資源簡介

5.4 光合作用和能量轉化學案
【學習目標】
1.能說出葉綠體色素的種類、顏色、含量、作用和吸收光譜。
2.能說出葉綠體適于進行光合作用的結構和功能。
3.利用列表比較法掌握葉綠體色素的種類、顏色、含量、作用和吸收光譜。
4.通過實驗，拿握提取、分離色素的實驗方法。
5.通過學習經典實驗學習實驗的設計思路。
6.能夠運用色素與光合作用的原理解釋生產生活中的相關現象。
【學習重難點】
1、教學重點：（1）葉綠體適用于光合作用的結構特點
（2）光合作用的原理
2、教學難點：（1）光合作用過程中物質和能量的變化及相互關系
（2）探究影響光合作用強度的環境因素
【預習新知】
捕獲光能的色素
1．生物圈得以維持運轉的基礎：太陽光能的輸入、捕獲和轉化。唯一能夠捕獲和轉化光能的生物學途徑：光合作用。
2．實驗：綠葉中色素的提取和分離
(1)實驗原理
(2)實驗步驟
提取色素
②分離色素
3．觀察結果
濾紙條上色素帶有四條，如下圖所示：
結果分析：
(1)色素帶的條數與色素種類有關，四條色素帶說明有四種色素。
(2)色素帶的寬窄與色素含量有關，色素帶越寬說明此種色素含量越多。色素帶最寬的是葉綠素a，最窄的是胡蘿卜素，葉綠素b的色素帶比葉黃素的稍寬。
(3)色素帶擴散速度與溶解度有關，擴散速度越快說明溶解度越高。
(4)相鄰兩條色素帶之間距離最遠的是胡蘿卜素和葉黃素，最近的是葉綠素a和葉綠素b。
4．綠葉中色素的吸收光譜
(1)光譜：陽光是由不同波長的光組合而成的復合光，在穿過三棱鏡時，不同波長的光會分散開，形成不同顏色的光帶，稱為光譜。
(2)葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光。
葉綠體的結構適于進行光合作用
1．葉綠體
(1)葉綠體的結構
②色素及酶的分布
(2)分布：主要分布在植物的葉肉細胞內。
(3)功能：葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所。
2．葉綠體功能的實驗驗證
(1)實驗者：德國科學家恩格爾曼。
(2)實驗過程及現象
資料1：
②緊接著又做了一個實驗：他用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，發現大量的需氧細菌聚在紅光和藍紫光區域。
(3)實驗結論
①葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧。
②葉綠體主要吸收紅光和藍紫光。
(4)實驗設計的巧妙之處
①實驗材料用水綿和好氧細菌，水綿的葉綠體呈螺旋帶狀分布，便于觀察，用好氧細菌可確定釋放氧氣的部位。
②沒有空氣的黑暗環境排除了氧氣和光的干擾。
③用極細的光束照射，葉綠體上可分為有光照和無光照的部位，相當于一組對比試驗。
④臨時裝片局部曝光與完全暴露在光下的實驗再一次驗證實驗結果。
資料2：
在葉綠體的類囊體和基質中，含有多種進行光合作用的酶。
該資料說明光合作用的有關生化反應在葉綠體中進行。
3．總結
在葉綠體內部巨大的膜表面上，分布著許多吸收光能的色素分子，在類囊體膜上和葉綠體基質中，還有許多進行光合作用所必需的酶。色素和酶是葉綠體捕獲光能、進行光合作用的結構基礎。
光合作用的原理
1．光合作用的概念和反應式
(1)概念：綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。
(2)反應式：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
2．光合作用的探究歷程
(1)19世紀末，科學界普遍認為：C與H2O結合成甲醛。
(2)1928年：甲醛不能通過光合作用轉化成。
(3)1937年，英國希爾：離體葉綠體在適當條件下發生水的光解、產生氧氣。
(4)1941年，魯賓和卡門：研究了光合作用中氧氣的來源(氧氣來源于H2O)。
(5)1954年，美國阿爾農：光照下，葉綠體可合成ATP；1957年，他發現這一過程總是與水的光解相伴隨。
3．光合作用的過程
(1)光反應階段
①場所：葉綠體的類囊體薄膜。
②條件：、色素和有關的。
③物質變化
Ⅰ.水的光解：H2OO2＋2NADPH
Ⅱ.ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATP。
④能量變化：將光能轉變為活躍的化學能。
(2)暗反應階段
①場所：葉綠體基質中。
②條件：的催化。
③物質變化
Ⅰ.CO2的固定：CO2＋C52C3
Ⅱ.C3的還原：C3(CH2O)
C3C5
④能量變化：ATP中活躍的化學能轉變為有機物中穩定的化學能。
光合作用原理的應用
1．光合作用強度
(1)概念：植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數量。
(2)表示方法：用一定時間內原料消耗或產物生成的數量來定量表示。
(3)影響因素
2．探究光照強度對光合作用的影響
3．在生產實踐中的應用
實例 原理
間作套種 不同植物對光照的需求不同
冬季大棚溫度白天適當提高，晚上適當降低 一定范圍內溫度升高，光合作用和細胞呼吸都會增強
“正其行、通其風” 增大CO2濃度，有利于光合作用的進行
合理灌溉 水缺少導致氣孔關閉，CO2供應不足
【鞏固訓練】
1.NADH和NADPH是兩種重要的還原型輔酶，在細胞呼吸和光合作用等反應中發揮重要作用。下列說法正確的是( )
A.細胞呼吸和光合作用過程中均能產生NADH和NADPH
B.光合作用暗反應過程中所需的能量由NADH和ATP提供
C.有氧呼吸過程中只有前兩個階段有NADPH生成
D.NADH與氧結合發生在線粒體內膜
2.下列對“綠葉中色素的提取和分離”實驗描述錯誤的是( )
A.研磨葉片時加二氧化硅的目的是使研磨更加充分
B.隨層析液在濾紙條上擴散速度最快的色素是胡蘿卜素
C.最寬的一條色素帶中的色素主要吸收藍紫光
D.實驗應在通風條件下進行，實驗結束后用肥皂將手洗干凈
3.某同學用綠色菠菜葉和黃化菠菜葉進行了光合色素的提取和分離實驗，實驗操作過程相同，分別得到濾紙條甲和乙，如圖所示。下列敘述正確的是( )
A.分離色素利用了光合色素易溶于有機溶劑無水乙醇的原理
B.濾紙條甲與乙上的色素帶不會隨著層析液的揮發而消失
C.濾液細線若觸及層析液的液面將得到寬度變窄的色素帶
D.濾紙條乙缺少2條色素帶的原因是未加碳酸鈣
4.生物學知識在生產、生活中有廣泛的應用。下列做法符合生物學原理的是( )
①當大量出汗排出過多無機鹽后.應多喝淡鹽水
②移栽樹苗時僅保留部分幼葉，可以減少水分蒸發、提高樹苗成活率
③中耕松土、適時排水，能通過改善氧氣供應來促進作物根系的呼吸作用
④將喜陽作物和耐陰作物間行種植，既要能充分利用光能，又要利于CO2的供應
⑤利用動物體細胞的全能性，成功培育出了體細胞克隆猴“中中”和“華華”
⑥人不應吃酸性或堿性食物，否則會使血漿pH發生紊亂，影響內環境穩態
A.①②③④ B.②③④⑤ C.③④⑤⑥ D.①②③④⑤⑥
5.將玉米白化苗葉片和正常植株綠色葉片分別進行“色素的提取和分離”，實驗結果顯示白化苗樣品僅出現橙黃色、黃色2條色素帶，說明白化苗葉片缺( )
A.葉綠素a和葉綠素b B.葉綠素a和葉黃素
C.胡蘿卜素和葉黃素 D.葉綠素b和葉黃素
6.在農業生產中，無論是大田種植還是溫室栽培，都要充分考慮環境因素對光合作用強度的影響。下列措施中不能直接提高光合作用強度的是( )
A.加大O2供應
B.適時適量澆灌
C.適當補充人工光照
D.適量補充Mg、N等無機鹽
7.在夏季晴朗的白天，光照最強的中午，綠色植物的光合作用強度反而會降低。此時，植物氣孔的開閉情況和細胞內C3、C5含量的變化依次是( )
A.氣孔打開、增加、減少 B.氣孔關閉、減少、增加
C.氣孔打開、減少、增加 D.氣孔關閉、增加、減少
8.2004年，我國科學家在《自然》雜志上，以封面文章發表了《菠菜主要捕光復合物2.72λ分辨率的晶體結構》。該捕光復合物主要分布于( )
A.葉綠體基質 B.葉綠體基粒 C.葉綠體內膜 D.葉綠體外膜
9.某研究小組分別對植物甲、乙進行光合作用強度的測定，實驗結果得到曲線如圖所示。下列敘述正確的是( )
A.光照強度為0時，植物甲產生ATP的場所只有線粒體
B.光照強度為M時，植物甲和植物乙的真正光合速率相等
C.光照強度為500lx時，限制植物甲乙光合作用的因素可能是溫度
D.光照強度為1000lx時，可考慮通過提高CO2濃度提高植物乙的光合速率
10.將植物栽培在適宜的光照、溫度和CO2充足的條件下,如果將環境中CO2的含量突然降至極低水平,此時葉肉細胞內的C3、C5和ATP含量的變化情況依次是( )
A.上升、下降、上升 B.下降、上升、下降
C.下降、上升、上升 D.上升、下降、下降
參考答案
1.答案：D
解析：A、細胞呼吸過程中在細胞質基質和線粒體中都能產生NADH，而光合作用的光反應產生的是NADPH，A錯誤；
B、光合作用暗反應過程需要的能量由光反應產生的NADPH和ATP來提供，而不是NADH，B錯誤；
C、由分析可知有氧呼吸前兩個階段生成的是NADH，不是NADPH，C錯誤；
D、有氧呼吸前兩個階段生成的NADH在線粒體內膜上與O2結合生成水，D正確。
故選D。
2.答案：C
解析：A、研磨葉片時加二氧化硅的目的是使研磨得充分，A正確；
B、胡蘿卜素在層析液中溶解度最大，隨層析液在濾紙條上擴散速度最快，B正確；
C、最寬的一條色素帶是葉綠素a，主要吸收藍紫光和紅光，C錯誤；
D、由于層析液中含有對人體有毒的物質，因此，實驗應在通風條件下進行，且實驗結束后用肥皂將手洗干凈，D正確。
故選C。
3.答案：B
解析：提取色素利用了光合色素易溶于有機溶劑無水乙醇的原理，A錯誤；色素吸附在濾紙條上，濾紙條甲與乙上的色素帶不會隨著層析液的揮發而消失，B正確；濾液細線若觸及層析液的液面將得不到色素帶，C錯誤；濾紙條乙缺少2條色素帶是因為乙的材料是黃化葉，本身就缺少葉綠素，D錯誤。
4.答案：A
解析：①當大量出汗排出過多無機鹽后，可以多喝淡鹽水維持體內的水鹽平衡，①正確；
②移栽樹苗時僅保留部分幼葉，去除老葉，可以減少水分蒸發、提高樹苗成活率，②正確；
③中耕松土、適時排水，能通過改善根部的氧氣供應來促進作物根系的呼吸作用，③正確；
④將喜陽作物和耐陰作物間行種植，既要能充分利用光能，又要利于CO2的供應，④正確；
⑤動物體細胞的細胞核具有全能性，⑤錯誤；
⑥血漿中含有、H2CO3等物質，能夠使血漿的pH值保持穩定，正常情況下，人吃了酸性或堿性食物，血漿的pH不會發生紊亂。
綜上所述，①②③④正確，⑤⑥錯誤，A正確，BCD錯誤。
故選A。
5.答案：A
解析：葉綠體色素包括葉綠素和類胡蘿卜素兩大類，前者包括葉綠素a、葉綠素b，后者包括葉黃素和胡蘿卜素，其中葉綠素a為藍綠色，葉綠素b為黃綠色，葉黃素為黃色，胡蘿卜素為橙黃色。由題干信息可知，實驗結果顯示白化苗樣品僅出現橙黃色、黃色2條色素帶，即只含有胡蘿卜素和葉黃素2條色素帶，說明白化苗缺少的是葉綠素a和葉綠素b2條色素帶，A符合題意。
故選A。
6.答案：A
解析：A、氧氣是細胞有氧呼吸的原料之一，加大O2供應不能提高光合作用的強度，A符合題意；
B、水是光合作用的原料，適時適量澆灌也能提高氣孔開度，增加CO2的吸收，提高光合作用的強度，B不符合題意；
C、適當補充人工光照可以增大光照強度，從而提高光合作用的強度，C不符合題意；
D、適量補充Mg、N等無機鹽可以促進葉綠素以及光合作用有關酶的合成，進而影響光合作用的強度，D不符合題意。
故選A。
7.答案：B
解析：夏季中午，由于光照過強、溫度過高，導致部分氣孔關閉，吸收二氧化碳減少，二氧化碳的固定減弱，導致C5增加，而C3化合物生成量減少，但C3的還原基本不受影響，導致C3消耗增多，C5生成量增加。綜上所述，植物氣孔的開閉情況和細胞內C3、C5含量的變化依次是氣孔關閉、減少、增加。
故選B。
8.答案：B
解析：A、葉綠體基質是暗反應的場所，分布著許多與暗反應有關的酶，A錯誤;
B、葉綠體類囊體是光反應的場所，分布著許多與光合作用光反應有關的色素和酶，光合色素的作用是吸收、傳遞、轉化光能，B正確;
CD、葉綠體內膜和外膜不是光合作用發生的場所，捕光復合物不會分布于此，CD錯誤。
9.答案：D
解析：A、光照強度為0時，植物甲只進行呼吸作用，產生ATP的場所有細胞質基質和線粒體，A錯誤;
B、光照強度為M時，植物甲和植物乙的凈光合速率相等，但由于二者呼吸強度不等，真正的光合速率不相等，B錯誤;
C、光照強度為500lx時，植物甲乙光合作用沒有達到最大值，限制的因素主要是橫坐標對應的光照強度，C錯誤;
D、光照強度為1000lx時，光照強度已經不是限制因素，限制因素可能是溫度、二氧化碳濃度等，可考慮通過提高CO2濃度提高植物乙的光合速率，D正確。
10.答案：C
解析：在其他條件都適宜的情況下,CO2含量突然降低會導致CO2的固定受阻,致使C3的來源減少。而C3的還原過程仍在進行(由于其他條件都適宜,有足夠的ATP和[H],導致C3不斷被還原而減少,C5不斷產生而增加。由于C3的來源不足,致使ATP的利用減少而含量上升。

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