第五章 第4节 能量之源――光与光合作用

必修1分子与细胞第五章细胞的能量供应与利用第4节能量之源——光与光合作用★第4节能量之源——光与光合作用★第4节能量之源——光与光合作用光合作用的探索历程★第4节能量之源——光与光合作用叶绿体①叶绿体膜②叶绿体基质③基粒★第4节能量之源——光与光合作用考点一光合作用的色素1.色素的种类和吸收光谱色素种类叶绿素(3/4)类胡萝卜素(1/4)叶绿素a叶绿素b胡萝卜素叶黄素蓝绿色黄绿色橙黄色黄色分布叶绿体的类囊体薄膜上吸收光谱A为叶绿素，主要吸收红光和蓝紫光，B为类胡萝卜素，主要吸收蓝紫光★第4节能量之源——光与光合作用2．影响叶绿素合成的因素考点一光合作用的色素(1)光照：光是叶绿素合成的必要条件，植物在黑暗中叶呈黄色。(2)温度：低温抑制叶绿素的合成，破坏已有的叶绿素分子，从而使叶片变黄。(3)镁等无机盐：镁是构成叶绿素的成分，缺镁叶片变黄。★第4节能量之源——光与光合作用(1)无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明的大棚光合效率最高。特别提醒正常植物的叶呈现绿色，其原因有二:一是叶绿素含量多;二是叶绿体中色素吸收绿光少，反射的绿光多。考点一光合作用的色素(2)叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低。3．不同颜色温室大棚的光合效率考点一光合作用的色素★第4节能量之源——光与光合作用4．叶绿体中色素的提取和分离①提取色素的原理：绿叶中的各种色素能溶于有机溶剂(无水乙醇或丙酮)中，而不溶于水，从而使色素从生物组织中脱离出来。②分离色素的原理：各种色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散速度也不同，溶解度高的色素分子随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，从而使各种色素分离开。(1)实验原理（2）实验步骤★第4节能量之源——光与光合作用（3）实验成功的关键①叶片要新鲜、颜色要深绿，含有较多色素。②研磨要迅速、充分。叶绿素不稳定，易被活细胞内的叶绿素酶水解。充分研磨使叶绿体完全破裂，提取较多的色素。③滤液细线不仅要求细、直，而且要求含有较多的色素，所以要求待滤液干后再画1～2次。④滤液细线不能触及层析液，否则色素溶解到层析液中，滤纸条上得不到色素带。考点一光合作用的色素4．叶绿体中色素的提取和分离★第4节能量之源——光与光合作用(4)实验异常结果分析①色素带窄、淡的原因：a.研磨不充分，色素未能充分提取出来；b.称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素浓度小；c.未重复划绿叶细线或重复次数太少；d.选择的是幼嫩的，色素含量少的叶片；e.层析液没及滤液细线。②滤纸条上只见上面两条色素带的原因：a.未加碳酸钙，叶绿素分子被破坏；b.选择的是已变黄的叶片。考点一光合作用的色素4．叶绿体中色素的提取和分离(2012·高考海南卷)关于叶绿体色素的叙述，错误的是()A．叶绿素a和b主要吸收红光和蓝紫光B．绿叶中叶绿素和类胡萝卜素含量不同C．利用纸层析法可分离4种叶绿体色素D．乙醇提取的叶绿体色素不能吸收光能例1D★第4节能量之源——光与光合作用跟踪训练下列关于叶绿体的色素叙述错误的是()A．矿质元素能影响叶绿素的合成B．提取叶绿素时选用层析液的原因是色素可溶于有机溶剂C．低温条件下色素合成受阻D．黄化苗中无叶绿素，但有其他色素存在B★第4节能量之源——光与光合作用★第4节能量之源——光与光合作用在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为()甲乙丙丁丙酮－＋＋＋水＋－－－CaCO3＋＋－＋SiO2＋＋＋－BA．①②③④B．②④①③C．④②③①D．③②①④(2010·上海卷，26)下图中①代表新鲜菠菜叶的光合色素纸层析结果，则下图②所示结果最有可能来自于()A.水培的洋葱叶B．生长的柳树幼叶C.培养的衣藻D．秋冬的银杏落叶D★第4节能量之源——光与光合作用★第4节能量之源——光与光合作用回答下列关于“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5g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___________________________________________。不应用完整叶片，而应去掉叶柄后剪碎不应连续迅速重复画线，而应待干燥后重复画线不应摇晃以免层析液没及滤液细线（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：(3)秋天，北方树叶大都由绿变黄，其原因是占四种色素总量80%的__________和__________分解，从而显示出__________和__________的颜色。组别滤纸条编号判断依据绿叶组嫩黄叶组★第4节能量之源——光与光合作用AB叶绿素a带和叶绿素b带较宽叶绿素a带和叶绿素b带较窄叶绿素a叶绿素b胡萝卜素叶黄素考点二光合作用过程分析★第4节能量之源——光与光合作用叶绿体中的色素多种酶参加催化酶供能（）光能H2OO22C3C5CO2（CH2O）ATPADP+Pi[H]水的光解光反应暗反应1.光合作用的过程(1)氧元素：(2)碳元素：(3)氢元素：CO2＋H2O(CH2O)＋O2光能叶绿体6CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2＋6H2O)光能叶绿体2．反应式及元素去向★第4节能量之源——光与光合作用考点二光合作用过程分析CO2→C6H12O6、6H2OH2O→O2CO2→C3→C6H12O6H2O→[H]→C6H12O6、H2O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薄膜叶绿体基质物质转化①水的光解2H2O4[H]＋O2②ATP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：光酶色素3．光反应与暗反应的比较★第4节能量之源——光与光合作用考点二光合作用过程分析例2(2013·北京东城区综合测试)某植物叶片上的气孔白天处于关闭状态，晚上开放。如图表示该植物固定和还原CO2的过程，据图分析回答下列问题。(1)图中的A、B分别代表的物质是________、________；C物质产生的场所是_______________________。C5(或五碳化合物)C3(或三碳化合物)类囊体的薄膜上★第4节能量之源——光与光合作用(2)植物夜晚能吸收CO2，却不能合成(CH2O)，其原因是。白天这类植物进行光合作用所需的CO2还可以由产生，与此相关的细胞器是________。(3)该植物和一般植物光合作用固定CO2不同的特点是，根据这类植物气孔开闭及与之相适应的光合作用特点，推测此类植物最可能的生活环境是。光反应不能正常进行，无法为暗反应提供所需的ATP和[H]有氧呼吸线粒体CO2首先被固定为C4干旱(或沙漠)如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D★第4节能量之源——光与光合作用[易错警示](2013·广州质检)如图为光合作用过程示意图，在适宜条件下栽培小麦，如果突然将c降低至极低水平(其他条件不变)，则a、b在叶绿体中含量的变化将会是()A．a上升、b下降B．a、b都上升C．a、b都下降D．a下降、b上升B★第4节能量之源——光与光合作用考点三影响光合作用的外界因素及其在生产中的应用★第4节能量之源——光与光合作用图1A点读数表示呼吸作用强度；B点表示光合作用=呼吸作用；B点对应的光照强度为光补偿点；C点对应的光照强度为光饱和点；C点的限制因素外因：温度、CO2浓度；内因：色素含量、酶的数量和活性、C5的含量阴生植物阳生植物1.光照强度考点三影响光合作用的外界因素及其在生产中的应用★第4节能量之源——光与光合作用A:A—B：B：B—C：图1阴生植物阳生植物1.光照强度图2图3图4图5③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。考点三影响光合作用的外界因素及其在生产中的应用★第4节能量之源——光与光合作用1.光照强度应用：①大棚蔬菜生产时，可适当提高光照强度或在夜间进行人工光照以延长光合作用时间，从而提高产量；②大田作物可采用轮作，延长全年内单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间；(1)原理：影响暗反应阶段C3的生成。(2)曲线：考点三影响光合作用的外界因素及其在生产中的应用★第4节能量之源——光与光合作用(3)分析：P点的限制因素(4)应用：“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度.外因：温度、光照强度；内因：酶的数量和活性、色素含量、C5的含量2．CO2浓度(1)原理：通过影响酶的活性来影响光合速率。(2)曲线：(3)分析：P点对应的温度为进行光合作用的最适温度。(4)应用：温室栽培时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用速率；晚上适当降低温室的温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累。★第4节能量之源——光与光合作用考点三影响光合作用的外界因素及其在生产中的应用3．温度(1)原理：N、Mg是构成叶绿素的成分，P是载体NADPH的成分，K＋有助于光合产物的运输。(2)曲线：(3)分析：P～Q的形成原因：(4)应用：合理、适量施肥。★第4节能量之源——光与光合作用考点三影响光合作用的外界因素及其在生产中的应用施肥过多，植物吸水困难甚至失水、进而影响光合作用。4．矿质元素5．水(1)影响：水是光合作用的原料，缺水既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。★第4节能量之源——光与光合作用考点三影响光合作用的外界因素及其在生产中的应用6．叶龄(1)曲线分析：壮叶时(A-B段)，叶面积、叶绿体、叶绿素都处于稳定状态，光合速率基本稳定。(2)应用：摘除老叶、残叶。★第4节能量之源——光与光合作用考点三影响光合作用的外界因素及其在生产中的应用7.多因子变量对光合作用速率影响的分析方法★第4节能量之源——光与光合作用考点三影响光合作用的外界因素及其在生产中的应用P点前，限制光合速率的因素为。Q点后，横坐标所表示的因子，不再影响光合速率，要想提高光合速率，可适当改变.横坐标所表示的因子除横坐标以外的其他因子例3(2012·高考大纲全国卷)金鱼藻是一种高等沉水植物，有关研究结果如下图所示(图中净光合速率是指实际光合速率与呼吸速率之差，以每克鲜重每小时释放O2的微摩尔数表示)。★第4节能量之源——光与光合作用据图回答下列问题：(1)该研究探讨了_________________________对金鱼藻________的影响。其中，因变量是_______。(2)该研究中净光合速率达到最大时的光照度为_____lx。在黑暗中，金鱼藻的呼吸速率是每克鲜重每小时消耗氧气________μmol。(3)该研究中净光合速率随pH变化而变化的主要原因是___________________________。光照度、pH、NaHCO3浓度净光合速率净光合速率812.5×103酶活性受pH的影响★第4节能量之源——光与光合作用跟踪训练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(双选)()A．一般情况下，大棚内的蔬菜进行光合作用利用的光