5.4光合作用与能量转化导学案-2024-2025学年高一上学期生物人教版（2019）必修1（含部分答案）

5.4光合作用与能量转化
学习目标
1．尝试提取绿叶中的色素，阐明绿叶中色素的种类及功能，培养团队合作能力及实验探究能力。（重点、难点）
2．运用结构与功能观，解释叶绿体适于进行光合作用的结构特点。
3通过对探索光合作用原理有关的实验分析，阐明光合作用的过程和基本原理。
4．阐明光反应和暗反应的区别与联系，构建相关模型，形成物质和能量观。（重点、难点）
5．探究环境因素对光合作用强度的影响，并能根据光合作用原理指导生产实践。（重点、难点）
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1.绿叶中色素的提取和分离实验：
提取色素 分离色素
原 理 色素易溶于 中 不同色素在 中 溶解度不同，它们随层析 液在滤纸上 不同
方 法 用 提取 ___________
试 剂 (物 质) 研磨的同时添加 以防止叶绿素被破坏，添加 促使研磨充分 ___________ 层析液
步 骤 取材―→研磨―→ ― 收集 制备滤纸条―→ 画滤液细 线―→分离绿叶中的 ______
注意：药品、试剂作用及操作目的：
①无水乙醇： 。
②SiO 2 ： 。
③CaCO 3 ： 。
④层析液： 。
⑤不能让滤液细线触及层析液：
2.分离色素的结果：
色素 种类 色素 颜色 色素 含量 溶解 度 扩散速 度
较少 较高 较快
较低 较慢
较多
3. 叶绿体中的色素
（1）分布： 。
（2 ）种类： 叶绿体 中 的色素分为 ( 约 占 3/4) 和
(约占 1/4)两类： ；
。其中 分子中含有 Mg
元素。
（3）功能： 。叶绿素主要吸收 ，类
胡萝 卜素主要吸收 ，对绿光的吸收 ，类胡
萝 卜素不吸收 。
不同颜色的光对光合作用影响不同，光合速率高低为：
> > > > 。
4. 叶绿体的结构
（1）形态：一般呈扁平的______形或______形。
（2）结构：______层膜，类囊体堆叠形成______ ，扩大了膜面
积。类囊体薄膜上分布有 和
; 叶绿体基质中含有少量的 、
和核 ，分布有与光合作用有关的 。
（3）功能：是进行 的场所。
5. 探究光合作用原理的部分实验：
(1) 19 世纪末，科学家普遍认为，在光合作用中，CO2 分子的 C和O 被分开
，O2 被释放，C 和 H2O 结合成______，然后缩合成______。
(2) 1928 年，科学家发现______对植物有毒害作用，而且______
不能通过 转化成 。
(3) 1937 年，希尔发现，在 中加入 或
其他氧化剂（悬浮液中有 H2O ，没有 CO2），在 下可以释放 出 。
(4) 1941 年，鲁宾和卡门用 法，研究了光合作用中
的来源。用 18 O 分别标记 H 2 O 和 CO 2 ，使他们分别变
成 和 ，然后进行两组实验： 第一组给植物提供
气都是 ，第二组释放氧气都是 。
(5) 1954 年，美国阿尔农等用 做实验：在给 时发
现，当向反应体系中供给 物质时，体系中就会有
出现。这一过程总是与 相伴随。
(6) 1946 年开始，美国的卡尔文等用 方法，提供
14CO 2 进 行 光 合 作 用 ， 探 明 了 CO2 中 的 C 的 去 向 路 径
, 称为 。
6.光合作用的过程:
( 1)光合作用的强度是指 。
(2)总反应式：
(3)光反应:①场所： 。
②条件： 。
③能量转换： 。
(4)暗反应:①场所： 。
②条件： 。
③能量转换： 。
（ 5 ） 光 反 应 和 暗 反 应 的 关 系 ： 光 反 应 为 暗 反 应 提 供
; 暗反应为光反应提供 。
________________
（ 6 ） 光 合 作 用 光 反 应 产 生 的 NADPH 和 和 ATP 都
。
_____________________________
（7）提高光合作用强度的 2 种措施： ①控制 和
。②适当增 。
______________
7. 自养生物和异养生物
（1） 自养生物： ，包括：
①光能自养型：利用 进行 作用合成 ，如
、 ；
②化能自养型：利用环境中无机物氧化时释放的 ，通过
作用合成 ，如 利用 NH 3 氧化成 HNO
2 、HNO 3 的过程中释放的 来合成有机物。
（2）异养生物：只能利用 来维持自身生命活动的
生物，如 、 、 等。
8.影响光合作用强度的因素(会分析，理解不死记)
①内因： 等。
② 外 因 ： 、 、 、
、 等。
色素种类 吸收光
叶绿素(含量约占 3/4) 叶绿素 a、叶绿素 b 主要吸收蓝紫光和红 光
类胡萝 卜素(含量约占 1/4) 胡萝 卜素、叶黄 素 主要吸收
（1）光照强度
图 1 上图：正轴表示 ，负轴表示____________
①A 点： 环境，只进行____________，对应值表示__
。此时表现为吸收 释放 。A 点对应图 2
_____________
的 。
②AB 段： 。表现为 释放
。AB 段对应图 2 的 。
③ B 点 ： 点 ， ， 净光合速率为
。此时不与外界进行气体交换。 白天植物要正常生长，光
_____
照强度必须 。B 点对应图 2 的 。
④BC 段： ，植物 。C 点对
应光照强度为 ，此后光合速率不随光照强度的增强
而 。表现为 。 BC 段对应图 2 的
。
_____
⑤AC 段限制因素： 。C 点后限制因素： 内因：
、 等；外因： 、 等。
________ _____
（2）CO 2 浓度
下图：正轴表示 ，负轴表示 。
①A 点： 环境，只进行 ，对应值表示 。
此时表现为 。对应 (填甲-丁图) 。 ②AB
段： 。表现为 。对应 (填
甲-丁图)。
③B 点： 点，光合速率 呼吸速率，净光合速
率为 。 白天植物要正常生长，光照强度必须大于 。
此时不与外界进行气体交换。对应 (填甲-丁图)。
④BC 段：光合速率 呼吸速率，植物能积累有机物。C 点
对应 CO 2 浓度为 ，此后光合速率
不随 CO 2 浓度的增大而增大。表现为 。对
应 (填甲-丁图)。
⑤AC 段限制因素：横坐标 。C 点后限制因素：
内因： 等；外因： 等。
（3）温度：温度影响 。
（4） 水 ：是光合作用 ；影响 ， 间接影响
的供应。
（5）矿质元素：叶绿素分子中含有 ；土壤溶液浓度过高
会使植物 而萎蔫，光合速率 。
9. 总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系、指标( ( 理解不 死记) )
（1）关系：总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
（2）指标
①呼吸速率 ： 黑暗中 ： 、 、
。
②净光合速率： 光照下： 、 、
。
③ 总 光 合 速 率 ： 、 、
。
10. 夏季一昼夜 CO 2 吸收和释放变化曲 线( ( 曲线会分析，理
解不死记) )
（1）曲线分析
a 点：气温 ，呼吸作用 ，CO 2 释放 。
b 点：太阳出来，开始进行 。
ob 段：夜间，只进行 。
bc 段：光合作用 呼吸作用。
c 点：上午 7 时左右，光合速率 呼吸速率。 ce 段：
光合速率 呼吸速率。
d 点：气温过高，蒸腾作用 ， ，
CO 2 供应 ，出现“ ”现象。
e 点：下午 6 时左右，光合速率 呼吸速率。 ef 段：
光合作用 呼吸作用。
f 点：太阳下山，光合作用 。 fg 段：晚上，只进
行 作用。
（2）关于有机物情况分析
①制造有机物时间段：_____段。 ②积累有机物时间段：_____ 段。 ③消耗有机物时间段：_____段。
④一天中有机物积累最多的时间点：_____点。 ⑤一昼夜有
机物积累量表示为： 。
11.密闭玻璃罩内 CO 2 浓度与时间变化曲线( ( 曲线会分析，理
解不死记) )
（1）光合速率等于呼吸速率的点：_____ 点、_____点。
（2）一昼夜植物体内有机物总量变化分析，O 点表示初始 CO 2 浓度，G 点表示 24 小时后 CO 2 浓度，有机物积累量可用表示：
_____________________________________
①如果 G 点低于 O 点，说明经过一昼夜光合作用制造的有机 物_____呼吸作用消耗的有机物(光合作用 CO 2 固定量_____呼吸 作用 CO 2 产生量) ，植物体内的有机物总量_____。
②如果 G 点高于 O 点，说明经过一昼夜植物体内的有机物总 量_____。
③如果 G 点等于 O 点，说明经过一昼夜植物体内的有机物总量
习题巩固
1．(2024·山东青岛莱西高三期末)我国科学家设计了一种如图所示的人造淀粉合成代谢路线(ASAP)，成功将CO2和H2转化为淀粉。下列说法错误的是( )
A．①②过程模拟暗反应中CO2的固定，③过程模拟C3的还原
B．植物体内，C3的还原过程需要光反应提供NADPH和ATP
C．该过程与植物光合作用的本质都是将电能转化成化学能储存于有机物中
D．ASAP代谢路线产生的淀粉经过糖化可以为细胞呼吸提供底物
2．(2024·河北安国中学校联考阶段练习)对菠菜绿叶中光合色素进行提取，并用层析液进行纸层析，然后以色素扩散距离为横坐标，光合色素的含量为纵坐标，绘制的柱状图如图所示，甲、乙、丙、丁代表4种不同色素。下列叙述错误的是( )
A．实验结果表明，4种色素在层析液中溶解度不同
B．为使实验结果显著，应在滤纸条上连续不间断地进行点样
C．研磨时若未加入二氧化硅，对4种色素的含量会有影响
D．使用略有变黄的菠菜叶片进行实验，丙、丁含量所占比例会升高
3．(2023·天津河西统考模拟预测)叶绿体是一种动态的细胞器，随着光照强度的变化，其位置和分布会发生改变，该过程称为叶绿体定位。CHUP1蛋白能与叶绿体移动有关的肌动蛋白(构成细胞骨架中微丝蛋白的重要成分)相结合，用野生型拟南芥和CHUP1蛋白缺失型拟南芥进行实验，叶绿体的分布情况如图。下列叙述错误的是( )
A．在强光照射下，叶绿体定位的意义在于叶肉细胞能充分地吸收光能，更多制造有机物
B．若破坏细胞微丝蛋白后叶绿体定位异常，可推测叶绿体定位需要借助细胞骨架进行
C．实验表明，CHUP1蛋白和光强在叶绿体与肌动蛋白结合及其移动定位中起重要作用
D．对同一叶片不同部位设置强光照射和遮光处理，根据现象来判断是否发生叶绿体定位
4．恩格尔曼利用需氧细菌和水绵为材料，探究叶绿体的功能。下列有关恩格尔曼实验的叙述，错误的是( )
A．水绵具有螺旋带状叶绿体，便于实验观察
B．恩格尔曼的实验直接证明叶绿体吸收光能用于光合作用放氧
C．将载有水绵和需氧细菌的临时装片放在充满空气的小室内，进行实验
D．用透过三棱镜的光照射临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域
5．(2024·广东肇庆校考模拟)下列有关农谚的解释，错误的是(　　)
选项 农谚 解释
A 锅底无柴难烧饭，田里无粪难增产 施用有机肥可为农作物提供CO2和无机盐，增加产量
B 白天热来夜间冷，一棵豆儿打一捧 适当提高昼夜温差，有利于有机物的积累，增加产量
C 稻田水多是糖浆，麦田水多是砒霜 不同植物对水分的需求不同，合理灌溉有助于增加产量
D 地尽其用用不荒，合理密植多打粮 提高农作物种植密度，可提高光合作用速率，增加产量
6．(2024·广东统考三模)131I带有放射性，进入人体后被甲状腺摄取的速度及数量取决于甲状腺的功能状态，利用这个原理，给受检查者一定量的131I，然后对甲状腺部位的放射性进行计数，可计算出甲状腺摄碘的速率和强度，检测结果可作为甲状腺功能状态的指标。下列同位素示踪的原理与上述过程相似的是(　　)
①卡尔文用14C探明了CO2中的碳是如何转化为有机物中的碳的
②科学家利用3H研究了分泌蛋白的合成和分泌过程
③梅塞尔森和斯塔尔利用15N证明了DNA的半保留复制方式
④鲁宾和卡门利用18O得出了光合作用中氧气的来源
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
7．(2023·广东模拟预测)为探究何种色膜有利于棉花叶的光合作用，研究人员首先测定了不同遮光环境下的光照强度，然后将长势一致的棉花植株随机均分为A、B、C、D四组，通过不同遮光处理一周后，测得结果如下表所示。下列分析错误的是(　　)
处理 光照强度/ (μmol·m－2·s－1) 叶绿素相对含量 净光合速率/ (μmol·m－2·s－1)
无遮光处理(A组) 1 292.7 40.9 25.4
红色透光膜(B组) 410.3 40.0 10.7
蓝色透光膜(C组) 409.9 39.6 13.2
黄色透光膜(D组) 930.7 42.1 21.2
A．通过实验可知，为了保证大棚内棉花产量最好使用黄色透光膜
B．导致四组棉花叶片净光合速率不同的环境因素主要是光照强度和光的波长
C．将处理后的四组棉花同时置于自然光下，叶绿体中生成NADPH最多的是D组
D．雾霾天气下，选择黄色人工光源进行补光比红光和蓝光更适合棉花的生长
8．(2023·广东湛江统考二模)叶绿体的ATP合酶由CF0(镶嵌在类囊体膜中)和CF1(位于基质侧)两部分组成，当H＋顺浓度梯度经过CF0到达CF1处时能催化ADP和Pi合成ATP。下列叙述错误的是(　　)
A．CF1处合成ATP的能量来自H＋的势能
B．ATP合酶同时具有催化和运输的功能
C．线粒体内膜上存在类似的ATP合酶
D．H＋通过CF0时的跨膜运输是主动运输
答案
CBACD AAD