2021高三生物:1第单元 第10讲光合作用的探究历程与基本过程
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“光合作用的探究历程和基本过程”课堂教学设计【学习目标】:知识目标:1、描述光合作用的认识过程2、描述光反应暗反应过程的物质变化和能量转化。
能力目标:尝试进行实验设计,学会控制自变量,设置对照组情感态度与价值观:通过光合作用的探究历程,体验前人设计实验的技能和思维方式,体验科学发展是开拓-继承-修正-完善的过程【教学过程】创设情境,导入新课一粒种子播种在土壤中,可以长成一棵参天大树,它所需要的营养物质从哪里来?学生:光合作用教师:什么是光合作用?它的发现又经历了怎样的过程?请同学帮助老师一起来探究这个地球上最重要的化学反应。
一、光合作用的探究历程回眸历史,探究历程(一)植物为什么会生长?【资料1】 1642年,比利时海尔蒙特的柳树实验:将一株2.3重的柳树苗种在90.8㎏的干土中,只用纯净的雨水浇灌,5年后分别对树和土壤称重。
【结论】海尔蒙特实验说明:植物生长所需要的养料来自。
(二)植物与空气什么关系?【资料2】 1771 英国科学家普利斯特利的“植物——蜡烛(小白鼠)”实验【结论】植物能空气。
【质疑】普利斯特利的实验过程有时不成功,英格豪斯证明______________。
直到1785年,人们发现了空气的成分,才知道植物光合作用中吸收的是____,放出的是____。
(三)光能到哪去了?1845年,德国科学家梅耶根据能量守恒定律提出,植物把光能变成________储存起来。
(四)能量储存在什么物质中?【资料3】1864年,德国生物学家萨克斯的实验【探究活动1】(1)为什么要把绿叶放在暗处几小时?(2)让叶片一半遮光,一般曝光的目的是什么?(3)叶片用酒精处理的目的是什么?(4)这个实验可以得出什么结论?A组B组C组D组(五) 光合作用是在什么部位进行的?【资料4】 1880年,德国科学家恩格尔曼的水绵实验。
【资料5】 在类囊体上和基质中,含有多种进行光合作用所必须的酶。
【探究活动2】(1)为什么选用黑暗并且没有空气的环境?(2)该实验可以得出什么结论?(3)结合资料5,该实验可以得到什么结论?(六)O 2是怎样产生的?【探究活动3】探究产物O 2中的氧原子来自于H 2O 还是CO 2,还是二者皆有?【问题探讨】(1)怎样设计分组对照实验?请画出示意图......。
第10讲 光合作用的探究历程与基本过程1.光合作用的基本过程(Ⅱ) 2.实验:叶绿体色素的提取和分离捕获光能的色素和结构1.叶绿体中色素的种类和颜色2(1)色素的功能: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。
(2)色素吸收光的范围:可见光的波长范围大约是390~760 nm ,叶绿体中的色素只吸收可见光,对红外光和紫外光等不吸收。
3.叶绿体(1)结构示意图(2)结构⎩⎪⎨⎪⎧外表:①双层膜内部⎩⎪⎨⎪⎧②基质:含有与暗反应有关的酶③基粒:由类囊体堆叠而成,分布有 色素和与光反应有关的酶↓决定(3)功能:进行光合作用的场所↓证明(4)恩格尔曼的实验:好氧细菌只分布于叶绿体被光束照射的部位1.(必修1 P99色素与吸收光谱改编)如图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。
据图判断,以下说法不正确的是( )A.由图可知,类胡萝卜素主要吸收400~500 nm波长的光B.用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度C.由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后,叶绿体中C3的量增加D.土壤中缺乏镁时,植物对420~470 nm波长的光的利用量显著减少答案:C2.(深入追问)如图是恩格尔曼实验装置改装示意图,光线先通过三棱镜再通过叶绿体色素提取液后照射玻片上的水绵,一段时间后,水绵周围好氧细菌分布无显著变化,请分析其原因。
提示:三棱镜将光分为七色光,叶绿体色素提取液主要吸收红光和蓝紫光,故透过三棱镜再通过叶绿体色素提取液后照射到水绵上的光,没有红光和蓝紫光,使水绵不同部位的光合作用变化不大,产生氧气的量大致相同,因此水绵周围好氧细菌分布无显著变化。
1.恩格尔曼实验方法的巧妙之处(1)巧选实验材料:选择水绵和好氧细菌,水绵的叶绿体呈螺旋式带状,便于观察;用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位。
(2)妙法排除干扰因素:没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。
(3)巧妙设计对照实验:用极细的光束照射,叶绿体上可分为光照多和光照少的部位,相当于一组对照实验;临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。
课时作业一、选择题1.(2019·湖南永州市第一次模拟)某同学用新鲜菠菜叶进行“绿叶中色素的提取和分离”实验,下列叙述正确的是( )A.即使菜叶剪碎不够充分,也可以提取出4种光合作用色素B.层析完毕后应迅速记录结果,否则叶绿素条带会很快随溶剂挥发消失C.应该在研磨叶片后立即加入CaCO3,防止酸破坏叶绿素D.为获得10 mL提取液,研磨时一次性加入10 mL无水乙醇研磨效果最好答案A解析即使菜叶剪碎不够充分,也不明显影响研磨的结果,所以仍可提取出4种光合作用色素,A正确;层析完毕后应迅速记录结果,否则叶绿素条带会因色素分解而减少,但不会随层析液挥发而消失,B错误;CaCO3可防止酸破坏叶绿素,所以可在研磨前加入少许CaCO3,C错误;由于研磨时乙醇挥发,故为获得10 mL提取液,研磨时应分次加入无水乙醇,且加入无水乙醇总量大于10 mL,D错误。
2.(2019·广东六校第一次联考)提取光合色素,进行纸层析分离,对该实验中各种现象的解释,正确的是( )A.未见色素带,说明材料可能为黄化叶片B.色素始终在滤纸上,是因为色素不溶于层析液C.提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b较多D.胡萝卜素处于滤纸条最上方,是因为其在提取液中的溶解度最高答案C解析未见色素带,其原因是操作失误,因为黄化叶片中也会有类胡萝卜素,A错误;叶绿体中的色素是有机物,能够溶解在有机溶剂层析液中,B错误;由于叶绿素含量比类胡萝卜素多且叶绿素呈现绿色,所以提取液呈绿色,C正确;胡萝卜素在层析液(而不是提取液)中扩散得最快,处于滤纸条最上方,D错误。
3.(2019·湖北武汉二月调研)叶绿体是光合作用的场所.下列有关叶绿体和光合作用的叙述,错误的是( )A.叶绿体内部巨大的膜面积为暗反应的酶提供了附着位点B.叶绿素能吸收红光,类胡萝卜素不能吸收红光C.光合色素吸收的光能用于水的光解和ATP的形成D.O2的产生需要提供光照,(CH2O)的产生需要提供CO2答案A解析叶绿体的类囊体薄膜增大了叶绿体的膜面积,是光合作用光反应的场所,A错误;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,不吸收红光,B正确;光合色素分布在类囊体薄膜上,可以吸收、传递和转换光能,吸收的光能用于水的光解和ATP的形成,C正确;光反应水的光解产生氧气,光反应必须有光,暗反应过程二氧化碳固定形成C3,C3还原形成糖类等有机物,D正确.4.历经一个半世纪,经过许多科学家的实验,才逐渐发现光合作用的场所、条件、原料和产物,在下面几个著名实验中,相关叙述正确的是()A.普利斯特利指出了光在植物更新空气这个过程起关键作用B.萨克斯的实验中,叶片暗处放置几小时的目的是消耗掉叶片中的营养物质C.恩格尔曼的实验中,定量分析了水绵光合作用生成的氧气量D.鲁宾和卡门的实验中,用18O标记CO2,证明了光合作用产生的氧气来自于参加反应的H2O而不是CO2答案B解析普利斯特利指出了植物可更新空气,并不知道光在这个过程起关键作用,A错误;恩格尔曼的实验能够证明氧气由叶绿体释放出来,并不能定量分析光合作用生成的氧气量,C错误;鲁宾和卡门的实验中,用18O分别标记H2O和CO2,证明了光合作用产生的氧气来自于参加反应的H2O而不是CO2,D错误。
5.如图所示为叶肉细胞中叶绿体进行光合作用的过程,A、B代表物质.下列叙述错误的是( )A.叶绿体能将光能转变为化学能储存在有机物中B.①上产生的B物质移动到②参与C3的还原C.②中产生的NADP+移动到①上参与水的光解D.①上产生的A物质可用于CO2的固定和C3的还原答案D解析光合作用的场所是叶绿体,叶绿体通过光合作用将光能转变为化学能储存在有机物中,A正确;①类囊体膜上产生的B物质[H]移动到②叶绿体基质中,参与C3的还原,形成糖类等有机物,B正确;②叶绿体基质中产生的NADP+移动到①类囊体膜上参与水的光解生成NADPH,C正确;①类囊体膜上产生的A物质ATP可用于C3的还原,而CO2的固定不需要消耗能量,D错误。
6.番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后,与对照组相比,其叶片光合作用强度下降,原因是( )A.光反应强度升高,暗反应强度降低B.光反应强度降低,暗反应强度降低C.光反应强度不变,暗反应强度降低D.光反应强度降低,暗反应强度不变答案B解析缺镁影响叶绿素的合成,进而影响光反应,导致光反应强度下降,[H]和ATP减少,进一步导致暗反应中三碳化合物的还原强度降低,进而影响暗反应,使暗反应强度降低,B正确.7.在适宜反应条件下,用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射.下列是光源与瞬间发生变化的物质,组合正确的是( )A.红光,ATP下降B.红光,未被还原的C3上升C.绿光,[H]下降D.绿光,C5上升答案C解析叶绿体中的色素主要吸收利用红光和蓝紫光。
若由白光突然改用光照强度与白光相同的红光,则可利用的光增加,光反应增强,ATP含量增加,未被还原的C3减少,A、B错误;叶绿体色素对绿光吸收最少,若由白光突然改用光照强度与白光相同的绿光,可导致光反应速率减慢,光反应产生的[H]和ATP减少,绿光导致C3被还原为C5的速率减慢,而暗反应中CO2的固定仍以原来的速率消耗C5,故短时间内C5的含量会下降,C正确,D错误。
8.据下面光合作用图示判断,下列叙述不正确的是()A.⑤过程发生于叶绿体类囊体薄膜上,⑥过程发生于叶绿体基质中B.图示①~④依次为[H]、ATP、CO2、(CH2O)C.如用14C标记CO2来追踪光合作用过程中的碳原子,则14C 的转移途径为14CO2→C3→糖类D.②不仅用于还原C3,还可用于矿质离子吸收等答案D解析根据光合作用的过程判断①②③④⑤⑥分别表示[H]、ATP、CO2、(CH2O)、光反应和暗反应,B正确;光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上,暗反应发生在叶绿体的基质中,A正确;光合作用过程中,CO2首先与C5相结合,形成C3,然后C3被还原形成糖类等有机物,C正确;光反应产生的ATP只用于暗反应,呼吸作用产生的ATP才能用于矿质离子吸收等生命活动,D错误。
9.(2019·锦州检测)阳光穿过森林中的空隙形成“光斑",它会随太阳的运动和枝叶的摆动而移动。
如图表示一株生长旺盛的植物在“光斑"照射前后的光合作用过程中吸收CO2和释放O2的有关曲线,此曲线说明( )A.“光斑”照射前,光合作用无法进行B.“光斑”照射开始后,光反应和暗反应迅速同步增加C.“光斑"照射后,O2释放速率的变化说明暗反应对光反应有限制作用D.CO2曲线AB段的变化说明进行暗反应与光照无关答案C解析由于O2释放速率代表光反应速率,“光斑”照射前,有O2释放,说明能进行光合作用,A错误;“光斑”照射开始后,O2释放速率急剧增大,CO2吸收速率增大相对较慢,说明光反应和暗反应不是迅速同步增加的,B错误;“光斑"照射后,CO2的吸收速率增加缓慢,O2的释放速率先迅速增大后又下降,说明暗反应对光反应有限制作用,C正确;AB段“光斑”移开使光照减弱,图中显示O2的释放速率下降的同时,CO2的吸收速率也下降,说明暗反应的进行与光照有关,D错误。
10.(2019·唐山一模)将叶绿体悬浮液置于适宜光照下,一段时间后发现有氧气放出。
下列相关说法正确的是( )A.可测定叶绿体悬浮液的净光合速率B.向悬浮液中滴入少量NaHCO3溶液,[H]含量下降C.突然改用等强度红光照射,C3含量上升D.改变悬浮液中pH对氧气释放无影响答案B解析离体叶绿体释放出的氧气为实际光合作用产生的氧气,所以该实验可测定叶绿体悬浮液的实际光合速率,A错误;向悬浮液中滴入少量NaHCO3溶液,可使溶液中用于光合作用的CO2含量增加,生成的C3增加,进而使C3被还原时消耗的[H]增加,导致[H]含量下降,B正确;突然改用等强度红光照射,则叶绿体色素吸收利用的光能增多,导致光反应生成的[H]和ATP增加,使C3的还原增加,消耗的C3增加,而C3的生成量不变,所以短时间内C3含量下降,C错误;植物进行光合作用产生氧气,光合作用的进行需要酶的催化,而酶的催化活性受pH影响,所以改变悬浮液中pH对叶绿体中的光合作用有影响,进而影响氧气的释放,D错误。
二、非选择题11.下图是光合作用的示意图,据图回答问题。
(1)A和B表示光合作用的两个阶段,其中A是________,B是________.(2)①和②代表两种物质,其中①是________,②是________.(3)⑦是一种物质,来自空气,它是________,⑤是________。
(4)暗反应所需要的能量来自[]________的分解,所需的还原剂是[ ]________,这种还原剂来自[]________的分解。
(5)在适宜的光照等条件下,适当地增加[]________,可提高[ ]________的产量。
(6)写出光合作用的反应式:________________________________________。
(7)现有四个实验装置,若要验证绿色开花植物产生O2需要光和验证O2是否由绿色植物释放,则应选用的实验组合分别是()A.①②和①③B.②③和①②C.②④和①③D.②③和③④答案(1)光反应阶段暗反应阶段(2)水O2(3)CO2(CH2O)(4)④ATP ⑥[H]①水(5)⑦CO2⑤(CH2O)(6)CO2+H2O错误!(CH2O)+O2(7)B解析光合作用的光反应阶段(场所是叶绿体的类囊体膜上):水的光解产生[H]与氧气,以及ATP的形成。
光合作用的暗反应阶段(场所是叶绿体的基质中):CO2被C5固定形成C3,C3在光反应阶段提供的ATP和[H]的作用下还原生成糖类等有机物。
分析图示,①代表H2O,②代表O2,③代表ADP和Pi,④代表ATP,⑤代表(CH2O),⑥代表[H],⑦代表CO2.(7)验证绿色植物光合作用的条件是否需要光照,实验的自变量应该是有光或无光,植物属于无关变量,因此需要选择装置②③;验证氧气是否由绿色植物释放,自变量为是否有植物,光照条件是无关变量,因此需要选择①②装置。
故选B.12.(2019·福州市高三质量抽测)下图是水稻叶肉细胞内的某种结构示意图。
请回答下列问题:(1)图示的结构名称是________________。
在该结构上可以进行的物质变化过程有________________________________________________________.(2)在水稻生长过程中,需要合理施肥。
若施用氮肥不足,会造成叶片发黄、光合速率明显降低,这是_________________________________________________________ _______________________。