33能量之源光合作用（一） 學案

3-3 能量之源光合作用（一） 【閱讀教材,完成基礎知識的歸納與整理】一、捕獲光能的色素和結構(一)葉綠體1、葉綠體的結構 ：略2、葉綠體的功能：光合作用的主要場所 特別提醒真核細胞沒有葉綠體則無法進行光合作用沒有葉綠體的細胞未必不能進行光合作用(二)葉綠體中的色素 1、色素的種類色素種類色素顏色主要吸收光譜葉綠素葉綠素a葉綠素b類蘿卜素胡蘿卜素葉黃素 特別提醒一般情況下,光合作用所利用的光都是可見光. （模塊I，P99，“學科交叉”）類胡蘿卜素不吸收紅光（從教材P99圖5-10，顯示胡蘿卜素在紅光區(qū)域的吸收量為零）2、色素的功能（1）吸收，傳遞（4種色素） （2）轉化光能（只有少量的葉綠素a把光能轉為電能） （三）實驗:綠葉中色素的提取和分離1、實驗原理： （1）色素的提取：可以用_作溶劑提取綠葉中的色素，而不能用水，因為葉綠體中的色素不能溶于水。 （2）色素的分離：利用色素在_中的溶解度不同進行分離，溶解度大的在濾紙上擴散得快，反之則慢。 2、實驗材料: _3、實驗流程：（1）提取色素： （2）分離色素： （四）實驗結果： 1、色素在濾紙條上的分布(從上到下)=色素在層析夜中的溶解度(從大到小) _ _ 2、從色素帶的寬度可知色素含量的多少依次為: _ 特別提醒色素分離和提取的原理經?？疾?，易混淆。 在研磨前加入了3種物質。碳酸鈣的作用是防止色素被破壞，二氧化硅的作用是有助于研磨，無水乙醇的作用是溶解色素。 過濾時用的不是濾紙，而是單層尼龍布。 畫濾液細線時，用力要均勻，速度要適中。 制備濾紙條時，要將濾紙條的一端剪去兩角，這樣可以使色素在濾紙條上擴散均勻，便于觀察實驗結。 放置濾紙時，濾液細線必須在層析液上面。 實驗創(chuàng)新：在圓形濾紙中央點上葉綠體色素的提取液進行層析，會得到近似同心的四個色素環(huán)，由內到外依次是黃綠色、藍綠色、黃色、橙黃色。 （五）色素提取液顏色異常的原因分析 1、呈淡綠色：沒有加二氧化硅,研磨不充分，色素未能充分提取出來。 稱取綠葉過少或加入無水乙醇過多，色素溶液濃度小。 2、呈淡黃色：未加碳酸鈣或加入過少，色素分子部分被破壞。 使用放置數天的菠菜葉 3、呈透明色：沒有加無水乙醇 （六）影響葉綠素合成的因素： 1、光照：光是影響葉綠素合成的主要條件，一般植物在黑暗中不能合成葉綠素，因而葉片發(fā)黃。（例如韭黃，蒜黃） 2、溫度：溫度可影響與葉綠素合成有關的酶的活性，進而影響葉綠素的合成。低溫（秋末）時，葉綠素分子易被破壞，而使葉子變黃。 3、必需元素：葉綠素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg將導致葉綠素無法合成，葉變黃。另外，Fe是葉綠素合成過程中某些酶的輔助成分，缺Fe也將導致葉綠素合成受阻，葉變黃。 教材小卡片玉米中有時會出現白化苗，白化苗由于不能進行光合作用，待種子貯存的養(yǎng)分耗盡就會死亡。（模塊I，P97，“第二段”）評析：光合作用是植物最基本的物質和能量代謝，光是光合作用進行的必要條件。海洋中的藻類植物，習慣上依其顏色分為綠藻、褐藻和紅藻，它們在海水中的垂直分布依次是淺、中、深，這與光能的捕獲有關嗎？（模塊I，P100，“課后練習二、拓展題”）評析：水層對光波中的紅、橙部分吸收顯著多于對藍、綠部分的吸收，即水深層的光線相對富含短波長的光。所以吸收紅光和藍紫光較多的綠藻分布于海水的淺層；含藻紅蛋白和類胡蘿卜素，吸收由藍紫光和綠色光較多的紅藻分布于海水深的地方。這是植物在演化過程中，對于深水中光譜成分發(fā)生變化的一種生理適應。從生物群落的角度看這是生物群落垂直結構的體現。不同顏色溫室大棚的光合速率：無色透明大棚日光中各色光均能透過，有色大棚主要透過同色光，其他光被其吸收，所以用無色透明的大棚光合效率最高。葉綠素對綠光吸收量少，因此綠色塑料大棚光合速率最低?！九袛唷?1)葉片黃化，葉綠體對紅光的吸收增多 () (2)光合作用中葉綠素吸收光能不需要酶的參與（14課標卷） () (3)葉綠素a和葉綠素b在紅光區(qū)的吸收峰值不同(13全國高考) ( ) (4)植物呈現綠色是由于葉綠素能有效地吸收綠光(13全國高考) ( ) (5)在葉綠體中色素的提取實驗中, 研磨葉片時，用體積分數為70%的乙醇溶解色素 ( ) (6)溫室大棚采用紅色薄膜可以有效提高作物產量 ( )(7)在劃出一條濾液細線后緊接著重復劃23次( )例題1：下圖示葉綠體中葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜，下列說法不正確的是 ()A類胡蘿卜素和葉綠素分布在類囊體薄膜上，因此光反應的場所為類囊體薄膜 B晚間用約550 nm波長的綠光照射行道樹，目的是增加夜間空氣中的氧氣濃度 C土壤中缺乏鎂元素時，420 nm470 nm左右波長的光的利用率顯著減小D由550 nm波長的光轉為670 nm波長的光后，葉綠體中C3的量減少例題2：關于高等植物葉綠體中色素的敘述，錯誤的是（ ）A葉綠體中的色素能夠溶解在有機溶劑乙醇中B構成葉綠素的鎂可以由植物的根從土壤中吸收C通常，紅外光和紫外光可被葉綠體中的色素吸收用于光合作用D黑暗中生長的植物幼苗葉片呈黃色是由于葉綠素合成受阻引起的二、光合作用的探索歷程1、1771 英國，普利斯特利：植物可以更新空氣。 （限于當時的科學水平限制，沒有明確植物更新氣體的成分） 2、1779 荷蘭，英格豪斯：植物只有綠葉才能更新空氣；并且需要陽光才能更新空氣。3、1845德國，梅耶：根據能量轉化與守恒定律，提出植物在進行光合作用時，把光能轉化成化學能貯存起來。4、1864德國薩克斯的實驗：葉片在光下能產生淀粉；還證明了光是光合作用的必要條件。 特別提醒實驗前先將植物放在暗處24小時，這種處理方法稱為饑餓處理，其目的是消耗葉片中原有的營養(yǎng)物質，這也是為了消除原有營養(yǎng)物質這一無關變量的影響。 一半曝光一半遮光是為了進行對照，這遵循了對照原則。 剪下葉片，用酒精先進行脫色處理。這一步教材中并未交待，但很有必要，可使最后的實驗結果更清晰，這同樣是為了消除無關變量的影響。 5、1880美國，恩吉(格)爾曼：光合光合作用的場所在葉綠體。光合作用主要吸收紅光和藍紫光 恩格爾曼實驗設計的巧妙之處 實驗材料選的妙：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，好氧細菌可以確定釋放氧氣多的部位。 排除干擾的方法妙：黑暗和無空氣的環(huán)境中排除環(huán)境中光線和O2的影響。 實驗對照設計妙：用極細的光束照射，葉綠體上存在光照強和光照弱的部位，從而進行對照。 6、1940美國，魯賓和卡門實驗（放射性同位素標記法）：光合作用釋放的氧全部來自參加反應的水。（糖類中的氫也來自水）。7、1948 美國卡爾文：用標14C標記的CO2追蹤了光合作用過程中碳元素的行蹤，進一步了解到光合作用中復雜的化學反應。 例題1：下列有關光合作用探究歷程中的經典實驗的敘述，錯誤的是 ( ) 梅耶證明了光合作用把光能轉換成化學能儲存在有機物中 薩克斯利用同位素標記法證明光合作用能產生淀粉 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全部來自水 卡爾文利用同位素標記法探明了CO2中的碳在光合作用中轉變成有機物的途徑 A B C D例題2：用同位素標記法追蹤元素及物質的去向是生物學的重要手段之一。下列相關結果錯誤的是 （ ） A小白鼠吸入18O2后呼出的二氧化碳不會含有18O，但尿液中會含有H218O B用含3H標記的胸腺嘧啶的營養(yǎng)液培養(yǎng)洋蔥根尖，可以在細胞核和線粒體處檢測到較強的放射性，而在核糖體處則檢測不到 C用14C標記CO2最終探明了CO2中碳元素在光合作用中的轉移途徑 D要得到含32P的噬菌體，必須先用含32P的培養(yǎng)基培養(yǎng)細菌 三、光合作用的原理1、概念： 綠色植物通過_，利用_，把_和_轉變成儲存能量的_，并且釋放出_的過程。 本質: _ _2、過程：（圖略，要求能默寫出光合作用過程示意圖）3、總反應式：_注：標出各種元素的來源和去向 特別提醒光反應中光能轉化成的活躍化學能不僅貯存于ATP，還貯存于H中。光反應產生的H與細胞呼吸產生的H不是同一類物質。 光反應產生的H為NADPH(還原型輔酶) 細胞呼吸產生的H為ADH(還原型輔酶) 光合作用中光反應產生的ATP不僅用于暗反應中C3的還原，還可用于是葉綠體中蛋白質、核酸的合成，但不能用于葉綠體以外的生活活動，而細胞呼吸產生的ATP可供各項生命活動利用。 原核生物無葉綠體，但藍藻等原核生物內存在光合片層和有關光合的酶，也可進行光合作用。 光下并不是只進行光合作用，細胞呼吸同時進行，如果有氧氣釋放，說明光合作用強度大于細胞呼吸強度；如果有二氧化碳釋放，說明光合作用強度小于細胞呼吸強度。 色素吸收光能不需要酶的催化，而ATP的合成、CO2固定及C3還原都離不開酶的催化。 若用一植物處于兩種不同情況下進行光合作用 甲：一直光照10分鐘；乙：光照5秒，黑暗5秒，持續(xù)20分鐘， 則光合作用制造的有機物：甲乙(暗反應時間長)。 CO2中C進入C3但不進入C5，最后進入(CH2O)，C5中C不進入(CH2O)，可用放射性同位素標記法證明。判斷： (1)夏季連續(xù)陰天，大棚中白天適當增加光照，夜晚適當降低溫度，可提高作物產量 ( ) (2)暗反應的長期進行不需要光 ( ) (3)與光合作用有關的酶只分布在葉綠體基質中 ( ) (4)光合作用推動碳循環(huán)過程，促進了生物群落中的能量循環(huán) ( )(5)與夏季相比，植物在冬季光合速率低的主要原因是光照時間縮短(11浙江，1C) ( ) (6)番茄幼苗在缺鎂的培養(yǎng)液中培養(yǎng)一段時間后，光反應強度和暗反應強度都降低 ( ) (7)磷酸是光反應中合成ATP所需的反應物 ( )(8)給綠色植物提供含有H218O的水，只會在植物釋放的O2中發(fā)現18O ( ) (9)根據光合作用釋放的O2量，可以計算光合作用中有機物的積累量 ( ) 例題1：請在下圖中畫出光合作用過程中C3、C5、H、ATP的含量變化曲線（構建模型）例題2：(2019新課標全國卷)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不可能發(fā)生的現象是() A.O2的產生停止B.CO2的固定加快 C.ATP/ADP比值下降 D.NADPH/NADP+比值下降 例題3：（2019福建卷，3）在光合作用中，RuBP羧化酶能催化CO2C5（即RuBP）2C3。為測定RuBP羧化酶的活性，某學習小組從菠菜葉中提取該酶，用其催化C5與14CO2的反應，并檢測產物14C3的放射性強度。下列分析錯誤的是（） A.菠菜葉肉細胞內RuBP羧化酶催化上述反應的場所是葉綠體基質 B.RuBP羧化酶催化的上述反應需要在無光條件下進行 C.測定RuBP羧化酶活性的過程中運用了同位素標記法 D.單位時間內14C3生成量越多說明RuBP羧化酶活性越高 例題4：將葉面積相等的甲、乙兩種植物的葉片分別放置在相同的、溫度適宜且恒定的密閉小室中，給予充足的光照，下列有關說法正確的是() A甲、乙兩葉片的光合作用強度一定相同 B甲、乙兩葉片的光合作用強度都將逐漸下降C若實驗一段時間后，甲葉片所在小室中的CO2濃度較乙低，則甲葉片的呼吸強度一定比乙低 D若實驗一段時間后，甲葉片所在小室中的CO2濃度較乙低，則甲固定CO2的能力較乙低 四、光合作用的意義 1、為一切生物生命活動的進行提供所必需的有機物 2、為一切生物生命活動的進行提供所必需的能量 3、維持大氣中氧氣和二氧化碳的平衡。 4、促進生物進化，厭氧型進化為需氧型 5、形成臭氧