能量之源---光与光合作用导学案-完整版本(含答案)

5.4 《能量之源—光与光合作用》学案【学习目标】1、说明光合作用以及对它的认识过程2、尝试探究影响光合作用强度的环境因素学习重点、难点3、说出光合作用原理的应用4、简述化能合成作用【知识点导读】一、光合作用的概念光合作用是绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。

（一）光合作用的生物：绿色植物，此外还有蓝藻（原核生物）（二）光合作用的场所：叶绿体1、结构：双层膜基粒：由类囊体堆叠而成，含有与光合作用有关的酶和色素基质：含有与光合作用有关的酶2、光合作用的色素和酶①色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，光合作用的酶分布在类囊体薄膜和叶绿体基质中。

②色素的作用是吸收，传递和转化光能，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收最少，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。

③影响植物合成叶绿素的因素包括：光照，温度，必需元素Mg,N,Fe.二、光合作用的探究历程（ 1）直到18世纪中期，人们一直以为只有土壤中的水分是植物建造自身的原料。

（2） 1771 年，英国的普利斯特利的实验证实：植物可以更新因蜡烛燃烧或动物呼吸而变得污浊的空气。

（ 3）1779年，荷兰的英格豪斯证明了光和绿叶在更新空气中不可缺少。

（ 4）1864年，德国的萨克斯的实验证实了光合作用的产物有淀粉。

（ 5）1880年，恩杰尔曼的实验证明了光合作用释放的气体是O2且光合作用的场所是叶绿体。

（ 6）1939 年，美国的鲁宾和卡门利用同位素标记法证明了光合作用释放的氧气来自水。

（ 7）20 世纪 40 年代，美国的卡尔文利用同位素示踪技术最终探明了二氧化碳中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳的途径。

普利斯特利的实验：实验在阳光下，密封的玻璃罩里一段时间后燃烧的蜡烛蜡烛熄灭实验一小老鼠小鼠死亡植物 +燃烧的蜡烛不熄灭实验二植物 +小老鼠不死亡实验结论：植物可以更新空气英格豪斯的实验：实验现象：实验一没有光照时，小鼠死亡，有光照时，小鼠不死亡实验二没有光照时，蜡烛不熄灭，有光照时，蜡烛熄灭。

实验结论：植物只有在有光的条件下，才能更新空气萨克斯实验：实验现象：遮光部分未变为蓝色，未遮光部分被加入碘液变蓝色。

实验结论：光合作用的产物除了氧气还有淀粉延伸拓展：酒精是一种有机溶剂，它可以溶解叶绿体当中的叶绿素，为什么在萨克斯的实验中需要用酒精对植物叶片进行脱色处理呢？溶解色素恩格尔曼实验：小知识：水绵具有细而长的叶绿体，在水绵中呈螺旋状分布；好氧菌喜欢聚集在氧气多的地方。

实验现象：在黑暗无空气环境下，好氧细菌聚集在叶绿体被光束照射到的附近部位；在完全暴露在光下时，好氧菌分布在在叶绿体所有受光部位。

实验结论：氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所鲁宾、卡门实验：18O标记是，产生的氧气是：18；当二氧化碳用18实验现象：当水用O O标记时，产生的氧气是16O。

实验结论：光合作用产生的氧气来自水，而不是来自二氧化碳中的氧三、光合作用的过程（一）光合作用的场所：叶绿体（与光合作用有关的酶分布于基粒的及基质中；光合作用色素分布于类囊体薄膜上）（二）光合作用的过程：⑴光反应阶段：①部位：类囊体薄膜②条件：光、色素、酶、H2O 、ADP、Pi③过程：水的光解：（为暗反应供 H 和供能）物质变化ATP的形成（为暗反应供能）④能量变化：光能→ ATP中活跃的化学能⑵暗反应阶段：① 部位：叶绿体基质②条件：多种酶， [H] ，ATP， CO2， C5③过程：CO2的固定：物质变化3的还原：C（[H] 做还原剂，消耗ATP，CH2O指糖类）④能量变化： ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能（3）光反应和暗反应的联系①光反应为暗反应的进行提供[H]和ATP 。

②暗反应为光反应的进行提供ATP和Pi。

总之，光反应和暗反应是两个既相互制约又紧密联系，是缺一不可的整体。

四、影响光合作用的因素及在生产实践中的应用（一）影响光合作用的内部因素(1)同一植物的不同生长发育阶段根据植物在不同生长发育阶段光合作用速率不同，适时适量地提供水肥及其他环境条件，以使植物茁壮成长。

(2)同一叶片的不同生长发育时期①曲线分析： OA段为幼叶，随幼叶的生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体、叶绿素含量不断增加，光合作用速率不断增加。

AB段为壮叶，叶片的面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率也基本稳定。

BC段为老叶，随着叶龄的增加，叶片内叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。

②应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶，茎叶蔬菜及时换新叶，这样可减少其细胞呼吸对有机物的消耗。

（二）影响光合作用的外部因素（1）光的主要影响（光的波长，光照强度，光照时间均有影响）；①光质：叶绿体中的色素对复合光（白光）的吸收效率最高；②单色光中主要吸收红光和蓝光，绿光吸收的最少。

应用：对温室大棚要用无色透明玻璃。

②光照强度：植物的光合作用强度在一定范围内随着光照强度的增加而增加，但当光照强度增加到一定程度时，植物的光合作用强度不再增强。

A点：光照强度为 0，此时只进行细胞呼吸，释放的 CO2量表明此时的呼吸强度。

（对应图 1）AB 段：随着光照强度加强，光合作用逐渐加强，CO2释放量逐渐减少，一部分用于光合作用；为弱光条件下呼吸作用强度 >光合作用强度（注意不括 A、B 两点）。

对应图 2B 点：呼吸作用释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度 =呼吸作用强度，称 B 点对应的光照强度为光补偿点。

（植物白天的光照强度在光补偿点以上，植物才能正常生长）。

此时限制光合作用的因素主要是光照强度。

净光合作用速率等于零。

对应图 3BC段：光照强度不断增加，光合作用强度也增大。

光合作用强度大于呼吸作用强度。

净光合作用速率=实际光合作用速率—呼吸作用速率。

对应图4C点：对应的光照强度为光饱和点，光合作用强度到C 点以上就不再加强了，此时的光合作用强度是受暗反应系统中酶的活性和CO2浓度的限制。

总光合量、净光合量与呼吸量的关系可用公式表示：总光合量 =净光合量 +呼吸量③光照时间：（2）温度：温度主要是通过影响与光合作用有关酶的活性和气孔的开闭而影响光合作用速率。

应用：温室栽培可适当提高温度，也可适当降低温度。

白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用速率；晚上适当降低温室的温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累。

（3）CO2浓度：①曲线分析：图 1 和图 2 都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度的增加而增大，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 CO2补偿点，即光合作用速率等于呼吸作用速率时的CO2浓度，图 2 中 A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。

B 和 B′点都表示 CO2饱和点。

②应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风” ，增施农家肥等增大 CO2浓度，提高光合作用速率。

应用：⑴温室：①燃烧液化石油气，②使用二氧化碳发生器。

⑵大田：①确保良好通风；②增施有机肥料；③深施“碳铵” (NH4HCO3)（ 4）水：①影响：水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，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。

② 应用：合理灌溉。

（5）矿质元素：（不足：光合作用不能顺利进行）N：光合酶及 NADP+和 ATP的重要组分P：NADP+和 ATP 的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能K：促进光合产物向贮藏器官运输Mg：叶绿素的重要组分①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而导致植物渗透失水而萎蔫，从而导致光合作用速率下降。

②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。

（6）多因子对光合速率影响的分析：P 点时，限制光合作用速率的因素应为横坐标所表示的因子；Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合作用速率的因子，要想提高光合作用速率，可适当提高图示中的其他因子。

六、化能合成作用：1、利用体外环境中某些无机物氧化时释放出来的能量来制造有机物的物质合成方式。

如：硝化细菌，不能利用光能，但能将土壤中的氨NH3氧化成亚硝酸 HNO2，进而将亚硝酸 HNO2氧化成硝酸 HNO3，利用这两个化学反应释放出的化学能，将二氧化碳和水合成糖类。

2、常见的生物：硝化细菌，铁细菌，硫细菌等。

这类细菌属于自养生物。

三、叶绿素的提取和分离实验（一）实验原理：（1）色素的提取：绿叶中的色素能够溶解在_无水乙醇、丙酮等有机溶剂_中。

（ 2）色素的分离：各种色素都能溶解在层析液中，但在层析液中的__溶解度 __不同：溶解度高的色素分子随层析液在滤纸条上__扩散快 __，反之则慢，因而色素就会随着__层析液在滤纸条上的 ___上的扩散而分离开。

（二）实验流程：（ 1）提取绿叶中的色素：称取 5g 绿色叶片，先剪碎，再加入少许碳酸钙_和二氧化硅__，然后加入10mL 无水乙醇，并进行充分、迅速的研磨，然后过滤至试管中，用棉塞塞严试管口。

（ 2）制备滤纸条 :将干燥的定性滤纸剪成长和宽略小于试管的滤纸条，将滤纸条的一段剪去两角，并在距这一端1cm处用铅笔画一条细且直的横线。

（ 3）画滤液细线：①用毛细吸管吸取少量滤液；②画线；③待滤液细线干后，重复2～ 3 次(4)分离绿叶中的色素：将 3mL 层析液倒入试管，插入滤纸条（有滤液细线的一端朝下，滤液细线不能触及层析液），随后用棉塞塞紧试管。

(5)观察现象：层析的结果：四条色素带从上往下依次为：胡萝卜素，叶黄素，叶绿素a，叶绿素 b橙黄色（胡萝卜素）→黄色（叶黄素）→蓝绿色（叶绿素 a ）→黄绿色（叶绿素 b ）（三）实验注意事项①研磨时加入无水乙醇的作用是溶解色素。

②研磨时加入二氧化硅的作用是研磨充分。

③研磨时加入碳酸钙的作用是防止在研磨过程中，叶绿素受到破坏④研磨要迅速、充分的原因是保证获得更多的色素，迅速：防止溶剂挥发。

⑤过滤后，盛滤液的试管及时用棉塞将管口塞严的目的是防止乙醇挥发。

⑥制备滤纸条时，要剪去两角的原因是使色素在滤纸条上扩散均匀。

⑦画滤液细线的要求是细且直防止色素带重叠，使色素分子均匀分布在一条直线上，做到扩散起点一致。

重复划2～ 3 次，是为了增加滤液细线上的色素分子数量，使实验效果更加明显 _。

⑧分离时，一定不能让层析液没及滤纸条上的滤液细线的原因是色素易溶解于层析液中，导致色素带不清晰⑨分离后出现的色素带的宽度可以代表色素的含量。

色素带与滤液细线的位置代表色素的溶解度 ____。

在层析液中溶解度最高的色素：胡萝卜素；溶解度最低的色素：叶绿素 b含量最多的色素：叶绿素 a ；含量最少的色素：胡萝卜素；【质疑区】通过阅读教材，完成【知识点导读】之后，你存在什么样的疑惑或者问题，书写在下面的区域，我们在课上的研讨以及展示环节共同完成A．叶绿体外膜 B ．类囊体 C ．叶绿体基质D．叶绿体内膜【检测区】7．如果做一个实验要测定藻类植物是否进行光反应，最简单的方法是：（）1．在圆形滤纸的中央，点上绿叶色素的提取液进行层析，随着层析液从滤纸的中央向四周A．糖类的生成量 B ．二氧化碳吸收量C ．氧气释放量D．五碳化合物的生成量扩散，形成四个色素环带，排在最里圈的色素是( )8．下列关于光反应与暗反应过程的叙述，正确的是（）A. 橙黄色B. 黄绿色C. 蓝绿色D. 黄色A．光反应和暗反应都产生 ATP B ．光反应产生 ATP和暗反应合成糖类都属物质代谢2．纸层析法分离叶绿体色素时，滤纸条最上端的色素名称和颜色分别是（C．光反应需要光而不需要酶，暗反应不需要光而需要酶 D ．暗反应必须依靠光反应）A．叶绿素 a、蓝绿色B．叶绿素 b、黄绿色知识总结（生物随身读）C．胡萝卜素、橙黄色D．叶黄素、黄色3．将提取的叶绿素色素滤液装入试管中，让一束白光穿过该滤液后经三棱镜对光进行色散，哪条光谱的颜色最明显（A．绿光B．黄光C．红橙光、蓝紫光D．红光4. 把下列药物选入相应的空白处①保护叶绿素( )②溶解各种色素( )③为研磨充分( )④促使各种色素在滤纸上扩散( )A. 丙酮B. 碳酸钙C. 二氧化硅D. 层析液5. 在进行绿叶中色素的提取和分离的实验时不让层析液没及滤液细线的原因是( )A.滤纸上几种色素会扩散不均匀而影响实验结果一、光反应和暗反应的异同：项目光反应暗反应场所叶绿体类囊体的薄膜上叶绿体基质）条件光、色素和酶不需光和色素，需多种酶物质变化能量光能→ ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能变化联系光反应为暗反应提供还原剂——[H] ，提供能量—— ATP二、影响光合作用的主要环境因素分析：条件C C［ H］和 ATP（CHO）352 CO2浓度不变，停止光照增加减少减少或没有减少或没有CO2浓度不变，突然光照减少增加增加增加光照不变，增加 CO2浓度增加减少减少增加光照不变，降低 CO2浓度减少增加增加减少或没B.滤纸上的滤液细线会变粗而使色素太分散C.色素会溶解在层析液中而使实验失败D.滤纸上的几种色素会混合起来不分散6．光合作用中形成ATP的部位是：三、绿色植物体内H2O和 CO2中的元素在光合作用和细胞呼吸过程中转化：（ 1） H2O中 H 和 O的转化a． H的转移途径（）②能量方面：b． O的转移途径（ 2）CO2中 C 和 O的转化a． C的转移途径b． O 的转移途径。