高中生物第1輪總復(fù)習(xí) 第12講 能量之源——光與光合作用課件 湘教版必修1（湖南專版）

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1、（同位素標(biāo)記法的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用、 探究影響光合作用的環(huán)境因素）一、捕獲光能的色素和場所1光合色素(1)光合色素的種類：葉綠體中的光合色素有葉綠素和類胡蘿卜素兩類。葉綠素分為葉綠素a和葉綠素b兩種，均不溶于水，但易溶于酒精、丙酮、石油醚等有機(jī)溶劑中。葉綠素a呈藍(lán)綠色；葉綠素b呈黃綠色。類胡蘿卜素包括胡蘿卜素和葉黃素兩種，顏色分別是橙黃色和黃色。(2)功能：葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光；類胡蘿卜素則主要吸收藍(lán)紫光。(3)色素與吸收光譜 2葉綠體的結(jié)構(gòu) (1)葉綠體的結(jié)構(gòu)：如下圖，由外膜、內(nèi)膜、葉綠體基質(zhì)和基粒(由類囊體構(gòu)成)組成，與光合作用有關(guān)的酶分布于基粒的類囊體及基質(zhì)中。光合作用色素分布于類囊體薄膜上

2、，因此光反應(yīng)的場所是類囊體薄膜。 (2)葉綠體擴(kuò)大反應(yīng)面積的方式是類囊體薄膜疊加形成基粒。 (3)功能：葉綠體是進(jìn)行光合作用的場所。 (4)分布：葉綠體主要分布在植物的葉肉細(xì)胞和幼嫩的皮層細(xì)胞。在高等植物中，尤其是在被子植物中，葉綠體在細(xì)胞質(zhì)中的位置隨光照強(qiáng)度而變化，在強(qiáng)光下，葉綠體以窄面受光，避免過強(qiáng)的光照對葉綠體的傷害，在弱光下，以寬面受光，以接受更多的光能。 【例1】下圖為葉綠體結(jié)構(gòu)與功能示意圖，請據(jù)圖判斷下列有關(guān)說法中不正確的是()C A光合作用的光反應(yīng)在圖中A處進(jìn)行，必須在有光條件下進(jìn)行 B光合作用過程中釋放的O2來自于H2O C光合作用的暗反應(yīng)在圖中B處進(jìn)行，必須在無光條件下進(jìn)行

3、D光合作用過程中CO2被固定并還原成圖中的甲物質(zhì) 【解析】本題主要考查光合作用的場所。光合作用的暗反應(yīng)的反應(yīng)條件是不需要光，有光無光均可進(jìn)行。先看懂圖，然后結(jié)合所學(xué)知識回答問題。 二、“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn) 1實(shí)驗(yàn)原理 (1)色素溶于有機(jī)溶劑而不溶于水，可用無水乙醇等有機(jī)溶劑提取綠葉中的色素。 (2)各種色素在層析液中溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得快，反之則慢，從而使各種色素相互分離。2方法步驟(1)提取色素稱取綠葉剪碎研磨：加入少許SiO2、CaCO3和10 mL無水乙醇過濾：漏斗基部放一塊單層尼龍布收集濾液(2)制備濾紙條長與寬略小于試管，在一端剪去兩角在距剪去兩角的

4、一端1 cm處畫鉛筆線 (3)畫濾液細(xì)線 沿鉛筆線畫一條直且均勻的濾液細(xì)線 干燥后，再畫一兩次 (4)色素分離 將濾紙條插入有3 mL層析液的試管中，有濾液細(xì)線的一端朝下 (5)觀察結(jié)果：濾紙條上色素帶有四條，如圖： 3實(shí)驗(yàn)中幾種化學(xué)試劑的作用 (1)無水乙醇用于提取綠葉中的色素。 (2)層析液用于分離綠葉中的色素。 (3)二氧化硅可增加杵棒與研缽間的摩擦力，破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使研磨充分。 (4)碳酸鈣可防止研磨過程中色素被破壞。 4實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng) (1)選材：應(yīng)選取鮮嫩、顏色深綠的葉片，以保證含有較多的色素。 (2)提取色素：研磨要迅速、充分，且加入各物質(zhì)的量要成比例，以保證提取較多的色素和色

5、素濃度適宜。 (3)畫濾液細(xì)線：用力要均勻，快慢要適中。濾液細(xì)線要細(xì)、直，且干燥后重復(fù)畫一兩次，使濾液細(xì)線既有較多的色素，又使各色素擴(kuò)散的起點(diǎn)相同。 (4)色素分離：濾液細(xì)線不要觸及層析液，否則濾液細(xì)線中的色素分子將溶解到層析液中，濾紙條上得不到色素帶。 5色素提取液呈淡綠色的原因分析 (1)研磨不充分，色素未能充分提取出來。 (2)稱取綠葉過少或加入無水乙醇過多，色素溶液濃度小。 (3)未加碳酸鈣或加入過少，色素分子部分被破壞。 【例2】(1)甲同學(xué)利用新鮮的玉米綠色葉片進(jìn)行“葉綠體中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)，在濾紙上出現(xiàn)了四條清晰的色素帶，其中呈黃綠色的色素帶為_。 (2)該同學(xué)改變層析液組

6、成后繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，濾紙條上只出現(xiàn)了黃、綠兩條色素帶。他用刀片裁出帶有色素帶的濾紙條，用乙醚分別溶解條帶上的色素，濃縮后用一分析儀器檢測，通過分析色素溶液的_來判斷條帶的色素種類。 (3)實(shí)驗(yàn)結(jié)束幾天后，乙、丙兩同學(xué)發(fā)現(xiàn)部分預(yù)留葉片已變黃。乙同學(xué)認(rèn)為這是由葉片中某些色素降解所造成的，丙同學(xué)則認(rèn)為是由某些色素含量增加所造成的。根據(jù)所學(xué)知識，你將如何設(shè)計實(shí)驗(yàn)來判斷兩位同學(xué)的觀點(diǎn)是否正確？_。 【解析】(1)葉綠體中四種色素及其顏色分別是：胡蘿卜素(橙黃色)、葉黃素(黃色)、葉綠素a(藍(lán)綠色)、葉綠素b(黃綠色)。 (2)不同色素的吸收光譜不同。據(jù)此可用光譜分析儀來判斷色素的種類。 (3)通過設(shè)計對照

7、實(shí)驗(yàn)來探究發(fā)黃的葉片中某些色素是否因降解而減少，某些色素是否含量增加。對照組選取正常未發(fā)黃的葉片，實(shí)驗(yàn)組選取已變黃的葉片，通過提取分離這兩種葉片中的色素，比較各種色素的含量，得出結(jié)論。 【答案】 (1)葉綠素b (2)吸收光譜 (3)從預(yù)留的葉片中挑選出足量的、分量相等、大小相近的已變黃的葉片和尚未變黃的葉片為實(shí)驗(yàn)材料，在相同條件下，再次進(jìn)行色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)，測定和記錄結(jié)果，比較這兩種葉片各種色素的組成及含量后，得出結(jié)論 1光合作用的探究歷程中幾個重要實(shí)驗(yàn)分析 (1)普利斯特利的實(shí)驗(yàn) 密閉玻璃罩綠色植物 缺少空白對照，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說服力不強(qiáng)，應(yīng)將點(diǎn)燃的蠟燭和小鼠分別單獨(dú)置于密閉玻璃罩內(nèi)，作為空

8、白對照。 沒有認(rèn)識到光在植物更新空氣中的作用，而將空氣的更新歸因于植物的生長。 限于當(dāng)時科學(xué)發(fā)展水平的限制，沒有明確植物更新氣體的成分。 三、光合作用的探究歷程 (2)薩克斯的實(shí)驗(yàn) 黑暗中饑餓處理的綠葉 設(shè)置了自身對照，自變量為曝光和遮光，因變量是顏色變化(有無淀粉生成)。 實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是饑餓處理，以使葉片中的營養(yǎng)物質(zhì)消耗掉，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的說服力。為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更明顯，在用碘處理之前應(yīng)用熱酒精對葉片進(jìn)行脫綠處理。 本實(shí)驗(yàn)除證明了光合作用的產(chǎn)物有淀粉外，還證明光是光合作用的必要條件。 (3)魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn) 設(shè)置了對照實(shí)驗(yàn)，自變量是標(biāo)記物質(zhì)(HO和C18O2)，因變量是O2的放射性。 魯賓和卡門的同

9、位素標(biāo)記法可以追蹤C(jī)O2和H2O中的C、H、O等元素在光合作用中的轉(zhuǎn)移途徑。 【例3】光合作用能否放出O2，可觀察倒置的裝滿水的試管中有無氣泡產(chǎn)生來驗(yàn)證。結(jié)合給出的三個倒置的試管，此驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的最佳設(shè)計應(yīng)為() A只有a試管 Ba試管和b試管 Ca試管和c試管 Db試管和c試管C 【解析】本題通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計的形式主要考查光合作用的認(rèn)識過程。題中實(shí)驗(yàn)的目的是驗(yàn)證光合作用能否放出O2，因此自變量是光合作用，有光合作用的一組為實(shí)驗(yàn)組，沒有光合作用的一組為對照組。這樣，只有a、c兩試管符合對照的條件。 四、光合作用的過程 1總反應(yīng)式： 2光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較：比較項(xiàng)目光反應(yīng)暗反應(yīng)實(shí)質(zhì)光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，并

10、放出O2同化CO2形成有機(jī)物時間短促，以微秒計較緩慢條件需葉綠素、光、酶不需葉綠素和光，需要多種酶比較項(xiàng)目光反應(yīng)暗反應(yīng)場所在葉綠體類囊體結(jié)構(gòu)的薄膜上進(jìn)行在葉綠體內(nèi)的基質(zhì)中進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化能量轉(zhuǎn)換光能活躍化學(xué)能，并儲存在ATP和H中ATP中活躍的化學(xué)能(CH2O)中穩(wěn)定的化學(xué)能續(xù)表續(xù)表比較項(xiàng)目光反應(yīng)暗反應(yīng)圖解關(guān)系光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供還原劑H、能量ATP；暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP和Pi沒有光反應(yīng)，暗反應(yīng)無法進(jìn)行；沒有暗反應(yīng)，有機(jī)物無法合成 3.當(dāng)條件改變時，C3、C5、ATP、H含量變化停止光照CO2供應(yīng)不變突然光照CO2供應(yīng)不變光照不變停止CO2供應(yīng)光照不變CO2大量供應(yīng)C3增加減少減少增加C5減少增

11、加增加減少ATP和H減少增加增加減少 【例4】將單細(xì)胞綠藻置于25 、適宜光照和充足的CO2條件下培養(yǎng)，經(jīng)過一段時間后，突然停止光照，發(fā)現(xiàn)綠藻體內(nèi)三碳化合物的含量突然上升，這是由于() 光反應(yīng)仍在進(jìn)行，形成H和ATP光反應(yīng)停止，不能形成H和ATP暗反應(yīng)仍進(jìn)行，CO2和五碳化合物結(jié)合，繼續(xù)形成三碳化合物光反應(yīng)停止，由于沒有H和ATP供應(yīng)，三碳化合物不能形成葡萄糖，積累了許多的三碳化合物 A B C DB 【解析】本題主要考查光照強(qiáng)度對C3含量的影響。若突然停止光照，光反應(yīng)停止，ATP和H的合成停止，C3的消耗減少，積累增加。而與此同時，暗反應(yīng)仍然在進(jìn)行，C3的積累進(jìn)一步增加。凡是涉及光照和CO2

12、濃度變化對植物細(xì)胞內(nèi)C3、C5、H、ATP及(CH2O)合成量的影響的題目，一定要既考慮來源，又考慮去路。 五、影響光合作用的因素及光合作用原理在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用 1光照強(qiáng)度(1)曲線分析(如右圖)A點(diǎn)光照強(qiáng)度為0，此時只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，釋放的CO2量可表示此時細(xì)胞呼吸的強(qiáng)度。 AB段：隨光照強(qiáng)度增強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度也逐漸增強(qiáng)，CO2釋放量逐漸減少，這是因?yàn)榧?xì)胞呼吸釋放的CO2有一部分用于光合作用，此時細(xì)胞呼吸強(qiáng)度大于光合作用強(qiáng)度。 B點(diǎn)：細(xì)胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用，即光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度(光照強(qiáng)度只有在B點(diǎn)以上時，植物才能正常生長)，B點(diǎn)所示光照強(qiáng)度稱為光補(bǔ)償點(diǎn)。 BC段：表明

13、隨著光照強(qiáng)度不斷加強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度不斷加強(qiáng)，到C點(diǎn)以上不再加強(qiáng)了，C點(diǎn)所示光照強(qiáng)度稱為光飽和點(diǎn)。 (2)應(yīng)用：陰生植物的B點(diǎn)前移，C點(diǎn)較低，如圖中虛線所示，間作套種農(nóng)作物的種類搭配，林帶樹種的配置，可合理利用光能；適當(dāng)提高光照強(qiáng)度可增加大棚作物產(chǎn)量。 2CO2濃度 (1)曲線分析(如下圖)：圖1和圖2都表示在一定范圍內(nèi)，光合作用速率隨CO2濃度的增加而增大，但當(dāng)CO2濃度增加到一定范圍后，光合作用速率不再增加圖1中A點(diǎn)表示光合作用速率等于細(xì)胞呼吸速率時的CO2濃度，即CO2補(bǔ)償點(diǎn)；圖2中的A點(diǎn)表示進(jìn)行光合作用所需CO2的最低濃度。圖1和圖2中的B和B點(diǎn)都表示CO2飽和點(diǎn)。(2)應(yīng)用：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

14、上可以通過“正其行，通其風(fēng)”，增施農(nóng)家肥等增大CO2濃度，提高光能利用率 3溫度 (1)曲線分析(如下圖)：溫度主要是通過影響與光合作用有關(guān)酶的活性而影響光合作用速率。 (2)應(yīng)用：冬天，溫室栽培可適當(dāng)提高溫度，也可適當(dāng)降低溫度。白天調(diào)到光合作用最適溫度，以提高光合作用；晚上適當(dāng)降低溫室溫度，以降低細(xì)胞呼吸，保證植物有機(jī)物的積累。 4必需元素供應(yīng)對光合速率的影響 (1)曲線分析(如下圖)：在一定濃度范圍內(nèi)，增大必需元素的供應(yīng)，可提高光合作用速率，但當(dāng)超過一定濃度后，會因土壤溶液濃度過高而導(dǎo)致植物滲透失水而萎蔫。 (2)應(yīng)用：根據(jù)作物的需肥規(guī)律，適時、適量地增施肥料，可提高農(nóng)作物產(chǎn)量。 5水分的

15、供應(yīng)對光合作用速率的影響 (1)影響：水是光合作用的原料，缺水既可直接影響光合作用，又會導(dǎo)致葉片氣孔關(guān)閉，限制CO2進(jìn)入葉片，從而間接影響光合作用。 (2)應(yīng)用：根據(jù)作物的需水規(guī)律合理灌溉。 【例5】如圖所示的14四種實(shí)驗(yàn)條件下，測定了不同光照強(qiáng)度對光合作用速率的影響。從以下實(shí)驗(yàn)可知，限制實(shí)驗(yàn)2、實(shí)驗(yàn)3和P點(diǎn)光合作用速率的因素分別是()A光照強(qiáng)度；CO2濃度；溫度B溫度；CO2濃度；光照強(qiáng)度 CCO2濃度；溫度；光照強(qiáng)度D溫度；光照強(qiáng)度；CO2濃度B 【解析】本題主要考查環(huán)境因素對光合作用強(qiáng)度的影響。由圖可知，P點(diǎn)以前，光照增強(qiáng)，光合速率增加，因此P點(diǎn)時的限制因子是光照強(qiáng)度；比較實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2

16、，在橫坐標(biāo)上任取一點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)1的光合速率之所以比實(shí)驗(yàn)2高在于溫度高，因而限制實(shí)驗(yàn)2的因素是溫度；比較實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)3，在橫坐標(biāo)上任取一點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)1的光合速率之所以比實(shí)驗(yàn)3高在于CO2濃度高，因而限制實(shí)驗(yàn)3的因素是CO2濃度。 六、光合作用與有氧呼吸的比較 1區(qū)別與聯(lián)系光合作用有氧呼吸代謝類型合成作用(或同化作用)分解作用(或異化作用)物質(zhì)變化無機(jī)物有機(jī)物有機(jī)物無機(jī)物能量變化光能化學(xué)能(儲能)化學(xué)能ATP、熱能(放能)實(shí)質(zhì)合成有機(jī)物，儲存能量分解有機(jī)物、釋放能量場所葉綠體活細(xì)胞(主要在線粒體)條件只在光下進(jìn)行有光、無光都能進(jìn)行H的來源光反應(yīng)中水的光解第一階段從葡萄糖到丙酮酸及第二階段丙酮酸和H2O分解

17、產(chǎn)生續(xù)表光合作用有氧呼吸H的去路作為還原劑用于暗反應(yīng)階段中還原C3形成(CH2O)和C5用于第三階段還原O2產(chǎn)生H2O，同時釋放大量能量ATP的來源光反應(yīng)階段ATP合成所需能量來自色素吸收的太陽光能第一、二、三階段均產(chǎn)生，第三階段產(chǎn)生最多，能量來自有機(jī)物氧化分解ATP的去路用于暗反應(yīng)階段C3的還原，以穩(wěn)定化學(xué)能形式儲存于有機(jī)物中作為能量通貨用于各項(xiàng)生命活動聯(lián)系 2.光合作用與細(xì)胞呼吸的計算 (1)光合作用速率表示方法：通常以一定時間內(nèi)CO2等原料的消耗或O2、(CH2O)等產(chǎn)物的生成數(shù)量來表示。 (2)呼吸速率表示方法：將植物置于黑暗中，實(shí)驗(yàn)容器中CO2增加量、O2減少量或有機(jī)物減少量，即表示

18、呼吸速率。 (3)如下圖，葉綠體內(nèi)光合作用產(chǎn)物O2和有機(jī)物首先滿足同一細(xì)胞內(nèi)線粒體進(jìn)行細(xì)胞呼吸的需要，若有多余再排出細(xì)胞外，即deg；或不夠再從細(xì)胞外獲得，即gdf。而線粒體細(xì)胞呼吸的產(chǎn)物CO2也首先滿足同一細(xì)胞內(nèi)葉綠體進(jìn)行光合作用的需要，若有多余再排出細(xì)胞外，即hca；或不夠再從細(xì)胞外獲得，即cbh。 因此，光照下有機(jī)物的凈積累量可用下式來表示：凈積累量總合成量呼吸量。 一晝夜有機(jī)物的積累量(用CO2量表示)可用下式表示：積累量白天從外界吸收的CO2總量晚上呼吸釋放的CO2量。 應(yīng)用指南：將離體葉片培養(yǎng)在NaHCO3溶液中，分別測定黑暗和光照下溶液pH的變化或借助酸堿指示劑的顏色變化，可以驗(yàn)

19、證光合作用吸收CO2和細(xì)胞呼吸釋放CO2。 【例6】采用黑白瓶(不透光可透光瓶)法測定池塘群落各深度日代謝的平均氧濃度變化，結(jié)果如下表。請據(jù)表分析，該池塘一晝夜生產(chǎn)氧氣量和消耗氧氣量各為多少(單位：gm2)() A. 9、7 B8、7 C8、11 D5、11B 【解析】本題主要考查光合作用與細(xì)胞呼吸的計算。遇到光合作用與細(xì)胞呼吸的計算題，首先判斷題中的已知量指的是總生成量還是凈積累量，這是解題的關(guān)鍵，若判斷不清，結(jié)果必然錯誤。然后再根據(jù)總量與凈積累量的關(guān)系式就很快得到結(jié)果。表中白瓶的量即為凈積累量，黑瓶的量為呼吸消耗量，題中所問池塘中的氧氣生產(chǎn)量和消耗量是指整個池塘，包括各個深度，因此，計算結(jié)

20、果應(yīng)是各深度之和。另外，這里很明顯氧氣生產(chǎn)量指的是總生成量，而不是凈積累量。表中各深度黑瓶中的呼吸消耗量為7，白瓶中的凈積累量為1，因此總生成量為8。 七、化能合成作用 1概念：某些細(xì)菌利用體外環(huán)境中的某些無機(jī)物氧化時所釋放的能量來制造有機(jī)物的合成作用。 2實(shí)例：硝化細(xì)菌能利用NH3氧化成HNO2和HNO3時所釋放的化學(xué)能，將CO2和H2O合成為糖類。 3自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物 (1)自養(yǎng)生物：綠色植物和硝化細(xì)菌都能將無機(jī)物合成為有機(jī)物，因此屬于自養(yǎng)生物。 (2)異養(yǎng)生物：人、動物、真菌以及大多數(shù)細(xì)菌只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機(jī)物來維持自身的生命活動，屬于異養(yǎng)生物。 4綠色植物和硝化細(xì)菌在代謝方面的異

21、同點(diǎn) (1)相同點(diǎn)：都能將無機(jī)物合成為有機(jī)物，都屬于自養(yǎng)生物。 (2)不同點(diǎn)：綠色植物是利用光能合成有機(jī)物，硝化細(xì)菌則是利用化學(xué)能合成有機(jī)物。 【例7】下圖示生物體部分代謝過程，下列有關(guān)分析正確的是() A過程只能在植物細(xì)胞的葉綠體中進(jìn)行 B過程需要的酶只存在于線粒體的內(nèi)膜和線粒體基質(zhì)中 C能進(jìn)行過程的生物無核膜但屬于生產(chǎn)者 D和過程只能發(fā)生于不同的細(xì)胞中C 【解析】本題主要考查光合作用、細(xì)胞呼吸和化能合成作用等知識點(diǎn)，具有較強(qiáng)的綜合性。過程表示將CO2和H2O合成有機(jī)物，可以在植物細(xì)胞的葉綠體中進(jìn)行也可以在含光合色素的原核生物中進(jìn)行；過程是將(CH2O)徹底分解，屬于有氧呼吸全過程，場所有細(xì)

22、胞質(zhì)基質(zhì)，也有線粒體內(nèi)膜和基質(zhì)；過程是硝化細(xì)菌利用氧化NH3獲得的化學(xué)能合成有機(jī)物的過程，屬于化能合成作用；過程是無氧呼吸產(chǎn)生酒精的過程。有氧呼吸和無氧呼吸可發(fā)生于同一細(xì)胞中。 1葉綠素對紅光和藍(lán)紫光的吸收量較大，對黃綠光的吸收量較少，并非不吸收；而類胡蘿卜素吸收藍(lán)紫光也僅表示對藍(lán)紫光的吸收量較大，對其他光吸收量較少。2并非所有的植物細(xì)胞都具有葉綠體，如植物的根尖細(xì)胞、表皮細(xì)胞沒有葉綠體；并非能進(jìn)行光合作用的生物都具有葉綠體，如藍(lán)藻。3當(dāng)條件改變時，C3、C5、ATP、H含量變化4.綠色植物和硝化細(xì)菌在代謝方面的異同點(diǎn)(1)相同點(diǎn)：都能將無機(jī)物合成為有機(jī)物，都屬于自養(yǎng)生物。(2)不同點(diǎn)：綠色植

23、物是利用光能合成有機(jī)物，硝化細(xì)菌則是利用化學(xué)能合成有機(jī)物。一、理論歸納(一)同位素標(biāo)記法的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用1概述用同位素標(biāo)記化合物，讓它們一起運(yùn)動、遷移，再用探測儀器進(jìn)行追蹤，可以弄清化學(xué)反應(yīng)的詳細(xì)過程的方法。2方法應(yīng)用用來研究細(xì)胞內(nèi)的元素或化合物的來源、組成、分布和去向等，進(jìn)而了解細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能、化學(xué)物質(zhì)的變化、反應(yīng)機(jī)理等。3應(yīng)用分析(1)標(biāo)記某元素，追蹤其轉(zhuǎn)移途徑。如用18O標(biāo)記 ，光合作用只產(chǎn)生18O2；再用18O標(biāo)記C18O2，光合作用只產(chǎn)生O2；證明光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧原子全部來自于H2O，而不是來自CO2。(2)標(biāo)記特征元素，探究化合物的作用。如T2噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)中，用32P標(biāo)

24、記噬菌體的DNA，大腸桿菌內(nèi)發(fā)現(xiàn)放射性物質(zhì)；35S標(biāo)記蛋白質(zhì)，大腸桿菌內(nèi)未發(fā)現(xiàn)放射性物質(zhì)；證明了DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)。182HO(3)標(biāo)記特征化合物，探究詳細(xì)生理過程，研究生物學(xué)原理。如用3H標(biāo)記亮氨酸，探究分泌蛋白的分泌過程；用3H標(biāo)記胸腺嘧啶脫氧核苷酸，研究有絲分裂過程中染色體的變化規(guī)律；用15N標(biāo)記DNA，證明了DNA復(fù)制的特點(diǎn)是半保留復(fù)制。(二)探究影響光合作用的環(huán)境因素1實(shí)驗(yàn)設(shè)計思路分析2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計示例探究光照強(qiáng)度對光合作用的影響(1)實(shí)驗(yàn)流程(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在一定范圍內(nèi)，隨著光照強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度也不斷增強(qiáng)(小圓形葉片中產(chǎn)生的O2多，浮起的多)。二、演練二、演練1.光合

25、作用是地球上最重要的化學(xué)反應(yīng)。同位素標(biāo)記法的引入，為探尋和建立光合作用的化學(xué)反應(yīng)過程，作出了巨大的貢獻(xiàn)。(1)1939年，魯賓和卡門用同位素標(biāo)記法追蹤光合作用中O2的來源。魯賓和卡門用 和普通的CO2進(jìn)行小球藻光合作用實(shí)驗(yàn)(見圖A)，結(jié)果放出的O2具有放射性。若用C18O2和普通的H2O進(jìn)行光合作用實(shí)驗(yàn)(見圖B)，結(jié)果產(chǎn)生的O2不具有放射性。綜合實(shí)驗(yàn)、，可獲得的結(jié)論是 。182HO光合作用釋放的O2來源于H2O，而不是CO2(2)美國科學(xué)家卡爾文用同位素標(biāo)記法來追蹤C(jī)O2是如何轉(zhuǎn)變成碳水化合物的。卡爾文給小球藻懸浮液通入14CO2，光照一定時間(從1秒到數(shù)分鐘)后殺死小球藻，同時提取產(chǎn)物并分析

26、。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，僅僅30秒的時間，二氧化碳已經(jīng)轉(zhuǎn)化為許多種類的化合物。想要探究CO2轉(zhuǎn)化成的第一個產(chǎn)物是什么，可能的實(shí)驗(yàn)思路是 ?？s短光照時間，當(dāng)檢測到的帶放射性的有機(jī)化合物只有一種時，這個化合物就是第一個產(chǎn)物 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在光照下物質(zhì)A和物質(zhì)B的濃度很快達(dá)到飽和并保持穩(wěn)定。此時突然中斷CO2的供應(yīng)，A、B物質(zhì)的變化如圖C所示。以上實(shí)驗(yàn)說明，固定二氧化碳的化合物是 ，二氧化碳轉(zhuǎn)化的第一個 產(chǎn)物是 。BA 【解析】魯賓和卡門用同位素標(biāo)記法證明了光合作用釋放的O2來源于H2O，而不是CO2。突然中斷CO2的供應(yīng)，增加的B物質(zhì)是C5，而減少的A物質(zhì)是C3。 2.(2010南京模擬)以下是某生物興趣小組進(jìn)行

27、的光合作用實(shí)驗(yàn)：利用打孔器對爬山虎和石榴的幼嫩葉片打孔，獲取一批直徑為0.8 cm的葉圓片。設(shè)法使葉圓片細(xì)胞間隙中的氣體排出、葉圓片沉到蒸餾水底部，置于黑暗處待用。取4支試管，按下表中的“處理”步驟操作，之后將4支試管同時置于60 W的白熾燈下，各試管與白熾燈的距離均為20 cm，觀察葉圓片上浮的情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下表中的“結(jié)果”。續(xù)表請分析回答下列問題：(1)試解釋2號和4號試管中的葉圓片上浮的原因： 。(2)試解釋1號和3號試管中的葉圓片到實(shí)驗(yàn)結(jié)束時仍沉沒水底的原因： 。在適宜條件下葉圓片進(jìn)行光合作用，釋放的O2多于有氧呼吸消耗的O2，葉細(xì)胞間隙中的O2增加，使葉圓片浮力增大蒸餾水中缺乏CO

28、2和O2，葉圓片不能進(jìn)行光合作用和有氧呼吸，其浮力基本不變(3)為什么不同植物的葉圓片在相同條件下上浮所需的時間不同？有的同學(xué)認(rèn)為是由于不同植物的葉圓片質(zhì)量不同，有的同學(xué)認(rèn)為是由于不同植物的光合作用速率不同，有的同學(xué)認(rèn)為是由于不同植物的葉細(xì)胞間隙大小不同(細(xì)胞間隙越大積聚氣體的速度越快)。同學(xué)們利用電子天平測量相同數(shù)量的爬山虎和石榴的葉圓片質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)兩者等重。那么，應(yīng)如何針對上述問題展開進(jìn)一步的探究呢？如果你是小組成員，請你簡要說明實(shí)驗(yàn)思路。 ； 。取相同質(zhì)量、相同生長狀況的爬山虎和石榴的新鮮葉片，置于密閉的透明玻璃容器中，在相同適宜的光照、溫度等條件下測定其各自的CO2吸收速率(或者O2的釋

29、放速率)，并進(jìn)行比較取兩種植物的葉片做成切片，在顯微鏡下觀察其各自葉橫切面，比較兩者葉細(xì)胞間隙的大小 【解析】當(dāng)葉圓片進(jìn)行光合作用，釋放的O2多于有氧呼吸消耗的O2，葉細(xì)胞間隙中的O2增加，使葉圓片浮力增大，葉圓片上浮。1號和3號試管中的葉圓片在蒸餾水中缺乏CO2和O2，葉圓片不能進(jìn)行光合作用和有氧呼吸，其浮力基本不變，仍會沉沒水底。可通過測定兩種植物葉片的光合作用速率和用顯微鏡觀察兩植物的葉片細(xì)胞間隙大小予以驗(yàn)證。 1.(2010四川)有人對不同光照強(qiáng)度下兩種果樹的光合特性進(jìn)行研究，結(jié)果如下表(凈光合速率以CO2的吸收速率表示，其他條件適宜且相對恒定)。下列相關(guān)分析，不正確的是( ) B A

30、.光強(qiáng)大于0.1 mmol光子/(m2s)，隨光照增強(qiáng)兩種果樹的光能利用率逐漸減少 B光強(qiáng)小于0.5 mmol光子/(m2s)，限制凈光合速率的主要因素是葉綠素含量 C光強(qiáng)大于0.7 mmol光子/(m2s)，限制凈光合速率的主要生態(tài)因素是CO2濃度 D龍眼的最大光能利用率大于芒果，但龍眼的最大總光合速率反而小于芒果本題考查光合作用相關(guān)知識，考查學(xué)生的獲取信息的能力、理解能力。從表中可以看出，光強(qiáng)大于0.1 mmol光子/(m2s)，隨光照增強(qiáng)兩種果樹的光能利用率逐漸減少，A正確。 光強(qiáng)小于0.5 mmol光子/(m2s)，隨光照增強(qiáng)，凈光合速率增強(qiáng)，因此光強(qiáng)小于0.5 mmol光子/(m2s

31、)，限制凈光合速率的主要因素是光照強(qiáng)度，B錯。 【解析】光強(qiáng)大于0.7 mmol光子/(m2s)，隨光照增強(qiáng)，凈光合速率不再增強(qiáng)，因此光強(qiáng)大于0.7 mmol光子/(m2s)，限制凈光合速率的主要生態(tài)因素不再是光照強(qiáng)度，而主要是CO2濃度，C正確。 龍眼的最大光合速率為8.50 mol CO2/(m2s)0.6 mol CO2/(m2s)9.10 mol CO2/(m2s)，芒果的最大光合速率為7.6 mol CO2/(m2s)2.10 mol CO2/(m2s)9.70 mol CO2/(m2s)，D正確。 【解析】 2.(2010海南)下列關(guān)于葉綠體的描述，錯誤的是( ) A基粒由類囊體堆

32、疊而成 B葉綠體被膜由雙層膜組成 C暗反應(yīng)發(fā)生在類囊體膜 D類囊體膜上具有葉綠素和酶C 【解析】許多類囊體像圓盤一樣疊在一起，稱為基粒，組成基粒的類囊體，叫做基粒類囊體，構(gòu)成內(nèi)膜系統(tǒng)的基粒片層。葉綠體被膜為雙層膜組成，A、B對。在暗反應(yīng)中，葉綠體利用光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和H這兩個高能化合物分別作為能源和還原的動力將C3還原，使之轉(zhuǎn)變成葡萄糖，由于這一過程不需要光所以稱為暗反應(yīng)。CO2固定反應(yīng)開始于葉綠體基質(zhì)，結(jié)束于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。所以C錯。3.(2011新課標(biāo))在光照等適宜條件下，將培養(yǎng)在CO2濃度為1%環(huán)境中的某植物迅速轉(zhuǎn)移到CO2濃度為0.003%的環(huán)境中，其葉片暗反應(yīng)中C3和C5化合物微摩爾濃

33、度的變化趨勢如下圖?；卮饐栴}：(1)圖中物質(zhì)A是 (C3化合物、C5化合物)。(2)在CO2濃度為1%的環(huán)境中，物質(zhì)B的濃度比A的低，原因是 。將CO2濃度從1%迅速降低到0.003%后，物質(zhì)B濃度升高的原因是 。(3)若使該植物繼續(xù)處于CO2濃度為0.003%的環(huán)境中，暗反應(yīng)中C3和C5化合物濃度達(dá)到穩(wěn)定時，物質(zhì)A的濃度將比B的 (低、高)。C3化合物暗反應(yīng)速率在該環(huán)境中已達(dá)到穩(wěn)定，即C3和C5化合物的含量穩(wěn)定。根據(jù)暗反應(yīng)的特點(diǎn)，此時C3化合物的含量是C5化合物的2倍當(dāng)CO2濃度突然降低時，C5化合物的合成速率不變，消耗速率卻減慢，導(dǎo)致C5化合物積累高【解析】 (1)一個CO2和一個C5結(jié)合

34、生成兩個C3，細(xì)胞中C3化合物的含量是C5化合物的2倍，A的相對濃度高于B，所以A是C3化合物。當(dāng)外界CO2濃度下降時，A的含量迅速下降，也可判斷出A是C3化合物。(2)一個CO2和一個C5結(jié)合生成兩個C3，細(xì)胞中C3化合物的含量是C5化合物的2倍。外界CO2濃度下降，C3化合物的還原正常進(jìn)行，C5化合物的合成速率不變，但是CO2的固定減慢，所以C5化合物積累。(3)雖然外界CO2濃度低，但暗反應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定時，各種化合物的比例不變，細(xì)胞中C3化合物的含量是C5化合物的2倍。(4)外界CO2濃度低，通過固定生成的C3化合物少，相應(yīng)的C3化合物還原需要的光反應(yīng)產(chǎn)物即ATP和H也少。 (4)CO2濃度

35、為0.003%時，該植物光合速率最大時所需要的光照強(qiáng)度比CO2濃度為1%時的(高、低)，其原因是 。低CO2濃度低，暗反應(yīng)的強(qiáng)度低，所需ATP和H少4.下圖為研究光合作用的實(shí)驗(yàn)裝置。用打孔器在某植物的葉片上打出多個葉圓片，再用氣泵抽出葉片內(nèi)的氣體直至葉片沉入水底，然后將等量的葉圓片轉(zhuǎn)至不同濃度的NaHCO3溶液中，給予一定的光照，測量每個培養(yǎng)皿中葉圓片上浮至液面所用的平均時間(如圖)，以研究光合作用速率與NaHCO3溶液濃度的關(guān)系。有關(guān)分析正確的是( )CA在ab段，隨著NaHCO3溶液濃度的增加，光合作用速率逐漸減小B在bc段，單獨(dú)增加光照或溫度或NaHCO3溶液濃度，都可以縮短葉圓片上浮的

36、時間C在c點(diǎn)以后，因NaHCO3溶液濃度過高，使葉肉細(xì)胞失水而導(dǎo)致代謝水平下降D因配制的NaHCO3溶液中不含氧氣，所以整個實(shí)驗(yàn)過程中葉片不能進(jìn)行呼吸作用【解析】本題考查影響光合作用的因素。圖中縱坐標(biāo)是上浮至液面的時間，時間越短，說明單位時間內(nèi)產(chǎn)生氧氣越多，說明光合作用強(qiáng)度越大。結(jié)合曲線分析，ab段隨著NaHCO3溶液濃度的增加，光合作用增強(qiáng)，產(chǎn)生氧氣越多，葉圓片上浮時間越短，故A錯誤；從圖中分析，bc段CO2濃度已不再是制約光合作用的因素，因此單獨(dú)增加NaHCO3溶液濃度，不會提高光合作用速率，葉圓片上浮時間不變，故B錯誤；由于NaHCO3溶液濃度過高，使葉肉細(xì)胞失水而導(dǎo)致整體代謝水平下降，

37、葉圓片上浮時間長，故C正確。 5.(2011池州模擬)在葉綠體色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)中，收集到的濾液綠色過淺，其原因可能是( )D未加石英砂，研磨不充分一次加入大量的無水乙醇提取分次加入少量無水乙醇提取使用放置數(shù)天的菠菜葉 A B C D【解析】葉綠體中色素會隨著葉片的衰老而減少。 6.某研究組獲得了水稻的葉黃素缺失突變體。將其葉片進(jìn)行了紅光照射光吸收測定和色素層析條帶分析(從上至下)，與正常葉片相比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是( )A光吸收差異顯著，色素帶缺第2條B光吸收差異不顯著，色素帶缺第2條C光吸收差異顯著，色素帶缺第3條D光吸收差異不顯著，色素帶缺第3條B【解析】葉綠體中主要含有葉綠素a、葉綠素b、葉

38、黃素、胡蘿卜素，其中葉綠素a、葉綠素b主要吸收紅光和藍(lán)紫光，而葉黃素和胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光；四種色素在進(jìn)行色素分離時，在濾紙條上從上至下的順序依次是胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b。7.將一植物放在密閉的玻璃罩內(nèi)，置于室外進(jìn)行培養(yǎng)，假定玻璃罩內(nèi)植物的生理狀態(tài)與自然環(huán)境中相同。用CO2濃度測定儀測得了該玻璃罩內(nèi)CO2濃度的變化情況，繪制成如圖的曲線，下列有關(guān)說法正確的是( )DABC段較AB段CO2濃度增加減慢，是因?yàn)橹参镩_始進(jìn)行光合作用消耗CO2BCO2濃度下降從DE段開始，說明植物進(jìn)行光合作用是從D點(diǎn)開始的CH點(diǎn)CO2濃度最低，說明此時植物對CO2的吸收速率最大DD點(diǎn)表明植物光合作用強(qiáng)度和呼吸作用強(qiáng)度相等【解析】本題考查一天中的光照和溫度對光合作用的影響。2到4時溫度較低，細(xì)胞呼吸受抑制，產(chǎn)生的CO2量減少，CO2濃度增加減慢。從4時開始已經(jīng)有微弱的光，植物開始進(jìn)行光合作用，只是光合作用強(qiáng)度小于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。到6時，光合作用強(qiáng)度和細(xì)胞呼吸強(qiáng)度相等，超過6時，光合作用強(qiáng)度大于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度，所以CO2濃度降低。10到14時，由于氣溫不斷增高，光照增強(qiáng)，植物為減少水分的散失，關(guān)閉部分氣孔，光合作用減弱，二氧化碳的消耗速率減少。到18時，光照強(qiáng)度進(jìn)一步降低，光合作用強(qiáng)度也降低，從而與細(xì)胞呼吸強(qiáng)度再次相等，之后細(xì)胞呼吸強(qiáng)度大于光合作用強(qiáng)度，CO2濃度增加。