1、第三節(jié)能源光與光合作用高考目標(biāo)導(dǎo)航1、光合作用的基本過(guò)程2.影響光合速率的環(huán)境因素基礎(chǔ)知識(shí)梳理1.捕獲光能的顏料和結(jié)構(gòu)1.捕捉光能的顏料(1)綠葉色素的提取和分離可以用無(wú)水乙醇提取綠葉中的色素，研磨時(shí)應(yīng)加入少量的二氧化硅和碳酸鈣，其中前者有助于充分研磨，而后者可以防止色素在研磨過(guò)程中被破壞。(2)分離的原理是利用顏料在色譜溶液中的不同溶解度，顏料在高溶解度的濾紙上擴(kuò)散快，反之則慢。色譜結(jié)果：從上到下的四個(gè)色素帶為：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)(2)顏料的種類和吸收光譜色素種類顏色吸收光譜濾紙條位置葉綠素(大約3/4)葉綠素a青綠的主要吸收藍(lán)紫光和紅光中層

2、和下層葉綠素b黃綠色最低層類胡蘿卜素(大約1/4)-胡蘿卜素橙色的主要吸收藍(lán)紫色光平流層黃葉黃色中層和上層第二，葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能1.葉綠體的結(jié)構(gòu)外觀：雙層膜內(nèi)部：含有與黑暗反應(yīng)相關(guān)的酶的基質(zhì)顆粒體由類囊體堆積而成，分布著與光反應(yīng)相關(guān)的色素和酶2.葉綠體的功能光合作用發(fā)生的地方。3.恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)：需氧細(xì)菌只分布在受光束照射的葉綠體中第三，光合作用的探索過(guò)程1.直到18世紀(jì)中期，人們還認(rèn)為只有土壤中的水分才是植物生長(zhǎng)的原材料。2.1771年，在英國(guó)普里斯特利進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)證明，植物可以清新被燃燒的蠟燭或呼吸的老鼠污染的空氣。3.1779年，荷蘭的英格豪斯證明了植物的綠葉在更新空氣中是不可或缺的。4

3、.1785年，隨著空氣成分的發(fā)現(xiàn)，很明顯綠葉在光照下釋放的氣體是氧氣，二氧化碳被吸收。5.1864年，德國(guó)的薩克斯實(shí)驗(yàn)證實(shí)，除了氧氣，淀粉還是光合作用的產(chǎn)物。6.1939年，美國(guó)的魯賓和卡門通過(guò)同位素標(biāo)記證明光合作用釋放的氧氣來(lái)自水。7.20世紀(jì)40年代，美國(guó)卡爾文利用同位素標(biāo)記技術(shù)最終發(fā)現(xiàn)了二氧化碳中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳的途徑。第四，光合作用的基本過(guò)程光合作用的過(guò)程包括兩個(gè)連續(xù)的過(guò)程：光反應(yīng)和暗反應(yīng)。V.光合作用原理的應(yīng)用1.光合作用強(qiáng)度：指單位時(shí)間內(nèi)植物通過(guò)光合作用產(chǎn)生的糖量。它可以通過(guò)測(cè)量一定時(shí)期內(nèi)消耗的原材料數(shù)量或生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量來(lái)定量表示。2.影響光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因素(1)空

4、氣中二氧化碳的濃度(2)土壤中有多少水(3)光的長(zhǎng)度和強(qiáng)度以及光的組成(4)溫度等。六.化學(xué)能合成1.概念：一些細(xì)菌利用外部環(huán)境中一些無(wú)機(jī)物氧化釋放的能量來(lái)合成有機(jī)物。2.示例：硝化細(xì)菌可以利用NH3氧化成硝酸和硝酸時(shí)釋放的化學(xué)能將二氧化碳水合成糖。3.自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物(1)自養(yǎng)生物：綠色植物和硝化細(xì)菌可以將無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化為自身的組成物質(zhì)，因此它們屬于自養(yǎng)生物。(2)異養(yǎng)生物：人、動(dòng)物、真菌和大多數(shù)細(xì)菌只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機(jī)物來(lái)維持自己的生命活動(dòng)，屬于異養(yǎng)生物。關(guān)鍵教師分析1.“綠葉色素的提取與分離”實(shí)驗(yàn)分析1.原則解釋：(1)色素的提?。嚎梢杂脽o(wú)水乙醇(或丙酮)作為溶劑從綠葉中提取色素，但不

5、能用水，因?yàn)槿~綠體中的色素不能溶于水。(2)色素的分離：利用色素在色譜溶液中的不同溶解度進(jìn)行分離，高溶解度的在濾紙上擴(kuò)散快，而另一個(gè)擴(kuò)散慢。2.實(shí)驗(yàn)流程示意圖：(1)提取色素：加入一點(diǎn)二氧化硅，碳酸鈣長(zhǎng)度和寬度略小于試管，一端切掉兩個(gè)角；在距離末端1厘米處畫一條鉛筆線，去掉兩個(gè)角。(3)畫出濾液的細(xì)線：用毛細(xì)吸管吸取綠葉色素，沿鉛筆畫出一條直而均勻的濾液細(xì)線；(4)顏料分離：將濾液條插入含有3毫升色譜溶液的試管中，使濾液細(xì)線的末端朝下。(5)觀察結(jié)果：濾紙條上有四個(gè)不同顏色和寬度的顏料帶，如圖所示。3.實(shí)驗(yàn)中幾種化學(xué)試劑的作用：(1)用無(wú)水乙醇從綠葉中提取色素。(2)色譜溶液用于從綠葉中分離色

6、素。(3)二氧化硅可以增加杵和研缽之間的摩擦，破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，并使研磨充分。(4)碳酸鈣可以防止顏料在研磨過(guò)程中被破壞。4.實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)：(1)材料選擇：應(yīng)選擇新鮮和綠色的葉子，以確保它們含有更多的色素。(2)色素的提取：研磨應(yīng)迅速而充分，添加物質(zhì)的量應(yīng)成比例，以確保提取更多的色素和適當(dāng)?shù)纳貪舛取?3)畫出濾液的細(xì)線：用力均勻，速度適中。濾液的細(xì)線應(yīng)細(xì)而直，干燥后畫一兩次，使濾液的細(xì)線中有更多的色素，每種色素的擴(kuò)散起點(diǎn)相同。(4)色素分離：不要接觸色譜溶液，否則濾液中的色素分子會(huì)溶解到色譜溶液中，濾紙條上不會(huì)有色素帶?！镜湫蛯?shí)例】在“綠葉色素的提取與分離”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生A、B、C、D對(duì)相關(guān)試

7、劑的使用情況如下表所示(“使用”表示使用，“-”表示未使用)，其他操作正常，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果依次為()ABC鐘聲丙酮-+水+-CaCO3+-+二氧化硅+-A.bC.d【分析】由于A在提取過(guò)程中用水，色素不溶于水，所得提取物不含色素，所得結(jié)果與一致；B的操作正常，得到的結(jié)果與一致；c在研磨過(guò)程中沒(méi)有加入CaCO3，部分顏料分子被破壞。獲得的結(jié)果對(duì)應(yīng)于；丁在研磨過(guò)程中沒(méi)有加入二氧化硅，導(dǎo)致研磨不充分，顏料含量較少。所得結(jié)果與一致?；卮鹨叶⒐夂献饔玫倪^(guò)程分析1.流程圖2.反應(yīng)公式和元素目的地方程式：CO2 H2O 18o(ch2o)18o 2。(1)氧元素：H2O 18o18o 2(2)元素c:14CO

8、 214C 3 (14H2O)。(3)氫元素：H218OH (CH2O)。3.光反應(yīng)和暗反應(yīng)的比較光致反應(yīng)固碳反應(yīng)/光獨(dú)立反應(yīng)/碳同化反應(yīng)情況一定是在光線下有或沒(méi)有光。地方葉綠體類囊體膜基質(zhì)物質(zhì)轉(zhuǎn)化能量轉(zhuǎn)換光能將三磷酸腺苷中的活性化學(xué)能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中的穩(wěn)定化學(xué)能接觸光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供H和三磷酸腺苷，而暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供腺苷二磷酸和磷酸，如圖所示4.光照和CO2濃度對(duì)CH2O在植物細(xì)胞中合成C3、C5、H、三磷酸腺苷和O2的影響C6H12O6數(shù)量減少仍在正常進(jìn)行固碳反應(yīng)/光獨(dú)立反應(yīng)/碳同化反應(yīng)C3還原減弱光反應(yīng)減弱二氧化碳供應(yīng)保持不變光線強(qiáng)弱1、氧氣產(chǎn)量下降三磷酸腺苷減少H減少CO2固定仍在正常

9、進(jìn)行C3含量增加C5含量下降C6H12O6數(shù)量增加仍在正常進(jìn)行固碳反應(yīng)/光獨(dú)立反應(yīng)/碳同化反應(yīng)C3還原增強(qiáng)增強(qiáng)的光反應(yīng)二氧化碳供應(yīng)保持不變光線弱強(qiáng)2、O2產(chǎn)量增加可承諾量增加高增加CO2固定仍在正常進(jìn)行C3含量下降C5含量增加C6H12O6數(shù)量減少仍在正常進(jìn)行相對(duì)增加三磷酸腺苷相對(duì)增加上述兩種物質(zhì)轉(zhuǎn)換速度慢，氧氣產(chǎn)量下降固碳反應(yīng)/光獨(dú)立反應(yīng)/碳同化反應(yīng)減少二氧化碳供應(yīng)照度保持不變3、CO2固定減弱C3還原仍在正常進(jìn)行C3含量下降C5含量C6H12O6數(shù)量增加仍在正常進(jìn)行H RelaB.光反應(yīng)和暗反應(yīng)有些物質(zhì)可以回收利用C.光反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣被釋放到大氣中，必須通過(guò)至少4層膜D.三種碳化合物和酶在

10、黑暗反應(yīng)中不被消耗和利用【分析】從圖中可以看出三磷酸腺苷、二磷酸腺苷等。在光反應(yīng)和暗反應(yīng)中循環(huán)使用；光反應(yīng)產(chǎn)生的O2被釋放到大氣中，并穿過(guò)類囊體膜、葉綠體膜和細(xì)胞膜，它們有四層。C3化合物被用來(lái)在黑暗反應(yīng)中合成有機(jī)物質(zhì)。答案 D3.影響光合速率的環(huán)境因素及其應(yīng)用1.光強(qiáng)對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響點(diǎn)甲：當(dāng)光強(qiáng)為0時(shí)，此時(shí)只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，釋放的CO2可以指示此時(shí)細(xì)胞呼吸的強(qiáng)度。AB節(jié)：隨著光照強(qiáng)度的增加，光合作用強(qiáng)度也逐漸增加，CO2釋放量逐漸減少，這是因?yàn)榧?xì)胞呼吸釋放的一部分CO2用于光合作用，此時(shí)細(xì)胞呼吸強(qiáng)度大于光合作用強(qiáng)度。B點(diǎn)：細(xì)胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用，即光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度

11、(植物只有在光照強(qiáng)度高于B點(diǎn)時(shí)才能正常生長(zhǎng))，B點(diǎn)所示的光照強(qiáng)度稱為光補(bǔ)償點(diǎn)。BC段：表示隨著光強(qiáng)的不斷增強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，在C點(diǎn)以上不再增強(qiáng)。C點(diǎn)所示的光強(qiáng)稱為光飽和點(diǎn)。2.CO2濃度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響圖1和圖2都顯示，在一定范圍內(nèi)，光合作用速率隨著CO2濃度的增加而增加，但是當(dāng)CO2濃度增加到一定范圍時(shí)，光合作用速率不增加。圖1中的點(diǎn)a表示當(dāng)光合作用速率等于細(xì)胞呼吸速率時(shí)的CO2濃度，即CO2補(bǔ)償點(diǎn)；圖2中的點(diǎn)A表示光合作用所需的最低CO2濃度。圖1和圖2中的點(diǎn)B和B都表示CO2飽和點(diǎn)。3.溫度對(duì)光合作用速率的影響溫度主要通過(guò)影響與光合作用相關(guān)的酶的活性來(lái)影響光合作用速率。4.必

12、需元素供應(yīng)對(duì)光合速率的影響在一定濃度范圍內(nèi)，增加必需元素的供應(yīng)可以提高光合作用速率，但當(dāng)濃度超過(guò)一定濃度時(shí)，植物會(huì)因土壤溶液濃度過(guò)高而枯萎。5.供水對(duì)光合速率的影響水是光合作用的原料。缺水不僅會(huì)直接影響光合作用，還會(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。4.光合作用和細(xì)胞呼吸1.光合作用與有氧呼吸的比較光合作用需氧呼吸代謝型綜合分解材料變化無(wú)機(jī)有機(jī)物有機(jī)物和無(wú)機(jī)物能量變化光能化學(xué)能(儲(chǔ)能)化學(xué)能三磷酸腺苷、熱能(放電能量)物質(zhì)合成有機(jī)物并儲(chǔ)存能量分解有機(jī)物，釋放能量供細(xì)胞利用地方葉綠體活細(xì)胞(主要在線粒體中)情況只有在陽(yáng)光下有光或沒(méi)有光都可以接觸3.光合作用和細(xì)胞呼吸的計(jì)

13、算：(1)光合速率的表達(dá)方法：它通常表示為原料的消耗，如CO2或在一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的產(chǎn)品的量，如O2和(CH2O)。然而，由于測(cè)量過(guò)程中的實(shí)際情況，光合速率可分為表觀光合速率和真光合速率。(2)在光照條件下，植物同時(shí)進(jìn)行光合作用和細(xì)胞呼吸。實(shí)驗(yàn)容器中O2的增加、CO2的減少或有機(jī)物的增加稱為表觀光合速率，植物的真實(shí)光合速率=表觀光合速率呼吸速率。如圖所示：(3)呼吸速率：當(dāng)植物被置于黑暗中時(shí)，實(shí)驗(yàn)容器中CO2的增加、O2的減少或有機(jī)物的減少意味著呼吸速率。(4)有機(jī)物在一晝夜內(nèi)的累積量(以CO2量表示)可由下式表示：累積=C.17: 00時(shí)，玉米和花生單位葉面積O2釋放速率相同D.在18: 30

14、，玉米可以進(jìn)行光反應(yīng)和暗反應(yīng)分析a項(xiàng)中，光強(qiáng)從9:30增加到11336000，光反應(yīng)提供的ATP和h增加，但凈光合速率的下降表明暗反應(yīng)跟不上光反應(yīng)，反應(yīng)緩慢；在B項(xiàng)中，有機(jī)質(zhì)的積累可以代表凈光合速率，說(shuō)明花生的凈光合速率即有機(jī)質(zhì)的積累小于玉米；圖中c項(xiàng)，凈光合速率在17:00時(shí)相同，釋氧代表凈光合速率，即釋氧相同；D項(xiàng)中，18:30時(shí)，玉米凈光合速率為零，表明光合速率等于呼吸速率，光合仍在進(jìn)行，即有光反應(yīng)和暗反應(yīng)?；卮鹨?.(2011海南高考)紅楓是一種木本觀賞植物，在生長(zhǎng)季節(jié)有紅葉。以下對(duì)該工廠的描述是正確的()A.紅色楓葉不含葉綠素B.紅色楓葉是紅色的，因?yàn)樗鼈兾占t光C.紅色楓葉可以吸收

15、光能進(jìn)行光合作用D.液泡中色素吸收的光能用于光合作用分析a項(xiàng)中，紅楓葉片含有葉綠素，但液泡中的紅色素掩蓋了葉綠素的顏色，呈紅色；在第二項(xiàng)中，紅色楓葉的紅色是由于反射紅光，而不是吸收紅光；c項(xiàng)含有紅色楓葉中的光合色素，能吸收光能，進(jìn)行光合作用；液泡中的色素不能將吸收的光能轉(zhuǎn)化為光合作用。答案 C3.(2011江蘇高考)一個(gè)研究小組獲得了水稻葉黃素缺失突變體。通過(guò)紅光吸收來(lái)測(cè)量葉子，并通過(guò)色素色譜(從上到下)進(jìn)行分析。與正常葉片相比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為()A.光吸收的差異是顯著的，并且第二個(gè)顏料帶缺失B.光吸收沒(méi)有顯著差異，色素帶缺少第2條C.光吸收的差異是顯著的，并且第三色素帶缺失D.光吸收沒(méi)有顯著差異，顏料帶缺少第三條解析由于水稻莖中是一個(gè)葉黃素缺失突變體，在對(duì)其葉片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后，色素色譜帶