第4节 光合作用与能量转化
第1课时 捕获光能的色素和结构
课后篇巩固提升
/基础巩固
1.在黑暗中放置一段时间的叶片均分为4块,置于不同的试管中,按下表进行实验,着色最浅的叶片所在的试管是( )
试管编号
①
②
③
④
实验
处理
CO2溶液
+
+
+
+
光照
白光
蓝光
红光
绿光
碘液
+
+
+
+
注“+”表示具有该条件。
A.① B.②
C.③ D.④
解析:叶绿体中的色素几乎不吸收绿光,即绿光下光合作用最弱。所以着色最浅的叶片所在的试管是④号管。
答案:D
2.下列关于叶绿体中类囊体的叙述,正确的是( )
A.叶绿体中的一个基粒就是一个类囊体
B.光合色素都分布在类囊体的双层薄膜上
C.组成各基粒的类囊体之间没有结构上的联系
D.基粒和类囊体极大地扩大了光合作用的反应面积
解析:叶绿体是双层膜结构,膜内有许多个绿色的基粒,基粒和基粒之间充满着基质。每个基粒都含有两个以上的类囊体,类囊体由单层膜构成。叶绿体的基粒之间通过膜状结构相连。基粒及类囊体扩大了叶绿体内膜的表面积,因此扩大了光合作用的反应面积。
答案:D
3.将长势相同的三盆麦苗分别置于钟罩内,如图所示,若干天后,与丙盆相比,甲、乙两盆麦苗长势( )
/
A.甲、乙、丙三盆麦苗长势相近
B.甲与丙长势相近,乙比丙长势差
C.乙与丙长势相近,甲比丙长势差
D.甲、乙长势都比丙好
解析:甲盆罩的绿色透明膜的特性是不吸收绿光(我们看到的颜色是其反射光),因此罩内的麦苗得到的主要是绿光。同理,乙盆的麦苗得到的主要是红光和蓝紫光。丙盆罩的透明膜能透过各种波长的光,即麦苗能得到各种波长的光,显然丙盆是该实验中的对照。由于麦苗进行光合作用主要利用的是可见光中的红光和蓝紫光,所以,乙盆与丙盆的麦苗长势相近,而甲盆中的麦苗缺少可利用的光能,长势较差。
答案:C
4.在进行“绿叶中色素的提取和分离实验”时,不让层析液没及滤液细线的原因是( )
A.滤纸上的几种色素会扩散不均匀而影响实验结果
B.滤纸上的滤液细线会变粗而使色素太分散
C.色素会溶解在层析液中而使实验失败
D.滤纸上的几种色素会混合起来不分散
解析:层析液是有机溶剂,色素易溶于有机溶剂。若层析液没及滤液细线,色素就会溶于层析液而得不到色素带。
答案:C
5.为证实叶绿体有放氧功能,可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验,装片需要给予一定的条件,这些条件是( )
A.光照、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液
B.光照、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液
C.黑暗、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液
D.黑暗、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液
答案:B
6.下图为用分光光度计测定叶片中两类色素吸收不同波长光波的曲线图,请判定A和B分别为何种色素( )
/
A.叶绿素、类胡萝卜素
B.类胡萝卜素、叶绿素
C.叶黄素、叶绿素a
D.叶绿素a、叶绿素b
解析:据图分析,色素A吸收波峰为红光和蓝紫光,则色素A表示叶绿素;色素B吸收波峰只有蓝紫光,则色素B代表类胡萝卜素。
答案:A
7.某同学在做绿叶中色素的提取和分离实验时,为了确定无水乙醇、CaCO3和SiO2的作用,进行了4组实验来验证,4组实验结果如图所示,第④组是进行了正确操作的对照组。下列针对实验结果的相关分析错误的是( )
/
A.绿叶中的色素都能够溶解在层析液中,四种色素的溶解度相同
B.①可能是由于未加CaCO3而得到的实验结果
C.②可能是由于用水取代了无水乙醇而得到的实验结果
D.③可能是由于未加SiO2而得到的实验结果
解析:绿叶中的色素在层析液中的溶解度不同;若未加CaCO3,叶绿素可能被破坏,因而下边的两条色素带比正常的窄,如结果①;若实验中所加溶剂为水,则提取不到叶绿体中的色素,因为色素不溶于水,如结果②;若未加SiO2,可能导致研磨不充分,即各种色素的提取量均少于正常情况,如结果③。
答案:A
8.德国科学家恩格尔曼利用水绵(这种绿藻具有呈螺旋状的叶绿体),研究光对光合作用的效应。他将水绵放在一张载有好氧细菌悬浮液的玻片上,这些细菌会移往氧浓度高的区域。他观察细菌在不同光照下的分布情况,结果如图所示。
/
(1)描述B情况下细菌的分布情况如何? ,如此分布是因为光合作用释放 。?
(2)该实验证实了光合作用的场所是 ,吸收光能的色素和催化反应的酶分别分布在 。?
(3)恩格尔曼进行装置C的实验,其目的是什么??
,在 区域的细菌特别多。?
解析:(1)白光的光质较为均匀,好氧细菌主要分布在能进行光合作用产生O2的叶绿体周围。(2)通过螺旋状的叶绿体与好氧细菌的关系可以看出进行光合作用的场所为叶绿体,吸收光能的色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上,而酶有的分布在类囊体上,有的分布在叶绿体基质中。(3)在C实验中的自变量是光质,主要有红、绿、蓝三区,而在红光和蓝光区域的好氧细菌远远多于绿光区域。
答案:(1)细菌集中在叶绿体周围 O2
(2)叶绿体 类囊体的薄膜上、类囊体上和叶绿体基质中
(3)找出不同颜色的光对光合作用的影响 红光和蓝光
9.回答下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验中的问题。
(1)某同学的操作程序如下。
①将5 g新鲜完整的菠菜叶,放入研钵中,加入无水乙醇、石英砂、CaCO3以后,迅速研磨。
②用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔线处小心均匀地画出一条滤液细线,并连续迅速地重复画1~2次;
③将画好细线的滤纸条插入层析液中,并不断摇晃,以求加快色素在滤纸条上的扩散。
结果实验失败,请指出其错误所在。
① 。?
②?
。?
③ 。?
(2)某兴趣小组同学想探究蔬菜不同叶片在叶绿素含量上的区别,选择了新鲜菠菜的“绿叶”“嫩黄叶”做“绿叶中色素的提取和分离”实验。色素层析结果如图,请根据实验结果填写下表:
/
组 别
滤纸条编号
判断依据
绿叶组
嫩黄叶组
(3)秋天,北方树叶大都由绿变黄,其原因是占四种色素总量75%的 和 分解,从而显示出 和 的颜色。?
解析:该题主要考查绿叶中色素的提取和分离实验的操作方法、注意事项、绿叶中色素的种类以及四条色素带在滤纸条上的排列顺序。只要将有关知识进行对照,很容易得出正确答案:。
答案:(1)①应将新鲜的菠菜叶剪碎
②不应连续迅速重复画线,而应待滤液干燥后重复画线
③不应摇晃,以免层析液没及滤液细线
(2)
A
叶绿素a带和叶绿素b带较宽
B
叶绿素a带和叶绿素b带较窄
(3)叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素 叶黄素
/能力提升
1.下图表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行的实验流程,相关叙述错误的是( )
/
A.纸层析法分离色素的原理是不同色素在层析液中溶解度不同
B.两组实验的结果①中共有色素带的颜色是黄色和橙黄色
C.两组实验的结果②中吸收光谱最明显的差异出现在蓝紫光区域
D.在做提取韭黄色素的实验时,不加碳酸钙对滤液颜色的影响不大
解析:纸层析法分离色素的原理是不同色素在层析液中溶解度不同,溶解度大的色素随层析液在滤纸上的扩散速度快,A项正确;光下生长的韭菜叶绿体中含有四种色素:胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色),避光生长的韭黄只含有两种色素:胡萝卜素、叶黄素,B项正确;叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,故两组实验的结果②中吸收光谱最明显的差异出现在红光区域,C项错误;研磨时加碳酸钙主要是防止叶绿素分子被破坏,韭黄中不含叶绿素,不加碳酸钙对滤液颜色的影响不大,D项正确。
答案:C
2.某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析(从上至下),与正常叶片相比,实验结果是( )
A.光吸收差异显著,色素带缺第2条
B.光吸收差异不显著,色素带缺第2条
C.光吸收差异显著,色素带缺第3条
D.光吸收差异不显著,色素带缺第3条
解析:叶绿体中的叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,所以当对水稻叶黄素缺失突变体进行红光照射时,光吸收差异不显著;正常叶片叶绿体中的色素提取后层析的结果,自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b,故B项正确。
答案:B
3.下图为叶绿体结构示意图,下列有关叶绿体结构与功能的叙述,错误的是( )
/
A.①和②具有选择透过性
B.③上既有光合色素,又有与光合作用有关的酶
C.③和④中都有与光合作用有关的酶
D.有叶绿体的细胞才能进行光合作用
解析:①②表示叶绿体的外膜和内膜,它们具有选择透过性。③为叶绿体的基粒,其上含有进行光合作用的色素和酶。④为叶绿体基质,也是进行光合作用的场所,也具有与光合作用有关的酶。色素和酶是进行光合作用的必要条件,具有色素和酶而不具有叶绿体的蓝藻等也可进行光合作用。
答案:D
4.为探究叶绿体吸收光能后是否有氧气产生,某学者设计了以下实验:制作载有水绵和好氧细菌的临时装片,用极细光束照射水绵,同时放在显微镜下观察。下列关于该实验的分析,错误的是( )
A.在光束照射到水绵之前,应该加三棱镜将混合光分解
B.临时装片应放置在没有空气的黑暗环境中
C.好氧细菌起指示作用
D.水绵的带状叶绿体有利于设置对照实验
解析:本实验的目的是验证叶绿体在光照下能够产生氧气,而与光的种类没有关系,不需用三棱镜将混合光分解;为了防止空气对实验结果的影响,应该排除空气;好氧细菌的分布密疏,表示了氧气产生的多少;水绵的叶绿体便于观察且有利于设置对照实验。
答案:A
5.植物的生长发育需要根从土壤中吸收水分和各种矿质元素,科学实验发现土壤中缺磷会导致植株矮小,叶色暗绿。依据叶色变化推断可能是缺少类胡萝卜素,试设计实验探究叶色暗绿是否是缺磷造成类胡萝卜素缺乏所致。
实验所需主要用具、试剂:烧杯、漏斗、试管、研钵、完全培养液、仅缺磷的完全培养液、无水乙醇、SiO2、CaCO3、层析液等。
实验材料:正常生长的黄瓜幼苗。
实验假设: 。?
实验步骤:
第一步,取两个烧杯编号为A、B,各放入同样数量、 的黄瓜幼苗;?
第二步,A烧杯中加入 ,?
B烧杯中加入等量 ,置于相同且适宜的条件下培养,培养到两组黄瓜苗叶片出现颜色差异为止;?
第三步,分别从A、B两组中选取 ,用 提取叶片色素,用 法分离色素,观察比较 。?
实验结果预测:
(1)A、B两组类胡萝卜素色素带宽度和颜色一致,说明缺磷导致的叶色暗绿,不是由于类胡萝卜素缺乏所致。
(2)?
?
。?
解析:本实验的实验目的是探究叶色暗绿是否是缺磷造成类胡萝卜素缺乏所致,因此自变量是是否缺磷,通过纸层析法分离色素,观察胡萝卜素的含量和颜色作为检测指标,其他条件需要保持相同且适宜。
答案:实验假设:缺磷导致类胡萝卜素缺乏,引起叶色暗绿
实验步骤:同一品种且长势相近、苗龄相同 完全培养液 仅缺磷的完全培养液 等量叶片 无水乙醇
纸层析 A、B两组色素带中类胡萝卜素色素带的宽度和颜色的深浅
实验结果预测:(2)A组比B组类胡萝卜素色素带宽度大、颜色深(或B组缺少类胡萝卜素色素带),说明缺磷导致的叶色暗绿,是由类胡萝卜素缺乏所致
课件33张PPT。第1课时 捕获光能的色素和结构一、捕获光能的色素
1.绿叶中色素的提取和分离 2.色素的含量和种类 [思考]
1.为什么研磨时要迅速?实验中两次用棉塞的目的分别是什么?
答案:因为无水乙醇易挥发。第一次是防止无水乙醇挥发,第二次是防止层析液挥发。
2.画滤液细线时为什么重复画一两次?
答案:为了使滤液细线处含有更多的色素,使分离后的色素带明显。
3.滤纸条上四条色素带的位置和宽窄有什么含义?
答案:四条色素带的位置体现不同色素在层析液中的溶解度高低,距离滤液细线最远的色素在层析液中的溶解度最高;距离滤液细线最近的色素在层析液中的溶解度最低。滤纸条上四条色素带的宽窄说明色素的含量高低,最宽的色素带色素含量最高,最窄的色素带色素含量最低。预习反馈
1.判断正误。
(1)色素在层析液中的溶解度越大,在滤纸上的扩散速度越快。( √ )
(2)研磨时加入碳酸钙的目的是保护色素。( √ )
(3)研磨时加入二氧化硅(石英砂)有利于充分研磨。 ( √ )
(4)叶绿素绝对不吸收绿光。( × )
(5)分离绿叶中的色素用的是层析液。( √ )
(6)色素分离后,滤纸条上从上而下的四条色素带分别是叶黄素、胡萝卜素、叶绿素a和叶绿素b。( × )2.分析“绿叶中色素的提取和分离”实验中以下几种试剂的作用。 答案:提取绿叶中的色素 分离绿叶中的色素 研磨 色素被破坏二、叶绿体的结构适于进行光合作用
1.形态:一般呈扁平的椭球形或球形。
2.结构:填写图中字母所代表的结构:a.外膜,b.内膜;c.基粒;d.基质。3.功能:进行光合作用的场所。4.实验证据:恩格尔曼的实验。
实验设计:把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中,然后用极细的光束照射水绵;之后再将临时装片暴露在光下。
实验现象:用极细的光束照射,发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中;如果将装置放在光下,细菌分布在叶绿体所有受光的部位。
实验结论:叶绿体是光合作用的场所,氧气是叶绿体释放的。预习反馈
1.判断正误。
(1)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体的基粒和基质中。( × )
(2)叶绿体是绿色植物进行光合作用的主要场所。 ( × )
(3)叶绿体是通过基粒中的类囊体薄膜扩大生物膜面积的。( √ )
(4)叶绿体是光合作用的场所,蓝细菌虽然没有叶绿体但也可以进行光合作用。( √ )
(5)没有叶绿体的植物细胞不能进行光合作用。( √ )
(6)植物叶片呈绿色,是由于叶片中的叶绿体吸收了绿光。( × )
(7)植物的液泡中也含有色素,能够吸收光能用于光合作用。( × )2.叶绿体是植物进行光合作用的细胞器,下面有关叶绿体的叙述,正确的是( )
A.叶绿体中的色素都分布在类囊体的薄膜上
B.叶绿体中的色素分布在外膜和内膜上
C.与光合作用有关的酶只分布在叶绿体基质中
D.与光合作用有关的酶只分布在外膜、内膜和基粒上
解析:叶绿体中的色素都分布在类囊体的薄膜上。在叶绿体的基粒上和基质中,含有许多进行光合作用所必需的酶。
答案:A探究点一探究点二绿叶中色素的提取和分离
问题情景
下面是绿叶中色素的提取和分离过程图解,根据教材P98~99“探究·实践”解决下列问题。1.图1是色素的提取流程,其中甲过程按a、b、c依次加入5 g绿叶、少许SiO2和CaCO3、5~10 mL无水乙醇;加入c的作用是溶解色素。探究点一探究点二2.制备滤纸条时,剪去两角的作用是什么?图2中戊是沿铅笔细线画出含色素的滤液细线e,画滤液细线有什么要求?
答案:剪去两角的作用是控制色素的扩散速度,防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快,导致色素带不整齐。画滤液细线的要求是细、齐、直,还要重复画一两次。
3.色素分离时,关键应注意层析液不要没及滤液细线,为什么?
答案:否则滤液细线上的色素会被层析液溶解,不能分离。
4.某实验小组得到的色素提取液颜色过浅,可能的原因有哪些?
答案:研磨不充分,色素未能充分提取出来;称取的绿叶过少或加入的无水乙醇过多,色素溶液浓度小;未加碳酸钙或加入量过少,色素分子部分被破坏。探究点一探究点二归纳提升
1.色素的提取和分离 探究点一探究点二2.绿叶中的色素 探究点一探究点二3.“绿叶中色素的提取和分离”实验异常现象分析
(1)收集到的滤液绿色过浅的原因
①未加石英砂(二氧化硅),研磨不充分。
②使用放置数天的菠菜叶,滤液色素(叶绿素)含量太少。
③一次加入大量的无水乙醇,提取的色素浓度太低。
④未加碳酸钙或加入量过少,色素分子部分被破坏。
(2)滤纸条上色素带重叠的原因:滤纸细线画得过粗。
(3)滤纸条上看不见色素带的原因
①忘记画滤液细线。
②滤液细线接触到层析液,且时间较长,色素全部溶解到层析液中。探究点一探究点二典例剖析
学生利用新鲜菠菜叶进行绿叶中色素的提取和分离实验时,由于各组操作不同,出现了下列四种不同的层析结果。下列分析不合理的是( )探究点一探究点二A.甲可能是因为误用蒸馏水作提取液和层析液
B.乙可能是因为研磨时未加入SiO2
C.丙是正确操作得到的理想结果
D.丁可能是因为研磨时未加入CaCO3
解析:甲中没有提取到任何色素,有可能是用蒸馏水作溶剂,而色素不溶于水;乙中得到色素的量都较少,有可能是没有加入SiO2,使研磨不够充分;丙中得到色素的含量较高,但叶绿素的含量低于类胡萝卜素的含量,可能是因为实验材料是发黄的叶片;丁有可能是研磨时未加入CaCO3,破坏了叶绿素,导致叶绿素的含量下降。
答案:C探究点一探究点二活学活练
1.下列有关叶绿体色素的叙述,错误的是( )
A.叶绿体色素在层析液中的溶解度越高,在滤纸上扩散就越慢
B.叶绿素a和叶绿素b在研磨时容易被破坏
C.利用纸层析法可分离四种叶绿体色素
D.滤纸条上得到的色素带不整齐,可能与滤液细线不细不齐有关
答案:A探究点一探究点二2.下图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置,下列与之有关的叙述,错误的是( )A.应向培养皿中倒入层析液
B.应将滤液滴在a处,而不能滴在b处
C.实验结果应是得到四个不同颜色的同心圆(近似圆形)
D.实验得到的若干个同心圆中,最小的一个圆呈橙黄色探究点一探究点二解析:色素在滤纸上的扩散速度决定于其在层析液中的溶解度,胡萝卜素扩散速度最快,扩散得到的同心圆最大。在改进的装置中,a处应滴加滤液,层析液加入培养皿中,层析液沿灯芯向上扩散,到达a点后沿圆形滤纸扩散,得到四个不同颜色的同心圆,最大的一个圆是橙黄色。圆形滤纸上四个同心圆由外到内的顺序和滤纸条上由上到下的顺序一致。
答案:D探究点一探究点二3.下图表示叶绿体色素提取和分离实验中纸层析的结果,据图判断用作实验材料的叶片颜色为( ) A.红色 B.黄色 C.绿色 D.紫色
解析:在叶绿体色素提取和分离实验中,滤纸条上的四条色素带距点样处的距离由近及远分别是:叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素,由图可知,叶绿素含量比类胡萝卜素含量少,用作实验材料的叶片应呈黄色。
答案:B探究点一探究点二叶绿体的结构适于进行光合作用
问题情景
下图中图甲为叶绿体的结构模式图,图乙为不同色素的吸收光谱。结合这两个图思考讨论下列问题。 甲 乙 探究点一探究点二1.图甲中的①②③所代表的结构分别是什么?
答案:①②③所代表的结构分别是叶绿体的内外膜、叶绿体基质、基粒。
2.捕获光能的色素分布在图甲中的哪个结构上?该结构是如何构成的?
答案:色素分布在图甲中的基粒上;一个基粒由多个类囊体堆叠而成。
3.叶绿体是如何增大生物膜面积的?
答案:叶绿体通过类囊体堆叠形成基粒的形式增大膜面积。
4.进行光合作用所必需的酶分布在叶绿体的哪些结构中?
答案:进行光合作用所必需的酶分布在叶绿体的基粒上和叶绿体基质中。
5.分析图乙,说出色素1和色素2分别代表哪种色素。
答案:色素1和色素2分别是叶绿素b和叶绿素a。探究点一探究点二归纳提升
1.恩格尔曼的实验设计的“四妙”之处
(1)实验材料选得妙:实验材料选择水绵和好氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋式带状,便于观察;用好氧细菌可确定释放氧气多的部位。
(2)排除干扰的方法妙:没有空气的黑暗环境,排除了氧气和光的干扰。
(3)观测指标设计得妙:用极细的光束点状投射,叶绿体上可分为有光照和无光照的部位,相当于一组对照实验。
(4)实验对照设计得妙:进行黑暗(局部光照)和曝光对照实验,明确实验结果完全是由光照引起的。探究点一探究点二2.与叶绿体有关的几点注意事项
(1)与光合作用有关的酶分布在类囊体的薄膜上和基质中,但光合色素只分布在类囊体的薄膜上。
(2)叶绿体以囊状结构堆叠成基粒的方式增大膜面积。
(3)叶绿体基粒是由类囊体堆叠而成,每个基粒含2~100个类囊体,基粒之间不是孤立的,它们可通过薄膜相连。探究点一探究点二典例剖析
德国一位生物学家为研究光合作用的光谱,他用透过三棱镜的光照射丝状的水绵,并在水绵的悬液中放入好氧细菌,观察细菌的聚集情况(如图),得出光合作用在红光区和蓝紫光区最强。这个实验的思路是( )探究点一探究点二A.好氧细菌对不同的光反应不一,好氧细菌聚集多的地方,好氧细菌光合作用强
B.好氧细菌聚集多的地方,O2浓度高,水绵的光合作用强,则在该种光照射下植物光合作用强
C.好氧细菌聚集多的地方,水绵光合作用产生的有机物少,则在该种光照射下植物光合作用弱
D.聚集的好氧细菌大量消耗光合作用产物——O2,使水绵的光合作用速度加快,则该种光有利于光合作用进行
解析:好氧细菌的生活是需要氧气的,因此在好氧细菌聚集多的地方应该是氧气多的地方,此区域也是水绵光合作用强的地方。
答案:B探究点一探究点二活学活练
1.红枫是一种木本观赏植物,在生长季节叶片呈红色。下列关于该植物的叙述,正确的是( )
A.红枫叶片不含叶绿素
B.红枫叶片呈红色是因为吸收了红光
C.红枫叶片能吸收光能进行光合作用
D.液泡中色素吸收的光能用于光合作用
解析:红枫叶片含叶绿素,可进行光合作用,红枫叶片呈红色是因液泡中含有色素,其色素是不能吸收光能进行光合作用的。
答案:C探究点一探究点二2.图甲为叶绿体结构模式图,图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列相关叙述正确的是( ) A.图乙所示结构取自图甲中的①或③
B.与光合作用有关的酶全部分布在图乙所示结构上
C.图乙所示的结构可吸收全部的太阳光
D.叶绿体以图甲③的形式扩大膜的面积探究点一探究点二解析:图乙所示结构含有光合色素,光合色素只分布在叶绿体的类囊体薄膜上,对应于图甲中的③,A项错误;在叶绿体的基质(图甲④)中,也分布有与光合作用有关的酶,B项错误;色素只吸收太阳光中的可见光,C项错误;③是叶绿体的类囊体,叶绿体以图甲③的形式扩大膜的面积,D项正确。
答案:D探究点一探究点二3.将竖直放置的水绵和某种好氧细菌的混合溶液放在暗处,阳光透过三棱镜照在混合液处,一段时间后,好氧细菌的分布情况最可能是( ) A.随机、均匀分布在混合液中
B.集中分布在上下两侧
C.集中分布在中央位置
D.集中分布在溶液的下层探究点一探究点二解析:阳光透过三棱镜后,红光分布在水绵上侧,蓝紫光分布在水绵下侧,由于色素主要吸收红光和蓝紫光,因此竖直放置的水绵在上侧和下侧光合作用较强,产生的氧气较多,好氧细菌在这两处集中分布。
答案:B第2课时 光合作用的原理和应用
课后篇巩固提升
/基础巩固
1.光合作用过程中,水的分解及三碳化合物形成糖类所需要的能量分别来自( )
A.细胞呼吸产生的ATP和光能
B.都是细胞呼吸产生的ATP
C.光能和光反应产生的ATP
D.都是光反应产生的ATP
答案:C
2.在光合作用过程中,光能最初用于( )
A.CO2的固定
B.C3的还原
C.将水分解为O2和H+
D.将淀粉分解为葡萄糖
解析:光能被转化成ATP中活跃的化学能,同时分解水产生H+和O2。
答案:C
3.如用14C标记的CO2来追踪光合作用过程中的碳原子,则14C的转移途径是( )
A.14CO2→叶绿素→糖类 B.14CO2→C5→C3→糖类
C.14CO2→C3→糖类 D.14CO2→叶绿素→ATP
解析:光合作用过程中,CO2首先与C5相结合,形成C3,然后C3被还原形成糖类等有机物。
答案:C
4.
/
右图为叶绿体结构与功能示意图,下列说法错误的是( )
A.结构A中的能量变化是光能转变为ATP中的化学能
B.供给14CO2,放射性出现的顺序为CO2→C3→甲
C.结构A释放的O2可进入线粒体中
D.如果突然停止CO2的供应,短时间内C3的含量将会增加
解析:在光合作用中,CO2首先和C5生成C3,如果突然停止CO2的供应,则C3的生成量减少,而其消耗量不变,因此短时间内C3的含量将会减少。
答案:D
/
5.右图是某阳生植物叶肉细胞光合作用强度(以CO2的吸收量或放出量表示)与光照强度之间的关系。能正确反映A点时该植物叶肉细胞生理过程及量变关系的示意图是( )
/
解析:A点时,光合作用速率与细胞呼吸速率相等,光合作用需要的CO2全部由细胞呼吸产生的CO2提供,整个细胞对外不表现出气体交换。
答案:C
6.下列教材中的实验,科学家使用的科技手段显著不同于其他的是( )
A.恩格尔曼证明叶绿体是光合作用的场所
B.鲁宾和卡门证明光合作用释放的氧气来自水
C.卡尔文探明CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径
D.科学家对分泌蛋白的合成和分泌的研究
解析:选项B、C、D中都运用了同位素标记法,而选项A中运用了显微镜观察法。
答案:A
7.光合作用包括光反应和暗反应两个阶段,下列参与暗反应必需的物质是( )
A.H2O、CO2、ADP
B.CO2、NADPH、ATP
C.H2O、CO2、ATP
D.NADPH、H2O、ADP
解析:光合作用暗反应过程包括CO2的固定和C3的还原,需要NADPH作为还原剂和酶的催化,并消耗能量。
答案:B
8.叶绿体中的类囊体有两种:基粒类囊体和基质类囊体(如图),基质类囊体能将单个基粒类囊体连接起来。下列有关叙述正确的是( )
/
A.叶绿体中的色素主要分布于类囊体腔内
B.H2O在光下分解为H+和O2的过程发生在基质类囊体上
C.CO2的固定过程发生在基粒类囊体上
D.在类囊体上含有与光反应有关的酶和色素
解析:叶绿体中的色素分布于类囊体薄膜上;H2O的光解在两种类囊体上都能发生,因为其上均含有与光反应有关的酶和色素;CO2的固定发生在叶绿体基质中。
答案:D
9.如何使作物最大限度地利用太阳光能以进行光合作用是现代化农业生产中提高作物产量的根本问题。下列措施不能够有效提高光能利用效率的是( )
A.阴雨天气提高温室中的CO2浓度
B.将玉米与大豆混合种植
C.为农作物补充镁元素,保证叶绿素的含量
D.合理灌溉,使植株保持挺拔
解析:阴雨天气,光照强度减弱,这种情况下补充CO2达不到提高光能利用率的目的;玉米与大豆混合种植可以充分利用光能,进而达到提高光能利用率的目的;充足的叶绿素可以保证对光的最大吸收;植株挺拔,叶片充分展开,有利于对光的吸收。
答案:A
10.下图表示光合作用过程的部分图解,请据图分析完成下列问题。
/
(1)图示表示光合作用的 过程,其中B表示 。?
(2)图示过程中,能量变化是 。?
(3)如果用含14C的CO2来追踪小麦光合作用过程中碳原子的转移途径,则14C首先出现在 中。?
(4)叶绿体是进行光合作用的场所,在充足的光照条件下,ADP在叶绿体内的移动方向是 ;如果将此植物由光照充足的条件下移至阴暗处,则[H]在叶绿体中的含量将 。?
解析:题图表示光合作用的暗反应过程,B表示C3的还原。CO2进入叶绿体后,先被C5固定成C3,随后C3被NADPH还原生成糖类,因此,碳的转移途径应是CO2→C3→糖类。ADP要到类囊体薄膜上参与光反应转化成ATP。光反应需要光照,植物移至阴暗处后,光照强度降低,光反应减弱,所以NADPH含量减少。
答案:(1)暗反应 C3的还原 (2)ATP、NADPH中活跃的化学能转变成有机物中稳定的化学能 (3)C3 (4)从叶绿体基质到类囊体薄膜 减少
/能力提升
1.下面表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下,小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后,以下相关实验比较不正确的是( )
/
A.Y2的相对分子质量大于Y3的相对分子质量
B.④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量
C.②中水的质量大于④中水的质量
D.试管①的质量大于试管②的质量
解析:Y1和Y3是O2,Y2和Y4是18O2,因此Y2的相对分子质量大于Y3;④中小球藻中含有(C
H
2
18
O)的有机物,而①中小球藻含有(CH2O)的有机物,故④中小球藻质量大于①中的小球藻质量;④和②中的水都为
H
2
18
O,且含量相同,因此质量相等;在试管①和②中原有质量相等的情况下,②中释放出的是18O2,而①中释放出的是O2,故剩余质量①大于②。
答案:C
2.下图表示在夏季晴朗的白天,植物细胞内C3和C5的相对含量随一种环境因素的改变而变化的情况,下列对这一环境因素的改变分析正确的是( )
/
A.突然停止光照
B.突然增加CO2浓度
C.降低环境温度
D.增加光照强度
解析:突然停止光照,光反应产生的NADPH和ATP减少,被还原的C3减少,生成的C5减少,而CO2被C5固定形成C3的过程不变,故C3的含量将增加,C5的含量将减少,A项错误;突然增加CO2浓度,CO2被C5固定形成的C3增加,则消耗的C5增加,故C5的含量将减少,B项错误;降低环境温度,光合作用的过程均会变慢,故C3、C5的含量相对稳定,C项错误;增加光照强度,光反应产生的NADPH和ATP增多,被还原的C3增多,生成的C5增多,而CO2被C5固定形成C3的过程不变,故C3的含量将减少,C5的含量将增加,D项正确。
答案:D
3.光照强度和CO2浓度是影响光合作用的两个主要外界因素,下图是北方夏季一天中棉花叶片光合作用强度的变化曲线,正确的图解是( )
/
答案:C
4.将下图所示细胞置于密闭容器中培养。在不同光照强度下,细胞内外的CO2和O2浓度在短时间内发生了相应变化。下列叙述错误的是( )
/
适宜条件下悬浮培养的水稻叶肉细胞示意图
A.黑暗条件下,①增大、④减小
B.光强低于光补偿点时,①③增大
C.光强等于光补偿点时,②③保持不变
D.光强等于光饱和点时,②减小、④增大
答案:B
5.在“探究环境因素对光合作用的影响”的活动中,选用某植物A、B两个品种,在正常光照和弱光照下进行实验,部分实验内容与结果见下表。
品种
光照处理
叶绿素a含量
(mg·c
m
-2
)
叶绿素b含量
(mg·c
m
-2
)
类胡萝卜素总含量
(mg·c
m
-2
)
光合作用速率
(μmolC
O
2
·
m
-2
·
s
-1
)
A
正常光照
1.81
0.42
1.02
4.59
A
弱光照
0.99
0.25
0.46
2.60
B
正常光照
1.39
0.27
0.78
3.97
B
弱光照
3.80
3.04
0.62
2.97
回答下列问题。
(1)据表推知,经弱光照处理,品种A的叶绿素总含量和类胡萝卜素总含量较正常光照 ,导致暗反应中再生出五碳化合物的量 ,从而影响光合作用速率。?
(2)表中的光合色素位于叶绿体的 膜上。分别提取经两种光照处理的品种B的光合色素,再用滤纸进行层析分离。与正常光照相比,弱光照处理的滤纸条上,自上而下的第4条色素带变 ,这有利于品种B利用可见光中较短波长的 光。?
(3)实验结果表明,经弱光照处理,该植物可通过改变光合色素的含量及其 来适应弱光环境。品种 的耐荫性较高。?
解析:(1)分析表中信息可知:经弱光照处理,品种A的叶绿素总含量和类胡萝卜素总含量较正常光照下降,使其吸收的光能减少,光反应减弱,生成的NADPH和ATP减少,致使暗反应中的C3的还原减弱,再生出C5的量减少,从而影响光合作用速率。
(2)光合色素位于叶绿体的类囊体膜上。叶绿素b主要吸收蓝紫光。用纸层析法分离叶绿体中的色素,在滤纸条上,由上而下的第4条色素带是叶绿素b。表中信息显示:品种B的叶绿素b的含量,弱光照时高于正常光照。可见,分别提取经两种光照处理的品种B的光合色素并用纸层析法进行分离,与正常光照相比,弱光照处理的滤纸条上,自上而下的第4条色素带变宽,这有利于品种B利用可见光中较短波长的蓝紫光。
(3)表中信息显示:弱光照时品种A的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素总量均低于正常光照,而品种B却与之相反,这一结果表明:经弱光照处理,该植物可通过改变光合色素的含量及其比例来适应弱光环境,品种B的耐荫性较高。
答案:(1)下降 减少 (2)类囊体 宽 蓝紫 (3)比例 B
课件44张PPT。第2课时 光合作用的原理和应用一、光合作用的原理
1.光合作用的概念和实质 2.光合作用的过程
(1)反应式 (2)过程 预习反馈
1.判断正误。
(1)光反应为暗反应提供NADPH和ATP;暗反应为光反应提供ADP和Pi。( √ )
(2)光反应产生的ATP可用于核糖体合成蛋白质。( × )
(3)光合作用光反应阶段产生的NADPH可在叶绿体基质中作为还原剂。( √ )
(4)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后,可完成暗反应。( √ )2.以下反应过程在叶绿体基质中完成的变化有( )
①2H2O 4H++4e-+O2 ②ATP→ADP+Pi+能量 ③2C3→(CH2O)+C5 ④CO2+C5→2C3
A.①②③ B.①③④ C.②③④ D.①②④
解析:叶绿体基质中完成的是暗反应,有②③④。
答案:C3.下列属于光合作用光反应的是( ) A.2、4、6 B.2、3、7 C.4、5、6 D.2、6、8
解析:光反应产生ATP、NADPH和氧气。
答案:D二、光合作用原理的应用及化能合成作用
1.光合作用强度 2.探究环境因素对光合作用强度的影响 3.化能合成作用 预习反馈
1.判断正误。
(1)光照强度对光合作用强度的影响实验中,可以通过调节台灯与实验装置的距离来调节光照强度。 ( √ )
(2)探究实验中,小圆形叶片浮起的原因是叶片进行细胞呼吸产生了CO2。( × )
(3)绿色植物和硝化细菌都为自养生物,都可通过光合作用制造有机物。( × )
(4)化能合成作用与光合作用所利用的无机物原料都是CO2和H2O。( √ )
(5)原核生物都是异养生物。( × )
(6)自养生物合成有机物时只能利用光能。( × )2.连线。 3.下面是一位同学根据实验结果绘制的一组曲线,你认为不正确的是( ) 解析:温度会通过影响光合作用中酶的活性来影响光合作用,在一定温度范围内,光合作用强度随温度的升高而增大,温度过高时,高温会使酶失活而导致光合作用强度下降。
答案:D探究点一探究点二光合作用的原理
问题情景
下图是光合作用过程示意图,请据图解决相关问题。 探究点一探究点二1.光合作用的光反应阶段发生的物质变化和能量变化有哪些?
答案:(1)物质变化 (2)能量变化
光能转化为活跃的化学能,储存在ATP和NADPH中,均用于暗反应。探究点一探究点二2.光合作用的暗反应阶段发生的物质变化和能量变化有哪些?
答案:(1)物质变化
①CO2的固定:1分子CO2+1分子五碳化合物→2分子三碳化合物。
②三碳化合物的还原:在酶的催化下,三碳化合物接受ATP、NADPH释放的能量并被NADPH还原形成五碳化合物和糖类等。
(2)能量变化:ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中的化学能。探究点一探究点二3.下图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图,图中A物质和B物质的相对分子质量之比是多少?答案:图中A、B物质是氧气,均来自反应物中的水。A、B分别为O2、18O2,二者的相对分子质量之比为32∶36=8∶9。探究点一探究点二归纳提升
1.光反应与暗反应的区别 探究点一探究点二探究点一探究点二2.光反应与暗反应的联系 (1)光反应为暗反应提供ATP和NADPH。
(2)暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+。探究点一探究点二3.利用同位素示踪法判断光合作用中C、H、O的转移途径 4.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
(1)分析方法:需从物质的生成和消耗两个方面综合分析
示例:CO2供应正常,光照停止时C3的含量变化 探究点一探究点二(2)物质含量变化的比较 探究点一探究点二5.硝化细菌的化能合成作用
硝化细菌(包括亚硝化细菌、硝化细菌)利用土壤中的NH3氧化成HNO2、HNO3释放的能量,将CO2和水合成有机物,并将能量储存在有机物中。其反应式如下:探究点一探究点二典例剖析
下图是光合作用过程的图解,图中甲、乙、丙、丁表示能量或物质,①②表示过程。据图回答下列问题。 探究点一探究点二(1)甲、丙分别表示 、 。丙在暗反应中的作用是 。?
(2)物质乙是 ,美国科学家鲁宾和卡门利用同位素标记法进行探究,证明了光合作用产生的乙全部来自 。?
(3)物质丁是 ,过程①叫作 ,过程②所需的还原剂是图中的 。突然停止光照,短时间内叶绿体中C5的含量 (填“增加”“不变”或“减少”)。?
(4)写出光合作用的总反应式: 。?探究点一探究点二解析:(1)本题考查光合作用的过程,分析图示可知,图中甲是光能,乙是O2,丙是NADPH,丁是C3化合物。(2)美国科学家鲁宾和卡门利用同位素标记法进行探究,证明了光合作用产生的O2全部来自H2O。(3)暗反应过程包括CO2的固定和C3的还原,突然停止光照,NADPH和ATP减少,短时间内叶绿体中C5的含量减少。
答案:(1)光能 NADPH 做还原剂,提供部分能量
(2)O2 H2O (3)C3 CO2的固定 丙 减少
(4)CO2+H2O (CH2O)+O2探究点一探究点二活学活练
1.将植物栽培在光照、温度适宜,CO2充足的条件下,如果将环境中CO2含量突然降至极低水平,此时叶肉细胞中C3化合物、C5化合物和ATP含量的变化情况依次是 ( )
A.上升、下降、上升
B.下降、上升、下降
C.下降、上升、上升
D.上升、下降、下降
解析:在其他条件都适宜的前提下,CO2含量突然降低会导致CO2的固定受阻,致使C3化合物的来源受阻,C5化合物的去路受阻。而C3化合物的还原过程仍然在进行,导致C3化合物因不断被还原而减少,C5化合物因不断产生而增加,C3化合物的来源不足,致使ATP的利用减少,含量上升。
答案:C探究点一探究点二2.白天,叶绿体中ATP和ADP的运动方向是( )
A.ATP与ADP同时由类囊体薄膜向叶绿体基质运动
B.ATP与ADP同时由叶绿体基质向类囊体薄膜运动
C.ATP由类囊体薄膜向叶绿体基质运动,ADP的运动方向正好相反
D.ADP由类囊体薄膜向叶绿体基质运动,ATP则向相反方向运动
解析:光反应阶段的场所是类囊体薄膜,暗反应阶段的场所是叶绿体基质。光反应为暗反应提供NADPH、ATP,暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+,则ATP由类囊体薄膜向叶绿体基质运动,ADP的运动方向正好相反。
答案:C探究点一探究点二3.光合作用过程包括光反应和暗反应,下图表示光反应与暗反应的关系,据图判断下列叙述错误的是( ) A.光反应为暗反应提供ATP和NADPH
B.停止光照,叶绿体中ATP和NADPH含量下降
C.ATP的移动方向是由类囊体到基质
D.植物在暗处可大量合成(CH2O)
解析:光合作用必须在光照条件下进行,在暗处植物不能大量合成(CH2O)。
答案:D探究点一探究点二影响光合作用的因素
问题情景
下图所示为科学家研究环境因素对同一植物光合作用强度的影响,请尝试解决有关问题。探究点一探究点二1.该科学家的研究实验中有几个自变量?
答案:有CO2浓度、光照强度和温度三个自变量。
2.光照强度对光合作用强度有何影响?光照强度为a时,造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是什么?
答案:在一定光照强度范围内,随着光照增强,光合强度增大,当光照强度超过一定范围后,光合强度不再随着光照增强而增大。光照强度为a时,造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同。探究点一探究点二3.光照强度为b时,造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是什么?试解释其作用原理。
答案:曲线Ⅰ和Ⅱ的CO2浓度相同,光照强度为b时,光合作用强度存在差异的原因是温度不同。温度影响与光合作用有关的酶的活性,进而影响光合作用强度。
4.通过该坐标曲线的分析,谈一谈一个坐标系中出现多个自变量的分析思路。
答案:仍然遵循单一变量原则,分析某一个变量时,其他变量保持相同条件。探究点一探究点二归纳提升
影响光合作用的因素及在农业生产中的应用 探究点一探究点二探究点一探究点二探究点一探究点二特别提醒光合速率辨析
(1)净光合速率和真正光合速率
①净光合速率:常用一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示。
②真正光合速率:常用一定时间内O2产生量、CO2固定量或有机物产生量表示。
③光合速率与呼吸速率的关系:a.用非绿色组织或黑暗条件下的绿色组织测得的数值为呼吸速率;b.绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行,测得的数据为净光合速率;c.真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。探究点一探究点二(2)多因子变量对光合速率的影响 ①P点时,限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因素,随其不断加强,光合速率不断提高。
②Q点时,横坐标所表示的因素不再是限制光合速率的因素,要想提高光合速率,可采取适当改变图示中其他因素的方法。探究点一探究点二典例剖析
甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。探究点一探究点二回答下列问题。
(1)当光照强度大于a时,甲、乙两种植物中,对光能的利用率较高的植物是 。?
(2)甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,那么净光合速率下降幅度较大的植物是 ,判断的依据是 。?
(3)甲、乙两种植物中,更适合在林下种植的是 。?
(4)某植物夏日晴天中午12:00时叶片的光合速率明显下降,其原因是进入叶肉细胞的 (填“O2”或“CO2”)不足。?探究点一探究点二解析:(1)由曲线图可知,光照强度大于a时,甲植物的净光合速率随着光照强度的增加而增加的幅度更大,说明甲植物对光能的利用率较高。
(2)当种植密度过大时,植株的叶片会相互遮挡,植株接受的光照强度减弱,导致植物净光合速率下降。由曲线图可知,光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大。
(3)由曲线图可知,在低光照强度下,乙植物的净光合速率较高,在高光照强度下,乙植物的净光合速率明显低于甲植物,所以乙植物更适合在林下低光照强度的环境下种植。
(4)夏日晴天中午12:00时,温度较高,部分气孔关闭,进入叶肉细胞的CO2明显减少,抑制了暗反应,导致叶片的光合速率明显降低。
答案:(1)甲 (2)甲 光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大,种植密度过大,植株接受的光照强度减弱,导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大 (3)乙 (4)CO2探究点一探究点二活学活练
1.下列四个处理中,沉入底部的叶片小块最先浮起的是( ) 解析:叶片小块沉入水底是由于细胞间隙的空气被抽取掉,所以哪一支试管中叶片小块最先产生大量的氧气,充入细胞间隙中,叶片小块就最先浮上来。由于自来水中含有CO2,25 ℃的温度较为适宜,光照是光合作用必需的条件,所以C项所示试管的叶片小块最先浮起来。
答案:C探究点一探究点二2.冬季修建一些温室大棚可为居民提供新鲜蔬菜,下列有关说法正确的是( )
A.一般情况下,大棚内的蔬菜进行光合作用利用的光都是自然光
B.为提高产量,在阴雨天可适当提高大棚内的温度
C.增施农家肥可提高大棚内的二氧化碳浓度,促进晚上暗反应的进行,有利于有机物的积累
D.蔬菜中的叶绿素对光的吸收效率与光的波长呈正相关
解析:阴雨天应保持一定的昼夜温差,适当提高白天的温度,降低晚上的温度,B项错误;晚上没有光照,暗反应因缺乏ATP和NADPH的供应而不能进行,C项错误;叶绿素a、叶绿素b主要吸收蓝紫光(波长450 nm左右)和红光(波长650 nm左右),而对绿色(波长500 nm左右)的吸收则很少,因此叶绿素对光的吸收效率与光的波长不呈正相关,D项错误。
答案:A探究点一探究点二3.下图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率,下列假设条件中能使图中结果成立的是( ) A.横坐标是CO2浓度,甲表示较高温度,乙表示较低温度
B.横坐标是温度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度
C.横坐标是光波长,甲表示较高温度,乙表示较低温度
D.横坐标是光照强度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度探究点一探究点二解析:据图分析,图示纵坐标的含义是净光合速率,是光合速率与呼吸速率的差值,在横坐标以下表示光合速率小于呼吸速率,在横坐标以上表示光合速率大于呼吸速率,与横坐标相交的点表示光合速率与呼吸速率相等。若横坐标是CO2浓度,较高温度下,呼吸速率高,较低温度下,呼吸速率低,则甲、乙曲线与纵坐标的交点不一样,A项错误;若横坐标是温度,则随着温度的升高光合速率与呼吸速率都会表现为先升高后降低的趋势,B项错误;若横坐标是光波长,则净光合曲线会出现两个波峰,与图中甲、乙曲线变化不符,C项错误;若横坐标是光照强度,较高浓度的二氧化碳有利于光合作用的进行,因此甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度,D项正确。
答案:D
