙两同学做完“绿叶中的色素的提取和分离实验”后，发现部分预留叶片已变黄。甲同学认为这是由于叶片中某些色素降解所造成的，乙同学则认为某些色素含量增加。根据所学知识，你将如何设计实验来判断两个同学的观点是否正确？
⑴从预留的叶片中挑选出______________________________的________________的叶片
和________________________的叶片为实验材料；
⑵在______条件下，再次进行__________________________________实验;
⑶测定和记录实验结果，比较__________________________________________；
⑷得出结论。
自主学习：二、光合作用的探究历程
1．直到18世纪中期，人们一直以为只有土壤中的 是植物建造自身的原料。
2．1771年，英国的普利斯特利的实验证实： 可以更新因蜡烛燃烧或动物呼吸而变得污浊的空气。
3．1779年，荷兰的英格豪斯证明了 在更新空气中不可缺少。
4．1785年，随着空气组成成分的发现，人们才明确绿叶在光下放出的气体是 ，吸收的是 。
5．1864年，德国的萨克斯的实验证实了光合作用的产物还有 。
6．1939年，美国的鲁宾和卡门利用 证明了光合作用释放氧气来自水。
光能
叶绿体
中的色素
2C3
C5
(CH2O)=
多种酶
参加催化
7．20世纪40年代，美国的卡尔文，利用 技术最终探明了CO2中的碳在光合作用转化成有机物中碳的途径。
三、光合作用的过程
关注：⑴场所
⑵条件
⑶物质变化
⑷能量变化
四、光合作用小结：
1．概念：光合作用是指绿色植物通过 ______ _，利用 __ _ ，把 _________ 和 转变成储存着能量的 _____ ，并且释放 ___ 的过程。
2．光合作用的反应式： 。
3. 影响因素：______________、 ____ 、___________、H2O和无机盐含量等。
【活动三】、光反应和暗反应的区别和联系
项目
光反应
暗反应
条件
场所
物质变化
能量转换
联系
光反应是暗反应的________，光反应 暗反应
【活动四】、光合作用与细胞有氧呼吸的区别和联系
比较项目
光合作用
细胞呼吸（有氧呼吸）
区
别
场所
物质变化
→
→
能量变化
→
→
影响因素
联 系
光合作用 细胞呼吸 各种生命活动(光合除外)
【目标检测2】
1. 1880年美国生物学家恩格尔曼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．好氧性细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强
C．好氧性细菌聚集多的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强
D．好氧性细菌大量消耗O2，使水绵光合作用速度快，则该种光有利于光合作用
2. 没有在光合作用暗反应中被消耗的物质是：
A．［H］和ATP B．H2O和CO2 C．五碳化合物和酶 D．三碳化合物
3. 光合作用过程中，光能首先被用于：
A．叶绿素的形成 B．CO2的固定 C．水的光解 D．ATP的合成
4. 在光合作用中，不需要酶参与的过程是：
A.CO2的固定 B.叶绿素吸收光能 C.三碳化合物的还原 D.ATP的形成
5. 光合作用过程的正确顺序是：
①CO2的固定 ②O2的释放 ③叶绿素吸收光能 ④水的光解 ⑤C3被还原
A.④③②⑤① B.④②③⑤① C. ③②④①⑤ D.③④②①⑤
6. 红枫是一种木本观赏植物，在生长季节叶片呈红色，下列关于该植物的叙述，正确的是：
A．红枫叶片不含叶绿素 B．红枫叶片叶绿体中的色素都分布在类囊体薄膜上
C．红枫叶片呈红色是因为吸收了红光 D．液泡中的色素吸收的光能用于光合作用
7. 光合作用中，ATP转变成ADP的地方，是在叶绿体的：
A．外膜上 B．基质中 C．色素中 D．基粒中
8. 科学家用14C标记CO2，发现碳原子在光合作用中转移途径是:
A．CO2 →C5 → C3 →葡萄糖 B．CO2 →ATP →葡萄糖
C．CO2 → C5 → 葡萄糖 D．CO2 → C3 →葡萄糖
9. 光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，下列参与暗反应必需的物质是：
A.H2O、CO2、ADP B.CO2、［H］、ATP C.H2O、CO2、ATP D.［H］、H2O、ADP
10.如图为叶绿体亚显微结构图，关于其结构与功能的不正确叙述是：
A．①和②均为选择透过性膜
B．光反应的产物有O2、［H］、ATP等
C．③上的反应需要光，不需要酶，④中的反应不需
要光，需要多种酶
D．光能转变为活跃化学能在③上进行；活跃化学能转变为稳定化学能在④中完成
11. 德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处数小时“饥饿”处理后，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(多选)：
A．本实验未设对照组
B．有无光照是遮光和曝光区域表现不同结果的唯一原因
C．实验初始时遮光和曝光区域均达到无淀粉状态
D．实验证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉
12.下图为光反应、暗反应联系示意图，请根据图回答下面的问题：
⑴填出图中字母所表示的物质； a 、b 、c 、d ；
⑵光合作用中的能量转变是：
光能→ →
⑶由“d”经暗反应产生有机物，可以 分 、 两个阶段。
⑷如果用同位素3H标记参与光合作用的水，并追踪3H，它最可能的途径是 。
⑸如小麦在适宜条件下栽培，突然将d降至极低水平，则小麦叶片中的三碳化合物含量会 ，其原因是 ；若降低d的同时，又停止光照，则不会出现上述现象，其原因是 。
【活动五】、光合作用强度(速率)
1. (总)光合作用速率：植物在 内通过光合作用制造 的数量。
2. 净光合速率＝(总)光合作用速率－有氧呼吸速率 (一般不考虑无氧呼吸)
净光合速率常用单位时间内从外界环境中__________的量或__________的量表示。
3.影响光合作用强度的主要因素
（1）光照强度：光照强度影响 反应。一定范围内，速率随之增加而 。
（2）CO2浓度：CO2浓度影响 反应。一定范围内，速率随之增加而 。
（3）温度：温度影响 的活性进而影响 （光反应、暗反应）的速率。
例1：甲图表示光合作用部分过程的图解，乙图表示改变光照后，与光合作用有关的C5和C3在细胞内的变化曲线，请据图回答下面的问题。
(1)甲图中A表示的物质是____，它是由________产生，其作用主要是___________________________。
(2)甲图中ATP形成所需的能量最终来自于________。若用放射性同位素标记14CO2，则14C最终进入的物质是________。
(3)乙图中曲线a表示的化合物是_____，在无光照时，其含量迅速上升的原因是：_________________________________________________________。
(4)曲线b表示的化合物是________，在无光照时，其含量下降的原因是：_________________________________________________________。
例2：将植物栽培在适宜的光照、温度和充足的CO2条件下。如果将环境中CO2含量突然降至极低水平，此时叶肉细胞内的C3、C5和ATP含量的变化情况依次是
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
例3：光合作用主要影响因素分析：
1.光照强度影响：分析右图曲线回答：
⑴A点含义： ；
⑵B点含义： ，称为光补偿点；
⑶C点表示： ，称为光饱和点；
⑷若甲曲线代表阳生植物，则乙曲线代表 植物。
⑸若温度保持不变，一般算呼吸速率不变，则C点的呼吸速率为_______(单位:略)真正光合作用强度为_______
课后练习P106：二、拓展题⒈据右图回答书本3个问题：
变式题：
左图为常见的时间与光合呼吸关系图：
请分析回答：
⑴光合作用开始的点为_____，结束的点为_______；
⑵光合作用与呼吸作用速率相同的点为__________；
⑶光合作用速率最大的点为________；⑷有机物积累最多的点为______。
2.温度影响：分析下图曲线填充：
应用：冬天，温室栽培可适当_______温度；夏天，温室栽培可适当______温度。白天调到___________温度，以提高光合作用；晚上适当_______温室的温度，以________________，保证植物有机物的__________。
3. CO2的浓度：正常大气：CO2占0.03%，增加到0.1%，产量增加一倍，再提高，产量不再增加，降到0.005%时，光合作用不能正常进行。因此，平时植物一般处于CO2饥饿状态，故农田施_______(化肥、有机肥)，温室烧火炉或圈养动物以增加_______可增产。
【活动六】、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 时所释放的化学能，将 合成糖类。与光合作用的异同：物质合成方式_________，能量来源___________。
3. 绿色植物和硝化细菌都能合成有机物，因此属于 养型生物，而人、动物、真菌及大多数细菌只能利用环境中现成的有机物，属于 养型生物。
【目标检测3】
1.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浓度过低 D．CO2浓度过高
2.下列措施中，不会提高温室蔬菜产量的是：
A.增大O2浓度 B.增大CO2浓度 C.增强光照 D.调节室温
3．叶绿体是进行光合作用的场所。下列关于叶绿体和光合作用的描述中正确的是：
A．蓝藻进行光合作用的场所是叶绿体
B．光合作用产生的ATP和细胞呼吸产生的ATP的去向是一样的
C．光照下叶绿体中的ATP主要是淀粉经过有氧呼吸氧化分解后产生的
D．叶绿体的类囊体薄膜上含有进行光合作用所需的色素和酶
4．下列有关的叙述正确的是：
A．无氧条件下，光合作用是细胞内ATP的唯一来源
B．在暗反应过程中，ATP和C5化合物的数量不断减少
C．在适宜温度下，光合作用强度随着光照强度的提高而不断增强
D．在白天，叶绿体可为线粒体提供O2，用于有机物的氧化分解
5．据右图判断下列叙述不正确的是：
A．X、Y物质分别代表C3和丙酮酸
B．①④过程中可以产生 [H]，②过程需要消耗 [H]
C．①过程发生在线粒体基质中，②过程发生在叶绿体基质中
D．①②③④四个过程中既没有消耗氧气，也没有产生氧气
组
别
温度
（℃）
光照强度：
普通阳光（%）
开始时的
CO2浓度（%）
12h后的
CO2浓度（%）
1
25
0
0.35
0.368
2
25
20
0.35
0.306
3
25
40
0.35
0.289
4
25
60
0.35
0.282
5
25
80
0.35
0.280
6
25
100
0.35
0.279
6．为了探究光照强度与光合作用的关系，某兴趣小组将西红柿植株置于密闭装置中进行了相关实验。结果如右表所示。据表分析下列叙述正确的是：
A．实验的自变量是CO2浓度的变化，因变量是光照强度的变化
B．该实验的对照组是第1组实验，能提供呼吸作用强度
C．若将第6组植株突然移至第4组条件下，短时间内细胞中的C5将增加
D．通过上述实验，可以确定西红柿生长的最佳光照强度
7.与大棚种植蔬菜相关的措施及分析中，正确的是:
A．施用农家肥，可提高大棚中CO2的浓度
B．用红色塑料薄膜代替无色塑料薄膜，可提高蔬菜的光合作用速率
C．阴雨天适当提高大棚内温度，可明显增加有机物的积累量
D．加大蔬菜的种植密度，可不断提高蔬菜的产量
8．右图表示植物光合作高考资源网用的一个阶段，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薄膜
B．无光条件有利于暗反应进行
C．提高温度一定能促进C6H12O6的生成
D．C3生成C6H12O6需要[H]、ATP和多种酶
9．下列关于叶绿体和光合作用的描述中，正确的是(多选)：
A．叶片反射绿光故呈绿色，故完全不吸收绿光
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，叶片中的叶绿素对不同波长光的吸收量不同
10．在晴朗的夏季，将一正常生长的绿色植物放入密闭的透明玻璃罩内，然后放在室外继续培养。每隔一段时间用CO2浓度检测仪测定玻璃罩内的CO2浓度，并将结果绘制成下图所示曲线。据图判断下列叙述正确的是(多选)：
A．FG段CO2吸收减缓，原因是气孔部分关闭
B．E点呼吸速率等于光合速率
C．D点开始进行光合作用，H点光合作用停止
D．该植物在一天中积累有机物，表现出生长现象
11．下图表示光照强度和CO2浓度对某植物光合作用强度的影响。下列有关叙述中正确的是(多选)：
A．曲线中A点突然变为B点时，叶绿体中C3浓度降低
B．曲线中D点突然变为B点时，叶绿体中C5浓度升高
C．AB段影响光合作用速率的主要因素是光照强度
D．BC段影响光合速率的限制性因素可能是温度等条件
12. 据图，请用字母回答：
⑴酵母菌获得能量的方式为________
⑵硝化细菌、蓝藻合成有机物的方式分别是
____________和__________
13.下图表示生物体内有机化合物代谢过程中氢转移的情况，Q为代谢中间产物，据图回答。
⑴若水中的氢经①和②转移到葡萄糖中，该过程直接还原了Q，那么Q代表________________，该反应途径发生在________中。
⑵马铃薯块茎细胞内多糖中的氢经⑥③⑦转移时，释放出的能量较少，未释放出的能量贮存在____________中。
⑶葡萄糖中的氢经③④转移到水中，该途径中的Q代表__________，该反应途径发生在___________________________中。
14．下图一表示某绿色植物叶肉细胞代谢的部分过程，图二表示在适宜温度条件下，该植物光合速率与光照强度、CO2浓度关系，请回答：
⑴图一中过程①表示光合作用的 阶段，过程③发生的场所是 。
⑵图一中产生ATP的过程有 (填序号)。
⑶据图二，若植物从C点状态突然变化到B点状态，在此过程中，叶肉细胞中的C3化合物含量变化为 。若从A点状态变化到B点状态，图一的①~④过程中 (填序号)过程反应速率首先加快。
⑷根据图二信息，在农业生产上提高农作物产量的措施有
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