2011生物新课标复习课同步学案（必修一）：5-3 能量之源----光和光合作用

1．原理解读
(1)色素溶于有机溶剂而不溶于水，可用无水乙醇等有机溶剂提取绿叶中的色素。
(2)各种色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，从而使各种色素相互分离。
2．实验流程图示
3．实验中几种化学试剂的作用
(1)无水乙醇用于提取绿叶中的色素。(2)层析液用于分离绿叶中的色素。
(3)二氧化硅可增加杵棒与研钵间的摩擦力，破坏细胞结构，使研磨充分。
(4)碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏。
4．实验中的注意事项
(1)选材：应选取新鲜、颜色深绿的叶片，以保证含有较多的色素。
(2)提取色素：研磨要迅速、充分，且加入各物质的量要成比例，以保证提取较多的色素和色素浓度适宜。
(3)画滤液细线：用力要均匀，快慢要适中。滤液细线要细、直，且干燥后重复画一两次，使滤液细线既有较多的色素，又使各色素扩散的起点相同。
(4)色素分离：滤液细线不要触及层析液，否则滤液细线中的色素分子将溶解到层析液中，滤纸条上得不到色素带。
5．色素提取液呈淡绿色的原因分析
(1)研磨不充分，色素未能充分提取出来。
(2)称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小。
(3)未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。
1．普利斯特利的实验
(1)实验过程及现象
(2)实验分析
①缺少空白对照，实验结果说服力不强，应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于玻璃罩内，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。21世纪教育网
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
(2)实验分析
①设置了自身对照，自变量为照光和遮光，因变量是颜色变化(有无淀粉生成)。
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。为了使实验结果更明显，在用碘处理之前应用热酒精对叶片进行脱绿处理。
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．水绵实验
(1)实验过程及结论
实验结论21世纪教育网
①叶绿体是进行光合作用的场所。 ②O2是由叶绿体释放的。
(2)实验分析
本实验设计的巧妙之处在于
①选择水绵作实验材料，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细胞确定O2释放的部位，便于观察。
②没有空气的黑暗环境排除了O2和光的干扰。
③设置了对照实验，自变量为光照(照光处与不照光处；黑暗与完全曝光)，因变量是好氧细菌的分布。
4．鲁宾和卡门的实验
(1)实验过程及结论
H218O＋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(H218O和C18O2)，因变量是O2的放射性。
1．光合作用过程图解
2．反应方程式及元素去向21世纪教育网
3．叶绿体处于不同条件下，C3、C5、[H]、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化
项目条件 C3 C5 [H]和ATP (CH2O) 合成量
光照不变停止CO2供应 减少 增加 增加 减少或没有
光照不变CO2供应增加 增加 减少 减少 增加
光照不变，CO2供应不变，(CH2O)运输受阻 增加 减少 增加 减少
停止光照CO2供应不变 增加 下降 减少或没有 减少或没有
突然光照CO2供应不变 减少 增加 增加21世纪教育网 增加
1．探究光照强度对光合作用强度的影响及相关分析
实验流程
项目烧杯 小圆形叶片[21世纪教育网] 加富含CO2的清水 光照强度 叶片浮起数量21世纪教育网
甲 10片 20 mL 强 多
乙 10片 20 mL 中 中
丙 10片 20 mL 弱 少
(2)实验结论：在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强(小圆形叶片产生的O2多，浮起的多。)
(3)光照强度与光合作用速率的关系曲线分析应用
①曲线分析
A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。
AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少，这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度
B点：细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度(光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长)，B点所示光照强度称为光补偿点。
BC段：表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强了，C点所示光照强度称为光饱和点。
②应用：阴生植物的B点前移，C点较低，如图中虚线所示，间作套种农作物的种类搭配，林带树种的配置，可合理利用光能；适当提高光照强度可增加大棚作物产量。
2．CO2浓度对光合作用强度的影响
(1)曲线分析：图1和图2都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度的增加而增大，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用速率不再增强。
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中的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。
(2)应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光能利用率。
3．温度对光合作用速率的影响
(1)曲线分析：温度主要是通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率。
(2)应用：冬天，温室栽培可适当提高温度，也可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累。
4．必需元素供应对光合速率的影响
(1)曲线分析：在一定浓度范围内，增大必需元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫。
(2)应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量。
5．水分的供应对光合作用速率的影响
(1)影响：水是光合作用的原料，缺水即可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。
(2)应用：根据作物的需水规律合理灌溉。
1．区别与联系
光合作用 有氧呼吸
代谢类型 合成作用(或同化作用) 分解作用(或异化作用)
物质变化 无机物合成有机物 有机物分解成无机物
能量变化 光能―→化学能(储能)21世纪教育网 化学能―→ATP、热能(放能)
实质 合成有机物，储存能量 分解有机物、释放能量，供细胞利用
场所 叶绿体 活细胞(主要在线粒体)
条件 只在光下进行 有光、无光都能进行
联系
2.光合作用与细胞呼吸的计算
(1)光合作用速率表示方法：通常以一定时间内CO2等原料的消耗或O2、(CH2O)等产物的生成数量来表示。但由于测量时的实际情况，光合作用速率又分为表观光合速率和真正光合速率。
(2)在有光条件下，植物同时进行光合作用和细胞呼吸，实验容器中O2增加量、CO2减少量或有机物的增加量，称为表观光合速率，而植物真正光合速率＝表现光合速率＋呼吸速率。如图所示：
(3)呼吸速率：将植物置于黑暗中，实验容器中CO2增加量、O2减少量或有机物减少量，即表示呼吸速率。
(4)一昼夜有机物的积累量(用CO2量表示)可用下式表示：积累量＝白天从外界吸收的CO2量－晚上呼吸释放的CO2量。
例一 (2010·东营模拟)右面是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况，以下说法正确的是 (　　)
A．提取色素时加入碳酸钙是为了防止滤液挥发
B．水稻在收获时节，叶片中色素量的变化是(甲＋乙)<(丙＋丁)
C．四种色素都能溶解在层析液中，乙色素的溶解度最大
D．四种色素中，丙和丁主要吸收红光
解析：在提取色素时加入的碳酸钙是为了保护色素不被破坏；从扩散距离可知：丁、丙、乙、甲分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。水稻收获季节，叶片变黄故叶绿素含量极低；溶解度越大、扩散速度越快，故丁的溶解度最大；丙和丁主要吸收蓝紫光。
答案：B
如图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
答案：A
解析：根据曲线分析可知，A主要吸收红光和蓝紫光，B主要吸收蓝紫光，因此A为叶绿素，B为类胡萝卜素。
例二 光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是(　　)
A．叶绿体的类囊体膜上进行光反应和暗反应
B．叶绿体的类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应
C．叶绿体基质中可进行光反应和暗反应
D．叶绿体基质中进行暗反应，不进行光反应
解析：光反应是在叶绿体内囊状结构的薄膜上进行的，该过程必须在有光的条件下才能进行；暗反应是在叶绿体内的基质中进行的，该过程有光无光均可。
答案：D
CO2供应不足最终可影响到绿色植物释放O2减少，下列叙述中最直接的原因是 (　　)
A．CO2不足使固定形成的三碳化合物减少
B．三碳化合物还原所消耗的ATP和NADPH减少
C．ATP和NADPH减少使光反应分解水减少
D．ADP、Pi、NADP＋减少使光反应分解水减少
答案：D
解析：根据教材中的光合作用图解可知，CO2供应不足，C3化合物减少，光反应积累的NADPH和ATP的量相对增多，细胞中ADP、Pi、NADP＋相应地减少，光反应能力下降，分解水减少，释放O2减少。
例三 在下列4种实验条件下，测定了不同光照强度对光合作用速率的影响，实验条件记录于下表中。根据实验结果绘制成的曲线如图所示：
实验 CO2浓度(%) 温度(℃)
1 0.10 30
2 0.10 20
3 0.03 30
4 0.03 20
以上实验可知对光合作用速率的限制因素的描述正确的是 (　　)
A B C D
实验2 光强度[21世纪教育网] 0.1%CO2 温度 温度
实验4 0.03%CO2 光强度 光强度 0.03%CO2
P点 温度 温度 CO2浓度 光强度
解析：本题综合考查学生的识图、推理判断能力。比较实验1、2可知，限制实验2的因素是温度；比较实验2、4可知，限制实验4的因素是CO2浓度；实验1、2、3、4在P点时光合速率都较低，是光照强度太低的缘故。
答案：D
例四 科学家研究小麦20 ℃时光合作用强度与光照强度的关系，得到如下图所示曲线，下列有关叙述不正确的是 (　　)
A．随着环境温度的升高，cd段位置不断上移
B．a点时的叶肉细胞中产生ATP的细胞器只有线粒体
C．其他条件适宜，当植物缺Mg时，b点将向右移动
D．外界条件均适宜时，c点后小麦光合作用强度不再增加可能与叶绿体中酶的数量有关
答案：A
解析：本题考查的是光照强度、矿质元素、温度及植物内部因素对光合作用的影响情况。酶的活性受温度的影响，随着环境温度的升高，二氧化碳的吸收量会有所增加，但不会不断升高，在超过最适温度后有所下降；a点时因没有光照，叶肉细胞只进行呼吸作用，产生ATP的细胞器只有线粒体；当植物缺Mg时，叶绿素减少，光反应减弱，暗反应合成的有机物减少，b点将向右移动；c点之后限制光合作用的因素是暗反应，可能与叶绿体中酶的数量有关。
实验测得一片叶子在不同光照条件下CO2吸收与释放的情况如图所示。图中所示细胞发生的情况与曲线中AB段(不包括A、B两点)相符的一项是 (　　)
解析：图中AB段呼吸作用大于光合作用，因此线粒体中产生的CO2一部分进入叶绿体进行光合作用，一部分释放出去。
答案：A
(2010·湛江模拟)下图表示在不同光照强度下某植物的氧气释放量。该植物在2 000 lx光照强度下，每小时光合作用所产生的氧气量(mL)是 (　　)
A．17　　　　B．12　　　　C．18　　　　D．23
答案：D21世纪教育网
解析：真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。无光条件下，氧气释放速率＝呼吸速率。每小时光合作用所产生的氧气量为：17＋6＝23。