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光合作用
学案10能量之源——光与光合作用
编审:
严翠萍王春花姓名班级时间2014、4、18
课标要求1、叶绿体中色素的提取与分离2、影响光合作用的环境因素3、光合作用过程的比较4、光合净量与总量的区别5、影响光合作用的因素
知识点一、捕获光能的色素
1.绿叶中色素的提取和分离实验
(1)实验原理:
①色素提取液:
②色素分离液:
A、叶绿体中的色素能溶解在无水乙醇(有机溶剂:
丙酮、汽油、苯、石油醚等)中,所以用无水乙醇可提取叶绿体中色素。
B、色素在层析液中溶解度不同,的色素分子随层析液在滤纸条上的扩散得快,反之扩散得慢,因而可用层析液将不同的色素分离。
(2)完成下列实验程序
①该过程要经研磨→漏斗过滤→收集到试管内并塞紧管口,这个过程需加入少量,各自的作用是
②制备滤纸条
③要求:
细、齐、直,干燥后重复2-3次
④注意:
①层析液不没及滤液细线,②要用培养皿盖盖上烧杯。
⑤观察结果:
滤纸条上出现四条宽度、颜色不同的彩带。
提醒:
色素提取液呈淡黄绿色的原因分析:
①研磨不充分,色素未能充分提取出来。
②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。
④取材或其它处理不合适
2、色素的种类和功能
请标出各色素名称、颜色、含量和吸收的光质。
其中最宽:
;最窄:
;在层析液中溶解度最大的:
;
在层析液中溶解度最小的:
色素的功能:
、、光能
例题1、下列哪一种液体不能作为叶绿体中色素提取液?
()
A.丙酮溶液B.酒精溶液C.水溶液D.汽油
例题2(2011·浙江卷)下列有关叶绿体及光合作用的叙述,正确的是()
A.破坏叶绿体外膜后,O2不能产生
B.植物生长过程中,叶绿体内各种色素的比例保持不变
C.与夏季相比,植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短
D.离体的叶绿体基质中添加ATP、[H]和CO2后,可完成暗反应
例题3(2011·江苏卷)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
3.叶绿体的结构
叶绿体具有两层膜,内部有许多类囊体堆叠成的基粒,它们之间充满了基质,进行光合作用的色素分布在类囊体薄膜上。
进行光合作用的酶分布在类囊体薄膜上和基质中。
思考:
①叶片呈现绿色的原因是什么?
②温室大棚最好用什么颜色的薄膜当棚顶?
知识点二、光合作用的原理和应用
1.光合作用的研究过程
2.光合作用的过程
(1)反应式_________________________________________。
(2)画出光合作用过程的图解(课本)。
3.光合作用原理的应用
(1)表示光合速率的方法:
光合净量速率:
测定光照条件下单位时间内CO2的吸收量或O2的释放量或有机物的积累量
呼吸速率:
测量黑暗条件下单位时间内O2的释放量或O2的吸收量或有机物的消耗量
两种条件下的和为光合总量的速率
(2)影响光合速率的主要环境因素:
4.化能合成作用
(1)概念:
某些细菌利用体外环境中的某些所释放的能量来制造有机物的合成作用。
(2)实例:
硝化细菌能利用土壤中的氧化时所释放的化学能,将CO2和H2O合成为糖类。
NO3-被吸收主要用于生物大分子、的合成。
(3)自养生物和异养生物
①自养生物:
能够利用环境中的合成自身所需要的来维持自身生命活动的生物,如
②异养生物:
只能利用环境中现成的来维持自身的生命活动的生物,如动物、人、真菌、大多数细菌
例题4下图表示德国科学家萨克斯的实验,在叶片照光24小时后,经脱色、漂洗并用碘液处理,结果有锡箔覆盖的部分呈棕色,而不被锡箔覆盖的部分呈蓝色。
本实验说明()
①光合作用需要CO2②光合作用需要光③光合作用需要叶绿素④光合作用放出氧⑤光合作用制造淀粉
A.①②B.③⑤C.②⑤D.①③
例题5光合作用中,不在叶绿体基粒的囊状薄膜上进行的是()
A.ADP变成ATPB.氧气的生成
C.CO2的固定和还原D.[H]的产生
阶段
光反应
暗反应
区别
部位
条件
物质转化
能量转化
联系
精讲
知识点三、光合作用过程和一些物质的变化
例题1(2011·新课标卷)番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后,与对照组相比,其叶片光合作用强度下降,原因是()
A.光反应强度升高,暗反应强度降低B.光反应强度降低,暗反应强度降低
C.光反应强度不变,暗反应强度降低D.光反应强度降低,暗反应强度不变
例题2(2013·长沙县一中月考)下图表示光合作用示意图。
下列说法错误的是()
A.①表示O2,④表示CO2
B.暗反应中,CO2首先与C5结合生成C3,然后被还原为(CH2O)
C.C3的还原过程中,需要光反应提供的能源物质只有②
D.(CH2O)可以转化为多糖、脂质
精讲点拨:
1、光反应与暗反应的区别和联系
2.完成下表内容:
条件
C3
C5
[H]和ATP
(CH2O合成量)
光照强度由强到弱CO2供应不变
光照强度由弱到强CO2供应不变
光照不变CO2量由充足到不足
光照不变CO2量由不足到充足
说明:
(1)细胞中[H]、ATP、C3、C5等物质含量的改变是在外界条件改变(如停止光照或停止CO2供应)的短时间内发生的,且是相对含量的变化。
分析时应结合暗反应下图分析。
(CH2O)合成量是从整体上分析光合速率的强弱得出的.
暗反应中CO2的转移途径:
(2)色素吸收、传递、转化光能的过程中不需要酶的催化。
(3)叶绿体离开细胞,保持适宜条件仍可进行光合作用。
如离体的叶绿体用于光合过程的研究。
(4)温度改变,不管光反应还是暗反应均受影响,但主要影响暗反应,因为暗反应需要的酶多。
知识点四、关于总光合量与净光和量的比较、分析与计算
例题3.(2013·长沙月考)下图表示高等植物光合作用与呼吸作用过程中物质变化的关系,下列说法正确的有()
A.②过程消耗的ATP来自①、③、④、⑤过程产生的ATP
B.①、②过程在叶绿体中,③、④、⑤过程在线粒体中进行
C.
①过程产生的[H]参与②过程,③和④过程产生的[H]与氧结合产生水
D.高等植物所有的细胞都可以进行①、②、③、④、⑤过程
例题4(2013·安徽池州调研)把离体叶绿体加入到含
ADP、磷酸、NADP+等物质的溶液中,用图所示的条件进行光合作用,实验后绘成曲线,该曲线表示( )
A.有机物合成量 B.O2释放量
C.ATP、NADPH的数量D.CO2吸收量
例5如图A是测定植物光合速率的装置,图B是经过测定后描绘出的一天之内玻璃钟罩内氧气释放速率的变化曲线。
则下列说法中,不正确的是( )
A.影响玻璃钟罩内氧气释放速率的主要环境因素是光照强度和温度
B.在8时植物的光合速率与呼吸速率相等
C.在大约13时刻度管中液滴向右移动达到最大刻度D.该装置测定的是净光合速率
(1)在光照下植物或叶片吸收二氧化碳(或释放氧气)量------------------------净光合量
(2)植物或叶片“积累”葡糖糖(或有机物)量-------------------净光合量
(3)植物或叶片“制造”或“生产”或“合成”有机物量-------总光合量
(4)叶绿体吸收二氧化碳(或释放氧气)量-------------------------总光合量
(5)光合作用速率-----------------总光合量
植物的光合作用与细胞呼吸同时进行时,应存在如下关系:
①光合作用实际产氧量(叶绿体产氧量)=实测植物氧气释放量+细胞呼吸耗氧量;
②光合作用实际CO2消耗量(叶绿体消耗CO2量)=实测植物CO2吸收量+细胞呼吸CO2释放量;
③光合作用葡萄糖净生产量(葡萄糖积累量)=光合作用实际葡萄糖生产量(叶绿体产生或合成葡萄糖量)-细胞呼吸葡萄糖消耗量。
知识点四、影响光合作用的内外部因素
分析各点意义:
若增加CO2浓度,则ABC
A点
AB段
B点
BC段
C点
夏季一天中某密闭温室内植物放出O2或吸收CO2的量(或浓度)变化曲线分析
曲线各段的意义
ab段
bc段
c、g点
fg段
gh段
有机物最多的点最少的点e点“午休”现象出现的原因
例6(2012·广东卷)荔枝叶片发育过程中,净光合速率及相关指标的变化见下表。
叶片
A
B
C
D
发育时期
新叶
展开前
新叶
展开中
新叶展
开完成
新叶
已成熟
叶面积(最
大面积的%)
19
87
100
100
总叶绿素含量
(mg/g·fw)
—
1.1
2.9
11.1
气孔相对开
放度(%)
—
55
81
100
净光合速率
(μmolCO2/m2·s)
-2.8
1.6
2.7
5.8
注:
“—”表示未测数据。
(1)B的净光合速率较低,推测原因可能是:
①;② ,导致 。
(2)将A、D分别置于光温恒定的密闭容器中,一段时间后,A的叶肉细胞中,将开始积累 ;D的叶肉细胞中,ATP含量将 。
(3)与A相比,D合成生长素的能力 ;与C相比,D的叶肉细胞的叶绿体中,数量明显增多的结构是 。
(4)叶片发育过程中,叶面积逐渐增大,是 的结果;D的叶肉细胞与表皮细胞的形态、结构和功能差异显著,其根本原因是 。
例7在相同光照和温度条件下,空气中C02含量与植物光合产量(有机物积累量)的关系如图所示。
理论上某种G植物能更有效的利用CO2,使光合产量高于m点的选项是()
A.若a点在a2,b点在b2时
B.若a点在a1,b点在b1时
C.若a点在a2,b点在b1时
D.若a点在a1,b点在b2时
例8图甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时,单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化。
图乙表示蓝藻光合作用速率与光照强度的关系,有关说法正确的是()
A.图甲中,光照强度为b时,光合作用速率等于呼吸作用速率
B.图乙中,限制e、f、g点光合作用速率的因素主要是光照强度
C.图乙中,光照强度为X时,细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体
D.图甲中,光照强度为d时,单位时间内细胞从周围吸收2个单位的CO2
当堂检测
一、选择题
1.下图为植物的某个叶肉细胞中的两种膜结构以及发生的生化反应。
下列有关叙述不正确的是()
A.图甲、乙中的两种生物膜分别存在于叶绿体和线粒体中
B.图乙中的[H]主要来自于葡萄糖的分解
C.甲、乙两种生物膜除产生上述物质外,还均可产生ATP
D.影响甲、乙两种膜上生化反应的主要环境因素分别是光照和温度
2.下图曲线表示农田中Ⅰ昼夜温度变化;Ⅱ光照强度;Ⅲ植物吸收CO2的变化,请判断下列说法中不正确的是()
A.在Ⅲ曲线与时间轴交点c和e时,光合作用吸收的CO2和呼吸作用释放的CO2量相等。
B.a点的形成是由夜间的低温造成的
C.在从时间轴上的c点开始合成有机物,到e点有机物的合成终止。
D.增大曲线Ⅲ与时间轴所围成的正面积措施包括提高光照强度,CO2浓度和充足的水分供应
3.在一定浓度的CO2和适当温度条件下,测定植物叶片在不同光照条件下的光合作用速率,如图1给出了光照强度与该植物叶片光合作用速率的关系,如图2表示CO2的转移方向。
请据图回答:
(1)根据图1,当光照强度为4klx时,该植物叶片总(真正)光合作用速率是每100cm2叶每小时吸收CO2 mg。
(2)若该植物叶肉细胞处于图2状态时,则对应图1的曲线中 点。
(3)c点以后影响光合作用速率的环境因素可能有 (回答一种即可)。
(4)将
该植物叶片从光下移到黑暗中,叶绿体中C3含量短时间内的变化将是 。
(5)在图1中c点所示的条件下,该植物叶肉细胞内能够产生ATP的部位有
【课后巩固案】
1.某生物兴趣小组在密闭玻璃温室内进行植物栽培实验,他们对温室内CO2含量、O2含量及CO2吸收速率进行了24h测定,得到如右图所示的曲线,以下说法正确的是()
A.图中d点光合速率最大,f点有机物积累最多
B.进行细胞呼吸的区段只有ab段和fg段
C.c、d之间的区段光合速率大于呼吸速率
D.d、e之间的区段光合速率小于呼吸速率
3.右图表示某植物生长与温度的关系,由图可知()
A.昼温为25℃时,植物生长最快的夜间温度是15℃
B.昼夜恒温条件下,当温度低于12.5℃时,植物将停止生长
C.昼夜恒温为25℃时,该植物利用的CO2量与昼温25℃、夜温10℃时相等
D.昼温25℃、夜间温度为5℃时,一昼夜该植物没有有机物积累
4.利用溶液培养法栽培某植物若用放射性32P标记培养液中的KH2PO4,则一段时间后在叶肉细胞中能够检测到放射性的结构或物质有。
(从下列选项中选择)
A.核糖核酸B.脂肪 C.ATP D.高尔基体E.辅酶ⅡF.核糖
5、科学家研究小麦20℃时光合作用强度与光照强度的关系,得到如图曲线。
下列有关叙述错误的是( )
A.在25℃条件下研究时,cd段位置会
下移,a会上移
B.a点时叶肉细胞产生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.c点之后小麦光合作用强度不再增加可能与叶绿体中酶的浓度有关
6、
8
9、将一植物放在密闭的玻璃罩内,置于室外进行培养,假定玻璃罩内植物的生理状态与自然环境中相同。
用CO2浓度测定仪测得了该玻璃罩内CO2浓度的变化情况,绘制成如图所示的曲线,下列有关说法不正确的是()
A.CO2浓度下降从DE段开始,说明植物进行光合作用是从D点开始的
B.BC段较AB段CO2浓度增加减慢,是因为低温使植物呼吸作用减弱
C.FG段CO2浓度下降不明显,是因为气孔关闭,叶片对CO2的吸收减少
D.H点CO2浓度最低,说明此时植物积累有机物最多
10、下图表示一株小麦叶片细胞内C3相对含量在一天24小时内的变化过程,请据图分析:
(1)C3的产生和消耗主要发生于叶绿体的中。
(2)AB段C3含量较高,其主要原因是什么?
(3)点出现的可能是由于白天该地区天气暂时由晴转阴所造成的。
(4)G点C3含量极少,其原因是什么?
。
(5)G点与F点相比,叶绿体中NADPH含量较。
(填写“高”或“低”)
(6)请在下面坐标图中画一条曲线,表示上图中的HI段(15时至19时)小麦叶肉细胞中C5相对含量的变化趋势(设a点为15时的C5含量)。
11、某实验小组用小球藻进行光合作用的实验。
他们将一定量的小球藻浸在密闭并加有适宜培养液的大试管中,同时加入足量CO2缓冲液,以太阳能灯作为光源,可观察到光下小球藻放出气泡。
该小组分别在室温10℃、20℃和30℃时进行了实验,他们移动太阳能灯使之与大试管的距离不同,测得实验结果如曲线1、曲线2和曲线3。
请分析回答:
(1)上述实验探究的是对光合速率的影响,该实验以来衡量光合速率高低。
(2)B点的含义表示速率等于速率。
(3)若A点突然关闭光源,C3含量将(填“增加”“不变”或“减少”);D点光合速率的限制因素是。
(4)若在20℃室温下用缺镁培养液培养小球藻,其他条件不变,C点应向(填“上”或“下”)移,B点应向(填“左”或“右”)移。
12、将一盆绿色植物置于一密闭的容器内,用红外线测量仪进行测定,测定时间均为1小时。
测定时的条件和结果如下表:
(数据均在标准状况下测得)(单位:
mL)
在充足的阳光下
黑暗处
温度
15℃
25℃
15℃
25℃
CO2的减少量(mL)
22.4
56.0
-11.2
-22.4
分析上述结果并回答下列问题:
(1)在25℃条件下,这株植物在充分光照下1小时总共制造葡萄糖为_____________克。
(2)在25℃条件下,如果这株植物在充分光照下1小时积累的有机物都是葡萄糖,则积累葡萄糖为_________________克。
(3)如果一天中给10小时的充分光照,其余时间在黑暗下度过,且昼夜温度均为25℃,
假定积累的有机物都是葡萄糖,则积累葡萄糖为____________________克。
(4)如果光照时的温度为25℃,光照时间为10小时,黑暗下温度为15℃,则一昼夜积累葡萄糖为____________________克。
13.将状况相同的某种绿叶分成四等组,在不同温度下分别暗处理1h,再用适当的相同的光照射1h,测其重量变化(假设在光下和黑暗条件下,细胞呼吸消耗有机物量相同),得到如下表的数据。
分析并回答问题:
组别
1
2
3
4
温度/℃
27
28
29
30
暗处理后重量变化/mg
-1
-2
-3
-1
光照后与暗处理前重量变化/mg
+3
+3
+3
+1
(1)该探究实验中,属于自变量的是,
属于因变量的有
(2)根据本实验所测数据,该绿叶细胞呼吸的最适温度是
(3)第一组净光合作用速率为mg/h,第三组的真光合作用速率为mg/h。
(4)根据本探究实验的结果可以推测,对温室大棚农作物生产实践的指导意义是
14.将两株植物放在封闭的玻璃罩内,用全素营养液置于室外进行培养(如甲图所示),假定玻璃罩内植物的生理状态和自然环境中相同,且空气湿度对植物蒸腾作用的影响、微生物对CO2浓度的影响均忽略不计。
现用CO2浓度测定仪测定了该玻璃罩内CO2浓度的变化情况,绘制成如乙图所示曲线。
请据图分析回答:
(1)上图显示,影响光合作用的外界因素有。
(2)BC段与AB段相比,曲线上升较缓,其原因是;
CD段与AB段相比,曲线上升较缓,其原因是。
(3)D点时植物生理活动过程的特点是。
(4)EF段说明此时植物光合作用速率(填“较快”或“较慢”),其原因最可能是________,由此推断该植物CO2的固定途径是。
(5)EF段与DE段相比,其叶肉细胞中C5的含量较。
(6)24点与0点相比,植物体内有机物总量的变化情况是。
15.(2009年唐山模拟)如图甲表示A、B两种植物光合速率随光照强度改变的变化曲线,图乙表示将A植物放在不同浓度CO2环境条件下,A植物光合速率受光照强度影响的变化曲线。
请分析回答:
(1)在较长时间连续阴雨的环境中,生长受到显著影响的植物是。
(2)图甲中的“a”点表示。
如果以缺镁的完全营养液培养A植物幼苗,则b点的移动方向是。
(3)在c点时,叶绿体中ADP的移动方向是从向方向移动。
如下图所示中与c点相符合的是。
(4)e点与d点相比较,e点时叶肉细胞中C3的含量;e点与f点相比较,e点时叶肉细胞中C3的含量。
(填“高”、“低”或“基本一致”)
(5)当光照强度为g时,比较植物A、B的有机物积累速率M1、M2的大小和有机物合成速率N1、N2的大小,结果应分别为M1M2、N1N2。
(6)增施农家肥可以提高光合效率的原因是:
①;
②。
16(11年新课标卷)(9分)
在光照等适宜条件下,将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中,其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。
回答问题:
⑴图中物质A是______(C3化合物、C5化合物)
⑵在CO2浓度为1%的环境中,物质B的浓度比A的低,原因是_______;
将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后,物质B浓度升高的原因是______________。
⑶若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中,暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定时,物质A的浓度将比B的________(低、高)。
⑷CO2浓度为0.003%时,该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的_______(高、低),其原因_______。
17.下图中的甲、乙两图为—昼夜中某作物植株对CO2的吸收和释放状况的示意图。
甲图是在春季的某一晴天,乙图是在盛夏的某一晴天,请据图回答问题:
(1)甲图曲线C点和正点(外界环境中CO2浓度变化为零)处,植株处于何种生理活动状态?
(2)根据甲图推测该植物接受光照的时间是曲线中的段,其中光合
作用强度最高的是点,植株积累有机物最多的是点。
(3)乙图中FG段CO2吸收量逐渐减少是因为,以致光反应产生的和逐渐减少,从而影响了暗反应强度,使化合物数量减少,影响了CO2固定。
(4)乙图曲线中间E处光合作用强度暂时降低,可能是因为
学案10能量之源——光与光合作用答案
1、无水乙醇层析液溶解度高
(1)提取色素SiO2、CaCO3和无水乙醇加少许二氧化硅,目的是为了研磨充分;加少许碳酸钙的目的是为了防止研磨过程中,色素受到破坏;无水乙醇能溶解色素,从而提取色素。
(3)划滤液划线(4)色素分离
叶绿素a胡萝卜素胡萝卜素叶绿素b
色素的功能:
吸收、传递、转化光能。
例题1-5CDBCC不同颜色温室大棚的光合速率:
①绿光不被吸收最少,被叶片反射
②无色透明无色大棚能透过日光中各色光,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。
2
3、影响的环境因素:
CO2浓度、温度、光照强度
4无机物氧化时氨蛋白质和核酸无机物有机物各种绿色植物有机物
例题1-3BCC
例题4C
例5C例6
(1)①叶绿素含量低,导致光能吸收不足;② 气孔开放度相对低 ,导致 二氧化碳供应不足 。
(2)酒精 增多(3)低
基粒(4)细胞分裂和细胞增长基因的选择性表达
考点三A不变B左移C右上移例7D例8D
当堂检测1-2BC3、
(1)12
(2)b(3)CO2浓度(或温度)(4)上升(5)叶绿体、细胞质基质和线粒体
课后巩固案1-2CD3A4ACDE5A6-9ACCA10、
(1)基质
(2)无光照,不能进行光反应,不能产生[H](或NADPH)和ATP,C3不能还原成有机物
(3)D(4)气孔关闭,缺少CO2
C5不能转化为C3(5)高(6)
11、
(1)光照强度和温度单位时间氧气泡产生数目(或氧气泡产生速率)
(2)光合作用呼吸作用(3)增加温度(4)下左
12、
(1)0.105
(2)0.075(3)0.33(4)
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