微专题-光合作用科学史ppt课件.ppt

浙江省龙游中学￿￿￿柯其昌微专题：：与光合作用有关的实验探究光合作用：：制造氧气，，合成有机物！意义 3对生物的进化具有重要作用意义 1生物界中有机物的来源意义 4生命活动所需能量的最终来源意义 2维持大气中氧气和二氧化碳的平衡光合作用生命过程需要能量的生命过程需要能量的驱动驱动光合作用试题考察1.希尔反应2014年浙江、、2018年浙江、、2019年浙江、、2018年北京卷2.鲁宾和卡门实验 2016年浙江理综3.阿尔农实验2011年浙江理综4.贾格道夫实验2017年浙江选考5.卡尔文实验2018年11月浙江选考6.瓦尔伯实验2015年全国卷Ⅰ洞悉考点，，考无不胜探究1：：光合作用产生的O2来自H2O  or  CO2？？？？？？资料1：：1937年，，英国科学家希尔将离体的叶绿体，，加入具有氢受体（（氧化型DCIP，，又叫2,6-二氯酚靛酚，，一种蓝色染料））的水溶液中，，在无CO2的条件下给予光照，，发现叶绿体中有O2释放，，同时氧化型DCIP接受电子和H+后被还原成无色接受H+和e-结论：：光合作用释放的O2来自于H2O资料2：：20世纪50年代中期，，科学家发现叶绿体中具有天然的电子受体NADP+，，在光照下NADP+得到电子和H+，，生成NADPH。

①①希尔反应中提供H+和e-的物质是                    ②②希尔反应中接受H+和e-的物质是                    ③③希尔反应中携带H+和e-的物质是                    ④④氧化型DCIP相当于光反应中的                      ⑤⑤还原型DCIP相当于光反应中的                      H2O氧化型DCIP还原型DCIP氢受体氢载体NADP+NADPH资料3：：1939年，，美国科学家鲁宾和卡门利用18O标记的CO2和H2O进行实验，，进一步证明光合作用产生的O2来自于H2O材料：：小球藻、、培养液、、H2O、、 H218O、、 CO2、、C18O2技术：：同位素示踪法问题探讨：：（（1））请设计表格进行分组？（（2））自变量是                      3））因变量是                      O2中有无18OH2O和CO2中有无18O    小球藻为单细胞绿藻，，出现在20多亿年前，，是地球上最早的生命之一，，不管是生态环境巨变，，还是自然灾害的侵袭，，都没能毁灭它，，是一种高效的光合植物。

例题1：：（（2019年6月·浙江学考））希尔反应是测定叶绿体活力的常用方法希尔反应基本原理：：光照下，，叶绿体释放O2，，同时氧化型DCIP（（2,6-二氯酚靛酚））被还原，，颜色由蓝色变成无色DCIP颜色变化引起的吸光率变化可反映叶绿体活力研究小组利用菠菜叶进行了叶绿体活力的测定实验回答下列问题：：（（1））制备叶绿体悬液：：选取10g新鲜的菠莱叶加入研钵，，研磨前加入适量的0.35mol/L NaCl溶液和pH7.8的酸碱缓冲液等；；研磨成匀浆后，，用纱布过滤，，取滤液进行                 ，，分离得到叶绿体；；将叶绿体置于                            溶液中，，以保证叶绿体的正常形态，，获得叶绿体悬液离心0.35mol/L NaCl扩展：：离心分离技术离心：：利用转子高速旋转时所产生的离心力以及物质颗粒的沉降系数的差异进行物质分离的方法转头离心管差速离心法差速离心法：：采用采用不同的离心速度和离心时间不同的离心速度和离心时间，，使沉降速使沉降速度不同的颗粒度不同的颗粒分批分离分批分离的方法（（2））测定叶绿体活力：：分组如下，，并按下表加入试剂；；测定各组吸光率。

①①希尔反应模拟了光合作用中                  阶段的部分变化，，该阶段在叶绿体的                中进行氧化型DCIP在希尔反应中的作用，，相当于在该阶段中                                   的作用②②煮沸处理后，，需向2号试管中加入一定量的             ，，以保证各试管中液体的量相等③③3号试管的作用是                                   光反应类囊体膜NADP+蒸馏水测定该浓度叶绿体悬液自身的吸光率作为对照探究2：：光合作用中CO2转变成糖类需要什么条件？??????条件资料4：：1954年，美国科学家阿尔农等用离体的叶绿体做实验在有光照和无CO2的条件下，，当向反应体系中供给ADP、、Pi和NADP+时，，体系中会有ATP和NADPH和产生        资料5：：同年，，阿尔农等发现即使在黑暗条件下，，只要提供了ATP和NADPH，，叶绿体也能将CO2转变为糖类结论：：碳反应需要光反应提供ATP和NADPH例题2：：（（2011年·浙江理综））下列有关叶绿体及光合作用的叙述，，正确的是（（ ））A.破坏叶绿体外膜后，，O2不能产生B.植物生长过程中，，叶绿体内各种色素的比例保持不变C.与夏季相比，，植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短D.离体的叶绿体基质中添加ATP、、NADPH和CO2后，，可完成碳反应变式训练：：科学家从植物细胞中提取得到叶绿体，将叶绿体膜破坏，，分离出基质和基粒，，用来研究光合作用的过程（（如下表，，表中“＋”表示有或添加，，“－－”表示无或不添加））。

下列条件下不能产生葡萄糖的是（（      ））探究3：：光反应中光能如何转变为ATP中的化学能？资料6：：（（化学渗透假说））1961年，，米切尔提出光照引起水的裂解，，释放的H+留在类囊体腔中类囊体膜内侧H+浓度高于外侧，，产生H+浓度差当H+沿着浓度梯度返回膜外侧时，，在ATP合成酶的催化下，，驱动ADP和Pi合成ATP色素类囊体膜类囊体腔叶绿体基质资料7：：1963年，，贾格道夫等科学家在黑暗条件下把离体的叶绿体类囊体置于pH=4的酸性溶液中平衡，，让类囊体腔的pH下降至4平衡后将类囊体转移到含有ADP和Pi的pH=8的缓冲溶液中，，一段时间后有ATP产生类囊体膜内外存在H+浓度差①①该实验在黑暗中进行的目的是                                       ②②图中平衡的目的是                                                        ③③该实验黑暗中类囊体合成ATP的原因是                                             ④④自然光照下合成ATP的原因是                                                          。

避免光照对ATP合成的影响使类囊体膜内外的H+浓度相同类囊体膜两侧存在H+浓度差光照引起类囊体腔中水分解产生H+例题3：：（（2017年11月·浙江选考））在黑暗条件下，，将分离得到的类囊体放在pH=4的缓冲溶液中，，使类囊体内外的pH相等，，然后迅速转移到含有ADP和Pi的pH=8的缓冲溶液中，，结果检测到有ATP的生成根据实验分析，，下列叙述正确的是（（       ））A.实验中溶液的H＋均来自水的裂解 B.黑暗条件下植物叶肉细胞中的叶绿体可产生ATP C.光照条件下植物细胞叶绿体中类囊体的腔内H＋浓度较高D.若使类囊体的脂双层对H＋的通透性增大，，ATP生成量不变变式训练：：科学家将离体叶绿体浸泡在pH＝4的酸性溶液中不能产生ATP（（图1）），， 当叶绿体基质和类囊体均达到pH＝4时（（图2）），，将其转移到pH＝8的碱性溶液中（（图3））发现有ATP的合成下列叙述不合理的是（（       ））A.光可为该实验提供能量，，是该实验进行的必要条件B.该实验中叶绿体完整，，保证反应过程高效、、有序地进行C.产生ATP的条件是类囊体腔中的H＋浓度高于叶绿体基质D.叶肉细胞中的叶绿体依靠水的光解产生类似于图3的条件结论：：光能→→H+势能→→ATP中的化学能探究4：：碳反应中CO2如何经过一系列变化转变为糖类？资料8：：20世纪50年代，美国科学家卡尔文及其同事在研究光合作用时，将小球藻悬浮液装在一个密闭玻璃容器中，，通过一个通气管向容器中通入CO2，，通气管上有一个开关，，可控制CO2的供应，，容器周围有光源，，通过控制电源开关来控制有无光照。

1））实验时，，卡尔文等按照预先设定的时间长度向容器内注入14C标记的CO2，，在每个时间长度结束时，，把小球藻悬浮液滴入4倍体积的乙醇中，，杀死小球藻，，目的是                       ，，同时提取其产物，，采用纸层析法分离出各种化合物纸层析法的原理是利用了不同化合物在层析液中                     的不同每隔一定时间取样使酶失活，，终止酶的作用￿￿￿￿￿￿溶解度（（2））卡尔文等向密闭容器中通入14CO2，，当反应进行到5 s时，，14C出现在一种五碳化合物（（C5））和一种六碳糖（（C6））中，，将反应时间缩短到0.5 s时，，14C出现在一种三碳化合物（（C3，，3-磷酸甘油酸））中上述实验中卡尔文等是通过控制                   来探究CO2中碳原子转移路径，，采用了                等技术方法反应时间同位素示踪（（3））在实验中，，卡尔文等还发现，，在有光照和CO2供应的条件下，，C3和C5的浓度很快达到饱和并保持稳定但是，，当改变其中一个实验条件后，，二者的浓度迅速出现了规律性的变化：：①①当停止CO2供应时，，C3的浓度急速降低，，C5的浓度急速升高。

②②当停止光照时，，C3的浓度急速升高，，C5的浓度急速降低他们由此得出结论，，固定CO2的物质是C5（（RuBP，，核酮糖二磷酸））美国加州大学伯克利分校美国加州大学伯克利分校伟大的发现成功=方法+努力+时间同位素标记法放射性同位素标记：：利用放射性同位素标记某一特定物质，，然后用放射自显影技术来追踪物质的运行和变化规律，，可用于研究细胞内的元素或化合物的来源、、组成、、分布和去向等，，进而了解细胞的结构和功能、、化学物质的变化、、反应机理等如3H、、14C、、32P、、35S等碳反应CO2→→糖类14C14C出现在哪些物质中及其先后顺序例题4：：（（2018年11月·浙江选考节选））光合作用是整个生物圈的物质基础和能量基础回答下列问题：：为研究光合作用中碳的同化与去向，，用               的CO2供给小球藻，，每隔一定时间取样，，并将样品立即加入到煮沸的甲醇中甲醇用以杀死小球藻并                  标记化合物浓缩后再点样进行双向纸层析，，使标记化合物          根据标记化合物出现的时间，，最先检测到的是三碳化合物猜测此三碳化合物是CO2与某一个二碳分子结合生成的，，但当                    后，，发现RuBP的含量快速升高，，由此推知固定CO2的物质不是二碳分子。

同位素14C标记 提取分离突然降低CO2浓度 变式训练：：科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，，分别给予小球藻不同时间的光照，，结果如下表根据上述实验结果分析，，下列叙述不正确的是（（    ））A.本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段B.每组照光后需将小球藻进行处理使酶失活，，才能测定放射性物质分布C.CO2进入叶绿体后，，最初形成的主要物质是12种磷酸化糖类D.实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、、有机酸等瓦尔伯实验：：1919年，，德国生物化学家瓦尔伯用藻类进行闪光试验，，在光能量相同的前提下，，一种用连续照光，，另一种用闪光照射，，中间隔一定暗期，，发现后者光合效率是连续光下的200%～400%例题：：（（2015年·全国卷Ⅰ））为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、、B、、C、、D四组实验各组实验的温度、、光照强度和CO2浓度等条件相同、、适宜且稳定，，每组处理的总时间均为135 s，，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量处理方法和实验结果如下：：A组：：先光照后黑暗，，时间各为67.5 s；；光合作用产物的相对含量为50%。

B组：：先光照后黑暗，，光照和黑暗交替处理，，每次光照和黑暗时间各为7.5 s；；光合作用产物的相对含量为70%C组：：先光照后黑暗，，光照和黑暗交替处理，，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms（（毫秒）；）；光合作用产物的相对含量为94%D组（（对照组）：）：光照时间为135 s；；光合作用产物的相对含量为100%原因：：光照下产生剩余的ATP和NADPH能够及时被利用，，且有利于及时再生回答下列问题：：（（1））单位光照时间内，，C组植物合成有机物的量_____（（填“高于”、、“等于”或“低于”））D组植物合成有机物的量，，依据是________________________；；C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要________，，这些反应发生的部位是叶绿体的                 2））A、、B、、C三组处理相比，，随着________________________的增加，，使光下产生的_____________________能够及时利用与及时再生，，从而提高了光合作用中CO2的同化量高于C组只用了D组一半的光照时间，，其光合作用产物的相对含量却是94%光照￿基质光照和黑暗交替频率ATP和NADPH例题：：对某植物做如下处理：：甲持续光照20 min，，黑暗处理20 min，，乙先光照5 s后再黑暗处理5 s，，连续交替40 min。

若其他条件不变，，则在甲、、乙两种情况下植物光合作用所制造的O2和合成的有机物总量符合下列哪项（（ ））A.O2：：甲<乙，，有机物：：甲＝乙B.O2：：甲＝乙，，有机物：：甲＝乙C.O2：：甲<乙，，有机物：：甲<乙D.O2：：甲＝乙，，有机物：：甲<乙卡尔文循环的调节：：磷酸转运器例题：：（（2015年·浙江理综））某植物叶肉细胞光合作用的碳反应，，蔗糖与淀粉合成代谢途径如图所示图中叶绿体内膜上磷酸转运器转运出1分子三碳糖磷酸的同时转运进1分子Pi（（无机磷酸））请回答：： （（1））磷除了是光合作用相关产物的组分外，，也是叶绿体内核酸和              的组分 （（2））卡尔文循环中3-磷酸甘油酸生成三碳糖磷酸的还原反应属于              磷脂吸能反应（（3））若蔗糖合成或输出受阻，，则进入叶绿体的          数量减少，，使三碳糖磷酸大量积累于                  中，，也导致了光反应中合成的                        数量下降，，卡尔文循环减速上述这种三碳糖磷酸对卡尔文循环的调节属于                。

此时过多的三碳糖磷酸将用于                   ，，以维持卡尔文循环运行Pi叶绿体基质ATP和NADPH负反馈调节淀粉合成当细胞质中蔗糖利用减慢、、合成或输出受阻、、细胞质中游离的Pi水平下降时，，由细胞质进入叶绿体基质的Pi减少一方面导致光反应中ATP的合成减少，，从而使卡尔文循环受到抑制另一方面三碳糖外运减少，，而在叶绿体基质中大量积累，，抑制卡尔文循环的运行，，同时过多的三碳糖将用于叶绿体基质内淀粉的合成C4途径：：玉米和高粱资料分析：：1966年，，澳大利亚科学家哈奇和斯莱克在研究玉米、、甘蔗等原产热带地区的绿色植物时发现，，当向这些绿色植物提供14CO2时，，光合作用开始后的1 s内，，竟有90%以上的14C出现在含有4个碳原子的有机酸（（一种C4化合物））中随着光合作用的进行，，C4化合物中的14C逐渐减少，，而C3化合物中的14C逐渐增多C4植物：：玉米、、高粱、、甘蔗等C3植物：：水稻、、小麦、、大豆等C4植物的叶片结构花环型结构C3PEP：：磷酸烯醇式丙酮酸CO2泵：：PEP羧化酶对CO2的亲和力极高，，具有把外界低浓度CO2浓缩到维管束鞘细胞中的作用。

PEP羧化酶的活性比RuBP羧化酶的活性高60倍C4途径的意义：：在高温、、强光、、干旱和低CO2条件下，，C4植物显示出高的光合效率例题：：（（2012年·上海高考））表3为某地夏季晴朗的某天，，玉米和花生净光合速率测定值图17表示玉米CO2同化途径玉米叶肉细胞中有一种酶，，通过系列反应将CO2“泵”入维管束鞘细胞，，使维管束鞘细胞积累较高浓度的CO2，，保证卡尔文循环顺利进行这种酶被形象地称为“CO2泵”而花生缺乏类似的“CO2泵”（（1））11:00时，，光照增强，，温度过高，，叶片气孔开度下降，，作为光合原料之一的                             减少，，导致花生光合作用速率明显下降；；而此时玉米光合作用速率反而有所升高，，原因是                                                      2））如果在玉米叶肉细胞中注入某种抑制剂使“CO2泵”的活性降低，，则在短时间内，，维管束鞘细胞中ATP的含量变化呈             趋势，，原因是                                           。

3））与11:00时相比，，17:00时，，玉米光合作用速率的限制因素是                  CO2 玉米有CO2泵，故在进入植物体内CO2减少的情况下，，玉米仍可维持较高的细胞内CO2浓度，，此时光照增强，，促进光合作用加强上升此时卡尔文循环受阻，，ATP的消耗减少，，而光反应产生ATP的过程不受影响 光照强度（（4））假设用表中11:00对应的光照强度连续照射两种作物10分钟，，则玉米积累的葡萄糖总量比花生多________mg/m2相对原子量：：C-12，，O-16，，H-1））（（5））卡尔文循环需要光反应过程中产生的H+，，H+最初来源于物质_____________6））NH4+能增加类囊体膜对H+的通透性，，从而消除类囊体膜两侧的H+浓度差若将NH4+注入叶绿体基质，，下列过程中会被抑制的是________A.电子传递     B.ATP的合成   C.NADPH的合成   D.光能的吸收 360￿水￿CAM途径：：又景天科酸代谢途径CAM途径：：生长在热带干旱地区的景天科、仙人掌和菠萝等植物有一种特殊的同化CO2的方式特点：：在夜晚细胞中磷酸烯醇式丙酮酸（（PEP））作为CO2受体，，在PEP羧化酶催化下，，形成草酰乙酸，，再还原成苹果酸，，并贮于液泡中；；白天苹果酸则由液泡转入叶绿体中进行脱羧释放CO2，，再通过卡尔文循环转变成糖。

特点：：夜晚气孔开放，，固定CO2产生有机酸，，贮藏于液泡中白天气孔关闭，有机酸脱羧释放CO2，，参加卡尔文循环例题：：百合以气孔白天关闭、、夜间开放的特殊方式适应高温干旱环境如图为百合叶肉细胞内的部分代谢示意图，，据图分析错误的是（（ ））A.图中B物质可能是葡萄糖B.线粒体和细胞质基质均能产生CO2C.PEP、、RuBP均能与CO2结合D.夜间细胞液pH可能会下降例题：：图1是仙人掌类植物特殊的CO2同化方式，，吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中，，液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO2用于光合作用；；图2表示不同地区A、、B、、C三类植物在晴朗夏季的光合作用日变化曲线，，请据图分析并回答：（（1））图1所示细胞在夜间能产生ATP的场所有___________该植物夜间能吸收CO2，，却不能合成糖类等有机物的原因是 ________________________2））图1所示植物对应图2中的__________类植物（（填字母），），从生物进化的角度看，，该特殊的CO2同化方式是________________的结果细胞溶胶和线粒体没有光照，，光反应不能进行，，无法为碳反应提供ATP和NADPHA自然选择（（3））图2中的A类植物在10～～16时__________（（能/不能））进行光合作用的碳反应，，原因有 _________________、、 ___________________________。

4））与上午10时相比，，中午12时B类植物细胞中C5含量变化是 ____________________ 能液泡中的苹果酸能经脱羧作用释放CO2用于碳反应￿￿￿￿￿呼吸作用产生的CO2用于碳反应￿增加C3植物C4植物CAM植物光呼吸资料分析：：1920年，，德国的瓦伯格在用小球藻做实验时发现，，O2对光合作用有抑制作用，，这种现象被称为瓦伯格效应这实际上是O2促进光呼吸的缘故光呼吸：：植物的绿色细胞在光照下，，吸收O2、、释放CO2的过程特点：：CO2抑制光呼吸而促进光合作用，，O2抑制光合作用而促进光呼吸例题：：光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和O2/CO2值异常情况下发生的一个生理过程，，该过程借助叶绿体、、线粒体等多种细胞器共同完成，，是光合作用伴随的一个损耗能量的副反应光呼吸过程中O2被消耗，，并且会生成CO2光呼吸损耗能量大约抵消了30%的光合作用储备能量，，因此降低光呼吸速率曾一度被认为是提高光合作用效率的途径之一但是后来研究者发现，，光呼吸其实对细胞有着很重要的保护作用（（1））据图可知，，光呼吸与光合作用都利用了________为原料，，但光合作用在________反应阶段实现了该物质的再生，，而光呼吸将该物质氧化分解并最终产生                。

2））“Rubisco”是一种酶的名称，，这种酶既能催化物质“C-C-C-C-C”和O2反应，，也能催化物质“C-C-C-C-C”和CO2反应，，你推测O2/CO2值________（（填“高”或“低”））时利于光呼吸而不利于光合作用C5碳CO2高（（3））与光呼吸相区别，，研究人员常把细胞呼吸称为“暗呼吸”，，从反应条件来讲光呼吸与暗呼吸的不同是                                               4））有观点指出，，光呼吸的生理作用在于：：干旱天气和过强光照下，，因为温度很高，，蒸腾作用很强，，气孔大量关闭，，              供应减少此时的光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的                       ，，而光呼吸产生的________又可以作为碳反应阶段的原料，，因此光呼吸对植物有重要的正面意义呼吸需要光，，而暗呼吸有光或无光均可CO2ATP和NADPHCO2。