必修一53能量之源光与光合作用公开课一等奖市优质课赛课获奖课件

项目内容要求考点光合作用的基本过程影响光合作用速率的环境因素ⅡⅡ重难点1.明确光反应和暗反应两个阶段及整个光合作用过程的物质变化和能量变化2.理解光合作用的实质、意义和应用题型年份及考卷考点选择题2008山东、江苏、广东卷2009全国Ⅰ、重庆、山东卷光合作用的过程及影响因素非选择题2008江苏、宁夏卷2009年四川、广东、重庆、全国Ⅰ卷光合作用原理和有关实验2008江苏卷光合作用与细胞呼吸的关系自主梳理一、捕获光能的色素1．绿叶中色素的提取和分离(1)可以利用

提取绿叶中的色素，在研磨时还应加入少许

和CaCO3，其中前者有助于研磨充分，后者可防止研磨中

。有机溶剂(无水乙醇)SiO2色素被破坏(2)分离的原理是利用色素在层析液中的溶解度不同，

的在滤纸上扩散得快，反之则慢。(3)层析中，在滤纸条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

色，最窄的颜色呈

色。溶解度高橙黄色蓝绿色蓝绿橙黄2．色素的种类和吸收光谱色素种类颜色吸收光谱滤纸条上位置叶绿素(约占3/4)叶绿素a主要吸收中下层叶绿素b最下层类胡萝卜素(约占1/4)胡萝卜素主要吸收最上层叶黄素中上层蓝绿色黄绿色橙黄色黄色蓝紫光和红光蓝紫光二、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

，与光合作用有关的酶分布在

。2．功能：是进行

的场所。双层膜基质类囊体类囊体的薄膜类囊体的薄膜上和基质中光合作用三、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水分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：植物可以更新因蜡烛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

和

在更新空气中不可缺少。光绿叶4．1864年，德国的萨克斯的实验证实了光合作用的产物有

。5．1939年，美国的鲁宾和卡门利用。6．20世纪40年代,美国的卡尔文,利用

技术最终探明了

在光合作用中转化为的途径。淀粉同位素标记法证明了光合作用释放的氧气来自水同位素示踪CO2中的碳有机物中碳互动探究正常杨树的叶为什么呈绿色？秋季为什么变黄了？提示叶绿体中叶绿素的含量多，且对绿光吸收量最少，绿光被反射出来，所以呈绿色。秋季，叶片的叶绿素分子在低温下被破坏，而类胡萝卜素较稳定，所以显出类胡萝卜素的颜色。要点归纳一、“绿叶中色素的提取和分离”的实验分析1．原理解读(1)各种色素能溶解在有机溶剂(无水乙醇等)中形成溶液，使色素从生物组织中脱离出来。(2)各种色素都能溶解在层析液中，但在层析液中的溶解度不同：溶解度大的色素分子随层析液在滤纸条上扩散得快，反之则慢，所以不同色素可以在滤纸条上因扩散而分开，各种色素分子在滤纸上可形成不同的色素带。2．实验流程图示提醒①本实验中使用的试剂有毒，不但实验后要洗手，实验前也要洗手。②不但滤液细线不能触及层析液，滤纸条也不要触及试管。③从色素带的宽度知色素含量的多少依次为：叶绿素a>叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素。④从色素带的位置知在层析液中溶解度的大小依次为：胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a＞叶绿素b。⑤.在滤纸上距离最近的两条色素带是叶绿素a与叶绿素b，距离最远的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素。3．实验要点提示(1)实验中几种化学试剂的作用①无水乙醇可溶解叶绿体中的色素。②二氧化硅破坏细胞结构，使研磨充分。③碳酸钙防止研磨过程中色素被破坏。(2)实验成功的关键①叶片要新鲜，颜色要深绿，含有较多色素。②研磨要迅速、充分。叶绿素不稳定，易被活细胞内的叶绿素酶水解。充分研磨使叶绿体完全破裂，提取较多的色素。③滤液细线不仅要求细、直，而且要求含有较多的色素，所以要求待滤液干后再画一两次。④滤液细线不能触及层析液，否则色素溶解到层析液中，滤纸条上得不到色素带。(3)注意事项①剪取干燥的定性滤纸，双手尽量不要接触纸面，手要干净、干燥(可以套上塑料袋)，以免污染滤纸。②加入的SiO2和CaCO3一定要少，否则滤液浑浊，杂质多，颜色浅，实验效果差。③根据试管的长度制备滤纸条，让滤纸条长度高出试管约1cm，高出部分做直角弯折。④画滤液细线时，用力要均匀，速度要适中。二、光合作用探究历程年代科学家过程(依据)结论或结果1771年普利斯特利(英)植物可以更新空气1779年英格豪斯(荷兰)同普利斯特利的实验过程只有在阳光照射下和有绿叶时植物才可以更新空气年代科学家过程(依据)结论或结果1845年梅耶(德国)能量转换和守恒定律植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来1864年萨克斯(德国)黑暗中饥饿处理的绿叶→绿色叶片在光合作用中产生淀粉1939年鲁宾和卡门(美国)H218O＋CO2→植物→18O2C18O2＋H2O→植物→O2光合作用释放的氧气来自水三、叶绿体的结构和功能及色素的种类和作用的理解1．叶绿体的结构和功能(1)结构(如右图所示)①双层膜：分内、外膜，包围着几个到几十个绿色基粒等细微结构。②基粒：每个基粒由许多圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为类囊体，色素就分布在类囊体的薄膜上。③基质：在基粒和基粒之间充满基质，含有与光合作用有关的酶。(2)功能：叶绿体内的基粒和类囊体扩展了其受光面积，含有许多吸收光能的色素分子和光合作用所必需的酶，因此叶绿体是高等植物进行光合作用的场所。2．叶绿体中的色素种类及作用(1)色素的种类和作用感悟拓展1．色素与吸收光谱2．不同颜色温室大棚的光合效率(1)无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明的大棚光合效率最高。(2)叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低。3．影响叶绿素合成的因素(1)光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。(2)温度：温度可影响与叶绿素合成有关酶的活性，进而影响叶绿素的合成，低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。(3)矿质元素：叶绿素中含N、Mg等矿质元素，若缺乏将影响叶绿素的合成，老叶先变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，幼叶先变黄。4．萨克斯实验中黑暗处理的目的：消耗掉叶片中的淀粉，曝光与遮光形成对照，检验试剂为碘蒸气，检验前用酒精浴加热处理，目的是溶解色素；恩格尔曼选用水绵做实验材料的好处：叶绿体呈带状，便于观察，所用细菌异化作用代谢类型为好氧型；鲁宾、卡门用的实验方法为示踪原素法(同位素标记)。 1下图表示叶绿体中色素的吸收光谱。甲、乙两图分别是 ()A．胡萝卜素、叶绿素的吸收光谱B．叶绿素、胡萝卜素的吸收光谱C．叶黄素、叶绿素的吸收光谱D．叶黄素、胡萝卜素的吸收光谱解析

叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，在光谱上有两个吸收区域；胡萝卜素主要吸收蓝紫光，在光谱上有一个吸收区域，据此可做出正确判断。答案

B如图做色素层析分离的正确装置是 ()答案D解析

色素分离的方法：划好滤液细线的滤纸条下端要插入层析液中，一是不要让滤液细线没入层析液中，因为色素易溶于层析液中，导致色素带不清晰，影响实验效果；二是要盖上培养皿盖，防止层析液挥发，因为层析液中的石油醚、苯等化学药剂都有剧毒，会伤害操作者，而且也会影响色素分离效果，所以A、B、C都不符合实验要求。自主梳理一、光合作用过程1．光反应(1)场所：叶绿体的

上。(2)条件：

、色素、酶等。(3)物质变化：将水分解为

，将ADP和Pi合成ATP。(4)能量变化光能转变为

。类囊体的薄膜光O2和[H]活跃的化学能2．暗反应(1)场所：叶绿体的

中。(2)条件：酶、[H]、ATP。(3)物质变化：①CO2的固定：C5＋CO2

。②C3的还原：C3＋[H]

。(4)能量变化：ATP中活跃的化学能转变为。基质2C3(CH2O)稳定的化学能3．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。糖类CO2的浓度水分长短强弱二、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。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。无机物有机物氨氧化CO2和H2O自养异养互动探究1.为什么瓜果大棚用无色顶棚，而蔬菜类用蓝色的？提示无色顶棚透光好，光照强，光合作用强度大，糖分积累多。而蓝紫光有利于蛋白质和脂肪的积累，所以使用浅蓝色棚顶有利于改善蔬菜品质，提高蔬菜质量。2．绿色植物和硝化细菌在代谢方面有什么异同点？提示相同点：都能将无机物合成有机物，即都是自养生物。不同点：在合成有机物时利用的能量不同，绿色植物利用光能，硝化细菌利用无机物氧化时释放的化学能。要点归纳光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧的过程。用反应式概括为

：

其实光合作用的过程十分复杂，人们根据是否需要光能，把它分为光反应和暗反应两个阶段。具体过程用图解来表示：一、光反应和暗反应的区别和联系1．光反应和暗反应的区别项目光反应暗反应实质光能转换为化学能，并放出O2同化CO2形成有机物时间短促，以微秒计较缓慢条件需色素和光不需色素和光，需要多种酶场所在叶绿体内的基粒片层结构的薄膜上进行在叶绿体内的基质中进行项目光反应暗反应物质转化(一)物质转化(二)能量转换光能→活跃的化学能，并储存在ATP中ATP中活跃的化学能→(CH2O)中稳定的化学能2.光反应和暗反应联系提醒①暗反应有光无光都能进行。若光反应停止，暗反应可持续进行一段时间，但时间不长，故晚上一般认为只进行呼吸作用，暗反应不进行。②相同时间内，若光照和黑暗间隔处理比一直光照有机物积累多，因为[H]、ATP基本不积累，利用充分；但一直光照会造成[H]、ATP的积累，利用不充分。感悟拓展叶绿体处于不同条件下，C3、C5、[H]、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化项目条件C3C5[H]和ATP(CH2O)合成量光照不变停止CO2供应减少增加增加减少或没有光照不变CO2供应增加增加减少减少增加光照不变，CO2供应不变，(CH2O)运输受阻增加减少增加减少停止光照CO2供应不变增加下降减少或没有减少或没有突然光照CO2供应不变减少增加增加增加 2光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是 ()A．叶绿体的类囊体膜上进行光反应和暗反应B．叶绿体的类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应C．叶绿体基质中可进行光反应和暗反应D．叶绿体基质中进行暗反应，不进行光反应解析

光反应是在叶绿体内囊状结构的薄膜上进行的，该过程必须在有光的条件下才能进行；暗反应是在叶绿体内的基质中进行的，该过程有光无光均可。答案

D如图是一晴朗夏日某植物光合作用强度随时间变化的曲线图，C点和B点相比较，叶肉细胞内的C3、C5、ATP和[H]的含量发生的变化依次是 ()A．升、升、升、升 B．降、降、降、降C．降、升、升、升 D．升、升、降、降答案C解析

光反应和暗反应中C3、C5、ATP、ADP四种物质与光反应条件中的光、暗反应条件中的CO2之间的关系。C点与B点相比由于气温升高，气孔关闭，CO2的吸收量减少，导致叶肉细胞内C3的含量减少(短时间内C3的生成量减少，而被还原消耗的C3的量不变)，C5的含量增多(短时间内C5的生成量不变，而与CO2结合消耗的C5的量减少)，ATP和[H]的含量增多(短时间内ATP和[H]的生成量不变，而还原过程中消耗掉的ATP和[H]减少)。

二、影响光合作用的环境因素分析及其应用1．光合作用强度表示方法(1)单位时间内光合作用产生糖的数量；(2)单位时间内光合作用吸收CO2的量；(3)单位时间内光合作用放出O2的量注意：最容易检测的是③。2．环境因素对光合作用强度的影响及应用(1)光照强度①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点所示光照强度称为光补偿点。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点所示光照强度称为光饱和点。②应用：阴生植物的B点前移，C点较低，如图中虚线所示，间作套种农作物的种类搭配，林带树种的配置，可合理利用光能；适当提高光照强度可增加大棚作物产量。(2)CO2浓度①曲线分析：图1和图2都表示在一定范围内，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。图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点；图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点。②应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光能利用率。(3)温度①曲线分析：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作用速率。②应用：冬天，温室栽培可适当提高温度，温室栽培也可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累。(4)必需元素供应①曲线分析：在一定浓度范围内，增大必需元素的供应，可提高光合作用速率，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。②应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量。(5)水分①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，从而间接影响光合作用。②应用：根据作物的需水规律合理灌溉。三、光合作用与细胞呼吸的区别和联系1．光合作用与细胞呼吸的区别比较项目光合作用细胞呼吸代谢类型合成作用(或同化作用)分解作用(或异化作用)物质变化无机物有机物有机物无机物能量变化光能―→化学能(储能)化学能―→ATP、热能(放能)场所叶绿体(真核)活细胞(主要在线粒体)条件只在光下进行有光、无光都能进行2.联系①物质方面②能量方面总之，光合作用与细胞呼吸既有区别又相互联系，是相辅相成的。感悟拓展1．叶龄与光合效率之间的关系：如图随幼叶的生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增加，光合作用速率不断增加；壮叶的叶面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率也基本稳定；随着叶龄的增加，叶内的叶绿素被破坏，光合速率随之下降。农业生产中主要通过延长光照时间，增加光照面积和增强光合作用效率等途径提高光能利用率，如轮作、套种和间作等，合理密植。设法满足光合作用的各种环境因素，如利用大棚适当增加光照强度，提高CO2浓度和温度，来提高光合作用效率。2．绿色植物体内H2O和CO2中的元素在光合作用和细胞呼吸过程中转化：①H2O中H和O的转化a．H的转移途径b．O的转移途径②CO2中C和O的转化a．C的转移途径b．O的转移途径 3将川芎植株的一叶片置于恒温的密闭小室，调节小室CO2浓度，在适宜光照强度下测定叶片光合作用的强度(以CO2吸收速率表示)，测定结果如图。下列相关叙述，正确的是 ()A．如果光照强度适当降低，a点左移，b点左移B．如果光照强度适当降低，a点左移，b点右移C．如果光照强度适当增加，a点右移，b点右移D．如果光照强度适当增加，a点左移，b点右移解析

假定光照强度降低，要达到点a，则需要浓度更高的二氧化碳，a点应右移；假定光照强度升高，二氧化碳利用率升高，要达到点a，在二氧化碳浓度低一些的时候即可达到，a点应左移。另外，光照强度升高，则需要更高浓度的CO2才能达到最大光合作用强度，b点应右移。答案

D在正常条件下进行光合作用的某植物，当突然改变某条件后，即可发现其叶肉细胞内五碳化合物含量突然上升，则改变的条件是 ()A．停止光照B．停止光照并降低CO2浓度C．升高CO2浓度D．降低CO2浓度答案D解析

细胞中的C5突然上升，说明是CO2的固定减少，C3的还原仍在继续，即光反应正常，故最可能的原因是CO2浓度降低。命题热点1关于净量与总量的判定【例1】以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示。下列分析正确的是 ()A．光照相同时间，35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时相等B．光照相同时间，在20℃条件下植物积累的有机物的量最多C．温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少D．两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的量相等答案

A解析

图中虚线表示的是CO2的吸收量，即光合作用净合成量，在光照时间相同的情况下，30℃时光合作用的总量为3.50(净合成量)＋3.00(呼吸消耗量)＝6.50mg/h,35℃时光合作用的总量为3.00(净合成量)＋3.50(呼吸消耗量)＝6.50mg/h，二者相同；在25℃时，CO2吸收量最大，即光合作用净合成量最大；两曲线的交点表示光合作用的净合成量等于呼吸作用消耗量。方法点击1．净量与总量判断(1)若为坐标曲线形式，当光照强度为0时，CO2吸收值为0，则为总量，若是负值则为净量。(2)若所给数值为有光条件下绿色植物的测定值，则为净量。(3)有机物积累量一般为净量，制造量一般为总量。2．二者之间关系总量＝净量＋呼吸消耗命题热点2考查影响光合作用的因素【例2】下图为某植物光合作用速率与环境因素之间的关系，请据图回答：(1)甲图表示在光弱的情况下，光合作用随__________的增加成正比例增加，这种情况下，可以认为此时影响光合作用的过程是__________阶段。(2)从图甲可见，光照强度超过某一强度时，光合作用的速度不再增强，且有稳定发展的趋势，这种变化主要决定于__________________，此时光合作用的________________阶段受到限制。(3)图乙中C点表示光照强度为B时，植物生长的__________，出现CD段的原因是__________________。(4)请在图甲中绘制50℃时植物光合作用速度变化的曲线。(5)根据图甲，在图乙绘制光照强度为A时，不同温度下光合作用速率变化曲线。答案

(1)光照强度光反应(2)温度暗反应(3)最适温度酶活性降低，光合作用速率降低(4)如图(5)如图解析

光合作用速率受光照强度、温度和CO2浓度等影响，本题只研究了光照强度和温度对植物光合作用的影响，由甲图可以看出，光照弱时，光合速率随光照强度的增加而上升，此时外界条件主要影响光反应，而与温度无关。而当光照强度超过某一值时，温度又成了限制因素。由图乙可以看出，在50℃时光合速率大于20℃而小于30℃，可在图甲中相应画出，由图甲看出，在光照强度为A时，光合速率与温度变化无关，可在图乙中相应画出。方法点击光合速率的测定：(1)表示方法：单位时间内单位面积叶片吸收CO2(或放出氧气，生产有机物)的量。(2)单位：mg/cm2·h(3)测定方法：实际光合速率＝表观光合速率＋细胞呼吸速率。植物每天积累有机物的量取决于光合速率与细胞呼吸速率的代数和，若大于零，则净积累，植物生长快；若小于零，则净消耗，植物无法正常生长。命题热点3关于光合作用实验考查1．考查点(1)与光合作用发现有关的经典实验：枊树增重实验(2006年广东，42)；萨克斯验证光合作用产物——淀粉(经常考查暗处理的目的、酒精脱色处理的目的，照光与遮光对照、碘液的检验鉴定等)；恩格尔曼的实验(现象及结论、实验材料的优点、实验的巧妙之处)；鲁宾、卡门的实验(技术手段——放射性同位素标记)。(2)教材实验——色素的提取与分离(2008广东、2009年江苏)(3)影响因素——光照、CO2、温度等(2008宁夏)2．实验试剂及作用(1)NaHCO3→提供CO2；(2)石蜡→密封；(3)油层→密封；(4)开水冷却→排除水中气体。3．实验材料及方法(1)绿色叶片、黑藻等——观察气泡(即O2)的冒出速度(2)打孔器打取小的圆形叶片——观察上浮的速度和数量(2006年全国卷)4．实验类型(1)实验改错题(2)与呼吸作用联系考查气体变化——黑白瓶问题【例3】某同学利用如图所示的装置研究CO2含量以及光照强度对某种绿叶光合作用的综合影响。实验用生长状况相同的若干同种新鲜叶片，在室温25℃下进行，缓冲液能调节密闭小室CO2浓度始终保持相对恒定。对相应装置精确测量，结果如下表。请分析回答：组别实验条件液滴移动(mL·h－1)光强(lx)CO2(%)18000.03右移6.0210000.03右移9.0310000.05右移11.2415000.05右移11.2515000.03右移9.0(1)第3组装置液滴右移的生理原因是________________________________________________。该装置在2h内，缓冲液释放到密闭小室空间的CO2约为________mg。第3、4两组的结果相同，限制第4组光合作用的非生物因素主要是__________________________。(2)装置虽均置于25℃环境下，但有同学认为液滴移动的量不一定真正代表光合作用释放O2的量，因为光照引起