能量之源――光与光合作用

能量之源——光与光合作用2011届高考生物第一轮复习2011考纲解读•1.捕获光能的色素的提取分离实验•2.光合作用的基本过程•3.影响光合作用的因素•4.光合作用与呼吸作用的关系一、捕获光能的色素和叶绿体的结构1.叶绿体的结构和功能叶绿体是光合作用的场所为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予一定的条件，这些条件是()A.光照、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液B.光照、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液C.黑暗、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液D.黑暗、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液B2.“（1）色素提取液：（2）色素分离方法：（3）色素分离原理：四种色素在层析液中不同，溶液度高的扩散速度（4）分离结果：滤纸条上自上而下呈现四条色（5）该实验中化学物质的作用：二氧化硅的作用是使；碳酸钙的作用是。无水乙醇纸层析溶解度快研磨充分保护色素类胡萝卜素（1／4）叶绿素（3／4）滤液细线叶绿体中的色素胡萝卜素（最窄）叶黄素（较窄）叶绿素a（最宽）叶绿素b（较宽）橙黄色黄色蓝绿色黄绿色叶绿素b叶绿素a叶黄素胡萝卜素叶绿体中的色素主要吸收红橙光和蓝紫光叶绿素中的吸收光谱0400500600700nm50100叶绿素b叶绿素a光合作用中最有效的光为，最无效的光为。故农业上一般用无色薄膜覆盖大棚，而实验室中黑暗处理有机物时需要有光条件下操作时最好选用绿光灯。想一想叶片为什么一般是绿色的？秋天变黄变红是怎么回事？叶片是绿色的原因有二个：一是叶绿素是类胡萝卜素含量的三倍；二是色素不吸收绿光被反射回来。秋天叶片变黄是低温使叶绿素遭到破坏，呈现出类胡萝卜素的颜色，变红则是液泡中花青素的颜色。白光绿光提示拓展延伸1.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的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，因而叶子变黄。(3)矿质元素:叶绿素中含N、Mg等矿质元素,若缺乏将导致叶绿素无法合成，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。二、光合作用的发现1、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英国科学家普里斯特利指出植物可以更新空气④德国科学家恩格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．①②③④B④③②①C．③①④②D①③②④C2、1864年，德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处几小时，然后把此叶片一半遮光，一半曝光。经过一段时间后，用碘蒸气处理叶片，成功地证明绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。该实验在设计上具有很强的严密性，具体体现在()A、本实验不需要设对照B、曝光处作为对照C、本实验没有对照D、遮光处作为对照D4.下图为探究CO2是否为植物光合作用原料的实验装置示意图。其中a为实验装置，b为对照装置。有关用塑料袋扎紧花盆的实验设计思路是（）A.确保植株与外界空气进一步隔绝B.排除土壤中微生物代谢活动的干扰C.防止NaOH溶液对植物根系的影响D.避免土壤中自养微生物光合作用形成淀粉B色素分子可见光C52C3ADP+PiATP2H2OO24[H]多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解能固定还原酶光反应暗反应1.光合作用的过程：场所：类囊体薄膜场所：叶绿体基质三、光合作用的原理和应用：过程：光反应阶段和暗反应阶段的比较光反应阶段暗反应阶段场所条件物质变化能量变化联系叶绿体基粒类囊体薄膜上叶绿体基质中光、色素和酶ATP、NADPH、多种酶,不需要光光能转变成活跃的化学能（ATP、NADPH中）活跃的化学能转变成稳定的化学能光反应为暗反应提供NADPH和ATP暗反应产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料水的光解2H2O→4[H]+O2合成ATPADP+Pi→ATP光酶光能CO2的固定CO2+C5→2C3C3的还原2C3→→(CH2O)+C5酶酶ATP[H]特别提醒1.光反应为暗反应提供两种重要物质：［H］和ATP,暗反应为光反应也提供两种物质:ADP和Pi，注意产生位置和移动方向。2.没有光反应，暗反应无法进行,所以晚上植物只进行呼吸作用，不进行光合作用；没有暗反应，有机物无法合成，生命活动也就不能持续进行。3.色素只存在于光反应部位——叶绿体类囊体薄膜上,但光反应和暗反应都需要酶参与,所以光合作用有关酶存在于两个部位——叶绿体类囊体薄膜上和基质中。4.若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用甲：一直光照10分钟；乙：光照5秒，黑暗5秒，持续20分钟，则光合作用制造的有机物：甲乙（暗反应时间长）。2.反应式及元素去向CO2+H2O（CH2O）+O2元素追踪:（1）氧元素：（2）碳元素：（3）氢元素：光能叶绿体例：下图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图。图中A物质和B物质的相对分子质量之比为（）A.1：2B.8：9C.2：1D.9：8B3.叶绿体处不同条件下，C3、C5、［H］、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化条件C3C5［H］和ATP(CH2O)合成量停止光照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练一练（2009·安徽卷，1）叶绿体是植物进行光合作用的场所。下列关于叶绿体结构与功能的叙述,正确的是（A.B.H2O在光下分解为［H］和O2的过程发生在C.CO2D.光合作用的产物——淀粉是在基质中合成的1.下图为光反应、暗反应联系示意图，据图回答下列问题：（1）填出图中字母所表示的物质：a，b，c，d。三、影响光合速率的因素•内因：植物种类（阴生植物、阳生植物）植物的生长阶段叶片的生长阶段叶面积指数•外因：1）光照强度2）CO2的浓度3）温度4）矿质营养5）水分1、光照强度ABCABC阴生植物的光补偿点、光饱和点都比阳生植物低例：右图表示的是光照强度与光合作用强度之间关系的曲线，该曲线是通过实测一片叶子在不同光照强度条件下的CO2吸收和释放的情况。你认为下列四个选项中，能代表细胞中发生的情况与曲线中B点相符的是•有关点移动问题（1）阴生、阳生植物（2）温度变化左图是在光合作用的最适温度下测量所得，若温度上升5℃A点向B点向。（3）CO2浓度变化CO2浓度增大，B点C点D点。CO2浓度减小，B点C点D点。（4）缺Mg时，B点向。C点D点。左移下移右移BACDCO2吸收CO2释放光照强度左移右移右移右移左移例题：已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃，有图表示的是30℃时光合作用与光照强度的关系。若温度下降到25℃（原光照强度和CO2浓度不变），理论上图中相应点a、b、c三点移动分别为（）baCO2吸收CO2释放光照强度cA.下移、右移、下移B.下移、左移、下移C.上移、左移、上移D.上移、右移、上移C有关光合作用的计算难点热点注意以下几条基本原理：（1）有光和无光条件下，植物都进行呼吸作用（2）光合作用实际产氧量m=实测的氧气释放量m2+呼吸作用耗氧量m1（3）光合作用实际CO2消耗量N=实测的CO2吸收量N2+呼吸作用CO2释放量N1（5）计算时，应该先列出光合作用和呼吸作用的反应式，然后列出方程予以计算。（4）实际光合作用葡萄糖生产量=光合作用葡萄糖净生产量+呼吸作用葡萄糖消耗量。Oabcde光合作用的强度二氧化碳的浓度a→b：b→c：c→d：d→e：CO2太低，农作物消耗光合产物；随CO2的浓度增加，光合作用强度增强；CO2浓度再增加，光合作用强度保持不变；CO2深度超过一定限度，将引起原生质体中毒或气孔关闭，或抑制呼吸作用。2、二氧化碳浓度提高CO2措施：空气中CO2含量一般占330mg/L，与植物光合所需最适浓度（1000mg/L）相差太远。必须指出：增加CO2可以提高光合效率，但是无限制地在全球范围内提高CO2浓度，会产生“温室效应”大田——大棚——①确保良好通风：合理密植，“正其行，通其风”；②增施有机肥料；③深施“碳酸氢铵”。A、施有机肥（农家肥）B、使用CO2发生器，释放干冰等C、开窗通气：增大CO2浓度、降低湿度、降低温度D、无土栽培时加NaHCO3：调节PH、释放CO2解释植物光合作用的“午休”现象3.温度与光合速率的关系光合速率T温度主要是通过影响与光合作用相关的酶的活性影响光合速率应用：适时播种、温室栽培昼夜温度调节，冬天温室栽培可适当提高温度;夏天温室栽培可适当降低温度。适当增大昼夜温差，以提高作物产量。BACa.曲线含义b.关键点含义A、B、C三点4.矿质元素与光合速率的关系N、P、K、Fe、Mg等光合速率在一定浓度范围内，增大必需元素的供应，可提高光合速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过大而导致植物光合速率下降（1）N：是各种酶和ATP的重要组成成分。（2）P：是叶绿体膜和ATP的重要组成成分。（3）K：影响糖类的合成和运输（4）Mg：叶绿素的重要组成成分。多因子影响因素：光合速率光照强度30℃20℃10℃QP光合速率T高光强中光强低光强PQ光合速率光照强度高CO2浓度QP中CO2浓度低CO2浓度P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因子，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示的其他因子。C考点二光合作用的影响因素及其应用1.探究光照强度对光合作用强度的影响及相关分析（1）实验流程打出小圆形叶片（30片）：用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出（直径=1cm）抽出叶片内气体：用注射器（内有清水、小圆形叶片）抽出叶片内气体（O2等）小圆形叶片沉到水底：将内部气体逸出的小圆形叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中，小圆形叶片全部沉到水底对照实验及结果：小圆形叶片加富含CO2的清水光照强度叶片浮起数量甲10片20mL强多乙10片20mL中中丙10片20mL弱少烧杯项目（2）实验结论：在一定范围内,随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强（小圆形叶片中产生的O2越多，浮起的越多）。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。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。（3）光照强度与光合作用强度的关系曲线分析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。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点以上就不再加强了，C点所示光照强度称为光饱和点。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。5.水分的供应对光合作用速率的影响(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。6.叶龄对光合速率的影响（1）曲线分析：①随幼叶不断生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增多,叶绿素含量不断增加，光合速率不断增加（OA段）；②壮叶时，叶面积、叶绿体、叶绿素都处于稳定状态，光合速率基本稳定（AB段）；③老叶时，随叶龄增加，叶内叶绿素被破坏，光合速率下降（BC段）。（2）应用：摘除老叶、残叶。呼吸作用和光合作用的比较物质变化能量变化场所条件呼吸作用光合作用光、色素、酶氧气、酶叶绿体细胞质基质、线粒体无机物→有机物有机物→无机物光能→有机物化学能有机物化学能→ATP+