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中小學教育資源及組卷應用平臺
必修1 分子與細胞
第五章 細胞的能量供應和利用
第四節 能量之源——光與光合作用
捕獲光能的色素（4種）
葉綠素 葉綠素a（藍綠色）
（約占3/4） 葉綠素b（黃綠色）
類胡蘿卜素 胡蘿卜素（橙黃色）
（約占1/4） 葉黃素（黃色）
葉綠素主要吸收 紅光 和 藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收 藍紫光。
白光下光合作用最強，其次是紅光和藍紫光，綠光下最弱。因為葉綠素對綠光吸收最少，綠光被反射出來，所以葉片呈綠色。
實驗——綠葉中色素的提取和分離
1、實驗原理：綠葉中的色素都能溶解在層析液（有機溶劑：無水乙醇和丙酮）中，且他們在層析液中的溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快，綠葉中的色素隨著層析液在濾紙上的擴散而分離開。
2、方法步驟中需要注意的問題：
（1）研磨時加入二氧化硅：有助于研磨得充分，碳酸鈣：可防止研磨中的色素被破壞。
（2）濾紙上的濾液細線不能觸及層析液，防止細線中的色素被層析液溶解。
（3）濾紙條上有4條不同顏色的色帶。
自上而下：橙黃色的胡蘿卜素，黃色的葉黃素，藍綠色的葉綠素a，黃綠色的葉綠素b。
最寬的是葉綠素a，最窄的是胡蘿卜素。
綠葉中色素提取和分離的異常現象分析
1、收集到的濾液綠色過淺的原因分析
①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
②使用放置數天的菠菜葉，濾液色素(葉綠素)太少。
③一次加入大量的無水乙醇,提取濃度太低。
④未加碳酸鈣或加入過少，色素分子被破壞。
2、濾紙條色素帶重疊的原因分析。
①濾液細線不直,重復畫線時細線不重疊。
②濾液細線過粗。
3、濾紙條看不見色素帶的原因分析
①忘記畫濾液細線。
②濾液細線接觸到層析液，且時間較長色素全部溶解到層析液中。
③用水進行綠葉中色素的提取。
捕獲光能的結構——葉綠體
1、結構：外膜，內膜，基質，基粒（由類囊體構成）。
2、與光合作用有關的酶分布于基粒的類囊體及基質中。
3、光合作用色素分布于類囊體的薄膜上。
4、葉綠體是進行光合作用的場所。
5、葉綠體內有如此多的基粒和類囊體，極大地擴展了受光的面積。
光合作用的原理
光合作用
（1）光合作用：是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。
光合作用的探究歷程
（1）希爾反應：在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑（懸浮液中有H2O，沒有CO2），在光照下可以釋放出氧氣。
【結論】：離體的葉綠體在適當的條件下發生水的光解。
（2）魯賓和卡門（同位素示蹤技術）
【結論】光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來源于水，而并不來源于CO2。
（3）阿爾農：ADP＋Pi ＋能量 → （酶）ATP
3、光合作用的過程：
總反應式：CO2+H2O → （CH2O）+ O2 ，其中（CH2O）表示糖類。
根據是否需要光能，可將其分為光反應和暗反應兩個階段。
（1）光反應階段：必須有光才能進行 場所：類囊體薄膜
【反應式】：
水的光解：H2O → 1/2O2 + 2H+
H+ + NADP+ → NADPH
ATP形成：ADP + Pi + 光能 → ATP
光反應中，光能轉化為ATP中活躍的化學能
（2）暗反應階段：有光無光都能進行 場所：葉綠體基質
【反應式】：
CO2的固定： CO2+ C5 → 2C3
C3的還原：2C3 （CH2O）+ C5
ATP → ADP + Pi
暗反應中，ATP中活躍的化學能轉化為（CH2O）中穩定的化學能
聯系：光反應 → 為 暗反應 提供ATP和 NADPH，
暗反應 → 為 光反應 提供 合成ATP的原料ADP和 Pi
影響光合作用的因素及在生產實踐中的應用
1、光對光合作用的影響
①光的波長
葉綠體中色素的吸收光波主要在紅光和藍紫光。
②光照強度
植物的光合作用強度在一定范圍內隨著光照強度的增加而增加，但光照強度達到一定時，光合作用的強度不再隨著光照強度的增加而增加。
③光照時間
光照時間長，光合作用時間長，有利于植物的生長發育。
④溫度
溫度低，光合速率低。隨著溫度升高，光合速率加快，溫度過高時會影響酶的活性，光合速率降低。
生產上白天升溫，增強光合作用，晚上降低室溫，抑制呼吸作用，以積累有機物。
⑤CO2濃度
在一定范圍內，植物光合作用強度隨著CO2濃度的增加而增加，但達到一定濃度后，光合作用強度不再增加。
生產上使田間通風良好，供應充足的CO2
⑥水分的供應當植物葉片缺水時，氣孔會關閉，減少水分的散失，同時影響CO2進入葉內，暗反應受阻，光合作用下降。
生產上應適時灌溉，保證植物生長所需要的水分。
化能合成作用
1、概念：自然界中少數種類的細菌，雖然細胞內沒有葉綠素，不能進行光合作用，但是能夠利用體外環境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物，這種合成作用，叫做化能合成作用，這些細菌也屬于自養生物。
2、例子：硝化細菌，不能利用光能，但能將土壤中的NH3氧化成HNO2，進而將HNO2氧化成HNO3。硝化細菌能利用這兩個化學反應中釋放出來的化學能，將CO2和水合成為糖類，這些糖類可供硝化細菌維持自身的生命活動。
3、生物類型：硝化細菌、硫細菌、鐵細菌、氫細菌
自養型生物：綠色植物、光合細菌、化能合成性細菌
異養型生物：動物、人、大多數細菌、真菌
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第4節　光合作用與能量轉化 課時練習
第1課時　捕獲光能的色素和結構
【基礎練習】
1.關于葉綠體中色素的提取和分離實驗的操作,正確的是 (　　)
A.將干燥處理過的定性濾紙用于研磨液過濾和層析
B.在畫出一條濾液細線后緊接著重復畫線1~2次
C.層析分離時,用棉塞塞緊試管口
D.研磨葉片時,用體積分數為70%的乙醇溶解色素
2.韭菜完全在黑暗中生長會變成黃色,稱之為“韭黃”。提取并分離韭黃葉片色素,與正常韭菜葉相比,層析帶只有上端兩條色素帶。下列實驗操作和結果分析的相關敘述,錯誤(　　)
A.研磨時應加入一定量的二氧化硅 B.分離色素時濾液細線不能觸及層析液
C.層析帶上的色素主要吸收紅光 D.實驗可說明葉綠素的合成需要光照
3.如圖是對菠菜葉片中葉綠體色素分離的結果示意圖,下列相關說法正確的是 (　　)
A.a的操作目的是方便層析液吸附
B.如果c、d帶寬減小一定是研磨時忘記添加碳酸鈣
C.色素d為黃綠色
D.色素f在層析液中的溶解度最大
4.如圖表示新鮮菠菜葉中四種色素的相對含量及在濾紙條上的分離情況。下列說法不正確的是 (　　)
A.甲、乙主要吸收紅光和藍紫光,丙、丁主要吸收藍紫光
B.四種色素均可溶于有機溶劑無水乙醇
C.四種色素在層析液中溶解度最大的是乙
D.在發黃的菠菜葉中含量顯著減少的是甲和乙　　　　　　　　　　　　　　　
5.在葉綠體色素的提取和分離實驗中,收集到的濾液綠色過淺,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無水乙醇提取　③分次加入少量無水乙醇提取　④使用放置數天的菠菜葉
A.①②③ B.②③④ C.①③④ D.①②④
6.下面是甲、乙、丙三位同學進行“綠葉中色素的提取和分離”實驗的過程,請回答下列問題:
圖1　　圖2
(1)甲同學選用新鮮菠菜的綠色葉片進行實驗,在濾紙上出現了四條清晰的色素帶,如圖1所示。甲同學分離色素的方法是　　　　　　　,濾紙條上色素帶位置的不同主要取決于　　　　　　　　。從上到下,葉黃素位于第　 　　條色素帶。
(2)乙同學改變甲同學所用層析液組成后繼續進行實驗,在濾紙條上出現了黃、綠兩條色素帶。他用刀片裁出含色素帶的濾紙條,用乙醚分別溶解條帶上的色素,濃縮后分別放在陽光和三棱鏡之間,通過分析色素溶液的　　　 　　　　　　來判斷色素帶上色素的種類。
(3)丙同學對甲同學“綠葉中色素的分離”實驗進行改進,實驗裝置如圖2所示,該同學應將提取到的濾液滴在　　　　(填“a”或“b”)處,棉線燈芯下端應浸沒在　　　　中。實驗最終得到四個不同顏色的同心圓,排列在最內側的色素是　　　　　(填色素的名稱)。
【綠葉中色素的種類及功能】
7.關于高等植物葉綠體中色素的敘述,錯誤的是 (　　)
A.被葉綠體中色素吸收的光能都可用于光合作用
B.綠葉中葉綠素含量約為類胡蘿卜素的3倍
C.通常,紅外光和紫外光可被葉綠體中的色素吸收用于光合作用
D.植物生長過程中,葉綠體內各種色素的比例會發生變化
8.高等植物的光合作用依賴光合色素。不同環境條件下,葉綠素a和葉綠素b之間可以相互轉化,這種轉化稱為“葉綠素循環”。研究發現,在適當遮光條件下,葉綠素a/葉綠素b的值會降低,以適應環境。下圖是①②兩種葉綠素的吸收光譜。下列關于葉綠素的敘述,正確的是 (　　)
A.缺少微量元素鎂時,①②的合成都會受到影響
B.利用紙層析法分離色素時,②應位于濾紙條的最下端
C.與①②不同,類胡蘿卜素主要吸收紅光
D.弱光下①的相對含量增加有利于植物對弱光的利用
9.如圖為某種細胞器的結構模式圖,下列敘述錯誤的是 (　　)
A.結構①的基本骨架是磷脂雙分子層
B.結構②的選擇透過性與蛋白質的種類和數量有關
C.與光合作用有關的酶只位于結構④中
D.吸收光能的色素分布在結構③上
10.研究表明:強光照射下,為了減少光對葉綠體的損傷,葉綠體在細胞中的位置會發生改變。弱光照射下,為了增加光的吸收,葉綠體在細胞中的位置也會發生調整。圖甲為葉肉細胞中葉綠體的分布情況,圖乙為扁平橢球形葉綠體的示意圖。下列推測錯誤的是 (　　)
圖甲　圖乙
A.強光照射下,葉綠體會移動到葉肉細胞的B側
B.弱光照射下,葉綠體會移動到葉肉細胞的A側
C.弱光照射下,葉綠體的扁平面側與光照方向平行
D.強光照射下,葉綠體的扁平面側與光照方向平行
【能力提升】
1.某同學用薄層層析硅膠板代替定性濾紙,采用薄層層析法對綠葉中色素進行分離。薄層層析硅膠板板面純白平整,均勻細密,層析所得色素斑點清晰,分離效果較紙層析法更明顯。下列敘述錯誤的是 (　　)
A.該方法與紙層析法遵循相同的分離原理
B.若硅膠板上未出現色素斑點,可能是分離色素時點樣處觸及層析液
C.實驗待測植物種類不同,四種色素斑點在硅膠板上的排列順序不同
D.點樣時無需畫濾液細線,只需將濾液點在點樣處即可,降低了點樣難度
2.(不定項)科研人員以中華蚊母樹為實驗材料,探究不同提取方法對葉片色素的提取效果,結果如下表。相關敘述正確的是 (　　)
提取方法 葉綠素a/(mg·g-1) 葉綠素b/(mg·g-1) 總葉綠素/(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提取率高與細胞破碎充分、操作時間短有關
B.方法2提取率低是因為研磨和過濾時會損失一定量的色素
C.方法3中可通過增強光照來充分提取色素
D.三種方法都可用無水乙醇溶解色素
3.(2022湖北天門期末)野生型(WT)擬南芥葉片呈深綠色,chup1突變體是某種原因導致的蛋白質失活的變異個體,對野生型擬南芥和chup1突變體進行研究,將二者的葉片分別放在弱光和強光下進行照射(只對葉片中部留出的一條縫隙進行照射,其他部分遮光),1小時后葉片顏色如圖一。對葉片中部縫隙處兩層葉肉細胞內葉綠體分布進行觀察,如圖二。
圖一 圖二
實驗分析:對強光照射后的縫隙處變成淺綠色可以有以下兩種假設。
(1)第一種假設:葉綠素結構不穩定,強光下可能葉綠素部分分解導致該部位呈淺綠色。該假設可以通過　　　　　　　　　　　　實驗進行驗證。
實驗現象及結果分析:如果強光照射后　　　　　　　　(填顏色)的色素帶變窄,則說明該假設正確。
(2)第二種假設:葉綠體在細胞內的位置分布受到動態調控。該假設可以通過圖二中的　　　　(填“WT”或“chup1”)組得以證實。
第2課時　光合作用的原理和應用
【基礎練習】
1.植物學家希爾發現,將離體葉綠體懸浮液(含H2O,不含CO2)與黃色的高鐵鹽(Fe3+,作為氧化劑)混合,照光后發現葉綠體有氣泡放出,溶液由黃色變成淺綠色(Fe2+);但在遮光條件下,溶液顏色不會發生變化,也沒有氣泡產生。下列有關敘述正確的是　(　　)
A.該實驗說明沒有CO2,葉綠體也可以進行光合作用
B.氣泡產生過程中同時產生了NADPH
C.遮光條件下混合液中只進行了暗反應
D.上述反應過程發生在葉綠體基質中
2.希爾發現在沒有CO2時,給予離體葉綠體光照,就能放出O2,同時使電子受體NADP+還原。在希爾反應的基礎上,阿爾農又發現在光下的離體葉綠體,不供給CO2時,既積累NADPH也積累ATP;撤去光照,供給CO2時,NADPH和ATP被消耗,并產生有機物。下列敘述正確的(　　)
A.希爾反應能證明光合作用釋放的O2中的O全部來自H2O
B.阿爾農實驗能證明NADPH和ATP的形成與葉綠體的基粒有關系
C.阿爾農實驗能證明光合作用不需要光也可為有機物的合成提供還原劑
D.阿爾農實驗能證明即使沒有CO2,光反應階段也可以進行一段時間
3.如果用18O標記H2O,14C標記CO2,下列有關光合作用的敘述,正確的是　(　　)
A.18O2會首先出現在葉綠體基質中 B.14C轉移的途徑是14CO2→14C5→糖類
C.產生18O2的同時也會產生NADPH D.14C一定會在光反應產物——ATP中發現
4.如圖為大豆葉片光合作用暗反應階段的示意圖,下列敘述不正確的是 (　　)
A.葉綠素a吸收的光能可在類囊體膜上轉化為ATP和NADPH中的化學能
B.CO2不可直接被NADPH還原成糖類
C.被還原的C3在有關酶的作用下,可再形成C5
D.CO2的固定實質上是將ATP中的化學能轉化為C5中的化學能
5.如圖表示光合作用的過程,其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的兩個階段,a、b表示相關物質。下列相關敘述正確的是 (　　)
A.物質a表示NADPH B.物質b表示C3
C.階段Ⅰ在葉綠體基質中進行 D.階段Ⅱ在黑暗條件下發生
6.正常生長的綠藻,照光培養一段時間后,用黑布迅速將培養瓶罩上,此后綠藻細胞的葉綠體內不可能發生的現象是 (　　)
A.ATP/ADP的值減小 B.NADPH/NADP+的值減小
C.CO2的固定加快 D.O2的產生停止
7.用培養液栽培大豆幼苗,提供大豆幼苗生長發育所需的最適條件。當改變條件時,相關敘述正確的是 (　　)
A.減少CO2供應會暫時引起葉綠體中C5/C3的值增大
B.將白光換為相同強度的綠光會暫時引起葉綠體中ATP/ADP的值增大
C.增加光照強度會使大豆幼苗有機物積累速率增加
D.降低培養液中鎂的含量后,大豆葉片中葉黃素的相對含量將降低
8.根據光合作用的原理可以知道,光合作用的原料——水、CO2,動力——光能,都是影響光合作用強度的因素。下列敘述錯誤的是 (　　)
A.光照強度可通過影響光反應而影響光合作用
B.水只能作為光反應的原料來影響光合作用
C.溫度可通過影響酶的活性而影響光合作用
D.CO2濃度可通過影響暗反應而影響光合作用
9.現在園藝師們往往將李子、杏等果樹修整成主干突出,側枝層次分明、呈螺旋狀均勻著生在主干上的樹形。“有空就有枝,有枝就有果”,是對該樹形的最佳描述。由此我們可以想到該樹形豐產的主要原因是 (　　)
A.提高了對光的利用效率 B.提高了對CO2的利用效率
C.增強了果樹的抗病能力 D.增強了果樹的呼吸作用
10.農業生產中,農民會采取一些措施來提高農作物的產量。下列增產措施原理描述錯誤的是 (　　)
A.“正其行,通其風”指的是合理種植,提高O2和CO2流通,加強呼吸作用
B.“玉米帶大豆,十年九不漏”描述的是玉米和大豆間作,可以增加光能利用率
C.“小暑不種薯,立伏不種豆”是因為不同的植物體內酶的最適溫度條件不同
D.“有收無收在于水,收多收少在于肥”說明了植物的生長和發育過程離不開水和無機鹽
11.間作套種是指在同一土地上按照一定的行、株距和占地的寬窄比例種植不同種類的農作物。一般把在同一塊土地上幾種作物同時期播種的叫間作,不同時期播種的叫套種。間作套種是我國農民的傳統經驗,是農業上的一項增產措施。以下相關說法正確的是 (　　)
A.為提高光能利用率,單位面積土地種植作物密度越高越好
B.間作組合選種遵循“高矮一致”“胖瘦均勻”的原則,營造通風透光的環境
C.給土壤施加有機肥不僅能夠改善土壤性質,還能為作物生長提供能量
D.套種組合選種遵循成熟期“一早一晚”的原則,能夠充分利用太陽光能和土地資源
12.硝化細菌廣泛存在于通氣性較好的土壤中,其部分代謝反應如圖所示,下列關于硝化細菌的化能合成作用的描述正確的是 (　　)
A.碳源為葡萄糖 B.培養時需隔絕空氣
C.可進行化能合成作用的生物能利用無機物中的化學能 D.硝化細菌是自養生物
【能力提升】
1.如圖甲表示某小組在教材實驗基礎上探究光照強弱對光合作用的影響實驗,在光照強度低于最適光照強度的條件下進行,每種光強下設置三組重復實驗,表格為實驗結果。下列敘述錯誤的是 (　　)
甲
不同光照強度下金魚藻每分鐘產生的氣泡數
光照強度(光照 距離) ①號金魚藻/(個·min-1) ②號金魚藻/ (個·min-1) ③號金魚藻/ (個·min-1) 平均值/ (個·min-1)
強(14 cm) 38 62 40 47
中(28 cm) 16 27 35 26
弱(42 cm) 4 5 21 10
A.3組裝置金魚藻之間的差異屬于無關變量
B.將臺燈換成裝置上方的LED燈可增大光照面積使材料受光一致
C.若金魚藻釋放氣泡的速率為0,則可說明金魚藻不進行光合作用
D.可通過改變NaHCO3溶液的濃度探究CO2濃度對金魚藻光合強度的影響
2.科學家研究CO2濃度、光照強度和溫度對同一種植物光合作用強度的影響,得到實驗結果如圖所示。請據圖判斷,下列敘述不正確的是 (　　)
A.光照強度為c時,曲線Ⅱ和Ⅲ光合作用強度差異的原因是CO2濃度不同
B.光照強度為c時,曲線Ⅰ和Ⅱ光合作用強度差異的原因是溫度不同
C.光照強度為a~b時,曲線Ⅰ、Ⅱ光合作用強度隨光照強度升高而升高
D.光照強度為a~c時,曲線Ⅰ、Ⅲ光合作用強度隨光照強度升高而升高
3.為研究溫度對某植物葉片光合速率和呼吸速率的影響,設置系列溫度梯度后的研究結果如圖,圖中的光合速率指葉片固定CO2的速率,呼吸速率指葉片呼吸消耗O2的速率。下列敘述正確的是 (　　)
A.實驗中的光照強度最好設置為該植物葉片的光飽和點
B.根據實驗結果無法比較該植物葉片光合作用和呼吸作用最適溫度的高低
C.將溫度從T6調至T5后,該植株葉片的有機物積累速率會減小
D.據圖推測,該植物葉片細胞質基質內產生CO2的速率將隨溫度的升高而增大
4.如圖為植物光合作用強度隨光照強度變化的曲線圖,下列敘述錯誤的是 (　　)
A.a點時葉肉細胞產生ATP的細胞器只有線粒體
B.b點時植物光合作用強度與細胞呼吸作用強度相等
C.已知某植物光合作用和細胞呼吸的最適溫度分別為25 ℃和30 ℃,此圖表示該植物處于25 ℃環境中,若將溫度提高到30 ℃,則a點上移,b點左移,d點下移
D.當植物缺鎂時,b點將右移
5.在呼吸速率最大的溫度條件下,某植物葉肉細胞在1 h內,CO2釋放量、葉綠體O2產生量與光照強度關系如圖所示,下列敘述正確的是 (　　)
A.隨著光照增強,葉肉細胞呼吸速率逐漸減弱
B.光照強度為a時,光合速率小于呼吸速率
C.光照強度為b時,葉肉細胞固定CO2量為0
D.降低溫度時,O2的最大釋放量將小于1
6.甲、乙兩種植物CO2吸收量隨光照強度的變化趨勢如圖所示。回答下列問題:
(1)高等植物光合作用中捕獲光能的物質分布在葉綠體的　　　 　　　上,該物質主要捕獲可見光中的　　　　　　　。
(2)當光照強度大于a時,甲、乙兩種植物中,對光能的利用率較高的植物是　　 　。
(3)甲、乙兩種植物單獨種植時,如果種植密度過大,那么光合速率下降幅度較大的植物是　 　　。
(4)通常,與陽生植物相比,陰生植物光合作用固定與呼吸作用產生的CO2量相等時所需要的光照強度　 　　　(填“高”或“低”)。
7.在光合作用的研究中,能產生除自身需要外多余的光合產物的植物器官稱為“源”;必須依賴輸入有機物才能滿足正常發育的植物器官稱為“庫”。研究者對庫、源關系及其機理進行了研究。
(1)去除部分桃樹枝條上的果實,檢測其對葉片光合速率等的影響,結果如表。
組別 凈光合速率/ (μmol·m-2·s-1) 葉片蔗糖含量/(mg·g-1FW) 葉片淀粉含量/(mg·g-1FW) 氣孔導度/(mmol·m-2·s-1)
對照組(留果) 5.39 30.14 60.61 51.41
實驗組(去果) 2.48 34.2 69.32 29.70
據表推測,去果(去除果實)處理降低了　 　　(填“庫”或“源”)的大小,使葉片中　　　 　　　積累,抑制了光合速率。
(2)測定去果后桃樹葉片的光合速率如圖所示。結果顯示　　　　　　　　　　　　　 　,支持上述推測。
(3)研究發現,葉綠體中淀粉積累會導致　　　 　膜結構被破壞,使光反應為暗反應提供的　　　　減少。保衛細胞中淀粉含量增加會降低氣孔開放程度,導致　　　　　　　,抑制暗反應。
(4)結合上述研究可推測,葉片光合產物會被運到果實等器官并被利用,因此去除果實后,葉片光合產物利用量減少,　　　 　增多,抑制了光合速率。
【分析光合作用與細胞呼吸過程中物質及能量變化】
8.如下表示植物光合作用、細胞呼吸中氧的轉移過程。下列敘述正確的是 (　　)
H2OO2H2OCO2C3(CH2O)
A.過程①②都有ATP生成
B.過程②③進行的場所相同
C.過程②⑤所需的還原型輔酶全部來源于過程①
D.過程①③⑤都需在生物膜上進行
9.如圖是生物體內能量供應與利用的示意圖,下列說法正確的是 (　　)
A.①過程所需的色素只分布在類囊體薄膜上
B.H2O在光合作用和細胞呼吸過程中都可被消耗
C.①③中合成ATP所需的能量來源相同
D.動物細胞中,④中的能量可用于肌肉收縮、人的紅細胞吸收葡萄糖等生命活動
10.)某同學欲測定植物葉片葉綠體的光合作用速率,做了如圖所示實驗。在葉柄基部做環剝處理(僅限制葉片有機物的輸入和輸出),于不同時間分別在同一葉片上陸續取下面積為1 cm2的葉圓片烘干后稱其重量,測得葉片的葉綠體光合速率=(2y-z-x)/6[g/(cm2·h)](不考慮取葉圓片后對葉片生理活動的影響和溫度微小變化對葉片生理活動的影響)。則M處的實驗條件是 (　　)
A.下午4時后將整個實驗裝置遮光3小時
B.下午4時后將整個實驗裝置遮光6小時
C.下午4時后在陽光下照射1小時
D.晚上8時后在無光下放置3小時
11.利用裝置甲,在相同條件下分別將綠色植物E、F的葉片制成大小相同的“圓葉”,抽出空氣,進行光合作用速率測定。圖乙是利用裝置甲測得的數據繪制成的坐標圖。下列敘述正確的是 (　　)
甲 乙
A.從圖乙可看出,植物F適合在較強光照下生長
B.光照強度為1 klx,裝置甲中放置植物E葉片進行測定時,液滴向左移動
C.光照強度為3 klx時,E、F兩種植物的葉片產生O2的速率相等
D.光照強度為6 klx時,裝置甲中E植物葉片比F植物葉片浮到液面所需時間長
12.(不定項)以測定的CO2吸收量與釋放量為指標,研究溫度對某綠色植物光合作用與呼吸作用的影響,結果如圖所示。下列分析不正確的是 (　　)
A.兩曲線的交點表示光合作用制造有機物的量與呼吸作用消耗有機物的量相等
B.溫度高于25 ℃時,光合作用制造的有機物的量開始逐漸減少
C.光照相同時間,20 ℃時植物積累的有機物的量高于25 ℃時
D.光照相同時間,35 ℃時光合作用制造的有機物的量與30 ℃時相等
13.(多選題)將一植株放在密閉玻璃罩內再置于室外一晝夜,獲得的實驗結果如圖所示。下列有關說法錯誤的是 (　　)
甲 乙
A.圖乙中的ab段是由光合作用逐漸增強導致的
B.圖甲中的H點對應圖乙中的g點
C.圖乙中,d點時玻璃罩內的CO2濃度最高
D.經過這一晝夜,植物體的有機物含量會增加
14.某同學將生長旺盛的銀邊天竺葵(幼葉葉片全綠色,成熟葉片邊緣銀白色)置于密閉容器內(已知該容器內CO2和O2的初始濃度相等,氣體含量相對值為1),在天氣晴朗的早6時將該容器移至陽光下,日落后移到暗室中,測得容器中兩種氣體的相對含量如圖所示。請回答下列問題:
注:兩條曲線在20時前沿水平虛線上下對稱,20時后不對稱。
(1)利用銀邊天竺葵成熟葉片提取葉綠體色素的實驗中,對葉片進行　　　　　　　　　　的處理,能夠提高提取液中葉綠體色素的含量。
(2)圖中在　　 　　　時該植株的光合作用強度等于呼吸作用強度,此時葉綠體中二氧化碳來源是　 。
(3)從6時到8時,影響曲線變化的主要環境因素是　　　　　　,此環境因素對光合作用產生的影響是　　　　　　　　　　　　　 　　　(從光反應與暗反應的關系具體分析)。
(4)相比較17時,20時該植物干重　　　 　　　(填“增多”“減少”或“一樣多”)。
(5)分析兩條曲線在20時后不對稱的原因是　　 　　　　　　。
第4節　光合作用與能量轉化 課時練習答案
第1課時　捕獲光能的色素和結構
【基礎練習】
1.C　干燥處理過的定性濾紙可用于層析,不能用于研磨液過濾,過濾用單層尼龍布,A錯誤;在畫出一條濾液細線后,待濾液干后再重復畫線1~2次,B錯誤;研磨葉片時,用無水乙醇溶解色素,D錯誤。
2.C　二氧化硅有助于研磨得充分,A正確。分離色素時,不能讓濾液細線觸及層析液,否則濾液細線中的色素會被層析液溶解,而不能在濾紙上擴散,B正確。提取并分離韭黃葉片色素,結果層析帶只有上端葉黃素和胡蘿卜素兩條色素帶,不含葉綠素,原因可能是在避光條件下,葉綠素不能合成,說明葉綠素的合成需要光照;胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光,C錯誤,D正確。
3.D　圖中a的操作為剪去濾紙條的兩角,其目的是防止層析液在濾紙條兩邊擴散過快,避免得到的色素帶不整齊,A錯誤;c、d帶對應的色素分別為葉綠素b(黃綠色)、葉綠素a(藍綠色),c、d帶寬減小說明濾液中葉綠素含量減少,原因可能是忘記添加碳酸鈣,也可能是材料不新鮮,葉綠素含量少,B、C錯誤;色素f是胡蘿卜素,在層析液中的溶解度最大,在濾紙上擴散最快,位于濾紙條的最上方,D正確。
方法技巧　巧記四條色素帶的順序(由上到下)及顏色
　　胡(胡蘿卜素)黃(葉黃素)a(葉綠素a)b(葉綠素b)向前走,橙(橙黃)黃藍(藍綠)黃(黃綠)顏色留。胡蘿卜素最“纖細”,葉綠素a最“寬厚”。
4.C　甲和乙分別為葉綠素b和葉綠素a,主要吸收紅光和藍紫光,丙和丁分別為葉黃素和胡蘿卜素,主要吸收藍紫光,A正確;四種色素均為有機分子,易溶于有機溶劑無水乙醇,B正確;色素在層析液中的溶解度越大,在濾紙條上擴散越快,丁(胡蘿卜素)在濾紙條上擴散速度最快,在層析液中溶解度最大,C錯誤;葉綠素不穩定容易分解,在發黃的菠菜葉中含量顯著減少的是甲(葉綠素b)和乙(葉綠素a),D正確。
5.D　未加石英砂,導致研磨不充分,會使色素的提取量減少,①符合題意;一次性加入大量的無水乙醇,會使色素提取液濃度降低,②符合題意;分次加入少量無水乙醇不影響色素的提取,③不符合題意;放置數天的菠菜葉葉片發黃,葉綠素含量減少,提取量也會減少,④符合題意。
6.答案　(1)紙層析法　色素在層析液中溶解度的大小　2　(2)吸收光譜　(3)a　層析液　葉綠素b
解析　(1)圖1所示分離色素的方法為紙層析法;分離色素原理是色素在層析液中的溶解度不同,溶解度大的隨層析液在濾紙上擴散得快,反之則慢。色素帶由上到下依次是胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b。(2)不同色素吸收光的種類不同,因此可以通過分析色素溶液的吸收光譜來判斷色素帶上色素的種類,類胡蘿卜素主要吸收藍紫光,葉綠素主要吸收紅光和藍紫光。(3)將提取到的濾液滴在濾紙中央的地方,即a處,棉線燈芯下端應浸沒在層析液中。棉線燈芯吸取層析液到達點樣處,色素在層析液中的溶解度越大,在濾紙上擴散得越快,得到的圓越大。實驗最終得到四個不同顏色的同心圓,排列在最內側的色素是溶解度最小的葉綠素b。
7.C　光合色素的功能是吸收、傳遞、轉化光能,被葉綠體中色素吸收的光能都可用于光合作用,A正確;綠葉中的色素為葉綠素和類胡蘿卜素,葉綠素約占3/4,類胡蘿卜素約占1/4,B正確;一般情況下,光合作用所利用的光都是可見光,紅外光和紫外光不屬于可見光,C錯誤;植物生長過程中,葉綠體內各種色素的比例是會發生變化的,如秋天葉子變黃,葉綠素分解,色素比例明顯改變,D正確。
8.D　由圖可判斷,①是葉綠素b,②是葉綠素a。元素鎂是葉綠素的重要組成成分,故缺少鎂時,葉綠素b和葉綠素a的合成都會受到影響,但是鎂是大量元素,A錯誤;利用紙層析法分離色素時,葉綠素b(①)位于濾紙條最下端,B錯誤;葉綠素b和葉綠素a(①②)主要吸收紅光和藍紫光,類胡蘿卜素主要吸收藍紫光,C錯誤;根據題干信息可知,弱光下葉綠素a通過“葉綠素循環”向葉綠素b轉化,使①的相對含量增加,以適應弱光環境,增強對光能的利用,D正確。
9.C　結構①②是葉綠體的雙層膜結構,基本骨架均為磷脂雙分子層,膜的選擇透過性與蛋白質的種類和數量有關,A、B正確;與光合作用有關的酶位于③和④中,C錯誤;結構③為基粒,由類囊體堆疊而成,吸收光能的色素分布在類囊體薄膜上,D正確。
10.C　強光照射下,葉綠體會移動到葉肉細胞的B側,且扁平面側與光照方向平行,保證光合作用吸收光能的同時避免強光對葉綠體造成傷害,A、D正確;弱光照射下,葉綠體會移動到葉肉細胞的A側,且扁平面側與光照方向垂直,以增加對光的吸收,有利于光合作用,B正確,C錯誤。
【能力提升】
1.C　題述方法與紙層析法遵循相同的分離原理,即不同色素都能溶解在層析液中,但不同的色素溶解度不同,溶解度大的隨層析液在濾紙上擴散得快,反之則慢,A正確;若分離色素時點樣處觸及層析液,色素溶解于層析液中會導致硅膠板上不出現色素斑點,B正確;不同植物中四種色素在層析液中的溶解度相同,經過層析后在硅膠板上的排列順序相同,C錯誤;與紙層析法相比,題述方法點樣時無需畫濾液細線,只需將濾液點在點樣處即可,降低了點樣難度,D正確。
2.ABD　液氮可以使葉片迅速冰凍,該方法可以使細胞破碎充分,操作時間短,提取率較高,A正確;方法2通過研磨和過濾,會損失一定量的色素,B正確;方法3通過浸提法提取色素,主要是浸提液的種類和浸提時間影響色素的提取量,增強光照不能充分提取色素,C錯誤;色素可以溶解于有機溶劑中,可以用無水乙醇溶解色素,D正確。
3.答案　(1)綠葉中色素的提取和分離　黃綠色和藍綠色　(2)WT
解析　(1)要證明強光照射導致擬南芥葉片中的葉綠素部分分解,從而使被照射的縫隙處變成淺綠色,自變量是光照強度,因變量是葉綠素的含量(可用色素帶的寬窄表示色素的含量),可分別對強光和自然光照射的擬南芥葉片進行葉綠體色素的提取和分離。(2)觀察圖二中擬南芥葉肉細胞中葉綠體分布可知,用強光照射擬南芥葉片,WT組擬南芥葉肉細胞中葉綠體向細胞兩側移動,而chup1組無變化,則通過WT組可證實葉綠體在細胞內的位置分布受到動態調控。
第2課時　光合作用的原理和應用
【基礎練習】
1.B　離體葉綠體懸浮液含H2O,不含CO2,離體葉綠體只進行了光反應,沒有進行完整的光合作用產生有機物,A錯誤;光反應產生的氣泡為O2,同時產生了NADPH(具有還原性),該過程發生在葉綠體類囊體薄膜上,B正確,D錯誤;題述實驗遮光條件下不能進行光反應,也不能進行暗反應,C錯誤。
2.D　由于缺少加入CO2的另一組對照實驗,不清楚植物光合作用產生的O2中的O是否能來自CO2,A錯誤;阿爾農發現在光下的離體葉綠體,不供給CO2時,既積累NADPH也積累ATP,但不能說明NADPH和ATP的形成與葉綠體的基粒有關系,B錯誤;光反應為暗反應提供ATP和NADPH,但合成ATP和NADPH必須要有光照,阿爾農發現在光下的離體葉綠體,不供給CO2時,既積累NADPH也積累ATP,說明即使沒有CO2,光反應階段也可以進行一段時間,不能證明光合作用不需要光也可為有機物的合成提供還原劑,C錯誤,D正確。
3.C　光反應中,水分解為氧氣和H+,H+與NADP+、e-結合形成NADPH,光反應發生在葉綠體的類囊體薄膜上,A錯誤,C正確;14C轉移的途徑是14CO2→14C3→(14CH2O),B錯誤;14CO2參與的是暗反應,不參與ATP的合成,D錯誤。
4.D　葉綠素a分布在類囊體膜上,葉綠素a吸收的光能可以用于光合作用的光反應階段,參與ATP和NADPH的合成,在類囊體膜上將光能轉化為ATP和NADPH中的化學能,暗反應又將ATP和NADPH中的化學能轉化為有機物中的化學能,A正確;CO2需被固定形成C3,C3被NADPH和ATP還原,在相關酶的作用下形成糖類和C5,B、C正確;CO2的固定是指CO2與C5在酶的催化下合成C3的過程,沒有ATP的消耗,D錯誤。
5.A　由圖可知,階段Ⅰ表示光合作用的光反應階段,發生在類囊體薄膜上;階段Ⅱ表示暗反應階段,發生在葉綠體基質中,原料充足時,暗反應在有光和無光條件下均可進行,C、D錯誤。光反應中,水的光解產生氧氣和H+,H+與NADP+、e-結合形成NADPH(物質a),ADP+Pi+能量 ATP(物質b),A正確,B錯誤。
6.C　用黑布將培養瓶罩上,沒有光照,綠藻不能進行光反應,不再生成ATP、NADPH和O2,則短時間內ATP/ADP、NADPH/NADP+的值減小,A、B、D不符合題意;光反應停止,導致C3的還原受阻,進而導致CO2的固定減弱,C符合題意。
7.A　減少CO2供應會使C3合成速率下降,同時C3的還原正常進行,故短時間內C3相對含量下降,C5/C3的值增大,A正確;光合色素幾乎不吸收綠光,將白光換為相同強度的綠光會使光反應減弱,合成的ATP減少,短時間內ATP/ADP的值減小,B錯誤;達到光飽和點后,增加光照強度不會使大豆幼苗有機物積累速率增加,C錯誤;鎂是組成葉綠素的成分,降低培養液中鎂的含量會使大豆葉片中的葉綠素含量下降,從而導致葉黃素相對含量升高,D錯誤。
8.B　光反應需要在有光的條件下進行,光照強度可通過影響光反應而影響光合作用,A正確;水作為光反應的原料影響光合作用,同時水可影響葉片氣孔的開閉,進而影響CO2進入葉片進行暗反應,B錯誤;細胞內絕大多數化學反應是在酶的催化作用下完成的,酶的活性受溫度的影響,溫度可通過影響酶活性而影響光合作用,C正確;CO2濃度會因影響CO2的供應量而影響光合作用的暗反應階段,從而影響光合作用,D正確。
9.A　將果樹修整成主干突出,側枝層次分明、呈螺旋狀均勻著生在主干上的樹形,可以提高光合作用面積,進而提高果樹對光的利用效率,從而達到豐產效果,A正確;果樹修剪在一定程度上能夠提高對CO2的利用效率,但這不是果樹豐產的主要原因,B錯誤;果樹修剪不能改變果樹的抗病能力,C錯誤;如果增強果樹的呼吸作用,果樹可能會減產,D錯誤。
10.A　“正其行,通其風”指的是合理種植,提高O2和CO2流通,增加二氧化碳濃度,以加強植物的光合作用,A錯誤。“玉米帶大豆,十年九不漏”描述的是玉米和大豆間作,充分利用了光照資源,增加了光能利用率,B正確。“小暑不種薯,立伏不種豆”強調溫度等對植物生長的影響,不同的植物體內酶的最適溫度條件不同,C正確。“有收無收在于水,收多收少在于肥”是因為綠色植物的生命活動需要水,水是植物體的重要組成成分,植物體內水分充足時,植株才能保持直立的姿態,葉片才能舒展,有利于光合作用,提高產量;植物的生長需要多種無機鹽,無機鹽必須溶解在水中才能被植物吸收利用,不同的無機鹽功能不同,D正確。
11.D　作物密植要合理,密度過高會導致植物葉片互相遮擋,不能充分進行光合作用,會減產,A錯誤;間作組合選種遵循“一高一矮”“一胖一瘦”的原則,即高稈作物和矮稈作物搭配,株型松散、枝葉繁茂的作物和株型緊湊、枝葉稀疏的作物搭配,以營造良好的通風透光環境,B錯誤;施用有機肥可滿足植物對N等礦質元素的需要,改善土壤性質,但不能為植物生長提供能量,C錯誤;套種采用不同生育期的作物,一般來說主種作物成熟稍晚,副種作物成熟略早一些,能夠充分利用光照、土壤等條件,D正確。
12.D　土壤中的硝化細菌能進行化能合成作用,將二氧化碳和水合成糖類,且硝化細菌為需氧型細菌,A、B錯誤;硝化細菌能利用環境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物,C錯誤。
【能力提升】
1.C　題述實驗的自變量是光照強度,因變量是金魚藻產生的氣泡數,3組裝置金魚藻之間的差異屬于無關變量,A正確;LED燈的照光面積大,光照均勻,所以將臺燈換成裝置上方的LED燈可增大光照面積使材料受光一致,B正確;金魚藻釋放氣泡的速率為0時,金魚藻光合作用O2產生量可能小于或等于呼吸作用O2消耗量,不能說明金魚藻不進行光合作用,C錯誤;NaHCO3能夠提供CO2,所以可通過改變NaHCO3溶液的濃度探究CO2濃度對金魚藻光合強度的影響,D正確。
2.D　曲線Ⅱ和Ⅲ相比,CO2濃度不同,曲線Ⅰ和Ⅱ相比,溫度不同,A、B正確;光照強度為a~c時,曲線Ⅰ光合作用強度隨光照強度升高而升高,但曲線Ⅲ光合作用強度在光照強度大于a后幾乎無變化,D錯誤。
3.A　題述實驗的目的是研究溫度對某植物葉片光合速率和呼吸速率的影響,自變量是溫度,光照強度為無關變量,應保持相同且適宜,最好設置為植物葉片達到最大光合速率時所對應的最小光照強度,即該植物葉片的光飽和點,A正確;圖中光合作用的最適溫度為T5,而在該實驗溫度范圍內呼吸速率隨著溫度的升高而增大,所以光合作用最適溫度比呼吸作用最適溫度低,B錯誤;若將溫度從T6調至T5,則光合速率會增大,呼吸速率會減小,因此,該植物葉片的有機物積累速率將增大,C錯誤;根據曲線信息,在一定范圍內隨著溫度的升高,葉片細胞呼吸消耗O2的速率增大,即進行了有氧呼吸,而有氧條件下CO2是在線粒體中產生的,并不在細胞質基質中產生,D錯誤。
4.C　分析題圖,如表所示:
關鍵點 特征 分析
a點 光照強度為0 細胞只進行呼吸作用,產生ATP的細胞器只有線粒體,此時的O2吸收量可代表呼吸速率
b點 O2吸收量為0 此時植物光合作用強度=呼吸作用強度,此時的光照強度為光合作用的光補償點
c點 c點后,隨光照強度增大,O2釋放量不再變化 此時的光照強度為光合作用的光飽和點,對應的O2釋放量代表最大光合速率
根據以上分析,A、B正確。溫度從25 ℃提高到30 ℃后,光合作用強度減小,d點上移,呼吸作用強度增大,a點上移;b點時,植物光合作用強度=呼吸作用強度,由于光合作用強度減小,呼吸作用強度增大,因此,需增大光照強度以提高光合作用強度,才能實現植物光合作用強度=呼吸作用強度,所以b點右移,C錯誤。當植物缺鎂時,光合作用強度減小,因此b點將向右移動,D正確。
5.B　分析題圖,CO2釋放量=呼吸作用CO2產生量-光合作用CO2固定量=呼吸速率-光合速率。隨著光照增強細胞呼吸速率并不會減弱,但光合速率會在一定范圍內增大,使CO2的釋放量減少,A錯誤。光照強度為a時,CO2釋放量>0,即仍有部分CO2釋放到細胞外,說明細胞呼吸速率>光合速率,B正確。光照強度為0時,細胞只進行呼吸作用,據圖可知呼吸作用CO2產生量為8;光照強度為b時,CO2釋放量為0,即葉肉細胞呼吸作用CO2產生量=光合作用CO2固定量=8,C錯誤。葉綠體O2產生量即光合作用O2產生總量=光合速率,O2的釋放量=光合作用O2產生量-呼吸作用O2消耗量;題圖是在呼吸速率最大的溫度條件(細胞呼吸最適溫度)下測定的,降低溫度時,細胞呼吸速率減弱,呼吸作用O2消耗量減少,但此時不清楚光合作用O2產生量受溫度影響的情況,因此無法判斷O2的最大釋放量,D錯誤。
6.答案　(1)類囊體薄膜　紅光和藍紫光　(2)甲　(3)甲　(4)低
解析　圖中CO2吸收量為植物從外界吸收的CO2量=光合作用CO2固定量-呼吸作用CO2產生量。CO2吸收量為0時,光合速率=呼吸速率,此時的光照強度是植物的光補償點。由圖可知,甲植物的光補償點大于乙植物的光補償點,且隨著光照強度的增大,甲植物的CO2吸收量上升較乙快,且曲線逐漸高于乙植物,推測甲植物是陽生植物,乙植物是陰生植物。(2)當光照強度大于a時,與乙植物相比,甲植物的CO2吸收量明顯增加,說明甲植物對光能的利用率較高。(3)由圖可知,甲植物受光照影響較明顯,在低光照強度下,光合速率下降幅度較大的植物是甲。(4)光合作用固定與呼吸作用產生的CO2量相等時的光照強度為光補償點。通常情況下,陽生植物的光補償點與光飽和點都比陰生植物高。
7.答案　(1)庫　蔗糖、淀粉　(2)隨著去除果實百分率的提高,葉片光合速率逐漸下降　(3)類囊體/基粒　ATP、NADPH　CO2供應減少　(4)積累量
解析　(1)果實作為光合產物或營養物質的儲存部位被稱為“庫”。據表分析,實驗組去除部分桃樹枝條上的果實,與對照組相比,其葉片的凈光合速率降低,而蔗糖和淀粉含量增加,可推測去果處理降低了“庫”的大小,進入“庫”的光合產物減少,使葉片中蔗糖和淀粉積累,進而抑制了光合速率。(2)據圖可知,隨著去除果實百分率的提高,葉片光合速率逐漸下降,說明去果會影響光合速率,進一步驗證了上述推測。(3)光反應的場所是葉綠體的類囊體薄膜。研究發現,葉綠體中淀粉積累會導致葉綠體類囊體膜結構被破壞,進而使光反應產生、供暗反應使用的NADPH和ATP減少。保衛細胞中淀粉含量增加會降低氣孔導度,使CO2吸收減少,即CO2供應減少,抑制了CO2的固定過程,進而抑制暗反應,最終導致光合速率下降。(4)結合上述研究可推測,葉片光合產物會被運到果實等器官并被利用,因此去除果實后,葉片光合產物利用量減少,積累量增多,抑制了光合速率。
8.A　由氧的轉移過程可知,①是光反應階段,②是有氧呼吸的第三階段,③是有氧呼吸的第二階段,④為暗反應階段中CO2的固定,⑤表示暗反應階段中C3的還原。光反應、有氧呼吸的第三階段都有ATP生成,A正確;有氧呼吸第三階段發生在線粒體內膜上,有氧呼吸第二階段發生在線粒體基質中,B錯誤;有氧呼吸第三階段所需的還原型輔酶Ⅰ來源于有氧呼吸的第一、二階段,暗反應中C3的還原所需的還原型輔酶Ⅱ來源于光反應,C錯誤;光反應在類囊體薄膜上進行,有氧呼吸第二階段在線粒體基質中進行,暗反應C3的還原在葉綠體基質中進行,D錯誤。
9.B　圖中①是光反應階段,②是暗反應階段,③是有氧呼吸,④是ATP的利用。有些原核生物沒有類囊體薄膜,但含有進行①光反應過程所需的色素,如光合細菌,A錯誤;在光合作用的光反應階段H2O光解產生O2,在有氧呼吸過程中丙酮酸與H2O反應產生CO2,B正確;①光反應中合成ATP所需的能量是光合色素吸收的光能,③細胞呼吸中合成ATP所需的能量是有機物分解釋放的化學能,C錯誤;人的紅細胞吸收葡萄糖屬于協助擴散,不消耗能量,肌肉收縮消耗能量,D錯誤。
10.B　上午10時到下午4時之間的6個小時,植物既進行光合作用,也進行呼吸作用,葉圓片重量變化表示的是凈光合作用量,則凈光合速率=凈光合作用量÷6=;計算總光合速率時,要知道凈光合速率和呼吸速率,測定呼吸速率要在黑暗條件下進行,設M處的實驗條件是下午4時后將整個實驗裝置遮光n小時,此時葉片只進行呼吸作用,則呼吸速率=;根據呼吸速率=總光合速率-凈光合速率,即=-,解得n=6。
11.B　分析圖甲:裝置中CO2緩沖液能夠為葉片光合作用提供穩定的CO2,保證裝置中CO2含量的相對穩定,因此裝置中氣體量變化為O2含量的變化。分析圖乙:曲線F所代表的植物的光補償點和光飽和點均較曲線E低,因此,植物F適合在較弱光照下生長,A錯誤。將裝置甲置于光下,在光照強度為1 klx時,植物E葉片的O2釋放量為負值,即葉片需要從外界吸收O2,裝置甲中氣壓減小,液滴向左移動,B正確。凈光合速率(單位時間內的O2釋放量)=總光合速率(單位時間內葉綠體產生O2的量)-呼吸速率(黑暗條件下單位時間內消耗O2的量);當圖乙中光照強度為3 klx時,E植物葉片光合作用產生氧氣的速率=10+20=30[mL/(10 cm2·h)],而F植物葉片光合作用產生氧氣的速率=10+10=20[mL/(10 cm2·h)],即E、F兩種植物的葉片產生氧氣的速率不等,C錯誤。光照強度為6 klx時,E植物葉片凈光合速率大于F植物葉片,E植物葉片釋放的O2更多,即細胞間充滿的O2較多,因此裝置甲中E植物葉片比F植物葉片浮到液面所需時間短,D錯誤。
12.ABC　總光合速率、凈光合速率、呼吸速率的表示方法,如下表所示:
凈光合速率 光照下CO2的吸收量、植物有機物的積累量
總光合速率 植物光合作用制造有機物的量
呼吸速率 黑暗中CO2的釋放量、植物有機物的消耗量
根據以上分析可知,兩曲線交點表示凈光合速率=呼吸速率,即光合作用有機物積累量=呼吸消耗有機物的量,A錯誤。30 ℃時,凈光合速率為3.5 mg/h,呼吸速率為3.0 mg/h,則總光合速率為3.5+3.0=6.5(mg/h);35 ℃時,凈光合速率為3.0 mg/h,呼吸速率為3.5 mg/h,則總光合速率為3.5+3.0=6.5(mg/h);根據以上分析可知,30 ℃與35 ℃光合作用制造有機物的量相等,由此可推知溫度高于25 ℃時,光合作用制造的有機物的量不是逐漸減少的,B錯誤,D正確。25 ℃時,光照下CO2的吸收量最大,即凈光合速率最大,此時植物有機物積累量最大,C錯誤。
13.AB　分析圖甲和圖乙,得到下表:
關鍵點或段 特征 分析
圖甲 AD段、 HI段 密閉玻璃罩內CO2濃度上升 呼吸速率>光合速率
DH段 密閉玻璃罩內CO2濃度下降 呼吸速率<光合速率
D點 密閉玻璃罩內CO2濃度最高 呼吸速率=光合速率(凈光合速率為0)
H點 密閉玻璃罩內CO2濃度最低
圖乙 d點、h點 植物不吸收CO2,也不釋放CO2 呼吸速率=光合速率(凈光合速率為0)
f點 植物CO2吸收較少 可能是光照過強導致部分氣孔關閉
圖乙中的ab段CO2釋放速率減小,是因為夜間低溫導致呼吸速率下降,此時細胞不進行光合作用,A錯誤。結合題圖中的時間和表格分析可知,圖甲中的H點對應圖乙中的h點,B錯誤。圖乙中,d點之前,植物呼吸作用速率>光合作用速率,因此玻璃罩內的CO2濃度一直上升;d點時光合速率=呼吸速率,此時玻璃罩內的二氧化碳濃度最高;此后隨著光照繼續增強,光合速率>呼吸速率,二氧化碳濃度下降,C正確。密閉玻璃罩內CO2濃度I點低于A點,表明經過這一晝夜,密閉容器中CO2的含量減少,則植物體中的有機物含量增加,D正確。
14.答案　(1)剪去銀白邊和葉脈并剪碎葉片　(2)8和17　從外界環境吸收(或從密閉容器內吸收)和呼吸作用釋放　(3)光照強度　光反應向暗反應提供的ATP和NADPH較少,使暗反應中C3的還原受到抑制　(4)減少　(5)葉肉細胞不進行光合作用,植物細胞既進行有氧呼吸,也進行無氧呼吸
解析　分析題圖,得到下表:
時間 分析植株的呼吸作用強度和光 合作用強度的關系
6時至8時 呼吸作用強度>光合作用強度
8時 光合作用強度=呼吸作用強度
8時至17時 呼吸作用強度<光合作用強度
17時 光合作用強度=呼吸作用強度
17時后 光合作用強度<呼吸作用強度
圖中在8時、17時該植株的光合作用強度=呼吸作用強度,即該植株含葉綠體的細胞的光合作用強度=該植株所有細胞的呼吸作用強度,則對于含葉綠體的細胞而言,光合作用強度大于呼吸作用強度,因此葉綠體中二氧化碳的來源是從外界環境吸收(或從密閉容器內吸收)和呼吸作用釋放。(3)從6時到8時,光合作用強度<呼吸作用強度,但光合作用在逐漸增強,因此6時到8時影響曲線變化的主要環境因素是光照強度。此時間段光照強度較弱,光反應向暗反應提供的ATP和NADPH較少,使暗反應中C3的還原受到抑制。(4)17時植株光合作用強度=呼吸作用強度,此后光照強度逐漸減弱,直至消失,光合作用強度<呼吸作用強度,說明17時植物有機物積累量最大,即干重最大。
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生物（人教版）
高中生物 必修一
第五章 細胞的能量供應和利用
第4節 光合作用與能量轉化
正常幼苗能進行光合作用制造有機養料。
正常苗
白化苗不能進行光合作用，無法制造有機養料。
白化苗
課堂導入
玉米中有時會出現白化苗,圖中是白化苗和正常玉米苗的比較，白化苗由于不能進行光合作用，待種子中的營養成分消耗完后就會死亡，這說明光合作用離不開色素的作用。那么，綠葉中與光合作用有關的色素和結構有哪些呢？它們有什么特點和功能呢？
課堂導入
0
（一）捕獲光能的色素
綠葉中有哪些色素呢？
它們分別是什么顏色呢？
各種色素在綠葉中的含量相同嗎？
怎么辦？
實驗——綠葉中色素的提取與分離
①提取：色素能溶解在有機溶劑無水乙醇中，所以可用無水乙醇提取色素。
1、實驗原理：
2、目的要求：
1.進行綠葉中色素的提取和分離；
2.探究綠葉有幾種色素
3、選材：
新鮮的幼嫩的綠葉（色素含量高）
如菠菜葉、棉花葉、洋槐葉等。
②分離：不同色素在層析液中溶解度不同，溶解度高的色素隨層析液在濾紙上擴散得快；反之，則慢。
實驗——綠葉中色素的提取與分離
（1）提取綠葉的色素
取材：5g的綠葉，剪碎，放入研缽中。
材料用具：
新鮮的綠葉、濾紙、無水乙醇、二氧化硅、碳酸鈣、層析液等
4、步驟：
二氧化硅：有助于研磨得充分。
研磨
碳酸鈣：可防止研磨中色素被破壞。
5-10mL無水乙醇：溶解色素、從而提取色素
迅速充分研磨：使色素分子更充分的溶于無水乙醇，防止乙醇揮發影響實驗。
（注意：無水乙醇可用體積分數為95%的乙醇+無水碳酸鈉代替）
實驗——綠葉中色素的提取與分離
（1）提取綠葉的色素
過濾：
4、步驟：
收集：
單層尼龍布（不能用濾紙）
棉塞塞緊試管：防止空氣中氧氣破壞提取的色素分子。
01
實驗——綠葉中色素的提取與分離
（2）分離色素（紙層析法）
鉛筆線
畫鉛筆細線
制備濾紙條
干燥的、長寬略小于試管的濾紙條
畫濾液細線
取濾液：吸管吸取少量濾液
一端剪兩角：使層析液在濾紙條上擴散速度均衡，得到清晰整齊的色素帶
1cm處鉛筆畫線（不可用油性筆）
畫濾液細線：（細、直、齊）有利于得到清晰整齊的色素帶
干后 重復 畫：為了增加色素含量
實驗——綠葉中色素的提取與分離
分離色素
加層析液（石油醚+丙酮+苯組成）
放濾紙條：不能觸及層析液，防止色素被層析液溶解，不能在濾紙條上擴散。
層析液
培養皿
棉塞塞緊試管：因為層析液成分有毒且易揮發。
（通風進行）
5.觀察和記錄
（1）觀察濾紙條上有幾條不同顏色的色帶？其排序怎樣？說明什么：
胡蘿卜素（橙黃色）
葉黃素（黃色）
葉綠素a（藍綠色）
葉綠素b（黃綠色）
排序從上到下：
類胡蘿卜素
葉綠素
溶解度（上→下）：胡蘿卜素＞葉黃素＞葉綠素ａ＞葉綠素ｂ
說明：
5.觀察結果和分析
（2）觀察濾紙條上的色帶其寬窄如何？說明了什么？
寬窄：
葉綠素a色素帶最寬，
胡蘿卜素色素帶最窄。
說明：
綠葉中四種色素的含量不同，
葉綠素a最多，胡蘿卜素最少。
含量（寬窄）：葉綠素ａ＞葉綠素ｂ＞葉黃素＞胡蘿卜素
葉綠體中的色素
葉綠素
類胡蘿卜素
葉綠素a(藍綠色)
葉綠素b（黃綠色）
胡蘿卜素（ 橙黃色）
葉黃素（黃 色）
（3/4）
(1/4)
（擴散速度最快）
（最窄）
（最寬）
（擴散速度最慢）
5.觀察結果和分析
濾紙條上的色素帶說明了綠葉中的色素有4種，它們在層析液中的溶解度不同，隨層析液在濾紙上擴散的快慢也不同，同時由于4種色素的顏色不同，也說明不同色素吸收了不同波長的光。
四種色素對光的吸收
葉綠素溶液
葉綠素主要吸收紅光和藍紫光
類胡蘿卜素主要吸收藍紫光
類胡蘿卜素溶液
四種色素對光的吸收
類胡蘿卜素：吸收藍紫光
葉綠素：吸收藍紫光和紅光
葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜
四種色素對光的吸收
01
實驗——綠葉中色素的提取與分離
葉綠素a和合葉綠素b主要吸收藍紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光。
注：因為葉綠素對綠光吸收最少，綠光被反射回來，所以葉片才呈現綠色。
結論：
分析：
由于葉綠素的含量大大超過類胡羅卜素，而使類胡羅卜素的顏色被掩蓋，只顯示出葉綠素的綠色
由于葉綠素比類胡羅卜素易受到低溫的破壞，秋季低溫使葉綠素大量破壞，而使類胡羅卜素的顏色顯示出來
為什么許多植物到了秋天葉子會變黃？
為什么大多植物的葉片是綠色的？
葉綠體中的色素
葉綠素
類胡蘿卜素
葉綠素a（藍綠色）
葉綠素b（黃綠色）
胡蘿卜素（ 橙黃色）
葉黃素（黃 色）
（3/4）
(1/4)
（擴散速度最快）
（最窄）
（最寬）
（擴散速度最慢）
5.觀察結果和分析
藍紫光
藍紫光和紅光
4種色素的功能：都可吸收、傳遞、轉化光能
(1) 收集到的濾液綠色過淺的原因分析
①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
②使用放置數天的菠菜葉，濾液色素(葉綠素)太少。
③一次加入大量的無水乙醇,提取濃度太低。
④未加碳酸鈣或加入過少，色素分子被破壞。
(2)濾紙條色素帶重疊的原因分析。
①濾液細線不直,重復畫線時細線不重疊。
②濾液細線過粗。
(3)濾紙條看不見色素帶的原因分析
①忘記畫濾液細線。
②濾液細線接觸到層析液，且時間較長色素全部溶解到層析液中。
③用水進行綠葉中色素的提取。
綠葉中色素提取和分離的異常現象分析
（二）葉綠體的結構適于進行光合作用
這些囊狀結構稱為類囊體。吸收光能的四種色素就分布在類囊體薄膜上。
（想一想：）
葉綠體內有如此多的基粒和類囊體，有什么作用？
極大地擴展了受光的面積。
光合作用的場所（實驗）
葉綠體的功能：
內膜
外膜
基粒
類囊體腔
基質
現象：裝片中需氧細菌只向葉綠體被光束照射到的部位集中。
現象：裝片中需氧細菌分布在葉綠體所有受光的部位。
結論：氧氣是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是光合作用的場所。
1880年，恩格爾曼的實驗（一）
現象：用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，發現大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區域。
結論：葉綠體中的色素主要通過吸收紅光和藍紫光來進行光合作用。
藍紫光
紅光
1880年，恩格爾曼的實驗（二）
思考·討論1、恩格爾曼第一個實驗的結論是什么？2、恩格爾曼在選材、實驗設計上有什么巧妙之處？3、在第二個實驗中，大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區域，為什么？4、綜合上述資料，你認為葉綠體具有什么功能？恩格爾曼第一個實驗的結論是：氧氣是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是光合作用的場所。實驗材料選擇水綿和需氧細菌，水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察，用需氧細菌可確定釋放氧氣多的部位；沒有空氣的黑暗環境排除了氧氣和光的干擾；用極細的光束照射，葉綠體上有光照多和光照少的部位，相當于一組對比實驗；臨時裝片暴露在光下的實驗再一次驗證了實驗結果，等等。這是因為水綿葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍紫光，在此波長光的照射下，葉綠體會釋放氧氣，適于需氧細菌在此區域分布。葉綠體是進行光合作用的場所，并且能夠吸收特定波長的光。二、拓展應用1、有關。不同顏色的藻類吸收不同波長的光。藻類本身的顏色是反射出來的光所形成的，即紅藻反射出紅光，綠藻反射出綠光，褐藻反射出黃色的光。水對紅、橙光的吸收比對藍、綠光的吸收要多，即到達深水層的光線是短波長的光，因此，吸收紅光和藍紫光較多的綠藻分布于海水的淺層，吸收藍紫光和綠光較多的紅藻分布于海水深的地方。2、與傳統生產方式相比，植物工廠生產蔬菜可以精確控制植物的生長周期、生長環境、上市時間等，但同時面臨技術難度大、操控要求高、需要掌握各種不同蔬菜的生理特性等問題。(共17張PPT)
光合作用的原理和應用
第五章 第四節
01
02
04
03
01
04
問題：捕獲光能的色素所吸收的光能在光合作用中是如何起作用的
離體的葉綠體懸浮液
鐵鹽
（或其他氧化劑）
O2
希爾反應
光合作用的探究歷程
離體的葉綠體懸浮液
鐵鹽
（或其他氧化劑）
O2
希爾反應
問：能否說明產生的氧氣中的氧元素全部來自于水？
魯賓和卡門實驗
O2
18O2
C18O2
H2O
CO2
H218O
光照射下的小球藻懸浮液
阿爾農實驗
1954年，阿爾農等用離體的葉綠體做實驗：在給葉綠體照光時發現，當向反應體系中供給ADP、Pi等物質時，體系中就會有ATP出現。1957年，他發現這一過程總是與水的光解相伴隨。
該實驗說明在光下還進行了什么反應
合成了ATP，反應式：
ADP＋Pi ＋能量 ATP
酶
光反應階段模型構建
H2O
類囊體膜
反應場所
光反應階段模型構建
H2O
類囊體膜
酶
反應條件
光反應階段模型構建
H2O
類囊體膜
酶
能量轉化
Pi ＋ADP
ATP
反應式：
ADP＋Pi ＋能量 ATP
酶
H2O
類囊體膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
H+
光反應階段模型構建
反應產物
反應式：2H2O O2 + 4H+
反應式：NADP++H+ NADPH
H2O
類囊體膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
H+
光反應階段模型構建
光反應的概念
光反應階段：光合作用第一個階段的化學反應，必須有光才能進行，這個階段叫光反應階段
ATP
光合作用產生的有機物又是怎樣合成的？
ATP能否作為生物體的儲能物質？
光反應中能量是怎樣轉化的？
1
1
2
3
光能轉化為化學能
ATP是高能磷酸化合物，不穩定易分解，ATP是細胞生命活動的直接供能物質
ATP與ADP相互轉化，在生物體中的含量是微量的
卡爾文實驗
光合作用產生的有機物又是怎樣合成的？
20世紀40年代，卡爾文等用小球藻（一種單細胞的綠藻）做的實驗：用經過14C標記的14CO2 ，證明了CO2是如何轉化為有機物中的碳。
即卡爾文循環的發現。
暗反應
定義：光合作用的第二個階段中的化學反應，有沒有光都能進行，這個階段叫做暗反應階段
能量轉化
反應地點：葉綠體基質
反應條件：暗反應是不是只能在無光的條件下進行？
卡爾文循環
（CHO2）
2C3
C5
CO2
CO2
的固定
NADPH
ATP
NADP+
ADP+Pi
光能 葉綠體
6CO2+12H2O 6（CH2O）+6O2+6H2O
光合作用的概念
光反應
光能 葉綠體
6CO2+12H2O 6（CH2O）+6O2+6H2O
光合作用的概念
光反應
暗反應
課后思考
綠葉海蝸牛屬軟體動物腹足綱腹足目的一種囊舌類海洋軟體動物。卻能夠像植物一樣進行光合作用，請查閱相關資料解釋其原因。
感謝大家

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