2012高考生物總復(fù)習(xí) 5.3《能量之源——光與光合作用》知識研習(xí)課件 新人教版必修1

知識研讀 第 講能量之源 光與光合作用 1 光合作用的基本過程 2 影響光合作用速率的環(huán)境因素 3 葉綠體色素的提取和分離 課程標準 知識梳理 知識一捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu) 1 綠葉中色素的提取和分離 可以利用 提取綠葉中的色素 在研磨時還應(yīng)加入少許 和 其中前者有助于研磨充分 后者可防止研磨中 分離的原理是利用色素在層析液中的溶解度不同 的在濾紙上擴散的快 反之則慢 層析后 在濾紙上會呈現(xiàn)四條色素帶 它們的顏色自上而下依次是 黃色 黃綠色 色素帶最寬的顏色呈 最窄的顏色是 無水乙醇 色素被破壞 碳酸鈣 二氧化硅 溶解度高 橙黃色 藍綠色 藍綠色 橙黃色 2 色素的種類和吸收光譜 思考感悟 正常植物的葉為什么呈綠色 秋季有些植物葉變黃的原因是什么 提示 葉綠體中葉綠素的含量多 且對綠光吸收量最小 綠光被反射出來 所以呈綠色 秋冬季 植物葉中的葉綠素分子易被破壞 而類胡蘿卜素較穩(wěn)定 所以顯出類胡蘿卜素的顏色 藍綠色 橙黃色 黃綠色 黃色 藍紫光和紅光 藍紫光 2 葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能 1 結(jié)構(gòu) 一般呈扁平的橢球形或球形 外表具 內(nèi)部有基粒和 基粒是由 堆疊而成 吸收光能的色素分布于 上 與光合作用有關(guān)的酶分布在 2 功能 是進行 的場所 雙層膜 類囊體薄膜和基質(zhì)中 類囊體薄膜 基質(zhì) 光合作用 類囊體 知識二光合作用的原理和應(yīng)用1 光合作用的探究歷程 1 直到18世紀中期 人們一直以為只有土壤中的 是植物建造自身的原料 2 1771年 英國的普利斯特利的實驗證實 可以更新因蠟燭燃燒或動物呼吸而變得污濁的空氣 3 1779年 荷蘭的英格豪斯發(fā)現(xiàn) 植物更新空氣實驗只有在 下才能成功 植物體只有綠葉才能更新空氣 4 1785年 隨著空氣組成成分的發(fā)現(xiàn) 人們才明確綠葉在光下放出的氣體是 吸收的是 水分 陽光照射 植物 O2 CO2 5 1864年 德國的薩克斯的實驗證實了光合作用的產(chǎn)物還有 6 1939年 美國的魯賓和卡門利用 證明了光合作用釋放的氧氣來自水 7 20世紀40年代 美國的卡爾文 利用 探明了CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機物中碳的途徑 2 光合作用的過程 1 光反應(yīng) 場所 葉綠體的 上 條件 色素 酶等 物質(zhì)變化 將水分解為 將ADP和Pi合成ATP 淀粉 同位素標記法 放射性同位素14C 類囊體薄膜 光 氧 H 能量變化 光能轉(zhuǎn)變?yōu)?2 暗反應(yīng) 場所 葉綠體的 中 條件 酶 H ATP 物質(zhì)變化 a CO2的固定 C5 CO2酶 b C3的還原 2C3 H 酶ATP 能量變化 ATP中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)?ATP中活躍的化學(xué)能 基質(zhì) 2C3 有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能 3 光合作用原理的應(yīng)用 1 光合作用強度是指植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造 的數(shù)量 2 影響光合作用強度的因素包括空氣中 土壤中 的多少 光照的 和光的 以及溫度的高低等 4 化能合成作用 1 概念 某些細菌能夠利用體外環(huán)境中的某些 氧化時所釋放的能量來制造有機物的合成作用 2 實例 硝化細菌能利用 時所釋放的化學(xué)能 將二氧化碳和水合成糖類 糖類 CO2的濃度 水分 長短與強弱 成分 無機物 氨氧化成亞硝酸再氧化成硝酸 3 綠色植物和硝化細菌都能合成有機物 因此屬于 生物 而人 動物 真菌及大多數(shù)細菌只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機物 屬于 生物 自養(yǎng) 異養(yǎng) 考點一葉綠體中色素及葉綠體功能實驗驗證一 葉綠體中的色素1 色素的分布與作用 1 分布 葉綠體中的色素都分布于類囊體的薄膜上 2 作用 色素可吸收 傳遞光能 少數(shù)處于特殊狀態(tài)的葉綠素a可實現(xiàn)光合作用中光能 電能的轉(zhuǎn)換 2 捕獲光能的色素 考點整合 即時鞏固解析為教師用書獨有 二 葉綠體功能的實驗驗證1 實驗過程及現(xiàn)象2 實驗結(jié)論 1 葉綠體是進行光合作用的場所 2 O2是由葉綠體釋放的 3 實驗分析本實驗設(shè)計的巧妙之處在于 1 選擇水綿作為實驗材料 水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀 便于觀察 用好氧細菌確定O2釋放的部位 2 沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了空氣中O2和光的干擾 3 設(shè)置了對照實驗 自變量為光照 照光處與不照光處 黑暗與完全曝光 因變量是好氧細菌的分布 案例1 2009 廣東理基 將在黑暗中放置一段時間的葉片均分4塊 置于不同的試管中 按下表進行實驗 著色最淺葉片所在的試管是 注 表示具有該條件 A B C D 解析 將葉片在黑暗中放置一段時間的目的是進行饑餓處理 消耗掉有機物 然后用不同的光照射 進行光合作用 用碘液處理看有機物產(chǎn)生的多少 因為葉綠體中的色素幾乎不吸收綠光 所以著色最淺葉片所在的試管是 號管 答案 D 即時鞏固1 如圖為用分光光度計測定葉片中兩類色素吸收不同波長光波的曲線圖 請判定A和B分別為何種色素 A 葉綠素 類胡蘿卜素B 類胡蘿卜素 葉綠素C 葉黃素 葉綠素aD 葉綠素a 葉綠素b 解析 根據(jù)曲線圖分析可知 A主要吸收紅光和藍紫光 B主要吸收藍紫光 因此A應(yīng)為葉綠素 B應(yīng)為類胡蘿卜素 答案 A 考點二 綠葉中色素的提取和分離 的實驗分析一 原理解讀1 利用色素溶于有機溶劑而不溶于水的性質(zhì) 可以用無水乙醇提取綠葉中的色素 2 利用各種色素在層析液中溶解度不同 隨層析液在濾紙上擴散速度不同的原理使各種色素相互分離 溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快 反之則慢 二 實驗流程 觀察結(jié)果 濾紙條上色素帶有四條 分別是 由上到下 橙黃色的胡蘿卜素 黃色的葉黃素 藍綠色的葉綠素a 黃綠色的葉綠素b 如圖 三 實驗中幾種化學(xué)試劑的作用1 無水乙醇用于提取綠葉中的色素 2 層析液用于分離綠葉中的色素 3 二氧化硅破壞細胞結(jié)構(gòu) 使研磨充分 4 碳酸鈣可防止研磨過程中色素被破壞 四 實驗中的注意事項1 選材 應(yīng)選取鮮嫩 顏色深綠的葉片 以保證含有較多的色素 2 提取色素 研磨要迅速 充分 且加入各物質(zhì)的量要成比例 以保證提取較多的色素和色素濃度適宜 3 畫濾液細線 濾液細線要細 直 且干燥后重復(fù)畫2 3次 其目的是既有較多的色素 又使各色素開始擴散的起點相同 4 色素分離 濾液細線不要觸及層析液 否則濾液細線中的色素分子將溶解到層析液中 濾紙條上得不到色素帶 五 創(chuàng)新探究1 本實驗中在圓形濾紙中央點一滴層析液 對葉綠體中的色素進行層析 會得到近似同心的四個色素環(huán) 由內(nèi)到外依次是黃綠色 藍綠色 黃色 橙黃色 2 用丙酮或其他有機溶劑代替無水乙醇提取色素 但丙酮有毒 研磨時需采取措施防止蒸發(fā) 也可用汽油代替層析液進行層析 可用其他綠色葉片代替菠菜 但不能用大白菜等含葉綠素少的材料 六 拓展應(yīng)用利用色素等能溶解在有機溶劑中的特點可以解決以下問題 1 利用無水乙醇或汽油洗去衣物上被綠葉污染的斑點 2 用無水乙醇或汽油洗去衣物上的油污 3 利用有機溶劑提取花生等油料作物中的脂肪 歸納總結(jié) 在濾紙條上 相鄰兩條色素帶間距最寬的是胡蘿卜素和葉黃素 相鄰兩條色素帶間距最窄的是葉綠素a和葉綠素b 案例2 分別在 三個研缽中加2g剪碎的新鮮菠菜綠葉 并按下表所示添加試劑 經(jīng)研磨 過濾得到三種不同顏色的溶液 即 深綠色 黃綠色 幾乎無色 注 表示加 表示不加 則 三個研缽中的溶液顏色分別是 A 幾乎無色 黃綠色 深綠色B 深綠色 幾乎無色 黃綠色C 黃綠色 深綠色 幾乎無色D 黃綠色 幾乎無色 深綠色 解析 色素提取中 SiO2可使研磨充分 CaCO3可保護葉綠素等色素免受破壞 95 乙醇用于溶解色素 色素不溶于蒸鎦水 研缽 中因未加CaCO3 部分葉綠素被破壞 因此提取液應(yīng)呈黃綠色 研缽 中未加入95 乙醇 色素不能被溶解 因而溶液幾乎無色 研缽 中能得到正常的提取液 溶液呈深綠色 答案 D 即時鞏固2 在葉綠體色素的提取和分離實驗中 收集到的濾液綠色過淺 其原因可能是 未加石英砂 研磨不充分 一次加入大量的無水乙醇提取 分次加入少量無水乙醇提取 使用放置數(shù)天的菠菜葉A B C D 解析 考查葉綠素的提取和分離實驗 色素溶于有機溶劑中 在加入無水乙醇時 應(yīng)該分次加入 以便充分溶解色素 二氧化硅少 研磨不充分 色素少 放置過久 色素分解等都可導(dǎo)致色帶過淺 答案 D 實驗設(shè)計 某同學(xué)在做 綠葉中色素的提取和分離 實驗時 操作情況如下所述 1 把5g新鮮完整的菠菜葉放在研缽中 加入無水乙醇 石英砂 CaCO3以后 迅速研磨 2 用毛細吸管吸取少量濾液 沿濾紙上的鉛筆線處小心均勻地畫出一條濾液細線 并連續(xù)迅速地重復(fù)畫2 3次 3 把畫了細線的濾紙條插入層析液中 并不斷搖晃 以求加快色素在濾紙條上的擴散速度 結(jié)果實驗失敗 請指出其錯誤所在并改正 解析 此題考查 綠葉中色素的提取和分離 實驗的常見錯誤 取材應(yīng)是新鮮的濃綠菠菜葉 為了盡量多地獲取色素 應(yīng)將葉片剪碎再研磨 畫濾液細線時 為了增加濾紙上色素的含量 應(yīng)重復(fù)畫2 3次 但每畫一次后應(yīng)待晾干后重復(fù)畫線 進行層析時 為了避免濾液細線觸及層析液 應(yīng)保持濾紙條靜止 切勿搖晃 答案 1 不應(yīng)用完整葉片而應(yīng)剪碎 2 不應(yīng)連續(xù)迅速重復(fù)畫線 而應(yīng)晾干后重復(fù)畫線 3 不應(yīng)搖晃以免層析液沒及濾液細線 考點三光合作用的過程分析一 過程圖解二 反應(yīng)方程式及元素去向方程式CO2 H2O CH2O O2 1 O元素 H2O O2 CO2 CH2O 2 C元素 CO2 C3 CH2O 3 H元素 H2O H CH2O 三 光反應(yīng)和暗反應(yīng)的區(qū)別與聯(lián)系 四 光照與CO2濃度變化對植物細胞內(nèi)C3 C5 H ATP及 CH2O 合成量的影響 案例3 2009 海南 在其他條件適宜的情況下 在供試植物正常進行光合作用時突然停止光照 并在黑暗中立即開始連續(xù)取樣分析 在短時間內(nèi)葉綠體中C3和C5化合物含量的變化是 A C3和C5都迅速減少B C3和C5都迅速增加C C3迅速增加 C5迅速減少D C3迅速減少 C5迅速增加 解析 本題考查影響光合作用的條件及其分析 根據(jù)光合作用基本過程分析 當(dāng)突然停止光照時 短時間內(nèi) 光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和還原氫減少 C3的還原受阻 而C3固定未受影響 C3因積累而增多 與此同時 C5的循環(huán)再生受阻 而C3固定消耗C5過程未受影響 C5減少 所以C項正確 答案 C 即時鞏固3 如圖表示德國科學(xué)家薩克斯的實驗 在葉片照光24小時后 經(jīng)脫色 漂洗并用碘液處理 結(jié)果有錫箔覆蓋的部分呈棕色 而不被錫箔覆蓋的部分呈藍色 本實驗說明 光合作用需要CO2 光合作用需要光 光合作用需要葉綠素 光合作用放出氧 光合作用制造淀粉A B C D 解析 葉片裸露部分進行光合作用 脫色漂洗后用碘液處理變藍說明有淀粉生成 正確 被覆蓋部分因為沒有光 不能進行光合作用 未產(chǎn)生淀粉 用碘液處理不變藍 正確 答案 C 考點四環(huán)境因素對光合作用強度的影響一 探究光照強度對光合作用強度的影響及相關(guān)分析1 實驗流程打出小圓形葉片 30片 用打孔器在生長旺盛的綠葉上打出 直徑 1cm 抽出葉片內(nèi)氣體 用注射器 內(nèi)有清水 小圓形葉片 抽出葉片內(nèi)氣體 O2等 小圓形葉片沉水底 將內(nèi)部氣體逸出的小圓形葉片放入黑暗處盛有清水的燒杯中 小圓形葉片全部沉到水底 對照實驗及結(jié)果 2 實驗結(jié)論 在一定范圍內(nèi) 隨著光照強度不斷增強 光合作用強度也不斷增強 小圓形葉片中產(chǎn)生的O2多 浮起的多 3 光照強度與光合作用強度的關(guān)系曲線分析 A點光照強度為0 此時只進行細胞呼吸 釋放的CO2量可表示此時細胞呼吸的強度 AB段 隨光照強度增強 光合作用強度也逐漸增強 CO2釋放量逐漸減少 這是因為細胞呼吸釋放的CO2有一部分用于光合作用 此時細胞呼吸強度大于光合作用強度 B點 細胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用 即光合作用強度等于細胞呼吸強度 光照強度只有在B點以上時 植物才能正常生長 B點所示光照強度為光補償點 BC段 表明隨著光照強度不斷加強 光合作用強度不斷加強 到C點以上不再加強了 C點所示光照強度為光飽和點 二 CO2濃度對光合作用強度的影響 曲線表示在一定范圍內(nèi) 光合作用速率隨CO2濃度的增加而增大 但當(dāng)CO2濃度增加到一定范圍后 光合作用速率不再增加 A點表示光合作用強度等于細胞呼吸強度時的CO2濃度 即CO2補償點 B點表示CO2飽和點 三 溫度對光合速率的影響 溫度主要是通過影響與光合作用有關(guān)酶的活性而影響光合速率 四 必需元素供應(yīng)對光合速率的影響 在一定濃度范圍內(nèi) 增大必需元素的供應(yīng) 可提高光合速率 但當(dāng)超過一定濃度后 會因土壤溶液濃度過高而導(dǎo)致植物滲透失水而萎蔫 五 水分的供應(yīng)對光合速率的影響水是光合作用的原料 缺水既可直接影響光合作用 又會導(dǎo)致葉片氣孔關(guān)閉 限制CO2進入葉片 從而間接影響光合速率 案例4 2010 浙江理綜 試管苗的光合作用能力較弱 需要逐步適應(yīng)外界環(huán)境才能往大田移栽 研究人員進行了 改變植物組織培養(yǎng)條件縮短試管苗適應(yīng)過程 的實驗 實驗在適宜溫度下進行 圖甲和圖乙表示其中的兩個實驗結(jié)果 請回答 1 圖甲的實驗是在大氣CO2濃度下進行的 據(jù)圖分析 試管苗在不加蔗糖的培養(yǎng)基中 和 更高 2 圖乙是試管苗在密閉 無糖培養(yǎng)基條件下測得的24h內(nèi)CO2濃度變化曲線 圖中b c段CO2濃度升高緩慢是因為 c d段CO2濃度急劇下降是因為試管苗 若d點時打開培養(yǎng)瓶塞 試管苗的光合速率 3 根據(jù)上述實驗結(jié)果推知 采用無糖培養(yǎng)基 和 可縮短試管苗的適應(yīng)過程 解析 1 圖甲中自變量有兩個 一是光照強度大小 二是是否加蔗糖 因變量是光合速率 指真正光合速率 相比之下 不加蔗糖的試管苗光合速率和光飽和點較高 2 b c段沒有光合作用 只有呼吸作用 CO2濃度上升緩慢肯定是呼吸速率慢 溫度和CO2都會影響呼吸速率 溫度不變 只能考慮CO2濃度過高 c d段CO2濃度急劇下降說明試管苗光合速率遠遠大于呼吸速率 d點CO2濃度低于大氣 CO2濃度已成為限制因素 該點光合速率等于呼吸速率 打開瓶塞 提高CO2濃度 光合速率提高 3 本實驗的核心是改變植物組織培養(yǎng)條件 提高光合速率 從而縮短試管苗的適應(yīng)過程 影 響光合作用的外界因素有 光照長短與強度 光的成分 溫度 水分 無機鹽等 從本題的變量來看只能考慮無糖培養(yǎng)基 適當(dāng)提高CO2濃度和適當(dāng)提高光照強度 其他因素都是適宜的 相等的 不是變量 不予考慮 答案 1 光合速率光飽和點 2 CO2濃度過高使細胞呼吸減弱進行光合作用吸收了CO2提高 3 適當(dāng)提高CO2濃度適當(dāng)提高光照強度 即時鞏固4 2007 北京理綜 科學(xué)家研究CO2濃度 光照強度和溫度對同一種植物光合作用強度的影響 得到實驗結(jié)果如圖所示 請據(jù)圖判斷下列敘述不正確的是 A 光照強度為a時 造成曲線 和 光合作用強度差異的原因是CO2濃度不同B 光照強度為b時 造成曲線 和 光合作用強度差異的原因是溫度不同C 光照強度為a b 曲線 光合作用強度隨光照強度 升高而升高D 光照強度為a c 曲線 光合作用強度隨光照強度升度而升高 解析 A項曲線 和曲線 的變量是CO2濃度 因此在光照強度為a時 二者的差異是CO2濃度不同造成的 B項曲線 和曲線 的變量是溫度 因此在光照強度為b時 二者的差異是由溫度不同造成的 C項光照強度為a b時 限制曲線 和曲線 光合作用強度的主要因素是光照強度 因此隨光照強度升高 光合作用強度升高 D項光照強度為a c時 曲線 光合作用強度隨光照強度升高而升高 而曲線 由于受CO2濃度的影響在光照強度為b之前 光合作用強度已達最大值 答案 D 考點五光合作用與細胞呼吸一 區(qū)別 二 光合作用速率與呼吸作用速率 1 呼吸速率的表示方法 植物置于黑暗環(huán)境中 測定實驗容器內(nèi)CO2增加量 O2減少量或有機物減少量 2 凈光合速率和真正光合速率 凈光合速率 常用一定時間內(nèi)O2釋放量 CO2吸收量或有機物積累量表示 真正光合速率 常用一定時間內(nèi)O2產(chǎn)生量 CO2固定量或有機物產(chǎn)生量表示 3 光合速率與呼吸速率的關(guān)系 綠色組織在黑暗條件下或非綠色組織測得的數(shù)值為呼吸速率 A點 綠色組織在有光條件下光合作用與細胞呼吸同時進行 測得的數(shù)據(jù)為凈光合速率 真正光合速率 凈光合速率 呼吸速率 由關(guān)系式用O2 CO2或葡萄糖的量表示如下 A 光合作用產(chǎn)氧量 氧氣釋放量 細胞呼吸耗氧量 B 光合作用固定CO2量 CO2吸收量 細胞呼吸釋放CO2量C 光合作用葡萄糖產(chǎn)生量 葡萄糖積累量 增重部分 細胞呼吸消耗葡萄糖量 案例5 2009 浙江理綜 下列關(guān)于植物光合作用和細胞呼吸的敘述 正確的是 A 無氧和零下低溫環(huán)境有利于水果的保鮮B CO2的固定過程發(fā)生在葉綠體中 C6H12O6分解成CO2過程發(fā)生在線粒體中C 光合作用過程中光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能 細胞呼吸過程中化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎虯TPD 夏季連續(xù)陰天 大棚中白天適