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1第第 3 3 讲讲 能量之源能量之源光与光合作用光与光合作用知识点一 捕获光能的色素和叶绿体结构议一议:(1)海洋中藻类有分层现象,与植物中的色素吸收光的颜色有什么关系? (2)在温室内自然光照射基础上,给植物人工补充哪些单色光对增产有利? 知识点二 光合作用的探索历程连线知识点三 光合作用的过程及意义2总反应式:CO2H2O(原料) 光能(动力)叶绿体(场所)(CH2O)O2 (产物)过程 光反应条件: 场所:叶绿体类囊体薄膜上物质 变化水的光解:H2O光2H12O2ATP的形成:ADPPi酶光能ATP)能量变化:光能 中活跃的化学能)暗反应条件: 场所:叶绿体基质物质变化CO2的固定:CO2C5酶 2C3 C3的还原:2C3(CH2O)C5H2O) 能量变化: 中活跃的化学能(CH2O)中稳定的化学能)Error!想一想:什么叫光合速率?它分为几种类型,关系如何?叶绿体的结构与功能1叶绿素对红光(640680 nm)和蓝紫光(430470 nm)的吸收量大,类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大, 对其他波长的光并非不吸收,只是吸收量少。 2叶绿体类囊体膜上分布着光合色素及光反应的酶系统(光反应场所);叶绿体基质中含有大量与暗反应 相关的酶(暗反应场所)。 3叶片呈绿色的原因:一是叶绿素是类胡萝卜素含量的三倍;二是色素不吸收绿光被反射回来。秋天叶 片变黄是低温使叶绿素遭到破坏,呈现出类胡萝卜素的颜色,变红则是液泡中花青素的颜色。闪记:色素的功能:转换光能的色素只有少数处于特殊状态的叶绿素 a,吸收、传递光能,四种色素都3可以。 光合作用过程一、二、三、四 一个场所(叶绿体) 两个阶段(光反应、暗反应) 三种能量(光能ATP 中活跃化学能(CH2O)中稳定化学能) 四个物质变化:水光解、ATP 形成、CO2固定、C3还原。 学习笔记:自我校对: 红光和蓝紫光 蓝紫光 暗反应所需的酶 色素和光反应所需的酶 叶绿体是光合作用的场 所 连一连:Ab Ca Ee Dc Bd 光、色素、酶、 ADP、Pi、NADP ATP 酶、H(NADPH)、ATP ATP 议一议:(1)不同波长的光穿透性不同,不同藻类吸收不同波长的光。 (2)红光、蓝紫光属于对植物光合作用最有效的光谱,因此可以补充这两种光达到增产的目的。 想一想:光合速率或称光合强度是指一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行光合作用的量(如 释放多少氧,消耗多少 CO2)。 它分为表观光合速率和真正光合速率两种类型,在光照条件下,人们测得的 CO2吸收量是植物从外界环境 吸收的 CO2总量,叫表观光合速率。真正光合速率是指植物在光照条件下,植物从外界环境中吸收的 CO2 的量加上呼吸作用释放的 CO2的量,即植物实际同化的 CO2的量。表观光合速率小于真正光合速率。,光合作用发现史中的经典实验分析11771 年普里斯特利实验Error!植物更新空气 缺点:缺乏对照组(记录时漏掉了实验在阳光下进行这一重要条件,后来英格豪斯为其纠正) 21864 年萨克斯实验 提前暗处理消耗掉叶片中原有的淀粉,避免干扰Error!31880 年恩格尔曼实验Error!黑暗、无空气显微镜观察极细光束照射叶绿体好氧细菌集中在照光处 完全曝光好氧细菌集中在带状叶绿体处)实验组:极细光束照射处的叶绿体 对照组:黑暗处的叶绿体和完全曝光的叶绿体 420 世纪 30 年代鲁宾、卡门实验 实验方法:同位素标记法4提醒 在光合作用的发现中,大多数科学家们利用了对照实验,使结果和结论更科学、准确。 (1)萨克斯:自身对照,自变量为光照(一半曝光与另一半遮光),因变量为颜色变化。 (2)恩格尔曼:自身对照,自变量为光照(照光处与不照光处;黑暗与完全曝光),因变量为好氧菌的分布。(3)鲁宾和卡门:相互对照,自变量为标记物质(HO 与 C18O2),因变量为 O2的放射性。18 2(4)普里斯特利:缺少空白对照,实验结果说服力不强。本考点单独命题概率低,往往是借鉴经典实验的方法手段在综合题或探究题中体现。 【典例 1】(2012南昌市一模)德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处数小时“饥饿”处理(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,将该叶片经脱色、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( )。 本实验未设对照组 有无光照是遮光和曝光区域表现不同结果的唯一原因 实验初始时遮光和曝 光区域均达到无淀粉状态 实验证明叶绿体利用光照将 CO2转变成了淀粉 A全部 B只有 C只有 D只有 解析 该实验中曝光部分与遮光部分形成了对照,错误。该实验只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,错误。 答案 D 【思考与评价】 恩格尔曼的实验设计巧妙之处在哪儿? 提示 主要表现在以下四个方面: 选材方面,选用水绵为实验材料。水绵不仅具有细长的带状叶绿体,而且叶绿体呈螺旋状地分布在细 胞中,便于观察、分析研究。 将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中,排除了光线和氧气的影响,从而确保实验正常进行。 选用了极细光束照射,并且选用好氧细菌检测,从而能够准确判断出水绵细胞中释放氧的部位。 进行黑暗(局部光照)和曝光对比实验,从而明确实验结果完全是光照引起的。,光合作用过程分析 Error!1识图领悟光合作用过程结合上图,列表分析如下: 光反应与暗反应的比较5过 程光反应暗反应图 解条 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 转化水光解2H2O4HO2光ATP 的合成ADPPiATP酶能量能量 转化光能电能活跃化学能,并储 存在 ATP 中ATP 中活跃的化学能(CH2O)中稳 定的化学能关 系光反应为暗反应提供H和 ATP ;暗反应为光反应提供 ADP 和 Pi; 没有光反应,暗反应无法进行;没有暗反应,有机物无法合成2.动态分析:光照与 CO2浓度变化对植物细胞内 C3、C5、H、ATP、C6H12O6合成量的影响 当外界因素中光照强弱、CO2浓度骤然变化时,短时间内将直接影响光合作用过程中 C3、C5、H、ATP 及 C6H12O6生成量,进而影响叶肉细胞中这些物质的含量,它们的关系归纳如下:(1)光照强弱 CO2供应不变)光反应减弱H减少 ATP减少)暗反应Error!C3还原减弱 CO2固定仍正常进行)C3含量上升 C5含量下降)即:停止光照(强弱)时,H,ATP,C3,C5,(CH2O)。 (2)同理:突然增强光照时,H,ATP,C3,C5,(CH2O)。(3)光照不变 减少CO2供应)暗反应CO2固定减弱 C3还原仍正常进行)Error!C3含量下降 C5含量上升)H相对增加 ATP相对增加)即:停止(减少)CO2供应时,C3,C5,H,ATP,(CH2O)。 (4)同理:突然增加 CO2供应时,C3,C5,H,ATP,(CH2O)。 本考点历年是高考命题的重要内容,试题侧重考查考生对光合作用过程图解的理解与分析,如 光反应与暗反应的场所、条件、物质变化、能量变化、相互关系以及在某种环境因素突然发生变化的情 况下,细胞中 C3和 C5的含量变化情况等。 【典例 2】(2011新课标全国卷)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。6(1)图中物质 A 是_(C3化合物、C5化合物)。 (2)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_。 (3)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)。 (4)CO2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), 其原因是_。 解析 本题考查光合作用过程及同学们从曲线中获取有效信息的能力。当环境中二氧化碳浓度降低时, C5(物质 B)和 CO2结合生成 C3(物质 A)的速率减慢,而 C3(物质 A)的还原生成 C5(物质 B)不受影响,C5(物 质 B)的含量升高,C3(物质 A)的含量降低。当达到新的平衡后,由于一分子的 C5(物质 B)和 CO2结合可以 生成两分子的 C3(物质 A),最终物质 A 的浓度比物质 B 高。 答案 (1)C3化合物 (2)暗反应速率在该环境中已达到稳定。根据暗反应特点,此时 C3化合物的分子数 是 C5化合物的 2 倍 当环境中 CO2浓度突然降低时,C5化合物的合成速率不变,消耗速率却减慢,导致 C5化合物积累 (3)高 (4)低 CO2浓度低时,暗反应强度减弱,所需要 ATP 和H少 【训练 1】图 1 表示光合作用部分过程的图解,图 2 表示改变光照后,与光合作用有关的五碳化合物和 三碳化合物在细胞内的变化曲线。据图回答下列问题。图 1 图 2 (1)图 1 中 A 表示的物质是_,它由_产生,其作用主要是_。 (2)图 1 中 ATP 形成所需的能量最终来自于_。若用放射性同位素标记14CO2,则14C 最终进入的物质是_。 (3)图 2 中曲线a表示的化合物是_,在无光照时,其含量迅速上升的原因是: _。 (4)曲线b表示的化合物是_,在无光照时,其含量下降的原因是: _。 答案 (1)H 水在光下分解 用于 C3的还原 (2)太阳光能 (CH2O) (3)C3 CO2与 C5结合形成 C3继 续进行,而 C3不能被还原 (4)C5 C5与 CO2结合形成 C3量不变,而 C3不能被还原为 C5,影响光合作用的环境因素及其在生产上的应用 Error!温馨提示:以下内容为难点,但高考时又为出题热点,望耐心复习,真正掌握。 一、内部因素对光合作用速率的影响 1同一植物的不同生长发育阶段7曲线分析:在外界条件相同的情况下,光合作用速率由弱到强依次是幼苗期、营养生长期、开花期。 应用:根据植物在不同生长发育阶段光合作用速率不同,适时、适量地提供水肥及其他环境条件,以使 植物茁壮成长。 2同一叶片的不同生长发育时期曲线分析:随幼叶发育为壮叶,叶面积增大,叶绿体不断增多,叶绿素含量不断增加,光合速率增大; 老叶内叶绿素被破坏,光合速率随之下降。 应用:农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶,都是根据其原理,可降低其 细胞呼吸消耗的有机物。 二、单因子变量对光合作
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