2017-2018学年高中生物_细胞的能量供应和利用第节能量之源__光与光合作用第课时学案新人教版必修.docx

第2课时光合作用的过程及原理的应用学习导航1.结合实例及教材图515，掌握光合作用的光反应和暗反应过程以及二者的关系。2.联系日常生活实际，思考影响光合作用的环境因素以及光合作用原理的实践应用。重难点击1.光合作用的过程。2.影响光合作用的因素。方式一后羿射日是我国古代的传说，故事内容大致为：古时候天上有十个太阳，大地干涸焦枯，草木不生，人们难以生存。英雄后羿力大无比，箭法精准，射掉了九个太阳，剩下现在的一个太阳，使光照和温度适宜，万物复苏，草木茂盛。这个神话说明光照和温度会影响植物的光合作用。光合作用的原理是怎样的？还有哪些因素会影响光合作用呢？方式二叶绿体中的色素吸收光能后，要发生一系列的变化，最终转变成可被利用的有机物。这个过程受到多种因素的影响，在农业生产中，这些原理得到了充分的应用，大大提高了农产品的产量。一、光合作用的过程1.反应式：CO2H2O(CH2O)O2。2.光合作用的过程(1)光反应阶段场所：在叶绿体类囊体的薄膜上进行。条件：必须有光、叶绿体中的色素和酶。过程水的光解：2H2O4HO2；ATP的生成：ADPPiATP。能量转变：光能ATP中活跃的化学能。(2)暗反应阶段场所：在叶绿体基质中进行。条件：需要多种酶参与。过程CO2的固定：CO2C52C3；C3的还原：2C3H(CH2O)C5。能量转变：ATP中活跃的化学能(CH2O)中稳定的化学能。下图是光合作用的过程图解，请据图分析：1.图中各种物质分别是什么？答案叶绿体中的色素；O2；H；ATP；2C3；CO2；(CH2O)。2.过程、分别是什么？发生的场所分别在哪里？答案是光反应，发生在叶绿体类囊体的薄膜上；是暗反应，发生在叶绿体的基质中。3.光反应为暗反应提供了哪些物质？暗反应为光反应又提供了哪些物质？答案光反应为暗反应提供了ATP和H。暗反应为光反应提供了ADP和Pi。4.叶绿体中ATP、ADP的运动方向是怎样的？答案ATP：类囊体薄膜叶绿体基质。ADP：叶绿体基质类囊体薄膜。5.若突然停止光照，光反应和暗反应如何变化？答案光反应立即停止，暗反应仍能进行一小段时间，最终也停止。6.如果给植物提供14CO2，光合作用中放射性依次出现在哪些物质中？答案依次出现在CO2、C3、(CH2O)中。7.如果给植物提供HO，光照下较长时间后，放射性会出现在哪些物质中？答案出现在氧气、水、C3、二氧化碳、丙酮酸和(CH2O)等中。解析经光合作用后氧气中含有放射性，同时经过有氧呼吸，丙酮酸、二氧化碳中也有了18O，再经过光合作用，C3和(CH2O)中也有了18O。知识整合在光合作用中，光反应为暗反应提供了ATP和H；暗反应为光反应提供了ADP和Pi；光照停止，光反应立即停止，暗反应仍能进行一小段时间，最终也停止。光合作用中14CO2的同化途径为：14CO214C3(14CH2O)。1.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则向相反方向运动答案C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。2.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CO2C3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答案D解析叶绿体中的色素主要分布于类囊体的薄膜上。二、探究光照强度对光合作用的影响1.光合作用强度的表示方法2.探究光照强弱对光合作用强度的影响(1)实验原理：抽去小圆形叶片中的气体后，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，单位时间内小圆形叶片上浮的数量越多。(2)实验流程打出小圆形叶片(30片)：用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出(直径1cm)抽出叶片内气体：用注射器(内有清水、小圆形叶片)抽出叶片内气体(O2等)小圆形叶片沉到水底：将抽出内部气体的小圆形叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中，小圆形叶片全部沉到水底强、中、弱三种光照处理：取3只小烧杯，分别倒入20mL富含CO2的清水，各放入10片小圆形叶片，用强、中、弱三种光照分别照射观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量(3)实验现象与结果分析：光照越强，烧杯内小圆形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。结合细胞呼吸，人们用下面的曲线来表示光照强度和光合作用强度之间的关系，请分析：1.图中A、B、C各点代表的生物学意义分别是什么？答案A点：光照强度为零，只进行细胞呼吸。B点：光合作用强度等于呼吸作用强度，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照强度，即光饱和点。2.OA段的含义是什么？其大小主要受哪种环境因素的影响？答案OA段代表呼吸作用强度。其大小主要受温度的影响。3.DE段的含义是什么？如果此时想增加光合作用强度，可以采取哪些措施？答案DE段光合作用强度达到饱和，不再随光照强度的增强而增加。可以通过调整温度和增加CO2浓度等措施增加光合作用强度。4.若光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25和30，这是在25测得的曲线，若温度升至30，曲线中A点、B点将如何变化？答案A点下移，B点右移。5.通过实验测得一片叶子在不同光照强度下气体吸收和释放的情况如下图所示。那么曲线中AB段(不包括A、B两点)中哪些过程是存在的(用下图字母表示)?答案c、d、e、f。知识整合光照强度为0，此时只进行细胞呼吸；随光照增强，光合作用逐渐加强，当光合作用强度等于呼吸作用强度时，CO2既不吸收也不释放，这时的光照强度称为光补偿点；随光照继续增强，光合作用逐渐加强，当光合作用强度达到最强时，这时的光照强度称为光饱和点，此时以后限制光合作用的不再是光照强度。3.下列四个处理中，沉入底部的叶片小块最先浮起的是()答案C解析叶片沉入水底是由于细胞间隙的空气被抽取掉。所以哪一个叶片最先产生大量的氧气，充入到细胞间隙中，哪一个叶片就最先浮上来。由于自来水中含有CO2,25的温度较为适宜，光照是光合作用必需的条件，所以C选项所示的叶片最先浮起来。4.已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25和30，如图表示30时光合速率与光照强度的关系。若温度降到25(原光照强度和二氧化碳浓度不变)，理论上图中相应点a、b、d的移动方向分别是()A.下移、右移、上移B.下移、左移、下移C.上移、左移、上移D.上移、右移、上移答案C解析图中a、b、d三点分别表示细胞呼吸强度、光补偿点和在光饱和点时的光合作用速率。据题意，由于光合作用酶和细胞呼吸酶的最适温度不同，当温度由30降到25时，细胞呼吸强度降低，a点上移；光合作用速率增大，d点上移。b点表示光合作用速率细胞呼吸速率，在25时细胞呼吸作用速率降低，在除光照强度外其他条件不变的情况下要使其仍然与细胞呼吸速率相等，需降低光照强度以使光合作用速率减弱，即b点左移。三、其他环境因素对光合作用的影响及应用、化能合成作用1.其他环境因素对光合作用的影响(1)温度：温度通过影响酶的活性来影响光合作用强度，据此请在坐标系中画出温度和光合作用强度的关系曲线(一般植物的适宜温度在35左右)。答案如图所示(2)二氧化碳浓度在一定范围内，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。(3)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。2.将下列生产实例和利用的光合作用原理连接起来3.化能合成作用(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为原料合成糖类等有机物。异养生物：人、动物、真菌以及大多数细菌，细胞中没有叶绿素，不能进行光合作用，它们只能利用现成的有机物来维持自身的生命活动。(2)化能合成作用自然界中少数种类的细菌，虽然细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但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。实例：硝化细菌硝化细菌能利用氨氧化成亚硝酸，进而将亚硝酸氧化成硝酸这两个过程中释放出的化学能，将二氧化碳和水合成为糖类，这些糖类可供硝化细菌维持自身的生命活动。科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到实验结果如图，请据图分析：1.光照强度为a时，曲线和重合说明什么？此时造成曲线和光合作用强度差异的原因是什么？答案光照强度为a时，曲线和重合说明温度不是限制因素，光照强度才是限制因素。此时造成曲线和光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同。2.光照强度为b时，造成曲线和光合作用强度差异的原因是什么？答案温度的不同。3.光照强度为c时，每条曲线都呈现水平状态，说明什么？答案此时每条曲线都达到了光饱和点，光合作用不再上升。知识整合影响光合作用速率的外界因素有多种，光照强度、温度、二氧化碳浓度等都有影响，多种因素同时起作用时，哪个因素最缺乏，哪个就是限制因素。5.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D解析温度会通过影响光合作用中酶的活性来影响光合作用，高温使酶失活而导致光合作用强度下降，所以D选项应该是一条先升高后下降的曲线。6.如图曲线表示黄豆在最适温度、CO2浓度为0.03%的环境中光合作用速率与光照强度的关系。在y点时改变某条件，结果发生了如图曲线的变化。下列分析合理的是()A.与y点相比较，x点时叶绿体中C3含量低B.在y点时，适当升高温度可导致曲线由变为C.制约x点时的光合作用因素主要是叶绿体中色素的含量D.制约z点时的光合作用因素可能是二氧化碳浓度答案D解析与x点相比较，y点光照强度更大，产生的H和ATP更多，被还原的C3就多，所以y点时C3含量要低于x点；在y点时适当降低或升高温度都会导致光合速率降低，因为此时已经是最适温度；制约x点时的光合作用因素为光照强度；制约z点时的光合作用因素可能是二氧化碳的浓度太低，抑制了暗反应的进行，进而影响了光合作用速率。1.以下反应过程在叶绿体基质中完成的变化有()H2OHO2ATPADPPi能量2C3(CH2O)C5CO2C52C3A.B.C.D.答案C解析叶绿体基质中完成的是暗反应，有。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ATPC.光能和光反应产生的ATPD.都是光反应产生的ATP答案C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。3.一种在叶绿体内与光合作用有关的酶，其活性受到pH及镁离子浓度的影响，如图所示。据图分析，试推测与夜晚相比，叶绿体内的pH及镁离子浓度在白天最可能发生下列哪一种变化()A.pH不变，镁离子浓度不变B.pH下降，镁离子浓度下降C.pH下降，镁离子浓度上升D.pH上升，镁离子浓度上升答案D解析植物在白天光合作用旺盛，说明相关酶的催化活性较高，故pH上升，镁离子浓度上升。4.下图是某种细菌内发生的生化反应，据此判断其新陈代谢类型是()A.自养厌氧型B.异养厌氧型C.自养需氧型D.异养需氧型答案C解析通过上述图示可以看出该过程需要氧气，同时能将水和二氧化碳合成为有机物，所以该生物为自养需氧型生物。5.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)H2OO2ADPPiATPHCO2(CH2O)(2)CO2的固定C3的还原(3)aeg课时作业学考达标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.在叶绿体的类囊体薄膜上进行光反应和暗反应B.在叶绿体的类囊体薄膜上进行暗反应，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，不进行光反应答案D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；暗反应是在叶绿体基质中进行的，该过程有光无光均可进行。2.将某植物的叶肉细胞放在含低浓度NaHCO3的培养液中，并用石蜡油覆盖液面。先光照一段时间，然后在相同光照强度下的不同时间里测定叶肉细胞的光合作用强度。下列示意图中能正确反映测定时间与光合作用强度关系的是()答案C解析用石蜡油覆盖液面，即隔绝了空气(无CO2进入)，在含低浓度NaHCO3的培养液条件下，随着光合作用的进行，培养液中的CO2越来越少，阻碍了光合作用暗反应的进行，出现C图所示的曲线。3.如图表示某种植物在最适温度和0.03%的CO2浓度条件下，光合作用速率随光照强度变化的曲线，若在B点时改变某种条件，结果发生了如曲线b的变化，则改变的环境因素是()A.适当提高温度B.增大光照强度C.适当增加CO2浓度D.增加酶的数量答案C解析此时温度已经是最适温度，所以再提高温度会使酶的活性降低，光合作用速率会降低；B点是光饱和点，此时光照不是限制光合作用的因素；CO2的浓度为0.03%，相对较低，所以增加CO2浓度会提高光合作用速率；酶的数量属于内因。4.如图表示在不同光照强度下，某植物的氧气释放量。该植物在2000lx光照强度下，每小时光合作用所产生的氧气量(毫升)是()A.17B.12C.23D.18答案C解析实际光合作用产生的氧气量净光合作用呼吸作用消耗量17623(毫升)。5.下列措施及对应的生物学原理的叙述中，不正确的是()A.农田种植作物一年两茬，可延长光合作用时间B.栽种矮秆、叶直而小的作物，能增加种植密度，有益于增大光合作用面积C.温室条件下，通过增施农家肥可以提高作物对有机物的吸收D.经常疏松土壤可以促进植物充分利用土壤中的矿质营养答案C解析温室条件下，增施农家肥可增加土壤中矿质元素的含量和CO2的含量，从而提高农作物的产量，有机物是植物进行光合作用的产物。6.下列关于光合作用和化能合成作用的叙述，正确的是()都需要叶绿素都将CO2和水合成为有机物都属于自养生物的营养方式合成作用所利用的能量相同A.B.C.D.答案C解析光合作用和化能合成作用都能将无机物转化成有机物，只是所利用的能量不同，光合作用利用的是光能，化能合成作用利用的是无机物氧化时释放的化学能。高考提能7.某同学想探究二氧化碳浓度与光合速率的关系。取A、B、C、D四株都有5片叶的小白菜，分别用直径1cm的打孔器打出叶圆片10片，并设法抽去叶片内的气体使之在水中下沉，置于光下。取100mL三角瓶4个，编号14，按下表操作(光照、温度相同且适宜)并记录结果。下列评价或修正不合理的是()编号实验处理30min内上浮叶圆片数(片)叶圆片来源叶圆片数(片)自来水(mL)NaHCO3(克)1A1040022B1040163C1040344D104055A.自变量二氧化碳浓度的控制不严格B.只要控制光照、温度相同即可C.实验材料本身存在的差异会影响实验结果D.制备的叶圆片在投入三角瓶之前应放于黑暗处答案B解析本实验中存在多个自变量，材料的来源不同，CO2的浓度不同，所以在一个实验中存在着多个自变量，得出的实验结果是不可靠的，一个实验中只能存在一个自变量，除了这个自变量外其他变量应保持相同。自来水中也可能存在CO2，对CO2浓度控制不严格。由于抽取气体后在光下还有可能产生气体，所以抽取气体后应进行黑暗处理。8.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、降答案C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)。9.下列对光合作用图解分析不正确的是()A.图示为真核生物的光合作用过程B.若突然停止CO2供应，则短时间内三碳化合物的含量将上升C.图中为O2，为ATPD.若用3H标记的H2O进行示踪，可发现H元素的转移途径为H2OH糖类答案B解析由于有叶绿体的存在，所以应为真核生物的光合作用；若突然停止CO2的供应，则短时间内三碳化合物的形成减少，消耗不变，含量降低；图中为水的分解产物O2，为光反应为暗反应提供的ATP；光反应中水分解产生H，为暗反应提供还原剂，并进入到有机物中。10.图中表示将某植物放在不同CO2浓度环境条件下，其光合速率受光照强度影响的变化曲线。比较a、b、c三点所对应的叶肉细胞中C3含量的高低是 ()A.abcB.abbcD.abc答案A解析a与b所处环境中CO2的浓度高于c点；a与b的CO2浓度相同，但a点的光照强度比b点低，被还原的C3少；b与c相比较光照强度是相同的，但b点二氧化碳浓度高于c点，所以b点产生的C3要远高于c点。11.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)图乙中AB段C3含量较高，其主要原因是_。(4)图乙中E点C3含量极少，其原因是气孔关闭，_。答案(1)H2OCO2C3(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有机物中稳定的化学能。(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。12.用高速离心机打碎小球藻细胞，获得可以进行光合作用的离体叶绿体，进行如图所示的实验。请分析回答下列问题：(1)实验A中离体的叶绿体能合成糖类，碳酸氢钠溶液所起的作用是_。若要使该实验中没有糖类产生，烧杯中液体应改为_。(2)若要使实验B中离体的叶绿体内糖类合成速度明显加快，在光照和CO2条件不变且适宜的情况下，可考虑采用_的方法。(3)若要使实验C中离体的叶绿体产生糖类，锥形瓶内至少应加入_和_。(4)科学家鲁宾和卡门利用小球藻作实验材料，用18O分别标记H2O和CO2，最终证明光合作用释放的O2来自H2O；科学家卡尔文用14C标记CO2供小球藻进行光合作用，探明了卡尔文循环途径。以上科学家在实验中共同使用了_技术。答案(1)提供CO2氢氧化钠溶液(碱液)(2)适当提高温度(3)ATPH(4)同位素示踪解析(1)植物体合成糖类是叶绿体进行了光合作用的结果，而光合作用需要CO2，碳酸氢钠溶液的作用是提供CO2；如果将碳酸氢钠溶液换成氢氧化钠溶液，因为氢氧化钠溶液可以吸收玻璃罩中的CO2，所以光合作用不能进行，没有糖类生成。(2)影响光合作用的因素有光照强度、CO2浓度、温度、矿质离子和水等，其中适当提高温度可以增强酶的活性，因为实验B的装置中只有离体的叶绿体，不用考虑呼吸作用消耗，且实验B装置所处温度较低(10)，所以适当提高温度可以使糖类合成速度明显加快。矿质离子虽然可以影响光合作用，但因实验材料是离体的叶绿体，没有完整的细胞结构，或实验B中本来就不缺乏矿质离子，所以添加矿质离子后不会明显改变光合速率；题图实验中实验材料置于水中，光合作用利用的水很少，所以加水也不会明显提高光合速率。(3)实验C中离体的叶绿体置于黑暗处，不能进行光反应，也就不能为暗反应提供ATP和H，所以其暗反应不能进行，如果要使实验C中产生糖类，则锥形瓶中至少应加入ATP和H。(4)研究光合作用过程中物质变化、元素转移的情况时可以用同位素标记法进行示踪。13.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_。(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