第二节 光合作用
第1课时 光合色素与光能的捕获
学 习 目 标
核 心 素 养
1.说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量。
2.提取和分离叶绿体中的光合色素。
1.通过对“光合作用的探索历程”中的科学实验的学习，掌握分析问题的方法，学习科学家的品质。
2.熟练操作“提取和分离叶绿体中的光合色素”实验，交流并讨论实验结果。
一、解开光合作用之谜
时间
人物
实验方法
结论
17世纪中叶
范·海尔蒙特
用定量的方法
植物生长所需养料主要来自水，而不是土壤
1771年
普利斯特莱
通过植物和动物之间进行气体交换的实验
植物生长需要吸收CO2，同时释放出O2
1779年
扬·英根豪斯
把带叶的枝条放入水里，发现叶在阳光下产生O2，在暗处不产生O2
植物需要阳光才能制造出O2
1864年
萨克斯
采用碘液检测淀粉的方法
叶片在光下能产生淀粉
1940年
鲁宾和卡门
运用同位素标记法
光合作用释放的O2来自水，糖类中的氢也来自水
1948年
卡尔文
用14C标记的CO2进行示踪
CO2被用于合成糖类等有机物
二、光合色素与光能的捕获
1．恩吉尔曼的实验
(1)①生物材料：丝状绿藻(水绵)和好氧细菌。
②实验现象：在红光区和蓝光区集中了大部分的好氧细菌。
③实验结论：叶绿素主要吸收红光和蓝光。
(2)可见光束看起来是白色的，通过三棱镜时会分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7色连续光谱。用透过三棱镜后的不同颜色的光照射临时装片中水绵的叶绿体，发现好氧性细菌聚集于红光区和蓝光区的叶绿体部位。这说明叶绿体中的色素能有效的吸收和利用红光和蓝光。
2．叶绿体中的色素及作用
色素名称
颜色
功能
叶绿素a
蓝绿色
主要吸收和利用红光和蓝光
叶绿素b
黄绿色
胡萝卜素
橙黄色
主要吸收蓝紫光，还有保护
叶绿素免遭强光伤害的作用
叶黄素
黄色
三、提取和分离叶绿体中的色素
1．实验原理
(1)叶绿体中的色素是有机物，不溶于水，易溶于无水乙醇等有机溶剂中，所以用无水乙醇等能提取色素。
(2)层析液是一种脂溶性很强的有机溶剂。叶绿体色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢。所以用纸层析法来分离四种色素。
2．实验材料：幼嫩、鲜绿的菠菜叶。
3．实验注意事项及原因
步骤
方法
原因
提取色素
①选取新鲜叶片：色素含量高
②加入少许二氧化硅和碳酸钙：作用分别是研磨充分、保护色素
③加入5 mL无水乙醇：溶解、提取色素
分离色素
剪去两角：防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快
分离色素
画滤液细线
画得细、直：防止色素带重叠
叶绿体色素层析
装置示意图
①层析液不能触及滤液细线：防止色素溶于层析液中
②烧杯加盖：防止层析液挥发
4.实验结果
1．色素提取液是无水乙醇，分离液是层析液。( )
2．不同色素在滤纸条上的扩散速度与其在层析液中的溶解度呈正相关。( )
3．分离结束后，滤纸条上的颜色自上而下依次是黄绿色、蓝绿色、黄色和橙黄色。( )
4．叶绿素和类胡萝卜素都主要吸收蓝紫光，除此之外，叶绿素还主要吸收红光。( )
5．植物叶片多呈现绿色的原因是对绿光的吸收最多。( )
6．研磨菠菜叶时加入石英砂是为了保护叶绿素。( )
[答案] 1.√ 2.√
3．× 提示：分离结束后，滤纸条上的颜色自下而上依次是黄绿色、蓝绿色、黄色和橙黄色。
4．√
5．× 提示：植物叶片多呈绿色的原因是叶绿素对绿光吸收最少，使绿光被反射出来。
6．× 提示：研磨菠菜叶时加入石英砂是为了研磨更充分。
解开光合作用之谜
[讲解归纳]
1．普利斯特莱的实验
(1)实验过程及现象
密闭玻璃罩＋绿色植物＋小鼠→不易窒息死亡
(2)实验分析
①缺少空白对照，实验结果说服力不强，应将小鼠单独置于玻璃罩内，作为空白对照。
②没有认识到光在植物更新空气中的作用，而将空气的更新归因于植物的生长。
③限于当时科学发展水平的限制，没有明确植物更新气体的成分。
2．萨克斯的实验
(1)实验过程及现象
黑暗中饥饿处理的绿叶
(2)实验分析
①设置了自身对照， 自变量为光照，因变量是叶片颜色变化。
②实验的关键是饥饿处理，以使叶片中的营养物质消耗掉，增强了实验的说服力。
③本实验除证明了光合作用的产物有淀粉外，还证明了光是光合作用的必要条件。
3．鲁宾和卡门的实验
(1)实验过程及结论
HO＋CO2→植物→18O2；
H2O＋C18O2→植物→O2
光合作用释放的O2全部来自水。
(2)实验分析
设置了对照实验，自变量是标记物质(HO和C18O2)，因变量是O2的放射性。
1．德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处数小时(消耗掉叶片中的淀粉)后，再把叶片的一部分遮光，其余部分曝光。一段时间后，该叶片经脱色、漂洗后再用碘液处理，结果发现遮光部分不变蓝，曝光部分变蓝。下列有关本实验的分析及结论合理的是( )
①本实验未设置对照组 ②有无光照是遮光和曝光区域表现不同结果的唯一原因 ③实验初始时遮光和曝光区域均达到无淀粉状态 ④实验证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉
A．①②③④ B．②③④
C．①②③ D．②③
D [该实验中曝光部分与遮光部分形成了对照；该实验能证明有淀粉的生成，但不能证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉。]
(1)本实验的实验组是遮光组实验还是曝光组实验？
提示：遮光组实验。
(2)本实验还能得到的结论是什么？
提示：光合作用需要光照。
(3)借鉴普利斯特莱和萨克斯的实验方法，如何设计实验证明CO2是光合作用的必要条件？
提示：将绿色植物放在玻璃罩内，一组加入盛有NaOH溶液的烧杯，一组加入盛有等量蒸馏水的烧杯。暗处理一段时间后，再置于相同光照条件下，经碘蒸气处理，观察是否有蓝色出现。
2．现有四个实验装置，若要分别验证绿色植物产生O2需要光以及O2是由绿色植物释放的，则应选用的实验组合是( )
A．②③和①② B．①②和①③
C．②④和①③ D．②③和③④
A [实验中一定要遵循对照原则和单一变量原则，要验证绿色植物产生O2需要光，单一变量应是光的有无，应选用的实验组合是②③；要验证O2是由绿色植物释放的，单一变量是绿色植物的有无，应选用的实验组合是①②。]
萨克斯实验跟鲁宾和卡门的实验对照设计方法相同吗？
提示：不相同。萨克斯实验的对照方式为自身对照(一半曝光与另一半遮光)；而鲁宾和卡门实验的对照方式为相互对照(通过标记不同的物质：HO和C18O2)。
[题后反思] 光合作用探究历程中的重要结论
(1)植物可以更新空气(普利斯特莱)。
(2)证明了光和绿叶在更新空气中不可缺少(扬·英根豪斯)。
(3)绿色植物在光下释放氧气，吸收二氧化碳。
(4)光合作用的产物有淀粉(萨克斯)。
(5)光合作用释放的氧气来自水(鲁宾和卡门)。
(6)CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳(卡尔文)。
光合色素与光能的捕获
[问题探究]
材料：在叶绿体内，类囊体膜上的色素可以分为两类：一类具有吸收和传递光能的作用，包括绝大多数的叶绿素a，以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素；另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a，这种叶绿素a能够捕获光能，并将受光能激发的电子传送给相邻的电子受体。
1．夏天时绿叶茂盛，而到了深秋却有“看万山红遍，层林尽染”的美景，你能解释不同季节中树叶颜色不同的原因吗？
提示：夏天，叶片中叶绿素的含量较多，叶片呈绿色。深秋时，叶绿素大部分被降解掉，而液泡中的花青素导致叶片变红。
2．结合上述材料分析，如果叶绿体内不含叶绿素a，能否进行光合作用，为什么？
提示：不能。因为如果没有叶绿素a，那么叶绿体内其他色素所捕获的光能就不能转化成电能。
[讲解归纳]
1．叶绿体中的色素与吸收光谱
2．叶绿体中的色素对光的吸收特点
(1)叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。
(2)叶绿素对红光和蓝光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光吸收量大，对其他可见光并非不吸收，只是吸收量较小。
3．叶绿体功能的验证实验——恩吉尔曼实验
(1)实验过程及现象
(2)实验结论
①叶绿体是进行光合作用的场所。
②O2是由叶绿体释放的。
4．实验设计“四妙”
(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)设计的观测指标妙：通过好氧细菌的分布进行检测，从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位。
(4)设计的实验对照妙：进行黑暗(局部光照)和曝光对比实验，明确实验结果完全是光照引起的等。
特别提醒：(1)并不是所有的真核植物细胞中都含有叶绿体，只有进行光合作用的组织或器官才含有叶绿体，如叶肉细胞。
(2)能进行光合作用的不一定含有叶绿体，如蓝藻。
1．植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是( )
A．类胡萝卜素主要吸收红光用于光合作用
B．叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D．叶片在640～660 nm波长光下释放O2主要是由叶绿素参与光合作用引起的
A [类胡萝卜素主要吸收蓝紫光用于光合作用，A项错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制，B项正确；光合作用需要吸收CO2，故可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示，C项正确；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，640～660 nm波长光为红光 ，所以释放O2主要是由叶绿素参与光合作用引起的，D项正确。]
2．1880年，德国生物学家恩吉尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到含带状叶绿体的丝状水绵体上，并在水绵的悬液中放入了细菌，观察细菌在水绵不同区段的聚集情况(如图)，以确定该区段水绵光合作用的强度。下列相关叙述中错误的是( )
A．该实验可证明水绵叶绿体色素对不同波长的光吸收量不同
B．细菌聚集较多的区段，水绵的光合作用较弱，导致细菌能够吸收更多光能
C．若将装置置于黑暗中，则细菌会在悬浮液中基本均匀分布
D．实验中应选用进行有氧呼吸的细菌来检验水绵不同区段光合作用的强弱
B [本题考查对恩吉尔曼实验的分析。通过观察好氧性细菌的分布可以判定光合作用的强度。从实验中可见好氧性细菌在不同波长的光中分布不同，及水绵对不同波长的光吸收量不同；细菌聚集较多的区段，说明水绵光合作用强，产生的氧气多；若将装置置于黑暗中，水绵无法进行光合作用，没有氧气的释放，则细菌在悬浮液中基本均匀分布。]
提取和分离叶绿体中的光合色素
[问题探究]
选择提取色素的材料时，选择颜色浓绿的叶片而不选择颜色发黄的叶片，为什么？
提示：颜色浓绿的叶片比颜色发黄的叶片含有更多的叶绿素。
[讲解归纳]
1．实验材料和试剂
(1)材料
叶片要新鲜、颜色要深绿，这样的叶片含有的色素较多。
(2)试剂及作用
试剂名称
作用
二氧化硅
有利于充分研磨绿叶和释放色素
碳酸钙
防止研磨过程中色素被破坏
无水乙醇
溶解色素
层析液
分离色素
2.实验操作中的关键步骤
(1)研磨要迅速、充分：研磨充分使叶绿体完全破裂，可提取较多的色素。
(2)滤液细线要求：细、直、齐，含有较多的色素，所以应待滤液干后再画一两次。
(3)滤液细线不能触及层析液，否则色素会溶解到层析液中，使滤纸条上得不到色素带。
3．滤纸条上色素的分布和对光的吸收
4．实验注意事项
项目
过程
操作要求
操作目的
提取
色素
①
选新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高
②
研磨时加无水乙醇
溶解色素
③
加少量SiO2和CaCO3
研磨充分和保护色素
④
迅速、充分研磨
防止乙醇挥发，充分溶解色素
⑤
盛放滤液的试管管口加棉塞
防止乙醇挥发和色素氧化
分离
色素
①
滤纸预先干燥处理
使层析液在滤纸上快速扩散
②
滤液细线要细、直、齐
使分离出的色素带平整不重叠
③
滤液细线干燥后再画几次
使分离出的色素带清晰分明
④
滤液细线不触及层析液
防止色素直接溶解到层析液中
5.绿叶中色素的提取和分离实验的异常现象分析
(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析
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)太少。
③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
(2)滤纸条色素带重叠：滤液细线画的过粗。
(3)滤纸条看不见色素带
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。
1．在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时，甲、乙、丙、丁4位同学对相关试剂、药品的使用情况如表所示(“＋”表示使用，“－”表示未用)，其余操作均正常，他们所得到的实验结果依次应为( )
试剂
甲
乙
丙
丁
无水乙醇
－
＋
＋
＋
水
＋
－
－
－
CaCO3
＋
＋
－
＋
SiO2
＋
＋
＋
－
A．①②③④ B．②④①③
C．④②③① D．③②①④
B [无水乙醇用于溶解绿叶中的色素，甲同学未加无水乙醇，其滤纸条上应无色素带(②)；CaCO3能够防止研磨时色素被破坏，丙同学未加CaCO3，其滤纸条上叶绿素a、叶绿素b对应的色素带应较窄(①)；SiO2能够使研磨更充分，丁同学未加SiO2，其滤纸条上的四种色素带均应较窄(③)。乙同学操作正确，其滤纸条上的色素带应为正常的(④)。]
2．如图为新鲜菠菜叶中4种色素的相对含量及在滤纸条上的分离情况。下列有关说法不正确的是( )
A．4种色素在层析液中溶解度最高的是丁
B．4种色素均可溶于有机溶剂无水乙醇中
C．4种色素在层析液中溶解度最高的是甲
D．发黄菠菜叶中色素含量显著减少的是甲和乙
C [本题以柱状图为载体，考查色素的提取和分离实验，解答本题的关键是理解色素的提取和分离实验的原理。据图可知，甲、乙、丙、丁分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，层析液中溶解度最高的是丁，A正确、C错误；4种色素均可溶于有机溶剂无水乙醇中，故可用无水乙醇提取色素，B正确；发黄菠菜叶中色素含量显著减少的是叶绿素a(乙)和叶绿素b(甲)，D正确。]
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建
核 心 语 句 归 纳
1.用无水乙醇提取色素的原理是色素能溶解在无水乙醇中。
2.不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的扩散的快，反之则慢。
3.层析后滤纸条上自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。
4.叶绿素主要吸收红光和蓝光。胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
5.光照：光是叶绿素合成的必要条件，植物在黑暗中叶呈黄色。
6.温度：低温不仅抑制叶绿素的合成，而且破坏已有的叶绿素分子，从而使叶片变黄。
7.镁等无机盐：镁是构成叶绿素的主要成分，缺镁的植物的叶片变黄。
1．请按时间先后顺序排列下列事件( )
①德国科学家萨克斯证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉
②美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法，证明了光合作用释放的氧气来自参加反应的水
③英国科学家普利斯特莱指出植物可以更新空气
④德国生物科学家恩吉尔曼用丝状绿藻做实验，证明光合作用会产生氧气，且产生氧气的多少和光合作用的效率成正比
A．①②③④ B．④③②①
C．③①④② D．①③②④
C [普利斯特莱于1771年指出更新空气；萨克斯在1864年证明叶片光合作用产生了淀粉；恩吉尔曼则是在1880年用丝状绿藻做实验，证明自己的观点；最晚的是鲁宾和卡门在1940年采用同位素标记法，证明光合作用释放的O2来自水，因此C选项是正确的。]
2．1880年德国生物学家C.Engelmann设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到带状的水绵体上，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)，他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。这个实验的思路是( )
A．细菌对不同的光反应不一，细菌聚集多的地方，细菌光合作用强
B．好氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强，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多，则在该种光照射下植物光合作用强
D．聚集的好氧细菌大量消耗光合作用的产物——O2，使水绵的光合作用速度加快，则该种光有利于光合作用
B [本题通过实验研究光合作用的光谱，考查实验分析能力。好氧细菌的生活是需要O2的，因此在好氧细菌聚集的地方应该是O2多的地方，也就是水绵光合作用强的地方。]
3．如图为用分光光度计测定的绿色叶片中两类色素吸收不同波长光的曲线图，可判定A和B可能分别为( )
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
A [据图分析，色素A主要吸收红光和蓝光，则色素A可表示叶绿素；色素B主要吸收蓝紫光，则色素B可代表类胡萝卜素，只有A项符合题意。]
4．下图所示为“提取和分离叶绿体中的色素”实验的部分材料和用具。请据图回答下列问题：
(1)图中步骤①加入研钵内的物质：A________5 mL，作用是________；B________少许，作用是研磨得充分；C________少许，作用是____________。
(2)图中步骤②将浆糊状的研磨液倒入漏斗中，漏斗底部放有一层________。
(3)图中步骤③剪去两角的作用是______________________，画滤液细线的要求是________。
(4)图中步骤④中关键应注意____________________；加盖的目的是______________；色素带最宽的是________，扩散速度最快的是________。
[解析] (1)研磨时需要加入3种物质：5 mL无水乙醇，作用是溶解色素；二氧化硅可以使研磨更充分；加入少许碳酸钙防止色素被破坏。
(2)过滤研磨液时，漏斗基部不能用滤纸，因为色素可吸附在滤纸上。一般用一层尼龙布过滤。
(3)剪去两角的作用是防止两边色素扩散得过快。画滤液细线的要求是细、齐、直。
(4)层析时的关键技术是不能让层析液没及滤液细线，否则，滤液细线会被层析液溶解，不能分离。由于层析液有毒，而且可以挥发，所以要加盖。色素带的宽度是由各种色素含量不同造成的，含量越多，色素带越宽，一般植物叶片中叶绿素a含量最多，所以叶绿素a色素带最宽。扩散速度最快的是胡萝卜素，在色素带的最上层。
[答案] (1)无水乙醇 溶解色素 二氧化硅 碳酸钙 防止色素被破坏
(2)尼龙布
(3)防止两边色素扩散过快 细、齐、直
(4)层析液不能没及滤液细线 防止层析液挥发 叶绿素a 胡萝卜素
[教材课上思考答案](教师用书独具)
边做边学(P73)
1．光合色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸条上扩散的速度不同，这样就能将色素分离开。(即本实验中用层析液分离色素)
2．绿叶中各种色素的含量不同，因此色素带的宽度不同；不同的叶绿体色素在层析液中的溶解度不同，色素随层析液在滤纸上的扩散速度不同，因此色素带与滤液细线之间的距离也不同。
叶绿体中的色素主要有叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素。色素在滤纸条上的分布情况如下图所示：
积极思维(P74)
在红光和蓝光区集中了大部分的好氧细菌，说明这两个区内光合作用强度大，产生的氧气多，进而说明叶绿体能有效地吸收红光和蓝光，进行光合作用。
课件75张PPT。第四章 光合作用和细胞呼吸第二节 光合作用
第1课时 光合色素与光能的捕获234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162636465666768697071727374点击右图进入…Thank you for watching !第2课时 光合作用的过程 影响光合作用的环境因素
学 习 目 标
核 心 素 养
1.说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。
2.探究不同环境因素对光合作用的影响。
1.阐明光合作用过程中贯穿着物质和能量的变化，形成并巩固物质与能量观。
2.通过列表格的方法，比较光反应和暗反应。
3.分析影响光合作用的因素，构建影响光合作用的坐标曲线。
4.按照科学探究的要求，设计出探究不同环境因素对光合作用的影响的方案并实施，记录数据，交流讨论实验结果。
一、光合作用的主要场所——叶绿体
1．图中[1]外膜、[2]内膜使其内部结构与细胞质基质分开，保证了叶绿体相对独立地进行代谢活动。
2．由[3]类囊体叠合成[4]基粒，增大了膜面积，吸收、传递和转换光能的光合色素分布在类囊体膜上。
3．[5]叶绿体基质中还含有少量的DNA和RNA。与光合作用有关的酶分布在类囊体膜和叶绿体基质中。
4．叶绿体通过类囊体堆叠成基粒增大光合作用面积。
二、光合作用的过程
注：C3为三碳化合物，C5为五碳化合物。
1．图中Ⅰ的名称是光反应，Ⅱ的名称是暗反应，Ⅰ与Ⅱ划分的依据为是否需要光能，Ⅰ＋Ⅱ总称为光合作用。
2．Ⅰ进行的场所是类囊体膜上，Ⅱ进行的场所是叶绿体基质中。
3．图中的化学反应
(1)Ⅰ中的化学反应
①水的光解：水分解成O2和[H]。
②ATP的合成：在酶的作用下，ADP与Pi形成ATP。
(2)Ⅱ中的化学反应
①CO2的固定：CO2与五碳化合物结合形成两分子三碳化合物。
②CO2的还原：三碳化合物接受ATP的能量并被[H]还原，形成糖类和五碳化合物。
(3)总反应方程式：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
4．光合作用的概念
(1)场所：绿色植物的叶绿体。
(2)物质变化：将CO2和H2O合成为有机物并释放出O2。
(3)能量变化：将光能转变成储存在有机物中的化学能。
三、影响光合作用的环境因素
1．光照强度低时，植物光合速率低。光照强度增强，光合速率变大；光照强度进一步提高，光合速率增加幅度逐渐变小；光照强度超过一定值时，光合速率不再增加。
2．CO2是光合作用的原料之一。在一定范围内，植物光合速率随着CO2浓度的上升而增加，达到某一定值后，增加CO2浓度，光合速率不再增加。
3．温度影响酶活性，因而对光合速率也有明显的影响。
(1)教材表4—3表明，不同植物光合作用的最适温度不同，一般在25～30_℃左右。
(2)低温下植物光合速率变低的原因主要是酶活性降低。
(3)高温下光合速率变低的原因主要是高温使植物失水过多，影响气孔的开闭，减少了CO2进入细胞的量。
4．水和营养元素会直接或间接地影响植物光合速率。
(1)水是光合作用的原料，能直接影响植物光合速率。
(2)氮素可以促进叶片面积的增大和叶片数目的增多，从而增加光合面积，间接地影响植物光合速率。
5．在农业生产中主要通过增加光照面积、延长光照时间等途径提高光能利用率。
1．叶绿体中的色素分布在基质中。( )
2．光合作用需要的酶只分布在叶绿体基质中。( )
3．植物处在干旱环境中，光合作用不能正常进行，主要影响光反应中水的光解。( )
4．光合作用光反应产生的ATP只用于暗反应阶段，不能用于其他生命活动。( )
5．温度改变只影响光合作用光反应过程。( )
6．叶绿体中ATP的合成发生在类囊体膜上，ATP的水解发生在叶绿体基质中。( )
[答案] 1.× 提示：叶绿体中的色素分布在类囊体膜上。
2．× 提示：类囊体的膜上和叶绿体基质中都有。
3．× 提示：植物缺水，则气孔关闭，CO2供应不足，影响暗反应，水的光解只需很少H2O就能进行。
4．√
5．× 提示：温度改变时，不管是光反应还是暗反应均会受到影响。
6．√
光合作用的过程
[讲解归纳]
1．光合作用过程图解
2．反应式中元素和物质的去向
(1)氧元素
(2)碳元素
CO2→三碳化合物→(CH2O)
(3)氢元素
H2O→[H]→(CH2O)
(4)叶绿体中[H]、ATP、ADP和Pi的运动方向
①[H]和ATP：类囊体膜→叶绿体基质。
②ADP和Pi：叶绿体基质→类囊体膜。
3．光反应与暗反应的比较
光反应
暗反应
条件
必须在光下
有光、无光都可以
场所
叶绿体类囊体膜
叶绿体基质
物质转化
①水的光解：2H2O4[H]＋O2
②ATP的合成：ADP＋Pi＋光能ATP
能量转化
光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
联系
光反应为暗反应提供[H]、ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi，如图：
4.光合作用条件骤变对相关物质含量变化的影响分析
(1)改变某一因素(光照强度、CO2浓度)时细胞内中间产物，如C3、C5、[H]、ATP等含量的变化，强调的是突然发生改变时，短时间内的变化。
(2)第一步：在熟知光合作用过程的基础上，构建如下模型，明确光合作用过程中物质的来源与去路：
①ATP和[H]来源于Ⅰ过程，消耗于Ⅲ过程。
②C3来源于Ⅱ过程，消耗于Ⅲ过程。
③C5来源于Ⅲ过程，消耗于Ⅱ过程。
第二步：分析外界条件的变化对光合作用过程的影响：
①如果光照强度发生变化，则直接影响过程Ⅰ，依次影响过程Ⅲ、Ⅱ。
②如果CO2浓度发生变化，则直接影响过程Ⅱ，依次影响过程Ⅲ、Ⅰ。
第三步：根据外界条件的变化，从中间产物的来源(生成)和去路(消耗)两个方面综合分析。因为只考虑瞬时变化，当某一条件突然改变时，首先考虑这个因素所影响的那一环节，其他环节仍按原来的正常速率进行。如突然改变光照强度，其他条件不变时，C3含量的变化为：
(3)各物质含量的变化中，C5与C3含量的变化是相反的，[H]与ATP的含量变化是一致的。
1．下图为绿色植物光合作用过程示意图(物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示，图中a～g为物质，①～⑥为反应过程)，下列判断错误的是( )
A．绿色植物能利用a物质将光能转换成活跃的化学能储存在c中
B．e中不储存化学能，所以e只能充当还原剂
C．图中①表示水分的吸收，③表示水的光解
D．在g物质供应充足时，突然停止光照，C3的含量将会上升
B [a为光合色素，能将光能转换成活跃的化学能储存在ATP中，A正确；e为水光解生成的[H]，其含有活跃的化学能，参加暗反应C3的还原，B错误；图中①表示根系从土壤中吸收水分，③表示水的光解生成[H]和氧气，C正确；g CO2供应充足时，突然停止光照，生成[H]和ATP量下降，C3的还原速率下降，C3的消耗减少，另一方面，二氧化碳固定生成C3的速率基本不变，D正确。]
2．图甲为叶绿体结构与功能示意图，图乙表示一株小麦叶肉细胞内C3相对含量在24 h内的变化。请据图分析回答问题：
(1)图甲中A、B、C、D分别表示参与光合作用或光合作用生成的物质，则A、B、C、D依次是________________。
(2)在图甲Ⅰ上发生的过程称为________，Ⅰ上含有的参与此过程的物质是________。
(3)在图甲Ⅰ上发生的反应与在Ⅱ中发生的反应之间的物质联系是_____________________________。
(4)图乙中，从________点开始合成有机物，至________点有机物合成终止。
(5)ab段C3含量较高，其主要原因是_______________________。
(6)g点C3含量极少，其原因是_________________________。
(7)与f点相比，g点时叶绿体中[H]含量较________(填“高”或“低”)。
[解析] 根据光合作用过程可知，图甲中A、B、C、D依次是H2O、CO2、C3和C5。Ⅰ是叶绿体基粒，在其上发生光反应，叶绿体基粒上含有参与光反应的色素和酶。Ⅱ是叶绿体基质，在其内发生暗反应。光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi等。图乙中从b点开始C3含量下降，至i点C3含量不再变化，说明光合作用从b点开始，到i点结束。在b点前无光照，不能进行光反应，也不能进行C3的还原，因此在ab段C3含量较高，b点之后，开始进行光合作用，C3含量下降，i点无光照，光合作用停止。g点时植物气孔大量关闭，导致CO2供应不足，C3合成减少，[H]消耗减少，因此g点时叶绿体中[H]含量高于f点时。
[答案] (1)H2O、CO2、C3和C5 (2)光反应 色素和酶
(3)光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi等 (4)b i (5)无光不能进行光反应，缺少[H]和ATP，C3不能被还原
(6)气孔关闭，叶肉细胞内CO2含量低，CO2的固定减弱 (7)高
(1)在无光条件下，暗反应能否长期进行？
提示：不能。因为无光条件下，光反应不能进行，光反应的产物ATP和[H]减少，不能满足暗反应的需求，暗反应终将停止。
(2)若暗反应停止，光反应能否持续进行？
提示：不能，若暗反应停止，光反应产生的ATP和[H]积累过多，将抑制光反应的进行。
(3)科学研究表明，光合作用的产物除糖类和O2外，还有蛋白质和脂肪等。我们将怎样用实验证明这种观点呢？
提示：采用同位素标记法，以14C标记参加光合作用的CO2，测定含14C的产物中是否有蛋白质、脂肪等。
影响光合作用的环境因素
[问题探究]
光合作用过程一般与太阳辐射进程相符合：从早晨开始，光合作用逐渐加强，中午达到高峰，以后逐渐降低，到日落后停止，成为单峰曲线。但晴天无云而太阳光照强烈时，则形成双峰曲线，呈现“午休”现象。请分析出现这种现象的原因。
提示：出现这种现象的原因：第一，水分在中午供应不足，气孔关闭；第二，二氧化碳供应不足等。
[讲解归纳]
1．光照强度
(1)原理分析：光照强度主要影响光反应阶段ATP和[H]的产生，进而限制暗反应阶段。
(2)曲线右图分析：
A点
光照强度为0，此时只进行细胞呼吸；A点的CO2释放量表示细胞呼吸速率
AB段
开始进行光合作用，随光照强度的增强，光合作用强度也增强，但光合作用强度小于细胞呼吸强度
B点
光合作用强度＝细胞呼吸强度(细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用)，此时光照强度称为光的补偿点
BC段
随光照强度的增强，光合作用强度不断增强
C点
光照强度增强，光合作用强度基本不变，此时光照强度C′点称为光的饱和点，C点的CO2吸收量表示净光合作用速率
(3)应用分析
①欲使植物正常生长，则光照强度应大于B点对应的光照强度。
②适当提高光照强度可增加作物产量。
③阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，间作套种时农作物的种类要合理搭配。
2．CO2的浓度
(1)原理分析：通过影响暗反应阶段，制约C3生成。
(2)曲线分析
图1 图2
①走势分析：图1和图2都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度的增大而增大，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用速率不再增加。
②关键点分析：图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点。
图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点。
(3)应用分析
①温室中适当增加CO2浓度，如投入干冰等；
②大田中“正其行，通其风”，以及多施有机肥来提高CO2浓度。
3．温度
(1)原理分析：通过影响酶活性进而影响光合作用。
(2)曲线分析
①AB段：随着温度升高，光合作用增强。
②B点：光合作用最适温度。
③BC段：随着温度升高，光合作用减弱。
④温度过高时，酶失活，光合作用完全停止。
(3)应用分析
①适时播种。
②温室栽培时白天适当提高温度，夜间适当降低温度。
4．水和营养元素
(1)水：是光合作用重要的反应物，又可影响气孔的开闭，间接影响CO2的吸收，还可影响光合产物的运输，从而影响光合速率。
(2)营养元素：营养元素影响细胞内许多化合物的合成，从而影响植物体的光合作用，如氮是构成细胞内叶绿素、酶、ATP等物质的基本元素，可以促进叶片面积的增大和叶片数量的增多，从而影响光合作用。
特别提醒：其他影响光合作用的因素
(1)因叶绿体中色素对各种色光的吸收不同，光质(不同色光)也会影响光合作用强度。
(2)光照时间的长短不影响光合作用速率，但可以影响植物体光合作用的总量，从而影响植物的生长。
(3)叶龄也会影响光合作用强度，随叶龄的增大，叶面积逐渐增大，光合作用速率也随之增大，到成熟时达到最大，之后随叶片衰老，叶绿素不断分解，光合作用速率随之下降。
5．多因子变量
图像
含义
P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提高；Q点时，横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，影响因素为坐标图中所标出的其他因子
应用
温室栽培时，在一定光照强度下，白天可适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当补充CO2，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合作用速率
1．科研人员检测晴朗天气下露天栽培和大棚油桃的光合速率(Pn)日变化情况，并将检测结果绘制成下图。下列相关说法错误的是( )
A．光照强度增大是导致ab段、1m段Pn增加的主要原因
B．致使bc段、mn段Pn下降的原因是气孔关闭
C．致使ef段、op段Pn下降的原因是光照逐渐减弱
D．适时浇水、增施农家肥是提高大田作物产量的重要措施
B [早晨日出后光照强度不断增大，使得露天栽培的和大棚栽培的油桃的光合速率迅速上升。大棚栽培条件下的油桃在bc段Pn下降，主要原因是日出后旺盛的光合作用消耗大量CO2，使大棚内密闭环境中CO2浓度迅速下降；而露天栽培的油桃在mn段Pn下降，是因环境温度过高导致气孔关闭，不能吸收CO2。15时以后，两种栽培条件下的光合速率持续下降，是光照强度逐渐减弱所致。适时浇水能避免植物因缺水导致气孔关闭，增施农家肥能增加土壤中CO2浓度，这两项都是提高大田作物产量的重要措施。故选B。]
2．甲、乙、丙三图分别表示探究几种环境因素对马铃薯光合作用速率影响的实验结果。下列分析中正确的是( )
A．甲图所示实验主要研究光照强度和温度对马铃薯光合作用速率的影响
B．甲图P点之前，限制马铃薯光合作用速率的主要因素为光照强度和温度
C．乙图Q点时高CO2浓度条件下，可通过进一步增加光照强度来提高马铃薯光合作用速率
D．丙图Q点之后三条曲线的走势为保持平稳
A [本题关键是理解曲线的含义。甲图所示实验主要研究温度和光照强度对马铃薯光合作用速率的影响，A项正确；甲图中P点之前限制光合作用的主要因素是光照强度，B项错误；乙图中，Q点光照强度已不再是光合速率的主要限制因素，C错误；丙图Q点之后随温度升高，三条曲线的走势可能逐渐下降，D错误。]
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建
核 心 语 句 归 纳
1.光合作用可分为光反应阶段和暗反应阶段。
2.光反应的场所是类囊体膜上，原料是水，产物是ATP、[H]和氧气。
3.暗反应的场所是叶绿体的基质，原料是ATP、[H]和CO2，产物是糖。
4.光反应和暗反应相互制约。
5.影响光合作用的环境因素有光照、温度、CO2浓度等。
6.光合作用的实质是把无机物转化为有机物，把光能转化为化学能储存在有机物中。
7.光合作用强度的表示方法：一定时间内原料消耗量或产物生成量。
1．下列有关叶绿体的叙述，正确的是( )
A．叶绿体色素都分布在类囊体膜上
B．叶绿体的色素分布在外膜和内膜上
C．光合作用的酶只分布在叶绿体基质中
D．光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上
A [叶绿体由内外双层膜、类囊体和基质三部分构成。类囊体是一种扁平的囊状结构，在类囊体膜上，有进行光合作用必需的色素和酶。许多类囊体叠合成基粒，基粒之间充满着基质，其中含有与光合作用有关的酶。]
2．下图表示植物光合作用的一个阶段，下列各项叙述正确的是( )
A．该反应的场所是叶绿体的类囊体
B．C3生成C6H12O6需要[H]、ATP和多种酶
C．提高温度一定能促进C6H12O6的生成
D．在无光条件下，有利于暗反应进行
B [图为光合作用的暗反应阶段，该反应进行的场所是叶绿体基质。C3生成C6H12O6需在多种酶的催化下，利用ATP提供的能量，通过[H]的还原进行。若在最适温度条件下，提高温度反而会降低酶的活性，会使反应减弱。在无光条件下，暗反应会因[H]和ATP的缺乏受到限制。]
3．如图曲线Ⅰ表示黄豆在适宜温度、CO2浓度为0.03%的环境中光合作用速率与光照强度的关系。在y点时改变某条件，结果发生了如曲线Ⅱ所示的变化。下列分析合理的是( )
A．与y点相比较，x点时叶绿体中C3含量低
B．在y点时，适当升高温度可导致曲线由Ⅰ变为Ⅱ
C．制约x点时光合作用的因素主要是叶绿体中色素的含量
D．制约z点时光合作用的因素可能是CO2浓度
D [x点时，光照强度较弱，光反应提供的[H]和ATP较少，C3化合物的浓度较y点时高；题目中已提到是在适宜温度下测定的相关的关系，如果再提高温度，会降低光合作用速率；制约x点时光合作用的因素主要是光照强度；在适宜温度和较强光照强度条件下，提高CO2浓度可提高光合作用速率。]
4．某植物在停止供水和恢复供水条件下，气孔开度(气孔开放程度)与光合速率的变化如下图所示。请回答：
(1)停止供水后，光合速率下降。这是由于水是________的原料，又是光合产物在植物体内________的主要介质。
(2)在温度、光照相同的条件下，图中A点与B点相比，光饱和点低的是________点，其主要原因是___________。
(3)停止供水一段时间后，叶片发黄，原因是__________。此时类囊体结构破坏，提供给暗反应的________减少。
[解析] (1)植物体内缺少水分时光合速率下降，这是由于水是光合作用的原料，同时水也是生物体内物质运输的主要介质，光合产物的运输也离不开水。(2)A点和B点相比，A点水分供应充足，气孔开度高，二氧化碳的吸收多，光合速率大；而B点缺少水分，气孔开度低，二氧化碳的吸收少，光合速率小，所以B点的光饱和点比A点的低。(3)叶片发黄的主要原因是停止水分供应后，细胞代谢强度下降，叶绿素合成速度减慢甚至停止，或叶绿素被分解。光反应在类囊体薄膜上进行，为暗反应提供ATP和[H]。
[答案] (1)光合作用 运输
(2)B 气孔开度降低，CO2吸收减少(答出一项即可)
(3)叶绿素合成速度变慢或停止(或叶绿素分解)，类胡萝卜素的颜色显露出来(答出一项即可) [H]和ATP
[教材课上思考答案](教师用书独具)
积极思维(P76)
(1)CO2浓度保持不变，温度恒定的情况下，一定光照强度范围内，随着光照强度的增大，光合作用速率越来越大；当达到光饱和点后，光照强度增大，光合作用速率不变。
(2)在光照强度和温度保持不变的情况下，一定CO2浓度范围内，随着CO2浓度的增大，光合作用速率越来越大；当达到CO2饱和点后，CO2浓度增大，光合作用速率不变。
(3)一定温度范围内，随着温度的升高，光合作用速率不断增大；当达到最适温度后，随着温度的升高，光合作用速率逐渐降低。
[教材课后习题答案](教师用书独具)
评价指南(P79)
一、单项选择题
1．C 2.B 3.B 4.A 5.D 6.B
二、技能增进题
光反应
暗反应
场所
类囊体膜
叶绿体的基质
物质转化
水变成O2和[H]等
CO2参与反应、糖类形成等
能量转化
合成ATP
能量储存在有机物中
课件67张PPT。第四章 光合作用和细胞呼吸第二节 光合作用
第2课时 光合作用的过程 影响光合作用的环境因素点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(十三)
(建议用时：25分钟)
[合格基础练]
1．普利斯特莱把一只小白鼠和一盆植物一同放到一个玻璃罩内，结果小白鼠和植物都能存活很长时间。但后来有人重复这个实验，有的成功，有的却不能成功。以下关于这一现象的说法，不正确的是( )
A．该实验并不科学，没有可重复性
B．该实验说明光合作用需要的CO2与小白鼠呼出的CO2达到了平衡
C．该实验的成败与否，要看是否将实验装置置于阳光下
D．该实验说明光合作用释放的O2与小白鼠需要的O2达到了平衡
A [普利斯特莱实验成功的关键是把实验装置置于阳光下。普利斯特莱的实验虽然把实验装置置于阳光下取得了成功，但他没有明确地说明将实验装置置于阳光下是实验成功的必要条件。所以后来的科学工作者重复该实验时，置于阳光下的取得了成功，未置于阳光下的失败。]
2．下列有关绿叶中色素的提取和分离实验的说法正确的是( )
A．研磨时加入CaCO3可使叶片研磨更充分
B．用纸层析法分离绿叶中的色素时，在滤纸上相距最远的两条色素带是胡萝卜素和叶绿素b
C．用体积分数为75%的酒精作为溶剂提取绿叶中的色素
D．叶绿体中色素的提取和分离实验主要证明了色素分布在叶绿体片层结构的类囊体膜上
B [研磨时加入石英砂可使叶片研磨更充分，加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏，A错误；用纸层析法分离绿叶中的色素时，色素带由下到上分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，在滤纸上相距最远的两条色素带是胡萝卜素和叶绿素b，B正确；用无水乙醇作为溶剂提取绿叶中的色素，C错误；色素在提取的过程中会破坏类囊体膜，无法验证色素分布在叶绿体类囊体膜上，D错误。]
3．下列是关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的几种说法，其中正确的是( )
A．色素提取的原理是色素在层析液中的溶解度不同
B．研磨叶片时加CaCO3的作用是使研磨更加充分
C．色素分离的结果可以用上图表示(1、2、3、4分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b)
D．层析液可用93号汽油代替
D [色素提取的原理是色素能溶解于有机溶剂无水乙醇中，而分离的原理是色素在层析液中的溶解度不同；研磨叶片时加入CaCO3的目的是防止对色素分子的破坏；色素分离的结果图中所示，1、2、3、4分别表示的是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素；93号汽油在化学性质上与层析液相似。]
4．在生命科学发展过程的经典实验中，未用到放射性同位素标记法的是( )
A．萨克斯证明光合作用的产物中有淀粉
B．卡尔文发现的卡尔文循环
C．光合作用产物O2中氧原子的来源
D．分泌蛋白的合成与运输
A [萨克斯利用天竺葵证明叶片在光下能产生淀粉是将植物叶片的一部分曝光、另一部分遮光，即“半叶法”，该实验没有用同位素标记法，A符合题意。]
5．请回答下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的问题：
(1)甲同学利用新鲜的玉米绿色叶片进行实验，在滤纸上出现了四条清晰的色素带，其中呈黄绿色的色素带为___________________。
(2)该同学改变层析液组成后继续进行实验，滤纸条上只出现了黄、绿两条色素带。他用刀片裁出带有色素带的滤纸条，用乙醚分别溶解条带上的色素，浓缩后用一分析仪器检测，通过分析色素溶液的________来判断条带的色素种类。
(3)乙同学在实验过程中将画有滤液细线的滤纸条(已重复几次画线)插入层析液，几分钟后取出观察，发现滤纸条上无色素分带现象，而用同一滤液做实验的丙同学的滤纸条上却色素分带明显。乙同学实验失败的原因可能是___________________________________。
(4)若选用在缺Mg的营养液中长期培养的玉米叶片作实验材料，层析后滤纸条上只出现了两条色素带，其原因是_________________________________。
(5)实验结束几天后，乙、丙两同学发现部分预留叶片已变黄。乙同学认为这是由叶片中某些色素降解造成的，丙同学则认为是某些色素含量增加所致。根据所学知识，你将如何设计实验来判断乙、丙两个同学的观点是否正确？_________________________。
[解析] (1)叶绿素b呈黄绿色。(2)不同色素溶液的吸收光谱不同，以此可区分不同的色素。(3)若层析液触及滤液细线，则色素会溶解在层析液中，滤纸条上不能得到色素带。(4)缺Mg将导致无法合成叶绿素，但却不影响类胡萝卜素的合成。(5)可通过比较色素带的有无和宽度来判断。
[答案] (1)叶绿素b (2)吸收光谱 (3)层析液触及滤液细线 (4)缺Mg植物不能合成叶绿素 (5)从预留的叶片中挑选出足量的、分量相等、大小相近的已变黄的叶片和绿色鲜嫩的叶片为实验材料，在相同条件下，再次进行叶片中色素的提取和分离实验，测定和记录实验结果，比较这两种叶片中各种色素的组成及含量后，得出结论
[等级过关练]
6．下图是光合作用探索历程中恩吉尔曼和萨克斯的实验示意图，有关叙述正确的是( )
恩吉尔曼的实验示意图 萨克斯的实验示意图
A．两实验均需进行“黑暗”处理，以消耗细胞中原有的淀粉
B．两实验均需要光的照射
C．两实验中只有恩吉尔曼的实验设置了对照
D．两实验均可证明光合作用的产物有氧气
B [两实验均需进行“黑暗”处理，但恩吉尔曼的实验并非为了消耗细胞中原有的淀粉，而是为了用极微细的光束照射，A错误；两实验均需要光的照射，B正确；两实验中均设置了对照实验，萨克斯的实验中照光部分和遮光部分形成对照，C错误；恩吉尔曼的实验可证明光合作用的产物有氧气，萨克斯的实验证明光合作用的产物有淀粉，D错误。故选B。]
7．下图1表示叶绿素分子以其侧链插入生物膜结构中，图2表示用分光光度计测定的叶绿素a分子对不同光的吸收值。请回答下列问题：
(1)图1所示的生物膜为________。
(2)叶绿素a主要吸收________光。
(3)有同学认为仅根据吸收光谱图并不能判断哪些波长的光对光合作用最有效(由在不同波长光的作用下的光合效率绘制成的图像称为作用光谱)。请用以下实验材料用具进行探究。
实验材料及用具：水绵、好氧并可以游动的细菌、三棱镜、白色光源、显微镜等。
实验原理：①水绵在光照条件下可以进行光合作用产生氧气。
②___________________________________。
实验步骤：①取一些好氧并可以游动的细菌放在含有一条水绵的溶液中，制成临时装片。
②将临时装片置于________的环境中。
③将________的光投射到一段水绵上。
④观察水绵不同部位聚集的好氧细菌的多少。
图3
实验结果及分析：根据上述实验结果，某同学画出了水绵的作用光谱与叶绿素a吸收光谱曲线，如图3所示：两者是否完全吻合？________，其原因可能是________________________。
[解析] (1)图1上面有叶绿素，应是类囊体膜。
(2)由图2可知叶绿素a主要吸收蓝光和红光。
(3)实验原理：水绵在光照条件下可以进行光合作用产生氧气，而好氧细菌会聚集在氧气含量高的部位，可以根据其聚集程度来判断氧气释放速率即光合效率。
实验步骤：临时装片应放置在黑暗且无空气的环境中，然后将通过三棱镜的光照射到一段水绵上，观察水绵的聚集部位。
实验结果与分析：由实验结果可知两者不完全吻合，因为在叶绿体中参与光合作用的色素除叶绿素a外，还有叶绿素b等其他色素，作用光谱反映的是这些光合色素共同作用的结果。
[答案] (1)类囊体膜 (2)红光和蓝
(3)实验原理：②好氧细菌会聚集在氧气含量高的部位，可以根据其聚集程度来判断氧气释放速率即光合效率
实验步骤：②黑暗无空气 ③通过三棱镜
实验结果及分析：不完全吻合 参与光合作用的色素除叶绿素a外，还有叶绿素b等其他色素，作用光谱反映的是这些光合色素共同作用的结果
课时分层作业(十四)
(建议用时：35分钟)
[合格基础练]
1．下面为叶绿体结构示意图，有关叶绿体结构与功能的叙述错误的是( )
A．①和②具有选择透过性功能
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．只有具有叶绿体的细胞才能进行光合作用
D [叶绿体是光合作用的主要场所，有叶绿体可进行光合作用，但是有的生物没有叶绿体也可进行光合作用，如蓝藻。]
2．下图表示光合作用的过程，其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的两个阶段，a、b表示相关物质。下列相关叙述正确的是( )
A．阶段Ⅰ表示暗反应 B．阶段Ⅱ表示光反应
C．物质a表示[H] D．物质b表示C3
C [Ⅰ、Ⅱ分别表示光反应和暗反应，A、B项错误；光反应为暗反应提供ATP和[H]，所以图中的a表示的是[H]，物质b表示的是ATP，C项正确，D项错误。]
3．下列对光合作用图解的分析不正确的是( )
A．图为真核生物的光合作用过程
B．若突然停止CO2供应，则短时间内三碳化合物的含量将上升
C．图中①为O2，②为ATP
D．若用3H标记的H2O进行示踪，可发现H元素的转移途径为H2O→[H]→糖类
B [由于有叶绿体的存在，所以应为真核生物的光合作用；若突然停止CO2的供应，则短时间内三碳化合物的形成减少，消耗不变，含量降低；图中①为水的分解产物O2，②为光反应为暗反应提供的ATP；光反应中水分解产生[H]，为暗反应提供还原剂，并进入有机物中。]
4．如图所示为某阳生植物细胞在夏季某一晴天内的光合作用过程中，C3、C5的含量变化。若第二天中午天气由晴天转为阴天，叶绿体中C3、C5含量的变化分别相当于曲线中的( )
A．c→d段(X)、b→c段(Y)
B．d→e段(X)、d→e段(Y)
C．d→e段(Y)、c→d段(Y)
D．b→c段(Y)、b→c段(X)
B [光照加强时，光反应加强，ATP、[H]含量增加，C3被还原成(CH2O)和再生C5的过程增强，而CO2供应量不变，CO2固定消耗C5的量基本不变，所以C3减少、C5增加。光照减弱时则相反。由此判断X曲线表示的是C3在一天中的含量变化，Y曲线表示的是C5含量的变化。与晴天相比，阴天光照减弱，所以C3含量的变化如X曲线的d→e段，C5含量的变化如Y曲线的d→e段。]
5．关于小麦光合作用的叙述，错误的是( )
A．类囊体膜上产生的ATP可用于暗反应
B．夏季晴天光照最强时，小麦光合速率最高
C．进入叶绿体的CO2不能被NADPH直接还原
D．净光合速率长期为零时会导致幼苗停止生长
B [类囊体上产生的ATP可用于暗反应，A正确；夏季晴天光照最强时，小麦叶片的气孔关闭出现午休现象，导致光合作用的原料减少，小麦光合速率反而下降，B错误；进入叶绿体的CO2不能被NADPH直接还原，C正确；净光合速率为零时，会导致幼苗停止生长，D正确。]
6．下列有关化能合成作用的叙述，不正确的是( )
A．硝化细菌通过化能合成作用将CO2和H2O合成糖类等有机物
B．化能合成作用不储存能量，而是释放能量
C．自然界中少数种类的细菌能进行化能合成作用，属于自养生物
D．化能合成作用以周围物质氧化释放的能量来制造有机物
B [自然界中的少数细菌(如硝化细菌)可以利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量，将CO2等无机物转变成有机物，并储存能量，这种合成作用就是化能合成作用；能进行化能合成作用的生物属于自养生物。]
7．光反应在叶绿体类囊体上进行。在适宜条件下，向类囊体悬液中加入氧化还原指示剂DCIP，照光后DCIP由蓝色逐渐变为无色。该反应过程中( )
A．需要ATP提供能量
B．DCIP被氧化
C．不需要光合色素参与
D．会产生氧气
D [光照条件下，叶绿体类囊体上的色素接受光能，进行光反应分解水产生[H]和ATP，释放氧气；光反应过程需光合色素吸收光能，不需ATP供能，DCIP被还原。]
8．在光合作用中，RuBP羧化酶能催化CO2＋C5(RuBP)→2C3。为测定RuBP羧化酶的活性，某学习小组从菠菜叶中提取该酶，用其催化C5与14CO2的反应，并检测产物14C3的放射性强度。下列分析错误的是( )
A．菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质
B．RuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行
C．测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法
D．单位时间内14C3生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高
B [CO2＋C5(RuBP)→2C3为CO2的固定，属于光合作用中的暗反应过程。A项，RuBP羧化酶催化CO2的固定过程，发生的场所为叶绿体基质。B项，CO2的固定在有光和无光条件下都能进行，所以RuBP羧化酶催化该过程在有光和无光条件下都可进行(但不能在无光条件下长时间进行)。C项，对CO2中的C用同位素14C标记，可以追踪C元素的转移途径，这种方法叫作同位素标记法。D项，单位时间内14C3生成量越多，说明反应速率越快，即RuBP羧化酶的活性越高。]
9．某研究性学习小组采用盆栽实验，探究土壤干旱对某种植物叶片光合速率的影响。实验开始时土壤水分充足，然后实验组停止浇水，对照组土壤水分条件保持适宜，实验结果如图所示。下列有关分析不正确的有( )
A．叶片光合速率随干旱时间延长而呈下降趋势
B．叶片光合速率下降先于叶片叶绿素含量下降
C．实验2～4天，光合速率下降是由叶片叶绿素含量下降引起的
D．实验2～4天，光合速率下降可能是由叶片内CO2浓度下降引起的
C [从图乙看出，实验2～4天，叶片叶绿素含量并没有下降。]
10．如图为在不同条件下，光合作用速率随光照强度的变化而变化的曲线(Y表示除光照强度外的其他因素)。有关分析不正确的是( )
A．在OA段，限制光合作用速率的主要因素是光照强度，而不是Y
B．在AB段，限制光合作用速率的主要因素有光照强度和Y
C．在BC段，限制光合作用速率的主要因素是Y，而不是光照强度
D．Y可表示不同的温度或二氧化碳的浓度，其中Y1＞Y2＞Y3
D [OA段，光合作用速率主要取决于光照强度，而不是Y；AB段，光照强度和Y的改变都会影响光合作用速率；BC段，光照强度的改变不再影响光合作用速率；光合作用速率随温度的升高而升高，超过一定温度后，光合作用速率随温度的升高而下降，Y2不一定比Y1低。]
11．如图表示光照强度、CO2浓度、温度对光合速率的影响的曲线，据图回答下列有关问题。
(1)图a表明，光照强度对光合作用的影响是_________________。
(2)若图a表示在适宜的温度下某玉米幼苗光合速率的变化情况，曲线CD段产生的原因是光合作用还受到________等外界条件的影响。
(3)根据图b信息，适当提高CO2浓度可以促进植物的光合作用，试举出两种可以增加大田种植中作物周围CO2浓度的方法：___________。
(4)图b中当CO2浓度由F点突然降到E点时，叶绿体中C3的含量将会________。
(5)图c表明在一定的温度范围内，随着温度的升高光合速率增强，超过这一范围光合速率反而迅速下降，产生这一现象的根本原因是温度影响了________________。
[解析] (1)(2)由图a中曲线可知，随着光照强度的增强，植物光合速率增加，当达到一定限度时，再增加光照强度，光合速率不再增加，此时限制光合作用的外部因素是温度或CO2浓度等。(3)适当提高CO2浓度有利于促进光合作用暗反应中CO2的固定，提高CO2浓度的方法主要有进行通风(通风有利于植物周围CO2得到及时补充)、增施农家肥(利用微生物分解有机物释放CO2)等。(4)当CO2浓度突然降低时，暗反应中CO2的固定减少，形成的C3将减少。(5)光合作用是由许多酶促反应构成的，温度主要通过影响酶的活性影响光合速率。
[答案] (1)在一定范围内，随着光照强度的增强，植物光合速率增加，超过这一范围，光合速率不再增加 (2)CO2浓度 (3)进行通风、增施农家肥等 (4)下降 (5)与光合作用有关的酶的活性
[等级过关练]
12．下图是某高等绿色植物成熟绿叶组织在某光照强度和适宜温度下，光合作用强度增长速率随CO2浓度变化的情况，下列有关叙述错误的是( )
A．D点时，光合作用强度达到最大
B．C点时，适当升高温度后光合作用强度会增强
C．B点时，叶肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体
D．AB段，限制光合作用强度的主要外界因素是CO2浓度
B [D点时光合作用强度增长速率为0，光合作用强度达到最大，A正确；由于该曲线是在最适温度下测量的，在C点时，若适当升高温度会使光合作用强度会减弱，B错误；B点时，叶肉细胞同时进行光合作用和呼吸作用，叶肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体，C正确；AB段，限制光合作用强度的主要外界因素是CO2浓度，D正确。]
13．为探究环境因素对光合作用强度的影响，设计进行下列实验。
实验材料和用具：100 mL量筒，50 W、100 W、200 W和400 W的台灯，冷开水，NaHCO3，黑藻等。
实验步骤：
①准备4套如图所示装置，编号为1～4。在瓶中各加入约500 mL质量浓度为0.01 g/mL的NaHCO3溶液后用冷开水充满。
②取4等份长势相同的黑藻分别放入1～4号装置。
③将4套装置放入暗室中，然后分别用50 W、100 W、200 W和400 W的台灯等距离照射1～4号装置，观察气泡的产生情况。
④30 min后停止光照，测量光合作用释放的O2体积(mL)。
以上实验重复三次，实验结果见下表。分析并回答有关问题。
组别
次数
1
2
3
4
50 W
100 W
200 W
400 W
第一次
5.0
12.0
21.0
19.2
第二次
5.3
11.5
20.0
18.5
第三次
5.0
12.0
20.0
19.0
(1)该实验中的自变量是________。列出实验中的两个控制变量(无关变量)：________________________________。
(2)根据装置图，上表中的实验数据是如何读出的？
___________________________________。
(3)上表中测得的氧气量并非光合作用实际产生的氧气量，其原因是_______________________________________。
(4)对表中数据进行分析并得出结论：______________________。
(5)若想确定黑藻生长的最适光照强度，请在本实验的基础上写出进一步探究的实验思路：____________________。
[解析] 本实验探究的是光照强度对光合作用的影响，因此，光照强度是自变量，无关变量是除光照强度外影响光合作用的其他因素。黑藻吸收NaHCO3溶液中的CO2进行光合作用，产生了O2，O2使瓶中的压强增大，导致瓶中的液体排出，因此排出的液体的体积代表光合作用释放的O2量。黑藻进行光合作用的同时还要进行呼吸作用，因此测得的氧气量并非光合作用实际产生的氧气量。从实验结果看出，光照过强光合作用的速率减慢，要确定黑藻生长的最适光照强度，需在100～400 W范围内设置更多组进行实验。
[答案] (1)光照强度 CO2量(或NaHCO3溶液量及浓度)、温度、pH、光照时间、黑藻量等
(2)读量筒中收集到的水的体积
(3)黑藻自身的呼吸作用会消耗氧气
(4)在一定范围内随着光照强度的升高，光合作用的强度也随之升高，超过一定范围后，光合作用的强度随之减弱
(5)缩小光强梯度，在100～400 W范围内设置更多组进行实验
