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用心爱心专心-1-光合作用【自学导引】一、光合作用的发现1．1771年，英国科学家普里斯特利发现，分别将点燃的蜡烛和小鼠与绿色植物一起放入一个密闭的玻璃罩内，蜡烛不易熄灭；小鼠也不容易死亡。于是他指出绿色植物可以更新空气。2．1864年，德国科学家萨克斯通过实验证明，绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。3．1880年，德国科学家恩吉尔曼通过实验证明：氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。4．20世纪30年代，美国科学家鲁宾和卡门用同位素标记法证明，光合作用释放的氧全部来自水。二、叶绿体中的色素1．种类及其颜色2．功能叶绿素a和叶绿素B主要吸收蓝紫光和红橙光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。叶绿素a和叶绿素B对绿光的吸收量最少，正因如此，绿光被反射出来，叶绿体才呈现绿色。三、光合作用的过程1．光合作用的反应式：CO2+H2O叶绿体光能(CH2O)+O2。2．过程：（1）光反应条件：光反应必须有光才能进行。场所：在叶绿体内的基粒上进行的。过程：H2O叶绿体中的色素光2［H］+21O2↑AD．P+Pi叶绿体中的色素酶光,ATP（2）暗反应条件：暗反应没有光也能进行场所：在叶绿体内的基质中进行过程：CO2的固定：CO2+C5酶2C3C3的还原：2C3＋［H］酶ATP(CH2O)+C53．实质物质变化：把CO2和H2O转变为有机物。能量变化：把光能转变成有机物中的化学能。用心爱心专心-2-四、光合作用的重要意义1．光合作用为包括人类在内的几乎所有生物的生存提供了物质来源和能量来源。2．光合作用维持大气中O2和CO2含量的相对稳定。3．对生物的进化具有重要作用，主要表现在蓝藻出现后，地球的大气中才逐渐含有O2，其中一部分氧转化成O3，并在大气上层形成臭氧层，能够有效地滤去太阳辐射中对生物具有强烈破坏作用的紫外线。从而出现了进行有氧呼吸的生物和陆生生物。五、植物栽培与光能的合理利用1．延长光合作用时间。措施：每年种植和收获2次或多次。2．增加光合作用面积。措施：合理密植。【思考导学】1．夏季的早晨，在水草丰富的池塘里往往会发现鱼浮头现象，原因如何？答案：夜间水草不能进行光合作用释放氧气，而池塘中的生物时刻进行呼吸作用消耗水中的氧气，从而导致水中缺氧，鱼为能获得氧气，故会出现浮头现象。2．道路两旁被树荫遮住的庄稼为何比大田里面的长的弱小？答案：树荫下光照较弱，光合作用强度小。3．在进行植物温室栽培时，适量燃烧石油液化气或放一些干冰，能够增产，为什么？答案：二氧化碳是光合作用的原料，适量燃烧石油液化气或放一些干冰，能增加二氧化碳的量，使光合作用增强，因而能够增产。【学法指导】1．如何理解好光合作用的过程:光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢，光合作用的过程是本部分的重点，也是难点。从总体上讲，光合作用是一个氧化还原的过程。在绿色植物体内，由叶绿素吸收光能作为反应的推动力，使一个很难被氧化的水分子产生的氢［H］去还原一个很难被还原的二氧化碳分子，使一个基本不含能量的二氧化碳变成一个富含能量的有机物，其中所含的能量又是由人和动物不能直接利用的太阳光能转化而来的。这个反应在植物体外的常温、常压下是很难实现的。光合作用的过程分为光反应和暗反应两个阶段。要通过光反应的条件和生成物、暗反应的条件和生成物有几种来理解、掌握。光反应的条件有：光、色素和酶，生成物有：O2(全部来自水中的氧)、［H］和ATP；暗反应的条件有：光反应提供的［H］、ATP和多种酶，生成物有糖类等有机物和水。这样对光合作用的光反应和暗反应就有了一个大致的理解、能够回答一些基本问题。在复习光合作用过程中，还要注意影响光合作用的条件。光(光照强度和光照时间的长短)主要影响光反应的进行。光反应产生的［H］和ATP的多少又影响暗反应的进行。CO2的浓度和酶主要影响暗反应，也直接影响光合产量。这些都是该部分出考题多且难之所在。2．如何正确理解光反应和暗反应的关系:(1)联系：光反应和暗反应是一个整体，二者紧密联系。光反应是暗反应的基础，光反应阶段为暗反应阶段提供能量(ATP)和还原剂(［H］)，暗反应产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料。(2)区别：(见下表)项目光反应暗反应实质光能→化学能，释放O2同化CO2形成(CH2O)(酶促反应)时间短促，以微秒计较缓慢条件需色素、光和酶不需色素和光，需多种酶场所在叶绿体内囊状结构薄膜上进行在叶绿体基质中进行物质转化2H2O光4［H］+O2↑ADP+Pi光ATPCO2的固定：CO2+C5酶2C3用心爱心专心-3-能量转化叶绿素把光能转化为活跃的化学能并贮存在ATP中ATP中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能3．如何理解光合作用的化学反应式课本中给出的反应式：CO2+H2O叶绿体光能(CH2O)+O2只表明了光合作用的场所、条件、原料和产物，并未表示出反应物和生成物之间的物质转换关系。利用同位素18O作为示踪原子，分别标记水和二氧化碳。(1)首先用18O标记水(H218O)，生成的氧气全部有放射性。(2)用18O标记二氧化碳(C18O2)，除了(CH2O)有放射性外，部分水分子也具有放射性，释放的氧气全部无放射性。因此，光合作用的总反应式又应该写成：CO2+2H2O叶绿体光能(CH2O)+O2+H2O这说明在光合作用过程中，一方面有水的分解，产生出分子态的氧，另一方面又有水的生成，即H2O中的［H］与CO2中的O形成了新的水分子。虽然在光合作用的局部反应中有水生成，但是从全部的光合作用反应来看，则只有水的氧化。换句话说，就光合作用的净反应而言，只有水的氧化而没有水的生成。【例题解析】［例1］在一定时间，绿色植物在一定强度的_____________的照射下，放出的氧最多A．白光B．红光和蓝紫光C．蓝紫光和绿光D．红光和绿光解析：依据叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，以及在植物的叶片中，叶绿素的含量是类胡萝卜素的3倍判断，答案应为B，红光和蓝紫光。答案：B．错因：此题往往会误选A。其原因是没有弄清四类光照强度应相同，而非同一光源下。［例2］光照增强，光合作用增强，但夏季的中午却又因叶面的气孔关闭而使光合作用减弱，这主要是由于A．水分解产生的氧数量不足B．色素利用光能合成ATP不足C．暗反应中C3产生的数量太少D．暗反应中还原剂［H］的量不足解析：考查光合作用的条件，属理解层次。一般情况下光照越强，蒸腾越旺盛，以降低植物体温度。但夏天的中午，光照太强，蒸腾作用若继续增强，就会出现水的供需矛盾，这时部分气孔关闭以利保水。因部分气孔关闭，暗反应所需CO2的供给减少，影响暗反应的进行。答案：C错因：不能误选A、B、D。因为能正常进行光合作用的光反应，所以O2、ATP、［H］作为光反应的产物是正常的。而气孔关闭，CO2不能进入叶绿体；暗反应缺乏原料CO2也就影响了暗反应的进行，直接导致C3的数量大量减少，C5的数量急剧增多。［例3］将一株植物培养在H218O中并进行光照，过一段时间后18O存在于A．光合作用生成的水中B．仅在周围的水蒸气中C．仅在植物释放的氧气中D．植物释放的氧气和周围的水蒸气中解析：光合作用过程中产生的氧来自水，所以将一株植物培养在H218O中并进行光照，过一段时间后光合作用产生的氧气中含18O，此外植物的蒸腾作用在不断进行，植物吸收的H218O一部分通过蒸腾作用从叶片的气孔散失到周围空气中。所以植物释放的氧气和周围的水蒸气中都有18O。答案：D用心爱心专心-4-错因：此题的常见错误是选C，这是因为只考虑到光合作用过程中释放的氧气来自水。此题不仅要知道光合作用释放的氧气来自水，还要了解植物体内水分绝大部分是通过蒸腾作用散失的；在此基础上将两者综合考虑，从而得到正确答案。［例4］在做植物实验的暗室内，为了尽可能地降低植物光合作用的强度，最好安装A．红光灯B．绿光灯C．白炽灯D．蓝光灯解析：主要考查光的波长与光合作用强度的关系，不同波长的光对植物光合作用的影响不同。叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，因此，在红光和蓝紫光照射下，光合作用最强，而叶绿体中的色素吸收的绿光最少，光合作用最弱。白炽灯光各种波段的光都有，其光合作用的强度比绿光高。答案：B．错因：此题的关键是要弄清叶绿体色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光的吸收最少。由此作为突破口，排除A、D。而C是复合光，又被排除，故得出正确答案B。【基础训练】一、选择题1．下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①光合作用需要CO2②光合作用需要光③光合作用需要叶绿素④光合作用放出氧⑤光合作用制造淀粉A．①②B．③⑤C．②⑤D．①③解析：本题是关于光合作用的条件、产物的分析题。光照24小时，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，应选⑤；有锡箔覆盖的位置，因没有光，不能进行光合作用，未产生淀粉，用碘液处理不变蓝，又应选②。答案：C．2．请按时间先后顺序排列下列事件①德国科学家萨克斯证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉②美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法证明：光合作用释放的氧气全部来自参加反应的水③英国科学家普利斯特利指出植物可以更新空气④德国科学家恩吉尔曼用水绵做实验证明：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。A．①②③④B．④③②①C．③①④②D．①③②④答案：C．3．下图为水绵结构模式图。吉尔曼进行光合作用实验时，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里，然后用白光束对水绵细胞的不同部位（如a处）做点状投射，发现水中的好氧细菌明显聚集在叶绿体被光投射处；若将装片完全暴露在光下，好氧细菌则用心爱心专心-5-分布在叶绿体所有受光部位的周围。此实验证明了A．氧气是由水分解来的B．叶绿体是光合作用的场所C．光合作用能产生淀粉D．光合作用需以二氧化碳作原料解析：在没有空气的黑暗环境里，用白光束对水绵的不同部位做点状投射，好氧细菌聚集在被照叶绿体部位，其他部位不聚集，说明被光照的叶绿体产生O2；完全暴露在光下，好氧细菌又分布在叶绿体所有受光部位，这又进一步说明叶绿体受光照产生O2，而非叶绿体的受光部位不分布，排除了好氧细菌的趋光性。答案：B4．关于光合作用的叙述，下列正确的一项是A．光合作用的两个阶段均有［H］和ATP产生B．光合作用中产生的O2来自于CO2中的氧C．光合作用固定CO2的是一种C5化合物D．光合作用的暗反应必须在暗处进行解析：在光反应阶段，叶绿体色素利用吸收的光将水分解为［Ｈ］和O２，ADP接受叶绿体转化的光能与Pi结合成ATP。光合作用过程中释放的氧全部来自于光反应阶段水的光解。在暗反应阶段，绿叶从空气中吸收的二氧化碳被Ｃ５固定形成2分子的Ｃ３化合物，暗反应在有光无光的条件下都能进行。答案：C．5．欲测定植物是否进行光反应，可以检测是否有A．葡萄糖的生成B．淀粉的生成C．O2的释放D．CO2的吸收解析：光反应阶段的物质变化包括水光解生成［H］和O2，ADP与Pi合成ATP，而A、B、D都属于暗反应阶段的物质变化。答案：C．6．在光合作用的暗反应中，没有消耗的物质是A．［H］和ATPB．［H］和CO2C．五碳化合物和酶D．三碳化合物和五碳化合物用心爱心专心-6-解析：在暗反应阶段固定CO2消耗C5的同时，一些C3化合物经过复杂的变化又形成C5，从而使C5处于一个动态平衡之中，进而使暗反应阶段的化学反应循环往复地进行下去；酶是生物催化剂，反应前后本身不发生变化。答案：C7．用2H标记的H2O，追踪光合作用中氢的转移，最可能的途径是A．H2O→［H］→C6H12O6B．H2O→［H］→C5化合物→C3化合物→C6H12O6C．H2O→［H］→C3化合物→C6H12O6D．H2O→［H］→5化合物→C6H12O6解析：在光反应阶段水被分解生成［H］和O2，其中［H］在暗反应阶段将C3化合物还