33能量之源光合作用（一） 學(xué)案

3-3 能量之源光合作用（一） 【閱讀教材,完成基礎(chǔ)知識的歸納與整理】一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)(一)葉綠體1、葉綠體的結(jié)構(gòu) ：略2、葉綠體的功能：光合作用的主要場所 特別提醒真核細(xì)胞沒有葉綠體則無法進(jìn)行光合作用沒有葉綠體的細(xì)胞未必不能進(jìn)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(xué)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(zhuǎn)化光能（只有少量的葉綠素a把光能轉(zhuǎn)為電能） （三）實(shí)驗(yàn):綠葉中色素的提取和分離1、實(shí)驗(yàn)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?yàn)槿~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(jìn)行分離，溶解度大的在濾紙上擴(kuò)散得快，反之則慢。 2、實(shí)驗(yàn)材料: _3、實(shí)驗(yàn)流程：（1）提取色素： （2）分離色素： （四）實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jīng)?？疾欤谆煜?在研磨前加入了3種物質(zhì)。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(shí)用的不是濾紙，而是單層尼龍布。 畫濾液細(xì)線時(shí)，用力要均勻，速度要適中。 制備濾紙條時(shí)，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(kuò)散均勻，便于觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)。 放置濾紙時(shí)，濾液細(xì)線必須在層析液上面。 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新：在圓形濾紙中央點(diǎn)上葉綠體色素的提取液進(jìn)行層析，會得到近似同心的四個色素環(huán)，由內(nèi)到外依次是黃綠色、藍(lán)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(shù)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(guān)的酶的活性，進(jìn)而影響葉綠素的合成。低溫（秋末）時(shí)，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(dǎo)致葉綠素?zé)o法合成，葉變黃。另外，F(xiàn)e是葉綠素合成過程中某些酶的輔助成分，缺Fe也將導(dǎo)致葉綠素合成受阻，葉變黃。 教材小卡片玉米中有時(shí)會出現(xiàn)白化苗，白化苗由于不能進(jìn)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(zhì)和能量代謝，光是光合作用進(jìn)行的必要條件。海洋中的藻類植物，習(xí)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(guān)嗎？（模塊I，P100，“課后練習(xí)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(lán)、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(lán)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(lán)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(yīng)。從生物群落的角度看這是生物群落垂直結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)。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。【判斷】(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(biāo)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(xiàn)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(shí)驗(yàn)中, 研磨葉片時(shí)，用體積分?jǐn)?shù)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(chǎn)量 ( )(7)在劃出一條濾液細(xì)線后緊接著重復(fù)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(yīng)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(shí)，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(zhuǎn)為670 nm波長的光后，葉綠體中C3的量減少例題2：關(guān)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(jī)溶劑乙醇中B構(gòu)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(dāng)時(shí)的科學(xué)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(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律，提出植物在進(jìn)行光合作用時(shí)，把光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能貯存起來。4、1864德國薩克斯的實(shí)驗(yàn)：葉片在光下能產(chǎn)生淀粉；還證明了光是光合作用的必要條件。 特別提醒實(shí)驗(yàn)前先將植物放在暗處24小時(shí)，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(zhì)，這也是為了消除原有營養(yǎng)物質(zhì)這一無關(guān)變量的影響。 一半曝光一半遮光是為了進(jìn)行對照，這遵循了對照原則。 剪下葉片，用酒精先進(jìn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果更清晰，這同樣是為了消除無關(guān)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(lán)紫光 恩格爾曼實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的巧妙之處 實(shí)驗(yàn)材料選的妙：選擇水綿和好氧細(xì)菌，水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察，好氧細(xì)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(shí)驗(yàn)對照設(shè)計(jì)妙：用極細(xì)的光束照射，葉綠體上存在光照強(qiáng)和光照弱的部位，從而進(jìn)行對照。 6、1940美國，魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)（放射性同位素標(biāo)記法）：光合作用釋放的氧全部來自參加反應(yīng)的水。（糖類中的氫也來自水）。7、1948 美國卡爾文：用標(biāo)14C標(biāo)記的CO2追蹤了光合作用過程中碳元素的行蹤，進(jìn)一步了解到光合作用中復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。 例題1：下列有關(guān)光合作用探究歷程中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的敘述，錯誤的是 ( ) 梅耶證明了光合作用把光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲存在有機(jī)物中 薩克斯利用同位素標(biāo)記法證明光合作用能產(chǎn)生淀粉 魯賓和卡門利用同位素標(biāo)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(biāo)記法探明了CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)變成有機(jī)物的途徑 A B C D例題2：用同位素標(biāo)記法追蹤元素及物質(zhì)的去向是生物學(xué)的重要手段之一。下列相關(guān)結(jié)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(biāo)記的胸腺嘧啶的營養(yǎng)液培養(yǎng)洋蔥根尖，可以在細(xì)胞核和線粒體處檢測到較強(qiáng)的放射性，而在核糖體處則檢測不到 C用14C標(biāo)記CO2最終探明了CO2中碳元素在光合作用中的轉(zhuǎn)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(xì)菌 三、光合作用的原理1、概念： 綠色植物通過_，利用_，把_和_轉(zhuǎn)變成儲存能量的_，并且釋放出_的過程。 本質(zhì): _ _2、過程：（圖略，要求能默寫出光合作用過程示意圖）3、總反應(yīng)式：_注：標(biāo)出各種元素的來源和去向 特別提醒光反應(yīng)中光能轉(zhuǎn)化成的活躍化學(xué)能不僅貯存于ATP，還貯存于H中。光反應(yīng)產(chǎn)生的H與細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的H不是同一類物質(zhì)。 光反應(yīng)產(chǎn)生的H為NADPH(還原型輔酶) 細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的H為ADH(還原型輔酶) 光合作用中光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP不僅用于暗反應(yīng)中C3的還原，還可用于是葉綠體中蛋白質(zhì)、核酸的合成，但不能用于葉綠體以外的生活活動，而細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的ATP可供各項(xiàng)生命活動利用。 原核生物無葉綠體，但藍(lán)藻等原核生物內(nèi)存在光合片層和有關(guān)光合的酶，也可進(jìn)行光合作用。 光下并不是只進(jìn)行光合作用，細(xì)胞呼吸同時(shí)進(jìn)行，如果有氧氣釋放，說明光合作用強(qiáng)度大于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度；如果有二氧化碳釋放，說明光合作用強(qiáng)度小于細(xì)胞呼吸強(qiáng)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(jìn)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(jī)物：甲乙(暗反應(yīng)時(shí)間長)。 CO2中C進(jìn)入C3但不進(jìn)入C5，最后進(jìn)入(CH2O)，C5中C不進(jìn)入(CH2O)，可用放射性同位素標(biāo)記法證明。判斷： (1)夏季連續(xù)陰天，大棚中白天適當(dāng)增加光照，夜晚適當(dāng)降低溫度，可提高作物產(chǎn)量 ( ) (2)暗反應(yīng)的長期進(jìn)行不需要光 ( ) (3)與光合作用有關(guān)的酶只分布在葉綠體基質(zhì)中 ( ) (4)光合作用推動碳循環(huán)過程，促進(jìn)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(shí)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(shí)間后，光反應(yīng)強(qiáng)度和暗反應(yīng)強(qiáng)度都降低 ( ) (7)磷酸是光反應(yīng)中合成ATP所需的反應(yīng)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(xiàn)18O ( ) (9)根據(jù)光合作用釋放的O2量，可以計(jì)算光合作用中有機(jī)物的積累量 ( ) 例題1：請?jiān)谙聢D中畫出光合作用過程中C3、C5、H、ATP的含量變化曲線（構(gòu)建模型）例題2：(2019新課標(biāo)全國卷)正常生長的綠藻，照光培養(yǎng)一段時(shí)間后，用黑布迅速將培養(yǎng)瓶罩上，此后綠藻細(xì)胞的葉綠體內(nèi)不可能發(fā)生的現(xiàn)象是() A.O2的產(chǎn)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(xué)習(xí)小組從菠菜葉中提取該酶，用其催化C5與14CO2的反應(yīng)，并檢測產(chǎn)物14C3的放射性強(qiáng)度。下列分析錯誤的是（） A.菠菜葉肉細(xì)胞內(nèi)RuBP羧化酶催化上述反應(yīng)的場所是葉綠體基質(zhì) B.RuBP羧化酶催化的上述反應(yīng)需要在無光條件下進(jìn)行 C.測定RuBP羧化酶活性的過程中運(yùn)用了同位素標(biāo)記法 D.單位時(shí)間內(nèi)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(guān)說法正確的是() A甲、乙兩葉片的光合作用強(qiáng)度一定相同 B甲、乙兩葉片的光合作用強(qiáng)度都將逐漸下降C若實(shí)驗(yàn)一段時(shí)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(qiáng)度一定比乙低 D若實(shí)驗(yàn)一段時(shí)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(jìn)行提供所必需的有機(jī)物 2、為一切生物生命活動的進(jìn)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(jìn)生物進(jìn)化，厭氧型進(jìn)化為需氧型 5、形成臭氧