高中生物人教版 (新课标)必修1《分子与细胞》二 光合作用的原理和应用[55]学案及答案

这是一份高中生物人教版 (新课标)必修1《分子与细胞》二 光合作用的原理和应用[55]学案及答案，共31页。

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。
基础预习
使用说明：①依据学习目标，认真预习课本至少15分钟，用红笔标重点和疑难点。②认真独立完成以下内容。
知识点一 捕获光能的色素和结构
【知识链接】
一一、
一
知识点二 光合作用的原理和应用
探究历程
三
四．化能合成作用：
【预习自测】
1．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
2．把新鲜叶绿素溶液放在光源与分光镜之间，可以看到光谱中最强的吸收区在（ ）
A．红光部分； B．红光与蓝紫光部分 C．绿光部分 D．紫光部分
3．下列关于光合作用的叙述中，错误的是（ ）
A．光合作用产物中有氧气 B．光反应不需要酶
C．光反应中有［H］和ATP产生 D．光合作用产生的氧气来自水的分解
【预习反馈】
合作探究
使用说明：①将自学中遇到的问题同桌交流，用红笔做好标记，总结看法和观点，做好记录，以备展示②按照互动要求，及时思考，展示到位，认真点评。
问题探讨一：捕获光能的色素 阅读课本P97-99实验及其它文字内容,思考一下问题：
【问题导学】
一.绿叶中色素的提取和分离
（一）提取色素
1．为什么用无水乙醇而不用水提取色素？能否用其它溶剂代替？
2．在研磨前为何要加入二氧化硅和碳酸钙？
3．滤液收集到试管中，试管口为何要用棉塞塞严？
（二）分离色素
1．为何要在滤纸条的一端剪去两角？
2．画滤液细线的要求是什么？为何要重复画两到三次？
3．把滤纸条放入层析液中的要求是什么？为什么要这样做？
4．观察滤纸条上有几条不同颜色的色素带？其分别是什么？其排序怎样？试着画出来
其中跑的最远的色素是 ，最近的色素是 ，说明了什么？


色素带最窄的是 ，最宽的是 ，说明什么？
二、色素的作用
1．绿叶中的色素分别主要吸收可见光中的哪些光？
【典例导悟】
分别在I、Ⅱ、Ⅲ三个研钵中加2 g剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，即：深绿色、黄绿色、几乎无色。
注：“+”表示加，“-”表示不加
则I、Ⅱ、Ⅲ三个研钵中的溶液颜色分别是 ( )
A．几乎无色、黄绿色、深绿色
B．深绿色、几乎无色、黄绿色
C．黄绿色、深绿色、几乎无色
D．黄绿色、几乎无色、深绿色
【解析】由题干信息可知研钵I中未加入CaCO3和蒸馏水，研钵Ⅱ中未加入95%乙醇，研钵Ⅲ中未加入蒸馏水。解答此题的关键是要知道SiO2、CaCO3和95%乙醇在色素提取中的作用，以及缺少后可能出现的现象，再将三个研钵中可能出现的颜色与题干信息提供的三种颜色对应。色素提取中，SiO2可使研磨充分，CaCO3可保护叶绿素等色素免受破坏，95%乙醇用于溶解色素，色素不溶于蒸馏水。研钵I中因未加CaCO3，部分叶绿素被破坏，因此提取液应呈黄绿色；研钵Ⅱ中未加入95%乙醇，色素不能被溶解，因而溶液几乎无色；研钵Ⅲ中能得到正常的提取液，溶液呈深绿色。答案：D
【迁移训练1】
右图是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，试判定A和B分别为何种色素 （ ）
A、叶绿素、类胡萝卜素
B、类胡萝卜素、叶绿素
C、叶黄素、叶绿素a
D、叶绿素a、叶绿素b
问题探讨二：叶绿体的结构及功能
【问题导学】
叶绿体由几层膜组成，内部有什么特殊结构，其作用是什么？
2.恩格尔曼实验的结论是什么？
3.恩格尔曼的实验方法有什么巧妙之处？
4.从资料2可以得出什么推论？
【典例导悟】
下列关于叶绿体的叙述中，正确的是( )
A．植物细胞均含有叶绿体
B．叶绿体基质、线粒体基质和细胞质基质的功能和所含化合物均相同
C．叶绿体中所含色素分布在叶绿体类囊体和基质中
D．叶绿体中含有少量DNA和RNA
【解析】 叶绿体主要分布在植物的绿色叶片等见光的部分，不是植物所有细胞均含有叶绿体，如根尖细胞就不合叶绿体。不同的基质中所含化合物的成分不同，功能也不同。叶绿体中具有吸收光能作用的四种色素只分布在叶绿体的类囊体薄膜上，在叶绿体的基质中不合有色素。植物细胞中具有遗传作用的DNA存在于细胞核、叶绿体和线粒体中。答案：D
【迁移训练2】
绿色植物进行光合作用时，光能的吸收发生在叶绿体的 （ ）
A、内膜上 B、基质中 C、类囊体膜上 D、各部位上
问题探讨三：光合作用的探究历程以及光合作用过程(阅读课本101-104页完成以下问题)
【问题导学】
1．比海尔蒙特柳苗栽培实验：植物的物质积累不是来自于土壤，而是完全来源于 。
2．1771年英国普利斯特利的实验：蜡烛和小白鼠分别与绿色植物在一起的实验证明植物可以_______ ___________；
3．1779年，荷兰的英格豪斯发现普利斯特利的实验只有在 下才能成功；植物体只有 才能更新空气。
4．直到1785年，发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的是 ，吸收的是 。
5．1864年，萨克斯(德)的实验
思考：①置于暗处几小时目的是什么？
同一片叶一半遮光一半曝光的目的是什么？
③实验结论：
6．1939年美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）
实验过程：
第一组用 结果释放出的氧气全部是 。
第二组用 结果释放出的氧气全部是 。
结论：光合作用产生的O2来自于 。
7．用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为 。
【典例导悟】
A. Bensn与M. Calvin于1949年采用放射性同位素自显影技术对光合作用进行研究。以下是他们研究过程的简述：往小球藻培养液中通人14 CO2后，分别给予小球藻不同的光照时间后立即杀死小球藻。从培养液中提出产生的放射性物质进行分析。结果如下：
请根据上述实验资料分析，下列选项错误的是( )
A.本实验原料只有CO2，暗反应的产物是有机物
B．CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是3—磷酸甘油酸（一种三碳化合物）
C．实验结果还说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等
D．从CO2进入叶绿体到产生有机物的整个过程看，产生的有机物主要是磷酸化糖类
【解析】从实验结果中放射性物质出现的时间分析，CO2进入叶绿体后，最早出现在3-磷酸甘油酸，因此最初形成的主要物质是3-磷酸甘油酸，然后又形成磷酸化糖类，还有氨基酸、有机酸等。参与光合作用的原料主要有CO2和H2O。[答案]A
【迁移训练3】
离体的叶绿体在光照下进行稳定光合作用时，如果突然中断CO2气体的供应，短暂时间内叶绿体中C3化合物和C5化合物相对含量的变化是 （ ）
A、C3化合物增多、C5化合物减少 B、 C3化合物增多、C5化合物增多
C、C3化合物减少、C5化合物增多 D、 C3化合物减少、C5化合物减少
问题探讨四：光合作用原理的应用 阅读课本104-105光合作用原理的应用思考以下问题：
1．什么是光合作用强度?
2．光合速率是光合作用强度的重要指标
光合速率的表示方法: 。
影响光合速率的因素：外部因素和植物自身因素
（1）单因子对光合速率的影响（画出曲线图并对图进行分析，再说出在生产上的应用：）
①光照强度 ② CO2浓度




③ 温度 ④水

（2）多因子（光照强度、CO2浓度）与光合作用强度之间的关系

曲线分析：P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。
在生产上的应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当充加CO2，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。总之，可根据具体情况，通过增加光照强度，调节温度或增加CO2浓度来充分提高光合速率，以达到增产的目的。
【典例导悟】
夏季晴朗的白天，某植物叶片光合作用强度的变化曲线如下图所示，据图回答下列问题。
(1)曲线AB段表明随光照增强____。
(2)对于C点光合作用强度减弱的解释是：由于中午
过高，____作用过大，叶片的气孔关闭，光合作用原料之一的 供应大量减少，以至 反应阶段植物体内的五碳化合物不能与之结合，使 形成大为减少。
(3)DE段光合作用强度下降的原因是 ，以至光合作用 反应产生的 减少，因而影响反应的进行。
(4)如用14 CO2示踪，在光合作用过程中，14C在下列分子中的转移途径是 ( )
A. 14 CO2——叶绿素——ADP
B．14 CO2——ATP——糖类
C．14 CO2——三碳化合物——糖类
D．14 CO2——叶绿素——ATP
解析：根据光合作用的过程可知，光照强弱影响光反应速度，而光反应的快慢同样影响暗反应的进行。C02是暗反应的原料，供应不充足会影响光合速率，温度通过影响酶的活性影响光合速率。
【解析】 (1)光合作用增强 (2)温度 蒸腾 CO2 暗 三碳化合物 (3)光照逐渐减弱 光 [H]和ATP 暗 (4)C
【迁移训练4】
下图为某植物光合作用速率与环境因素之间的关系，请据图回答：
(1)图甲表示在光照弱的情况下，光合作用随 的增加成正比增加，这种情况下，可以认为此时影响光合作用的过程是____阶段。
(2)从图甲可见，光照强度超过某一强度时，光合作用速度不再增加，且有稳定发展的趋势，这种变化主要决定于 ，此时光合作用的____阶段受到限制。
(3)图乙中C点表示光照强度为B时，是植物生长的
，出现CD段的原因是 。
(4)请在图甲中绘制50℃时植物光合作用速度变化的曲线。
(5)根据图甲，在图乙中绘制光照强度为A时，不同温度下光合作用速率变化曲线。
自我评价
知识归纳
【思维导图】
【相关概念】
一、绿叶中色素的提取和分离及色素对光的吸收
1．色素提取分离的步骤、方法及原因
①色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素含量越多。
②色素带扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快，溶解度越大。
2．色素对光能的吸收
叶绿体中的色素对光的吸收特点：
(1)叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。
(2)叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光吸收量大，对其他可见光并非不吸收，只是吸收量较少。
二、叶绿体的结构和功能
1．分布：植物的叶肉细胞和幼嫩的茎表皮细胞等。
2．结构及特点
(1)外膜使其内部结构与细胞质基质分开，保证了叶绿体相对独立地进行代谢活动。
(2)叶绿体基质以及类囊体的薄膜上含有与光合作用有关的酶。
(3)由类囊体堆叠而成基粒，增大了膜面积，增加了反应面积。
(4)类囊体的薄膜上分布着能够吸收、传递和转化光能的色素。其中，叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量较大，对绿光吸收量较少，但并非不吸收；而类胡萝卜素仅对蓝紫光吸收量较大，对其他光吸收量较少。
(5)叶绿体基质中还含有少量的DNA和RNA。
3．功能：是进行光合作用的场所。
4．叶绿体与线粒体结构比较
三、光合作用探索历程中几个重要实验的分析
1．普利斯特利和萨克斯的实验
2．恩格尔曼的实验
(1)实验过程及现象
(2)实验结论
①叶绿体是进行光合作用的场所。②O2是由叶绿体释放的。
(3)实验设计巧妙之处
①实验材料选择水绵和好氧细菌：水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可确定释放氧
气多的部位。
②没有空气的黑暗环境：排除了氧气和光的干扰。
③用极细的光束点状投射：叶绿体上可分为获得光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。
④进行黑暗（局部光照）和曝光对比实验：明确实验结果完全是光照引起的等。。
3．鲁宾和卡门的实验
(1)实验过程及结论
(2)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。
利用上述同位素标记法可以得知光合作用中原子转移途径为：
四、光合作用过程及光合作用与有氧呼吸的比较
1．光合作用过程图解

由图解可以看到两个阶段的相互联系：
(1)光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi。即两个反应阶段相辅相成，密切联系。
(2)没有光反应，暗反应缺乏[H]和ATP，无法进行；暗反应受阻，光反应因产物积累也不能正常进行。可见，二者相互制约。
2．光反应与暗反应的区别
①光反应必须在光下进行，而暗反应有光无光都能进行。
②催化光反应与暗反应的酶，其种类和场所均不同，前者分布在类囊体的薄膜上，后者分布在叶绿体基质中。

3.光照和CO2对相关物质含量的影响
五、光合作用原理的应用
1．光合作用速率的表示方法
(1)表示方法：通常以一定时间内CO2等原料的消耗或O2、(CH2O)等产物的生成数量来定量表示。
①表观光合速率即净光合速率，常用02释放量、CO2吸收量或有机物积累量来表示。
②真正光合速率即实际光合速率，常用02产生量、CO2固定量或有机物的产生量来表示。
(2)表观光合速率和真正光合速率的关系
在不考虑光照强度对呼吸速率影响的情况下，OA段代表植物呼吸速率，OD段表示植物表观光合速率，OA+OD段表示真正光合速率，它们的关系为：真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率。
(3)测定方法
①呼吸速率：将植物置于黑暗中，测定容器内CO2的增加量、O2减少量或有机物减少量。
②表观光合速率：将植物置于光下，测定容器中02增加量、CO2减少量或有机物增加量。
特别提醒：只有测出表观光合速率和呼吸速率，才可推算出真正光合速率。
2．影响因素及应用
I．单因子的影响
(1)光照强度（如图所示）
曲线分析：
①A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放CO2量表明此时的呼吸强度。
②AB段表明光照强度加强，光合作用逐渐加强，CO2的释放量逐渐减少，有一部分用于光合作用；而到B点时，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度=细胞呼吸强度。
③BC段表明随着光照强度加强光合作用强度不断加强，到C点以上不再增加。
应用：阴生植物的B点左移，C点较低，如图中虚线所示。间作、套种时农作物的种类搭配，林带树种的配置等都是对这一原则的具体运用。
(2)温度（如图所示）
曲线分析：光合作用是在酶催化下进行的，温度直接影响酶的活性。一般植物在10—35℃下正常进行光合作用，其中AB段(10—35℃)随温度的升高光合作用逐渐加强；当温度达到B点(35℃)以上时，与光合作用有关的酶活性下降，光合作用开始下降；50℃左右光合作用完全停止。
应用：冬天，温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培可适当降低温度。
白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保证有机物的积累，促进作物生长。
(3)与光合作用有关的元素的供应
曲线的含义：在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高使植物吸水困难从而导致光合作用速率下降。
应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时地、适量地增施肥料，可以提高作物的光合作用强度。
(4)叶龄
随幼叶的不断生长，光合作用增强，到壮叶后基本稳定，成为老叶后，光合作用逐渐下降，这与叶片内的叶绿素有关。
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。

Ⅱ．多因子影响
(1)关键点含义：P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中其他因子的措施。
(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，可提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
3．探究光照强弱对光合作用强度的影响
(1)实验原理
叶片含有空气上浮 叶片下沉 充满细胞间隙，上浮
(2)变量分析
4．生物的代谢类型及化能合成作用
(1)自养生物与异养生物
(2)几种微生物的化能合成作用
化能合成作用与光合作用的不同之处仅在于光合作用是利用光能将CO2和H2O合成有机物，而化能合成作用是利用化学能将CO2和H2O或其他供氢体合成有机物。
例如：硝化细菌进行化能合成作用的过程
【自主构建】
巩固提升
使用说明：①课后利用自主时间对课堂内容进行回顾和反思，力求全面掌握知识内容。明确知识体系，并标注和记录疑难问题。 ②交流学习体会，就存在的困惑向其他同学请教，对仍然解决不了的问题通过问题卡请教老师。 ③独立完成作业
【基础巩固】
1．提取和分离叶绿体中色素的实验中，正确的操作顺序应该是 ( )
A．进行纸层析——制取滤液——在滤纸条上画线——将实验材料研磨
B．制取滤液——进行纸层析——在滤纸条上画线——取滤液——再画线
C．将实验材料剪碎、研磨——在滤纸条上画线——制取滤液——进行纸层析
D．将实验材料剪碎、研磨——制取滤液——在滤纸条上画线——进行纸层析
2．下列有关“叶绿体色素的提取和分离”实验的叙述正确的是 ( )
A．加入碳酸钙防止滤液挥发
B．用NaCl溶液提取叶片中的色素
C．用无水酒精分离滤液中的色素
D．加入二氧化硅（石英砂）有利于充分研磨
3．将新鲜菠菜绿叶中的色素用无水乙醇提取，经层析液分离，结果如图所示。以下叙述正确的是 ( )
A．色素带1为叶绿素b
B．色素带4为橙黄色
C．色素带3、色素带4中的色素主要吸收红光和蓝紫光
D．色素带1中的色素在层析液中的溶解度最小
4．光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，下列参与暗反应必需的物质是 ( )
A. H2O、CO2、ADP B.CO2、[H]、ATP
C. H2O、CO2、ATP D.[H]、H2O、ADP
5．对光合作用过程中物质转变途径的叙述，错误的是( )
A．碳原子：CO2——C3——(CH2O)
B．氢原子：H2O——ATP——(CH2O)
C．氧原子：H2O——O2
D．氧原子：CO2——C3——(CH2O)
6．在晴天中午，密闭的玻璃温室中栽培的玉米，即使温度及水分条件适宜，光合速率仍然较低，其主 要原因是 ( )
A．O2浓度过低 B．O2浓度过高
C．CO2浓度过低 D．CO2浓度过高
7．如图为探究CO2是否为植物光合作用原料的实验装置示意图，其中a为实验装置，b为对照装置。有关用塑料袋扎紧花盆的实验设计思路是 ( )
A．确保植株与外界空气进一步隔绝
B．排除土壤中微生物代谢活动的干扰
C．防止NaOH溶液对植物根系的影响
D．避免土壤中自养微生物光合作用形成淀粉
8．如图为光反应、暗反应联系示意图，据图回答下列问题：
(1)填出图中字母所表示的物质：
a b c d
(2)光反应为暗反应提供了 和 。
(3)光合作用中的能量转变是：光能——
(4)如小麦在适宜条件下栽培，突然将d降至极低水平，则小麦叶片中的三碳化合物含量会突然减少，其原因是 ；若降低d的同时，又停止光照，则不会出现上述现象，其原因是 。
9．如图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况，以下说法正确的是( )
A.提取色素时加入碳酸钙是为了防止滤液挥发
B．水稻在收获时节，叶片中色素量的变化是（甲十乙）