2018年秋高中生物 第五章 細胞的能量供應和利用 第4節(jié) 能量之源——光與光合作用學案 新人教版必修1.doc

第4節(jié)能量之源光與光合作用學習目標1說出葉綠體的結構和功能。(重點)2說出色素的種類及功能。3提取和分離綠葉中色素。(難點)4描述光合作用的過程。(重點)5說出光合作用的概念。6闡述光合作用中物質(zhì)和能量的變化。(難點)7體驗科學探究的方法和技術。核心概念提取色素分離色素葉綠體吸收光譜光合作用光反應階段暗反應階段同位素標記法第1課時光合作用的探究歷程、過程及色素一、光合作用的探究歷程11864年，德國的薩克斯的實驗證實了光合作用的產(chǎn)物有 淀粉 。21939年，美國的魯賓和卡門利用 同位素標記法 證明了 光合作用釋放的氧氣來自水 。320世紀40年代，美國的卡爾文，利用放射性同位素標記技術最終探明了 CO2 在光合作用中轉化成 有機物中碳 的途徑。二、綠葉中色素的提取和分離三、色素的含量和種類四、葉綠體的結構和功能1葉綠體的結構2葉綠體的功能：進行 光合作用 的場所。3恩格爾曼的實驗實驗設計：把載有水綿和好氧細菌的臨時裝片放在沒有空氣的黑暗中，然后用極細的光束照射水綿；之后再將臨時裝片暴露在光下。實驗現(xiàn)象：極細的光束照射，細菌 只向葉綠體被光束照射到的部位集中 ；完全暴露在光下，細菌 分布在葉綠體所有受光的部位 。實驗結論：葉綠體是 光合作用的場所 ，氧氣是葉綠體釋放的。五、光合作用的過程及應用1光反應(1)場所：葉綠體的 類囊體薄膜 上。(2)條件： 光照 、色素、酶等。(3)物質(zhì)變化：將水分解為 H和O2 ，將ADP和Pi合成ATP。(4)能量變化：光能轉變?yōu)?活躍的化學能 。2暗反應(1)場所：葉綠體的 基質(zhì) 中。(2)條件：酶、H、ATP。(3)物質(zhì)變化：aCO2的固定：C5CO2 2C3 ；b.C3的還原：C3HATP C6H12O6 。(4)能量變化：ATP中活躍的化學能轉變?yōu)?有機物中穩(wěn)定的化學能 。？思考1夏季的樹葉多為綠的海洋，到了深秋時節(jié)更有“看萬山紅遍，層林盡染”的美景，試從生物學角度分析其原因。提示：春夏時節(jié)葉綠素所占比例大，故葉子為綠色，而到了深秋葉綠素大量分解，類胡蘿卜素含量相對增加，故葉子為黃色或橙黃色。2植物能進行光合作用制造有機物，有位同學就想：“如果人能像綠色植物一樣，豈不是不用吃飯了嗎？”如果該同學的想法能實現(xiàn)，你認為人體細胞應具備什么樣的結構？提示：細胞質(zhì)中有葉綠體。3在大棚種植時一般選用哪種顏色的薄膜？為什么？提示：一般選用無色透明的薄膜，因為能夠透過各種單色光。H判斷題1植物呈現(xiàn)綠色是由于葉綠素能有效地吸收綠光。()2葉綠素a和葉綠素b主要吸收紅光和藍紫光。()3利用紙層析法可分離出4種葉綠體色素。()4葉綠體中的色素主要分布在類囊體腔內(nèi)。()5光合作用過程中光反應是暗反應進行的前提。()知識點1光合作用的探究歷程Z1探究歷程年代科學家過程(依據(jù))結論或結果1771年普利斯特利(英)植物可以更新空氣1779年英格豪斯(荷蘭)同普利斯特利的實驗過程只有在陽光照射下和有綠葉時植物才可以更新空氣1845年梅耶(德國)能量轉換和守恒定律植物在進行光合作用時，把光能轉換成化學能儲存起來1864年薩克斯(德國)黑暗中饑餓處理的綠葉綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生淀粉1939年魯賓和卡門(美國)HOCO2植物18O2C18O2H2O植物O2光合作用釋放的氧氣來自水2從光合作用的探究歷程可知(1)普利斯特利的實驗的優(yōu)點和不足優(yōu)點自變量明確：證明植物具有更新空氣的作用對照明顯：玻璃罩內(nèi)只放小鼠或燃燒蠟燭作對照不足沒有認識到光在植物更新空氣中的作用沒有明確植物吸收和釋放的氣體(2)薩克斯實驗的成功之處方法的成功：a設置了對照實驗，自變量為光照，因變量是葉片顏色的變化。b實驗的關鍵是饑餓處理，使葉片中的營養(yǎng)物質(zhì)消耗掉，避免了對實驗結果的干擾。認識上的成功：本實驗在證明光合作用的產(chǎn)物是淀粉的同時，還證明了光照是光合作用的必要條件。(3)魯賓和卡門實驗巧妙之處：兩組實驗相互對照直觀地表現(xiàn)出氧氣是來自于水的光解，而不是來自于二氧化碳中的氧。自變量為被標記的C18O2和HO，因變量是O2的放射性。(4)卡爾文循環(huán)探究方法：同位素標記法。用14C標記CO2，追蹤檢測放射性，探明了CO2中的碳在光合作用中轉化成有機物中碳的途徑。實驗結論。碳的轉化途徑：14CO2C514C3(14CH2O)知識貼士自身對照相互對照不能認為薩克斯實驗和魯賓及卡門實驗的對照設計方法相同：其中薩克斯實驗的對照方式為自身對照(一半曝光與另一半遮光)；而魯賓和卡門實驗的對照方式為相互對照(通過標記不同的物質(zhì)：HO與C18O2)。D典例1如圖表示德國科學家薩克斯做的實驗，在葉片照光24 h后，經(jīng)脫色、漂洗并用碘液處理后，結果被錫箔遮蓋的部分呈棕色，而不被錫箔遮蓋的部分呈藍色。本實驗說明(C)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ABCD解析將葉片照光24 h后，葉片曝光部分進行光合作用，經(jīng)脫色、漂洗后用碘液處理變藍，說明有淀粉生成，應選；用錫箔遮蓋的部分因沒有照光，不能進行光合作用，未產(chǎn)生淀粉，用碘液處理不變藍，說明光合作用需要光，還應選。變式訓練1右圖是恩格爾曼的實驗示意圖，下列有關敘述正確的是(D)A實驗先進行“黑暗”處理，主要目的是消耗細胞中原有的淀粉B極細的光束照射是為了避免對水綿葉綠體造成灼傷C實驗設置了一次對照D實驗可證明葉綠體是光合作用的場所解析圖示的實驗中，先進行“黑暗”處理，目的是防止光的干擾。極細的光束照射是為了使葉綠體上分為有光照和無光照的部位，相當于一組對照實驗，實驗還進行了黑暗(局部光照)和完全光照對照實驗，共設置了兩次對照實驗。該實驗證明了葉綠體是光合作用的場所。知識點2綠葉中色素的提取和分離Z1原理及試劑(1)原理：(2)試劑：2實驗步驟步驟方法原因色素提取選取新鮮葉片：色素含量高加入少許二氧化硅和碳酸鈣：作用分別是使研磨充分、保護色素加入10 mL無水乙醇：溶解、提取色素將研磨液迅速倒入基部墊有單層尼龍布的玻璃漏斗中過濾，濾液收集到試管中，及時用棉塞塞緊試管口試管口加棉塞：防止溶劑揮發(fā)，并充分溶解色素分離色素剪去兩角：防止層析液在濾紙條的邊緣處擴散過快畫濾液細線畫得細、齊、直；重復畫層析液不能沒及濾液細線：防止色素溶于層析液中試管加塞是為了防止層析液揮發(fā)(因為丙酮、苯等有毒性)觀察與分析3有關色素帶的分析(1)從色素帶的位置可知道各種色素在層析液中溶解度的高低依次為：胡蘿卜素>葉黃素>葉綠素a>葉綠素b。(記憶口訣：胡黃ab)(2)從色素帶的寬度可知各種色素的含量一般情況下為：葉綠素a>葉綠素b>葉黃素>胡蘿卜素。(3)在濾紙條上距離最近的兩條色素帶是葉綠素a與葉綠素b，距離最遠的相鄰的兩條色素帶是胡蘿卜素和葉黃素。4綠葉中的色素對光的吸收特點(1)綠葉中的色素只吸收可見光，對紅外光和紫外光等不吸收。(2)葉綠素對紅光和藍紫光的吸收量大，類胡蘿卜素對藍紫光的吸收量大，對其他可見光并非不吸收，只是吸收量較少。知識貼士實驗中的注意事項加入無水乙醇后，要進行迅速、充分的研磨，迅速研磨可以防止溶劑揮發(fā)，充分研磨是為了使更多的色素溶解在溶劑中，否則提取的色素量減少。過濾時，不能用濾紙，要用單層尼龍布(或脫脂棉)，因為濾紙可以吸附色素，降低濾液中色素的含量，使實驗效果不明顯。D典例2在做“綠葉中色素的提取和分離”實驗時，甲、乙、丙、丁四位同學對相關試劑、藥品的使用情況如下表所示(“”表示使用，“”表示未使用)，其余操作均正常，他們所得到的實驗結果依次應為圖中的(B)試劑甲乙丙丁無水乙醇水CaCO3SiO2ABCD解析無水乙醇用于溶解綠葉中的色素，甲同學未加無水乙醇，其濾紙條上應無色素帶；CaCO3能夠防止研磨時色素被破壞，丙同學未加CaCO3，其濾紙條上葉綠素a、葉綠素b對應的色素帶應較窄；SiO2能夠使研磨更充分，丁同學未加SiO2，其濾紙條上的四條色素帶均應較窄。乙同學操作正確，其濾紙條上的色素帶應是正常的，如圖所示。變式訓練2關于葉綠素的敘述，錯誤的是(D)A葉綠素a和葉綠素b都含有鎂元素B被葉綠素吸收的光可用于光合作用C葉綠素a和葉綠素b在紅光區(qū)的吸收峰值不同D植物呈現(xiàn)綠色是由于葉綠素能有效地吸收綠光解析葉綠素a和葉綠素b所含化學元素的種類相同，都由C、H、O、N、Mg組成，A項正確。葉綠素吸收的光能通過光合作用轉變?yōu)閮Υ嬖谟袡C物中的化學能，B項正確。葉綠素a在紅光區(qū)的吸收峰值約為660 nm，葉綠素b在紅光區(qū)的吸收峰值約為640 nm，C項正確。綠葉中的色素對綠光的吸收極少，絕大多數(shù)綠光被反射出來，葉片中又含有大量的葉綠素，因此一般情況下植物呈現(xiàn)綠色，D項錯誤。知識點3葉綠體的結構和功能Z1葉綠體的結構及功能(1)結構：雙層膜：分為內(nèi)膜和外膜，其主要功能是控制物質(zhì)進出葉綠體?；＃河赡覡罱Y構堆疊而成，這些囊狀結構稱為類囊體。吸收光能的四種色素就分布在類囊體的薄膜上?；|(zhì)：在基粒與基粒之間充滿基質(zhì)，基質(zhì)中含有與光合作用有關的酶。(2)功能：葉綠體內(nèi)的基粒和類囊體擴展了受光面積，含有許多吸收光能的色素分子和光合作用所必需的酶，因此葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所。2葉綠體功能的驗證實驗(1)實驗過程及現(xiàn)象：(2)實驗結論：葉綠體是進行光合作用的場所。O2是由葉綠體釋放的。(3)實驗設計巧妙之處：實驗材料選擇水綿和好氧細菌：水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察；用好氧細菌可確定釋放氧氣的部位。沒有空氣的黑暗環(huán)境：排除了氧氣和光的干擾。用極細的光束點狀投射：葉綠體上可分為獲得光照和無光照的部位，相當于一組對照實驗。進行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的對照實驗：明確實驗結果完全是由光照引起的等。知識貼士光合作用的酶分布在類囊體的薄膜上和基質(zhì)中，但光合色素只分布在類囊體的薄膜上。葉綠體以囊狀結構堆疊成基粒的方式增大膜面積，而線粒體以內(nèi)膜向內(nèi)腔折疊形成嵴的方式增大膜面積。D典例3下列關于葉綠體的描述，錯誤的是(C)A基粒由類囊體堆疊而成B葉綠體被膜由雙層膜組成C暗反應發(fā)生在類囊體薄膜上D類囊體薄膜上具有葉綠素和酶解析葉綠體是雙層膜結構的細胞器，其中許多類囊體像圓餅一樣疊在一起，形成基粒；類囊體上有許多與光合作用有關的色素和酶。在暗反應中，CO2的固定和C3的還原在葉綠體基質(zhì)中進行。易錯提醒：與葉綠體有關的幾點注意事項(1)與光合作用有關的酶分布在類囊體的薄膜上和基質(zhì)中，但光合色素只分布在類囊體的薄膜上。(2)葉綠體以囊狀結構堆疊成基粒的方式增大膜面積，而線粒體以內(nèi)膜向內(nèi)折疊形成嵴的方式增大膜面積。(3)葉綠體基粒是由類囊體堆疊而成，每個基粒含2100個類囊體，基粒之間不是孤立的，它們可通過薄膜相連。變式訓練3葉綠體是植物進行光合作用的場所。下列關于葉綠體結構與功能的敘述，正確的是(D)A葉綠體中的色素主要分布在類囊體腔內(nèi)B吸收光能和四種色素分布在葉綠體基質(zhì)中C葉綠體內(nèi)膜折疊成基粒D光合作用的產(chǎn)物淀粉是在基質(zhì)中合成的解析色素分布在類囊體藻膜上，基粒是由類囊體藻膜堆疊形成的。知識點4光合作用的過程Z1光合作用的過程圖解(1)光反應過程(2)暗反應過程2光反應和暗反應的比較(1)區(qū)別項目光反應暗反應實質(zhì)光能轉化為化學能，并釋放出O2同化CO2，合成有機物反應時間短促較緩慢需要條件外界條件：光照；內(nèi)部條件：色素、酶不需要光照；內(nèi)部條件：酶反應場所葉綠體類囊體的薄膜上葉綠體基質(zhì)內(nèi)物質(zhì)變化水的光解：水分解成H和O2ATP的合成：在相關酶的作用下，ADP和Pi形成ATPCO2的固定：CO2C52C3C3的還原：2C3(CH2O)C5能量變化光能活躍的化學能ATP中活躍的化學能有機物中穩(wěn)定的化學能相應產(chǎn)物O2、ATP和H糖類等有機物(2)聯(lián)系：光反應為暗反應提供H、ATP，暗反應為光反應提供ADP和Pi，如圖所示：3光合作用過程中物質(zhì)交換分析(1)光合作用過程中C、H、O元素轉移途徑3HO(2)14C18O2214C3(14CHO)HO(3)光合作用總反應式與C、H、O元素的去向Y有關光合作用過程的四點提醒(1)葉綠體的內(nèi)膜既不參與光反應，也不參與暗反應。(2)光反應階段為暗反應提供ATP、H，ATP從類囊體薄膜移向葉綠體基質(zhì)。而暗反應則為光反應提供ADP和Pi，ADP從葉綠體基質(zhì)移向類囊體薄膜。(3)光反應階段必須是在有光條件下進行，而暗反應階段有光無光都能進行，但需光反應提供的H和ATP，故暗反應不能長期在無光環(huán)境中進行。(4)在自然條件下，光反應階段和暗反應階段同時進行，不分先后。D典例4如圖為葉綠體結構與功能示意圖，下列說法錯誤的是(D)A結構A中的能量變化是光能轉變?yōu)锳TP中的化學能B供給14CO2，放射性出現(xiàn)的順序為CO2C3甲C結構A釋放的O2可進入線粒體中D如果突然停止CO2的供應，短時間內(nèi)C3的含量將會增加解析結構A為類囊體薄膜，分布有與光反應有關的酶，能把光能轉換為ATP中活躍的化學能。從暗反應的過程可以看出，供給14CO2，放射性出現(xiàn)的順序為CO2C3甲。光合作用產(chǎn)生的O2可進入線粒體，被細胞呼吸所利用。在光合作用中，CO2首先被C5固定形成C3，如果突然停止CO2的供應，則C3的生成量減少，而其消耗量不變，因此短時間內(nèi)C3的含量將會減少。知識貼士：不同的條件下葉綠體內(nèi)各種物質(zhì)的動態(tài)變化規(guī)律條件C3C5H和ATP(CH2O)合成量停止光照CO2供應不變增加減少減少減少突然光照CO2供應不變減少增加增加增加光照不變停止CO2供應減少增加增加減少光照不變CO2供應增加增加減少減少增加說明：以上各物質(zhì)含量的變化是在外界條件改變后的短時間內(nèi)發(fā)生的，且是相對含量的變化。變式訓練4為研究棉花去棉鈴(果實)后對葉片光合作用的影響，研究者選取至少具有10個棉鈴的植株，去除不同比例棉鈴，3天后測定葉片的CO2固定速率以及蔗糖和淀粉含量，結果如圖所示。(1)光合作用暗反應利用光反應產(chǎn)生的ATP和 H(NADPH) ，在 葉綠體基質(zhì) 中將CO2轉化為C3，進而形成淀粉和蔗糖。(2)由圖甲可知，隨著去除棉鈴百分率的提高，葉片光合速率 逐漸下降 。本實驗中對照組(空白對照組)植株的CO2固定速率相對值是 28 。(3)由圖乙可知，去除棉鈴后，植株葉片中 淀粉和蔗糖含量 增加。已知葉片光合產(chǎn)物會被運到棉鈴等器官并被利用，因此去除棉鈴后，葉片光合產(chǎn)物利用量減少， 輸出量 降低，進而在葉片中積累。(4)綜合上述結果可推測，葉片中光合產(chǎn)物的積累會 抑制 光合作用。(5)一種驗證上述推測的方法為：去除植株上的棉鈴并對部分葉片遮光處理，使遮光葉片成為需要光合產(chǎn)物輸入的器官，檢測 未遮光 葉片的光合產(chǎn)物含量和光合速率。與只去除棉鈴植株的葉片相比，若檢測結果是 光合產(chǎn)物含量下降，光合速率上升 ，則支持上述推測。解析(1)光合作用光反應可為暗反應提供H(NADPH)和ATP，并在葉綠體基質(zhì)中將CO2轉化為C3，進而形成淀粉和蔗糖。(2)由圖甲信息可知，隨去除棉鈴百分率的提高，葉片固定CO2能力明顯降低；對照組(未摘除棉鈴)植株CO2固定速率的相對值應為“去除棉鈴百分率為0”時的CO2固定值，即28。(3)由圖乙可知，去除棉鈴后，植株葉片中淀粉和蔗糖含量增加。由題干信息可知，葉片光合產(chǎn)物被運到棉鈴等器官并被利用，故除去棉鈴后，葉片光合產(chǎn)物輸出量降低，從而導致相應產(chǎn)物在葉片中積累。(4)綜合圖甲、乙中的相關信息可知，葉片中光合產(chǎn)物積累將使CO2固定速率明顯降低，即抑制光合作用。(5)該驗證實驗中，推測若去除植株上的棉鈴，使遮光葉片成為需要光合產(chǎn)物輸入的器官，則未遮光葉片光合產(chǎn)物會不斷轉運至遮光葉片中，從而導致未遮光葉片中蔗糖和淀粉含量下降，進而解除產(chǎn)物積累對光合速率的抑制，因此，檢測未遮光葉片的光合產(chǎn)物含量和光合速率，若與只去除棉鈴植株的葉片相比，檢測結果為光合產(chǎn)物含量下降，光合速率上升，則可支持相關推測。第2課時光合作用的原理和應用一、探究光照強度對光合作用強度的影響1光合作用強度2探究光照強度對光合作用強度的影響二、光合作用的原理在生產(chǎn)實踐中的應用實例原理間作套種不同植物對 光照 的需求不同冬季大棚溫度白天適當提高，晚上適當降低一定范圍內(nèi) 溫度 升高，光合作用和細胞呼吸都會增強“正其行、通其風”增大 CO2 濃度，有利于光合作用的進行合理灌溉 水分 缺少導致氣孔關閉，CO2供應不足三、化能合成作用1概念：利用體外環(huán)境中的某些 無機物 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3自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物類型概念代表生物自養(yǎng)生物能將 無機物 合成 有機物 的生物光能自養(yǎng)生物： 綠色植物 化能自養(yǎng)生物： 硝化細菌 異養(yǎng)生物只能利用環(huán)境中 現(xiàn)成的有機物 來維持自身生命活動的生物人、動物、真菌、大多數(shù)細菌？思考1光飽和點后，限制光合速率的內(nèi)部因素主要有哪些？提示：色素含量、酶的數(shù)量、C5的含量等。2下面是有關農(nóng)業(yè)種植的諺語“黑夜下雨白天晴，打的糧食沒處盛”。請從光合作用的角度分析這句諺語的含義。提示：夜晚降雨不僅提供水分，還降低溫度，減弱細胞呼吸消耗，白天晴天，提供良好光照，光合作用強，經(jīng)過一晝夜中，有機物的積累量高。H判斷題1光照強度對光合作用強度的影響實驗中，可以通過調(diào)節(jié)臺燈與實驗裝置的距離來調(diào)節(jié)光照強度。()2探究實驗中，小圓形葉片浮起的原因是葉片進行細胞呼吸產(chǎn)生了CO2。()3綠色植物和硝化細菌都為自養(yǎng)生物，都可通過光合作用制造有機物。()4化能合成作用與光合作用所利用的無機物原料都是CO2和H2O。()5原核生物都是異養(yǎng)生物。()6自養(yǎng)生物合成有機物時只能利用光能。()知識點1探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響Z1光合作用強度(1)概念：簡單地說，光合作用強度(又稱光合速率)是指植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量，是描述光合作用強弱的指標。(2)表示方法2探究光照強弱對光合作用強度的影響(1)實驗原理葉片含有空氣，上浮葉片下沉充滿細胞間隙，葉片上浮(2)實驗中沉水葉片的制備小圓形葉片的制備：用打孔器在生長旺盛的綠葉上打出小圓形葉片。沉水：用注射器抽出葉片內(nèi)氣體，放入黑暗處盛有清水的燒杯中，小圓形葉片全部沉到水底。黑暗條件的設計是為了防止光合作用的進行。(3)實驗裝置分析自變量的設置：光照強度是自變量，通過調(diào)整臺燈與試管之間的距離來調(diào)節(jié)光照強度的大小。中間盛水的玻璃柱的作用：吸收燈光的熱量，避免光照對試管內(nèi)水溫產(chǎn)生影響。因變量是光合作用強度，可通過觀測單位時間內(nèi)被抽去空氣的小圓形葉片上浮的數(shù)量或者是浮起相同數(shù)量的葉片所用的時間長短來衡量光合作用的強度。(4)實驗結論：在一定范圍內(nèi)，隨著光照強度的不斷增強，光合作用強度也不斷增強。(假設正確)Y取材關鍵及實驗結果分析(1)打孔時避開大葉脈是因為大葉脈部分含有的葉綠體少。(2)用注射器排出小圓形葉片內(nèi)的氣體是為了防止細胞內(nèi)原本存在的氣體影響實驗結果。(3)該實驗中所取的葉片大小和生理狀態(tài)應該是相同的，打孔時要取葉片的相同部位。(4)本實驗中的數(shù)值并不代表真正的光合速率，而是光合作用的凈積累值，即光合作用與細胞呼吸的差值。D典例1正常生長的綠藻，照光培養(yǎng)一段時間后，用黑布迅速將培養(yǎng)瓶罩上，此后綠藻細胞的葉綠體內(nèi)不可能發(fā)生的現(xiàn)象是(B)AO2的產(chǎn)生停止BCO2的固定加快CATP/ADP比值下降DNADPH/NADP比值下降解析本題考查光照變化對光合作用過程的影響。用黑布將培養(yǎng)瓶罩住，相當于停止光照，光反應停止，不再產(chǎn)生氧氣。H和ATP的產(chǎn)生停止，導致暗反應C3的還原速度減慢，C3在葉綠體內(nèi)積累導致二氧化碳固定減慢。光反應停止，ATP的生成減少，ATP/ADP比值下降。光反應停止，NADPH(H)的產(chǎn)生減少，NADPH/NADP比值下降。解答本題的關鍵是弄清楚光照和哪些反應有關，引起哪些物質(zhì)發(fā)生變化。變式訓練1將植物栽培在光照、溫度適宜，CO2充足的條件下，如果將環(huán)境中CO2含量突然降至極低水平，此時葉肉細胞中C3化合物、C5化合物和ATP含量的變化情況依次是(C)A上升、下降、上升B下降、上升、下降C下降、上升、上升D上升、下降、下降解析在其他條件都適宜的前提下，CO2含量突然降低會導致CO2的固定受阻，致使C3化合物的來源受阻，C5化合物的去路受阻。而C3化合物的還原過程仍然在進行，導致C3化合物因不斷被還原而減少，C5化合物因不斷產(chǎn)生而增加，C3化合物的來源不足，致使ATP的利用減少，含量上升。知識點2影響光合作用的環(huán)境因素及在生產(chǎn)中的應用Z1光照強度：(1)原理：光照強度主要影響光反應階段ATP和H的產(chǎn)生，進而影響暗反應階段。(2)曲線關鍵點A點光照強度為0，此時只進行細胞呼吸；A點的CO2釋放量表示細胞呼吸速率B點光合作用強度細胞呼吸強度(細胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用)，此時光照強度稱為光的補償點C點光照強度增強，光合作用強度基本不變，此時的光照強度稱為光的飽和點，此時CO2吸收量表示凈光合作用速率區(qū)段分析AB段開始進行光合作用，隨光照強度的增強，光合作用強度也增強，但光合作用強度小于細胞呼吸強度BC段隨光照強度的增強，光合作用強度增強(3)應用欲使植物正常生長，則應使光照強度大于B點對應的光照強度。適當提高光照強度：如陰雨天適當補充光照，及時對大棚除霜消霧等。合理密植和間作套種：陰生植物的光補償點和光飽和點低，因此間作套種農(nóng)作物可以充分利用光照。2CO2濃度(1)原理：CO2濃度通過影響暗反應階段，制約C3的生成進而影響光合作用強度。關鍵點ACO2的補償點：光合速率等于呼吸速率時的CO2濃度A進行光合作用所需的最低CO2濃度B和BCO2飽和點走勢分析圖1和圖2一定范圍內(nèi)，光合作用強度隨CO2濃度的增大而增大，但當CO2達到一定的濃度時，光合作用強度不再增強(3)應用大氣中的CO2濃度處于OA段時，植物無法進行光合作用。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可通過“正其行，通其風”和增施農(nóng)家肥等措施增加CO2濃度，提高光合作用速率。3溫度(1)原理：通過影響酶活性進而影響光合作用。(2)曲線：AB段：隨著溫度升高，光合作用增強。B點：光合作用最適溫度。BC段：隨著溫度升高，光合作用減弱。溫度過高時，酶失活，光合作用完全停止。(3)應用適時播種。溫室栽培時白天適當提高溫度，夜間適當降低溫度。4水及礦質(zhì)元素對光合作用的影響(1)原理：N、Mg、Fe等是葉綠素合成的必需元素，若這些元素缺乏，會影響葉綠素的合成從而影響光合作用。水既是光合作用的原料，又是體內(nèi)各種化學反應的介質(zhì)，水還會影響氣孔的開閉，從而影響CO2進入植物體。(2)曲線(3)應用合理施肥；預防干旱，合理灌溉。Y(1)光的補償點是指凈光合作用為0的點，實際光合作用補償(抵消)了呼吸作用，此時植物表現(xiàn)為不生長。(2)CO2的飽和點是指光合作用達到最大值時所需的最低CO2濃度，外界條件變化時，CO2的飽和點會發(fā)生變化。D典例2如圖所示，圖甲表示某種植物光合作用強度(用CO2吸收量表示)與光照強度的關系，圖乙表示該植物葉肉細胞的部分結構(圖中m和n代表兩種氣體的體積)，下列說法正確的是(注：不考慮無氧呼吸)(D)A圖甲中的縱坐標數(shù)值即為圖乙中的m4B處于圖甲中A、B、C、D、E任意一點，圖乙中都有m1n1>0，m2n2>0C圖甲中E點以后，圖乙中n4不再增加，其主要原因是m1值太低D圖甲中C點時，圖乙中有m1n1m4n4解析圖乙中m1m4分別表示線粒體產(chǎn)生、細胞釋放、細胞吸收、葉綠體吸收的CO2量，n1n4分別表示線粒體吸收、細胞吸收、細胞釋放、葉綠體產(chǎn)生的O2量。圖甲中的縱坐標數(shù)值是整個細胞吸收的CO2，即為圖乙中的m3，A項錯誤；在E點時，葉綠體產(chǎn)生的O2足夠線粒體進行細胞呼吸消耗，n20，B項錯誤；圖甲在E點以后，圖乙中n4不再增加，即達到光飽和點，其主要原因是葉綠體中的色素等有限，來不及吸收和利用那么多的光能，C項錯誤；圖甲中C點時，光合作用強度等于細胞呼吸強度，故有m1n1m4n4，D項正確。變式訓練2(2018湖北黃岡高三上學期期末)如圖所示，甲圖和乙圖表示某植物在適宜的CO2濃度下光合速率與環(huán)境因素之間的關系，下列相關描述中錯誤的是(D)A甲圖中，在A點限制光合速率的主要因素是光照強度，在B點限制光合速率的主要因素是溫度B從乙圖可以看出，當超過一定溫度后，光合速率會隨著溫度的升高而降低C溫度主要是通過影響酶的活性來影響光合速率的D若光照強度突然由A變?yōu)锽，短時間內(nèi)葉肉細胞中C3的含量會增加解析甲圖表示光照強度和溫度對光合速率的影響，乙圖表示溫度對光合速率的影響。分析甲圖中某點的限制因素時，要看曲線是否達到飽和點。如果沒有達到飽和點(如A點)，則限制因素為橫坐標表示的因素，即光照強度；當達到飽和點以后(如B點)，則限制因素為橫坐標表示的因素以外的其他因素，如溫度。當光照強度突然增強時，光反應速率加快，產(chǎn)生更多的H和ATP，短時間內(nèi)C3的還原速率加快，而CO2的固定速率不變，故C3的含量會減少。知識點3化能合成作用Z1硝化細菌進行化能合成作用的過程2與光合作用的區(qū)別化能合成作用與光合作用的不同之處僅在于光合作用是利用光能將CO2和H2O合成有機物，而化能合成作用是利用化學能將CO2和H2O合成有機物。注意：除了硝化細菌外，能進行化能合成作用的細菌還有硫細菌、鐵細菌等。D典例3硝化細菌通過化能合成作用形成有機物，需要下列哪種環(huán)境條件(B)A具有NH3及缺氧B具有NH3和氧C具有硝酸和氧D具有硝酸和缺氧解析硝化細菌的化能合成作用所需要的能量來自土壤中的氨(NH3)氧化成亞硝酸(HNO2)和硝酸(HNO3)的過程中釋放出來的能量。因此，硝化細菌所需要的環(huán)境條件是有NH3和氧氣。變式訓練3光合作用和化能合成作用的相同點是(B)A都需要把太陽光作為能源B把無機物轉變?yōu)橛袡C物C都需要利用氧氣D都需要物質(zhì)氧化形成的能量解析光合作用和化能合成作用的相同點是把無機物CO2和H2O轉變?yōu)橛袡C物。一、光照、CO2濃度對光合作用中各物質(zhì)含量的影響當外界條件改變時，光合作用中C3、C5、H、ATP的含量變化分析如下。1圖示2分析條件過程變化C3C5H和ATP模型分析光照由強到弱，CO2供應不變過程減弱，過程減弱，過程正常進行增加減少減少或沒有光照由弱到強，CO2供應不變過程增強，過程增強，過程正常進行減少增加增加光照不變，CO2由充足到不足過程減弱；過程正常進行，過程正常進行減少增加增加光照不變，CO2由不足到充足過程增強；過程正常進行，過程正常進行增加減少減少提示：以上各種物質(zhì)的含量變化是在外界條件改變的短時間內(nèi)發(fā)生的，且是相對含量的變化。典例4下圖為光合作用過程示意圖。在適宜條件下栽培小麥，如果突然將c降低至極低水平(其他條件不變)，則a、b在葉綠體中含量的變化將會是(B)Aa上升、b下降Ba、b都上升Ca、b都下降Da下降、b上升解析圖中c為二氧化碳，a、b分別為H和ATP。在光合作用過程中突然將二氧化碳降低到極低水平，而其他條件不變，這時，二氧化碳的固定減弱，但C3的還原仍會進行一會兒，所以C3含量下降，C5含量增加，H和ATP的含量都會上升，(CH2O)的合成減少。二、光合作用與有氧呼吸的區(qū)別和聯(lián)系1光合作用與有氧呼吸的區(qū)別項目光合作用有氧呼吸物質(zhì)變化無機物有機物有機物無機物能量變化光能化學能(儲能)化學能ATP中活躍的化學能、熱能(放能)實質(zhì)合成有機物，儲存能量分解有機物，釋放能量，供細胞利用場所葉綠體活細胞(主要在線粒體)條件只在光下進行有光、無光條件下都能進行2探究兩者之間的聯(lián)系(1)物質(zhì)方面C：CO2(CH2O)C3H4O3CO2O：H2OO2H2OH：H2OH(CH2O)HH2O(2)能量方面光能ATP中活躍的化學能(CH2O)中穩(wěn)定的化學能3H和ATP的來源、去路的比較比較項目主要來源主要去路H光合作用光反應中水的光解作為暗反應階段的還原劑，用于還原C3合成有機物有氧呼吸第一、二階段產(chǎn)生用于第三階段還原O2產(chǎn)生水，同時釋放大量能量ATP光合作用在光反應階段合成ATP，其合成所需能量來自色素吸收、轉化的太陽能供應暗反應階段C3還原時的能量之需，以穩(wěn)定的化學能形式儲存在有機物中有氧呼吸第一、二、三階段均產(chǎn)生，其中第三階段產(chǎn)生最多，能量來自有機物的分解作為供能物質(zhì)直接用于各項生命活動典例5如圖是綠色開花植物體內(nèi)能量供應及利用的示意圖，下列說法正確的是(C)A乙過程利用的ATP是由甲和丙過程共同提供的B乙過程中的ATP用于固定CO2和還原C3C甲、丙中合成ATP所需的能量來源不相同D丁中的能量可用于肌肉收縮、人的紅細胞吸收葡萄糖、興奮傳導等解析從圖中發(fā)生的變化可判斷，甲是光反應，乙是暗反應，丙是細胞呼吸，丁是ATP的水解。細胞呼吸產(chǎn)生的ATP不能用于光合作用的暗反應，A項錯誤；光反應過程中產(chǎn)生的ATP用于C3的還原，不能用于CO2的固定，B項錯誤；光反應合成ATP所需的能量來源于光能，而丙過程合成ATP所需的能量來自有機物中的化學能，C項正確；人的紅細胞吸收葡萄糖的方式是協(xié)助擴散，協(xié)助擴散需要載體蛋白，但不消耗ATP，D項錯誤。三、光合作用與細胞呼吸的相關計算1呼吸速率的表示方法將植物置于黑暗環(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的表示方法(1)凈光合速率：常用在光照條件下測得的一定時間內(nèi)O2釋放量、CO2吸收量或有機物積累量表示。(2)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(或制造量)表示。3呼吸速率、凈光合速率與真正光合速率的關系由圖可知，在不考慮光照強度對呼吸速率影響的情況下，OA段表示植物呼吸速率，OD段表示植物凈光合速率，OAOD段表示總光合速率(即真正光合速率)。即真正光合速率凈光合速率呼吸速率。4相關計算當植物的光合作用與細胞呼吸同時進行時，存在如下關系：(1)光合作用實際產(chǎn)氧量(葉綠體產(chǎn)氧量)實測植物氧氣釋放量細胞呼吸耗氧量。(2)光合作用實際CO2消耗量(葉綠體消耗CO2量)實測植物CO2吸收量細胞呼吸CO2釋放量。(3)光合作用葡萄糖凈產(chǎn)生量(葡萄糖積累量)光合作用實際葡萄糖產(chǎn)生量(葉綠體產(chǎn)生或合成的葡萄糖量)細胞呼吸葡萄糖消耗量。5以凈光合速率的大小來判斷植物能否正常生長(自然狀態(tài)下，以一天24 h為單位)(1)凈光合速率大于0時，植物因積累有機物而正常生長。(2)凈光合速率等于0時，植物因沒有有機物積累而不能生長。(3)凈光合速率小于0時，植物因有機物減少而不能生長，且長時間處于此種狀態(tài)下植物將死亡。警示：植物進行光合作用的同時，一定進行細胞呼吸，但在進行細胞呼吸時不一定進行光合作用，因為光合作用只有在有光條件下才能進行，而細胞呼吸只要是活細胞就會進行。典例6以測定的CO2吸收量與釋放量為指標，研究溫度對某綠色植物光合作用與細胞呼吸的影響，結果如圖所示。下列分析正確的是(A)A. 光照相同時間，35時光合作用制造的有機物的量與30時相等B光照相同時間，在20條件下植物積累的有機物的量最多C溫度高于25時，光合作用制造的有機物的量開始減少D兩曲線的交點表示光合作用制造的有機物的量與細胞呼吸消耗的有機物的量相等解析圖中虛線表示的是光照下CO2的吸收量，即光合作用有機物凈合成量，在光照時間相同的情況下，30時光合作用有機物合成的總量為3.50(有機物凈合成量)3.00(呼吸消耗量)6.50 mgh1,35時光合作用有機物合成的總量為3.00(有機物凈合成量)3.50(呼吸消耗量)6.50 mgh1，二者相等。在25時，CO2吸收量最大，即光合作用有機物凈合成量最大。溫度高于25時，如30時，光合作用制造的有機物的量還在增加；兩曲線的交點表示光合作用的有機物凈合成量等于細胞呼吸消耗量。四、光合作用、細胞呼吸曲線中關鍵點的移動CO2(或光)補償點和飽和點的移動方向：一般有左移、右移之分，其中CO2(或光)補償點B是曲線與橫軸的交點，CO2(或光)飽和點C則是最大光合速率對應的CO2濃度(或光照強度)，位于橫軸上。(1)呼吸速率增加，其他條件不變時，CO2(或光)補償點B應右移；反之左移。(2)呼吸速率基本不變，相關條件的改變使光合速率下降時，CO2(或光)補償點B應右移；反之左移。(3)與陽生植物相比，陰生植物CO2(或光)補償點和飽和點都應向左移動。典例7已知某植物光合作用和細胞呼吸的最適溫度分別為25和30，如圖表示30時光合作用與光照強度的關系。若溫度降到25(原光照強度和CO2濃度不變)，理論上圖中相應點a、b、d的移動方向分別是(C)A下移、右移、上移B下移、左移、下移C上移、左移、上移D上移、右移、上移解析圖中a、b、d三點分別表示細胞呼吸強度、光補償點和光飽和點。由題干“光合作用和細胞呼吸的最適溫度分別為25和30”可知，當溫度從30下降到25時，細胞呼吸強度降低，a點上移；光合作用強度增強，所以光飽和點(d點)時吸收的CO2增多，d點上移。b點表示光合作用強度細胞呼吸強度，在25時細胞呼吸強度降低，光合作用強度增強，在除光照強度外其他條件不變的情況下，要使其仍然與細胞呼吸強度相等，需降低光照強度以使光合作用強度與細胞呼吸強度相等，即b點左移。1葉綠體中的色素(1)種類：葉綠素葉綠素a(藍綠色)和葉綠素b(黃綠色)；類胡蘿卜素胡蘿卜素(橙黃色)和葉黃素(黃色)。(2)功能：葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。2綠葉中色素的提取和分離(1)色素提取的原理：色素都能溶解在有機溶劑無水乙醇中。(2)色素分離的原理：色素在層析液中的溶解度不同，溶解度大的隨層析液在濾紙上擴散得快；反之，則慢。3葉綠體(1)結構：外膜、內(nèi)膜、基質(zhì)、基粒(由類囊體構成)。(2)酶的分布：類囊體和基質(zhì)中。(3)色素分布：類囊體的薄膜上。4光合作用的過程(1)光反應階段：必須有光才能進行。場所：類囊體薄膜上。物質(zhì)變化：H2O分解成O2和H，合成ATP。能量變化：光能轉換成活躍的化學能儲存在ATP中。(2)暗反應階段：有光無光都能進行。場所：葉綠體基質(zhì)中。物質(zhì)變化：CO2的固定，C3的還原。能量變化：ATP中活躍的化學能轉換成有機物中穩(wěn)定的化學能。(3)聯(lián)系：光反應為暗反應提供ATP和H，暗反應為光反應提供合成ATP的原料ADP和Pi。