《5.4光合作用与能量转化》教学设计、教案、导学案、同步练习

《5.4光合作用与能量转化》教学设计

【教学目标】

1．知识目标：

（1）说出绿叶中色素的种类和作用

（2）说出叶绿体的结构和功能

（3）光反应和暗反应的过程

（4）影响光合作用强度的环境因素

（5）光合作用原理的应用

2．能力目标：进行实验和探究，学会提取、分离绿叶中的色素

3．情感目标：探究细胞光合作用在生产、生活实践中的应用

【教学重点】

1．绿叶中色素的种类和作用

2．光合作用的发现及研究历史

3．光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系

4．影响光合作用强度的环境因素

【教学难点】

1．光反应和暗反应的过程

2．探究影响光合作用强度的环境因素

【教学方法】

讲授与学生讨论相结合、问题引导法、归纳

【教学过程】

第一课时捕获光能的色素和结构

思考：

1．通常应该把花盆摆在向阳面还是背阴面，为什么？

向阳面。让植物多接受光照，因为植物需要进行光合作用。

2．有些植物工厂内悬挂发红色或蓝色光的灯管，并且在白天也开灯。

（1）用这种方法有什么好处？这样做对光合作用有影响吗？

用这种方法可以提高光合作用的强度，因为叶绿素吸收最多的是光谱中的蓝

紫光和红光。不同颜色的光照对植物的光合作用会有影响。

因为叶绿素对绿光吸收最少，所以不使用绿光作补充光源。

（一）捕获光能的色素和结构

我们在初中就已经知道植物能进行光合作用，是因为其细胞中含有一些能吸

收光能的色素，植物幼苗如果缺乏色素，往往会呈现黄白色，这就是我们通常所

说的“白化苗”。

思考：“白化苗”能持续正常地生长吗？

不能，由于不能进行光合作用，待种子中储存的养分耗尽就会死亡。可见植

物的生活确实需要色素，依靠色素来吸收光能进行光合作用。

我们先来学习“捕获光能的色素”这一内容。

1．捕获光能的色素

那么植物细胞一般含有哪些捕获光能的色素呢？它们分别又是什么颜色的？

以及各种色素在绿叶中的含量是否相同呢？带着这些问题我们一起来看《绿叶中

色素的提取与分离》实验。

实验原理：（1）无水乙醇提取绿叶中的色素

（2）分离：不同色素在层析液中的溶解度不同

目的要求：绿叶中色素的提取和分离及色素的种类

材料用具：新鲜的绿叶、定性滤纸等、无水乙醇等

方法步骤：

（1）提取绿叶中的色素

①称取5g左右的绿叶，洗净，去除粗叶脉，剪碎，放入研钵中。

②向研钵中放入少许的二氧化硅和碳酸钙、10ml无水乙醇，进行迅速、充

分地研磨。

加入二氧化硅、碳酸钙的作用是什么？

二氧化硅帮助充分磨碎叶片，液泡中含有酸性物质，碳酸钙中和酸性物质，

防止色素被酸性物质破坏。

问：研磨时为什么要迅速而充分？

答：防止无水乙醇的挥发

③将研磨液迅速倒入玻璃漏斗进行过滤，将滤液收集到试管，及时用棉塞将

试管塞严。

（2）制备滤纸条

将干燥的定性滤纸剪成长与宽略小于试管长与宽的滤纸条，将滤纸条一端剪

去两角，并在距这一端1cm处用铅笔画一条细的横线。

（3）画滤液细线

用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线。待滤液干后，再

画一两次。

画的细而直：为防止色素带重叠而影响分离效果。

画两三次：是为积累更多的色素，使分离后的色素带明显。

（4）分离绿叶中的色素

将3ml层析液倒入试管中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插入层

析液中，就不会在滤纸上扩散开来，实验就会失败。

为什么要用棉塞塞住试管口？

防止层析液中成分挥发，要注意本实验应在通风条件下进行，实验结束时及

时用肥皂洗手。因为层析液中一些挥发性物质具有毒性。

（5）观察和记录

观察滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？

胡萝卜素（橙黄色）——叶黄素（黄色）——叶绿素a（蓝绿色）——叶绿

素b（黄绿色）

宽窄如何？说明了什么？

叶绿素a色素带最宽，胡萝卜素色素带最窄。说明绿叶中四种色素的含量不

同，叶绿素a最多，胡萝卜素最少。

那么，这4种色素主要吸收哪些波长的光呢？

我们来看看课本99页的图5-12，叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱。可以看

到叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫

光。

练习：

1．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(D)

①未加石英砂，研磨不充分

②一次加入大量的无水酒精提取

③分次加入少量无水酒精提取

④使用放置数天的菠菜叶

A．①②③

B．②③④

C．①③④

D．①②④

某同学在做完“叶绿体中色素的提取与分离实验”后画出了四种色素在滤

纸条上分布的模式图，以此主要表示色素的含量及间隔距离的大小，其中比较能

显示真实情况的是(A)

3．关于高等植物细胞内的色素的叙述中，错误的是(B)

A．植物细胞内的色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素

B．所有植物细胞中都只有四种色素

C．叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收和传递光能

D．有的植物细胞的液泡中也含有一定的色素

问：现在我们已经知道绿叶中含有4种色素，那么这些色素分布在细胞中的

哪些部位呢？

答：直到1865年，德国植物学家萨克斯研究叶绿素在光合作用的功能时，

发现叶绿素并非普遍分布在植物的整个细胞中，而是集中在一个更小的结构里，

后来人们称之为叶绿体。

2．叶绿体的结构

问：现在，大家仔细观察叶绿体的立体结构示意图，说说它是由哪些结构组

成？

答：它包括外膜、内膜、基粒和基质4个部分。

叶绿体的外表有双层膜，双层膜是一种透明膜，膜是透明的，有什么好处？

有利于光线的透过且被色素吸收。

叶绿体内部有许多基粒，基粒与基粒之间充满基质。每个基粒都是由一个圆

饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为囊状体。吸收光能的四种色素，就

分布在类囊体的薄膜上。

每个基粒都含有2个以上的类囊体，多者可达100个以上。据计算，1g菠

菜叶片中类囊体的总面积竟达60平方米左右。

问：同学们思考一下，叶绿体内有如此多的基粒和类囊体，有什么用？

答：极大地扩展了受光的面积。

问：叶绿体的作用仅仅是吸收光能吗？

答：1880年，美国科学家恩格尔曼把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在

没有空气的黑暗环境中，然后用极细的光束照射水绵。他发现细菌只向叶绿体被

光束照射到的部位几种；如果临时装片暴露在光下，细菌则分布在叶绿体所有受

光的部位。用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红

光和蓝紫光区域。

（1）恩格尔曼实验的结论是什么？

氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。叶绿体中的色素主要

通过吸收红光和蓝紫光来进行光合作用．

（2）恩格尔曼的实验方法有什么巧妙之处？

①实验材料选择水绵和好氧细菌。水绵的优点是叶绿体呈螺旋式带状，便于

观察；好氧细菌的优点是可确定释放氧气多的部位。

②没有空气的黑暗环境排除了氧气和光干扰。

③用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组

对比实验。

④临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。

【板书设计】

能量之源——光与光合作用

捕获光能的色素和结构

1．捕获光能的色素

2．捕获光能的结构——叶绿体

（1）分布：主要在绿色植物的叶肉细胞

（2）形态：一般呈扁平的椭球形或球形

④功能：光合作用的场所

第二课时光合作用的原理和应用

【教学过程】

一、光合作用的反应简式

光能

反应式：CO+HO（CHO）+O

22叶绿体22

若要表示光合作用过程各元素的来源和去向，可用下式表示

1．光合作用的过程

①光反应与暗反应是怎样划分的？根据反应是否需要光能

②光反应与暗反应的比较与联系？

（1）光反应阶段

①光能吸收和转化

叶绿体中的4种色素的功能不完全相同。绝大多数的叶绿体色素的功能是吸

收太阳光能，这类色素又称为聚光色素。大多数叶绿素a和全部的叶绿素b、胡

萝卜素、叶黄素，都属于这类色素。另外，少数特殊状态的叶绿素a不仅能吸收

光能，还能接受其他色素传递来的光能，通过一系列复杂过程，将光能转换成电

能，这类色素又称为反应中心色素。

能量在色素之间的传递效率很高，类胡萝卜素所吸收的光能传递给叶绿素a

的效率可达90%，叶绿素b吸收的光能传递给叶绿素a的效率接近100%，这样聚

光色素就像透镜把光束集中到焦点一样，把大量的光能吸收、聚集，并迅速传递

给反应中心色素，然后转换成电能。

②水的分解

叶绿体中的色素吸收太阳光能，一方面将水分解成氢［H］和氧［O］氧直

2

接以分子形式从叶气孔逸出，而［H］则与NADP+（辅酶Ⅱ）结合，形成NADPH（还

原型辅酶Ⅱ），进入叶绿体基质中，作为还原剂参与暗反应。另一方面在有关酶

和反应中心色素的作用下，光能进一步转化成活跃的化学能，暂时储存在ATP

和NADPH中，为暗反应提供能量。

光

HO2H++2e+O

22

酶

NADP++2e+H+NADPH

酶

ADP+Pi+能量ATP

（2）暗反应阶段

①CO的固定：

2

植物通过叶片的气孔从外界吸收来的CO先与植物体内的一种五碳化合物

2

（C）结合形成三碳化合物。

5

酶

CO+C2C

253

②三碳化合物的还原：

三碳化合物在有关酶的催化作用下，接受ATP和NADPH释放出来的能量并被

NADPH还原，再经过一系列复杂的变化，最终形成糖类等有机物，并重新生成五

碳化合物，用以固定CO，从而使暗反应阶段的化学反应循环往复地进行下去。

2

二、光反应和暗反应的比较

项目光反应暗反应

实质光能转变为化学能，并放出O同化CO形成（CHO）（酶促反应）

222

时间短促，以微秒计较缓慢

条件需叶绿素和光不需叶绿素和光，需要多种酶

场所在叶绿体内的类囊体薄膜上进行在叶绿体内的基质中进行

光能

2HO2H++2e+OCO的固定：CO+C→2C

22[2253

酶CO的还原：

物质转化NADP++2e+HNADPH2

ATP、酶

光能2CO（CHO）

ADP+PiATP3NADPH2

酶

叶绿素把光能→活跃化学能，并NADPH和ATP中的活跃化学能→有机

能量转化

贮存在ATP和NADPH中物中稳定的化学能

如果从光合作用整体的角度看：光合作用又完成了怎样的物质变化和能量变

化（即光合作用的实质是什么？）

（1）物质变化：把二氧化碳和水等无机物转变成了糖类等有机物

（2）能量变化：把光能转变成化学能储存在糖类等有机物中

2．光合作用原理的应用

从光合作用的整个过程来看，有哪些因素会对光合作用的进行产生影响呢？

光照、温度、CO浓度、水、矿质元素等

2

（1）影响农作物光合作用的环境因素

①光照强度

不同的农作物对光照强度的要求是不同的，同一农作物在不同的光照强度下

光合作用速率不同。在一定范围内，光合速率随光照强度的增加而加快。当光照

强度达到某一点时，光合速率不再随光照强度的增加而增加，这种现象叫光饱和

现象，这时的光照强度称为光饱和点。随光照强度的减弱，光合速率逐渐降低，

最后到达一点，即在同一时间内，有机物的产生和消耗相等，这时的光照强度称

为光补偿点（如下图）。植物在光补偿点时，白天不能积累有机物，而晚间还要消

耗有机物，因此，从全天来看，植物所需的最低光照强度，必须高于光补偿点，

植物才能正常生长。

②CO的浓度

2

在一定光照强度下，随CO浓度的增加，农作物光合速率加快，弱光条件

2

下，农作物只能利用较低浓度的CO，光合速率慢，随光照强度加强，农作物

2

就能吸收较高浓度的CO，光合速率加快。如下图：

2

此图表示在一定光照强度下CO浓度与光合速率的关系

2

③温度

光合作用中的生化反应离不开酶的催化，而温度直接影响酶的活性，进一步

影响光合速率。一般植物可在10℃~35℃条件下正常地进行光合作用，其中以25℃

~30℃最适宜，在35℃以上时光合作用就下降，40℃~50℃时即完全停止。

④无机盐

氮、镁、铁等是合成叶绿素所必需的，磷和钾会影响光合作用产物糖类的转

化和运输，磷还参与ATP与ADP的相互转化过程和能量传递。因此，无机盐离子

会直接或间接影响光合作用。

另外光质、光照长短、水分、氧气等环境因素也会影响光合作用强度。

（2）增加农作物产量的措施

增加农作物产量的措施就是设法提高光合作用的强度，提高光合作用效率。

①间作、套作。

这种措施是指在一年内巧妙地搭配各种农作物，从时间和空间上更好地利用

光能，缩短耕地的空闲时间，延长单位土地面积上农作物的光合作用时间。

②合理密植。

该措施是增加农田植物的绿色面积，以及培育矮秆、叶直而小、分蘖密集的

新作物品种，以增加光合面积，充分利用光能。

③适当增加CO浓度。

2

对农田里的农作物来说，确保良好的通风透光，既有利于充分利用光能，又

可以使空气不断流过叶面，有助于提供较多的CO。对温室农作物来说，通过

2

增施农家肥料或使用CO发生器等措施，可以提高温室内CO浓度，提高农作

22

物的光合作用效率。

④控制好冬季温室大棚内的温度。

白天适当提高大棚内的温度以提高酶的活性，增强光合作用；夜晚适当降低

大棚内温度，降低酶的活性，降低呼吸作用，减少呼吸消耗，有利于提高大棚蔬

菜的产量。

⑤夏天正午适当给一些农作物遮荫。

有些农作物进行光合作用不需要太强的光，太强的光不利于光合作用，这类

农作物属于阴生植物。夏天正午由于农作物蒸腾作用过于强烈，造成植物气孔关

闭，CO进不到叶片内，从而影响光合作用的进行。因此适当给一些农作物（特

2

别是阴生植物）遮荫，阻止气孔关闭，有利于提高光合作用强度。

⑥在培育水稻秧苗时，用蓝色塑料薄膜。

研究发现，不同的色光对光合产物的成分有影响：在蓝紫光照射下，光合产

物中蛋白质和脂肪含量较多，在红光照射下，光合产物中的糖类含量较多。因此

在培育水稻秧苗时，选择蓝色的塑料薄膜有利于培育壮秧。

⑦合理施肥。

满足不同农作物不同生长发育期对各种无机盐离子的需求。

⑧合理灌溉。

小结：光合作用原理的应用

1．影响光合作用的因素

光照、CO、温度、水、矿质元素等

2

2．提高农作物光合作用强度的措施

（1）适当提高光照强度、延长光照时间

（2）合理密植

（3）适当提高CO浓度

2

（4）适当提高温度(白天提高温度，晚上降低温度)

（5）适当增加植物体内的含水量

（6）适当增加矿质元素的含量

【板书设计】

能量之源——光与光合作用

光合作用的原理和应用

（二）光合作用的探究历程

COHO光OCHO

22叶绿体22

（二）光合作用的过程

光反应和暗反应所需要的条件、场所、原料、产物

（三）影响光合作用的因素：光、二氧化碳、温度等

《第4节光合作用与能量转换（一）》教案

【教材分析】

《捕获光能的色素和结构》是人教版高中生物【生物】新人教版一《分子与

细胞》第5章第4节《光合作用与能量转换》的教学内容，主要学习绿叶中色素

的种类和作用,并提取和分离绿叶中的色素。

叶绿体的结构和功能。本节内容是对第5章细胞结构知识的提升,又是后面

学习光合作用原理和应用的基础。

【教学目标与核心素养】

生命观念：通过叶绿体结构和功能相统一的学习，培养结构与功能相适应的

生命观念。

科学探究：通过探究绿叶中色素的提取光和分离，提高实验设计和实验结果

分析的科学探究能

【教学重点和难点】

教学重点

1、说出绿叶中色素的种类和作用,并提取和分离绿叶中的色素。

2、说出叶绿体的结构和功能。

教学难点：

提取和分离绿叶中的色素。

【教学过程】

对上节课学过的知识进行提问：

1、描述有氧呼吸的过程。

2、描述无氧呼吸的过程。

3、无氧呼吸能产生乳酸、酒精的分别对应什么生物。

提出问题：

生物体生命活动的直接能源、最终能源分别是什么？

由太阳能到被生命活动所利用需要经过哪些过程呢？

投影展示：

其中②③过程我们已经学习了，下面我们具体来学习①光合作用。

过渡：展示植物缺少叶绿素的现象，引发学生猜想、设问，引入研究主题：

捕获光能的色素和结构，板书课题。

一、叶绿体中色素的提取和分离

1．色素的提取

(1)原理

绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。

(2)实验用品及作用[连线]

试剂用品作用

①无水乙醇a．过滤

②SiOb．溶解色素、提取色素

2

③CaCOc．有助于研磨充分

3

④单层尼龙布d．防止研磨中色素被破坏

【提示】①－b②－c③－d④－a

(3)实验步骤

取材：称取5g绿叶，剪碎，放入研钵中

↓

研磨：

↓

过滤：漏斗基部放一块单层尼龙布，将研磨液迅速倒入

玻璃漏斗中进行过滤

↓

收集：用小试管收集色素滤液，及时将试管口用棉塞塞紧

2．色素的分离

(1)实验原理：绿叶中的色素在层析液中的溶解度不同，它们随层析液在滤

纸条上的扩散速度也不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。

这样，色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。

(2)实验步骤

二、色素的种类、作用和叶绿体的结构、功能

1．色素的种类、含量、颜色及吸收光谱

叶绿素(约占3/4)类胡萝卜素(约占1/4)

种类

叶绿素a叶绿素b胡萝卜素叶黄素

颜色蓝绿色黄绿色橙黄色黄色

吸收光谱主要吸收红光和蓝紫光主要吸收蓝紫光

2.叶绿体的形态结构、功能及色素的分布

(1)形态：扁平的椭球形或球形。

(2)结构模式图

外表：①双层膜

②基质：含有与暗反应有关的酶

(3)结构

内部③基粒：由类囊体堆叠而成，分布有

色素和与光反应有关的酶

↓决定

(4)功能：进行光合作用的场所。

↑证明

(5)恩格尔曼的实验：好氧细菌只分布于叶绿体被光束照射的部位。

《第4节光合作用与能量转化》教案

【教材分析】

《光合作用与能量转化》是人教版高中生物【生物】新人教版一《分子与细

胞》第5章第4节的内容。“光合作用”一节在绿色植物的新陈代谢以及整个生

态系统的物质循环和能量流动中，具有十分重要的意义。主要学习说出光合作用

的概念和反应式。教材结合鲁宾、卡尔文等科学家的实验，介绍了同位素标记法

这一生物学经常使用的研究方法。

【教学目标与核心素养】

生命观念：通过对光合作用原理的学习，形成物质与能量的生命观念。

科学思维：通过对光反应与暗反应的学习，养成分类与比较的科学思维方式。

科学探究：通过探究环境因素对光合作用影响的实验，提高制定并实施实验

方案的科学探究能力。

社会责任：通过对光合作用原理的应用，提高解决生产和生活问题的担当和

能力。

【教学重点和难点】

教学重点

阐明光合作用的原理和实质。

说出光合作用原理中的物质和能量变化。

3．探究环境因素对光合作用的影响。

4．理解光合作用原理在生产实践中的应用。

教学难点：

阐明光合作用的原理和实质。

【教学过程】

1、活细胞所需能量的最终源头是?

2将光能转换成细胞中能够利用的化学能的是什么结构?

3、画出叶绿体的模式图，并在图中相应位置标上各部分结构。

一、光合作用的概念

1．主要场所：叶绿体。

2．能量来源：光能。

3．反应物：二氧化碳和水。

4．产物：有机物和氧气。

5．实质：合成有机物，储存能量。

二、光合作用原理

1．填写图中序号所代表的物质或结构

①O；②NADP＋；③ADP＋Pi；④C。

25

2．图示Ⅰ过程是光反应阶段：

(1)场所：[⑤]类囊体薄膜上。

(2)条件：光、色素和酶等。

(3)叶绿体中光合色素吸收光能的作用：

①将水分解为氧和H＋，氧直接以氧分子形式释放出去，H＋与NADP＋结合形成

NADPH(还原型辅酶Ⅱ)。

②在有关酶的作用下，提供能量促使ADP与P反应形成ATP，这样光能就转

变为储存在ATP中的活跃的化学能。

(4)NADPH的作用：

①作为活跃的还原剂，参与暗反应阶段反应。

②储存部分能量供暗反应阶段利用。

3．图示Ⅱ过程是暗反应阶段：

(1)场所：叶绿体基质中。

(2)条件：酶、NADPH、ATP。

(3)具体过程：

①CO的固定，即绿叶通过气孔吸收的CO，在特定酶的作用下，与C(一种

225

五碳化合物)结合，形成C分子。

3

②在有关酶的催化作用下，C接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH

3

还原。

③一些接受能量并被还原的C，在酶的作用下经过一系列变化反应转化为糖

3

类；另一些接受能量并被还原的C，经过一系列变化，又形成C，继续参与CO

352

的固定。

三、光合作用原理的应用

1．光合作用强度

(1)概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。

(2)表示方法：用一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量表示。

(3)影响因素

①光合作用的原料——水、CO。

2

影响CO供应的因素：环境中CO浓度和叶片气孔开闭情况等。

22

②动力——光能。

③场所——叶绿体。

影响叶绿体的形成和结构的因素：无机营养和病虫害。

④酶：影响酶活性的因素，如温度。

3．在生产实践中的应用

实例原理

间作套种不同植物对光照的需求不同

冬季大棚温度白天适当提白天提高温度，促进光合作用，夜间降温，

高，晚上适当降低抑制呼吸作用

“正其行、通其风”增大CO浓度，有利于光合作用的进行

2

合理灌溉水缺少导致气孔关闭，CO供应不足

2

《5.4光合作用与能量转化》导学案

【学习目标】

1．知识目标：说出绿叶中色素的种类和作用；光合作用的光反应、暗反应

过程及相互关系；影响光合作用强度的环境因素。

2．能力目标：理解叶绿体的结构和功能。

3．情感目标：学习科学方法，尊重实验事实养成科学严谨的态度，建立科

学的价值观。

【学习重难点】

绿叶中色素的种类和作用；光反应和暗反应的过程；探究影响光合作用强度

的环境因素。

【学习过程】

第一课时捕获光能的色素和结构

一、绿叶中色素的提取和分离

1．提取原理：____________________________________；分离原理：叶绿

体中的色素在__________不同，_______随______在滤纸上扩散得____；反之则

慢。

2．方法步骤：先观察视频

目的实验步骤

（1）称取5克菠菜叶片，剪碎后放入研钵中

（2）加入少许__________、__________、10mL_________

色素的提取

迅速研磨

（3）将研磨过的滤液通过漏斗（漏斗基部放纱布）过滤

收集到试管中，并及时用____________________。

（1）将干燥的滤纸剪成6cm1cm的纸条，剪去

制备滤纸条__________。

色（2）在剪去两角的一端大约1cm处，用铅笔画一条细线

色（1）用毛细吸管吸取少量滤液沿铅笔线处均匀画一条滤

素画滤液细线液细线。

的（2）待滤液细线干燥后，__________。

分（1）在烧杯中加入3mL层析液

离分离绿叶中（2）将滤纸条剪去两角一端朝下，略倾斜靠烧杯内壁轻

的色素轻插入层析液中，并__________（__________不触及到层

析液）

二、实验思考、讨论一

①石英砂、碳酸钙在实验中起什么作用？

②加入无水乙醇（丙酮）的作用是什么？

③为什么要迅速、充分研磨？

④为什么必须及时用棉塞塞紧试管口？

⑤为什么色素会在滤纸条上分离？

⑥为什么将滤纸条的一端剪去二个角？

⑦为什么滤液细线越细、越直越好？

⑧为什么画滤液细线需要重复2-3次？

⑨为什么滤液细线不能触及层析液？

⑩为什么烧杯要盖培养皿？

三、实验方案设计

（1）某同学设计一个“探索叶绿体中色素的提取和分离”的实验，但缺少

直尺、铅笔、毛细吸管，怎样做才能使色素分离？请你帮助设计一个最佳方案。

（2）用圆形滤纸代替滤纸条做色素的分离实验，如何设计实验方案？

3．实验结果观察与记录分析

四、思考、讨论二

（1）叶片呈现绿色的原因是什么？

（2）为什么植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶片金黄呢？

（3）温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光

源？

五、叶绿体的结构和功能

思考：捕捉光能的色素存在于细胞什么结构中呢?

1．叶绿体的结构

（1）组成①_________，②__________的基本骨架是_________________。

（2）叶绿体内含有很多③__________，极大地增大了受光面积。

（3）叶绿体是进行__________的场所。光合作用的酶存在于__________

和_________；光合作用的色素存在于________________上。

2．叶绿体的功能

动画展示恩格尔曼的水绵实验

（1）思格尔曼的实验结论是什么?

（2）思格尔曼的实验方法有什么巧妙之处?

【课后复习】

1．通过纸层析法分离叶绿体色素，结果在滤纸条上出现4条色素带，从上

而下依次为：（）

A．胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b

B．胡萝卜素、叶绿素a、叶绿素b、叶黄素

C．叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素

D．叶黄素、叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素

2．叶绿体色素的纸层析结果显示．叶绿素b位于层析滤纸的最下端，原因

是：（）

A．分子量最小

B．分子量最大

C．在层析液中的溶解度最小

D．在层析液中的溶解度最大

3．在圆形滤纸的中央点上色素滤液，对叶绿体的色素进行色素层析法分离，

会得到近似同心的四个色素环，排列在最里圈的色素呈（）

A．橙黄色

B．蓝绿色

C．黄绿色

D．黄色

4．在进行绿叶中色素的提取和分离的实验时不让层析液触及滤液细线的原

因是（）

A．滤纸上几种色素会扩散不均匀而影响实验结果

B．滤纸上的滤液细线会变粗而使色素太分散

C．色素会溶解在层析液中而使实验失败

D．滤纸上的几种色素会混合起来不分散

5．如图做色素层析分离的正确装置是（）

6．叶绿体中的色素能够在滤纸上彼此分离的原因是（）

A．色素提取液中色素已经分层

B．阳光的照射使不同色素彼此分开

C．乙醇有使色素溶解并彼此分离的特性

D．各种色素在层析液中的溶解度不同

7、叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，下面有关叶绿体的叙述正确的是

（）

A．叶绿体中的色素都分布在类囊体膜上

B．叶绿体中的色素分布在外膜和内膜上

C．光合作用的酶只分布在叶绿体基质上

D．光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上

8．分别在A、B、C三个研钵中加2克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（或褐

色），几乎无色。

处理A组B组C组

SiO2（少量）+++

CaCO3（少量）－++

丙酮（10毫升）+－+

蒸馏水（10毫升）－+－

注：“＋”表示加；“－”表示不加。试回答：

（1）A组处理得到的溶液颜色是，原因是。

（2）B组处理得到的溶液颜色是，原因是。

（3）C组处理得到的溶液颜色是，原因是。

第二课时光合作用的原理和应用

【学习过程】

一、光合作用的原理

COHO光OCHO

22叶绿体22

填写图中光合作用过程的名称并回答问题：

（1）写出各标号的名称：

①_______②_______③_______

④________⑤_______⑥________

⑦_______⑧_______⑨_________

（2）光反应为暗反应提供了［］和［］（只填序号）。

（3）光反应和暗反应的场所分别是叶绿体的_______________和

______________。

光合作用的过

程光反应阶段暗反应阶段

对比项目

所需条件必须有光有光无光均可

进行场所类囊体的薄膜上叶绿体内的基质中

HO分解成O和［H］；形二氧化碳被固定；C被［H］还原，

物质变化223

成ATP最终形成糖类；ATP转化成ADP和Pi

光能转变为化学能，储存ATP中的化学能转化为糖类中储存的

能量转换

在ATP中化学能

物质联系：光反应阶段产生的［H］，在暗反应阶段用于还原C；

联系3

能量联系：光反应阶段生成的ATP，在暗反应阶段中将其储存的

化学能释放出来，帮助C形成糖类，ATP中的化学能则转化为

3

储存在糖类中的化学能。

二、光合作用原理的应用

影响光合作用的因素：有光照强度、CO浓度、温度和矿质营养。

2

①光照强度：植物的光合作用强度在一定范围内是随着光照强度的增加，同

化CO的速度也相应增加，但当光照强度达到一定时，光合作用的强度不再随着

2

光照强度的增加而增强。

植物在进行光合作用的同时也在进行呼吸作用：

当植物在某一光照强度条件下，进行光合作用所吸收的CO与该温度条件下

2

植物进行呼吸作用所释放的CO量达到平衡时，这一光照强度就称为光补偿点，

2

这时光合作用强度主要是受光反应产物的限制。

当光照强度增加到一定强度后，植物的光合作用强度不再增加或增加很少时，

这一光照强度就称为植物光合作用的光饱和点，此时的光合作用强度是受暗反应

系统中酶的活性和CO浓度的限制。如图所示：

2

植物在进行光合作用的同时也在进行着呼吸作用。

总光合作用是指植物在光照下制造的有机物的总量(吸收的CO总量)。

2

净光合作用是指在光照下制造的有机物总量(或吸收的CO总量)中扣除掉在

2

这一段时间中植物进行呼吸作用所消耗的有机物(或释放的CO)后，净增的有机

2

物的量。

②温度：植物所有的生活过程都受温度的影响，因为在一定的温度范围内，

提高温度可以提高酶的活性，加快反应速度。

光合作用也不例外，在一定的温度范围内，在正常的光照强度下，提高温度

会促进光合作用的进行。但提高温度也会促进呼吸作用。如下图所示。

所以植物净光合作用的最适温度不一定就是植物体内酶的最适温度。

③CO浓度：CO是植物进行光合作用的原料，只有当环境中的CO达到一定

222

浓度时，植物才能进行光合作用。

一般来说，在一定的范围内，植物光合作用的强度随CO浓度的增加而增加，

2

但达到一定浓度后，光合作用强度就不再增加或增加很少，这时的CO浓度称为

2

CO的饱和点。如CO浓度继续升高，光合作用不但不会增加，反而要下降，甚至

22

引起植物CO中毒而影响植物正常的生长发育。如下图所示：

2

④必需矿质元素的供应：绿色植物进行光合作用时，需要多种必需的矿质元

素。如氮是催化光合作用过程各种酶以及NADP+和ATP的重要组成成分；磷也是

NADP+和ATP的重要组成成分。

科学家发现，用磷脂酶将离体叶绿体膜结构上的磷脂水解掉后，在原料和条

件都具备的情况下，这些叶绿体的光合作用过程明显受到阻碍，可见磷在维持叶

绿体膜的结构和功能上起着重要的作用。

又如绿色植物通过光合作用合成糖类，以及将糖类运输到块根、块茎和种子

等器官中，都需要钾。

再如镁是叶绿体的重要组成成分，没有镁就不能合成叶绿素。等等。

5.4.1光合作用与能量转化同步练习

1.北方秋季，银杏、黄栌、红枫等树种的叶片由绿变黄或变红，一时间层林

尽染，分外妖娆。低温造成叶肉细胞中含量下降最显著的色素是()

A．叶黄素B．花青素

C．叶绿素D．胡萝卜素

2．某同学在进行“叶绿体色素的提取与分离”实验时，进行了以下操作。

操作中正确的是()

A．将新鲜菠菜叶片烘干粉碎后放入研钵中，加入95%乙醇后直接进行研磨

B．将预备好的滤纸条一端剪去两角，在距这一端1cm处直接用毛细吸管重

复画横线

C．为增强实验效果，将滤液细线画粗些并进行多次重复

D．将滤纸条画有滤液细线的一端朝下，轻轻插入层析液中，滤液细线不能

浸入层析液

3．利用乙醇提取出叶绿体中的色素，设法分离得到各种色素后，将叶绿素

a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素和混合液依次点样在滤纸的1、2、3、4、5位

置(如下图左所示)，将滤纸点样点以下部分浸入层析液后，最终滤纸条上各色素

正确位置应为()

A．AB．B

C．CD．D

4．下列关于叶绿体色素的叙述，错误的是()

A．叶绿素中含有镁元素

B．被叶绿素吸收的光能可用于水的光解和ATP的合成

C．绿叶中叶绿素和胡萝卜素的含量不同

D．可利用无水乙醇分离4种叶绿体色素

5．在“绿叶中色素的提取和分离”的实验中，加入碳酸钙的目的是()

A．溶解色素B．使研磨更加充分

C．分离色素D．防止色素被破坏

6.在提取得到叶绿体色素溶液后，取一圆形滤纸，在滤纸中央滴一滴色素

提取液，再滴适量的层析液，色素随层析液扩散得到如右图所示结果。图中1、

3两条色素带依次代表的色素是()

A．胡萝卜素、叶绿素aB．叶黄素、叶绿素b

C．叶绿素b、叶黄素D．叶绿素a、胡萝卜素

7.纸层析法可分离光合色素，以下分离装置示意图中正确的是()

8.下列关于高等植物叶绿体中光合色素的叙述，不正确的是()

A．提取色素研磨时加入少许CaCO，可防止叶绿素被破坏

3

B．叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中

C．利用层析法可分离4种光合色素

D．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光

9.吸收光能的色素分布在()

A．叶绿体的外膜上B．类囊体的薄膜上

C．叶绿体的内膜上D．叶绿体的基质中

10．用有机溶剂提取、纸层析法分离叶绿体色素的实验，不能证实的是()

A．叶绿体色素溶解在有机溶剂中

B．在层析液中叶绿体色素的溶解度是不同的

C．分离得到的4种色素中叶绿素a的含量最多

D．叶绿体色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上

11．科学家恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现好氧细菌大

量聚集在如图所示区域。以下分析正确的是()

A．实验过程中装片需放置在没有空气的黑暗环境中只是为了设置自变量

B．水绵光合作用产生的O能进入细菌的线粒体与[H]结合生成HO

22

C．图中细菌分布的差异是水绵不同区域光合作用强度不同造成的

D．水绵叶绿体产生的ATP直接为核DNA复制提供能量

12．下列有关叶绿体的说法正确的是()

A．叶绿体增大膜面积的方式与线粒体相同

B．叶绿体中的色素都分布在类囊体薄膜上，酶都分布在基质中

C．叶绿体的功能不受细胞核调控

D．线粒体产生的CO被叶绿体利用至少需要穿过4层磷脂双分子层

2

5.4.1光合作用与能量转化同步练习答案解析

1.北方秋季，银杏、黄栌、红枫等树种的叶片由绿变黄或变红，一时间层林

尽染，分外妖娆。低温造成叶肉细胞中含量下降最显著的色素是()

A．叶黄素B．花青素

C．叶绿素D．胡萝卜素

【答案】C

【解析】决定树叶颜色的是叶绿素和花青素，当叶绿素比较多的时候叶子是

深绿色，比较少的时候是嫩绿色，花青素多了就会发红，发紫。叶绿素的形成主

要与光照有关，而北方秋季，银杏、黄栌等树种的叶片由绿变黄或变红，一时间

层林尽染，分外妖娆，说明叶的色素中最易受低温伤害而被破坏的是叶绿素，故

选C。

2．某同学在进行“叶绿体色素的提取与分离”实验时，进行了以下操作。

操作中正确的是()

A．将新鲜菠菜叶片烘干粉碎后放入研钵中，加入95%乙醇后直接进行研磨

B．将预备好的滤纸条一端剪去两角，在距这一端1cm处直接用毛细吸管重

复画横线

C．为增强实验效果，将滤液细线画粗些并进行多次重复

D．将滤纸条画有滤液细线的一端朝下，轻轻插入层析液中，滤液细线不能

浸入层析液

【答案】D

【解析】叶片剪碎后，应该加入二氧化硅(研磨充分)、碳酸钙(保护色素)，

然后再加入无水乙醇研磨，A错误；制备滤纸条后，画滤液细线时应该先用铅笔

画线，B错误；画滤液细线时，尽量画的又细又直，避免色素带重叠，影响实验

观察，C错误；分离色素时，层析液不能接触滤液细线，否则会导致实验失败，

D正确。故选D。

3．利用乙醇提取出叶绿体中的色素，设法分离得到各种色素后，将叶绿素

a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素和混合液依次点样在滤纸的1、2、3、4、5位

置(如下图左所示)，将滤纸点样点以下部分浸入层析液后，最终滤纸条上各色素

正确位置应为()

A．AB．B

C．CD．D

【答案】C

【解析】叶绿体中的四种色素，在层析液中的溶解度由小到大依次为叶绿素

b＜叶绿素a＜叶黄素＜胡萝卜素。溶解度越大，随层析液在滤纸条上扩散的速

率越快，所形成的色素带距离点样处越远，据此依题意并分析各选项的实验结果

可知：滤纸条从下到上的色素名称分别是：叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝

卜素，C正确，A、B、D均错误。

4．下列关于叶绿体色素的叙述，错误的是()

A．叶绿素中含有镁元素

B．被叶绿素吸收的光能可用于水的光解和ATP的合成

C．绿叶中叶绿素和胡萝卜素的含量不同

D．可利用无水乙醇分离4种叶绿体色素

【答案】D

【解析】组成叶绿素的化学元素是C、H、O、N、Mg，A正确；叶绿素吸收光

能后使水光解，同时在叶绿体基粒上将光能转化为电能，在电能的作用下将ADP

合成ATP，B正确；绿叶中色素含量是叶绿素a＞叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素，

C正确；色素溶于有机溶剂，可用无水乙醇提取色素，分离色素用层析液，D错

误。

5．在“绿叶中色素的提取和分离”的实验中，加入碳酸钙的目的是()

A．溶解色素B．使研磨更加充分

C．分离色素D．防止色素被破坏

【答案】D

【解析】在绿叶中色素的提取和分离的实验中，溶解色素的是无水乙醇或丙

酮，A错误；实验中加入二氧化硅的目的是使研磨更加充分，B错误；分离色素

的是层析液，C错误；加入碳酸钙的目的是防止色素被破坏，D正确。

6.在提取得到叶绿体色素溶液后，取一圆形滤纸，在滤纸中央滴一滴色素

提取液，再滴适量的层析液，色素随层析液扩散得到如右图所示结果。图中1、

3两条色素带依次代表的色素是()

A．胡萝卜素、叶绿素aB．叶黄素、叶绿素b

C．叶绿素b、叶黄素D．叶绿素a、胡萝卜素

【答案】A

【解析】胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b在层析液溶解度由高到低，

故扩散速度逐渐下降，圆形滤纸最外层的色素带说明相应色素扩散速度最快，最

里边的扩散的最慢，所以1、2、3、4四条色素带依次表示胡萝卜素、叶黄素、

叶绿素a、叶绿素b。综上所述，B、C、D不符合题意，A符合题意。故选A。

7.纸层析法可分离光合色素，以下分离装置示意图中正确的是()

【答案】C

【解析】层析液是由2份丙酮和1份苯混合而成，具有一定的毒性，但它容

易挥发，因此用橡皮塞塞紧瓶口，A错误；滤液细线触到层析液，则色素溶解在

层析液中，滤纸条上得不到色素带，B错误；有滤液细线的一端朝下，并没有触

到层析液，则滤纸条上分离出四条色素带，C正确；滤液细线触到层析液，则色

素溶解在层析液中，实验失败，D错误。

8.下列关于高等植物叶绿体中光合色素的叙述，不正确的是()

A．提取色素研磨时加入少许CaCO，可防止叶绿素被破坏

3

B．叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中

C．利用层析法可分离4种光合色素

D．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光

【答案】D

【解析】加入碳酸钙可以防止色素被破坏，A正确；用无水乙醇提取叶绿体

中的色素，B正确；由于不同色素在层析液中的溶解度不同，在滤纸条上的扩散

速度不同，所以可利用纸层析法分离4种叶绿体色素，C正确；由于绿色植物几

乎不吸收绿色光，所以植物的叶片一般呈现绿色，D错误。

9.吸收光能的色素分布在()

A．叶绿体的外膜上B．类囊体的薄膜上

C．叶绿体的内膜上D．叶绿体的基质中

【答案】B

【解析】叶绿素中的色素分布在类囊体薄膜上。

10．用有机溶剂提取、纸层析法分离叶绿体色素的实验，不能证实的是()

A．叶绿体色素溶解在有机溶剂中

B．在层析液中叶绿体色素的溶解度是不同的

C．分离得到的4种色素中叶绿素a的含量最多

D．叶绿体色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上

【答案】D

【解析】用有机溶剂能提取色素，说明色素能溶解在有机溶剂中，A正确；

用纸层析法能分离各种色素，说明色素在层析液中的溶解度不同，B正确；分离

得到的4种色素中叶绿素a的色素带最宽，说明叶绿素a的含量最多，C正确；

该实验的结果能说明色素的种类及各种色素的溶解度大小，但不能说明叶绿体色

素分布在叶绿体囊状结构的薄膜上，D错误。

11．科学家恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现好氧细菌大

量聚集在如图所示区域。以下分析正确的是()

A．实验过程中装片需放置在没有空气的黑暗环境中只是为了设置自变量

B．水绵光合作用产生的O能进入细菌的线粒体与[H]结合生成HO

22

C．图中细菌分布的差异是水绵不同区域光合作用强度不同造成的

D．水绵叶绿体产生的ATP直接为核DNA复制提供能量

【答案】C

【解析】由图可知好氧菌聚集在红光区和蓝紫光区，这是由于叶绿体中的色

素能够利用这两种光进行光合作用产生氧气。实验过程不同颜色的光为自变量，

装片需放置在黑暗环境中是为了设置自变量，而没有空气是为了排除无关变量的

影响，A错；细菌不含有线粒体，因而B错；水绵叶绿体产生的ATP只能供碳反

应使用。

12．下列有关叶绿体的说法正确的是()

A．叶绿体增大膜面积的方式与线粒体相同

B．叶绿体中的色素都分布在类囊体薄膜上，酶都分布在基质中

C．叶绿体的功能不受细胞核调控

D．线粒体产生的CO被叶绿体利用至少需要穿过4层磷脂双分子层

2

【答案】D

【解析】叶绿体增大膜面积的方式是类囊体堆叠成基粒，线粒体增大膜面积

的方式是内膜凹陷形成嵴，因此二者增加膜面积的方式不同，A错误，叶绿体中

与光反应有关的酶分布在类囊体膜上，与暗反应有关的酶分布在叶绿体基质中，

B错误；叶绿体属于“半自主性细胞器”，其性状既受自身DNA的控制又受核DNA

的控制，C错误；线粒体产生的CO被同一细胞的叶绿体利用时穿过的膜层数最

2

少，只需穿过2层线粒体膜和2层叶绿体膜，共4层磷脂双分子层，D正确。

5.4.2光合作用与能量转化同步练习

1．下列物质中，可以在叶绿体类囊体薄膜上被消耗的有()

A．水、二氧化碳、ATPB．氧气、水、ATP

C．水、ADP、PiD．ADP、C、水

3

2．在光合作用中，不需要酶参与的过程是()

A．CO的固定B．叶绿素吸收光能

2

C．三碳化合物的还原D．ATP的形成

3.右图所示为叶绿体中的某种结构及其上发生的物质和能量变化。下列叙述

不正确的是()

A．图中的①是植物吸收的水分子

B．光合色素都分布在结构②上

C．光能转变为[H]和ATP中的化学能

D．[H]、O和ATP都能用于暗反应

2

4．在叶绿体中，ATP和ADP的运动方向是()

A．ATP和ADP同时由类囊体向叶绿体基质运动

B．ATP和ADP同时由叶绿体基质向类囊体运动

C．ATP由类囊体向叶绿体基质运动，ADP的运动方向则相反

D．ADP由类囊体向叶绿体基质运动，ATP的运动方向则相反

5．冬季，利用温室种植蔬菜时，不利于提高蔬菜作物产量的措施是()

A．调控昼夜温差B．阻止空气流通

C．补充人工光照D．调控温室湿度

6．为提高温室大棚中蔬菜的产量，应采取的正确措施是()

A．在白天和夜间都应适当降低温度

B．在白天和夜间都应适当提高温度

C．在夜间适当提高温度，在白天适当降低温度

D．在白天适当提高温度，在夜间适当降低温度

7.在右图所示的玻璃容器中，注入一定浓度的NaHCO溶液并投入少量的新

3

鲜绿叶碎片，密闭后，设法减小液面上方的气体压强，会看到叶片沉入水中。然

后再用光照射容器，又会发现叶片重新浮出液面。光照后叶片重新浮出液面的原

因是()

A．叶片吸水膨胀，密度减小

B．叶片进行光合作用所产生的O附着在叶面上

2

C．溶液内产生的CO大量附着在叶面上

2

D．NaHCO溶液因放出CO而密度增大

32

8．如图表示某种植物在最适温度和0.03%的CO浓度条件下，光合作用合成