2013高考生物一轮复习学案 专题11 能量之源-光与光合作用（教师版）考纲浏览1.光合作用的基本过程()；2.影响光合作用速率的环境因素()；3.叶绿体色素的提取和分离。课前预习一、捕获光能的色素和结构1捕获光能的色素(1)实验：绿叶中色素的提取和分离(纸层析法)可以利用无水乙醇提取绿叶中的色素，在研磨时还应加入少许二氧化硅和碳酸钙，其中前者有助于研磨充分，后者可防止在研磨中色素被破坏。分离的原理是利用色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的在滤纸上扩散的快，反之则慢。(2)色素的种类和吸收光谱色素种类颜色吸收光谱滤纸条上位置叶绿素(约占3/4)叶绿素a蓝绿色主要吸收_红光和蓝紫光中下层叶绿素b黄绿色最下层类胡萝卜素(约占1/4)胡萝卜素橙黄色主要吸收蓝紫光最上层叶黄素黄色中上层2.叶绿体的结构和功能(1)结构：一般呈扁平的椭球形或球形，外部有双层膜，内部的基粒是由类囊体堆叠而成的。(2)色素和酶的分布：吸收光能的色素分布于类囊体薄膜上，与光合作用有关的酶分布在类囊体薄膜和_基质中。(3)功能：进行光合作用的场所。思考：叶绿体的两层膜应是什么颜色，其意义是什么？正常植物的叶为什么呈绿色？秋冬季有些植物叶变黄的原因是什么？应为无色。有利于透过各种波长的光。叶绿体中叶绿素的含量多，对绿色吸收量最小，绿光被反射出来，所以呈绿色。秋冬季，植物叶中的叶绿素分子易被破坏，而类胡萝卜素较稳定，所以显示出类胡萝卜素的颜色。二、光合作用的探究历程1、直到18世纪中期，人们一起以为只有土壤中的水分是植物建造自身的原料。2、1771年，英国的普利斯特利的实验证实：植物可以更新因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸而变得污浊的空气。3、1779年，荷兰的英格豪斯证明了植物体的绿叶在更新空气中不可缺少。4、1785年，随着空气组成成分的发现，人们才明确绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳。5、1864年，德国的萨克斯的实验证实了光合作用的产物除氧气外还有淀粉。6、1939年，美国的鲁宾和卡门利用同位素标记法证明了光合作用释放的氧气来自水。7、20世纪40年代，美国的卡尔文，利用同位素标记技术最终探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。三、光合作用的过程和应用 2光合作用的过程(1)光反应：场所：叶绿体的类囊体薄膜上。条件：光能、色素、酶、水等。物质变化：将水分解为O2和H，将ADP和Pi合成_ATP。能量变化：光能转变为活跃的化学能。(2)暗反应：场所：叶绿体的 基质中。条件：酶、H、ATP、CO2等。物质变化CO2的固定：C5CO22C3 。C3的还原：2C3H (CH2O)C5。能量变化：ATP中活跃的化学能转变为有机物中稳定化学能。3光合作用的应用：(1)光合作用强度是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。(2)影响光合作用强度的因素包括空气中CO2的浓度、土壤中水分和矿质元素的多少、光的强弱以及温度的高低等。4化能合成作用：(1)概念：某些细菌能够利用体外环境中的某些_无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。(2)实例：硝化细菌能利用氨氧化成亚硝酸和硝酸时所释放的化学能，将CO2和H2O合成糖类。课堂讲解考点一 捕获光能的色素（“绿叶中色素的提取和分离”的实验分析）1、原理解读：色素的提取：可以用无水乙醇（或丙酮）作溶剂提取绿叶中的色素，而不能用水，因为叶绿体中的色素不能溶于水。色素的分离：利用色素在层析液中的溶解度不同进行分离，溶解度大的在滤纸上扩散得快，反之则慢。2、实验流程图示：提取色素：称取绿叶；剪碎；研磨：加入少许SiO2、CaCO3和10mL无水乙醇；过滤：漏斗基部放一块单层尼龙布；收集滤液。制备滤纸条：长与宽略小于试管，在一端剪去两角；在距剪去两角的一端1cm处画铅笔线。画滤液细线：沿铅笔线画一条直且均匀的滤液细线；干燥后，再画一两次。色素分离：将滤液条插入有3mL层析液的试管中，有滤液细线的一端朝下。观察结果：滤纸条上色素带有四条，如图。3、色素的吸收光谱：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。4、实验中几种化学试剂的作用：无水乙醇用于提取绿叶中的色素。层析液用于分离绿叶中的色素。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。碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏。5、实验中的注意事项：选材：应选取鲜嫩、颜色深绿的叶片，以保证含有较多的色素。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。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。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。6、色素提取液呈淡黄绿色的原因分析：研磨不充分，色素未能充分提取出来。称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小。未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。7、不同颜色温室大棚的光合速率：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。叶绿素对绿光吸收量少，因此绿色塑料大棚光合速率最低。8、影响叶绿素合成的因素：光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。必需元素：叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶变黄。例1、（2012宁波市八校期初测试25）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、NADPH和CO2后，可完成碳反应答案： D 解析：在叶绿体中，O2在类囊体薄膜上产生，与叶绿体外膜无关。落叶植物叶片发黄时，叶绿素比例降低，类胡萝卜素比例增加，绿色退去，黄色显现。光合速率高低与光照时间长短无关，光合产量才与时间有关。与夏季相比，植物在冬季光合速率低的主要原因是温度降低。光反应为碳反应提供的就只是ATP和NADPH。因此离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成碳反应。变式训练1、（2012海南9）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D。考点二 光合作用的探究历程中的几个重要实验分析1、普利斯特利的实验实验过程及现象：密闭玻璃罩绿色植物蜡烛（不易熄灭）或小鼠（不易窒息死亡）。实验分析缺少空白对照，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。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。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、萨克斯的实验实验过程及现象黑暗中饥饿处理的绿叶一半曝光用碘蒸气处理变蓝，另一半遮光用碘蒸气处理不变蓝。实验分析设置了自身对照，自变量为照光和遮光，因变量是颜色变化（有无淀粉生成）。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。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、鲁宾和卡门的实验实验过程及结论H218OCO2植物18O2；H2OC18O2植物O2。光合作用释放的O2全部来自水。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。例2、叶绿体是植物进行光合作用的场所。下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是()A叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内BH2O在光下分解为H和O2的过程发生在基质中CCO2的固定过程发生在类囊体薄膜上D光合作用的产物淀粉是在基质中合成的答案：D解析：叶绿体中的色素主要分布在类囊体薄膜上，而不是位于叶绿体的类囊体腔内，H2O在光下分解为H和O2的过程发生在类囊体薄膜上，CO2的固定过程发生在叶绿体基质中，光合作用的产物淀粉是在基质中合成的。变式训练2（2012海南8）将一株生长正常的绿色植物置于密闭的玻璃容器内，在适宜条件下光照培养，随培养时间的延长，玻璃容器内CO2浓度可出现的变化趋势是A.一直降低，直至为零 B.一直保持稳定，不变化C.降低至一定水平时保持相对稳定 D.升高至一定水平时保持相对稳定答案：C解析：在适宜的条件下培养密闭容器内的植物，密闭容器内的二氧化碳含量有限，随着光合作用的持续进行，二氧化碳逐渐被消耗，浓度降低，进而光合作用强度跟着降低，当二氧化碳浓度降低到一定水平时，植物的光合作用和呼吸作用强度相等，则装置内的二氧化碳浓度就保持相对稳定，故本题选C。考点三 光合作用过程1、光合作用反应式及元素去向方程式：CO2H218O （CH2O）18O2。O元素：H218O18O2。C元素：14CO214C3（14CH2O）。C6H12O6合成量减少仍正常进行暗反应C3还原减弱光反应减弱CO2供应不变光照强弱O2产生减少ATP减少H减少CO2固定仍正常进行C3含量上升C5含量下降C6H12O6合成量增加仍正常进行暗反应C3还原增强光反应增强CO2供应不变光照弱强O2产生增多ATP增多H增多CO2固定仍正常进行C3含量下降C5含量上升C6H12O6合成量减少仍正常进行H相对增加ATP相对增加上述两种物质转化速度变慢，O2产生减少暗反应减少CO2供应光照不变CO2固定减弱C3还原仍正常进行C3含量下降C5含量上升C6H12O6合成量增加仍正常进行H相对减少ATP相对减少上述两种物质转化速度变快，O2产生增加暗反应增加CO2供应光照不变CO2固定增强C3还原仍正常进行C3含量上升C5含量下降2、光照和CO2浓度变化对植物细胞内C3、C5、H、ATP和O2用（CH2O）合成量的影响知识拓展：1暗反应有光无光都能进行。若光反应停止，暗反应可持续进行一段时间，但时间不长，故晚上一般认为只进行呼吸作用，暗反应不进行。2相同时间内，光照和黑暗间隔处理比一直光照有机物积累的多，因为H、ATP基本不积累，利用充分；但一直光照会造成H、ATP的积累，利用不充分。3光合作用只