第4节   能量之源---光与光合

执笔：      审核：   适用年级：高二 授课类型：复习  使用时间：第  周

【目标导学，明确要求】

1、说出绿叶中色素的种类和作用。2、说出叶绿体的结构和功能。3、说明光合作用以及对它的认识过程。

4、尝试探究影响光合作用强度的环境因素。5、说出光合作用原理的应用。6、简述化能合成作用。

教学重点（1）绿叶中色素的种类和作用。（2）光合作用的发现及研究历史。（3）光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系。（4）影响光合作用强度的环境因素。

教学难点（1）光反应和暗反应的过程。（2）探究影响光合作用强度的环境因素。

【课前预习，发现问题】

实验十   绿叶中色素的提取和分离

（一）实验原理

叶绿体中的色素都能够溶解于有机溶剂（丙酮或无水乙醇）中。所以，可以用丙酮提取叶绿体中的色素。

石油醚是一种脂溶性很强的有机溶剂。叶绿体中的四种色素在石油醚溶解度是不同的：溶解度{zg}的是胡萝卜素，它随石油醚在滤纸上扩散得最快；叶黄素和叶绿素a的溶解度次之；叶绿素b的溶解度{zd1}，扩散得最慢。这样几分之后，四种色素就在扩散过程中分离开来。

（二）材料用具

（三）方法步骤

1、提取绿色叶片中的色素。

          （l）称取5 g绿色的叶片，剪碎，放入研钵中。

          （2）向研体中放入少许二氧化硅和碳酸钙，再加入5mL丙酮，进行迅速、充分的研磨。并将纸盖在研钵上，纸中心穿一个洞，将杵棒套入洞口进行研磨。

          （3）将研磨液迅速倒入小玻璃漏斗中进行过滤（漏斗基部放一块单层尼龙布）。将滤液收集到一个小试管中，及时用棉塞将试管口塞紧。

2．制备滤纸条

             用预先干燥处理过的定性滤纸，将滤纸剪成长10 cm、宽 1cm的滤纸条，在距滤纸条一端 1cm处用铅笔画一条细的横线。

3．画滤液细线

            用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一齐细而直的滤液细线。

待滤液于后，再画二三次。

4、分离叶绿体中的色素

        将3 mL层析液到入烧杯中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）略微斜靠着烧杯的内壁，轻轻地插入到层析液中，随后用培养皿盖盖上烧坏。注意，不能让滤纸上的滤液细线触到层析液。

5．观察实验结果

       几分钟以后，取出滤纸条。此时滤纸上出现四条色素带，从上向下依次是:

胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色）

36．叶绿体中色素提取和分离实验的方法：纸层析法；

色素的提取液是：丙酮、酒精等有机溶剂；     色素分离液：层析液。

提取色素的原理：色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中

分离色素的原理：色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的色素随层析液在滤纸上扩散的快而分开

37．研磨色素时，应向研钵中加入：SiO₂、CaCO₃和无水乙醇。 （SiO₂的作用：为了研磨得充分；

CaCO₃ 的作用：为了防止在研磨时叶绿体中的色素受到破坏；无水乙醇的作用：溶解色素。）

38．滤液细线要画得：细而直     。分离色素时一定要注意：不能让滤纸上的滤液细线触及层析液。

39．滤纸上的四条色素带从上到下依次是：胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色）；其中色素带最宽的是：叶绿素a（含量最多）；相邻两条色素带之间间距最宽的是：胡萝卜素和叶黄素；间距最窄的是：叶绿素a和叶绿素b。

40．实验时取材合适且操作规范，但得到的滤纸条上的色素带颜色非常浅，可能的原因是①滤纸条未干燥②画滤液细线的次数太少  ③滤液细线可能浸没在层析液中

41．叶绿素a和叶绿素b主要吸收红橙光和蓝紫光；类胡萝卜素（胡萝卜素和叶黄素）主要吸收蓝紫光。

光合作用的探究历程

35．普里斯特利的实验结论：植物可以更新空气；

英格豪斯的实验结论：植物的绿叶只有在光下才能更新空气；

萨克斯的实验结论：光合作用的产物除氧气外，还有淀粉。（暗处理的目的是消耗掉叶片中原有的营养物质；在碘蒸气处理前应先用95%的酒精将绿叶进行脱色处理）

鲁宾、卡门实验：用同位素标记法证明了光合作用释放的氧气全部来自水

卡尔文实验：用同位素标记法，探明了光合作用中碳原子的转移途径

恩格尔曼实验的结论：O₂是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。

恩格尔曼实验的巧妙之处：

①选材好：水绵有         叶绿体，且螺旋状分布在细胞中，便于     和分析

②环境奇：将临时装片放在              的环境中，排除了环境中光线和O₂的影响

③细光线、菌好氧：能够准确地判断出水绵细胞中            的部位

④光暗比：水绵放在黑暗（局部照光）和曝光的条件下进行对照实验

光合作用的总反应式                                  

光合作用的过程：

【圈定问题，有备而来】写出你预习中遇到的疑难问题

【课堂互动，合作研讨】

人为创设条件，看物质变化：

1． 光照  →  [H]和ATP  →  暗反应  →  （CH₂O）

       ↓          ↓           ↓           ↓

       切断  →  不能生成  → 不能进行 →  不能生成

2．  CO₂  →  C₅ →  C₃ →  （CH₂O）

       ↓       ↓     ↓       ↓

        切断  → 增多 → 减少 →不能生成

42．光合作用的光反应产物：O₂、[H]、ATP；  场所：叶绿体基粒；  条件：色素、光照、H₂O、（酶）

     暗反应产物：（CH₂O）、H₂O、C₅、ADP+Pi； 场所：叶绿体基质；  条件：多种酶、[H]、ATP、CO₂

43．光反应为暗反应提供了：[H]、ATP，供给暗反应的C₃ 还原阶段（光反应产生的ATP只用于暗反应）

暗反应为光反应提供了：ADP+ Pi （H₂O、NADP⁺）

44．光合作用中的能量变化：光能—→ATP中活跃的化学能—→（CH₂O）中稳定的化学能

45．光合作用的意义：①制造有机物 ②转化并储存太阳能 ③维持大气中的CO₂和O₂的相对稳定 ④促进生物进化（光合作用在进化中的意义：①无氧呼吸—→有氧呼吸；②一部分氧转化成臭氧，形成臭氧层，滤去紫外线，使水生生物—→陆生生物）

46．光合午休的原因：气温过高，蒸腾作用过强，气孔关闭，CO₂供应减少。

47．影响光合作用的因素主要有：光照强度、（光质）、CO₂浓度、温度、矿质元素、水等。

48．光合作用中，若光照减弱，CO₂供应不变，则C₃、C₅的变化分别是：增加、减少

（原因是①CO₂供应不变，则CO₂的固定正常  ②光照减弱，则光反应产生的[H]和ATP减少，C₃的还原减弱，因此C₃增加、C₅减少）；若CO₂供应减少，光照不变，则C₃、C₅的变化分别是：减少、增加。

（原因是①CO₂供应减少，则CO₂的固定减弱  ②光照不变，则光反应产生的[H]和ATP不变，C₃的还原正常进行，因此C₃减少、C₅增加）；

49．强光下培养的植物易出现萎蔫现象，原因是植物失水过多，培养液浓度增大，植物吸水困难。

50．与光合作用有关的矿质元素：N、P、Mg、K等

N在光合作用中的作用：是各种酶、NADP⁺ 和ATP的重要组成成分；

P在光合作用中的作用：是NADP⁺ 和ATP的重要组成成分，在维持叶绿体膜的结构和功能上起重要作用；

Mg在光合作用中的作用：是叶绿素的重要组成成分；

K在光合作用中的作用：光合作用中合成糖类，以及将糖类运输到块根、块茎和种子等器官中，都需K

51．提高温室中CO₂浓度的措施有：①施用农家肥（农家肥被土壤中的微生物分解，释放出CO₂、并为农作物提供矿质离子）； ②与养殖场的猪舍、鸡舍相连  ③用CO₂发生器等

大田中提高CO₂浓度的措施有：①透光通风  ②施用农家肥等

52．在探究光照强度对光合作用的影响实验中制造光照强弱的措施：通过调节相同亮度的台灯与实验装置间的距离来决定的。

53．光合作用中[H]的来源：水的光解（叶绿体基粒）；[H]的去路：用于C₃的还原，形成（CH₂O）和H₂O

呼吸作用中[H]的来源：葡萄糖的分解（细胞质基质）、丙酮酸和水的分解（线粒体基质）

[H]的去路：第三阶段与O₂结合生成水，并释放大量能量（线粒体内膜）

54．光合作用中ATP的来源：光能（叶绿体基粒） ATP的去路：只用于暗反应中C₃的还原（叶绿体基质）

呼吸作用中ATP的来源：葡萄糖被氧化分解释放的化学能（细胞质基质、线粒体）

 ATP的去路：用于生物体的各项生命活动（活细胞内）

55．光合作用中碳原子的转移途径：      CO₂ —→ C₃ —→ （CH₂O）

呼吸作用中碳原子的转移途径： （CH₂O）—→ 丙酮酸 —→CO₂

光合作用和呼吸作用共有的中间产物：[H]、ATP。

56．化能合成作用的能量来源：体外环境中无机物氧化所释放的能量。

57．光合作用和化能合成作用的相同点：都属于自养型（都能把无机物合成有机物）

    不同点：能量来源不同（光;光能；   化: 体外环境中无机物氧化所释放的化学能）

5、正常进行光合作用的植物，突然停止光照，叶绿体中         含量明显增加；如果是突然停止二氧化碳的供应，则叶绿体中          的含量明显增加，          明显减少？

6、如果在停止光照的同时，将温度降到2℃，那么叶绿体内C3和C5的含量怎么变化           ？

7、在大棚蔬菜等植物栽种过程中，可采用白天适当提高温度、夜间适当降低温度（减少呼吸作用消耗有机物）的方法，来提高作物的产量。再如，二氧化碳是光合作用不可缺少的原料，在一定范围内提高二氧化碳浓度，有利于增加光合作用的产物。当低温时暗反应中(CH₂O)的产量会减少，主要由于低温会抑制酶的活性；适当提高温度能提高暗反应中(CH₂O)的产量，主要由于提高了暗反应中酶的活性。

探究提高农作物产量的措施

本节课以提高农物产量为主题，从三个方面讲解：

一、增加植物体内有机物的含量

1、增加有机物的合成量：a.适当增加光照强度，延长光照时间；b.适当提高CO2浓度；c.适当提高温度；

d．适当增加植物体的含水量（水是光合作用的原料；是体内各种化学反应的介质；水影响气孔的开关，间接影响CO2进入植物体）e.适当增加矿质元素的含量。

2、降低有机物的消耗量

a.适当降低温度；b.降低O2浓度；c.提高CO2浓度；d. 降低自由水的含量等。

3、提高CO2浓度的作用既增加有机物的合成量，又降低有机物的消耗量，如何操作？

降低自由水的含量，可以降低有机物的消耗，如何操作？

二、温室栽培，如何提高产量？1、光照的调控：冬天或阴雨天，可采取人工光照；夏天遮挡；

2、CO2的调控：燃烧法，可提高光合作用强度，抑制呼吸作用。

3、湿度的调控：湿度过大时（影响植物对水分的吸收或散失；使引起植物疾病的微生物滋生）。可采取通风或提高温度的办法来降低湿度。如果湿度过高，可采取喷雾喷水的方法。

4、温度的调控：塑料薄膜上铺盖草帘。根据气温的不同，或盖或卷。

5、水、肥。施用有机肥，微生物的分解，增加环境中CO2浓度，同时梳松土壤。

提醒：温室栽培应防止“白色污染”。采取的办法是使用可降解塑料薄膜。

三、大田作用，如何提高产量？

1、光照的调控：a、合理密植：如果植株过密，造成作物减产的原因是：一是叶片接受的光照不足；二是通风通气差，CO2供应不足；b、轮作、套作、间作：轮作是指在一块田地依次轮种几种作物，如小麦与山芋轮作；套作是指某一种作物生长的后期，在行间播种另一种作物，以充分利用地力和生长期，如棉花与小麦。间作是指同一生长期内，同一块耕地上间隔地种植两种及两种以上作物，如棉花和香瓜。

2、CO2的调控：合理施肥如施农家肥；3、温度的调控：适时播种；4、水的调控：合理灌溉。

四、农田松土的利弊：

利：增加土壤的透气性，促进土壤中微生物对枯枝落叶、动物遗体、粪便的分解，有利于农作物的生长；

弊：1、容易造成水土流失，可能成为沙尘暴的一种诱发因素；2、促进了微生物的有氧呼吸，增加了CO2的排放，使温室效应和全球气候变暖问题严重；3、增加农业生产成本。

提倡免耕法：是指农业生产中平时不用或尽量少用松土措施，收获时只收割麦穗或稻穗等部位，而将经过处理后的农作物秸杆和残茬保留在农田地表，任其腐烂，以便尽量恢复土壤的自然状态并保护土壤，避免水分蒸发。对农业害虫和农田杂草，通过使用农药和除草剂来解决。免耕法有利于水土保持，能减少沙尘暴的发生，并能提高土壤肥力。

【当堂训练，固本培元】

1．右图所示某阳生植物细胞在夏季晴天某{yt}内的光合用过程中

C₃、C₅化合物的数量变化。若第二天中午天气由光照强烈转向阴天

时，叶绿体中C₃含量的变化、C₅含量变化分别相当于曲线中的

A．c→d段(X)，b→c段(Y)      B．d→e段(X)，d→e段(Y)

C．d→e段(Y)，c→d段(X)      D．b→c段(Y)，b→c段(X)

2．右图为用分光光度计测定叶片中两类色素吸收不同波长光波的

曲线图，请判断A和B分别为何种色素：(      )

A．A为叶绿素、B为类胡萝卜素B．A为类胡萝卜素、B为叶绿素

C．A为叶黄素、B为叶绿素a  D．A为叶绿素a、B为叶绿素b

3．在进行光合作用实验时，如果所用的水中有0.2%的水分子含

有¹⁸O，CO₂中有0.68%的CO₂分子含有¹⁸O。那么，植物进行光合作

用释放的O₂中，含¹⁸O的比例为：A．0.2%        B．0.44%    C．0.68%        D．0.88%

4．一学生在玻璃温室里进行植物栽培实验，为此，他对室内空气中的CO₂含量进行24小时的检测，下列曲线(纵轴为CO₂量，横轴为时间)中最有可能代表具测定结果的是(  a  )

7．下列细胞器在其生命活动过程中均可产生水的是

①核糖体  ②叶绿体  ③中心体  ④线粒体

A．①②④       B．④        C．②④     D．③④

8．叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，下面有关叶绿体的叙述正确的是（   ）

A．叶绿体中的色素都分布在囊状结构的膜上 B．叶绿体中的色素分布在外膜和内膜上

C．光合作用的酶只分布在叶绿体基质中 D．光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上

9．在一封闭容器中，用¹⁸O标记的水培养植物，通过光合作用和呼吸作用，此水中的氧在容器中的循环途径是   

    A. H₂O→O₂→H₂O       B．H₂O→O₂→CO₂     C．H₂O→C₆H₁₂O₆→CO₂    D．H₂O→C₆H₁₂O₆→H₂0

10．一分子CO₂从叶肉细胞的线粒体基质中扩散出来,进入相邻细胞的叶绿体中,共穿越过的磷脂层数是

A．12           B．6          C．4          D．8

以下为多项选择题：

13．下列关于光合作用强度的叙述，不正确的是          (        )

A．叶片从幼到老光合作用强度不变B．森林或农田中植株上部叶片和下部叶片光合作用强度有差异

C．光合作用强度是由基因决定的，因此是固定不变的D．在相同光照条件下，各种植物的光合作用强度相同

14．光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是   (        )

A．叶绿体的类囊体膜上进行光反应和暗反应B．叶绿体的类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应

C．叶绿体基质中可进行光反应和暗反应D．叶绿体基质中进行暗反应，不进行光反应

15．将一棵重约0.2kg的柳树，栽培于肥沃的土壤中，两年后连根挖出，称其干重达11kg，增加的这10余千克，可能来源于：A．土壤中的矿质元素   B．土壤中的水    C．大气中的O₂      D．大气中的CO₂

18．生长于较弱光照条件下的植物，当提高CO₂浓度时，其光合作用速度并未随之增加，主要限制因素是

A．ATP的量不足    B．[H]的量不足   C．C₅的量不足      D．呼吸作用太弱

第Ⅱ卷  非选择题(共58分)

三、非选择题：本大题共6小题，共58分。

22．(14分)下图是光合作用过程的图解。请根据图回答下面的问题：

                      A                                    B

（1）绿色植物进行光合作用的细胞器是        ，参与光合作用的色素分布在该细胞器的      上，这些色素的作用是             。(1) 叶绿体     类囊体薄膜        吸收光能

（2）光合作用的过程可以分为两个阶段，A表示       阶段，B表示     阶段。

（3）写出图中①～⑤所示物质名称：(2)A为光反应 B为暗反应(3) ①H₂O ②O₂ ③[H] ④CO₂ ⑤(CH₂O)或者糖类

①               ；②              ；③                ；④             ；⑤                。

（4）C和D的化学过程分别称为：C             、D            。(4) CO₂的固定    C₃的还原

（5）写出光合作用的反应式(2分)：                   (5) H₂O + CO₂                (CH₂O) +  O₂

24．（17分）生产实践表明：在一定范围内，提高CO₂浓度，能提高光合作用。如下图是对某农作物实验的结果，请据图分析并回答：(Lx:勒克斯，光照强度的单位。A、B、C、D、E为曲线上的点，a、m、n为坐标轴上的点)

(1)光强为70Lx下，在CO₂浓度较低范围内，随CO₂浓度的增加，光合作用逐渐增强；超过一定浓度后，光合作用强度增加幅度减小，继续提高CO₂浓度则光合作用强度不再增加

(2)700Lx光照  500mg·L^－1

(3)CO₂浓度和光照强度都会影响光合作用强度

(4)在光照强度为70Lx下，光合作用达到最强时，CO₂浓度的最小值  向右

(5)CO₂浓度  光照强度  光合作用利用的CO₂与呼吸作用产生的CO₂量相等

(1)曲线I表明______________________________________。

(2)当CO₂浓度为400 mg·L^－1时，光合作用最强的相应处是________。曲线Ⅲ的最强光合作用需要的{zd1}CO₂浓度是________。

(3)这组实验的结论是______________________________________。

(4)m点表示________。如果提高光照强度，则m点的位置将________移动。

(5)图中AB段和CD段影响光合作用的主要限制因子分别是________和________。n点时的CO₂浓度下，该农作物有机物和能量代谢的量变关系是________。

(6)若将该农作物放置于A点条件下5h，再移入E点条件下________h，实验前后的植物有机物含量不变，若将植物体放在含C¹⁸O₂的环境下，一段时间后，植物周围的空气中有没有可能出现¹⁸O₂？为什么？

(7)欲提高温室栽培的叶菜类蔬菜的产量，图中信息告诉我们，应________；另外，还应适当多施________肥，并在夜间适当________温度。(7)适当提高CO₂浓度和光照强度  氮  降低

(8)温室栽培农作物时，为满足CO₂的供应，可以采取的措施是________等。有时可见晴朗的白天，温室开窗透气，其对植物代谢的影响是__________________________________。

(6)2.5  有可能，因为C¹⁸O₂                 H₂¹⁸O         ¹⁸O₂             空气的¹⁸O₂

 (8)使用干冰或适当燃烧秸秆  使空气流通，以补充一定量的CO₂；可降低室内的空气湿度，以增强蒸腾作用从而促进作物对水分的吸收和运输，并促进矿质离子的运输；还可增强室内的光照强度，以促进光合作用

25、光合作用和细胞呼吸是植物体最重要的生命活动，下图为其简单过程示意图。下列有关叙述正确的是        27题图

A.图中代表光合作用的是③②，代表细胞呼吸的是①④

B.图中②③发生在叶绿体内，①④过程发生在线粒体内

C.植物细胞内部都能发生①②③④过程，且都能产生ATP

D.图中X和Y代表同一物质，X产生于叶绿体基质中，Y产生于线粒体中

26、下列有关叶绿素的说法，正确的是：A.叶绿素在高等植物体内有两种，叶绿素a呈黄绿色，叶绿素b呈蓝绿色B.叶绿体的类囊体薄膜和基质中均含有与光合作用有关的色素和酶

C.叶绿体色素提取和分离实验中，在滤纸条上叶绿素a比叶绿素b扩散得慢

D.叶绿素是光合作用中重要的物质，能吸收光能

27、把经过相同时间饥饿处理长势相近的同种植物放在透明玻璃钟罩内（密封），玻璃钟罩内的烧杯中放有不同物质，如上图所示。探究光合作用是否需要CO2，以及探究CO2浓度对光合速率的影响的实验装置分别是

A.①②；③④        B.①③；①④     C.①④；②③       D.③④；①③

28.在高等植物细胞中，线粒体和叶绿体是能量转换的重要细胞器。图二表示光照强度对植物CO2吸收量的影响，请据图回答以下问题：

（1）叶绿体中合成ATP的能量来源是：光能,合成的ATP用于：CO2的还原,线粒体中合成ATP的能量来

源是：有机物的分解,ATP的合成用于：各项生命活动。（2）图一中的物质A是：丙酮酸，物质A进入线粒体的条件是：有氧气存在。（3）在图二甲状态时，可以发生图一中的哪些过程？f、g、h、a（用图中字母表示），影响甲点上下移动的主要外界因素是：温度。（4）若外部因素适宜，图二中丁点时限制光合作用的内部因素最可能是：色素的含量，在乙点所处的状态时，叶绿体内ATP移动的方向是：由类囊体薄膜向叶绿体基质。

（5）如果在图二的乙点突然停止光照，叶绿体内C3化合物的含量升高。

（6）将提取的完整线粒体和叶绿体悬浮液，分别加入盛有丙酮酸溶液和NaHCO3溶液的两支大小相同的试管中，给予充足光照，都会产生气泡，请问这两种气泡成分是否一样？请解释原因。

不一样，因为丙酮酸在线粒体中进行有氧呼吸，产生了CO2,而叶绿体利用HCO   进行光合作用产生O2。

（7）如果将两试管移到黑暗环境中，温度保持不变，则两支试管产生气泡的量分别有什么变化？为什么？

前者基本不变，后者逐渐减少，直至停止。因为光是光合作用的必需条件，而在温度保持不变时，呼吸作用基本稳定。