2012高考生物总复习 5.3《能量之源——光与光合作用》知识研习课件 新人教版必修1

知识研读 第 讲能量之源 光与光合作用 1 光合作用的基本过程 2 影响光合作用速率的环境因素 3 叶绿体色素的提取和分离 课程标准 知识梳理 知识一捕获光能的色素和结构 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 其中前者有助于研磨充分 后者可防止研磨中 分离的原理是利用色素在层析液中的溶解度不同 的在滤纸上扩散的快 反之则慢 层析后 在滤纸上会呈现四条色素带 它们的颜色自上而下依次是 黄色 黄绿色 色素带最宽的颜色呈 最窄的颜色是 无水乙醇 色素被破坏 碳酸钙 二氧化硅 溶解度高 橙黄色 蓝绿色 蓝绿色 橙黄色 2 色素的种类和吸收光谱 思考感悟 正常植物的叶为什么呈绿色 秋季有些植物叶变黄的原因是什么 提示 叶绿体中叶绿素的含量多 且对绿光吸收量最小 绿光被反射出来 所以呈绿色 秋冬季 植物叶中的叶绿素分子易被破坏 而类胡萝卜素较稳定 所以显出类胡萝卜素的颜色 蓝绿色 橙黄色 黄绿色 黄色 蓝紫光和红光 蓝紫光 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 外表具 内部有基粒和 基粒是由 堆叠而成 吸收光能的色素分布于 上 与光合作用有关的酶分布在 2 功能 是进行 的场所 双层膜 类囊体薄膜和基质中 类囊体薄膜 基质 光合作用 类囊体 知识二光合作用的原理和应用1 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 荷兰的英格豪斯发现 植物更新空气实验只有在 下才能成功 植物体只有绿叶才能更新空气 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 水分 阳光照射 植物 O2 CO2 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的氧气来自水 7 20世纪40年代 美国的卡尔文 利用 探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径 2 光合作用的过程 1 光反应 场所 叶绿体的 上 条件 色素 酶等 物质变化 将水分解为 将ADP和Pi合成ATP 淀粉 同位素标记法 放射性同位素14C 类囊体薄膜 光 氧 H 能量变化 光能转变为 2 暗反应 场所 叶绿体的 中 条件 酶 H ATP 物质变化 a CO2的固定 C5 CO2酶 b C3的还原 2C3 H 酶ATP 能量变化 ATP中活跃的化学能转变为 ATP中活跃的化学能 基质 2C3 有机物中稳定的化学能 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 土壤中 的多少 光照的 和光的 以及温度的高低等 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有机物的合成作用 2 实例 硝化细菌能利用 时所释放的化学能 将二氧化碳和水合成糖类 糖类 CO2的浓度 水分 长短与强弱 成分 无机物 氨氧化成亚硝酸再氧化成硝酸 3 绿色植物和硝化细菌都能合成有机物 因此属于 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 生物 自养 异养 考点一叶绿体中色素及叶绿体功能实验验证一 叶绿体中的色素1 色素的分布与作用 1 分布 叶绿体中的色素都分布于类囊体的薄膜上 2 作用 色素可吸收 传递光能 少数处于特殊状态的叶绿素a可实现光合作用中光能 电能的转换 2 捕获光能的色素 考点整合 即时巩固解析为教师用书独有 二 叶绿体功能的实验验证1 实验过程及现象2 实验结论 1 叶绿体是进行光合作用的场所 2 O2是由叶绿体释放的 3 实验分析本实验设计的巧妙之处在于 1 选择水绵作为实验材料 水绵的叶绿体呈螺旋式带状 便于观察 用好氧细菌确定O2释放的部位 2 没有空气的黑暗环境排除了空气中O2和光的干扰 3 设置了对照实验 自变量为光照 照光处与不照光处 黑暗与完全曝光 因变量是好氧细菌的分布 案例1 2009 广东理基 将在黑暗中放置一段时间的叶片均分4块 置于不同的试管中 按下表进行实验 着色最浅叶片所在的试管是 注 表示具有该条件 A B C D 解析 将叶片在黑暗中放置一段时间的目的是进行饥饿处理 消耗掉有机物 然后用不同的光照射 进行光合作用 用碘液处理看有机物产生的多少 因为叶绿体中的色素几乎不吸收绿光 所以着色最浅叶片所在的试管是 号管 答案 D 即时巩固1 如图为用分光光度计测定叶片中两类色素吸收不同波长光波的曲线图 请判定A和B分别为何种色素 A 叶绿素 类胡萝卜素B 类胡萝卜素 叶绿素C 叶黄素 叶绿素aD 叶绿素a 叶绿素b 解析 根据曲线图分析可知 A主要吸收红光和蓝紫光 B主要吸收蓝紫光 因此A应为叶绿素 B应为类胡萝卜素 答案 A 考点二 绿叶中色素的提取和分离 的实验分析一 原理解读1 利用色素溶于有机溶剂而不溶于水的性质 可以用无水乙醇提取绿叶中的色素 2 利用各种色素在层析液中溶解度不同 随层析液在滤纸上扩散速度不同的原理使各种色素相互分离 溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快 反之则慢 二 实验流程 观察结果 滤纸条上色素带有四条 分别是 由上到下 橙黄色的胡萝卜素 黄色的叶黄素 蓝绿色的叶绿素a 黄绿色的叶绿素b 如图 三 实验中几种化学试剂的作用1 无水乙醇用于提取绿叶中的色素 2 层析液用于分离绿叶中的色素 3 二氧化硅破坏细胞结构 使研磨充分 4 碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏 四 实验中的注意事项1 选材 应选取鲜嫩 颜色深绿的叶片 以保证含有较多的色素 2 提取色素 研磨要迅速 充分 且加入各物质的量要成比例 以保证提取较多的色素和色素浓度适宜 3 画滤液细线 滤液细线要细 直 且干燥后重复画2 3次 其目的是既有较多的色素 又使各色素开始扩散的起点相同 4 色素分离 滤液细线不要触及层析液 否则滤液细线中的色素分子将溶解到层析液中 滤纸条上得不到色素带 五 创新探究1 本实验中在圆形滤纸中央点一滴层析液 对叶绿体中的色素进行层析 会得到近似同心的四个色素环 由内到外依次是黄绿色 蓝绿色 黄色 橙黄色 2 用丙酮或其他有机溶剂代替无水乙醇提取色素 但丙酮有毒 研磨时需采取措施防止蒸发 也可用汽油代替层析液进行层析 可用其他绿色叶片代替菠菜 但不能用大白菜等含叶绿素少的材料 六 拓展应用利用色素等能溶解在有机溶剂中的特点可以解决以下问题 1 利用无水乙醇或汽油洗去衣物上被绿叶污染的斑点 2 用无水乙醇或汽油洗去衣物上的油污 3 利用有机溶剂提取花生等油料作物中的脂肪 归纳总结 在滤纸条上 相邻两条色素带间距最宽的是胡萝卜素和叶黄素 相邻两条色素带间距最窄的是叶绿素a和叶绿素b 案例2 分别在 三个研钵中加2g剪碎的新鲜菠菜绿叶 并按下表所示添加试剂 经研磨 过滤得到三种不同颜色的溶液 即 深绿色 黄绿色 几乎无色 注 表示加 表示不加 则 三个研钵中的溶液颜色分别是 A 几乎无色 黄绿色 深绿色B 深绿色 几乎无色 黄绿色C 黄绿色 深绿色 几乎无色D 黄绿色 几乎无色 深绿色 解析 色素提取中 SiO2可使研磨充分 CaCO3可保护叶绿素等色素免受破坏 95 乙醇用于溶解色素 色素不溶于蒸镏水 研钵 中因未加CaCO3 部分叶绿素被破坏 因此提取液应呈黄绿色 研钵 中未加入95 乙醇 色素不能被溶解 因而溶液几乎无色 研钵 中能得到正常的提取液 溶液呈深绿色 答案 D 即时巩固2 在叶绿体色素的提取和分离实验中 收集到的滤液绿色过浅 其原因可能是 未加石英砂 研磨不充分 一次加入大量的无水乙醇提取 分次加入少量无水乙醇提取 使用放置数天的菠菜叶A B C D 解析 考查叶绿素的提取和分离实验 色素溶于有机溶剂中 在加入无水乙醇时 应该分次加入 以便充分溶解色素 二氧化硅少 研磨不充分 色素少 放置过久 色素分解等都可导致色带过浅 答案 D 实验设计 某同学在做 绿叶中色素的提取和分离 实验时 操作情况如下所述 1 把5g新鲜完整的菠菜叶放在研钵中 加入无水乙醇 石英砂 CaCO3以后 迅速研磨 2 用毛细吸管吸取少量滤液 沿滤纸上的铅笔线处小心均匀地画出一条滤液细线 并连续迅速地重复画2 3次 3 把画了细线的滤纸条插入层析液中 并不断摇晃 以求加快色素在滤纸条上的扩散速度 结果实验失败 请指出其错误所在并改正 解析 此题考查 绿叶中色素的提取和分离 实验的常见错误 取材应是新鲜的浓绿菠菜叶 为了尽量多地获取色素 应将叶片剪碎再研磨 画滤液细线时 为了增加滤纸上色素的含量 应重复画2 3次 但每画一次后应待晾干后重复画线 进行层析时 为了避免滤液细线触及层析液 应保持滤纸条静止 切勿摇晃 答案 1 不应用完整叶片而应剪碎 2 不应连续迅速重复画线 而应晾干后重复画线 3 不应摇晃以免层析液没及滤液细线 考点三光合作用的过程分析一 过程图解二 反应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 光反应和暗反应的区别与联系 四 光照与CO2浓度变化对植物细胞内C3 C5 H ATP及 CH2O 合成量的影响 案例3 2009 海南 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 解析 本题考查影响光合作用的条件及其分析 根据光合作用基本过程分析 当突然停止光照时 短时间内 光反应产生的ATP和还原氢减少 C3的还原受阻 而C3固定未受影响 C3因积累而增多 与此同时 C5的循环再生受阻 而C3固定消耗C5过程未受影响 C5减少 所以C项正确 答案 C 即时巩固3 如图表示德国科学家萨克斯的实验 在叶片照光24小时后 经脱色 漂洗并用碘液处理 结果有锡箔覆盖的部分呈棕色 而不被锡箔覆盖的部分呈蓝色 本实验说明 光合作用需要CO2 光合作用需要光 光合作用需要叶绿素 光合作用放出氧 光合作用制造淀粉A B C D 解析 叶片裸露部分进行光合作用 脱色漂洗后用碘液处理变蓝说明有淀粉生成 正确 被覆盖部分因为没有光 不能进行光合作用 未产生淀粉 用碘液处理不变蓝 正确 答案 C 考点四环境因素对光合作用强度的影响一 探究光照强度对光合作用强度的影响及相关分析1 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 1cm 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 将内部气体逸出的小圆形叶片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 2 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 3 光照强度与光合作用强度的关系曲线分析 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 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 植物才能正常生长 B点所示光照强度为光补偿点 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点以上不再加强了 C点所示光照强度为光饱和点 二 CO2浓度对光合作用强度的影响 曲线表示在一定范围内 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 A点表示光合作用强度等于细胞呼吸强度时的CO2浓度 即CO2补偿点 B点表示CO2饱和点 三 温度对光合速率的影响 温度主要是通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合速率 四 必需元素供应对光合速率的影响 在一定浓度范围内 增大必需元素的供应 可提高光合速率 但当超过一定浓度后 会因土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫 五 水分的供应对光合速率的影响水是光合作用的原料 缺水既可直接影响光合作用 又会导致叶片气孔关闭 限制CO2进入叶片 从而间接影响光合速率 案例4 2010 浙江理综 试管苗的光合作用能力较弱 需要逐步适应外界环境才能往大田移栽 研究人员进行了 改变植物组织培养条件缩短试管苗适应过程 的实验 实验在适宜温度下进行 图甲和图乙表示其中的两个实验结果 请回答 1 图甲的实验是在大气CO2浓度下进行的 据图分析 试管苗在不加蔗糖的培养基中 和 更高 2 图乙是试管苗在密闭 无糖培养基条件下测得的24h内CO2浓度变化曲线 图中b c段CO2浓度升高缓慢是因为 c d段CO2浓度急剧下降是因为试管苗 若d点时打开培养瓶塞 试管苗的光合速率 3 根据上述实验结果推知 采用无糖培养基 和 可缩短试管苗的适应过程 解析 1 图甲中自变量有两个 一是光照强度大小 二是是否加蔗糖 因变量是光合速率 指真正光合速率 相比之下 不加蔗糖的试管苗光合速率和光饱和点较高 2 b c段没有光合作用 只有呼吸作用 CO2浓度上升缓慢肯定是呼吸速率慢 温度和CO2都会影响呼吸速率 温度不变 只能考虑CO2浓度过高 c d段CO2浓度急剧下降说明试管苗光合速率远远大于呼吸速率 d点CO2浓度低于大气 CO2浓度已成为限制因素 该点光合速率等于呼吸速率 打开瓶塞 提高CO2浓度 光合速率提高 3 本实验的核心是改变植物组织培养条件 提高光合速率 从而缩短试管苗的适应过程 影 响光合作用的外界因素有 光照长短与强度 光的成分 温度 水分 无机盐等 从本题的变量来看只能考虑无糖培养基 适当提高CO2浓度和适当提高光照强度 其他因素都是适宜的 相等的 不是变量 不予考虑 答案 1 光合速率光饱和点 2 CO2浓度过高使细胞呼吸减弱进行光合作用吸收了CO2提高 3 适当提高CO2浓度适当提高光照强度 即时巩固4 2007 北京理综 科学家研究CO2浓度 光照强度和温度对同一种植物光合作用强度的影响 得到实验结果如图所示 请据图判断下列叙述不正确的是 A 光照强度为a时 造成曲线 和 光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同B 光照强度为b时 造成曲线 和 光合作用强度差异的原因是温度不同C 光照强度为a b 曲线 光合作用强度随光照强度 升高而升高D 光照强度为a c 曲线 光合作用强度随光照强度升度而升高 解析 A项曲线 和曲线 的变量是CO2浓度 因此在光照强度为a时 二者的差异是CO2浓度不同造成的 B项曲线 和曲线 的变量是温度 因此在光照强度为b时 二者的差异是由温度不同造成的 C项光照强度为a b时 限制曲线 和曲线 光合作用强度的主要因素是光照强度 因此随光照强度升高 光合作用强度升高 D项光照强度为a c时 曲线 光合作用强度随光照强度升高而升高 而曲线 由于受CO2浓度的影响在光照强度为b之前 光合作用强度已达最大值 答案 D 考点五光合作用与细胞呼吸一 区别 二 光合作用速率与呼吸作用速率 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CO2增加量 O2减少量或有机物减少量 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O2释放量 CO2吸收量或有机物积累量表示 真正光合速率 常用一定时间内O2产生量 CO2固定量或有机物产生量表示 3 光合速率与呼吸速率的关系 绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率 A点 绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行 测得的数据为净光合速率 真正光合速率 净光合速率 呼吸速率 由关系式用O2 CO2或葡萄糖的量表示如下 A 光合作用产氧量 氧气释放量 细胞呼吸耗氧量 B 光合作用固定CO2量 CO2吸收量 细胞呼吸释放CO2量C 光合作用葡萄糖产生量 葡萄糖积累量 增重部分 细胞呼吸消耗葡萄糖量 案例5 2009 浙江理综 下列关于植物光合作用和细胞呼吸的叙述 正确的是 A 无氧和零下低温环境有利于水果的保鲜B CO2的固定过程发生在叶绿体中 C6H12O6分解成CO2过程发生在线粒体中C 光合作用过程中光能转变为化学能 细胞呼吸过程中化学能转变为热能和ATPD 夏季连续阴天 大棚中白天适