高中生物第三章细胞的代谢第五节第2课时光反应和碳反应光照对光合作用的影响教案浙科版必修1Word文档格式.docx

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（2）场所：

类囊体膜中。

（3）反应物：

H2O、ADP、Pi、NADP＋等。

（4）生成物：

O2、NADPH、ATP等。

（5）条件：

色素、光、酶。

（6）能量变化：

光能→ATP与NADPH中的化学能。

2．碳反应

①CO2的固定：

CO2＋RuBP→2三碳酸分子。

②2三碳酸分子

2三碳糖。

叶绿体基质。

CO2、ATP、NADPH等。

（4）产物：

三碳糖

（5）能量变化：

ATP、NADPH中的化学能―→三碳糖中的化学能。

3．联系：

光反应为碳反应提供NADPH、ATP，碳反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，如图所示。

归纳总结

　光反应与碳反应的比较

比较项目

光反应

碳反应

场所

类囊体膜

叶绿体基质

时间

短促，以微秒计

较缓慢

条件

光、色素、酶、水

多种酶、CO2、NADPH、ATP

过程

利用光能使水光解产生O2，同时产生ATP和NADPH

将CO2还原为糖的一系列反应

物质变化

①水的光解：

H2O

2H＋＋2e－＋

O2

②ATP的合成：

ADP＋Pi＋能量

ATP

③NADPH的合成：

NADP＋＋H＋＋2e－

NADPH

CO2＋RuBP

2个三碳酸分子

②三碳酸分子的还原：

2个三碳糖

③RuBP的再生：

RuBP

能量变化

光能―→ATP、NADPH中活跃的化学能

活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能

完成标志

O2释放、ATP和NADPH的生成

糖类等有机物的生成

联系

光反应能为碳反应提供ATP、NADPH、碳反应为光反应提供ADP、Pi、NADP＋。

二者紧密联系，缺一不可

示意图

例1

　（2018·

绍兴3月模拟）如图为光合作用的过程示意图，①②表示光合作用的场所，a、b和c表示物质。

请回答下列问题：

（1）①的名称是________，其膜上含镁的色素主要吸收________光。

（2）水在光下裂解，除图中所示的产物外，还有________，这些物质会被________接受，其在卡尔文循环中将CO2还原为________，此过程中还伴随着________的贮存。

（3）在供给C18O2极短时间后，除了糖类物质含有18O以外，从另一种光合产物________中也应当能够检测到18O。

答案　

（1）类囊体　红光和蓝紫　

（2）H＋和电子　NADP＋　糖（或三碳糖或三碳糖磷酸）　能量

（3）水

解析　

（1）①中进行的是光反应，场所是类囊体，其膜上含镁的色素是叶绿素，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。

（2）水的光解产物有氧气、H＋和电子，H＋和电子会被NADP＋接受，形成NADPH，其在三碳酸分子还原过程中供能和作为还原剂，将三碳酸分子还原为三碳糖磷酸，此过程中还伴随着能量的贮存。

（3）在供给C18O2极短时间后18O的走向为：

C18O2

三碳酸分子

三碳糖和H

O（碳反应阶段有水产生）。

思维启迪

　对光反应与碳反应的认识

（1）光合作用中光反应和碳反应不是独立的两个阶段，而是息息相关的两个过程，没有光反应，碳反应也无法进行。

（2）光合作用的场所在真核生物中一定为叶绿体，在原核生物中主要为质膜。

（3）碳反应所需要的ATP仅来自光反应，而不能由细胞呼吸提供。

（4）光合作用中，ATP提供能量和磷酸基团；

NADPH提供能量和作为还原剂，也是氢的载体，提供氢。

（5）三碳糖或五碳糖（RuBP）组成元素中含有磷。

（6）CO2中的C进入三碳酸分子但不进入RuBP，最后进入三碳糖，RuBP中的C不进入三碳糖，可以通过同位素示踪实验证明。

例2

　（2017·

浙江超级全能生模拟）下图为类囊体膜的部分结构和生理功能示意图。

请据图回答相关问题：

（1）叶绿体内的很多类囊体堆叠起来的结构称为______。

（2）类囊体膜是植物进行________的场所，其上的色素吸收光能，并将光能转化为________，贮存在NADPH和________中。

（3）a物质是________，是水的裂解产物，经过一系列膜蛋白的传递后被NADP＋接受，NADP＋同时还接受1个H＋形成NADPH，NADPH在三碳酸分子的还原过程中提供____________。

若撤离光照，短时间内叶绿体中的RuBP含量将________。

答案　

（1）基粒　

（2）光反应　化学能　ATP　（3）电子　能量和氢　下降

解析　叶绿体内的许多类囊体堆叠起来形成基粒。

类囊体膜上的色素能够吸收光能，在光反应阶段水被裂解为H＋、O2、电子，其中H＋、电子将NADP＋还原为NADPH，同时将光能转化为化学能贮存在ATP和NADPH中。

在碳反应阶段，NADPH为三碳酸分子的还原提供能量和氢。

若在光合作用过程中突然撤离光照，短时间内，三碳酸分子还原产生的RuBP减少，而RuBP与二氧化碳产生三碳酸分子正常进行，则叶绿体中的RuBP含量将下降。

拓展提升

　光照和CO2浓度变化对光合作用物质含量变化的影响

由于各种因素的变化，如温度变化、光强度变化、CO2浓度变化会影响三碳酸分子、RuBP、NADPH、ATP、三碳糖这些物质的含量，根据化学平衡原理分析，可以获得它们之间变化的关系。

如下表：

项目

光照变强、CO2不变

光照变弱、CO2不变

光照不变、CO2增多

光照不变、CO2减少

↓

↑

注：

此表只是对变化短时间内各物质的相对量的变化作讨论，而不是长时间，其中“↑”代表上升，“↓”代表下降

二、环境因素对光合速率的影响

1．光合速率（光合强度）

（1）含义：

一定量的植物（如一定的叶面积）在单位时间内进行多少光合作用（如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳）。

（2）表示方法：

产生氧气量/单位时间或消耗二氧化碳量/单位时间。

2．影响光合速率的因素

（1）光强度：

在一定范围内，光合速率随光强度的增加而增加；

当光强度升高到一定数值后，光强度再增加，光合速率也不会增加，此时的光强度称为光饱和点。

（2）温度：

每种植物光合作用都有一个最适温度。

低于该温度，随着温度升高，光合速率加快；

超过该温度，酶的活性减弱或丧失。

（3）二氧化碳浓度：

一定范围内，空气中二氧化碳浓度的增加会使光合速率加快。

（4）矿质元素：

缺少N会影响酶的合成，缺少P会影响ATP的合成；

缺少Mg会影响叶绿素的合成。

特别提醒

　光强度对光合速率的影响

①各点含义

A点：

光强度为零，只进行细胞呼吸。

B点：

光合速率等于呼吸速率，为光补偿点。

C点：

是光合作用达到最大值时所需要的最小光强度，即光饱和点。

②表观光合速率和真正光合速率的关系

真正光合速率＝表观光合速率＋呼吸速率。

3．探究光强度对光合作用的影响

（1）实验假设：

一定范围内，光合速率随光强度的增加而增强。

（2）实验过程

①组装下图装置三套，编号为甲、乙、丙；

②分别向三支试管内加入等量的小球藻和5%的NaHCO3溶液；

③记录有色液滴的起始位置；

④取三只100W灯泡，分别置于距甲、乙、丙10cm、20cm、50cm处，一段时间后，记录液滴位置。

（3）变量分析

①自变量：

光强度，通过100W灯泡距实验装置的距离远近控制。

②因变量：

光合速率，通过单位时间内O2的释放量测定，以单位时间内有色液滴的移动距离作为检测指标。

③无关变量：

各组实验植物（如金鱼藻、小球藻）的数量相同，温度、CO2浓度相同。

（4）实验拓展

①设置温度作为自变量

用上述装置探究温度对光合速率的影响，可通过将试管分别置于装有不同温度水的烧杯中控制自变量——温度；

②设置CO2浓度作为自变量

用上述装置探究CO2浓度对光合作用的影响，可通过往试管内分别加入不同浓度的NaHCO3溶液来控制自变量——CO2浓度。

例3

　图甲表示植物光合作用中的光反应，其中数字表示物质，a和b表示结构。

图乙为“探究环境因素对光合作用的影响”的实验装置，广口瓶中装有碳酸氢钠溶液以维持溶液中CO2浓度。

请回答下列问题（说明：

题中“[　]”填数字或字母，“________”填文字）：

（1）叶片中的光合色素存在于图甲中的[　　]________上。

“光合色素的提取与分离”实验中，加入________液使光合色素在滤纸上分离，其中扩散的最快的色素是________。

（2）图甲中，水中的氢转移到[　　]________（物质）中，该物质在卡尔文循环中的作用是________________________________________________________________________。

（3）某研究小组利用图乙装置探究不同波长的光对黑藻光合作用的影响。

光合作用速率常用图甲中[　　]________的相对释放量表示，其释放量可依据图乙中________________________估算。

答案　

（1）b　类囊体膜　层析　胡萝卜素

（2）②　NADPH　提供氢和能量

（3）①　O2　量筒中收集的液体体积

解析　

（1）叶片中的光合色素存在于图甲中的[b]类囊体膜上。

分离光合色素的方法是纸层析法，所用到的液体为层析液。

胡萝卜素在层析液中的溶解度最大，扩散速率最快。

（2）分析图甲可知，①为O2，②为NADPH，③为NADP＋，④为ATP，⑤为ADP。

图甲中，水中的氢转移到[②]NADPH中，该物质在卡尔文循环（碳反应）中的作用是提供氢和能量。

（3）光合作用速率常用图甲中[①]O2的相对释放速率表示。

O2不易溶于水，广口瓶内黑藻的光合作用释放O2导致瓶内气体压强增大，将水压入量筒，所以O2的释放量可依据图乙量筒中收集的液体体积估算。

例4

　光合作用的正常进行要受多种因素的影响。

一个生物兴趣小研究了矿质元素含量、光强度和温度对光合作用的影响，下面是一位同学根据实验结果绘制的一组曲线，你认为不正确的是（　　）

答案　A

解析　N是构成酶、叶绿素、ATP、NADPH、核酸等的原料，氮元素是植物光合作用的必需元素，但光合强度不会随叶片中含N量的增大而不断增大，

1.根据对下图的观察，下列判断正确的是（　　）

A．①需要NADPH，②不需要ATP

B．①②都不需要NADPH

C．①不需要NADPH，②需要NADPH和ATP

D．①②都需要NADPH和ATP

答案　C

解析　由题图可知，该过程为光合作用的碳反应过程，①、②分别是指CO2的固定和三碳酸分子的还原，CO2的固定不需要NADPH，但是三碳酸分子的还原需要NADPH和ATP。

2．（2018·

湖州期中）光合作用中水分子光解的产物是（　　）

A．氧气和氢气

B．氧气、H＋、e－

C．氧原子、NADP＋、e－

D．氧气、NADPH、ATP

答案　B

解析　在光合作用的光反应中，水在叶绿体的类囊体膜上发生分解反应，产物是氧气、H＋、e－。

其中氧气可以释放到外界环境或供线粒体进行需氧呼吸，H＋、e－可以与NADP＋反应生成NADPH。

3．（2017·

台州联考）下图曲线Ⅰ表示最适温度、CO2浓度为0.03%条件下黄豆光合速率与光强度的关系。

在y点时改变某环境条件，曲线变为Ⅱ。

下列叙述正确的是（　　）

A．制约x点光合速率的因素主要是叶绿体中色素的含量

B．制约z点光合速率的因素主要是CO2浓度

C．x点和y点的碳反应速率相同

D．在y点时，升高温度导致曲线由Ⅰ变为Ⅱ

解析　在曲线xy段，随光强度增加，植物光合速率增大，因此制约x点光合速率的因素主要是光强度，A项错误；

x点时光合速率小于y点，因此x点的碳反应速率小于y点，C项错误；

曲线Ⅰ是在最适温度条件下得到的实验结果，因此曲线Ⅱ不可能是通过升高温度所致，D项错误。

4．下图所示为叶绿体中色素蛋白等成分在膜上的分布。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．此生物膜为叶绿体内膜

B．产生的ATP可用于植物体的各项生理活动

C．发生的能量转换是：

光能→化学能，此化学能可贮存于ATP与NADPH中

D．在图示结构中可完成光反应与碳反应

解析　色素存在于叶绿体类囊体膜上，而非叶绿体内膜；

光反应产生的ATP只用于碳反应；

在类囊体膜上只能进行光合作用的光反应，碳反应需在叶绿体基质中进行。

光反应可将光能转化为化学能贮存于ATP和NADPH中，故只有C选项正确。

5．图甲是菠菜叶肉细胞中的叶绿体亚显微结构示意图，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示不同的部位；

图乙是光合作用的碳反应过程示意图，其中①②表示物质。

（1）利用新鲜菠菜叶片进行“光合色素的提取和分离”活动。

在菠菜叶片研磨过程中，加入95%乙醇的作用是____________________________；

分离色素的过程中，应注意滤纸上的滤液细线要高于________的液面；

分离后，在滤纸条上会呈现四条色素带，其中离滤液细线最远的色素是________（填相应的色素名称）。

（2）光合色素存在于图甲的[　　]________中，其中叶绿素主要吸收红光和________光。

图乙过程发生在图甲的[　　]________中（在[　]内填写图中的相应编号）。

（3）图乙中，物质①是________________，该物质在光反应产物________________________的作用下形成物质②。

若3个CO2分子进入卡尔文循环可形成6个物质②分子，其中有________个物质②分子经过一系列变化再生成RuBP，其余的离开卡尔文循环，可在叶绿体内作为合成________、蛋白质和脂质等大分子物质的原料。

答案　

（1）作为提取色素的溶剂　层析液　胡萝卜素

（2）Ⅲ　光合膜　蓝紫　Ⅱ　基质

（3）三碳酸分子（3－磷酸甘油酸）　ATP和NADPH　5　淀粉

解析　

（1）在提取菠菜叶片色素过程中，加入95%乙醇的作用是溶解色素；

分离色素的过程中，应注意滤纸上的滤液细线要高于层析液的液面；

分离后，在滤纸条上会呈现四条色素带，从上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。

（2）光合色素存在于图甲的[Ⅲ]光合膜中，其中叶绿素主要吸收红光和蓝紫光；

图乙过程是光合作用碳反应过程，发生在图甲的[Ⅱ]叶绿体基质中。

（3）图乙中，物质①是由RuBP和CO2形成的三碳酸分子（3－磷酸甘油酸），其在ATP和NADPH作用下形成物质②三碳糖；

6个三碳糖分子有5个经过一系列变化再生成RuBP,1个离开卡尔文循环，在叶绿体内作为合成淀粉、蛋白质、脂质等大分子物质的原料。

[基础达标]

1．光合作用光反应的产物有（　　）

A．ATP和NADPHB．O2和糖

C．ATP和CO2D．O2和CO2

解析　光合作用光反应的产物有ATP、NADPH和O2，A正确。

2．（2017·

丽水高一期末）下列化合物与植物光合作用的关系，错误的是（　　）

选项

化合物

主要生理作用

A

参与二氧化碳的固定

B

酶

催化光合作用中的化学反应

C

叶绿素

捕获光能

D

参与O2和三碳糖的形成

解析　二氧化碳的固定不需要消耗能量，ATP用于碳反应中三碳酸分子的还原，A项错误；

光合作用的光反应和碳反应中的化学反应都需要酶的催化，B项正确；

叶绿素的作用是捕获、吸收光能，C项正确；

H2O参与光反应中水的光解生成O2和NADPH，NADPH参与碳反应中三碳酸分子的还原即三碳糖的形成，D项正确。

3．下面关于光合作用的有关叙述，错误的是（　　）

A．光反应产生的NADPH和ATP是碳反应中将CO2还原为糖的物质

B．三碳酸分子除了需要接受能量之外，还需要接受ATP和NADPH提供的物质，才能形成三碳糖

C．以三碳糖为原料在叶绿体内合成淀粉、蛋白质以及脂质所需能量来自光反应

D．在碳反应中，有3个CO2分子进入卡尔文循环，形成6个三碳糖，其中只有1个三碳糖离开卡尔文循环，然后在叶绿体内或运到叶绿体外而被利用

解析　光反应产生的NADPH和ATP都是碳反应中将CO2还原为糖的能源物质，A正确；

三碳酸分子除了需要接受能量之外，还需要接受ATP和NADPH提供的物质，才能形成三碳糖，B正确；

以三碳糖为原料在叶绿体内合成淀粉、蛋白质以及脂质所需能量来自细胞呼吸生成的ATP，光反应产生的NADPH和ATP只能用于三碳酸分子的还原，C错误；

在碳反应中，有3个CO2分子进入卡尔文循环，形成6个三碳糖，其中只有1个三碳糖离开卡尔文循环，然后在叶绿体内或运到叶绿体外而被利用，D正确。

4．（2018·

嘉兴段考）下列有关光合作用光反应的说法，不正确的是（　　）

A．叶绿素a失去电子即成为强氧化剂，失去的电子转移给水

B．电能转化成的活跃化学能，可能贮存在ATP和NADPH中

C．光照条件下某些叶绿素a能不断丢失和获得电子而形成电子流

D．不同季节将光能转化为电能的色素相同

解析　光合作用光的光反应过程：

2H2O―→4H＋＋4e－＋O2，H＋＋2e－＋NADP＋―→NADPH，因此水是电子供体，NADP＋是最终电子受体，A项错误；

光反应中，光能首先转化成电能，电能再转化成活跃的化学能贮存在ATP和NADPH中，B项正确；

光照条件下某些叶绿素a能不断丢失和获得电子而形成电子流，C项正确；

不同季节将光能转化为电能的色素相同，D项正确。

5．植物叶肉细胞的部分代谢过程如下图所示。

A．图中H＋通过主动转运从类囊体膜内运到膜外

B．通常，在光强度达到全日照之前，物质A的释放速率已达到最大值

C．每个三碳酸分子接受来自物质N的氢和来自ATP的磷酸基团

D．叶绿素呈绿色，是因为它大量吸收绿光，而几乎不吸收其他颜色的光

解析　图中H＋从类囊体膜内运到膜外是顺浓度梯度、有ATP合成的过程，这一过程不属于主动转运，A项错误；

通常，在光强度达到全日照之前，光合作用已达到光饱和点时的光合速率，即光合作用的光反应已达到最大速率，因此物质A（即O2）的释放速率已达到最大值，B项正确；

物质N为NADP＋，碳反应中三碳酸分子接受来自NADPH的氢和来自ATP的磷酸基团，C项错误；

叶绿素呈绿色，是因为它几乎不吸收绿光，D项错误。

6．（2018·

宁波段考）离体的叶绿体在光照下进行稳定的光合作用时，如果突然中断二氧化碳的供应，短时间内叶绿体中三碳酸分子（3－磷酸甘油酸）、RuBP及ATP相对含量的变化是（　　）

A．上升、下降、上升B．上升、下降、下降

C．下降、上升、下降D．下降、上升、上升

答案　D

解析　二氧化碳含量的改变直接影响的是碳反应中二氧化碳的固定，二氧化碳含量由高到低时，二氧化碳的固定变弱，反应物RuBP消耗减少，剩余的RuBP相对增多；

生成物三碳酸分子生成量减少，由于三碳酸分子的生成量减少，则又影响了三碳酸分子的还原，使得三碳酸分子的还原反应减弱，则消耗的NADPH和ATP量减少，所以NADPH和ATP剩余的量增多，所以突然中断二氧化碳的供应，短时间内叶绿体中三碳酸分子的含量减少、RuBP的含量增多、ATP的含量增多。

[能力提升]

7．为探究某植物生长的最佳光强度，设计如图所示的实验装置进行有关实验，下列叙述正确的是（　　）

A．光合作用产生O2的速率可以用单位时间内装置中液滴移动距离来表示

B．给予黑暗条件，图中液滴移动距离即为细胞呼吸消耗的O2量

C．为使测得的O2变化量更精确，该装置烧杯中应盛放CO2缓冲液，还应增加对照装置，换死亡的同种植物幼苗替代装置中的植物幼苗

D．为了探究光强度对光合作用的影响，调节白炽灯的光强度，只有在达到全日照光强时液滴向右移动量才最大

解析　实验过程中，单位时间内装置中液滴移动距离表示的是净光合作用速率，A错误；

如果用装置测细胞呼吸消耗的O2量，烧杯中应放入氢氧化钠溶液，吸收细胞呼吸产生的二氧化碳，并对植物进行遮光处理，B错误；

若测量指标为装置中O2含量的变化，则装置中的小烧杯中的蒸馏水应该换成CO2缓冲液，以维持CO2浓度不变，该实验需要设置对照实验，具体为该装置的容器和小烧杯中应分别放入死的植物幼苗和二氧化碳缓冲液，C正确；

调节白炽灯的光强，可以探究光强度对光合作用的影响，当一定光强度下，光合作用强度－细胞呼吸强度最大时，液滴向右移动量即最大，不一定达到全日照，D错误。

8．将一植株放在密闭玻璃罩内，置于室外一昼夜，获得实验结果如下图所示。

下列有关说法错误的是（　　）

A．图乙中的b点对应图甲中的B点

B．图甲中的F点对应图乙中的g点

C．到达图乙中的d点时，玻璃罩内的CO2浓度最高

D．经过这一昼夜之后，植物体的有机物含量会增加

解析　分析题图可知，图甲、乙两曲线各点对应情况是：

A点对应a点，凌晨0点，只有细胞呼吸，植物释放CO2；

B点对应b点，植物释放CO2减少的原因是夜间低温影响细胞呼吸强度；

C点对应d点，玻璃罩内的CO2浓度最高，此时植物既不吸收CO2也不释放CO2，即光合作用强度等于细胞呼吸强度，植物在图乙c点（图甲C点）之前已经开始进行光合作用；

f点CO2吸收速率有所下降，原因是中午光照过强，导致气孔关闭；

F点对应h点，光合作用强度等于细胞呼吸强度，其后某时刻光合作用消失。

一昼夜后，玻璃罩内CO2浓度下降（G点低于A点），减少的CO2量＝植物白天光合作用吸收的CO2量－植物一昼夜细胞呼吸释放的CO2量，故植物体的有机物含量增加。

9．一植物在不同条件下进行光合作用时，有关中间产物的量的变化情况如图所示。

下列判断中正确的是（　　）

A．曲线a可表示RuBP量的变化

B．曲线a可表示NADPH量的变化

C．曲线b可表示ATP量的变化

D．曲线b可表示三碳酸分子量的变化

解析　在光合作用过程中，在一定强度光照条件下三碳酸分子和RuBP量维持相对稳定状态，当由光照条件转变为黑暗条件时，碳反应中还原过程受阻，但不影响三碳酸分子生成，所以转为黑暗条件时三碳酸分子的量上