第5章第4节能量之源——光与光合作用.ppt

1,第 4 节,能量之源光与光合作用,1捕获光能的色素和结构(1)捕获光能的色素1)绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂_中，提取的色素在层析液中的溶解度不同，在滤纸上_不同，从而,可以将色素分离开来。,扩散速度,2)在这个实验中，可以看到滤纸条上出现 4 条色素带，它们的颜色从上到下依次是橙黄色、_、蓝绿色和_。从上到下依次叫做胡萝卜素、_、叶绿素 a 和_。,无水乙醇,黄色,黄绿色,叶黄素,叶绿素 b,2,3)叶绿体中的色素能够吸收不同波长的光，其中叶绿素主要吸收_和_，类胡萝卜素主要吸收_。(2)叶绿体,1)植物进行光合作用的场所：_。,叶绿体,2)结构：是一个_层膜的细胞器，含许多与光合作用有关的_，内部有许多由圆饼状的囊状结构堆叠而成的_。在类囊体的薄膜上分布四种色素，其中_含量较多，因此正常,情况下，植物的叶片为绿色。,双,基粒,叶绿素,2光合作用的概念,叶绿体,光能,有机物,氧气,绿色植物通过_，利用_，把二氧化碳和水转化成储存着能量的_，并且释放出_的过程。,蓝紫光,红光,蓝紫光,酶,3,3光合作用的探索历程,植物,植物绿叶,光,照,4,变蓝,不变蓝,淀粉,集中,所有,光,5,同位素标记法,18O2,O2,水,6,_中进行的。物质变化有：CO2 的固定：_。C3 被还原成糖：_。,水分子分解的反应式：_。ATP 的形成：_。(3)暗反应：有没有光都能进行，其化学反应是在_,4光合作用的过程光反应、暗反应(1)总化学反应式：_。(2)光反应：必须有_才能进行，其化学反应是在_,_上进行的，物质变化有：,光照,体的薄膜,类囊,7,5光合作用的应用通过调控光照强度、光质、光照时间、温度、二氧化碳浓度、生物的遗传特性对光合作用的影响，提高光合作用的强度。6自养生物、化能分成作用和异养生物(1)自养生物：主要是绿色植物，它们以_为能源，利用_、_作为原料，将光能转化为_能储存在_中。(2)化能合成作用：自然界有少数细菌，能利用环境中的_氧化时所释放出来的_制造有机物，并储存能量。(3)异养生物只能利用环境中现成的_来维持自身的,生命活动，例如：绝大多数动物。,有机物,CO2,H2O,化学,有机物,无,机物,能量,光,8,配对练习1下列不属于“绿叶中色素的提取和分离实验”目的的,是(,),A提取色素C分离色素,B探究色素种类及颜色D测定色素的溶解度,解析“绿叶中色素的提取和分离”实验中没有测定色素的溶解度，实验原理只是利用色素的溶解度不同进行分离。,答案D,9,2下列关于光合作用探究历程中有关实验过程、现象、结论的描述正确的是(),A恩格尔曼的实验证明了光合作用的产物有 O2B萨克斯的实验未设置实验组和对照组C鲁宾和卡门的实验证明了光合作用产生的 O2 来自于 CO2D卡尔文的实验未用到放射性同位素示踪法,解析萨克斯的实验中，遮光和未遮光即形成对照；鲁宾和卡门的实验证明了光合作用释放的氧气来自于水；卡尔文的实验使用了放射性同位素示踪法。,答案A,10,3下列有关光合作用的叙述中，不正确的是(,),A光合作用的整个过程都发生在叶绿体类囊体薄膜上B光合作用发生的能量转换是：光能ATP 中的化学能(CH2O)中的化学能C光合作用释放的氧气全部来自水D适当增加温室中 CO2的浓度有利于提高农作物的产量,解析光合作用释放的氧气来自光反应过程中水的光解；CO2 是光合作用的原料，因此适当增加温室中 CO2 的浓度有利于提高光合作用，可以提高农作物的产量；光合作用的光反应发生于叶绿体类囊体薄膜上，暗反应发生在叶绿体基质中。,答案A,11,4图 541 的曲线显示温度与光合作用速率的关系，当,温度超过 45时，光合速率急剧下降，其原因是(,),图 541A温度上升使水大量散失，导致光合作用的原料缺乏B叶绿素分子因热分解,C气孔关闭影响二氧化碳吸收,D温度上升迫使二氧化碳从叶内溢出,C,12,5将一棵重约 0.2 kg 的柳树，栽培于肥沃的土壤中，两年后连根挖出，称其干重达 11 kg，增加的这 10 余千克，主要来源于(),B土壤中的水D大气中的 CO2,A土壤中的矿质元素C大气中的 O2,答案D,13,6在大棚种植农作物时，下列哪种措施对提高光合作用强度没有好处？(),A用绿色胶纸搭建大棚C适当延长光照时间,B白天适当提高温度D适当提高 CO2 浓度,解析用绿色胶纸搭建大棚，会阻隔了蓝紫光和红光，降低了光合效率。,答案A,14,1叶绿体中色素的提取与分离实验(1)提取色素的原理,色素能溶于有机溶剂中，因此可以用无水乙醇等提取。(2)提取色素时的注意事项,要选取颜色较深的叶片，因为含色素较多。研磨前去掉,色素较少的叶柄等部分。,15,色素存在于叶绿体基粒的类囊体薄膜上，要提取色素就必须将细胞破坏，通常加入少量二氧化硅帮助研磨，使研磨迅速、充分。,叶绿素分子结构中含有一个镁原子，当细胞破裂时，细胞液内有机酸的氢将取代镁而生成褐色的去镁叶绿素。故应加入碳酸钙以中和有机酸，防止叶绿素的破坏。,收集到试管中的滤液，要及时用棉塞将试管口塞紧，以,免试剂挥发、色素破坏。,16,(3)色素分离的原理,绿叶中的色素都能溶解在层析液中，但溶解度不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢。,(4)分离色素时要注意,制备的滤纸条要干燥，并要将滤纸条的下端(划滤液的一,端)剪去两角，以使色素在滤纸上扩散平直。,画滤液细线时，要细、齐、直。并重复 23 次，增加色,素分子的数量。,17,分离色素时，一定不要让滤纸条上的滤液细线接触到层析液，这是因为色素易溶解于层析液中，导致实验结果不明显。小烧杯上要盖好盖，以免层析液挥发。,实验室要通风，实验完毕后层析液等试剂要回收，实验,完毕后要洗手。,(5)实验结果分析：由于胡萝卜素溶解度最高，其随层析液在滤纸上扩散得快。后面依次是：叶黄素、叶绿素 a、叶绿素 b。绿叶中叶绿素 a 的含量最多，所以色素带的宽度最大。次宽的是叶绿素 b，最窄的是胡萝卜素，它在绿叶细胞中的含量最少。,18,【例 1】下列选项为某同学对植物叶绿体中色素分离的结,果，其中所标记的色素名称或颜色正确的是(,),名师点拨叶绿体中色素在作层析实验时，滤纸上由上而下依次为胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素 a(蓝绿色)、叶绿素 b(黄绿色)。,答案C,19,【变式训练 1】某同学在做叶绿体中色素的提取和分离实验的过程中，在研磨叶片时，忘记了加入少许碳酸钙，那么，滤,纸条上色素分离的情况(,),解析叶绿素分子结构中含有一个镁原子，当细胞破裂时，细胞液内有机酸中的氢可以取代镁原子而成为褐色的去镁叶绿素，碳酸钙可中和有机酸以防止去镁反应的发生，从而保护叶绿素。忘记加入碳酸钙，会导致叶绿素 a 与叶绿素 b 含量减少。,A四条色素带与正确操作的无差异B上面两条色素带正常，下面两条色素带颜色变浅C下面两条色素带比正常操作的更宽D上面两条色素带颜色变浅，下面两条色素带正常,答案B,20,2德国科学家萨克斯的实验,(1)实验目的：证明光合作用的产物除了氧气以外，是否还,有其他产物。,(2)实验设计的要点,先将植物放置于黑暗处 24 小时，以消耗掉叶片中原有的,有机物，以免影响实验结果。,实验组与对照组在同一片叶上，保证了除有、无光照这,个单一变量外，其余一切条件都完全相同。,实验前已经预测到光合作用的产物有淀粉，因此用碘蒸,汽来检测淀粉的存在，以此证明光合作用的产物。,21,【例 2】德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处几小时，然后把此叶片一半遮光，一半曝光，经过一段时间后，用碘蒸汽处理叶片，成功地证明绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。上,述实验的设计具有很强的逻辑上的严密性，具体体现在(,),A没有对照实验,B本实验不需要设对照实验,名师点拨要证明绿色叶片在光合作用中产生了淀粉，变量是光的有无，曝光处理作为实验组，遮光处理作为对照组。,C曝光处理作为对照实验 D遮光处理作为对照实验,答案D,22,【变式训练 2】如果做一个实验测定藻类植物是否完成光反,应，最好的检测因素是(A葡萄糖的形成C氧气的释放,)B淀粉的形成D二氧化碳的吸收量,解析葡萄糖、淀粉的形成和二氧化碳的吸收是在暗反应阶段进行的，氧气的释放是在光反应进行的。,答案C,23,31880 年恩吉尔曼的实验,(1)证明了光照是光合作用的必要条件。(2)实验在设计上的精妙之处,选用水绵做为实验材料：水绵具有细长的带状叶绿体，螺旋状地分布在细胞内，一般不发生流动。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。,进行黑暗和曝光对比实验，从而明确实验结果完全是光,照引起的。,24,【例 3】把载有新鲜水绵和细菌的临时装片，置于显微镜载物台上观察。如果在反光镜上方放置一个三棱镜，当光线从反光镜反射上来后，七种不同颜色的光束就会照射水绵的不同部位。这时可看到细菌从分散状态逐渐向水绵方向运动且聚集成明显的两堆(如图 542 所示)。下列有关说法中，错误的是,(,),图 542,25,A细菌聚集的部位有机物含量多B水绵光合作用放出氧气,C叶绿体被红光和蓝紫光照射部位光合作用较强，放出的氧气多,D叶绿体中的色素具有选择吸收光谱的特性。,名师点拨这个实验是恩吉尔曼实验的修改。所用细菌是好氧菌，在这个装片中它们将向有氧的地方聚集，利用这点，可以判断水绵发生光合作用的部位。叶绿体吸收的光主要是红光和蓝紫光，所以在这两种光谱下水绵的光合作用强度较大。,答案A,下列有关说法中，错误的是,(,),26,【变式训练 3】将定量的黑藻放在盛有清水的玻璃瓶中，距离玻璃瓶 30 厘米处给予一定的光照，黑藻就会排出氧气泡，下,列哪项不会影响单位时间里黑藻放出的气泡数量？(,),A玻璃瓶的容积C黑藻的叶片数,B光照强度D溶于水中的 CO2 量,解析黑藻放出氧气，说明在进行光合作用。影响光合作用的因素有温度、光照强度、CO2 浓度、叶片中叶绿体数等，与所处位置大小无关。,答案A,27,4掌握光合作用过程：应从光反应、暗反应的条件、参与物和生成物入手，梳理清楚后，比较容易掌握光合作用过程。,(3)光反应与暗反应互为基础,光反应为暗反应提供了还原剂H和 ATP；暗反应为光反应提供 ADP、Pi 和辅酶。暗反应和光反应可以同时进行，也可以在黑暗中进行。,28,【例 4】下列关于光合作用的叙述中，正确的是(,),名师点拨光合作用在光反应阶段进行水的光解，其中的氧以氧气的形式释放，有机物中的氧来自于二氧化碳；酶的活性只是在一定范围内才与温度正相关；暗反应阶段要消耗 ATP，用于合成有机物；光反应为暗反应提供的物质有 ATP 和H。,A光合作用制造的有机物中的氧全部来自于水B光合作用中各种酶的活性与温度呈正相关C光反应阶段和暗反应阶段均有 ATP 的合成D光反应阶段为暗反应阶段提供了还原H,答案D,29,【变式训练 4】光反应为暗反应提供的物质是(,),A.H和 H2OCH和 ATP,BATP 和 CO2DH2O 和 CO2,解析光反应为暗反应提供的物质有H和 ATP。,答案C,30,5光反应与暗反应的比较,31,【例 5】图 543 为正常绿色植物的叶绿素 a 的吸收光谱、色素总吸收光谱以及光合作用的作用光谱(作用光谱代表各种波长下植物的光合作用效率)。植物进行光合作用时，下列物质,),的变化趋势与作用光谱基本一致的是(图 543,O2 的释放量 有机物的生成量 C3 的总量C5 的总量,A,B,C,D,A,32,名师点拨植物光合色素吸收的光谱主要是红光(440nm 左右)和蓝紫光(660nm 左右)。吸收值高时，植物的光合作用强度大。因此，光谱在 440nm 和 660nm 左右时，植物的光合作用强度是最高的。此时光合作用产物 O2 和有机物的生成量增加。但是 C3 和 C5 的量则是在相互变换的，在此时两者维持着基本的平衡。,答案A,33,【变式训练 5】正常条件下进行光合作用的某植物，当突然改变条件后，即可发现其叶肉细胞内五碳化合物含量瞬时上升，,),则这种改变最可能是(A停止光照C升高 CO2 浓度,B停止光照并降低 CO2 浓度D降低 CO2 浓度,解析根据暗反应过程图解可以推知，五碳化合物含量瞬时上升是由于 C5 生成为 C3 的过程受阻，而此时 C3 生成 C5 的过程仍然继续。造成这种情况的原因可能是 CO2 供应不足。,答案D,34,6光合作用与有氧呼吸的比较,光能,酶,叶绿体,35,36,【例 6】图 544 是光合作用和呼吸作用的关系简图，其中发生在绿色植物体内、可发生在各种细胞内、为生命活动提,供能量最多的过程依次是(,)图 544,A1、2、3C2、4、5,B1、2、4D2、3、5,D,37,名师点拨图示依次为光反应、暗反应、有氧呼吸第一阶段、第二阶段和第三阶段。发生在绿色植物体内的是光合作用。可发生在各种细胞内的不可能是光合作用和有氧呼吸的第 2、3 阶段；因为有些生物是异养型的，不能进行光合作用；厌氧型的生物细胞，呼吸过程不需要氧；因此可发生在各种细胞内的是呼吸作用的第一阶段。为生命活动提供能量最多的是有氧呼吸的第三阶段。,答案D,38,【变式训练 6】图 545 为绿色植物体内某些代谢过程中物质变化的示意图，A、B、C 分别表示不同代谢过程。其中表,达正确的是(,),图 545,AX 代表的物质是 ADP、PiBB 在线粒体的基质中进行,CA 过程产生的 O2 用于 C 过 程的第一阶段,DB 过程实现 ATP 中的化学能 转变为有机物中的化学能,D,39,解析由于 A 过程吸收水分，并能产生 O2、H，故应该是光反应过程。B 过程的原料是 CO2、H，并且产生葡萄糖，因此是光合作用的暗反应。C 过程是有氧呼吸过程。据此可以推断得知 X 是 ATP；光合作用的暗反应是在叶绿体基质中进行的；A 过程产生的氧用于 C 过程的第三阶段，与H结合生成水。,答案D,40,7光合作用原理的应用,主要体现在农业生产上，目的是提高光合作用强度，具体做法是：控制光照、控制温度、增加环境中二氧化碳浓度、适当调节各种元素的比例等。,(1)控制光照,叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，其余光谱对植,物影响较小。,在一定范围内，随着光照强度的增加，光合作用的强度增加，此时限制光合作用强度的主要因素是光照强度；当光照,41,强度达到一定值时，随着光照强度增加，光合作用的强度不再增加，此时限制光合作用强度的主要外界因素是 CO2。,延长光照时间，可以使光合作用加强。(2)温度,温度对光合作用的影响的原因：影响了酶的活性。当光照强度适宜的情况下，适当提高温度，有利于光合作用的进行；但是温度的提高，同样使有关呼吸作用的酶的活性提高，使呼吸作用消耗的有机物增加。,温度对光合作用的影响：主要是暗反应，对光反应的影,响较小。,42,(3)CO2 浓度,CO2 是光合作用的原料，当环境中 CO2 浓度过低时植物,不能进行光合作用。,影响植物吸收 CO2 的因素：植物叶片的气孔，当环境温度过高时(如夏季中午)，为了防止体内水分过度散失，叶片的气孔将关闭。这时外界环境的 CO2 不能进入，引起光合作用强度下降。,当环境中 CO2 浓度过高时，将引起植物中毒而影响其生,长。,43,ATP、NADP+中也含氮、磷，如果缺乏这些元素，光合,(4)矿质元素,某些矿质元素是色素的组成成分，如叶绿素中就有镁、,氮等，铁也参与色素的合成。,钾、磷则影响糖类的运输过程。,作用中间产物的转变和能量传递就会受影响。,44,【例 7】如图 546 表示植物生理作用与环境因素之间的,关系，下列叙述正确的是(,),B光照强度为 a 时，不同温度情况下 CO2 吸收量不同，其主要原因是不同温度条件下光反应强度不同 C乙图中 B 点表示光合作用消耗的 CO2 与呼吸作用释放的 CO2 相等,A甲图中曲线 CD 段说明在一定范围内，随着 CO2 浓度的升高，光合作用逐渐加强；D 点之后，影响光合作用强度的因素只有光照强度和温度,D要提高农作物的产量，只需注意提供上述环境因素即可,C,45,名师点拨植物的光合作用受光照、温度、二氧化碳浓度、各种元素含量等诸多因素影响。B 点表示该植物光合作用强度等于呼吸作用强度，所以 CO2 的消耗量等于 CO2 的释放量。温度对光合作用的影响主要在于暗反应，对光反应的影响较小。甲图 D 点以后影响光合作用强度的因素，除了光照强度和温度以外，还可能有水分、矿质元素、酸碱度等。,答案C,46,【变式训练 7】在可以调节温度的温室里栽培番茄，以研究昼夜温差对番茄生长的影响，实验结果如图 547 所示。曲线 A 是根据番茄植株在日温为 26，夜温如横坐标所示的温度范围内测定的数据绘制的。曲线 B 是根据番茄植株在昼夜恒温的情况下，如横坐标所示的温度范围内测定的数据绘制的。则,下列说法正确的是(,),图 547,47,A从图中可以看到，昼夜恒温要比保持昼夜温差有利于番,茄生长,B曲线 A 中，茎在夜间温度为 20时的生长速度比在 10时要快，可以说明呼吸作用对植物正常生命活动的重要性C从图中可以看到，昼夜温差越大，对番茄的生长就越有,利,D若此温室为红色罩膜的大棚，则番茄的光合作用会增强,图 547,下列说法正确的是(),B,48,解析当夜间温度过低时，呼吸作用不旺盛，植物的生长将受到一定影响；当温度过高又将消耗过多的有机物。从甲、乙两图比较得知，昼夜有一定温差时，茎可能达到最大生长速度。而当昼夜温差过大时，由于夜间消耗的有机物太多，将影响植物的生长。用红色做成的温室大棚，只能透过红光，将蓝紫光阻隔，光合效率较低。,答案B,49,8光合作用和化能合成作用的比较,50,【例 8】给含氨(NH3)较多的土壤中耕松土，有利于提高土,壤肥力，其原因是(,),名师点拨土壤中的硝化细菌是好氧生物，给土壤中耕松土，能使土壤中氧增加，有利于硝化细菌将NH3逐步氧化为NO-2 和 NO-3，增加土壤肥力，NO-3可被植物根系吸收用于合成蛋白质等物质。,A改善土壤通气，根细胞呼吸加强 B可增加土壤中 N2 的含量 C改善土壤通气，硝化细菌繁殖快，有利于土壤中硝酸盐增加 D可促进氨的扩散,答案C,51,【变式训练 8】下列关于化能合成作用和光合作用的描述,中，正确的是(,),A硝化细菌通过光合作用把 H2O 和 CO2 合成糖类BCO2 被固定为 C3 化合物必须在黑暗中进行C光合作用产生的 C6H12O6，其 C 和 O 都来自 CO2D进行化能合成作用的是异养生物,解析硝化细菌是通过化能合成作用把 H2O 和 CO2 合成糖类；CO2 被固定为 C3 在有没有光线下都可进行；进行化能合成作用的是自养生物。,答案C,52,一、光合作用的生理指标1光合速率：指单位时间、单位叶面积吸收 CO2 的量或放,出 O2 的量。单位：mol CO2/m2/s 和mol,O2/dm2/h。,2总(真正)光合速率净(表观)光合速率呼吸速率3净同化率：指植物在较长时间(一昼夜或一周)内，单位叶面积生产的干物质量，常用 g/m2/d 表示。二、内部因素对光合作用的影响1叶龄,53,叶片的光合速率与叶龄密切相关。幼叶净光合速率低，需要功能叶片输入同化物；叶片全展后，光合速率达最大值(叶片光合速率维持较高水平的时期，称为功能期)；叶片衰老后，光合速率下降。,2同化物输出与累积的影响,同化产物输出快，促进光合速率；反之，同化产物的累积,则抑制光合速率。,三、利用影响光合作用的因素在农业生产中的应用1增加 CO2 的浓度，保证光合作用原料的供应,54,在一定范围内，随着 CO2 含量的提高，光合作用逐渐增强，当 CO2 含量提高到一定程度时，光合作用的强度不再随着 CO2含量的提高而增强。农作物周围空气中 CO2 浓度往往比较低，农作物经常处于“CO2 饥饿状态”。保证农作物 CO2 供应的三个主要措施：,(1)合理密植，“正其行，通其风”；,(2)增施有机肥料，使土壤微生物的数量增多、活动能力加,强，放出 CO2；,(3)施碳酸氢铵肥料，这种肥料含有约 50%的 CO2。,55,2延长光合作用的时间,延长光合作用时间的措施有：,(1)提高复种指数，它是指全年内农作物的收获面积与耕地面积之比，提高复种指数就是增加收获面积，提高复种指数的措施有轮作、间作和套种等；,(2)延长农作物的生育期。3增加光合作用的面积,合理密植是增加光合作用面积的重要措施，它能充分提高,农作物的光能利用率。,56,Fe参与叶绿素的合成；N是光合作用酶、ATP、NADP+的成分,4合理施肥，保证植物矿质元素的供应,施肥的目的主要是为农作物的生长提供必需的矿质元素。现在发现植物生长的必需矿质元素有 14 种，其中有很多种元素和光合作用都有密切的关系，例如 Mg 是合成叶绿素的原料；,等。,