学年高一生物人教版必修1学案第五章 第4节 第2课时 光合作用的原理和应用文档格式.docx

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延长光合作用的时间；

温室栽培植物时，白天适当提高温度，晚上适当降低温度。

三、化能合成作用（阅读P105）

1.自养生物和异养生物

自养生物：

绿色植物等能将二氧化碳和水等无机物合成糖类等有机物的生物称为自养生物。

异养生物：

人、动物、真菌和大多数的细菌，只能利用现成的有机物来维持自身的生命活动，属于异养生物。

2.化能合成作用

（1）少数种类的细菌能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用叫做化能合成作用，这些细菌也属于自养生物。

（2）实例：

硝化细菌，其能利用氨氧化成亚硝酸，进而将亚硝酸氧化成硝酸过程中释放出的化学能，将二氧化碳和水合成为糖类。

+

判断正误：

（1）绿色植物光合作用的反应物是CO2和H2O，而产物则主要为有机物。

（　　）

（2）破坏叶绿体外膜后，O2不能产生。

（3）植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例保持不变。

（4）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。

（5）离体的叶绿体基质中添加ATP、[H]和CO2后，可完成暗反应。

（6）CO2浓度越大光合作用效率就越高。

（7）套种可以提高光合作用的效率。

答案　

（1）√　

（2）×

　（3）×

　（4）×

　（5）√　（6）×

　（7）×

一、光反应和暗反应的区别与联系

项目

光反应

暗反应

实质

光能转换为化学能，并放出O2

同化CO2形成有机物

时间

短促

较缓慢

条件

需叶绿素和光、酶

不需叶绿素和光，需要多种酶

在叶绿体内的类囊体的薄膜上进行

在叶绿体内的基质中进行

物质

转化

（1）水的光解：

2H2O

4[H]＋O2

（2）ATP的生成：

ADP＋Pi

ATP

（1）CO2的固定：

CO2＋C5―→2C3

（2）C3的还原：

2C3

（CH2O）＋C5

能量

转换

ATP中活跃的化学能―→（CH2O）中稳定的化学能

联系

光反应为暗反应提供[H]和ATP；

暗反应为光反应提供ADP和Pi。

1.试总结光合作用各元素的去向。

答案　

2.在无光条件下，暗反应能否长期进行？

答案　不能，无光条件下，不能进行光反应，无法为暗反应提供[H]和ATP，所以暗反应不能长期进行。

3.试分析叶绿体中ATP、ADP的运动方向。

答案　①ATP：

类囊体薄膜→叶绿体基质。

②ADP：

叶绿体基质→类囊体薄膜。

1.下图是光合作用过程实验图解，请分析实验结果（[　]内填写①或者②）。

装置C中产生含碳有机物，是由于在装置A中结构[　]________上进行了________反应，为在结构[　]______中进行的________反应提供了________等物质的缘故。

问题导析

（1）光合作用包括光反应和暗反应两个阶段。

（2）光反应的场所在叶绿体的类囊体薄膜上，暗反应的场所在叶绿体基质中。

（3）光反应的产物[H]和ATP是暗反应的必要条件。

答案　①　叶绿体的类囊体薄膜　光　②　叶绿体基质　暗　[H]和ATP

一题多变

（1）水的分解发生在叶绿体类囊体的薄膜上（　　）

（2）光反应和暗反应中都有许多酶参与（　　）

（3）[H]在光反应和暗反应中都起还原作用，并将能量转移到糖类分子中（　　）

（4）水的分解及三碳化合物（C3）形成糖类所需要的能量来自ATP（　　）

答案　

（1）√　

（2）√　（3）×

二、光合作用原理的应用

1.探究光照强弱对光合作用强度的影响

（1）实验原理

抽去小圆叶片中的气体后，叶片在水中下沉，光照下叶片进行光合作用产生氧气，充满细胞间隙，叶片又会上浮。

光合作用越强，单位时间内小圆叶片上浮的数量越多。

（2）实验流程

打出小圆叶片

　↓

抽出叶片内的气体

将叶片放入清水中，叶片沉底

强、中、弱三种光照处理

观察一段时间内叶片浮起的数量

（3）实验现象与结果分析

光照越强，烧杯内小圆叶片浮起的数量越多，说明在一定范围内，随着光照强度的不断增强，光合作用强度不断增强。

（4）各种速率的表示方法

①呼吸速率的表示方法

植物置于黑暗环境中，测定实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。

②净光合速率和真正光合速率

a.净光合速率：

常用一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示。

b.真正光合速率：

常用一定时间内O2产生量、CO2固定量或有机物产生量表示。

③光合速率与呼吸速率的关系

a.绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率（A点）。

b.绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。

c.真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。

2.温度与光合作用速率的关系曲线

温度主要是通过影响与光合作用有关的酶的活性而影响光合作用速率。

在一定的温度范围内，光合作用强度随着温度的升高而增强，但超过一定的温度，酶的活性会下降，甚至会变性失活，从而使光合作用减弱直至停止。

3.二氧化碳浓度与光合作用速率的关系曲线

在一定范围内，植物光合速率随CO2浓度的增大而增加；

但达到一定浓度时，再增加CO2浓度，光合速率也不再增加，甚至减弱。

1.探究光照强弱对光合作用强度的影响实验分析：

（1）在实验中，叶片下降的原因是什么？

叶片上浮的原因是什么？

影响叶片上浮的外界因素主要是什么？

（2）本实验可以用什么方法调节光照强弱？

（3）本实验每组小圆形叶片由10片改为3片可以吗？

（4）三个烧杯中叶片重量增加最多的是哪个？

答案　

（1）抽出气体后，细胞间隙充满水，叶片下降；

光合作用产生的O2，导致叶片上浮。

影响叶片上浮的主要外界因素是光照强度，即光照强度影响光合作用强度，进而影响叶片上浮。

（2）可以调节植物与同一功率的台灯距离来调节光照强弱，也可以用与植物同一距离不同功率的台灯照明。

（3）不可以，叶片太少，不能排除偶然性。

（4）甲，因其光合作用强度最大，制造的有机物最多。

2.下图表示光照强度与光合速率的关系

（1）各点代表的生物学意义

A：

光照强度为零，只进行细胞呼吸；

B：

光合作用强度等于呼吸作用强度，为光补偿点；

C：

是光合作用达到最大值时所需要的最小光照强度，即光饱和点。

（2）各线段代表的生物学意义

OA段：

呼吸作用强度；

AB段：

随光照增强，光合作用强度增强，但仍比呼吸作用强度弱；

BC段：

光合作用强度继续随光照强度的增强而增加，而且光合作用强度大于呼吸作用强度；

CD段：

光合作用强度达到饱和，不再随光照强度的增强而增加。

2.一般来说，光照增强，光合作用增强。

但在夏天光照最强的中午，光合作用强度反而下降。

其原因是（　　）

A.蒸腾作用太强，体内水分不足

B.酶的活性降低

C.气孔关闭，氧释放不出，抑制光反应

D.气孔关闭，CO2不足

（1）光照增强，导致蒸腾作用增强，从而避免叶片被灼伤。

（2）炎热中午光照过强时，为了防止植物体内水分过度散失，通常植物气孔关闭。

（3）虽然光反应产生了足够的[H]和ATP，但因气孔关闭，CO2进入叶肉细胞叶绿体中的分子数减少，影响了暗反应中葡萄糖的产生。

答案　D

下图表示某绿色植物在生长阶段体内物质的转变情况，图中a、b为光合作用的原料，①～④表示相关过程，有关说法不正确的是（　　）

A.图中①过程进行的场所是叶绿体类囊体薄膜

B.光合作用过程中[H]来源于①过程中水的光解，用于③过程C3的还原

C.在有氧呼吸的第一阶段，除了产生[H]、ATP外，产物中还有丙酮酸

D.②④过程中产生ATP最多的是④过程

解析　②过程是有氧呼吸的第三阶段，产生ATP最多。

1.以下反应过程在叶绿体基质中完成的变化有（　　）

①H2O―→[H]＋O2　②ATP―→ADP＋Pi＋能量　③C3―→（CH2O）＋C5　④CO2＋C5―→C3

A.①②③　B.①③④

C.②③④　D.①②④

答案　C

解析　叶绿体基质中完成的是暗反应，有②③④。

2.光合作用过程中，水的分解及三碳化合物形成糖类所需要的能量分别来自（　　）

A.细胞呼吸产生的ATP和光能

B.都是细胞呼吸产生的ATP

C.光能和光反应产生的ATP

D.都是光反应产生的ATP

解析　光合作用中水的分解发生在光反应阶段，需要光能作能源；

三碳化合物在暗反应中被还原，其动力来自光反应产生的ATP，还原剂是光反应产生的[H]。

3.离体的叶绿体在光照下进行稳定光合作用时，如果突然中断CO2气体的供应，短暂时间内叶绿体中C3化合物与C5化合物相对含量的变化是（　　）

A.C3化合物增多、C5化合物减少

B.C3化合物增多、C5化合物增多

C.C3化合物减少、C5化合物增多

D.C3化合物减少、C5化合物减少

解析　叶绿体在光照条件下进行的光反应为暗反应提供ATP和[H]。

C3化合物在[H]的还原作用下形成有机物或C5化合物。

此时中断CO2供应，C5化合物不能与CO2结合成C3化合物，必然使C3化合物减少，C5化合物增多。

4.下图是光合作用过程示意图，请据图回答下列问题：

（1）请填写字母所代表的物质：

a.________，b.________，c.________，d.________，e.________，f.________，g.________。

（2）由“f”经暗反应产生“g”可以分成________、________两个阶段。

（3）如果用同位素3H标记参与光合作用的水，并追踪3H，它最可能的途径是（用图中字母表示）________。

答案　

（1）H2O　O2　ADP＋Pi　ATP　[H]　CO2　（CH2O）　

（2）CO2的固定　C3的还原　

（3）a→e→g

基础巩固

1.光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是（　　）

A.在叶绿体的类囊体膜上进行光反应和暗反应

B.在叶绿体的类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应

C.在叶绿体基质中可进行光反应和暗反应

D.在叶绿体基质中进行暗反应，不进行光反应

解析　光反应是在叶绿体类囊体的薄膜上进行的，该过程必须在有光的条件下才能进行；

暗反应是在叶绿体内的基质中进行的，该过程有光无光均可进行。

2.白天，叶绿体中ATP和ADP的运动方向是（　　）

A.ATP与ADP同时由类囊体薄膜向叶绿体基质运动

B.ATP与ADP同时由叶绿体的基质向类囊体薄膜运动

C.ATP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动，ADP的运动方向正好相反

D.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

解析　ATP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动，ADP的运动方向正好相反。

3.如图是一晴朗夏日某植物光合作用强度随时间变化的曲线图，C点和B点相比较，叶肉细胞内的C3、C5、ATP和[H]的含量发生的变化依次是（　　）

A.升、升、升、升B.降、降、降、降

C.降、升、升、升D.升、升、降、降

解析　C点和B点相比由于气温升高，气孔关闭，CO2的吸收量减少，导致叶肉细胞内C3的含量减少（短时间内C3的生成量减少，而被还原消耗的C3的量不变），C5的含量增多（短时间内C5的生成量不变，而与CO2结合消耗的C5的量减少），ATP和[H]的含量相对增多（短时间内ATP和[H]的生成量不变，而还原过程中消耗掉的ATP和[H]减少）。

4.用18O标记的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　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18O2散失到空气中。

5.温室栽培可不受季节、地域限制，为植物的生长发育提供最适宜的条件，有利于提高作物品质和产量。

在封闭的温室内栽种农作物，以下哪种措施不能提高作物产量（　　）

A.增加室内CO2浓度

B.增大室内昼夜温差

C.增加光照强度

D.采用绿色玻璃盖顶

解析　光合色素几乎不吸收绿光，绿光下光合强度低。

6.影响植物进行光合作用的因素有很多。

下列选项中，对光合作用影响最小的是（　　）

A.叶绿体色素的含量B.五碳化合物的含量

C.氧气的含量D.二氧化碳的含量

解析　氧气对光合作用的影响最小。

巩固提升

7.如图为叶绿体的结构与功能示意图，下列说法错误的是（　　）

A.结构A中的能量变化是光能转变为ATP中的化学能

B.供给14CO2，放射性出现的顺序为CO2→C3→甲

C.结构A释放的氧气可进入线粒体中

D.叶绿体中的色素主要分布于类囊体腔中

解析　叶绿体中的色素主要分布于类囊体薄膜上。

8.对如图所示模拟实验的有关叙述中，正确的是（　　）

A.甲不产生气泡，乙产生气泡

B.甲产生气泡，乙不产生气泡

C.甲和乙都产生气泡，气泡成分不同

D.甲和乙都产生气泡，气泡成分相同

解析　甲进行的是有氧呼吸，释放二氧化碳；

乙进行的是光合作用，产生氧气。

所以都产生气泡，气泡成分不同。

9.如图为植物光合作用强度随光照强度变化的坐标图，下列叙述中不正确的是（　　）

A.A点叶肉细胞产生ATP的细胞器只有线粒体

B.B点植物光合作用强度与细胞呼吸强度相等

C.已知某植物光合作用和细胞呼吸最适温度分别为25℃和30℃，如图表示该植物处于25℃环境中，将温度提高到30℃时，A点上移，B点左移，D点下移

D.当植物缺镁时，B点将向右移

解析　由25℃提高到30℃，光合酶活性降低，呼吸酶活性提高，故题图中A点上移，B点右移，D点上移。

10.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24h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、B、C、D依次为______、________、________、________。

（2）在a中发生的过程称为光反应，a中参与此过程的物质是____________。

光合作用全过程中能量转换过程是_______________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）AB段C3含量较高，其主要原因是_________________________________________________

________________________。

（4）E点C3含量极少，其原因是：

气孔关闭，____________________________________________

答案　

（1）H2O　CO2　C3（三碳化合物）　C5（五碳化合物）

（2）色素和酶　光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能

（3）无光不进行光反应，C3不能被还原

（4）叶肉细胞内CO2含量低，CO2固定下降

解析　

（1）水参与的是光反应，生成氧气；

二氧化碳参与暗反应形成三碳化合物，三碳化合物形成五碳化合物和糖类。

（2）光反应需要色素吸收光能，并转化成ATP中活跃的化学能；

同时ATP的合成需要酶的参与。

暗反应中能量是由活跃的化学能转化成稳定的化学能。

（3）无光条件下，不能进行光反应，所以缺少[H]、ATP，C3不能被还原。

（4）E点时光照强烈，温度较高，蒸腾作用散失水分较多，导致气孔关闭，气体交换停止。

11.影响绿色植物光合作用的因素是多方面的，既有内部因素（如酶的活性等），又有外界因素（如光照强度等），请根据下图回答有关问题：

（1）若x代表光照强度，反映光照强度影响光合速率的曲线是________，它主要影响________阶段。

（2）在外部因素适宜时，反映影响光合速率的内部因素曲线是________，它对光合速率的影响有如下体现：

当光照强度影响光合速率达到最大值时，此时限制因素最可能是________________。

（3）在不同季节或一天的不同时间，植物光合作用速率一般不同，图B是为验证温度对光合速率影响的重要实验装置，请回答：

①本实验的原理是：

a.___________________________________________________________，

b.________________________________________________________________________。

②在实验过程中可通过观察________________________________________________________

来判断光合作用的强度。

答案　

（1）a　光反应　

（2）b　色素的数量　（3）①a.温度主要通过影响光合作用的酶的活性影响光合作用的强度　b.一定时间内，光合作用产生的氧气的量可反映光合作用的强度　②一定时间内光合作用产生的O2气泡数

解析　

（1）若x代表光照强度，则反映出与光合速率关系的图示为a曲线，光照主要影响光反应阶段。

（2）若外界条件是适宜的，则内部因素与光合速率的关系应为曲线b，它是一直随着内部条件上升而上升的，在a曲线中当达到最高光合速率时，光照不再是限制因素，像色素数量或酶的数量及活性可能是限制因素。

（3）本实验中的自变量是温度，而温度是通过影响酶的活性来影响光合作用的，光合作用速率可用O2产生的快慢来表示。

走进高考

12.（2014·

海南卷，7）关于小麦光合作用的叙述，错误的是（　　）

A.类囊体上产生的ATP可用于暗反应

B.夏季晴天光照最强时，小麦光合速率最高

C.进入叶绿体的CO2不能被NADPH直接还原

D.净光合速率长期为零时会导致幼苗停止生长

答案　B

解析　类囊体上进行光反应，产生的ATP可用于暗反应，A正确；

夏季晴天光照最强时，由于高温导致气孔关闭，CO2吸收减少，小麦光合速率下降，B错；

进入叶绿体中的CO2必须先经过固定，形成C3后被NADPH还原，C正确；

净光合速率长期为零时，有机物积累量为零，因缺乏营养物质，导致幼苗停止生长，D正确。

13.（2013·

重庆卷，6）如图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图。

下列有关叙述，正确的是（　　）

A.t1→t2，叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加，基质中水光解加快、O2释放增多

B.t2→t3，暗反应限制光合作用。

若在t2时刻增加光照，光合速率将再提高

C.t3→t4，光照强度不变，光合速率的提高是由于光反应速率不变、暗反应增强的结果

D.t4后短暂时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3化合物还原后的直接产物含量降低

解析　水的光解、O2释放发生在叶绿体类囊体薄膜上，而不是叶绿体基质中，A项错误；

t2→t3，限制光合速率的因素为CO2浓度，此时光照充足且恒定，若增加光照，光合速率不会提高，B项错误；

t3→t4，暗反应增强，一定程度上加快ATP和ADP的相互转化，同时促进了光反应，C项错误；

突然停止光照，光反应减弱甚至停止，类囊体薄膜上ATP合成受阻，ATP含量减少，ADP和Pi含量升高，被还原的C3化合物减少，直接产物含量降低，D项正确。

14.（2014·

新课标卷Ⅱ，29）某植物净光合速率的变化趋势如下图所示。

据图回答下列问题：

（1）当CO2浓度为a时，高光强下该植物的净光合速率为________。

CO2浓度在a～b之间时，曲线________表示了净光合速率随CO2浓度的增高而增高。

（2）CO2浓度大于c时，曲线B和C所表示的净光合速率不再增加，限制其增加的环境因素是____________。

（3）当环境中CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，该植物呼吸作用产生的CO2量________（填“大于”、“等于”或“小于”）光合作用吸收的CO2量。

（4）据图可推测，在温室中，若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应该同时考虑________这一因素的影响，并采取相应措施。

答案　

（1）0　A、B、C　

（2）光强　（3）大于　（4）光强

解析　

（1）根据曲线图可知，当CO2浓度为a时，高光强下（曲线A）该植物的净光合速率为0；

分析坐标图中曲线的走势可以看出，当CO2浓度在a～b之间时，曲线A、B和C的净光合速率都随着CO2浓度的增高而增高。

（2）由题图可知，影响净光合速率的因素为CO2浓度和光强。

当CO2浓度大于c时，由于受光强的限制，光反应产生的[H]和ATP不足，暗反应受到限制，曲线B和C的净光合速率不再增加。

（3）当环境中的CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，植物的净光合速率小于0，说明该植物此时呼吸作用产生的CO2量大于光合作用吸收的CO2量。

（4）据图可推测，光强和CO2浓度都会影响植物的净光合速率，因此若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应同时考虑光强这一因素的影响。

备选题

1.下图表示在不同光照强度下，某植物的氧气释放速率。

该植物在2000lx光照强度下，每小时光合作用所产生的氧气量（mL）是（　　）

A.17B.12C.23D.18

解析　实际光合作用产生的氧气量＝净光合作用氧气释放量＋呼吸作用氧气消耗量＝6＋17＝23（mL）。

2.（2012·

海南卷，8）将一株生长正常的绿色植物置于密闭的玻璃容器内，在适宜条件下光照培养，随培养时间的延长，玻璃容器内CO2浓度可出现的变化趋势是（　　）

A.一直降低，直至为零

B.一直保持稳定，不变化

C.降低至一定水平时保持相对稳定

D.升高至一定水平时保持相对稳定

解析　在适宜的条件下培养密闭容器内的植物，密闭容器内的二