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必修1 分子与细胞
第五章 细胞的能量供应和利用
第四节 能量之源——光与光合作用
捕获光能的色素（4种）
叶绿素 叶绿素a（蓝绿色）
（约占3/4） 叶绿素b（黄绿色）
类胡萝卜素 胡萝卜素（橙黄色）
（约占1/4） 叶黄素（黄色）
叶绿素主要吸收 红光 和 蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收 蓝紫光。
白光下光合作用最强，其次是红光和蓝紫光，绿光下最弱。因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈绿色。
实验——绿叶中色素的提取和分离
1、实验原理：绿叶中的色素都能溶解在层析液（有机溶剂：无水乙醇和丙酮）中，且他们在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，绿叶中的色素随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。
2、方法步骤中需要注意的问题：
（1）研磨时加入二氧化硅：有助于研磨得充分，碳酸钙：可防止研磨中的色素被破坏。
（2）滤纸上的滤液细线不能触及层析液，防止细线中的色素被层析液溶解。
（3）滤纸条上有4条不同颜色的色带。
自上而下：橙黄色的胡萝卜素，黄色的叶黄素，蓝绿色的叶绿素a，黄绿色的叶绿素b。
最宽的是叶绿素a，最窄的是胡萝卜素。
绿叶中色素提取和分离的异常现象分析
1、收集到的滤液绿色过浅的原因分析
①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇,提取浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
2、滤纸条色素带重叠的原因分析。
①滤液细线不直,重复画线时细线不重叠。
②滤液细线过粗。
3、滤纸条看不见色素带的原因分析
①忘记画滤液细线。
②滤液细线接触到层析液，且时间较长色素全部溶解到层析液中。
③用水进行绿叶中色素的提取。
捕获光能的结构——叶绿体
1、结构：外膜，内膜，基质，基粒（由类囊体构成）。
2、与光合作用有关的酶分布于基粒的类囊体及基质中。
3、光合作用色素分布于类囊体的薄膜上。
4、叶绿体是进行光合作用的场所。
5、叶绿体内有如此多的基粒和类囊体，极大地扩展了受光的面积。
光合作用的原理
光合作用
（1）光合作用：是指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。
光合作用的探究历程
（1）希尔反应：在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），在光照下可以释放出氧气。
【结论】：离体的叶绿体在适当的条件下发生水的光解。
（2）鲁宾和卡门（同位素示踪技术）
【结论】光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于CO2。
（3）阿尔农：ADP＋Pi ＋能量 → （酶）ATP
3、光合作用的过程：
总反应式：CO2+H2O → （CH2O）+ O2 ，其中（CH2O）表示糖类。
根据是否需要光能，可将其分为光反应和暗反应两个阶段。
（1）光反应阶段：必须有光才能进行 场所：类囊体薄膜
【反应式】：
水的光解：H2O → 1/2O2 + 2H+
H+ + NADP+ → NADPH
ATP形成：ADP + Pi + 光能 → ATP
光反应中，光能转化为ATP中活跃的化学能
（2）暗反应阶段：有光无光都能进行 场所：叶绿体基质
【反应式】：
CO2的固定： CO2+ C5 → 2C3
C3的还原：2C3 （CH2O）+ C5
ATP → ADP + Pi
暗反应中，ATP中活跃的化学能转化为（CH2O）中稳定的化学能
联系：光反应 → 为 暗反应 提供ATP和 NADPH，
暗反应 → 为 光反应 提供 合成ATP的原料ADP和 Pi
影响光合作用的因素及在生产实践中的应用
1、光对光合作用的影响
①光的波长
叶绿体中色素的吸收光波主要在红光和蓝紫光。
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，但光照强度达到一定时，光合作用的强度不再随着光照强度的增加而增加。
③光照时间
光照时间长，光合作用时间长，有利于植物的生长发育。
④温度
温度低，光合速率低。随着温度升高，光合速率加快，温度过高时会影响酶的活性，光合速率降低。
生产上白天升温，增强光合作用，晚上降低室温，抑制呼吸作用，以积累有机物。
⑤CO2浓度
在一定范围内，植物光合作用强度随着CO2浓度的增加而增加，但达到一定浓度后，光合作用强度不再增加。
生产上使田间通风良好，供应充足的CO2
⑥水分的供应当植物叶片缺水时，气孔会关闭，减少水分的散失，同时影响CO2进入叶内，暗反应受阻，光合作用下降。
生产上应适时灌溉，保证植物生长所需要的水分。
化能合成作用
1、概念：自然界中少数种类的细菌，虽然细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但是能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用，叫做化能合成作用，这些细菌也属于自养生物。
2、例子：硝化细菌，不能利用光能，但能将土壤中的NH3氧化成HNO2，进而将HNO2氧化成HNO3。硝化细菌能利用这两个化学反应中释放出来的化学能，将CO2和水合成为糖类，这些糖类可供硝化细菌维持自身的生命活动。
3、生物类型：硝化细菌、硫细菌、铁细菌、氢细菌
自养型生物：绿色植物、光合细菌、化能合成性细菌
异养型生物：动物、人、大多数细菌、真菌
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第4节　光合作用与能量转化 课时练习
第1课时　捕获光能的色素和结构
【基础练习】
1.关于叶绿体中色素的提取和分离实验的操作,正确的是 (　　)
A.将干燥处理过的定性滤纸用于研磨液过滤和层析
B.在画出一条滤液细线后紧接着重复画线1~2次
C.层析分离时,用棉塞塞紧试管口
D.研磨叶片时,用体积分数为70%的乙醇溶解色素
2.韭菜完全在黑暗中生长会变成黄色,称之为“韭黄”。提取并分离韭黄叶片色素,与正常韭菜叶相比,层析带只有上端两条色素带。下列实验操作和结果分析的相关叙述,错误(　　)
A.研磨时应加入一定量的二氧化硅 B.分离色素时滤液细线不能触及层析液
C.层析带上的色素主要吸收红光 D.实验可说明叶绿素的合成需要光照
3.如图是对菠菜叶片中叶绿体色素分离的结果示意图,下列相关说法正确的是 (　　)
A.a的操作目的是方便层析液吸附
B.如果c、d带宽减小一定是研磨时忘记添加碳酸钙
C.色素d为黄绿色
D.色素f在层析液中的溶解度最大
4.如图表示新鲜菠菜叶中四种色素的相对含量及在滤纸条上的分离情况。下列说法不正确的是 (　　)
A.甲、乙主要吸收红光和蓝紫光,丙、丁主要吸收蓝紫光
B.四种色素均可溶于有机溶剂无水乙醇
C.四种色素在层析液中溶解度最大的是乙
D.在发黄的菠菜叶中含量显著减少的是甲和乙　　　　　　　　　　　　　　　
5.在叶绿体色素的提取和分离实验中,收集到的滤液绿色过浅,其原因可能是 (　　)
①未加石英砂,研磨不充分　②一次性加入大量的无水乙醇提取　③分次加入少量无水乙醇提取　④使用放置数天的菠菜叶
A.①②③ B.②③④ C.①③④ D.①②④
6.下面是甲、乙、丙三位同学进行“绿叶中色素的提取和分离”实验的过程,请回答下列问题:
图1　　图2
(1)甲同学选用新鲜菠菜的绿色叶片进行实验,在滤纸上出现了四条清晰的色素带,如图1所示。甲同学分离色素的方法是　　　　　　　,滤纸条上色素带位置的不同主要取决于　　　　　　　　。从上到下,叶黄素位于第　 　　条色素带。
(2)乙同学改变甲同学所用层析液组成后继续进行实验,在滤纸条上出现了黄、绿两条色素带。他用刀片裁出含色素带的滤纸条,用乙醚分别溶解条带上的色素,浓缩后分别放在阳光和三棱镜之间,通过分析色素溶液的　　　 　　　　　　来判断色素带上色素的种类。
(3)丙同学对甲同学“绿叶中色素的分离”实验进行改进,实验装置如图2所示,该同学应将提取到的滤液滴在　　　　(填“a”或“b”)处,棉线灯芯下端应浸没在　　　　中。实验最终得到四个不同颜色的同心圆,排列在最内侧的色素是　　　　　(填色素的名称)。
【绿叶中色素的种类及功能】
7.关于高等植物叶绿体中色素的叙述,错误的是 (　　)
A.被叶绿体中色素吸收的光能都可用于光合作用
B.绿叶中叶绿素含量约为类胡萝卜素的3倍
C.通常,红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D.植物生长过程中,叶绿体内各种色素的比例会发生变化
8.高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下,叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化,这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现,在适当遮光条件下,叶绿素a/叶绿素b的值会降低,以适应环境。下图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述,正确的是 (　　)
A.缺少微量元素镁时,①②的合成都会受到影响
B.利用纸层析法分离色素时,②应位于滤纸条的最下端
C.与①②不同,类胡萝卜素主要吸收红光
D.弱光下①的相对含量增加有利于植物对弱光的利用
9.如图为某种细胞器的结构模式图,下列叙述错误的是 (　　)
A.结构①的基本骨架是磷脂双分子层
B.结构②的选择透过性与蛋白质的种类和数量有关
C.与光合作用有关的酶只位于结构④中
D.吸收光能的色素分布在结构③上
10.研究表明:强光照射下,为了减少光对叶绿体的损伤,叶绿体在细胞中的位置会发生改变。弱光照射下,为了增加光的吸收,叶绿体在细胞中的位置也会发生调整。图甲为叶肉细胞中叶绿体的分布情况,图乙为扁平椭球形叶绿体的示意图。下列推测错误的是 (　　)
图甲　图乙
A.强光照射下,叶绿体会移动到叶肉细胞的B侧
B.弱光照射下,叶绿体会移动到叶肉细胞的A侧
C.弱光照射下,叶绿体的扁平面侧与光照方向平行
D.强光照射下,叶绿体的扁平面侧与光照方向平行
【能力提升】
1.某同学用薄层层析硅胶板代替定性滤纸,采用薄层层析法对绿叶中色素进行分离。薄层层析硅胶板板面纯白平整,均匀细密,层析所得色素斑点清晰,分离效果较纸层析法更明显。下列叙述错误的是 (　　)
A.该方法与纸层析法遵循相同的分离原理
B.若硅胶板上未出现色素斑点,可能是分离色素时点样处触及层析液
C.实验待测植物种类不同,四种色素斑点在硅胶板上的排列顺序不同
D.点样时无需画滤液细线,只需将滤液点在点样处即可,降低了点样难度
2.(不定项)科研人员以中华蚊母树为实验材料,探究不同提取方法对叶片色素的提取效果,结果如下表。相关叙述正确的是 (　　)
提取方法 叶绿素a/(mg·g-1) 叶绿素b/(mg·g-1) 总叶绿素/(mg·g-1)
方法1(液氮法) 0.55 0.17 0.72
方法2(研磨法) 0.49 0.16 0.65
方法3(浸提法) 0.16 0.13 0.29
A.方法1提取率高与细胞破碎充分、操作时间短有关
B.方法2提取率低是因为研磨和过滤时会损失一定量的色素
C.方法3中可通过增强光照来充分提取色素
D.三种方法都可用无水乙醇溶解色素
3.(2022湖北天门期末)野生型(WT)拟南芥叶片呈深绿色,chup1突变体是某种原因导致的蛋白质失活的变异个体,对野生型拟南芥和chup1突变体进行研究,将二者的叶片分别放在弱光和强光下进行照射(只对叶片中部留出的一条缝隙进行照射,其他部分遮光),1小时后叶片颜色如图一。对叶片中部缝隙处两层叶肉细胞内叶绿体分布进行观察,如图二。
图一 图二
实验分析:对强光照射后的缝隙处变成浅绿色可以有以下两种假设。
(1)第一种假设:叶绿素结构不稳定,强光下可能叶绿素部分分解导致该部位呈浅绿色。该假设可以通过　　　　　　　　　　　　实验进行验证。
实验现象及结果分析:如果强光照射后　　　　　　　　(填颜色)的色素带变窄,则说明该假设正确。
(2)第二种假设:叶绿体在细胞内的位置分布受到动态调控。该假设可以通过图二中的　　　　(填“WT”或“chup1”)组得以证实。
第2课时　光合作用的原理和应用
【基础练习】
1.植物学家希尔发现,将离体叶绿体悬浮液(含H2O,不含CO2)与黄色的高铁盐(Fe3+,作为氧化剂)混合,照光后发现叶绿体有气泡放出,溶液由黄色变成浅绿色(Fe2+);但在遮光条件下,溶液颜色不会发生变化,也没有气泡产生。下列有关叙述正确的是　(　　)
A.该实验说明没有CO2,叶绿体也可以进行光合作用
B.气泡产生过程中同时产生了NADPH
C.遮光条件下混合液中只进行了暗反应
D.上述反应过程发生在叶绿体基质中
2.希尔发现在没有CO2时,给予离体叶绿体光照,就能放出O2,同时使电子受体NADP+还原。在希尔反应的基础上,阿尔农又发现在光下的离体叶绿体,不供给CO2时,既积累NADPH也积累ATP;撤去光照,供给CO2时,NADPH和ATP被消耗,并产生有机物。下列叙述正确的(　　)
A.希尔反应能证明光合作用释放的O2中的O全部来自H2O
B.阿尔农实验能证明NADPH和ATP的形成与叶绿体的基粒有关系
C.阿尔农实验能证明光合作用不需要光也可为有机物的合成提供还原剂
D.阿尔农实验能证明即使没有CO2,光反应阶段也可以进行一段时间
3.如果用18O标记H2O,14C标记CO2,下列有关光合作用的叙述,正确的是　(　　)
A.18O2会首先出现在叶绿体基质中 B.14C转移的途径是14CO2→14C5→糖类
C.产生18O2的同时也会产生NADPH D.14C一定会在光反应产物——ATP中发现
4.如图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图,下列叙述不正确的是 (　　)
A.叶绿素a吸收的光能可在类囊体膜上转化为ATP和NADPH中的化学能
B.CO2不可直接被NADPH还原成糖类
C.被还原的C3在有关酶的作用下,可再形成C5
D.CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转化为C5中的化学能
5.如图表示光合作用的过程,其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的两个阶段,a、b表示相关物质。下列相关叙述正确的是 (　　)
A.物质a表示NADPH B.物质b表示C3
C.阶段Ⅰ在叶绿体基质中进行 D.阶段Ⅱ在黑暗条件下发生
6.正常生长的绿藻,照光培养一段时间后,用黑布迅速将培养瓶罩上,此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是 (　　)
A.ATP/ADP的值减小 B.NADPH/NADP+的值减小
C.CO2的固定加快 D.O2的产生停止
7.用培养液栽培大豆幼苗,提供大豆幼苗生长发育所需的最适条件。当改变条件时,相关叙述正确的是 (　　)
A.减少CO2供应会暂时引起叶绿体中C5/C3的值增大
B.将白光换为相同强度的绿光会暂时引起叶绿体中ATP/ADP的值增大
C.增加光照强度会使大豆幼苗有机物积累速率增加
D.降低培养液中镁的含量后,大豆叶片中叶黄素的相对含量将降低
8.根据光合作用的原理可以知道,光合作用的原料——水、CO2,动力——光能,都是影响光合作用强度的因素。下列叙述错误的是 (　　)
A.光照强度可通过影响光反应而影响光合作用
B.水只能作为光反应的原料来影响光合作用
C.温度可通过影响酶的活性而影响光合作用
D.CO2浓度可通过影响暗反应而影响光合作用
9.现在园艺师们往往将李子、杏等果树修整成主干突出,侧枝层次分明、呈螺旋状均匀着生在主干上的树形。“有空就有枝,有枝就有果”,是对该树形的最佳描述。由此我们可以想到该树形丰产的主要原因是 (　　)
A.提高了对光的利用效率 B.提高了对CO2的利用效率
C.增强了果树的抗病能力 D.增强了果树的呼吸作用
10.农业生产中,农民会采取一些措施来提高农作物的产量。下列增产措施原理描述错误的是 (　　)
A.“正其行,通其风”指的是合理种植,提高O2和CO2流通,加强呼吸作用
B.“玉米带大豆,十年九不漏”描述的是玉米和大豆间作,可以增加光能利用率
C.“小暑不种薯,立伏不种豆”是因为不同的植物体内酶的最适温度条件不同
D.“有收无收在于水,收多收少在于肥”说明了植物的生长和发育过程离不开水和无机盐
11.间作套种是指在同一土地上按照一定的行、株距和占地的宽窄比例种植不同种类的农作物。一般把在同一块土地上几种作物同时期播种的叫间作,不同时期播种的叫套种。间作套种是我国农民的传统经验,是农业上的一项增产措施。以下相关说法正确的是 (　　)
A.为提高光能利用率,单位面积土地种植作物密度越高越好
B.间作组合选种遵循“高矮一致”“胖瘦均匀”的原则,营造通风透光的环境
C.给土壤施加有机肥不仅能够改善土壤性质,还能为作物生长提供能量
D.套种组合选种遵循成熟期“一早一晚”的原则,能够充分利用太阳光能和土地资源
12.硝化细菌广泛存在于通气性较好的土壤中,其部分代谢反应如图所示,下列关于硝化细菌的化能合成作用的描述正确的是 (　　)
A.碳源为葡萄糖 B.培养时需隔绝空气
C.可进行化能合成作用的生物能利用无机物中的化学能 D.硝化细菌是自养生物
【能力提升】
1.如图甲表示某小组在教材实验基础上探究光照强弱对光合作用的影响实验,在光照强度低于最适光照强度的条件下进行,每种光强下设置三组重复实验,表格为实验结果。下列叙述错误的是 (　　)
甲
不同光照强度下金鱼藻每分钟产生的气泡数
光照强度(光照 距离) ①号金鱼藻/(个·min-1) ②号金鱼藻/ (个·min-1) ③号金鱼藻/ (个·min-1) 平均值/ (个·min-1)
强(14 cm) 38 62 40 47
中(28 cm) 16 27 35 26
弱(42 cm) 4 5 21 10
A.3组装置金鱼藻之间的差异属于无关变量
B.将台灯换成装置上方的LED灯可增大光照面积使材料受光一致
C.若金鱼藻释放气泡的速率为0,则可说明金鱼藻不进行光合作用
D.可通过改变NaHCO3溶液的浓度探究CO2浓度对金鱼藻光合强度的影响
2.科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一种植物光合作用强度的影响,得到实验结果如图所示。请据图判断,下列叙述不正确的是 (　　)
A.光照强度为c时,曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同
B.光照强度为c时,曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同
C.光照强度为a~b时,曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高
D.光照强度为a~c时,曲线Ⅰ、Ⅲ光合作用强度随光照强度升高而升高
3.为研究温度对某植物叶片光合速率和呼吸速率的影响,设置系列温度梯度后的研究结果如图,图中的光合速率指叶片固定CO2的速率,呼吸速率指叶片呼吸消耗O2的速率。下列叙述正确的是 (　　)
A.实验中的光照强度最好设置为该植物叶片的光饱和点
B.根据实验结果无法比较该植物叶片光合作用和呼吸作用最适温度的高低
C.将温度从T6调至T5后,该植株叶片的有机物积累速率会减小
D.据图推测,该植物叶片细胞质基质内产生CO2的速率将随温度的升高而增大
4.如图为植物光合作用强度随光照强度变化的曲线图,下列叙述错误的是 (　　)
A.a点时叶肉细胞产生ATP的细胞器只有线粒体
B.b点时植物光合作用强度与细胞呼吸作用强度相等
C.已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃,此图表示该植物处于25 ℃环境中,若将温度提高到30 ℃,则a点上移,b点左移,d点下移
D.当植物缺镁时,b点将右移
5.在呼吸速率最大的温度条件下,某植物叶肉细胞在1 h内,CO2释放量、叶绿体O2产生量与光照强度关系如图所示,下列叙述正确的是 (　　)
A.随着光照增强,叶肉细胞呼吸速率逐渐减弱
B.光照强度为a时,光合速率小于呼吸速率
C.光照强度为b时,叶肉细胞固定CO2量为0
D.降低温度时,O2的最大释放量将小于1
6.甲、乙两种植物CO2吸收量随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题:
(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的　　　 　　　上,该物质主要捕获可见光中的　　　　　　　。
(2)当光照强度大于a时,甲、乙两种植物中,对光能的利用率较高的植物是　　 　。
(3)甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,那么光合速率下降幅度较大的植物是　 　　。
(4)通常,与阳生植物相比,阴生植物光合作用固定与呼吸作用产生的CO2量相等时所需要的光照强度　 　　　(填“高”或“低”)。
7.在光合作用的研究中,能产生除自身需要外多余的光合产物的植物器官称为“源”;必须依赖输入有机物才能满足正常发育的植物器官称为“库”。研究者对库、源关系及其机理进行了研究。
(1)去除部分桃树枝条上的果实,检测其对叶片光合速率等的影响,结果如表。
组别 净光合速率/ (μmol·m-2·s-1) 叶片蔗糖含量/(mg·g-1FW) 叶片淀粉含量/(mg·g-1FW) 气孔导度/(mmol·m-2·s-1)
对照组(留果) 5.39 30.14 60.61 51.41
实验组(去果) 2.48 34.2 69.32 29.70
据表推测,去果(去除果实)处理降低了　 　　(填“库”或“源”)的大小,使叶片中　　　 　　　积累,抑制了光合速率。
(2)测定去果后桃树叶片的光合速率如图所示。结果显示　　　　　　　　　　　　　 　,支持上述推测。
(3)研究发现,叶绿体中淀粉积累会导致　　　 　膜结构被破坏,使光反应为暗反应提供的　　　　减少。保卫细胞中淀粉含量增加会降低气孔开放程度,导致　　　　　　　,抑制暗反应。
(4)结合上述研究可推测,叶片光合产物会被运到果实等器官并被利用,因此去除果实后,叶片光合产物利用量减少,　　　 　增多,抑制了光合速率。
【分析光合作用与细胞呼吸过程中物质及能量变化】
8.如下表示植物光合作用、细胞呼吸中氧的转移过程。下列叙述正确的是 (　　)
H2OO2H2OCO2C3(CH2O)
A.过程①②都有ATP生成
B.过程②③进行的场所相同
C.过程②⑤所需的还原型辅酶全部来源于过程①
D.过程①③⑤都需在生物膜上进行
9.如图是生物体内能量供应与利用的示意图,下列说法正确的是 (　　)
A.①过程所需的色素只分布在类囊体薄膜上
B.H2O在光合作用和细胞呼吸过程中都可被消耗
C.①③中合成ATP所需的能量来源相同
D.动物细胞中,④中的能量可用于肌肉收缩、人的红细胞吸收葡萄糖等生命活动
10.)某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率,做了如图所示实验。在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出),于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1 cm2的叶圆片烘干后称其重量,测得叶片的叶绿体光合速率=(2y-z-x)/6[g/(cm2·h)](不考虑取叶圆片后对叶片生理活动的影响和温度微小变化对叶片生理活动的影响)。则M处的实验条件是 (　　)
A.下午4时后将整个实验装置遮光3小时
B.下午4时后将整个实验装置遮光6小时
C.下午4时后在阳光下照射1小时
D.晚上8时后在无光下放置3小时
11.利用装置甲,在相同条件下分别将绿色植物E、F的叶片制成大小相同的“圆叶”,抽出空气,进行光合作用速率测定。图乙是利用装置甲测得的数据绘制成的坐标图。下列叙述正确的是 (　　)
甲 乙
A.从图乙可看出,植物F适合在较强光照下生长
B.光照强度为1 klx,装置甲中放置植物E叶片进行测定时,液滴向左移动
C.光照强度为3 klx时,E、F两种植物的叶片产生O2的速率相等
D.光照强度为6 klx时,装置甲中E植物叶片比F植物叶片浮到液面所需时间长
12.(不定项)以测定的CO2吸收量与释放量为指标,研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响,结果如图所示。下列分析不正确的是 (　　)
A.两曲线的交点表示光合作用制造有机物的量与呼吸作用消耗有机物的量相等
B.温度高于25 ℃时,光合作用制造的有机物的量开始逐渐减少
C.光照相同时间,20 ℃时植物积累的有机物的量高于25 ℃时
D.光照相同时间,35 ℃时光合作用制造的有机物的量与30 ℃时相等
13.(多选题)将一植株放在密闭玻璃罩内再置于室外一昼夜,获得的实验结果如图所示。下列有关说法错误的是 (　　)
甲 乙
A.图乙中的ab段是由光合作用逐渐增强导致的
B.图甲中的H点对应图乙中的g点
C.图乙中,d点时玻璃罩内的CO2浓度最高
D.经过这一昼夜,植物体的有机物含量会增加
14.某同学将生长旺盛的银边天竺葵(幼叶叶片全绿色,成熟叶片边缘银白色)置于密闭容器内(已知该容器内CO2和O2的初始浓度相等,气体含量相对值为1),在天气晴朗的早6时将该容器移至阳光下,日落后移到暗室中,测得容器中两种气体的相对含量如图所示。请回答下列问题:
注:两条曲线在20时前沿水平虚线上下对称,20时后不对称。
(1)利用银边天竺葵成熟叶片提取叶绿体色素的实验中,对叶片进行　　　　　　　　　　的处理,能够提高提取液中叶绿体色素的含量。
(2)图中在　　 　　　时该植株的光合作用强度等于呼吸作用强度,此时叶绿体中二氧化碳来源是　 。
(3)从6时到8时,影响曲线变化的主要环境因素是　　　　　　,此环境因素对光合作用产生的影响是　　　　　　　　　　　　　 　　　(从光反应与暗反应的关系具体分析)。
(4)相比较17时,20时该植物干重　　　 　　　(填“增多”“减少”或“一样多”)。
(5)分析两条曲线在20时后不对称的原因是　　 　　　　　　。
第4节　光合作用与能量转化 课时练习答案
第1课时　捕获光能的色素和结构
【基础练习】
1.C　干燥处理过的定性滤纸可用于层析,不能用于研磨液过滤,过滤用单层尼龙布,A错误;在画出一条滤液细线后,待滤液干后再重复画线1~2次,B错误;研磨叶片时,用无水乙醇溶解色素,D错误。
2.C　二氧化硅有助于研磨得充分,A正确。分离色素时,不能让滤液细线触及层析液,否则滤液细线中的色素会被层析液溶解,而不能在滤纸上扩散,B正确。提取并分离韭黄叶片色素,结果层析带只有上端叶黄素和胡萝卜素两条色素带,不含叶绿素,原因可能是在避光条件下,叶绿素不能合成,说明叶绿素的合成需要光照;胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,C错误,D正确。
3.D　图中a的操作为剪去滤纸条的两角,其目的是防止层析液在滤纸条两边扩散过快,避免得到的色素带不整齐,A错误;c、d带对应的色素分别为叶绿素b(黄绿色)、叶绿素a(蓝绿色),c、d带宽减小说明滤液中叶绿素含量减少,原因可能是忘记添加碳酸钙,也可能是材料不新鲜,叶绿素含量少,B、C错误;色素f是胡萝卜素,在层析液中的溶解度最大,在滤纸上扩散最快,位于滤纸条的最上方,D正确。
方法技巧　巧记四条色素带的顺序(由上到下)及颜色
　　胡(胡萝卜素)黄(叶黄素)a(叶绿素a)b(叶绿素b)向前走,橙(橙黄)黄蓝(蓝绿)黄(黄绿)颜色留。胡萝卜素最“纤细”,叶绿素a最“宽厚”。
4.C　甲和乙分别为叶绿素b和叶绿素a,主要吸收红光和蓝紫光,丙和丁分别为叶黄素和胡萝卜素,主要吸收蓝紫光,A正确;四种色素均为有机分子,易溶于有机溶剂无水乙醇,B正确;色素在层析液中的溶解度越大,在滤纸条上扩散越快,丁(胡萝卜素)在滤纸条上扩散速度最快,在层析液中溶解度最大,C错误;叶绿素不稳定容易分解,在发黄的菠菜叶中含量显著减少的是甲(叶绿素b)和乙(叶绿素a),D正确。
5.D　未加石英砂,导致研磨不充分,会使色素的提取量减少,①符合题意;一次性加入大量的无水乙醇,会使色素提取液浓度降低,②符合题意;分次加入少量无水乙醇不影响色素的提取,③不符合题意;放置数天的菠菜叶叶片发黄,叶绿素含量减少,提取量也会减少,④符合题意。
6.答案　(1)纸层析法　色素在层析液中溶解度的大小　2　(2)吸收光谱　(3)a　层析液　叶绿素b
解析　(1)图1所示分离色素的方法为纸层析法;分离色素原理是色素在层析液中的溶解度不同,溶解度大的随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢。色素带由上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。(2)不同色素吸收光的种类不同,因此可以通过分析色素溶液的吸收光谱来判断色素带上色素的种类,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。(3)将提取到的滤液滴在滤纸中央的地方,即a处,棉线灯芯下端应浸没在层析液中。棉线灯芯吸取层析液到达点样处,色素在层析液中的溶解度越大,在滤纸上扩散得越快,得到的圆越大。实验最终得到四个不同颜色的同心圆,排列在最内侧的色素是溶解度最小的叶绿素b。
7.C　光合色素的功能是吸收、传递、转化光能,被叶绿体中色素吸收的光能都可用于光合作用,A正确;绿叶中的色素为叶绿素和类胡萝卜素,叶绿素约占3/4,类胡萝卜素约占1/4,B正确;一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光,红外光和紫外光不属于可见光,C错误;植物生长过程中,叶绿体内各种色素的比例是会发生变化的,如秋天叶子变黄,叶绿素分解,色素比例明显改变,D正确。
8.D　由图可判断,①是叶绿素b,②是叶绿素a。元素镁是叶绿素的重要组成成分,故缺少镁时,叶绿素b和叶绿素a的合成都会受到影响,但是镁是大量元素,A错误;利用纸层析法分离色素时,叶绿素b(①)位于滤纸条最下端,B错误;叶绿素b和叶绿素a(①②)主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,C错误;根据题干信息可知,弱光下叶绿素a通过“叶绿素循环”向叶绿素b转化,使①的相对含量增加,以适应弱光环境,增强对光能的利用,D正确。
9.C　结构①②是叶绿体的双层膜结构,基本骨架均为磷脂双分子层,膜的选择透过性与蛋白质的种类和数量有关,A、B正确;与光合作用有关的酶位于③和④中,C错误;结构③为基粒,由类囊体堆叠而成,吸收光能的色素分布在类囊体薄膜上,D正确。
10.C　强光照射下,叶绿体会移动到叶肉细胞的B侧,且扁平面侧与光照方向平行,保证光合作用吸收光能的同时避免强光对叶绿体造成伤害,A、D正确;弱光照射下,叶绿体会移动到叶肉细胞的A侧,且扁平面侧与光照方向垂直,以增加对光的吸收,有利于光合作用,B正确,C错误。
【能力提升】
1.C　题述方法与纸层析法遵循相同的分离原理,即不同色素都能溶解在层析液中,但不同的色素溶解度不同,溶解度大的随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢,A正确;若分离色素时点样处触及层析液,色素溶解于层析液中会导致硅胶板上不出现色素斑点,B正确;不同植物中四种色素在层析液中的溶解度相同,经过层析后在硅胶板上的排列顺序相同,C错误;与纸层析法相比,题述方法点样时无需画滤液细线,只需将滤液点在点样处即可,降低了点样难度,D正确。
2.ABD　液氮可以使叶片迅速冰冻,该方法可以使细胞破碎充分,操作时间短,提取率较高,A正确;方法2通过研磨和过滤,会损失一定量的色素,B正确;方法3通过浸提法提取色素,主要是浸提液的种类和浸提时间影响色素的提取量,增强光照不能充分提取色素,C错误;色素可以溶解于有机溶剂中,可以用无水乙醇溶解色素,D正确。
3.答案　(1)绿叶中色素的提取和分离　黄绿色和蓝绿色　(2)WT
解析　(1)要证明强光照射导致拟南芥叶片中的叶绿素部分分解,从而使被照射的缝隙处变成浅绿色,自变量是光照强度,因变量是叶绿素的含量(可用色素带的宽窄表示色素的含量),可分别对强光和自然光照射的拟南芥叶片进行叶绿体色素的提取和分离。(2)观察图二中拟南芥叶肉细胞中叶绿体分布可知,用强光照射拟南芥叶片,WT组拟南芥叶肉细胞中叶绿体向细胞两侧移动,而chup1组无变化,则通过WT组可证实叶绿体在细胞内的位置分布受到动态调控。
第2课时　光合作用的原理和应用
【基础练习】
1.B　离体叶绿体悬浮液含H2O,不含CO2,离体叶绿体只进行了光反应,没有进行完整的光合作用产生有机物,A错误;光反应产生的气泡为O2,同时产生了NADPH(具有还原性),该过程发生在叶绿体类囊体薄膜上,B正确,D错误;题述实验遮光条件下不能进行光反应,也不能进行暗反应,C错误。
2.D　由于缺少加入CO2的另一组对照实验,不清楚植物光合作用产生的O2中的O是否能来自CO2,A错误;阿尔农发现在光下的离体叶绿体,不供给CO2时,既积累NADPH也积累ATP,但不能说明NADPH和ATP的形成与叶绿体的基粒有关系,B错误;光反应为暗反应提供ATP和NADPH,但合成ATP和NADPH必须要有光照,阿尔农发现在光下的离体叶绿体,不供给CO2时,既积累NADPH也积累ATP,说明即使没有CO2,光反应阶段也可以进行一段时间,不能证明光合作用不需要光也可为有机物的合成提供还原剂,C错误,D正确。
3.C　光反应中,水分解为氧气和H+,H+与NADP+、e-结合形成NADPH,光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上,A错误,C正确;14C转移的途径是14CO2→14C3→(14CH2O),B错误;14CO2参与的是暗反应,不参与ATP的合成,D错误。
4.D　叶绿素a分布在类囊体膜上,叶绿素a吸收的光能可以用于光合作用的光反应阶段,参与ATP和NADPH的合成,在类囊体膜上将光能转化为ATP和NADPH中的化学能,暗反应又将ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中的化学能,A正确;CO2需被固定形成C3,C3被NADPH和ATP还原,在相关酶的作用下形成糖类和C5,B、C正确;CO2的固定是指CO2与C5在酶的催化下合成C3的过程,没有ATP的消耗,D错误。
5.A　由图可知,阶段Ⅰ表示光合作用的光反应阶段,发生在类囊体薄膜上;阶段Ⅱ表示暗反应阶段,发生在叶绿体基质中,原料充足时,暗反应在有光和无光条件下均可进行,C、D错误。光反应中,水的光解产生氧气和H+,H+与NADP+、e-结合形成NADPH(物质a),ADP+Pi+能量 ATP(物质b),A正确,B错误。
6.C　用黑布将培养瓶罩上,没有光照,绿藻不能进行光反应,不再生成ATP、NADPH和O2,则短时间内ATP/ADP、NADPH/NADP+的值减小,A、B、D不符合题意;光反应停止,导致C3的还原受阻,进而导致CO2的固定减弱,C符合题意。
7.A　减少CO2供应会使C3合成速率下降,同时C3的还原正常进行,故短时间内C3相对含量下降,C5/C3的值增大,A正确;光合色素几乎不吸收绿光,将白光换为相同强度的绿光会使光反应减弱,合成的ATP减少,短时间内ATP/ADP的值减小,B错误;达到光饱和点后,增加光照强度不会使大豆幼苗有机物积累速率增加,C错误;镁是组成叶绿素的成分,降低培养液中镁的含量会使大豆叶片中的叶绿素含量下降,从而导致叶黄素相对含量升高,D错误。
8.B　光反应需要在有光的条件下进行,光照强度可通过影响光反应而影响光合作用,A正确;水作为光反应的原料影响光合作用,同时水可影响叶片气孔的开闭,进而影响CO2进入叶片进行暗反应,B错误;细胞内绝大多数化学反应是在酶的催化作用下完成的,酶的活性受温度的影响,温度可通过影响酶活性而影响光合作用,C正确;CO2浓度会因影响CO2的供应量而影响光合作用的暗反应阶段,从而影响光合作用,D正确。
9.A　将果树修整成主干突出,侧枝层次分明、呈螺旋状均匀着生在主干上的树形,可以提高光合作用面积,进而提高果树对光的利用效率,从而达到丰产效果,A正确;果树修剪在一定程度上能够提高对CO2的利用效率,但这不是果树丰产的主要原因,B错误;果树修剪不能改变果树的抗病能力,C错误;如果增强果树的呼吸作用,果树可能会减产,D错误。
10.A　“正其行,通其风”指的是合理种植,提高O2和CO2流通,增加二氧化碳浓度,以加强植物的光合作用,A错误。“玉米带大豆,十年九不漏”描述的是玉米和大豆间作,充分利用了光照资源,增加了光能利用率,B正确。“小暑不种薯,立伏不种豆”强调温度等对植物生长的影响,不同的植物体内酶的最适温度条件不同,C正确。“有收无收在于水,收多收少在于肥”是因为绿色植物的生命活动需要水,水是植物体的重要组成成分,植物体内水分充足时,植株才能保持直立的姿态,叶片才能舒展,有利于光合作用,提高产量;植物的生长需要多种无机盐,无机盐必须溶解在水中才能被植物吸收利用,不同的无机盐功能不同,D正确。
11.D　作物密植要合理,密度过高会导致植物叶片互相遮挡,不能充分进行光合作用,会减产,A错误;间作组合选种遵循“一高一矮”“一胖一瘦”的原则,即高秆作物和矮秆作物搭配,株型松散、枝叶繁茂的作物和株型紧凑、枝叶稀疏的作物搭配,以营造良好的通风透光环境,B错误;施用有机肥可满足植物对N等矿质元素的需要,改善土壤性质,但不能为植物生长提供能量,C错误;套种采用不同生育期的作物,一般来说主种作物成熟稍晚,副种作物成熟略早一些,能够充分利用光照、土壤等条件,D正确。
12.D　土壤中的硝化细菌能进行化能合成作用,将二氧化碳和水合成糖类,且硝化细菌为需氧型细菌,A、B错误;硝化细菌能利用环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物,C错误。
【能力提升】
1.C　题述实验的自变量是光照强度,因变量是金鱼藻产生的气泡数,3组装置金鱼藻之间的差异属于无关变量,A正确;LED灯的照光面积大,光照均匀,所以将台灯换成装置上方的LED灯可增大光照面积使材料受光一致,B正确;金鱼藻释放气泡的速率为0时,金鱼藻光合作用O2产生量可能小于或等于呼吸作用O2消耗量,不能说明金鱼藻不进行光合作用,C错误;NaHCO3能够提供CO2,所以可通过改变NaHCO3溶液的浓度探究CO2浓度对金鱼藻光合强度的影响,D正确。
2.D　曲线Ⅱ和Ⅲ相比,CO2浓度不同,曲线Ⅰ和Ⅱ相比,温度不同,A、B正确;光照强度为a~c时,曲线Ⅰ光合作用强度随光照强度升高而升高,但曲线Ⅲ光合作用强度在光照强度大于a后几乎无变化,D错误。
3.A　题述实验的目的是研究温度对某植物叶片光合速率和呼吸速率的影响,自变量是温度,光照强度为无关变量,应保持相同且适宜,最好设置为植物叶片达到最大光合速率时所对应的最小光照强度,即该植物叶片的光饱和点,A正确;图中光合作用的最适温度为T5,而在该实验温度范围内呼吸速率随着温度的升高而增大,所以光合作用最适温度比呼吸作用最适温度低,B错误;若将温度从T6调至T5,则光合速率会增大,呼吸速率会减小,因此,该植物叶片的有机物积累速率将增大,C错误;根据曲线信息,在一定范围内随着温度的升高,叶片细胞呼吸消耗O2的速率增大,即进行了有氧呼吸,而有氧条件下CO2是在线粒体中产生的,并不在细胞质基质中产生,D错误。
4.C　分析题图,如表所示:
关键点 特征 分析
a点 光照强度为0 细胞只进行呼吸作用,产生ATP的细胞器只有线粒体,此时的O2吸收量可代表呼吸速率
b点 O2吸收量为0 此时植物光合作用强度=呼吸作用强度,此时的光照强度为光合作用的光补偿点
c点 c点后,随光照强度增大,O2释放量不再变化 此时的光照强度为光合作用的光饱和点,对应的O2释放量代表最大光合速率
根据以上分析,A、B正确。温度从25 ℃提高到30 ℃后,光合作用强度减小,d点上移,呼吸作用强度增大,a点上移;b点时,植物光合作用强度=呼吸作用强度,由于光合作用强度减小,呼吸作用强度增大,因此,需增大光照强度以提高光合作用强度,才能实现植物光合作用强度=呼吸作用强度,所以b点右移,C错误。当植物缺镁时,光合作用强度减小,因此b点将向右移动,D正确。
5.B　分析题图,CO2释放量=呼吸作用CO2产生量-光合作用CO2固定量=呼吸速率-光合速率。随着光照增强细胞呼吸速率并不会减弱,但光合速率会在一定范围内增大,使CO2的释放量减少,A错误。光照强度为a时,CO2释放量>0,即仍有部分CO2释放到细胞外,说明细胞呼吸速率>光合速率,B正确。光照强度为0时,细胞只进行呼吸作用,据图可知呼吸作用CO2产生量为8;光照强度为b时,CO2释放量为0,即叶肉细胞呼吸作用CO2产生量=光合作用CO2固定量=8,C错误。叶绿体O2产生量即光合作用O2产生总量=光合速率,O2的释放量=光合作用O2产生量-呼吸作用O2消耗量;题图是在呼吸速率最大的温度条件(细胞呼吸最适温度)下测定的,降低温度时,细胞呼吸速率减弱,呼吸作用O2消耗量减少,但此时不清楚光合作用O2产生量受温度影响的情况,因此无法判断O2的最大释放量,D错误。
6.答案　(1)类囊体薄膜　红光和蓝紫光　(2)甲　(3)甲　(4)低
解析　图中CO2吸收量为植物从外界吸收的CO2量=光合作用CO2固定量-呼吸作用CO2产生量。CO2吸收量为0时,光合速率=呼吸速率,此时的光照强度是植物的光补偿点。由图可知,甲植物的光补偿点大于乙植物的光补偿点,且随着光照强度的增大,甲植物的CO2吸收量上升较乙快,且曲线逐渐高于乙植物,推测甲植物是阳生植物,乙植物是阴生植物。(2)当光照强度大于a时,与乙植物相比,甲植物的CO2吸收量明显增加,说明甲植物对光能的利用率较高。(3)由图可知,甲植物受光照影响较明显,在低光照强度下,光合速率下降幅度较大的植物是甲。(4)光合作用固定与呼吸作用产生的CO2量相等时的光照强度为光补偿点。通常情况下,阳生植物的光补偿点与光饱和点都比阴生植物高。
7.答案　(1)库　蔗糖、淀粉　(2)随着去除果实百分率的提高,叶片光合速率逐渐下降　(3)类囊体/基粒　ATP、NADPH　CO2供应减少　(4)积累量
解析　(1)果实作为光合产物或营养物质的储存部位被称为“库”。据表分析,实验组去除部分桃树枝条上的果实,与对照组相比,其叶片的净光合速率降低,而蔗糖和淀粉含量增加,可推测去果处理降低了“库”的大小,进入“库”的光合产物减少,使叶片中蔗糖和淀粉积累,进而抑制了光合速率。(2)据图可知,随着去除果实百分率的提高,叶片光合速率逐渐下降,说明去果会影响光合速率,进一步验证了上述推测。(3)光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜。研究发现,叶绿体中淀粉积累会导致叶绿体类囊体膜结构被破坏,进而使光反应产生、供暗反应使用的NADPH和ATP减少。保卫细胞中淀粉含量增加会降低气孔导度,使CO2吸收减少,即CO2供应减少,抑制了CO2的固定过程,进而抑制暗反应,最终导致光合速率下降。(4)结合上述研究可推测,叶片光合产物会被运到果实等器官并被利用,因此去除果实后,叶片光合产物利用量减少,积累量增多,抑制了光合速率。
8.A　由氧的转移过程可知,①是光反应阶段,②是有氧呼吸的第三阶段,③是有氧呼吸的第二阶段,④为暗反应阶段中CO2的固定,⑤表示暗反应阶段中C3的还原。光反应、有氧呼吸的第三阶段都有ATP生成,A正确;有氧呼吸第三阶段发生在线粒体内膜上,有氧呼吸第二阶段发生在线粒体基质中,B错误;有氧呼吸第三阶段所需的还原型辅酶Ⅰ来源于有氧呼吸的第一、二阶段,暗反应中C3的还原所需的还原型辅酶Ⅱ来源于光反应,C错误;光反应在类囊体薄膜上进行,有氧呼吸第二阶段在线粒体基质中进行,暗反应C3的还原在叶绿体基质中进行,D错误。
9.B　图中①是光反应阶段,②是暗反应阶段,③是有氧呼吸,④是ATP的利用。有些原核生物没有类囊体薄膜,但含有进行①光反应过程所需的色素,如光合细菌,A错误;在光合作用的光反应阶段H2O光解产生O2,在有氧呼吸过程中丙酮酸与H2O反应产生CO2,B正确;①光反应中合成ATP所需的能量是光合色素吸收的光能,③细胞呼吸中合成ATP所需的能量是有机物分解释放的化学能,C错误;人的红细胞吸收葡萄糖属于协助扩散,不消耗能量,肌肉收缩消耗能量,D错误。
10.B　上午10时到下午4时之间的6个小时,植物既进行光合作用,也进行呼吸作用,叶圆片重量变化表示的是净光合作用量,则净光合速率=净光合作用量÷6=;计算总光合速率时,要知道净光合速率和呼吸速率,测定呼吸速率要在黑暗条件下进行,设M处的实验条件是下午4时后将整个实验装置遮光n小时,此时叶片只进行呼吸作用,则呼吸速率=;根据呼吸速率=总光合速率-净光合速率,即=-,解得n=6。
11.B　分析图甲:装置中CO2缓冲液能够为叶片光合作用提供稳定的CO2,保证装置中CO2含量的相对稳定,因此装置中气体量变化为O2含量的变化。分析图乙:曲线F所代表的植物的光补偿点和光饱和点均较曲线E低,因此,植物F适合在较弱光照下生长,A错误。将装置甲置于光下,在光照强度为1 klx时,植物E叶片的O2释放量为负值,即叶片需要从外界吸收O2,装置甲中气压减小,液滴向左移动,B正确。净光合速率(单位时间内的O2释放量)=总光合速率(单位时间内叶绿体产生O2的量)-呼吸速率(黑暗条件下单位时间内消耗O2的量);当图乙中光照强度为3 klx时,E植物叶片光合作用产生氧气的速率=10+20=30[mL/(10 cm2·h)],而F植物叶片光合作用产生氧气的速率=10+10=20[mL/(10 cm2·h)],即E、F两种植物的叶片产生氧气的速率不等,C错误。光照强度为6 klx时,E植物叶片净光合速率大于F植物叶片,E植物叶片释放的O2更多,即细胞间充满的O2较多,因此装置甲中E植物叶片比F植物叶片浮到液面所需时间短,D错误。
12.ABC　总光合速率、净光合速率、呼吸速率的表示方法,如下表所示:
净光合速率 光照下CO2的吸收量、植物有机物的积累量
总光合速率 植物光合作用制造有机物的量
呼吸速率 黑暗中CO2的释放量、植物有机物的消耗量
根据以上分析可知,两曲线交点表示净光合速率=呼吸速率,即光合作用有机物积累量=呼吸消耗有机物的量,A错误。30 ℃时,净光合速率为3.5 mg/h,呼吸速率为3.0 mg/h,则总光合速率为3.5+3.0=6.5(mg/h);35 ℃时,净光合速率为3.0 mg/h,呼吸速率为3.5 mg/h,则总光合速率为3.5+3.0=6.5(mg/h);根据以上分析可知,30 ℃与35 ℃光合作用制造有机物的量相等,由此可推知温度高于25 ℃时,光合作用制造的有机物的量不是逐渐减少的,B错误,D正确。25 ℃时,光照下CO2的吸收量最大,即净光合速率最大,此时植物有机物积累量最大,C错误。
13.AB　分析图甲和图乙,得到下表:
关键点或段 特征 分析
图甲 AD段、 HI段 密闭玻璃罩内CO2浓度上升 呼吸速率>光合速率
DH段 密闭玻璃罩内CO2浓度下降 呼吸速率<光合速率
D点 密闭玻璃罩内CO2浓度最高 呼吸速率=光合速率(净光合速率为0)
H点 密闭玻璃罩内CO2浓度最低
图乙 d点、h点 植物不吸收CO2,也不释放CO2 呼吸速率=光合速率(净光合速率为0)
f点 植物CO2吸收较少 可能是光照过强导致部分气孔关闭
图乙中的ab段CO2释放速率减小,是因为夜间低温导致呼吸速率下降,此时细胞不进行光合作用,A错误。结合题图中的时间和表格分析可知,图甲中的H点对应图乙中的h点,B错误。图乙中,d点之前,植物呼吸作用速率>光合作用速率,因此玻璃罩内的CO2浓度一直上升;d点时光合速率=呼吸速率,此时玻璃罩内的二氧化碳浓度最高;此后随着光照继续增强,光合速率>呼吸速率,二氧化碳浓度下降,C正确。密闭玻璃罩内CO2浓度I点低于A点,表明经过这一昼夜,密闭容器中CO2的含量减少,则植物体中的有机物含量增加,D正确。
14.答案　(1)剪去银白边和叶脉并剪碎叶片　(2)8和17　从外界环境吸收(或从密闭容器内吸收)和呼吸作用释放　(3)光照强度　光反应向暗反应提供的ATP和NADPH较少,使暗反应中C3的还原受到抑制　(4)减少　(5)叶肉细胞不进行光合作用,植物细胞既进行有氧呼吸,也进行无氧呼吸
解析　分析题图,得到下表:
时间 分析植株的呼吸作用强度和光 合作用强度的关系
6时至8时 呼吸作用强度>光合作用强度
8时 光合作用强度=呼吸作用强度
8时至17时 呼吸作用强度<光合作用强度
17时 光合作用强度=呼吸作用强度
17时后 光合作用强度<呼吸作用强度
图中在8时、17时该植株的光合作用强度=呼吸作用强度,即该植株含叶绿体的细胞的光合作用强度=该植株所有细胞的呼吸作用强度,则对于含叶绿体的细胞而言,光合作用强度大于呼吸作用强度,因此叶绿体中二氧化碳的来源是从外界环境吸收(或从密闭容器内吸收)和呼吸作用释放。(3)从6时到8时,光合作用强度<呼吸作用强度,但光合作用在逐渐增强,因此6时到8时影响曲线变化的主要环境因素是光照强度。此时间段光照强度较弱,光反应向暗反应提供的ATP和NADPH较少,使暗反应中C3的还原受到抑制。(4)17时植株光合作用强度=呼吸作用强度,此后光照强度逐渐减弱,直至消失,光合作用强度<呼吸作用强度,说明17时植物有机物积累量最大,即干重最大。
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生物（人教版）
高中生物 必修一
第五章 细胞的能量供应和利用
第4节 光合作用与能量转化
正常幼苗能进行光合作用制造有机养料。
正常苗
白化苗不能进行光合作用，无法制造有机养料。
白化苗
课堂导入
玉米中有时会出现白化苗,图中是白化苗和正常玉米苗的比较，白化苗由于不能进行光合作用，待种子中的营养成分消耗完后就会死亡，这说明光合作用离不开色素的作用。那么，绿叶中与光合作用有关的色素和结构有哪些呢？它们有什么特点和功能呢？
课堂导入
0
（一）捕获光能的色素
绿叶中有哪些色素呢？
它们分别是什么颜色呢？
各种色素在绿叶中的含量相同吗？
怎么办？
实验——绿叶中色素的提取与分离
①提取：色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以可用无水乙醇提取色素。
1、实验原理：
2、目的要求：
1.进行绿叶中色素的提取和分离；
2.探究绿叶有几种色素
3、选材：
新鲜的幼嫩的绿叶（色素含量高）
如菠菜叶、棉花叶、洋槐叶等。
②分离：不同色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的色素随层析液在滤纸上扩散得快；反之，则慢。
实验——绿叶中色素的提取与分离
（1）提取绿叶的色素
取材：5g的绿叶，剪碎，放入研钵中。
材料用具：
新鲜的绿叶、滤纸、无水乙醇、二氧化硅、碳酸钙、层析液等
4、步骤：
二氧化硅：有助于研磨得充分。
研磨
碳酸钙：可防止研磨中色素被破坏。
5-10mL无水乙醇：溶解色素、从而提取色素
迅速充分研磨：使色素分子更充分的溶于无水乙醇，防止乙醇挥发影响实验。
（注意：无水乙醇可用体积分数为95%的乙醇+无水碳酸钠代替）
实验——绿叶中色素的提取与分离
（1）提取绿叶的色素
过滤：
4、步骤：
收集：
单层尼龙布（不能用滤纸）
棉塞塞紧试管：防止空气中氧气破坏提取的色素分子。
01
实验——绿叶中色素的提取与分离
（2）分离色素（纸层析法）
铅笔线
画铅笔细线
制备滤纸条
干燥的、长宽略小于试管的滤纸条
画滤液细线
取滤液：吸管吸取少量滤液
一端剪两角：使层析液在滤纸条上扩散速度均衡，得到清晰整齐的色素带
1cm处铅笔画线（不可用油性笔）
画滤液细线：（细、直、齐）有利于得到清晰整齐的色素带
干后 重复 画：为了增加色素含量
实验——绿叶中色素的提取与分离
分离色素
加层析液（石油醚+丙酮+苯组成）
放滤纸条：不能触及层析液，防止色素被层析液溶解，不能在滤纸条上扩散。
层析液
培养皿
棉塞塞紧试管：因为层析液成分有毒且易挥发。
（通风进行）
5.观察和记录
（1）观察滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？说明什么：
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）
排序从上到下：
类胡萝卜素
叶绿素
溶解度（上→下）：胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素ａ＞叶绿素ｂ
说明：
5.观察结果和分析
（2）观察滤纸条上的色带其宽窄如何？说明了什么？
宽窄：
叶绿素a色素带最宽，
胡萝卜素色素带最窄。
说明：
绿叶中四种色素的含量不同，
叶绿素a最多，胡萝卜素最少。
含量（宽窄）：叶绿素ａ＞叶绿素ｂ＞叶黄素＞胡萝卜素
叶绿体中的色素
叶绿素
类胡萝卜素
叶绿素a(蓝绿色)
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（ 橙黄色）
叶黄素（黄 色）
（3/4）
(1/4)
（扩散速度最快）
（最窄）
（最宽）
（扩散速度最慢）
5.观察结果和分析
滤纸条上的色素带说明了绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散的快慢也不同，同时由于4种色素的颜色不同，也说明不同色素吸收了不同波长的光。
四种色素对光的吸收
叶绿素溶液
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
类胡萝卜素溶液
四种色素对光的吸收
类胡萝卜素：吸收蓝紫光
叶绿素：吸收蓝紫光和红光
叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱
四种色素对光的吸收
01
实验——绿叶中色素的提取与分离
叶绿素a和合叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
注：因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片才呈现绿色。
结论：
分析：
由于叶绿素的含量大大超过类胡罗卜素，而使类胡罗卜素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色
由于叶绿素比类胡罗卜素易受到低温的破坏，秋季低温使叶绿素大量破坏，而使类胡罗卜素的颜色显示出来
为什么许多植物到了秋天叶子会变黄？
为什么大多植物的叶片是绿色的？
叶绿体中的色素
叶绿素
类胡萝卜素
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（ 橙黄色）
叶黄素（黄 色）
（3/4）
(1/4)
（扩散速度最快）
（最窄）
（最宽）
（扩散速度最慢）
5.观察结果和分析
蓝紫光
蓝紫光和红光
4种色素的功能：都可吸收、传递、转化光能
(1) 收集到的滤液绿色过浅的原因分析
①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇,提取浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
(2)滤纸条色素带重叠的原因分析。
①滤液细线不直,重复画线时细线不重叠。
②滤液细线过粗。
(3)滤纸条看不见色素带的原因分析
①忘记画滤液细线。
②滤液细线接触到层析液，且时间较长色素全部溶解到层析液中。
③用水进行绿叶中色素的提取。
绿叶中色素提取和分离的异常现象分析
（二）叶绿体的结构适于进行光合作用
这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的四种色素就分布在类囊体薄膜上。
（想一想：）
叶绿体内有如此多的基粒和类囊体，有什么作用？
极大地扩展了受光的面积。
光合作用的场所（实验）
叶绿体的功能：
内膜
外膜
基粒
类囊体腔
基质
现象：装片中需氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中。
现象：装片中需氧细菌分布在叶绿体所有受光的部位。
结论：氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。
1880年，恩格尔曼的实验（一）
现象：用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
结论：叶绿体中的色素主要通过吸收红光和蓝紫光来进行光合作用。
蓝紫光
红光
1880年，恩格尔曼的实验（二）
思考·讨论1、恩格尔曼第一个实验的结论是什么？2、恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？3、在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？4、综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？恩格尔曼第一个实验的结论是：氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。实验材料选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用需氧细菌可确定释放氧气多的部位；没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果，等等。这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于需氧细菌在此区域分布。叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。二、拓展应用1、有关。不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光所形成的，即红藻反射出红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是短波长的光，因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方。2、与传统生产方式相比，植物工厂生产蔬菜可以精确控制植物的生长周期、生长环境、上市时间等，但同时面临技术难度大、操控要求高、需要掌握各种不同蔬菜的生理特性等问题。(共17张PPT)
光合作用的原理和应用
第五章 第四节
01
02
04
03
01
04
问题：捕获光能的色素所吸收的光能在光合作用中是如何起作用的
离体的叶绿体悬浮液
铁盐
（或其他氧化剂）
O2
希尔反应
光合作用的探究历程
离体的叶绿体悬浮液
铁盐
（或其他氧化剂）
O2
希尔反应
问：能否说明产生的氧气中的氧元素全部来自于水？
鲁宾和卡门实验
O2
18O2
C18O2
H2O
CO2
H218O
光照射下的小球藻悬浮液
阿尔农实验
1954年，阿尔农等用离体的叶绿体做实验：在给叶绿体照光时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi等物质时，体系中就会有ATP出现。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
该实验说明在光下还进行了什么反应
合成了ATP，反应式：
ADP＋Pi ＋能量 ATP
酶
光反应阶段模型构建
H2O
类囊体膜
反应场所
光反应阶段模型构建
H2O
类囊体膜
酶
反应条件
光反应阶段模型构建
H2O
类囊体膜
酶
能量转化
Pi ＋ADP
ATP
反应式：
ADP＋Pi ＋能量 ATP
酶
H2O
类囊体膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
H+
光反应阶段模型构建
反应产物
反应式：2H2O O2 + 4H+
反应式：NADP++H+ NADPH
H2O
类囊体膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
H+
光反应阶段模型构建
光反应的概念
光反应阶段：光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫光反应阶段
ATP
光合作用产生的有机物又是怎样合成的？
ATP能否作为生物体的储能物质？
光反应中能量是怎样转化的？
1
1
2
3
光能转化为化学能
ATP是高能磷酸化合物，不稳定易分解，ATP是细胞生命活动的直接供能物质
ATP与ADP相互转化，在生物体中的含量是微量的
卡尔文实验
光合作用产生的有机物又是怎样合成的？
20世纪40年代，卡尔文等用小球藻（一种单细胞的绿藻）做的实验：用经过14C标记的14CO2 ，证明了CO2是如何转化为有机物中的碳。
即卡尔文循环的发现。
暗反应
定义：光合作用的第二个阶段中的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫做暗反应阶段
能量转化
反应地点：叶绿体基质
反应条件：暗反应是不是只能在无光的条件下进行？
卡尔文循环
（CHO2）
2C3
C5
CO2
CO2
的固定
NADPH
ATP
NADP+
ADP+Pi
光能 叶绿体
6CO2+12H2O 6（CH2O）+6O2+6H2O
光合作用的概念
光反应
光能 叶绿体
6CO2+12H2O 6（CH2O）+6O2+6H2O
光合作用的概念
光反应
暗反应
课后思考
绿叶海蜗牛属软体动物腹足纲腹足目的一种囊舌类海洋软体动物。却能够像植物一样进行光合作用，请查阅相关资料解释其原因。
感谢大家

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