第4节 光合作用.docx
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第4节光合作用
第四节能量之源——光与光合作用(第1课时)
【探讨】1.填写右图结构名称。
2.扩大膜面积的结构是。
3.含有少量DNA和大量酶的结构是
4.该结构的作用是
。
一、光合作用的探究历程
(一)探索过程
1、海尔蒙特实验:
认为只有土壤中的水分是植物建造自身的原料。
【思考】除水分外,还有哪些物质是植物建造自身的原料?
2、1771年普利斯特利实验:
植物可更新空气。
1779年英格豪斯实验:
证明光合作用需要___光___。
1785年人们发现了空气的组成,进一步明确植物光合作用吸收CO2_放出O2__
3、1845年德国科学家梅耶指出,植物在进行光合作用时,把光能转化成化学能储存起来。
1864年,德国植物学家萨克斯实验证明:
光合作用产生。
4、1880年恩格尔曼实验证明:
_____是绿色植物进行光合作用的场所。
至此人们对于光合作用底物、产物及条件有了较全面的认识,试据此写出光合作用反应式:
5、鲁宾和卡门利用_____________法进行探究,有力地证明了光合作用释放的氧气来自。
6、20世纪40年代,卡尔文实验探明了二氧化碳中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径———__________________
【探讨】经典实验分析
1、萨克斯实验
(1)把绿叶先在暗处放置几小时,目的是消耗掉叶片中的营养物质,该营养物质指:
(2)该实验对照组是什么?
。
(3)该实验的自变量是,因变量是。
(4)用碘蒸气直接处理叶片时,叶片中的色素颜色会影响观察碘与淀粉反应产生的深蓝色,想一想,用什么溶剂可以将叶片进行脱色处理?
(5)被碘蒸气处理后,呈现蓝色的细胞结构可能是
(6)萨克斯的实验还可以用来证明光合作用需要光。
2、恩格尔曼的实验方法有什么巧妙之处?
(1)选用水绵作为实验材料,是因为水绵不仅有细而长的带状叶绿体,而且螺旋分布于细胞中,便于进行观察和分析研究。
(2)先选用黑暗并且没有空气的环境,是为了排除实验前环境中光线和氧的影响,确保实验的准确性。
(3)先选极细光束,用好氧细菌检测,能准确判断水绵细胞中释放氧的部位;而后用完全曝光的水绵与之作对照,从而证明了实验结果完全是由光照引起的,并且氧是由叶绿体释放出来的。
二、捕获光能的色素和结构
1、实验:
绿叶中色素的提取和分离
(1)a、提取原理:
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂中,所以可以用该溶剂提取绿叶中的色素。
b、分离原理:
不同色素在层析液中溶解度不同:
溶解度的随层析液在滤纸上扩散的;反之则慢。
从而将各种色素分离开。
方法:
。
(2)方法步骤:
提取绿叶中的色素
①研磨时要迅速充分;要将盛有提取液的试管用棉塞将口塞严,原因是
②加入SiO2的作用:
研磨充分;加入CaCO3的作用:
防止叶绿素被破坏
③色素提取液在透射光下观察呈绿色,反射光下观察呈红色。
制备滤纸条
滤纸条上的一端要剪去两角的目的:
使色素在滤纸条上扩散均匀
画滤液细线
滤液细线要①②。
分离滤液中的色素
滤纸上的滤液细线,为什么不能触及层析液?
防止色素溶解到层析液中
观察与记录试验结果
①滤纸上由四种不同颜色的色素带,最宽的色素带是(填色素名称),最窄的是,色素带的宽窄说明什么?
②滤纸条从上到下的色素带的颜色依次是
由此分析在层析液中溶解度最小的是哪种色素?
③相邻两条色素带间距离最远的是,距离最近的是。
【思考】本实验成功的关键是?
①叶片要新鲜、浓绿
②研磨要迅速充分
③滤液细线要细且直,重复画线2—3次
④滤液细线不能触及层析液
2、叶绿体中的色素
种类
颜色
含量
吸收光的颜色
分布
作用
叶绿素
(占3/4)
叶绿素a
最多
类囊体的薄膜上
吸收、传递、转换光能
黄绿色
多
类胡萝卜素(占1/4)
橙黄色
最少
叶黄素
少
3、叶绿体的结构
叶绿体是质体的一种,是绿色植物进行光合作用的场所。
质体是植物细胞所特有的。
它可分为具色素的叶绿体、有色体和不具色素的白色体。
叶绿体主要由脂类和蛋白质分子组成,此外在叶绿体基质中还有少量DNA和RNA。
电镜观察,叶绿体由双层单位膜构成(见下图)。
叶绿体结构示意图
4、影响叶绿素生物合成的外部因素(间接影响光合作用效率)
(1)光照:
光是影响叶绿素合成的主要条件,一般植物在黑暗中不能合成叶绿素,
(2)温度:
温度可影响与叶绿素合成有关酶的活性.进而影响叶绿素的合成,低温时,叶绿素分子易被破坏,而使叶子变黄。
例如:
秋天叶片变黄和早春寒潮过后水稻秧苗变白等现象,都与低温抑制叶绿素形成有关
(3)矿质元素:
叶绿素中含N、Mg等矿质元素,若缺乏将导致叶绿素无法合成,老叶先变黄。
另外,Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分,缺Fe也将导致叶绿素合成受阻,幼叶先变黄。
【讨论】1、在圆形滤纸的中央滴上叶绿素的提取液,进行色素分析,会得到近似同心环状的四个色素圈,排列在外圈的色素颜色是()
A、橙黄色B、黄色C、蓝绿色D、黄绿色
2、在叶绿体色素的提取和分离实验中:
(1)如果没有无水酒精和菠菜叶,要保证分离后的色素带清晰,可以用来替代的最佳实验材料是()
A、丙酮和麦苗B、丙酮和大白菜C、蒸馏水和大白菜D、蒸馏水和麦苗
(2)右图为分离色素的装置,指出其中的三处错误:
①
②
③
第4节能量之源——光与光合作用(第2课时)
三、绿色植物的光合作用原理和应用
(一)光合作用的过程
比较项目
光反应
暗反应
区别
场所
条件
物质变化
能量变化
联系
光反应为暗反应提供ATP和[H];
暗反应为光反应提供合成ATP的原料ADP和Pi。
光合作用的图解
(二)光合作用原理的应用
①单位时间内光合作用吸收CO2的量
光合作用强度的表示方法:
②单位时间内光合作用放出O2的量
③单位时间内光合作用的产糖量
【探究】如何设计实验测定植物的光合作用强度?
※下图是测定光合作用速度的仪器。
在密闭小室内放有一新鲜叶片和二氧化碳缓冲液,缓冲液用以调节小室内C02的量,使其浓度保持在0.03%。
小室内气体体积的变化可根据毛细管内水柱的移动距离测得。
在不同强度光照条件下,测得小室内气体体积如下表所示(表中气体体积
的
单位是微升/平方厘米叶面积/分。
“+',表示增加,“-',表示减少。
光强度单位为千勒克司)。
请回答:
(1)光强度为0时,小室内减少的气体是 ,减少的原因是 。
(2)光强度增加时,小室内增加的气体是 ,增加的原因是 。
(3)为了防止光照引起小室内气体的物理性膨胀或收缩所造成的误差,必须要有对照,并对实验
结果进行矫正。
那么对照组小室内应放置
A.同样大小新鲜叶片和水B.同样大小死叶片和缓冲溶液
C.同样大小纸片和水D.同样大小死叶片和水
(4)请根据表中数据,在右边方格内绘制O2生成总量和光强度间关系曲线。
Ⅰ.探究光照强度对光合作用强度的影响(教材P105)
变量分析
控制或检测方法
自变量
因变量
无关变量
实验原理
结论(预测)
【训练题】为了验证叶片在光合作用和呼吸作用过程中有气体的产生和消耗,请用所提供的实验材料与用具,在给出的实验步骤和预测实验结果的基础上,继续完成实验步骤的设计和预测实验结果,并对你的预测结果进行分析。
实验材料与用具:
烟草幼苗、试管两支、NaCO3稀溶液(为光合作用提供原料)、真空泵、暗培养箱、日光灯(实验过程中光照和温度等条件适宜,空气中O2和CO2在水中的溶解量及无氧呼吸忽略不计)。
实验步骤和预测实验结果:
(1)剪取两小块相同的烟草叶片,分别放入盛有等量蒸馏水和NaHCO3稀溶液的两支试管中。
此时,叶片均浮在水面。
(2)用真空泵抽去两支试管内液体中和叶肉细胞间隙中的气体后,敞开试管口,可观察到叶片均下沉到试管底部。
(3)
分析预测结果:
影响光合作用的环境因素如CO2浓度、温度、矿质元素等。
Ⅱ、影响光合作用的内部因素
①植物的种类不同②同一植物的不同生长发育阶段
③同一植物不同部位的叶片④同一叶片的不同生长发育期
第四节能量之源——光与光合作用(第3课时)
Ⅲ、影响光合作用的外部因素(单因子)
(一)光照
1.光照强度
①描述光合作用强度与光照强度的关系
在一定的光照范围内,随光照强度增大,光合作用强度增大;达到某一值后,增大光照强度,光合作用强度不变。
②、a、b、c三点的生物学意义
a点:
。
b点:
。
c点:
。
③、图中的Ⅰ和Ⅱ代表的生物学意义
Ⅰ:
净光合作用是指在光照下制造的有机物总量(或吸收的CO2总量)中扣除掉在这一段时间中植物进行呼吸作用所消耗的有机物(或释放的CO2)后,净增的有机物的量。
Ⅱ:
总(真)光合作用是指植物在光照下制造的有机物的总量(吸收的CO2总量)。
④c点以后,光合作用强度不变的限制因素有哪些?
___________________________
2.光质(光的成分):
不同波长的光对光合速率的影响不同。
在能量相等的情况下,红光和蓝紫光的光合效率要高于黄绿光。
水层也可改变光强和光质。
【讨论】1、为提高温室中蔬菜的产量,应选用______颜色的塑料薄膜。
A、红色B、白色C、蓝色D、无色
2、水稻壮秧时,要采用_蓝色薄膜。
3.海洋中的藻类植物习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻,它们在海水中的垂直分布依次是浅中深,这与光能的捕获有什么关系关吗?
光在海水中的穿透性有浅到深越来越弱,最浅处光最强,有红光也有蓝紫光,有利于绿藻利用,所以是绿藻;往下一些红光穿透性不强被海水吸收,能利用起来用作光合作用的只剩蓝紫光,褐藻有利于吸收蓝紫光,是褐藻;再往下,蓝紫光也被吸收一部分,是红藻。
3.日照长度
【讨论】在夏至这天,假设下列地区温度相同且晴天,则同种植物有机物积累最多的地区是
A、哈尔滨B、北京C、上海D、海口
应用:
适当提高光照强度、延长光合作用时间、增加光合作用面积:
通过轮作延长全年内单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间(区别年间轮作)、间作、套种不同种类植物、林带树种的配置(与光补偿点有关)
①充分利用土壤中的矿质元素
年间轮作②改变原有食物链,防治病虫害
(二)CO2浓度
①描述光合作用强度与CO2浓度的关系
图1和图2都表示在一定范围内,光合作用速率随CO2浓度的增大而增大,但当CO2浓度增加到一定范围后,光合作用速率不再增加。
图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度,即CO2补偿点;图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点。
②c以后,光合作用强度不变的限制因素有哪些?
③提高CO2浓度的措施有哪些?
【思考】在相同光照和温度条件下,空气中CO2含量与植
物光合产量(有机物积累量)的关系如右图所示。
理论上某种C3植物能更有效的利用CO2,使光合产
量高于m点的选项是:
()
A.若a点在a2,b点在b2时B.若a在a1,b在b1时
C.若a点在a2,b在b1时D.若a在a1,b点在b2时
(三)温度:
①温度主要是通过影响__________________
__________________而影响光合作用速率。
②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,保证植物有机物的积累
(四)水:
①水是光合作用的原料,缺水既可直接影响光合作用;②又会导致叶片气孔关闭,限制CO2进入叶片,从而间接影响光合作用;③光合作用合成的产物运输,需要水的作用。
(五)无机盐
N:
是叶绿素、酶、ATP、NADPH的组分之一
P:
组成生物膜的磷脂中含有磷;核酸、ATP、NADPH的组分之一
K:
参与光合作用中糖类的合成及运输
参与酶活性的调节:
Mg、Mn、Cl和Ca
第4节能量之源——光与光合作用(第4课时)
Ⅳ光合面积与作物产量
A、曲线分析:
OA段表明随叶面积的不断增大,光合作用实际量不断增大,A点为光合作用叶面积的饱和点。
随叶面积的增大,光合作用不再增加,原因是______________________________
OB段表明干物质量随光合作用增加而增加。
BC段由于__________________________,但叶片随叶面积的不断增加呼吸量(OC段)不断增加,所以干物质积累量不断降低。
B、应用:
适当间苗、修剪;合理施肥、浇水,避免徒长、合理密植
Ⅴ光合作用的日变化
1、曲线表示、___________随时间变化对光合作用、细胞呼吸的综合影响。
2、分析各段形成的原因:
ab___________________________________
cd____________________________________
ef____________________________________
gh____________________________________
3、有机物积累最多的点是;光合作用停止点。
Ⅵ多因子影响
(1)关键点分析:
P点或P点以下时,限制光合速率的主要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的其它因子。
`
(2)在生产上采取的措施:
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浓度以提高光合作用速率。
总之,可根据具体情况,通过增加光照强度,调节CO2浓度来充分提高光合速率,以达到增产的目的。
四、化能合成作用
思考:
1、化能合成作用和光合作用的根本区别是。
2、硝化细菌的代谢类型是__________________________。
五、光合细菌
凡能进行光合作用的细菌都是光合细菌。
细菌的光合作用和蓝藻(蓝细菌)、藻类以及高等植物的光合作用有如下不同:
①光合细菌都是厌氧的,在有氧的条件下不能生存。
它们光合作用的电子供体不是水,因而也不放出O2。
例如,绿硫细菌和紫硫细菌的[H]供体是H2S,副产物是硫,硫或积于细菌体内或排出于土壤中。
自然界的硫矿大概就是这些光合硫细菌长期光合作用的副产品累积而成的。
②光合细菌没有叶绿体,只有载色体。
载色体只是小泡状的结构,相当于真核细胞的类囊体。
细菌的叶绿素在分子结构上也不同于蓝藻和真核细胞的叶绿素。
细菌叶绿素的吸收波长在近红外区(660nm~870nm),所以在昏暗的环境中仍能进行光合作用,而光合细菌恰是生活在缺少光线的水底泥中的。
③细菌光合作用全过程没有水的光解,光合作用的效率远比真核细胞为低。
课时训练
1、(09广东卷)(20分)在充满N2与CO2的密闭容器中,用水培法栽培几株番茄,CO2充足。
测得系统的呼吸速率和光合速率变化曲线如下图,请回答问题。
(1)6~8h间,光合速率(大于、小于)呼吸速率,容器内的O2含量,CO2含量,植株干重。
(2)9~10h间,光合速率迅速下降,推测最可能发生变化的环境因素是;10h时不再产生ATP的细胞器是;若此环境因素维持不变,容器内的O2含量将逐渐下降并完全耗尽,此时另一细胞器即停止ATP的合成,成为ATP合成的唯一场所。
(3)若在8h时,将容器置于冰浴中,请推测呼吸速率会出现的变化及其原因。
2.(06上海)请回答下列有关光合作用的问题。
(1)光合作用受到温度、二氧化碳和光照强度的影响。
其中,光照强度直接影响光合作用的过程;二氧化碳浓度直接影响光合作用的过程。
(2)甲图表示在二氧化碳充足的条件下,某植物光合速度与光照强度和温度的关系。
1)在温度为10℃、光照强度大于千勒克司时,光合速度不再增加。
当温度为30℃、光照强度小于L3千勒克司时,光合速度的限制因素是。
2)根据甲图,在乙图的坐标上标出光照强度为L2千勒克司,温度分别为10℃、20℃和30℃时的光合速度。
(3)丙图表示A、B两种植物的光合速度与光照强度的关系。
1)当在千勒克司光照强度条件下,A、B两种植物的光合速度相同。
2)A植物在光照强度为9千勒克司时,2小时单位叶面积可积累葡萄糖mg。
(计算结果保留一位小数。
相对原子质量C-12,H-1,O-16)
3)A植物在1天内(12小时白天,12小时黑夜),要使有机物积累量为正值,白天平均光照强度必须大于千勒克司。
3.如下图所示,图甲表示某大棚蔬菜叶肉细胞的部分结构和相关代谢情况,其中a~f代表O2或CO2。
图乙表示该植物在适宜的条件下,O2净产量(光合作用的O2产生量-呼吸作用的O2消耗量)与光照强度之间的关系曲线。
据图回答下列问题:
(1)在图甲中,b可代表,物质b进入箭头所指的结构后与结合,生成大量的。
(2)在适宜的条件下,若用CO2、H218O供给植物进行代谢,则甲图中的d所代表的物质应是。
(3)在图乙中,A点时叶肉细胞内生成的物质有,在N点后O2净产量的增长逐渐减慢并趋向平衡,其制约的内在和外在因素分别是、。
(4)在其他条件不变的情况下,适当提高棚内的温度,可以提高蔬菜的产量,此时乙图中N点向(左、右)移动。
(5)在图乙P点所处的状态时,叶绿体内ATP移动的方向是。
A点状态时,可以发生图甲中的哪些过程(用图中字母表示)?
;D点时发生(字母表示)。
4.(16分)图1表示一个水稻成熟叶肉细胞代谢
的某些过程(图中数字代表物质,a、b代表细胞器)。
图2表示在温度、水分都适宜时,水稻O2释放量与光照强度的关系。
请据图回答问题:
⑴图1中结构a、b的名称依次是。
⑵图1中④的名称是,③进入b的方式是,②通过____
作用进入液泡。
⑶将水稻置于完全黑暗处24h后,给水稻提供H218O,继续置于黑暗环境,一段时间后除水外还能在(填物质名称)中检测到18O。
⑷水稻光合作用曲线如图2中BC段限制水稻增产的主要因素是,此时可能提高水稻产量的措施有。
A.施用NH4HCO3B.增加光照强度C.使用CO2发生器[D.施农家肥
⑸请在图2中画出从B点提高5℃后的曲线变化趋势。
5.(双选)某植物的光合作用和细胞呼吸最适温度分别为250C和300C,图6为该植物处于250C环境中光合作用强度随光照强度变化的坐标图。
下列叙述正确的是:
A.a点时叶肉细胞的生理活动只受温度的影响
B.b点时植物才开始进行光合作用
C.若将温度从25℃提高到30℃时,a、d点均上移
D.c点时该植物的O2产生量为V1+V2
6.下图甲表示某绿色植物的细胞代谢状况;图乙表示在一定条件下测得的该植物光照强度与光合速率的关系;图丙是某兴趣小组将植物栽培在密闭玻璃温室中,用红外线测量仪测得室内的CO2浓度与时间关系的曲线。
请分析回答:
(1)图甲所示的该植物细胞代谢情况可用图乙的点表示。
(2)图乙中的a点表示。
当植物细胞内的部分代谢活动处于图乙中的b点时,叶绿体中ATP的移动方向是。
(3)在相同温度下,将该植物的叶片置于8klx光照下9小时,然后移到黑暗处15小时,则该24小时内每100cm2叶片的光合作用所消耗的CO2的量为mg。
(4)若图乙曲线表示该植物在25℃时光照强度与光合速率的关系,并且已知该植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃,那么在原有条件不变的情况下,将温度提高到30℃,理论上分析c点如何变化?
。
(5)由图丙可推知,密闭玻璃温室中氧气浓度最大的是点,光合速率与呼吸速率相等的点是,j点与e点相比植物体内有机物含量发生了什么变化?
。
7.(单选)右图表示某植物在不同温度下的光合速率和呼吸速率。
对右图的分析中,正确的是
A.25℃时光合速率最大
B.35℃时呼吸速率最大
C.32℃时光合速率等于呼吸速率
D.35℃时仍能积累有机物
8.下图是玉米植株代谢过程,分析图后回答:
⑴图中C、E表示的物质分别是:
C、E
⑵图中M物质形成的场所是
⑶图中A表示的物质是,它是在中产生的。
⑷图中未表示出的使①正常进行的非生物因素还有。
⑸写出①过程中,光能转换成活跃能反应式。
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