1_06-专题六　光合作用.pptx

高考生物,新高考专用,专题六光合作用,考点一捕获光能的色素和结构,一、捕获光能的色素1.色素的提取和分离1)实验原理提取原理:光合色素易溶于无水乙醇等有机溶剂中。分离原理:不同光合色素在层析液中溶解度不同,在滤纸上的扩散速度不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢。,2)实验步骤,知识归纳(1)SiO2、CaCO3的作用:SiO2有助于研磨得充分。CaCO3可中和细胞中的有机酸,防止研磨中叶绿素被破坏。(2)滤液细线要画直、细、匀的原因:防止色素带重叠。(3)滤液细线不能触及层析液的原因:防止色素溶解在层析液中,不能在滤纸上扩散。(4)分离色素的过程中,需要用棉塞塞紧试管口的原因:减少吸入层析液中有毒的挥发物质。,3)结果分析,知识拓展收集的滤液颜色较浅的原因(1)未加SiO2,研磨不充分,色素未能充分提取出来;(2)称取绿叶过少或加入无水乙醇过多(应多次少量加入无水乙醇,以免提取液浓度太低),色素溶液浓度小;(3)未加CaCO3或加入过少,叶绿素分子部分被破坏;(4)叶片泛黄,色素含量少。知识归纳根据实验结果判断色素的含量及其在层析液中的溶解度大小:色素的含量可根据色素带的宽度和颜色深浅进行判断,色素带越宽、颜色越深则含量越多;溶解度大小可根据色素带到滤液细线的距离远近进行判断,距离越远则色素在滤纸上扩散得越快,溶解度越大。,2.叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱1)色素的作用:吸收、传递、转化光能。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,叶绿素主要吸收蓝紫光和红光。2)一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光。,二、捕获光能的结构叶绿体1.结构,2.与光合作用相适应的结构特点:光合色素分布于类囊体薄膜上;光合酶分布于类囊体膜上和叶绿体基质中。,考点训练(请判断下列说法是否正确),1.依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离。()2.叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素。()3.叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同。()4.植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。()5.叶片黄化,叶绿体对红光的吸收增多。()6.在绿色植物体中,光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体的类囊体膜上和基质中。(),答案1.依据不同光合色素在层析液中溶解度的差异对光合色素进行纸层析分离。2.3.4.植物呈现绿色是由于叶绿素对绿光吸收最少,反射最多。5.叶片黄化,叶绿体中叶绿素含量减少,对红光的吸收减少。6.在绿色植物体中,光合作用需要的色素只分布在叶绿体的类囊体薄膜上。,考点二光合作用的原理,一、光合作用的过程,1.光反应1)场所:类囊体薄膜。2)条件:光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+。3)物质变化水的光解:2H2O O2+4H+4e-;ATP的合成:ADP+Pi+能量ATP;NADPH的合成:NADP+H+2e-NADPH(还原型辅酶)。4)能量变化光能ATP、NADPH中活跃的化学能。,2.暗反应(碳反应)1)场所:叶绿体基质。2)条件:多种酶、NADPH、ATP、CO2、C5。3)物质变化CO2的固定:CO2+C52C3;C3的还原:2C3(CH2O)+C5。4)能量变化ATP、NADPH中活跃的化学能转变为(CH2O)中稳定的化学能。,3.光反应和暗反应的联系,知识归纳(1)光反应为暗反应提供ATP、NADPH(既作还原剂又供能),暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+。(2)光合作用过程中各元素的转移CO2+H2O(CH2O)+O2O元素:O18O2C元素:14CO214C3(14CH2O)H元素:H2ONADPH(CH2O)+H2O(3)化能合成作用:某些细菌(硝化细菌)能够利用体外环境中的某些无机物(NH3)氧化时所释放的化学能来制造有机物的合成作用。,二、环境改变时各物质含量的变化1.光合作用过程简图,2.环境改变时各物质含量变化的分析说明:“”表示减少,“”表示增加。,知识归纳环境改变时各物质含量短时间内变化结果,注意:因植物主要吸收红光和蓝紫光,几乎不吸收绿光,故将光照改为绿光时,相关物质的变化与光照强度减弱时的物质变化相同。,考点训练(请判断下列说法是否正确),1.叶绿体中进行光反应的膜结构不能合成ATP。()2.H2O在光下分解为H+、e-和O2的过程发生在叶绿体内膜上。()3.离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后,可完成暗反应过程。()4.光合作用过程中,若停止供应CO2则C5/C3的值升高。()5.光合作用中叶绿素吸收光能不需要酶的参与。()6.光合作用中CO2可直接被NADPH还原,再经过一系列反应形成糖类。(),答案1.叶绿体中进行光反应的膜结构能合成ATP。2.H2O在光下分解为H+、e-和O2的过程发生在叶绿体类囊体薄膜上。3.4.5.6.光合作用中CO2先被C5固定成C3,C3再被NADPH还原。,考点三影响光合作用的因素及应用,一、内部因素:遗传特性(色素含量、酶的数量及活性等)、叶面积指数、叶龄等。,二、单因子外界环境因素,1.光1)光照强度,原理:光照强度通过影响光反应ATP和NADPH的产生来制约暗反应,最终影响光合速率。曲线分析(以阳生植物为例),疑难突破B点时,植物光合作用等于呼吸作用,但该植株叶肉等细胞的光合作用大于呼吸作用,原因是植物只有含叶绿体的细胞进行光合作用,而整个植物的活细胞均进行呼吸作用。应用:利用阴生植物的光补偿点、光饱和点均前移的特点,合理安排间作套种农作物的种类搭配及林带树种的配置,可充分利用光能;适当提高光照强度可增加大棚作物产量。,2)光质原理a.光质影响光合作用强度:光合色素主要吸收红光和蓝紫光,几乎不吸收绿光。白光为复色光,光合能力最强,单色光中红光、蓝紫光较好,绿光最差。b.光质影响光合产物的种类:蓝紫光照射下,光合产物中蛋白质和脂肪含量增加;红光照射下,光合产物中糖类含量较多。应用:在需要人工补充光照的温室、塑料大棚中栽培农作物时,可根据所需要的光合产物的类型,来选择适合的光源及玻璃或塑料薄膜。,2.CO2浓度图1 图21)原理:CO2浓度通过影响暗反应阶段C3的生成来影响光合作用强度。2)曲线分析:图1、2都表示在一定范围内光合速率随CO2浓度增大而增大,当CO2达到一定浓度后,光合速率不再增加。图1中A点表示光合速率等于呼吸速率,即CO2补偿点;图2中的A点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。图1、2中的B、B点都表示CO2饱和点。3)应用:农田“正其行、通其风”;温室大棚可增施农家肥等来增大CO2浓度。,3.温度1)原理:温度通过影响酶的活性来影响光合速率。2)应用:农田适时播种;温室大棚内增加昼夜温差,保证植物有机物的积累。,4.矿质元素1)原理:某些矿质元素是植物所必需的,在一定浓度范围内,光合速率随矿质元素浓度的增加而增大,当超过一定浓度后,会导致植物渗透失水而萎蔫,光合速率下降。2)应用:根据作物的需肥规律,适时、适量地增施肥料,提高农作物产量。,5.水分1)原理:水是光合作用的原料之一,又是细胞内良好的溶剂。水还能通过影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体,来影响光合作用。2)应用:根据作物的需水规律合理灌溉。,三、多因子变量1.图像,2.曲线分析1)A点前:限制光合速率的因素为横坐标表示的因子,随因子的不断加强,光合速率不断提高。2)B点:横坐标表示的因素不再是影响光合速率的因子,影响因素主要为各曲线所表示的因子。3.应用:温室栽培时,在一定光照强度下,白天适当提高温度(也可同时适当增加CO2)可提高光合速率;当温度适宜时,可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。,考点训练(请判断下列说法是否正确),1.夏季连续阴天,大棚中白天适当增加光照,夜晚适当降低温度,可提高作物产量。()2.“正其行、通其风”,主要为植物提供更多的O2以提高细胞呼吸效率。()3.给作物施用有机肥,能促进微生物细胞呼吸,进而为植物提供CO2和无机盐。()4.新疆瓜果一般更甜的主要原因是新疆的土地更肥沃。()5.密闭玻璃容器中降低CO2供应,植物光反应不受影响,但暗反应速率降低。(),答案1.2.“正其行、通其风”,主要为植物提供更多的CO2以提高光合作用效率。3.4.新疆瓜果一般更甜的主要原因是新疆地区昼夜温差大,植物积累的有机物多。5.降低CO2供应会导致C3合成减少,进而使NADPH和ATP的消耗减少,造成光反应产物的积累,光反应速率降低。,考点四光合作用和细胞呼吸,一、光合作用和有氧呼吸过程图解(以真核生物为例)为光反应,为暗反应,为有氧呼吸,场所分别为叶绿体类囊体薄膜、叶绿体基质、细胞质基质、线粒体。,二、光合作用和细胞呼吸的联系1.物质转变(以光合作用和有氧呼吸为例)2.能量转化,考点训练(请判断下列说法是否正确),1.光合作用过程中光能转变为化学能,细胞呼吸过程中化学能转变成热能和ATP。()2.光合作用光反应阶段的产物可为有氧呼吸第三阶段提供原料。()3.叶片和蚱蜢用于细胞生命活动的能量分别来源于光合作用和细胞呼吸。()4.菠菜根细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体。(),答案1.无氧呼吸过程中化学能可转变成热能、不彻底氧化产物中的化学能和ATP中的化学能。2.3.叶片用于细胞生命活动的能量来源于光合作用和细胞呼吸。4.菠菜根细胞无叶绿体,不能进行光合作用,其产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体。,提升一常考易错的植物“三率”,1.相关概念1)呼吸速率:植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值单位时间内一定组织的CO2释放量或O2吸收量。2)总(真正)光合速率:植物绿色组织在有光条件下进行光合作用单位时间内一定叶面积消耗CO2的量或产生O2的量。3)净(表观)光合速率:植物绿色组织在有光条件下,光合作用与细胞呼吸同时进行时,测得的数据为净光合速率。从数值关系上:净光合速率=总光合速率-呼吸速率。,2.相关图示1)图1纵坐标的值实指净光合速率。图1 图22)图2中,净光合速率表示为或;总光合速率为(+)或(+);呼吸速率为或。,3.植物“三率”的判定1)根据坐标曲线判定当光照强度为0时,若CO2吸收量为负值,则该曲线表示净光合速率;若CO2吸收量为0,则该曲线表示总光合速率。2)根据关键词判定(单位时间内的变化量),4.一昼夜代谢曲线1)自然环境中,疑难突破(1)a点前后CO2释放量变化的原因是夜间温度变化。(2)光合作用开始于c点前(b点),结束于d点后。(3)AB:中午气温过高,为减少蒸腾作用,叶片气孔部分关闭,CO2吸收减少,光合作用强度减弱,称光合午休。(4)曲线在第一象限与横轴围成的图形面积减去曲线在第四象限与横轴围成的图形面积即一昼夜有机物的积累量,该值大于0时植物表现为生长。,2)密闭容器中,疑难突破(1)D、H时植株光合作用与呼吸作用强度相等。(2)该植物一昼夜表现为生长,因为CO2浓度I点低于A点。,提升二光合速率和呼吸速率的探究方法,1.气体体积变化法,2.叶圆片称重法假设叶圆片面积为S:10时12时黑暗两小时叶圆片质量减少(x-y),故呼吸速率=(x-y)/2S;12时14时光照两小时叶圆片净增重(z-y),故净光合速率=(z-y)/2S;总光合速率=净光合速率+呼吸速率=(z-y)/2S+(x-y)/2S=(z+x-2y)/2S。,3.叶圆片上浮法1)原理:2)分析:相同时间内叶圆片上浮的数量多少代表光合作用的强弱。在一定浓度范围内,随NaHCO3溶液浓度升高,叶片上浮速率增大;当NaHCO3溶液浓度超过一定值后,随NaHCO3溶液浓度升高,叶片上浮速率降低,其原因是溶液浓度过高,叶肉细胞失水导致光合作用产氧速率降低。,4.黑白瓶法(不考虑无氧呼吸)假设瓶中初始氧气量为X,单位时间后,白瓶中测得的氧气量为M,黑瓶中测得的氧气量为N,则总光合速率=呼吸速率+净光合速率=(X-N)+(M-X)=M-N。,5.“半叶法”,疑难突破半叶法光合作用有机物的产生量计算设未处理前截取的面积为S的叶片烘干后干重为M。t小时,呼吸作用消耗有机物的量为M-MA,净光合作用产生有机物的量为MB-M,则光合作用合成有机物的量为MB-M+M-MA=MB-MA,即M。,应用光合速率影响因素的常见推理思路,1.外界因素直接影响光合速率的原因分析,解题思路 第一步写出该因素所涉及的光合作用过程。第二步分析反应物、生成物、反应条件。第三步结合结果反推反应物、生成物、反应条件的变化,直至推至相关因素。,答题模式 反应物变化或反应条件变化结果变化。(长句书写),例题讲解 例1CO2浓度增加会对植物光合作用速率产生影响。研究人员以大豆、甘薯作为实验材料,分别进行不同实验处理,甲组提供大气CO2浓度,乙组提供CO2浓度倍增环境。整个生长过程保证充足的水分供应,选择晴天上午测定各组的光合作用速率。结果如图所示,回答下列问题:(1)CO2浓度增加,作物光合作用速率发生的变化是;出现这种变化的原因是。(2)在CO2浓度倍增时,光合作用速率并未倍增,此时限制光合作用速率增加的因素可能是。,解题思路第一步写出CO2所涉及的光合作用过程:,CO2+C52C3(CH2O)+C5。,第二步分析反应物:C5、CO2。分析生成物:C3、(CH2O)、C5。分析反应条件:酶、NADPH和ATP(NADPH和ATP是光反应的产物,与光照强度有关)。,第三步(1)结果:光合作用速率增大。反推:糖类增多(NADPH和ATP充足)C3增多C3由CO2(相关因素)与C5结合生成。(2)结果:CO2浓度倍增,光合速率并未倍增。反推:糖类增多有限受生成物积累的限制、受反应条件NADPH和ATP(与光照强度有关)及酶的限制、受反应物(C5)的限制。,答案(1)增大CO2参与光合作用的暗反应,在光照充足的情况下,CO2浓度增加,其单位时间内与C5结合生成的C3也会增加,C3反应形成的糖类增加,故光合速率增大(2)光照强度(NADPH和ATP的供应)限制,与固定CO2有关的酶的活性不够高或酶的数量不足,C5的再生不足,有机物在叶绿体中积累较多等,2.外界因素间接影响光合速率的原因分析解题思路 第一步列出光合作用的影响因素(内部因素:遗传特性、叶面积指数等;外部因素:光照强度、CO2浓度、温度、水分等)。第二步分析条件改变对光合作用因素的影响。,答题模式 条件改变光合作用因素改变光合速率改变。(长句书写),例题讲解 例2将生长在水分正常的土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理,该植物根细胞中细胞液浓度增大,叶片中的脱落酸(ABA)含量增多,叶片气孔开度减小,则与干旱处理前相比,干旱处理后该植物的光合速率会,出现这种变化的主要原因是。,解题思路第一步列出光合作用的影响因素。第二步干旱处理使叶片气孔开度减小供应给叶片进行光合作用的CO2减少光合速率降低。,答案降低气孔开度减小使供应给叶片进行光合作用所需的CO2减少,创新Rubisco的“两面性”和光呼吸,例研究发现,植物的Rubisco是一种双功能酶,具有“两面性”。光照条件下,CO2浓度较高时,该酶催化C5(RuBP)与CO2反应,完成光合作用;O2浓度较高时,该酶催化C5与O2反应,产物经一系列变化后到线粒体中会产生CO2。这种在光下吸收O2产生CO2的现象称为光呼吸,过程如图所示:,基础设问(1)Rubisco存在的场所是什么?(2)Rubisco是一种双功能酶,请结合图示思考Rubisco有哪些功能?(3)光呼吸为何冠以“呼吸”二字?光呼吸与呼吸作用在哪些方面有所不同?创新设问(4)在实际生产中,如何抑制农作物的光呼吸?(5)高温干旱的环境下,叶肉细胞的光呼吸作用更强,其原因是什么?(6)光呼吸过程需要额外消耗能量,降低净光合速率,但在进化过程中得以长期保留,其对植物有何意义?,解题思路(1)由可知,Rubisco催化暗反应过程,所以Rubisco存在于叶绿体基质中。(2)由并结合图示可知,Rubisco既能催化C5(RuBP)和CO2结合生成C3,又能催化C5和O2结合生成C3和C2。(3)光呼吸过程会消耗有机物和O2,生成CO2,和有氧呼吸过程相似,因此光呼吸冠以“呼吸”二字。光呼吸与呼吸作用在酶、反应场所和是否需要光等方面有所不同。(4)由知,在实际生产中可通过提高CO2浓度来抑制农作物的光呼吸,以增强光合作用。,(5)高温干旱导致植物气孔部分关闭,胞间CO2浓度降低,O2浓度相对较高,Rubisco催化C5与O2反应,从而促进光呼吸过程。(6)光呼吸能把光反应产生的多余ATP和NADPH消耗掉,同时也补充了部分CO2,减缓了干旱天气和过强光照下,由温度过高,蒸腾作用过强,气孔大量关闭,CO2供应减少等引起的光合作用减弱的现象。实际是缓解光反应太强和暗反应太弱之间的矛盾,有利于维持植物生命系统的稳定,因此光呼吸对植物有重要意义。,