第4节  能量之源——光与光合作用

高中生物知识梳理与疑难导析

知识梳理

1.捕获光能的色素和结构

    （1）捕获光能的色素

    绿叶中的色素有四种，它们可分为两大类：

    将四种色素溶液，分别放在阳光和三棱镜之间，不同波长的光波吸收的情况：叶绿素a和叶绿素b主要吸收__________________；胡萝卜素和叶黄素主要吸收__________________。这些色素吸收的光能可用于__________________。

    （2）叶绿体的结构

    叶绿体一般呈扁平的__________________形，其外表包括__________________两层膜，内部有许多__________________，基粒（类囊体）上有__________________。基粒之间充满了__________________，基质中有与__________________。

2.光合作用的原理和应用

    （1）光合作用的探究历程

    光合作用的原料有__________________，产物是__________________，场所是__________________，条件是__________________，反应式为__________________。

    有关科学家的经典实验：①18世纪中叶认为植物体内全部营养物质，都是从__________________中获得；②英国普利斯特利的实验：蜡烛和小白鼠分别与绿色植物在一起的实验证明植物可以__________________；③德国萨克斯的实验：暗处处理几小时的绿叶一半曝光一半遮阴，然后用碘液处理，结果__________________，说明了__________________；④美国恩格尔曼证明叶绿体被光照时释放O₂，证明了植物光合作用的场所是_____________；⑤美国鲁宾、卡门证明光合作用的氧气全部来自水，所用的实验方法__________________。

     （2）光合作用的过程：分__________________两个阶段。

    光反应阶段：场所是________________。过程是叶绿体中的色素，吸收________________，一是将水分解成氧和__________________，氧以分子形式释放出去，__________________作为活泼的还原剂。二是在有关酶的作用下，促成ADP与Pi发生化学反应，形成_____________，光能就转化为储藏在ATP中的__________________。光反应阶段必须在光下才能进行。暗反应阶段：场所是__________________。过程：绿叶通过气孔吸收的CO₂先与植物体内的_______________结合，这个过程叫做__________________。其次，在有关酶的作用下，一些C₃接受ATP提供的__________________并且被______________还原，经过一系列复杂的变化，形成___________，此过程叫做C₃的还原。另一些C₃又形成___________。

    （3）化能合成作用：自然界中少数细菌利用体外环境中的某些__________________氧化时所释放的__________________来制造有机物的合成作用叫__________________，如硝化细菌、铁细菌等。

疑难突破

    温室大棚中的蔬菜比大田种植的蔬菜产量高、上市早，原因是什么？

    剖析：过去的农业生产是地地道道露天生产，几乎完全受制于自然气候。塑料大棚和地膜的应用，改变了作物的生存环境，使作物大幅度增产，并使反季节栽培成为现实。影响植物光合作用的因素有光照、二氧化碳浓度、温度、水分、矿质养料等，在大田种植的情况下，二氧化碳浓度很难控制，而且温度也不易控制，但是在大棚种植的情况下，这些因素都可以根据需要来进行人工控制，比如说“二氧化碳浓度”，在空气中的含量远远不能满足植物光合作用的需要，植物经常处于“二氧化碳饥饿”状态，在大棚种植的情况下，可以通过人工控制使空气中二氧化碳浓度升高，从而满足植物光合作用的需要。

问题探究

    问题：黄瓜雌花未开放或开放后子房不膨大,迅速萎缩变黄脱落,称为“化瓜”。大棚黄瓜在结瓜过程中普遍存在“化瓜”现象，使蔬菜减产，给菜农的经济利益带来损失。

    针对上述存在的现象，结合有关光合作用的知识谈谈大棚黄瓜“化瓜”的原因有哪些，“化瓜”时应采取什么措施？

    探究：从菜农长期的生产实践中，寻找大棚黄瓜在结瓜过程中普遍存在“化瓜”现象。通过对比实验从而找出黄瓜“化瓜”的原因和对策：

    （1）连续阴雨天。棚内温度过低和光照不足，易造成黄瓜“化瓜”。通过喷施叶面肥和适时遮盖草苫及适当通风等措施，可减少“化瓜”。

    （2）棚内CO₂浓度过低，黄瓜喜温耐热，对CO₂的浓度变化非常敏感，在棚内增施CO₂气肥，可使产量明显增加。

    （3）肥水管理和过密栽植。当肥水供应不足，光合产物少，可引起“化瓜”，高夜温、高湿度、氮素营养过剩，也会使黄瓜徒长，引起“化瓜”。种植密度过大也是引起“化瓜”的原因。

    （4）采收不及时引起“化瓜”。因此要适时早收下部瓜。

    （5）病虫害。病虫害直接危害叶片影响光合作用，也会引起“化瓜”。因此在黄瓜生长期间应及时防治各种病虫害。

典题精讲

例1光合作用可分为光反应和暗反应两个阶段，下列叙述正确的是(    )

A.光反应不需要酶，暗反应需要酶

B.光反应消耗水，暗反应消耗ATP

C.光反应固定CO₂，暗反应还原CO₂

D.光反应储存能量，暗反应释放能量

思路解析：光反应进行的条件是需要水、光照和叶绿素，暗反应进行的条件是需要ATP和［H］。答案：B

例2在光合作用实验里，如果所用的水中0.20%水分子含¹⁸O，二氧化碳中有0.68%的二氧化碳分子含¹⁸O，那么，植物进行光合作用释放的氧气中，含¹⁸O的比例为(    )

A.0.20%             B.0.44%               C.0.64%                 D.0.88%

思路解析：因为光合作用释放的O₂来源于参加光合作用的H₂O，与参与光合作用的CO₂无关。

答案：A

知识导学

    色素提取的注意事项：（1）实验时不同的小组可选用不同的实验材料，从中对实验材料进行对比。（2）研磨要迅速、充分。（3）画滤液细线时，要细、齐，并重复2—3次。（4）分离色素时，一定不要让滤纸条上的滤液细线接触到层析液，这是因为色素易溶解于层析液中，导致实验结果不明显。

    叶绿体中含有进行光合作用所需要的各种色素，主要功能是吸收光能用于合成有机物用。

    恩吉尔曼实验在设计上的精妙之处有四个方面：

    （1）选材方面，选用水绵为实验材料。水绵不仅具有细长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分布在细胞内，便于观察、分析研究。

    （2）将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了光线和氧气的影响，从而确保实验正常进行。

    （3）选用了极细光束照射，并且选用好氧细菌检测，从而能够准确判断出水绵细胞中释放氧的部位。

    （4）进行黑暗和曝光对比实验，从而明确实验结果完全是光照引起的。

    掌握光合作用过程，应从光反、应暗反应的参与物和生成物入手，光反应的参与物有：光、色素、水、酶和ADP、Pi；生成物有：氧气、［H］和ATP。暗反应的参与物有：［H］和ATP、二氧化碳和酶；生成物有葡萄糖和水。由此可以看出，光反应是暗反应的基础，因为它为暗反应提供了还原剂［H］和能量ATP。需要注意的是，暗反应可以和光反应同时进行，也可以在黑暗中进行。

疑难导析

    本题主要考查光合作用的原理和应用。温度是通过影响酶的活性来影响光合作用效率的。一般植物可在10—35 ℃下正常地进行光合作用，其中以25—30 ℃最适宜，在35 ℃以上时光合作用就开始下降，40—45 ℃时即完全停止。

问题导思

    这类题型的材料比较新颖，从题目给出的情境看，我们会立即联想到影响光合作用的各种因素，不难找出黄瓜“化瓜”的原因和对策。随着生产水平的提高和人们对光合作用机理了解程度的深入，在微电子、计算机、光纤与卫星通讯等信息技术迅猛发展的带动下，种植业正在掀起实行精准农业的高潮，已经达到了优质高产的目的，解决像大棚黄瓜“化瓜”等现象已经不成问题。通过对此问题的探究，你有哪些启发？

典题导考

绿色通道：本题考查的是对光反应和暗反应的比较。光反应和暗反应的区别包括：条件、场所、物质变化、能量变化、原料和产物等，只有清楚这些内容才能回答该题。

典题变式：连接光反应和暗反应的关键物质是(    )

A.酶和O₂                              B.ATP和［H］

C.C₅化合物                            D.［H］和C₃化合物

答案：B

绿色通道：本题考查的是光合作用反应物和产物之间的关系。只有了解光合作用的过程，才能回答本题。

典题变式：在光合作用过程中，以分子态释放氧及ATP的产生都离不开(    )

A.叶绿素和CO₂                         B.水和CO₂

C.水、叶绿素和光                      D.水、光能和CO₂

答案：C