资源简介

第五章
第4节
能量之源──光与光合作用
导学案
一、
学习目标
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
二、教学重点和难点
1.学习重点
（1）绿叶中色素的种类和作用。（2）光合作用的发现及研究历史。
（3）光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系。（4）影响光合作用强度的环境因素。
2.学习难点
（1）光反应和暗反应的过程。（2）探究影响光合作用强度的环境因素
三、学习过程
【自主探究】
第一课时：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）实验原理：
利用
提取绿叶中
( http: / / www.21cnjy.com )的色素，绿叶中的色素都能溶解在层析液中，但他们在层析液中的
不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散的
，反之则慢；在研磨绿叶时要加入少许
和
，其中前者有助于研磨充分，后者可防止研磨中
。
（2）实验材料：
的绿叶
（3）实验步骤：
称取5g绿叶剪碎，放入研钵中
研磨，加少许
和
，
提取叶绿体中的色素：
加10ml
，快速充分研磨。
将
进行过滤，将滤液收集
到试管中，及时用
将试管口塞严。
制备滤纸条：取约6cm×1cm的滤纸条，在一端剪去
两个角，并在距离这端1cm处用铅笔画一
条细的横线。
画滤液细线：用毛细吸管吸取少量滤液，沿画铅笔线均匀
地划一细线、干燥后重复画2—3次。
分离绿叶中的色素：
纸层析法：将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）插入
中，注意：不要让滤纸上的
触及到层析液。
观察结果：滤纸条上色素带有四条，分别是（由上到下）
色的
、
色的
、
色的
、
色的
,色素带最宽的是
，色素带最窄的是
，两条色素带间距离最远的是
和
请在上图的滤纸条上画出四条色素带的位置。
（4）请根据实验完成下列探究：
①加入SiO2、CaCO3的作用是什么？
②研磨时为什么要迅速而充分？
③将滤液收集到试管中后，为什么要用棉塞将试管口塞严？
④画滤液细线时应注意什么？
⑤为什么不能让滤液细线触及层析液？
⑥滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？宽窄如何？这说明了什么？
2、色素的种类
(蓝绿色)
（约占3/4）
(黄绿色)
主要吸收
绿叶
中的
色素
(橙黄色)
（约占1/4）
（黄色）
主要吸收
3、叶绿体的结构
①叶绿体的形态：呈扁平的
或
②叶绿体的结构：包括
、
、
和
。其中，每个基粒是由一个个圆
( http: / / www.21cnjy.com )饼状的
而成，这些囊状结构称为
，吸收光能的色素分布于
，与光合作用有关的酶分布在
。
③叶绿体的作用：叶绿体是
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场所，它内部的巨大膜面积，不仅分布着
，还有许多
。
【随堂小测1】--------【我相信，我能得满分】
1、在进行叶绿素提取和分离的实验时，不能让层析液没及滤液细线的原因是
A.
滤纸上几种色素会扩
( http: / / www.21cnjy.com )散不均影响实验效果
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，使实验结果不明显
D.滤纸上的几中色素会混合起来不分散
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
A．叶绿素a、蓝绿色
B．叶绿素b、黄绿色
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．用纸层析法将绿叶中色素进行分离,在滤纸条上出现的最窄的一条色素带的颜色是
A．黄色
B．橙黄色
C．黄绿色
D．蓝绿色
第二课时：光和作用的原理和应用
一．光合作用的概念分析：
光合作用是指
。
【自主学习一】
1.场所：绿色植物的
中。2.能量来源:
。
3.反应物：
。
4．产物：
。
5．实质：
有机物，
能量。
6．光合作用的反应式是：
二．光合作用的探究历程
发现者
时间
实验
结论
普利斯特利
小鼠与
放在同一个玻璃罩内小鼠没有窒息而死
植物可以
英格豪斯
500多次植物更新空气实验
植物只有绿叶在
下，才能更新空气
R.梅耶
根据能量转换和守恒定律
光合作用把光能转换成
储存起来
萨克斯
绿色叶片→
→叶片一半曝光→碘蒸汽处理→颜色变化（蓝色出现）
植物叶片在光合作用中产生了
恩格尔曼
利用水绵在不同光照条件下对
分布的影响
氧气是
释放出来的，
是光合作用的场所。
鲁宾、卡门
向绿色植物提供H218O、C18O2，释放的氧气是
光合作用释放的氧气全部来自于
卡尔文
用
标记CO2
探明了CO2转化成有机物的途径
【合作探究一】
1、萨克斯在实验前为什么要将植物放在黑暗环境下处理一定的时间？
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？
三．光合作用的过程
1．写出各标号的名称：
①_____
__
②__
_____
③__
_____
④___
_____
⑤_______
⑥____
___
⑦______
_
⑧_____
_
⑨________
_
2．光反应为暗反应提供了［
］和［
］（只填序号）。
3．光反应和暗反应的场所分别是叶绿体的__________________和_________________
4、能量的转移途径：
碳的转移途径：
5.光合作用的总反应式：
【合作探究二】
1、比较光合作用的光反应及暗反应两阶段
光反应
暗反应
区别
反应场所
反应条件
需要光照、色素、酶和水
酶、CO2、、［H］和ATP
物质变化
①水的光解：H2O
+
②ATP的合成：
①CO2的固定：
CO2+C5
2C3②C3的还原：
C3
（CH2O）+C5③ATP分解
：
能量变化
→ATP中
→有机物中
实质
光能转变为化学能并释放氧气
同化CO2形成（CH2O），贮存化学能
联系
①光反应为暗反应的进行提供
和
。②暗反应为光反应的进行提供
和
。总之，光反应和暗反应既相互制约又紧密联系，是缺一不可的整体。
2.光照与CO2浓度变化对植物细胞内C3、C5、［H］、ATP、（CH2O）合成量的影响（空格内填写增加或、减少或没有）
条件
C3
C5
［H］和ATP
（CH2O）合成量
停止光照CO2供应不变
突然光照CO2供应不变
光照不变减少CO2供应
光照不变增加CO2供应
【自主学习二】
四．光合作用原理的应用
1.光合作用强度
（1）概念：植物在
内通过光合作用制造
的数量。
（2）表示方法：用一定时间内
或
的数量来定量表示。
2.影响因素
（1）空气中
浓度；
（2）土壤中
；
（3）光照的强度以及光的成分；
（4）
的高低。
3．探究“光照强度对光合作用的影响”
（1）提出问题：
（2）作出假设：在一定光照强度范围内，光照越强，光合作用越强。
（3）设计实验：材料用具：打孔器、注射器、40W台灯、烧杯、绿叶（如菠菜叶）
实验用的小圆叶片必须排出
，待其沉入水底，放入
处盛有清水的烧杯中，水中必须富含
，进行不同强度的光照，观察记录同一时间段内
。
（4）进行实验：打出小圆形叶片30片→抽出叶内气体→小圆形叶片沉入水底备用→对照实验及结果：
小圆形叶片
加富含CO2的清水
光照强度
叶片浮起数量
甲
10片
20ml
强
乙
10片
20ml
中
丙
10片
20ml
弱
（５）分析结果，得出结论：在一定范围内，随着
不断增强，　　　　
　　　　　也不断增强。
（６）表达交流：
【自主学习三】
五．化能合成化作用
1．概念：利用体外环境中的某些
氧化时所释放的能量来
。
例如硝化细菌，能利用氧化
释放的化学能将
合成糖类，供自身利用。
硝化细菌进行化能合成化作用的过程：
2
NH3+3
O2
亚硝化细菌
2
HNO2
+
2
H2O
+
能量
2
HNO2
+
O2
硝化细菌
2
HNO3+
能量
CO2
+
H2O
能量
(CH2O)
+
O2
除此以外，还有硫细菌、铁细菌等微生物也进行化能合成化作用。
2．自养生物：能将无机环境中的
转化为有机物的生物。其中有进行
的生物，如绿色植物；有进行
的生物，如硝化细菌、硫细菌、铁细菌。
异养生物：只能利用环境中
来维持自身的生命活动，如人、动物、真菌及大多数细菌。
【随堂小测2】--------【我相信，我能得满分】
1．普里斯特利把一只小白鼠和一盆植物一
( http: / / www.21cnjy.com )同放到一个玻璃罩内，结果小白鼠和植物都能存活很长时间，但后来有人重复这个实验，有的成功，有的却不能成功，以下关于这一现象的说法，不正确的是（
）
A.该实验并不科学，没有可重复性
B.该实验的成败与否，要看是否将装置置于阳光下
C.该实验说明光合作用释放的氧与小白鼠需要的氧达到了平衡
D.该实验说明光合作用需要的CO2
与小白鼠呼出的CO2达到了平衡
2．为了增强室内绿色蔬菜的光合作用，应选用哪种颜色的塑料薄膜
（
）
A、蓝紫色
B、红色
C、绿色
D、白色
3）．光合作用实质是
（
）
A．把二氧化碳转变成ATP
B．产生化学能，贮藏在ATP中
C．把光能转变成化学能，贮藏在ATP中
D．无机物转变成有机物，光能转变成化学能
4
A．把二氧化碳和水转变成有机物
B．把光能转变成化学能
C．全过程都必须在光下进行
D．有氧气放出
5．光合作用释放的氧和生成的有机物中的氧分别来自
（
）
A．C02、H20
B．H2
O、C02
C．H20、H20
D．CO2、C02
6．光合作用和呼吸作用过程中[H]产生在
（
）
①光合作用的光反应阶段
②光合作用的暗反应阶段
③呼吸作用的第一、第二阶段
④呼吸作用的第三阶段
A．①②
B．②③
C．①③
D．③④
【知识拓展】
1．光合作用速率
（1）表示方法：通常以一定时间内CO2等原料的消耗或O2、（CH2O）等产物的生成量来定量表达。
①净（表观）光合速率，常用O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量来表示。
②真正(实际)光合速率，常用O2产生量、CO2固定量或有机物的产生量来表示。
（2）测定方法
①呼吸速率：将植物置于黑暗中，测定容器内的CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。
②净光合速率：将植物置于光下，测定容器内O2增加量、CO2减少量或有机物增加量。
（3）净光合速率与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
( http: / / www.21cnjy.com )况下，OA段代表植物呼吸速率，OD段表示植物净光合速率，OA+OD段表示真正光合速率，它们的关系为：真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。
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2.影响光合作用的因素
（1）光照
①
光照时间：光照时间越长，产生的光合产物越多。
②光质：复色光（白光）下，光合速率最快；单色光中，红光下光合速率最快，蓝紫光次之，绿光最差。
③光照强度：在一定范围内，增加光照强度可提高光合作用速率，但光强增加到一定强度，光合作用速率不再加快。
曲线分析：
A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，其单位时间内释放的CO2量，可表示此时的细胞呼吸速率。
AB段：表示随光照强度加强，光合作用逐渐
( http: / / www.21cnjy.com )加强，
CO2的释放量逐渐减少，因为有一部分用于光合作用；到B点时，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合速率=细胞呼吸速率，称B点为光补偿点（植物白天光照强度应在光补偿点以上，植物才能正常生长）
BC段：表明随光照强度不断加强，光合速率不断增大，到C点以后不再加强了。C点为光饱和点。
应用：
阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，如上图虚线所示。间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的配置、合理采伐、冬季温室栽培等都与光补偿点有关。
（2）CO2的浓度
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浓度增大而加快，但CO2达一定浓度时，光合速率不再增加。
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点和B’点都表示的饱和点。
图1
图2
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，提高光能利用率。
(3)温度
温度通过影响酶活性来影响光合速率。在一定范围内随温度升高，光合速率增大；温度过高会使酶活性下降，从而使光合速率减小。
曲线分析：
图甲
图乙
光合作用是在酶的催化下进行的
( http: / / www.21cnjy.com )，温度直接影响酶的活性。AB段随温度的升高光合速率逐渐加强；至B点时达到最大；BC段表示随温度的升高，光合速率快速下降，直至光合作用完全停止。
应用：
冬天，温室栽培可适当提高温度；夏天温室
( http: / / www.21cnjy.com )栽培又可适当降低温度。白天，适当提高温度，以提高光合速率；夜间，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。
（4）水分
①影响：
水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质。另外，水还影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体，所以水对光合作用影响很大
。
②应用：根据作物的需水规律合理灌溉。
（5）矿物质元素
矿质元素会直接或间接
( http: / / www.21cnjy.com )影响光合作用。N、Mg、Fe、Mn等是合成叶绿素的必需元素；K、P等参与碳水化合物代谢；P参与叶绿体膜的构成及光合作用中间产物的转变和能量传递
。
①曲线分析：
在一定浓度范围内，增大必需元素的供应，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。
应用：根据作物的需肥规律，适时适量增施肥料，可提高农作物产量。
（6）叶龄
①曲线分析：
随幼叶的不断生长，光合作用逐渐增强，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含量有关。
②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，都是根据此原理，可降低细胞呼吸消耗有机物。
【提能训练】
1．生长于较弱光照下的植物，当提高
CO2浓度时，其光合作用并未随之增强，主要限制因素是（
）
A．呼吸作用
B．光反应
C．暗反应
D．呼吸作用和暗反应
2．下图表示3株脱淀粉（经充分“饥饿处
( http: / / www.21cnjy.com )理”）的同种相似植株放在不同的密封钟罩内给予充分的光照，以下关于本实验目的和原理的叙述中最准确的是（
）
A．证明光合作用的速率随CO2浓度的增大而增大；NaOH
吸收CO2
B．证明光合作用必需条件是CO2；NaHCO3不能吸收CO2
C．证明过多的CO2阻碍光合作用；NaOH能吸收CO2
D．证明NaOH能促进光合作用；NaHCO3不能吸收CO2
3．在水稻叶肉细胞的细胞质基质、线粒体基质、叶绿体基质中产生的代谢产物分别是（　）
A．二氧化碳、丙酮酸、糖类

B．丙酮酸、葡萄糖、二氧化碳
C．丙酮酸、二氧化碳、糖类

D．葡萄糖、丙酮酸、二氧化碳
4．绿色植物的光合作用和硝化细菌的化能合成作用相比，不同之处在于（　　）
A．同化类型不同
B．异化类型不同
C．利用的能源不同
D．利用的碳源不同
5．将某绿色植物放在特定的实验装置中，研究
( http: / / www.21cnjy.com )温度对光合作用与呼吸作用的影响(其余的实验条件都是理想的)，实验以C02的吸收量与释放量为指标。实验结果如下表所示：
下列对该表数据分析正确的是（
）
A．昼夜不停地光照，温度在35℃时该植物不能生长
B．昼夜不停地光照，该植物生长的最适宜温度是30℃
C.每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，温度均保持在20℃的条件下，该植物积累的有机物最多
D.每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，温度在30℃时，该植物积累的有机物是温度在10℃时的2倍
6．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
7．下图为植物体内与能量代谢有关的生理过程图解，请根据图作答（示例：⑨Pj）
（1）以鲜菠菜绿叶片为原料提取①时，使用的溶剂一般是__________，我们使用_________法将其进行分离。
（2）光能转变成化学能后，能量首先储存到［
］_________中，最终储存到［
］__________中。
（3）使④彻底氧化分解并释放大量能量的生理过程是________，其最终代谢产物是［
］___________。请写出⑧的分子结构简式________。
（1）丙酮
纸层析（2）［②］ATP［④］葡萄糖（3）有氧呼吸
［⑤］和A—P～P
叶绿体
中的色素
叶绿体
中的色素
光解
酶
酶
【合作探究三】
请你从学术的角度制定一些增强农作物光合作用的措施。
CO2
释
放
量
CO2
吸
收
量
A
O
C
B
光照强度
CO2浓度
CO2浓度
光合作用强度
CO2
吸收
放出
CO2
A
B
A’
B’
温度
CO
2浓度
光合速率
光合速率
B
C
A
N、P、K等必需元素
光合速率
光合速率
叶龄光合作用导学案参考答案：
第一课时：
1、A：丙酮（无水乙醇）
溶解度
速度快
SiO2
CaCO3
防止叶绿素被破坏
B：嫩绿
C：
SiO2
CaCO3
丙酮（无水乙醇）
研磨液
棉塞
层析液
滤液细线
橙黄色
胡萝卜素
黄色
( http: / / www.21cnjy.com )
叶黄素
蓝绿色
叶绿素a
黄绿色
叶绿素b
叶绿素a
胡萝卜素
胡萝卜素
叶黄素
（图略）
D：①SiO2:为了研磨更加充分；CaCO3：防止叶绿素被破坏。
②提取液丙酮有毒，而且有挥发性，防止其挥发过多。
③防止提取液挥发。
④沿铅笔线均匀地划一细线、干燥后重复画2—3次，目的是使其有足够多的色素。
⑤色素会溶解在层析液中，会导致实验现象不明显。
⑥四条，从上到下分别是类胡萝卜素、叶黄素、
( http: / / www.21cnjy.com )叶绿素a、叶绿素b，其中叶绿素a色素带最宽，说明叶绿色a含量最多，胡萝卜素色素带最窄，说明叶胡萝卜素含量最少。
2、叶绿素
叶绿素a
叶绿素b
红橙光合蓝紫光；
类胡萝卜素
胡萝卜素
叶黄素
蓝紫光
3①球形
椭球形
②
外膜
内膜
基粒
基质
囊状结构堆叠
类囊体
类囊体薄膜
基粒
基质
③光合作用
许多吸收光能的色素分子
进行光合作用所必需的酶
【随堂小测1】1、C
2、C
3、D
4、BACD
5、B
6、D
第二课时：光合作用的原理和应用
一、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。
1.叶绿体
2.光能
3.
二氧化碳和水
4.有机物
5.无机物转化成
光能转化成有机物中的
6.
二、绿色植物
更新空气
光照
化学能
一半遮光
淀粉
好氧细菌
叶绿体
叶绿体
18O2
水
14C
合作探究一：
1、消耗掉叶片中的营养物质
2、光合作用产生了氧气，叶绿体是光合作用的场所
3、（1）、用水绵作实验材料，有细而长的带状叶绿体，螺旋状分布在细胞中，便于观察和分析研究。
（2）、将临时装片置于黑暗且没有空气的环境中，排除了环境中光线和O2的影响，从而确保实验能顺利进行。
（3）、用极细的光束照射，并且用好氧菌进行检测，能准确的判断水绵细胞中放O2
部位。
（4）、进行黑暗（局部光照）与曝光的对照实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。
三、光合作用的过程
1、H2O
O2
[H]
ATP
ADP和Pi
C3
CO2
C5
(CH2O)
2、③
④
3、基粒的类囊体薄膜
基质
4、光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
CO2→C3→(CH2O)
5、CO2+12H2O→C6H12O6+6H2O
合作探究二：
类囊体薄膜
叶绿体基质
2【H】+O2
光能
活跃化学能
ATP中活跃化学能
稳定化学能
【H】
ATP
ADP
Pi
2、
条件
C3
C5
［H］和ATP
（CH2O）合成量
停止光照CO2供应不变
增加
减少
减少或没有
减少或没有
突然光照CO2供应不变
减少
增加
增加
增加
光照不变减少CO2供应
减少
增加
增加
减少或没有
光照不变增加CO2供应
增加
减少
减少
增加
自主学习二
四、光合作用原理的应用
1、单位时间
糖类
原料消耗
产物生成
2、二氧化碳
无机盐和水分
O2浓度
3、光照强度会影响植物的光合作用吗？
叶片内的气体
黑暗
二氧化碳
圆形叶片浮起的数量
光照强度
光合作用
五、化能合成作用：
1、无机物
制造有机物
氨（NH3）
二氧化碳和水
2、无机物
光合作用
化能合成
现成的有机物
【随堂小测2】1、A
2、D
3、D
4、5、B
6、C
【提能训练】1、B
2、A
3、C
4、C
5、C
6、B
7、（1）无水乙醇
纸层析（2）［②］ATP［④］葡萄糖（3）有氧呼吸
［⑤］和　
A—P～P

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