2019-2020学年高中生物人教版(2019)必修一学案第5章细胞的能量供应和利用54光合作用与能量转化Word

2019-2020学年高中生物人教版(2019)必修一教案：第5章细胞的能量供应和利用5.4光合作用与能量转变Word2019-2020学年高中生物人教版(2019)必修一教案：第5章细胞的能量供应和利用5.4光合作用与能量转变Word/2019-2020学年高中生物人教版(2019)必修一教案：第5章细胞的能量供应和利用5.4光合作用与能量转变Word5.4光合作用与能量转变学习目标说出绿叶中色素的种类合作用。说出叶绿体的结构和功能。说出光合作用的过程以及对光合作用的认识试试试究影响光合作用强度的环境因素说出光合作用原理的应用简述化能合成作用。光合作用是唯一能够捕获和转变光能的生物路子。所以，有人称光合作用是“地球上最重要的化学反应”一、捕获光能的色素和结构基础梳理1．捕获光能的色素（1）研究·实践绿叶中色素的提取和分别绿叶中的色素能够溶解在有机溶液中，所以，能够用其提取绿叶中的色素。由于色素存在于细胞内，需要先破碎细胞才能释放优异素。绿叶中的色素不但有一种，它们都能溶解在层析液中，但不相同的色素溶解度不相同。溶解度高的随层析液在滤紙上扩散得快，反之则慢。这样，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。目的提求?①进行绿叶中色素的提取和分别。?②研究绿叶中含有几种色素。资料用具新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶）。?干燥的定性滤纸，试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管，?剪刀，药匙，量简（10mL），天相同。?无水乙醇（也可用的乙醇加入适合无水碳酸钠来代替），层析液?（由20份在60~90℃下分馏出来的石油醚、?2份丙酮和1份苯混杂而成），二气化硅和碳酸钙。方法步骤1）提取绿叶中的色素【1】称取

5g绿叶，剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中。【2】向研体中放入少许二氧化硅和碳酸钙，再加入

5~10mL无水乙醇，迅速、充分地进行研磨（二氧化硅有助于

，碳酸钙可防范

）。【3】将研磨液迅速倒入玻璃漏斗

（漏斗基部放一块单层尼龙布）进行过滤。

将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。2）制备滤纸条将干燥的定性滤纸剪成宽度略小于试管直径、长度略小于试管长度的滤纸条，再将滤纸条一端，并在距这一端底部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许滤液，沿铅笔线均匀地面出一条细线（也可将滤液倒入培养皿，再用盖玻片蘸取滤液，在横线处按压出均匀的细线）。待滤液干后，再重画一到两次。4）分别绿叶中的色素将适合的层析液倒入试管中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口。注意：不能够让滤液细线波及层析液，否则滤液细线中的色素会被层析液溶解，而不能够在滤纸上扩散。也可用小烧杯代替试管，用培养皿遮住小烧杯。5）观察与记录观察试管内滤纸条上出现了几条色素带，以及每条色素点的颜色和宽窄。将观察结果记录下来（2）绿叶中的色素有4中，他们能够归为两大类：叶绿素（含量约占

叶绿素）叶绿素

a（b（

））绿叶中的色素类胡萝卜素（含量约占

）

（橙黄色）（黄色）科学家做过这样的实验：在色素溶液与阳光之间，放置一块三棱镜。阳光是由不相同波长的光组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不相同波长的光会分别开，形成不相同颜色的光带，称为光谱。分别让不相同颜色的光照射色素溶液，就可以获取色素溶液的吸取光谱。实验结果表示：叶绿素a和叶绿素b主要吸取和，胡萝卜素和叶黄素主要吸取蓝紫光。这4种色素吸取的光波长有差别，但是都能够用于光合作用。（3）一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。2．叶绿体的结构适于进行光合作用若是把水稻、苹果等被子植物的叶肉细胞放在光学显微镜下观察，能够看到叶绿体一般呈扁平的。但是，叶绿体内更精巧的结构，就必定用电子显微镜观察才能看清楚。观察电子显微镜下的叶绿体结构，能够看到，叶绿体由双层膜包被，内部有好多基粒。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为。吸取光能的4种色素就分布在上。基粒与基粒之间充满了基质。每个基粒都含有两个以上的类囊体，

多的可达

100个以上。叶绿体内有这样众多的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积。据计算，

1g菠菜叶片中的类囊体的总面积竞有60m2左右。恩格尔曼的实验直接证了然。结合其他的实考据据，科学家们得出叶绿体是光合作用的场所这一结论。在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着好多吸取光能的色素分子，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有好多进行光合作用所必需的酶。这是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。易错提示（1）叶绿素和类胡萝卜素对绿光不是不吸取，可是吸取量较少；但是类胡萝卜素对红光是不吸取的。2）植物细胞的液泡中含有的色素不能够进行光合作用。3）叶绿体存在于植物绿色部分的细胞种，如叶肉细胞；非绿色部位的细胞没有叶绿体。二、光合作用的原理和应用基础梳理我们知道，光合作用是指绿色植物经过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转变成储蓄着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。这一过程能够用下面的化学反应式来概括，其中（CH2O）表示糖类。CO2+H2O光能（CH2O）+O2·叶绿体3．光合作用的原理光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。实质上，光合作用的过程十分复杂，它包括一系列化学反应。依照可否需要光能，这些化学反应能够概括地分为光反应和暗反应（现在也称为碳反应）两个阶段。（1）光反应阶段光反应阶段光合作用第一个阶段的化学反应，必定才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。光反应阶段是在进步行的。叶绿体中光合色素吸取的光能，有以下两方面用途。一是将水分解为和，氧直接以氧分子的形式释放出去，H+与氧化型辅酶Ⅱ（NADP+）结合，形成还原型辅酶Ⅱ（NADPH）。NADPH作为爽朗的还原剂，参加暗反应阶段的化学反应，同时也储蓄部分能量供暗反应阶段利用；二是在相关酶的催化作用下，供应能量促使ADP与Pi反应形成ATP。这样，光能就转变成储蓄在ATP中的化学能。这些ATP将参加第二个阶段合成有机物的化学反应。2）暗反应阶段暗反应阶段光合作用第二个阶段中的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。暗反应阶段的化学反应是在中进行的。在这一阶段，被利用，经过一系列的反应后生成。CO2是如何转变成糖类的呢?20世纪40年代，美国科学家卡尔文（M.Calvin，1911～1997）等用小球藻（一种单细胞的绿藻）做了这样的实验：用经过14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，尔后追踪放射性14C的去向，最后探了然CO2中的碳是如何转变成有机物中的碳的。绿叶经过从外界吸取的CO2，在特定酶的作用下，与（一种五碳化合物）结合，这个过程称作CO2的固定。一分子的CO2被固定后，很快形成两个分子。在相关酶的催化作用下，C3接受和释放的能量，并且被NADPH还原。随后，一些接受能量并被还原的C3，在酶的作用下经过一系列的反应转变成糖类；另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列变化，又形成C5。这些C5又能够参加CO2的固定。这样，暗反应阶段就形成从C5到C3再到C5的循环，能够纷至沓来地进行下去，所以暗反应过程也称作卡尔文循环。简而言之，在光反应阶段，光能被叶绿体内类囊体膜上的色素捕获后，将水分解为O2和H+等，形成ATP和NADPH，进而使光能转变成ATP中的化学能；NADPH和ATP驱动在叶绿体基质中进行的暗反应，将CO2转变成储蓄化学能的糖类。可见光反应和暗反应亲密联系，能量转变与物质变化密不能分。光合作用产生的有机物，不但供植物体自己利用，还养活了包括你我在内的所有异养生物。光能经过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。3）光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖能够进入筛管，再经过韧皮部运输到植株各处。4．光合作用的应用光合作用的强度（简单地说，就是指植物在单位时间内经过光合作用制造糖类的数量），直接关系农作物的产量，研究影响光合作用强度的环境因素很有现实意义。依照光合作用的反应式能够知道，光合作用的原料——，动力——，都是影响光合作用强度的因素。所以，只要影响到原料、能量的供应，都可能是影响光合作用强度的因素。比方，环境中CO2浓度，叶片气孔开闭情况，都会因影响CO2的供应量而影响光合作用的进行。叶绿体是光合作用的场所，影响叶绿体的形成和结构的因素，如无机营养、病虫害，也会影响光合作用强度。其他，光合作用需要众多的酶参加，所以影响酶活性的因素（如温度），也是影响因子。易错提示1）叶绿素吸取光能不需要酶的参加。2）光反应产生的ATP只能用于暗反应，不能够用于细胞中其他部位的生命活动，其他部位的生命活动所需ATP来自细胞呼吸，所以，植物ATP的本源有两个路子：细胞呼吸和光反应。3）暗反应不直接需要光照，但是若是没有光照，光反应停止后，暗反应很快会停止。4）CO2还原为糖的一系列反应是由卡尔文发现的，所以，暗反应又叫卡尔文循环。（5）C3的还原中，大部分

C3经过一系列复杂的变化，重新生成了

C5，以保证

CO2的固定能连续进行，少部分

C3被合成了（CH2O）。6）硝化细菌：属于需氧、自养细菌，为原核生物。7）常有的化能自养生物有硝化细菌、硫化细菌、氢细菌、铁细菌等。随堂训练1．某同学在做“绿叶中色素的提取和分别”实验时，为了确定无水乙醇、CaCO3和SiO2的作用，进行了4组实验来考据，四组实验结果以下列图，第④组是进行了正确操作的比较组。以下针对实验结果的相关解析不正确的选项是（）A.①可能是由于未加CaCO3而获取的实验结果B.②可能是由于用水代替了无水乙醇而获取的实验结果C.③可能是由于未加SiO2而获取的实验结果D.绿叶中的色素都能够溶解在层析液中，四种色素的溶解度相同2．以以下列图所示，有甲、乙、丙、丁4盆长势均匀的植物置于阳光下，甲增加品红色光；乙增加绿色光；丙增加品红色滤光片A；丁增加绿色滤光片B。经过一段时间，各盆中长势最旺的和长势最差的依次是（）A．甲和乙B．乙和丙C．甲和丁D．丙和丁3．以下列图分别是萨克斯、鲁宾卡门、恩格尔曼所做的关于光合作用的三个经典实验。以下相关表达中，正确的选项是（）A.图1中A与C部分比较说明光合作用需要光B.图2所示实验运用的实验方法是荧光标记法C.图3所示实验中，好氧细菌分布于光束照射的部位D.若研究光反应的过程，需要对H2O和CO2，进行标记并追踪其去向4．利用以下列图的实验装置进行与光合作用相关的实验，以下表达正确的选项是（）A.试管中收集的气体量代表了光合作用产生的氧襟怀B.在光下若是有气泡产生，可说明光合作用产生了氧气C.若实验装置处于黑暗处，装置中必然没有气泡产生D.该装置能够用来研究CO2浓度对光合作用速率的影响5．光合作用可分为光反应和暗反应两个阶段。以下相关表达正确的选项是（）A.光反应耗资NADPH，暗反应产生NADPHB.光反应耗资H2O，暗反应耗资ATPC.光反应固定CO2，暗反应还原CO2D.光反应储蓄能量，暗反应释放能量6．如图为高等绿色植物光合作用图解。相关说法不正确的选项是（）②是氧气，可参加有氧呼吸的第三阶段B.光合作用可分为两个阶段，光反应和暗反应阶段C.三碳化合物在[H]、ATP和酶的作用下，被还原形成(CH2O)D.④是ATP，在叶绿体基质中生成7．用必然浓度的NaHSO3溶液喷洒到小麦的叶片上，短期内检测到叶绿体中C3的含量下降，C5的含量上升。NaHSO3溶液的作用可能是（）A.促使叶绿体中CO2的固定B.促使叶绿体中ATP的合成C.控制叶绿体中[H]的形成D.控制叶绿体中有机物的输出8．甲、乙、丙三图分别表示研究几种环境因素对马铃薯光合作用速率影响的实验结果。下列解析中正确的选项是（）甲图所示实验主要研究光照强度和温度对马铃薯光合作用速率的影响B.甲图P点时，限制马铃薯光合作用速率的因素为光照强度和温度C.乙图Q点时高CO2浓度条件下，可经过进一步增加光照强度来提高马铃薯光合作用速率D.丙图Q点此后三条曲线的走势为保持平稳9．科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，获取实验结果以以下列图。请据图判断以下表达不正确的选项是（）A.光照强度为a时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差别的原因是CO2浓度不相同B.光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差别的原因是温度不相同C.光照强度为a～b，曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度高升而高升D.光照强度为b～c，曲线Ⅱ、Ⅲ光合作用强度随光照强度高升而高升10．如图是夏季明亮的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。以下相关光合作用强度变化原因的解析中，错误的选项是（）A.从A→B主要原因是光照增强，气温上升B.从B→C主要原因是温度过高，酶失活C.从C→D主要原因是气孔打开，CO2供应增加D.从D→E主要原因是光照减弱，气温下降11．以下关于硝化细菌的表达，错误的选项是（）将二氧化碳和水合成糖类化合物所需能量为光能B.将二氧化碳和水合成糖类化合物所需能量为化学能C.硝化细菌细胞中含有将二氧化碳和水合成有机物的一系列酶D.硝化细菌和绿色植物相同都是自养型生物12．以下列图示光合作用过程，A—I代表各种物质（如E为ADP和Pi），据图回答：（1）光合作用包括和两个阶段，这两阶段的场所依次是、。（2）D

是由光合色素吸取光能后合成的。（3）暗反应中

H

先与

G

结合生成

F（C3）尔后部分

F在

D

供能和多种酶催化下，被

C

还原成

I

，另一部分

F经复杂变化再生成

G，进而使暗反应连续循环发生下去。答案解析一、捕获光能的色素和结构基础梳理（1）无水乙醇体积分数为95%1）【2】研磨得充分研磨中色素被破坏2）剪去两角2）叶绿素（含量约占

3/4）

叶绿素叶绿素

a（蓝绿色）b（黄绿色）绿叶中的色素类胡萝卜素胡萝卜素（橙黄色）（含量约占1/4）叶黄素（黄色）蓝紫光红光2.椭球形或球形双层膜类囊体类囊体的薄膜叶绿体能吸取光能用于光合作用放氧二、光合作用的原理和应用基础梳理3.（1）有光类囊体的薄膜氧H+（2）叶绿体的基质CO2糖类气孔C5C3ATPNADPH4.水、CO2光能随堂训练1．D【解析】①组实验结果不理想的原因有可能是未加CaCO3而使叶绿素被破坏，A正确；色素能溶解在无水乙醇中，而不能够溶于水，所以用水代替无水乙醇不能够分别优异素带，B正确；③中色素带较窄，分别出的色素少，可能是未加SiO2而使得研磨不充分，C正确；绿叶中的色素都能够溶解在层析液中，但是四种色素的溶解度不相同，D错误。2．C【解析】甲组在阳光照射的条件下，甲增加的是红色光，比单独在阳光下的光合作用有所增强，所以长势最旺；乙组增加的是绿色光，对植物的光合作用来说属于无效光，对光合作用几乎没有影响；丙组增加了红色滤光片，这种滤光片只能让红色光经过，其他的光很少或不能够经过，光合作用相对较弱；丁组增加的是绿色滤光片，这种滤光片只能让绿色光经过，而叶绿素主要吸取红光和蓝紫光，所以丁植物几乎不进行光合作用，所以长势最差，正确。3．C【解析】图1中B与C部分比较说明光合作用需要光，A错误；图2所示实验运用的实验方法是同位素标记法，B错误；图3所示实验中，光束照射的部位经过光合作用产生了氧气，所以好氧细菌分布于光束照射的部位，C正确；光反应过程H2O光解产生O2，所以若研究光反应的过程，需要对H2O进行标记并追踪其去向，D错误。4．D【解析】试管中收集到的气体总量小于光合作用产生的氧气总量，A错误；若是光照强度在光补偿点以下，则释放出的是CO2，B错误；若实验装置处于黑暗处，金鱼藻进行呼吸作用可释放出CO2，C错误；用不相同浓度的NaHCO3溶液进行实验，能够研究CO2浓度对光合作用速率的影响，D正确。5．B【解析】水的光解产生H+，H+与NADP+结合形成NADPH，暗反应C3的还原需要耗资NADPH，A错误；光反应水的光解耗资水，暗反应的还原需要耗资ATP，B正确；CO2的固定和C3还原都发生在暗反应阶段，C错误；光反应将光能转变成ATP中活跃的化学能，暗反应将ATP中活跃的化学能转变成有机物中牢固的化学能，D错误。6．D【解析】②是水光解的产物之一氧气，可参加有氧呼吸的第三阶段，A正确；光合作用可分为光反应和暗反应阶段，B正确；三碳化合物在光反应产生的[H]、ATP和叶绿体基质中酶的作用下，被还原形成(CH2O)，C正确；④是ATP，在类囊体薄膜上生成，D错误。7．B【解析】C3含量下降，C5含量上升，有可能是气孔开度减小，细胞间CO2浓度降低以致的；也有可能是光反应产生的[H]和ATP增加，C3还原过程加速以致的，B正确。8．A【解析】本题要点是理解曲线的含义。甲图所示实验主要研究温度和光照强度对马铃薯光合作用速率的影响，A项正确；甲图中P点限制光合作用的因素是光照强度，B项错误；乙图中，Q点光照强度已不是光合速