高中生物第5章第4节第2课时光合作用的原理和应用一教案新人教版.docx
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高中生物第5章第4节第2课时光合作用的原理和应用一教案新人教版
光合作用的原理和应用
(一)
一、光合作用的概念及其探究过程
1.对光合作用概念的理解
(1)场所:
绿色植物的叶绿体。
(2)能量来源:
光能。
(3)反应物:
CO2、H2O。
(4)产物:
O2、糖类等有机物。
(5)反应式:
CO2+H2O
(CH2O)+O2。
2.光合作用的探究历程
人物
实验过程及现象
结论
普利斯
特利
植物能更新空气
英格豪斯
500多次植物更新空气实验
植物体只有绿叶且在有光条件下才能更新空气
梅耶
根据能量转换和守恒定律得出
光合作用时光能转化成化学能储存起来
萨克斯
光合作用的产物除O2外还有淀粉
鲁宾和
卡门
H
O+CO2―→植物―→18O2
H2O+C18O2―→植物―→O2
光合作用释放的氧气来自水
卡尔文
用14C标记的14CO2,供小球藻光合作用,追踪放射性
CO2中的C在光合作用中转化为有机物中的碳
二、光合作用的过程
1.光合作用过程图解
图中Ⅰ的名称是:
光反应,Ⅱ的名称是:
暗反应,Ⅰ+Ⅱ总称为:
光合作用。
2.光反应和暗反应过程的比较
项目
光反应
暗反应
场所
叶绿体的类囊体薄膜上
叶绿体的基质中
条件
光、色素、酶、水、ADP、Pi
多种酶、[H]、ATP、CO2、C5
物质
变化
①水的光解:
2H2O
4[H]+O2
②ATP的形成:
ADP+Pi+能量
ATP
①CO2的固定:
CO2+C5
2C3
②C3的还原:
2C3
(CH2O)+C5
能量
变化
光能转变成ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能转变成贮存在(CH2O)中的稳定的化学能
相互
联系
光反应产物[H]、ATP为暗反应提供还原剂和能量;暗反应产生的ADP、Pi为光反应形成ATP提供了原料
一、光合作用探究历程
1.教材问题探讨分析
读教材P101~P102内容,讨论并交流下列问题:
(1)根据所学设计实验遵循的原则,分析普利斯特利实验有没有不足之处?
若有如何补充?
提示:
有,缺少空白对照实验。
应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于玻璃罩内,观察蜡烛燃烧情况和小鼠的生存状况。
(2)分析萨克斯实验中的变量、对照实验类型及得出的实验结论。
提示:
①自变量:
光照;因变量:
叶片颜色变化。
②自身对照。
③实验结论:
光合作用的产物有淀粉,还证明了光是光合作用的必要条件。
(3)鲁宾和卡门实验利用的是什么方法?
实验中的自变量和因变量分别是什么?
提示:
放射性同位素标记法。
自变量是标记的物质,因变量是O2的放射性。
2.将下列科学家的实验和实验得出的结论连线
二、光合作用过程
1.教材问题探讨分析
根据教材P103光合作用过程的图解,思考并回答下列问题:
(1)有人认为:
光反应必须在有光条件下进行,暗反应必须在无光条件下进行,这种说法是否正确?
提示:
不正确。
光反应必须在有光条件下进行,暗反应有光、无光均可进行。
(2)分析光合作用过程,思考哪些过程不需要酶的催化,哪些过程需要酶的催化?
提示:
色素吸收光能的过程不需要酶的催化,而ATP的形成、CO2的固定、C3的还原均需要酶的催化。
(3)试利用同位素标记法,分析光合作用过程中各元素的转移途径。
①用放射性同位素18O标记H2O中的O,则能在光合作用的哪些物质中检测到放射性?
提示:
在氧气中可检测到18O。
反应式如下:
H
O
18O2[H]
(CH2O)+H2O
②若用14C标记CO2中的C呢?
提示:
14CO2→2C3(只有一个14C)→(14CH2O)
③试总结光合作用中各元素的去向(用箭头表示)。
提示:
光合作用总反应式及各元素去向:
(4)光反应和暗反应的关系:
①在无光条件下,暗反应能否长期进行?
提示:
不能。
因为无光条件下,光反应不能进行,光反应的产物ATP和[H]减少,不能满足暗反应的需求,暗反应将停止进行。
②若暗反应停止,光反应能否持续进行?
提示:
不能,暗反应停止,光反应产生的ATP和[H]积累过多,抑制光反应的进行。
③总结光反应和暗反应的关系。
提示:
光反应和暗反应相辅相成,相互依存。
2.光照强度、CO2浓度突然改变,光合作用过程中C3、C5、[H]和ATP的相对含量变化分析
(1)突然停止光照,其他条件都适宜,分析短时间内C3、C5、[H]和ATP的相对含量怎样变化?
提示:
C3升高,C5降低,[H]和ATP降低。
(2)突然停止CO2供应,其他条件都适宜,分析短时间内C3、C5、[H]和ATP的相对含量怎样变化?
提示:
C3降低,C5升高,[H]和ATP升高。
3.判断下列说法是否正确
(1)光反应阶段发生在叶绿体内膜和类囊体薄膜上。
(×)
(2)光反应过程中合成了ATP,需要的能量来源于呼吸作用分解的有机物。
(×)
(3)光反应的进行不需要任何酶的参与。
(×)
(4)高等绿色植物白天进行光反应,夜晚进行暗反应。
(×)
光合作用和有氧呼吸的比较
续表
光合作用
有氧呼吸
代谢性质
合成代谢
分解代谢
发生
部位
含叶绿体的细胞
活细胞
反应
场所
叶绿体
主要在线粒体内(第一阶段在细胞质基质中)
条件
光、H2O、CO2、适宜温度、酶、色素
有氧、有光无光均可、适宜的温度、O2、酶
能量代谢
光能转变成化学能储存在有机物中
释放有机物中化学能,一部分转移到ATP中
物质代谢
将无机物合成有机物
有机物分解成无机物(H2O、CO2)
联系
[特别提醒]
光合速率与呼吸速率的关系
(1)光合速率的概念:
光合作用进行的程度常用光合速率来表示,光合速率是指一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行光合作用的量(如释放多少氧,消耗多少CO2)。
净光合速率常用O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量来表示。
总(实际)光合速率常用O2产生量、CO2固定量或有机物的产生量来表示。
(2)二者之间的关系
净光合速率=总光合速率-呼吸速率
(3)曲线图的含义
[例1] 关于光合作用探究历程的实验,下列叙述不正确的是( )
A.普利斯特利把小鼠和绿色植物一起放在密闭的玻璃罩内,小鼠不会死亡——证明了绿色植物在光照下吸收二氧化碳,放出氧气,从而更新了空气
B.萨克斯把绿色叶片一半曝光、一半遮光作为对照,用碘蒸气处理后观察颜色变化——证明绿色叶片在光合作用中产生了淀粉
C.恩格尔曼用水绵和好氧细菌在黑暗环境中以极细光束照射,曝光作为对照处理,观察细菌分布——证明氧气是由叶绿体释放出来的,叶绿体是植物进行光合作用的场所
D.鲁宾和卡门用同位素标记H2O和CO2,供绿色植物利用,分析各自放出的氧——证明光合作用释放的氧全部来自参加反应的H2O
[解析] 普利斯特利的实验全部是在有光的条件下进行的,并未设置对照实验(黑暗环境中的组别),因此不能证明光照的作用;再者普利斯特利的实验证明了植物可以更新空气,而并未具体到更新哪种空气成分。
萨克斯的实验中有对照,光为自变量,淀粉为因变量;恩格尔曼的实验中的自变量是光照处理的位置,所以得出叶绿体是产生氧气的场所;鲁宾和卡门用同位素标记H2O和CO2,形成对照。
[答案] A
[例2] 如图所示,图甲为叶绿体结构与功能示意图,图乙表示一株小麦叶片细胞内C3相对含量在一天24小时内的变化,请据图分析:
(1)图甲中A、B、C、D分别表示参与光合作用或光合作用生成的物质,则A表示________,B表示________,C表示________,D表示________。
(2)在a中发生的过程称为________,在a中含有的参与此过程的物质是________。
(3)在a中发生的能量转变是________。
(4)图乙中,从________点开始合成有机物,至_______点有机物合成终止。
(5)AB段C3含量较高,其主要原因是____________________________________________。
(6)G点C3含量极少,其原因是_________________________________________________。
(7)G点与F点相比,G点时叶绿体中[H]含量较________(选填“高”或“低”)。
[解析]
(1)根据图甲中物质转化关系可判断,A代表H2O,B代表CO2,C代表C3,D代表C5。
(2)图甲中a表示叶绿体类囊体薄膜,其上分布有色素和酶,是光反应进行的场所。
(3)叶绿体类囊体薄膜上发生的能量转变是光能→ATP中活跃的化学能。
(4)根据图乙中C3含量的变化曲线可知,C3含量从B点开始减少,说明在有光的条件下,C3被还原,至I点时,C3含量又保持不变,说明此时没有光,不能进行光反应,缺乏[H]和ATP,暗反应停止,不再合成有机物。
(5)图乙AB段缺乏光,不能进行光反应,缺乏[H]和ATP,C3不能被还原。
(6)G点时光照强度强,蒸腾作用旺盛,导致气孔关闭,CO2不能通过气孔进入,缺乏CO2,CO2固定减弱,C3生成减少。
(7)G点时C3缺乏,光反应正常进行,[H]积累,而F点时,C3含量比G点时高,消耗[H]多,积累的[H]少。
[答案]
(1)H2O CO2 C3 C5
(2)光反应 色素和酶 (3)光能→ATP中活跃的化学能 (4)B I (5)无光不进行光反应,不产生[H]和ATP,C3不能被还原 (6)气孔关闭,叶肉细胞内CO2含量低,CO2的固定减弱 (7)高
[网络构建]
填充:
①水的光解 ②ATP的形成 ③CO2的固定 ④三碳化合物的还原
[关键语句]
1.光合作用的实质是合成有机物,储存能量;而呼吸作用的实质是分解有机物,释放能量。
2.光合作用的反应式:
CO2+H2O
(CH2O)+O2。
3.光反应的场所是类囊体薄膜,产物是O2、[H]和ATP。
4.暗反应的场所是叶绿体基质,产物是糖类等物质。
5.光合作用中的物质转变:
(1)14CO2―→14C3―→(14CH2O);
(2)H
O―→18O2。
6.光合作用的能量转变:
光能―→ATP中活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能。
1.(海南高考)
某植物叶片不同部位的颜色不同,将该植物在黑暗中放置48h后,用锡箔纸遮蔽叶片两面,如图所示。
在日光下照光一段时间,去除锡箔纸,用碘染色法处理叶片,观察到叶片有的部位出现蓝色,有的没有出现蓝色。
其中,没有出现蓝色的部位是( )
A.a、b和d B.a、c和e
C.c、d和eD.b、c和e
解析:
选B 光合作用需要光照,部位c、e被锡箔纸遮盖所以不能进行光合作用,而a部位为黄白色,没有叶绿素,故也不能进行光合作用,所以a、c、e处加碘液不会变蓝。
2.鲁宾和卡门用H
O和CO2作为原料进行光合作用实验,下列符合实验结果的是( )
A.释放的氧气全是O2
B.释放的氧气一部分是O2,一部分是18O2
C.释放的氧气全是18O2
D.释放的氧气大部分是O2,少部分是18O2
解析:
选C 鲁宾和卡门用H
O和CO2作为原料进行光合作用实验,其目的是为了探究光合作用释放出的O2的来源,通过放射性检测,光合作用产生的O2全部来源于水。
3.光合作用包括光反应和暗反应两个阶段,参与暗反应必需的物质是( )
A.H2O、CO2、ADPB.CO2、[H]、ATP
C.H2O、CO2、ATPD.[H]、H2O、ADP
解析:
选B 暗反应过程包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原,在此过程中需要CO2、[H]和ATP及多种酶参与反应。
4.光合作用的光反应和暗反应依次发生在( )
A.细胞质、细胞核中
B.叶绿体的外膜、内膜上
C.叶绿体的类囊体薄膜上、叶绿体的基质中
D.叶绿体的基质中、叶绿体的类囊体膜上
解析:
选C 光反应发生在叶绿体类囊体薄膜上,暗反应发生在叶绿体基质中。
5.小麦的叶肉细胞通过光合作用合成葡萄糖,组成葡萄糖的碳、氢和氧三种元素分别来自( )
A.CO2、C3H6O3和H2OB.CO2、H2O和H2O
C.CO2、H2O和CO2D.C3H6O3、H2O和CO2
解析:
选C 光合作用的反应式是CO2+H2O
(CH2O)+O2,根据美国科学家鲁宾和卡门的实验可知,光合作用释放的O2全部来源于水,葡萄糖中的C、O来自于CO2,H来自于水。
6.如图表示植物光合作用的一个阶段,下列各项叙述正确的是( )
A.该反应的场所是类囊体的薄膜
B.C3生成C6H12O6需要[H]、ATP和多种酶
C.提高温度一定能促进C6H12O6的生成
D.无光条件有利于暗反应进行
解析:
选B 图示表示光合作用的暗反应过程,其反应场所是叶绿体基质,该过程有氧和无氧条件下均能进行,但需要多种酶催化、充足的CO2、光反应提供的[H]、ATP及适宜的温度等条件,适当提高温度可以提高酶的活性,加快反应速率,但超过一定的温度范围,提高温度会使酶的活性降低,反应速率减慢。
7.如图为光合作用图解,请据图作答:
(1)填写图中名称:
A________、B________、C________、D________、E________、F________、G________、H________。
(2)B存在于________内________的薄膜上;C是________剂,参与暗反应;B还能将A转变成________能并贮存在________中。
(3)D与F结合形成E的过程叫做________;E接受光反应提供的能量,被________还原成________,同时将能量贮存于其中,这个过程叫做________。
(4)用18O标记后的H2O灌溉某株植物,短时间内18O不可能出现在( )
A.植物周围的氧气中B.植物周围的水蒸气中
C.细胞质的水中D.叶肉细胞生成的糖类中
解析:
光反应发生在类囊体薄膜上,物质变化有:
水的光解,光反应的产物是O2和[H]、ATP;暗反应发生在叶绿体基质中,物质变化有①CO2的固定:
CO2+C5→2C3,②C3的还原:
产物有(CH2O)和C5。
能量变化是:
光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能。
第(4)小题解题关键是分清被18O标记的是H2O而不是CO2。
用18O标记的H2O灌溉植物,植物可通过根毛区细胞把H
O吸入细胞中,H
O大部分通过蒸腾作用散失到周围空气中,小部分被光解成O2,散失到空气中,还有一部分18O2被细胞呼吸所利用和[H]结合生成H
O。
答案:
(1)光能 叶绿体中的色素 [H] CO2 C3 C5 (CH2O) 多种酶
(2)叶绿体 类囊体 还原 化学 ATP (3)CO2的固定 [H] (CH2O) C3的还原 (4)D
(时间:
45分钟;满分:
100分)
一、选择题(每小题5分,共50分)
1.2,6二氯酚靛酚是一种蓝色染料,能被还原剂还原成无色,从叶绿体中分离出类囊体,置于2,6二氯酚靛酚溶液中,对其进行光照,发现溶液变成无色,并有O2释放。
此实验证明( )
A.光合作用在类囊体上进行
B.光合作用产物O2中的氧元素来自CO2
C.光反应能产生还原剂和O2
D.光合作用与叶绿体基质无关
解析:
选C 依据题中信息可判断,光照后溶液变为无色,说明有还原剂产生;有O2释放,说明该过程有O2产生;类囊体是光合作用光反应阶段的场所。
2.如图表示3株脱淀粉(经充分“饥饿”处理)的长势相同的同种植株放在透光的不同钟罩内,以下关于本实验目的的叙述中最准确的是( )
A.证明光合作用的必需条件是CO2
B.证明光合作用的速率随CO2浓度的增大而增大
C.证明过多的CO2抑制光合作用
D.证明NaOH能促进光合作用
解析:
选B 三组装置的不同点是CO2浓度不同,所以本实验的目的是研究不同CO2浓度条件下植物的光合作用情况。
3.根据下面光合作用图解,判断下列说法正确的是( )
A.⑤过程发生于叶绿体基质中
B.⑥过程发生于叶绿体类囊体薄膜上
C.图示①~④依次为[H]、ATP、CO2、(CH2O)
D.②不仅用于还原C3,还可促进③与C5的结合
解析:
选C 根据光合作用的过程判断①②③④⑤⑥分别表示[H]、ATP、CO2、(CH2O)、光反应、暗反应。
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。
C3还原过程中需要ATP,CO2固定过程中不需要ATP。
4.如图表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下,小球藻进行光合作用的实验示意图。
一段时间后,以下相关比较不正确的是( )
A.Y2的质量大于Y3的质量
B.④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量
C.②中水的质量大于④中水的质量
D.试管①的质量大于试管②的质量
解析:
选C 根据题意及图中实验处理可知,②④试管利用H
O,③④试管利用C18O2,①试管没有标记,作为空白对照组,光合作用释放出的氧气全部来自于水,因此图中Y1=Y3<Y2=Y4,各试管中水的质量①=③>②=④,各试管中小球藻的质量①=②<③=④。
5.在叶绿体中,ATP和ADP的运动方向是( )
A.ADP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动,ATP则向相反方向运动
B.ATP与ADP同时由类囊体薄膜向叶绿体基质运动
C.ATP与ADP同时由叶绿体的基质向类囊体薄膜运动
D.ATP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动,ADP的运动方向则正好相反
解析:
选D 叶绿体是进行光合作用的场所,光反应在叶绿体类囊体薄膜上进行,此过程中消耗来自叶绿体基质的ADP,产生ATP,供暗反应阶段C3的还原,所以叶绿体中ATP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动,ADP则由叶绿体的基质向类囊体薄膜运动。
6.如图所示某植物上的绿叶经锡箔覆盖处理后在阳光照射24小时后,将其脱色并用碘液处理,结果有锡箔覆盖的位置不呈蓝色,而不被锡箔覆盖的部分呈蓝色,本实验证明( )
①光合作用需要CO2 ②光合作用需要光 ③光合作用需要叶绿体 ④光合作用放出氧 ⑤光合作用制造淀粉
A.①② B.③⑤ C.②⑤ D.①③
解析:
选C 根据题中实验处理可知,实验中控制的实验变量是光照有无。
根据实验结果可知,有光照的绿叶部分,进行光合作用制造了淀粉,没有光照的部分,不能进行光合作用,没有淀粉生成。
7.离体的叶绿体在光照下进行稳定的光合作用时,如果突然中断CO2的供应,短暂时间内叶绿体中C3与C5相对含量的变化是( )
A.C3增多、C5减少B.C3增多、C5增多
C.C3减少、C5增多D.C3减少、C5减少
解析:
选C 在光合作用暗反应过程中,CO2首先与C5结合,形成2个C3,最后经一系列的循环后又产生C5。
所以叶绿体在光照下进行光合作用时,C3和C5含量都维持在相对平衡的状态。
如果突然中断CO2的供应,CO2固定减弱,所以C3减少而C5增多。
8.如图表示植物细胞内的物质转化过程,下列分析不正确的是( )
A.发生在生物膜上的生理过程有a、c、d
B.有ATP产生的生理过程是b、c、d
C.人体细胞内具有的过程是b、d
D.在光照充足、条件适宜的条件时,a强于b,c强于d
解析:
选A a表示光合作用暗反应阶段、b表示有氧呼吸第一、二阶段、c表示光合作用的光反应阶段、d表示有氧呼吸第三阶段。
四个过程中a过程的场所是叶绿体基质,b过程的有氧呼吸第一阶段发生的场所是细胞质基质,二者都不是在生物膜上发生的。
9.为了研究光合作用,生物小组的同学把菠菜叶磨碎,分离出细胞质基质和全部叶绿体。
然后又把部分叶绿体磨碎分离出叶绿素和叶绿体基质,分别装在四支试管内,并进行光照,如图所示。
哪一支试管能检测到光合作用的光反应过程( )
A.甲 B.乙 C.丙 D.丁
解析:
选B 光合作用的光反应过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上,需要叶绿素和酶。
10.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
解析:
选B 镁是构成叶绿素的重要成分,缺镁导致番茄幼苗不能合成叶绿素。
叶绿素含量降低使光合作用的光反应强度降低;因光反应为暗反应提供[H]和ATP,故光反应强度降低,其为暗反应提供的[H]和ATP减少,暗反应的强度也降低。
二、非选择题(共50分)
11.(14分)如图1表示光合作用部分过程的图解,图2表示改变光照后,与光合作用有关的五碳化合物(C5)和三碳化合物(C3)在细胞内的变化曲线。
据图回答:
(1)图1中A表示的物质是________,它由________产生,其作用主要是____________。
(2)图1中ATP的合成所需的能量最终来自于________。
若用放射性同位素14C标记CO2,则14C最终进入的物质是________。
(3)图2中曲线a表示的化合物是________,在无光照时,其含量迅速上升的原因是________________________________________________________________________。
(4)曲线b表示的化合物是____________,在无光照时,其含量下降的原因是________________________________________________________________________。
解析:
(1)光反应为暗反应提供[H]和ATP,由此可确定A是[H],是由水在光下分解后产生的,主要是用于C3的还原。
(2)光反应中,光能转换为活跃的化学能储存于ATP中,14CO2的同化途径为14CO2→214C3(只有一个14C)→(14CH2O)。
(3)(4)题干中已说明曲线a、b表示C3和C5的含量变化,光照停止后,光反应停止,[H]和ATP含量下降,C3的还原减弱直至停止,而CO2的固定仍在进行,因此C3含量相对升高,C5含量相对下降,即a表示C3,b表示C5。
答案:
(1)[H] 水在光下分解 用于C3的还原
(2)光能 (CH2O) (3)C3 CO2与C5结合形成C3,但C3不能被还原为(CH2O)和C5 (4)C5 C5与CO2结合形成C3,但C3不能被还原为C5
12.(18分)观赏植物蝴蝶兰可通过改变CO2吸收方式以适应环境变化。
长期干旱条件下,蝴蝶兰在夜间吸收CO2并贮存在细胞中。
(1)依图a分析,长期干旱条件下的蝴蝶兰在0~4时________(选填“有”或“无”)ATP和[H]的合成,原因是________________;此时段________(选填“有”或“无”)光合作用的暗反应发生,原因是;10~16时无明显CO2吸收的直接原因是__________。
(2)从图b可知,栽培蝴蝶兰应避免________,以利于其较快生长。
此外,由于蝴蝶兰属阴生植物,栽培时还需适当________。
解析:
(1)0~4时,无光照,光合作用不能进行,但可以进行呼吸作用,合成ATP和[H];此时段叶绿体内不能合成ATP和[H],暗反应无法进行;10~16时,在长期干旱条件下,植物为了减少水分的蒸发,关闭气孔,导致CO2吸收