能量之源---光與光合作用導(dǎo)學(xué)案-完整版本(含答案)

1、5.4能量之源光與光合作用學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】學(xué)習(xí)重點(diǎn)、難點(diǎn)1、 說明光合作用以及對它的認(rèn)識(shí)過程2、 嘗試探究影響光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因素3、 說出光合作用原理的應(yīng)用4、 簡述化能合成作用【知識(shí)點(diǎn)導(dǎo)讀】一、光合作用的概念光合作用是綠色植物通過 葉綠體 ，利用光能，把 二氧化碳 和 水 轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過程。（一） 光合作用的生物：綠色植物，此外還有藍(lán)藻（原核生物）（二） 光合作用的場所：葉綠體1、 結(jié)構(gòu)：雙層膜 基粒：由類囊體堆疊而成，含有與光合作用有關(guān)的酶和色素 基質(zhì)：含有與光合作用有關(guān)的酶2、 光合作用的色素和酶 色素分布在葉綠體的類囊體薄膜上，光合作用的酶分布在類囊體

2、薄膜和葉綠體基質(zhì)中。 色素的作用是吸收，傳遞和轉(zhuǎn)化光能，葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，對綠光吸收最少，類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光。 影響植物合成葉綠素的因素包括：光照，溫度，必需元素Mg,N,Fe.二、光合作用的探究歷程 （1） 直到18世紀(jì)中期，人們一直以為只有土壤中的水分是植物建造自身的原料。（2） 1771年，英國的普利斯特利的實(shí)驗(yàn)證實(shí)：植物可以更新因蠟燭燃燒或動(dòng)物呼吸而變得污濁的空氣。（3） 1779年，荷蘭的英格豪斯證明了 光 和 綠葉 在更新空氣中不可缺少。（4） 1864年，德國的薩克斯的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光合作用的產(chǎn)物有 淀粉 。（5） 1880年，恩杰爾曼的實(shí)驗(yàn)證明了光合作用釋放的氣體是

3、O2且光合作用的場所是葉綠體 。（6） 1939年，美國的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來自水 。（7） 20世紀(jì)40年代，美國的卡爾文利用同位素示蹤技術(shù)最終探明了二氧化碳中的碳 在光合作用中轉(zhuǎn)化成 有機(jī)物中的碳 的途徑。普利斯特利的實(shí)驗(yàn)：實(shí) 驗(yàn)在陽光下，密封的玻璃罩里一段時(shí)間后實(shí)驗(yàn)一 燃燒的蠟燭蠟燭熄滅小老鼠小鼠死亡實(shí)驗(yàn)二植物+燃燒的蠟燭不熄滅植物+小老鼠不死亡實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 植物可以更新空氣 英格豪斯的實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)一沒有光照時(shí)， 小鼠死亡 ，有光照時(shí)， 小鼠不死亡 實(shí)驗(yàn)二沒有光照時(shí)， 蠟燭不熄滅 ，有光照時(shí)， 蠟燭熄滅 。實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 植物只有在有光的條件下，才能

4、更新空氣 薩克斯實(shí)驗(yàn)： 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：遮光部分未變?yōu)?藍(lán) 色，未遮光部分被加入碘液變 藍(lán) 色。實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 光合作用的產(chǎn)物除了氧氣還有淀粉 l 延伸拓展：酒精是一種有機(jī)溶劑，它可以溶解葉綠體當(dāng)中的葉綠素，為什么在薩克斯的實(shí)驗(yàn)中需要用酒精對植物葉片進(jìn)行脫色處理呢？溶解色素恩格爾曼實(shí)驗(yàn)： l 小知識(shí)：水綿具有細(xì)而長的葉綠體，在水綿中呈螺旋狀分布；好氧菌喜歡聚集在氧氣多的地方。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在黑暗無空氣環(huán)境下，好氧細(xì)菌聚集在葉綠體被光束照射到的附近 部位；在完全暴露在光下時(shí)，好氧菌分布在在葉綠體所有受光部位。實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是光合作用的場所 魯賓、卡門實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：當(dāng)水用18O標(biāo)記

5、是，產(chǎn)生的氧氣是： 18O ；當(dāng)二氧化碳用18O標(biāo)記時(shí)，產(chǎn)生的氧氣是 16O 。實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 光合作用產(chǎn)生的氧氣來自水，而不是來自二氧化碳中的氧 三、光合作用的過程 （一）光合作用的場所：葉綠體（與光合作用有關(guān)的酶分布于基粒的 及基質(zhì)中；光合作用色素分布于 類囊體薄膜上 ）（二）光合作用的過程：光反應(yīng)階段：部位： 類囊體薄膜 條件：光、色素、酶、H2O 、ADP、Pi 物質(zhì)變化過程： 水的光解： （為暗反應(yīng)供H和供能） ATP的形成 （為暗反應(yīng)供能）能量變化：光能 ATP中活躍的化學(xué)能 暗反應(yīng)階段：部位： 葉綠體基質(zhì) 條件：多種酶，H，ATP，CO2，C5過程： 物質(zhì)變化 CO2的固定： C3的

6、還原： （H做還原劑，消耗ATP，CH2O指糖類）能量變化：ATP中活躍的化學(xué)能 有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能 （3）光反應(yīng)和暗反應(yīng)的聯(lián)系光反應(yīng)為暗反應(yīng)的進(jìn)行提供 H 和 ATP 。暗反應(yīng)為光反應(yīng)的進(jìn)行提供 ATP 和 Pi ?？傊?，光反應(yīng)和暗反應(yīng)是兩個(gè)既相互制約又緊密聯(lián)系，是缺一不可的整體。四、影響光合作用的因素及在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用（一）影響光合作用的內(nèi)部因素(1)同一植物的不同生長發(fā)育階段根據(jù)植物在不同生長發(fā)育階段光合作用速率不同，適時(shí) 適量地提供水肥及其他環(huán)境條件，以使植物茁壯成長。(2)同一葉片的不同生長發(fā)育時(shí)期曲線分析：OA段為幼葉，隨幼葉的生長，葉面積不斷增大，葉內(nèi)葉綠體、葉綠素含量不斷增

7、加，光合作用速率不斷增加。AB段為壯葉，葉片的面積、葉綠體和葉綠素都處于穩(wěn)定狀態(tài)，光合速率也基本穩(wěn)定。BC段為老葉，隨著葉齡的增加，葉片內(nèi)葉綠素被破壞，光合速率也隨之下降。應(yīng)用：農(nóng)作物、果樹管理后期適當(dāng)摘除老葉、殘葉，莖葉蔬菜及時(shí)換新葉，這樣可減少其細(xì)胞呼吸對有機(jī)物的消耗。（二）影響光合作用的外部因素（1）光的主要影響（光的波長，光照強(qiáng)度，光照時(shí)間均有影響）；光質(zhì)：葉綠體中的色素對復(fù)合光（白光）的吸收效率最高；單色光中主要吸收紅光和藍(lán)光，綠光吸收的最少。應(yīng)用：對溫室大棚要用無色透明玻璃。光照強(qiáng)度：植物的光合作用強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)隨著光照強(qiáng)度 的增加而增加，但當(dāng) 光照強(qiáng)度 增加到一定程度時(shí)，植物的

8、光合作用強(qiáng)度不再增強(qiáng)。 A點(diǎn)：光照強(qiáng)度為0，此時(shí)只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，釋放的CO2量表明此時(shí)的呼吸強(qiáng)度。（對應(yīng)圖1） AB段：隨著光照強(qiáng)度加強(qiáng)，光合作用逐漸加強(qiáng)，CO2釋放量逐漸減少，一部分用于光合作用；為弱光條件下呼吸作用強(qiáng)度>光合作用強(qiáng)度（注意不括A、B兩點(diǎn)）。對應(yīng)圖2B點(diǎn)：呼吸作用釋放的CO2全部用于光合作用，即光合作用強(qiáng)度=呼吸作用強(qiáng)度，稱B點(diǎn)對應(yīng)的光照強(qiáng)度為光補(bǔ)償點(diǎn)。（植物白天的光照強(qiáng)度在光補(bǔ)償點(diǎn)以上，植物才能正常生長）。此時(shí)限制光合作用的因素主要是光照強(qiáng)度。凈光合作用速率等于零。對應(yīng)圖3BC段：光照強(qiáng)度不斷增加，光合作用強(qiáng)度也增大。光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度。凈光合作用速率=實(shí)際

9、光合作用速率呼吸作用速率。對應(yīng)圖4C點(diǎn)：對應(yīng)的光照強(qiáng)度為光飽和點(diǎn)，光合作用強(qiáng)度到C點(diǎn)以上就不再加強(qiáng)了，此時(shí)的光合作用強(qiáng)度是受暗反應(yīng)系統(tǒng)中酶的活性和CO2濃度的限制?？偣夂狭?、凈光合量與呼吸量的關(guān)系可用公式表示：總光合量=凈光合量+呼吸量光照時(shí)間：（2）溫度：溫度主要是通過影響與光合作用有關(guān)酶的活性和氣孔的開閉而影響光合作用速率。應(yīng)用：溫室栽培可適當(dāng)提高溫度，也可適當(dāng)降低溫度。白天調(diào)到光合作用最適溫度，以提高光合作用速率；晚上適當(dāng)降低溫室的溫度，以降低細(xì)胞呼吸，保證植物有機(jī)物的積累。（3）CO2濃度：曲線分析：圖1和圖2都表示在一定范圍內(nèi)，光合作用速率隨CO2濃度的增加而增大，但當(dāng)CO2濃度增加

10、到一定范圍后，光合作用速率不再增加。圖1中A點(diǎn)表示CO2補(bǔ)償點(diǎn)，即光合作用速率等于呼吸作用速率時(shí)的CO2濃度，圖2中A點(diǎn)表示進(jìn)行光合作用所需CO2的最低濃度。B和B點(diǎn)都表示CO2飽和點(diǎn)。應(yīng)用：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可以通過“正其行，通其風(fēng)”，增施農(nóng)家肥等增大CO2濃度，提高光合作用速率。 應(yīng)用：溫室：燃燒液化石油氣，使用二氧化碳發(fā)生器。 大田：確保良好通風(fēng)；增施有機(jī)肥料；深施“碳銨” (NH4HCO3)（4）水：影響：水是光合作用的原料，缺水既可直接影響光合作用，又會(huì)導(dǎo)致葉片氣孔關(guān)閉，限制CO2進(jìn)入葉片，從而間接影響光合作用。應(yīng)用：合理灌溉。（5）礦質(zhì)元素：（不足：光合作用不能順利進(jìn)行）N：光合酶及NA

11、DP+和ATP的重要組分P：NADP+和ATP的重要組分；維持葉綠體正常結(jié)構(gòu)和功能K：促進(jìn)光合產(chǎn)物向貯藏器官運(yùn)輸 Mg：葉綠素的重要組分曲線的含義：在一定濃度范圍內(nèi)，增大必需礦質(zhì)元素的供應(yīng)，可提高光合作用速率，但當(dāng)超過一定濃度后，會(huì)因土壤溶液濃度過高而導(dǎo)致植物滲透失水而萎蔫，從而導(dǎo)致光合作用速率下降。應(yīng)用：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，根據(jù)植物的需肥規(guī)律，適時(shí)地、適量地增施肥料，可以提高作物的光合作用。（6）多因子對光合速率影響的分析：P點(diǎn)時(shí)，限制光合作用速率的因素應(yīng)為橫坐標(biāo)所表示的因子；Q點(diǎn)時(shí)，橫坐標(biāo)所表示的因素，不再是影響光合作用速率的因子，要想提高光合作用速率，可適當(dāng)提高圖示中的其他因子。六、化能合成作

12、用：1、利用體外環(huán)境中某些 無機(jī)物 氧化時(shí)釋放出來的 能量 來制造有機(jī)物的物質(zhì)合成方式。如： 硝化細(xì)菌 ，不能利用光能，但能將土壤中的氨NH3氧化成亞硝酸HNO2，進(jìn)而將亞硝酸HNO2氧化成硝酸HNO3，利用這兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)釋放出的化學(xué)能，將二氧化碳和水合成糖類。2、常見的生物： 硝化細(xì)菌 ，鐵細(xì)菌，硫細(xì)菌等。這類細(xì)菌屬于自養(yǎng)生物。三、葉綠素的提取和分離實(shí)驗(yàn) （一）實(shí)驗(yàn)原理：（1）色素的提?。壕G葉中的色素能夠溶解在_無水乙醇、丙酮等有機(jī)溶劑_中。            

13、0; （2）色素的分離：各種色素都能溶解在層析液中，但在層析液中的_溶解度_不同：溶解度高的色素分子隨層析液在濾紙條上_擴(kuò)散快_，反之則慢，因而色素就會(huì)隨著_層析液在濾紙條上的_上的擴(kuò)散而分離開。（二）實(shí)驗(yàn)流程：（1）提取綠葉中的色素：稱取5g綠色葉片，先剪碎，再加入少許 碳酸鈣 _和 二氧化硅 _，然后加入10mL無水乙醇，并進(jìn)行 充分 、 迅速 的研磨，然后過濾至試管中，用棉塞塞嚴(yán)試管口。（2）制備濾紙條: 將干燥的定性濾紙剪成長和寬略小于試管的濾紙條，將濾紙條的一段剪去 兩角 ，并在距這一端 1cm 處用 鉛筆 畫一條細(xì)且直的橫線。（3）畫 濾液細(xì)線 ：用毛細(xì)吸管吸取少量濾液；

14、畫線； 待濾液細(xì)線干 后，重復(fù)23次(4) 分離綠葉中的色素：將3mL層析液倒入試管，插入濾紙條（有 濾液細(xì)線的一端朝下， 濾液細(xì)線不能觸及層析液），隨后用棉塞塞緊試管。(5) 觀察現(xiàn)象：層析的結(jié)果：四條色素帶從上往下依次為： 胡蘿卜素，葉黃素，葉綠素a，葉綠素b 橙黃色（ 胡蘿卜素）黃色（ 葉黃素）藍(lán)綠色（葉綠素a ）黃綠色（葉綠素b ）（三）實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)研磨時(shí)加入無水乙醇的作用是 溶解色素 。研磨時(shí)加入二氧化硅的作用是 研磨充分 。研磨時(shí)加入碳酸鈣的作用是 防止在研磨過程中，葉綠素受到破壞 研磨要迅速、充分的原因是 保證獲得更多的色素，迅速：防止溶劑揮發(fā) 。過濾后，盛濾液的試管及時(shí)用棉塞將

15、管口塞嚴(yán)的目的是 防止乙醇揮發(fā) 。制備濾紙條時(shí)，要剪去兩角的原因是 使色素在濾紙條上擴(kuò)散均勻。畫濾液細(xì)線的要求是 細(xì)且直 防止色素帶重疊，使色素分子均勻分布在一條直線上，做到擴(kuò)散起點(diǎn)一致。重復(fù)劃23次，是為了增加濾液細(xì)線上的色素分子數(shù)量，使實(shí)驗(yàn)效果更加明顯_。分離時(shí)，一定不能讓層析液沒及濾紙條上的濾液細(xì)線的原因是色素易溶解于層析液中，導(dǎo)致色素帶不清晰分離后出現(xiàn)的色素帶的寬度可以代表色素的 含量 。色素帶與濾液細(xì)線的位置代表色素的 溶解度_。在層析液中溶解度最高的色素： 胡蘿卜素 ；溶解度最低的色素： 葉綠素b 含量最多的色素： 葉綠素a ；含量最少的色素： 胡蘿卜素 ；【質(zhì)疑區(qū)】通過閱讀教材，

16、完成【知識(shí)點(diǎn)導(dǎo)讀】之后，你存在什么樣的疑惑或者問題，書寫在下面的區(qū)域，我們在課上的研討以及展示環(huán)節(jié)共同完成【檢測區(qū)】1在圓形濾紙的中央，點(diǎn)上綠葉色素的提取液進(jìn)行層析，隨著層析液從濾紙的中央向四周擴(kuò)散，形成四個(gè)色素環(huán)帶，排在最里圈的色素是 ( )A.橙黃色 B.黃綠色 C.藍(lán)綠色 D.黃色2紙層析法分離葉綠體色素時(shí)，濾紙條最上端的色素名稱和顏色分別是 （ ）A葉綠素a、藍(lán)綠色 B葉綠素b、黃綠色C胡蘿卜素、橙黃色 D葉黃素、黃色3將提取的葉綠素色素濾液裝入試管中，讓一束白光穿過該濾液后經(jīng)三棱鏡對光進(jìn)行色散，哪條光譜的顏色最明顯 （ ）A綠光 B黃光 C紅橙光、藍(lán)紫光 D紅光4.把下列藥物選入相應(yīng)

17、的空白處保護(hù)葉綠素 ( )溶解各種色素 ( )為研磨充分 ( )促使各種色素在濾紙上擴(kuò)散 ( ) A.丙酮 B.碳酸鈣 C.二氧化硅 D.層析液5.在進(jìn)行綠葉中色素的提取和分離的實(shí)驗(yàn)時(shí)不讓層析液沒及濾液細(xì)線的原因是 ( ) A.濾紙上幾種色素會(huì)擴(kuò)散不均勻而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果B.濾紙上的濾液細(xì)線會(huì)變粗而使色素太分散C.色素會(huì)溶解在層析液中而使實(shí)驗(yàn)失敗D.濾紙上的幾種色素會(huì)混合起來不分散6光合作用中形成ATP的部位是： （ ）A葉綠體外膜 B類囊體 C葉綠體基質(zhì) D葉綠體內(nèi)膜7如果做一個(gè)實(shí)驗(yàn)要測定藻類植物是否進(jìn)行光反應(yīng)，最簡單的方法是： （ ）A糖類的生成量 B二氧化碳吸收量 C氧氣釋放量 D五碳化合物

18、的生成量8下列關(guān)于光反應(yīng)與暗反應(yīng)過程的敘述，正確的是 （ ）A光反應(yīng)和暗反應(yīng)都產(chǎn)生ATP B光反應(yīng)產(chǎn)生ATP和暗反應(yīng)合成糖類都屬物質(zhì)代謝C光反應(yīng)需要光而不需要酶，暗反應(yīng)不需要光而需要酶 D暗反應(yīng)必須依靠光反應(yīng)知識(shí)總結(jié)（生物隨身讀）一、光反應(yīng)和暗反應(yīng)的異同：項(xiàng)目光反應(yīng)暗反應(yīng)場所葉綠體類囊體的薄膜上葉綠體基質(zhì)條件 光、色素和酶不需光和色素，需多種酶物質(zhì)變化能量變化光能ATP中活躍的化學(xué)能ATP中活躍的化學(xué)能有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能聯(lián)系光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供還原劑H，提供能量ATP二、影響光合作用的主要環(huán)境因素分析：條 件C3C5H和ATP（CH2O）CO2濃度不變，停止光照增加減少減少或沒有減少或沒有CO2濃度不變，突然光照減少增加增加增加光照不變，增加CO2濃度增加減少