2019_2020版高中生物第4章光合作用和细胞呼吸第二节第2课时光合作用的过程学案苏教版必修1.docx

第2课时光合作用的过程学习目标1.阐明光合作用的过程和实质。2.明确光合作用的物质、能量变化。3.说明影响光合作用的因素和原理应用。一、光合作用的过程1.光合作用的主要场所是叶绿体，其结构如下：2.光合作用的过程(1)两个阶段光反应：发生在叶绿体的类囊体膜上，必须在有光的条件下才能进行。类囊体膜上的叶绿素等光合色素，具有吸收、传递和转换光能的作用。暗反应：发生在叶绿体的基质中，在有光和无光的条件下都能进行。(2)变化过程光反应中的化学反应a.水的光解：光合色素吸收光能，将水分子裂解成氧和H，氧直接以分子形式释放出去，H则进一步转变成高能态的H。b.ATP的合成：在酶的催化下，捕获的光能还用于合成ATP。暗反应中的化学反应a.CO2的固定：在酶的作用下，一分子CO2和一分子五碳化合物结合形成两分子三碳化合物。b.三碳化合物的还原：在酶的催化下，三碳化合物接受ATP释放出来的能量并被H还原。c.五碳化合物的再生：一些三碳化合物经过复杂的变化，又形成五碳化合物，其可循环往复地参与暗反应阶段的化学反应。d.糖类等物质的形成：一些三碳化合物接受能量后被逐步还原形成糖类等物质。e.ADP的形成：ATP被利用后形成ADP和Pi。3.光合作用的概念：绿色植物通过叶绿体吸收光能，将CO2和H2O合成为有机物并释放出O2，同时也将光能转化为化学能储存在有机物中的过程。4.光合作用的总反应式CO2H2O(CH2O)O2。1.分析叶绿体的结构，回答下列问题：(1)与光合作用有关的酶分布在何处？答案与光合作用有关的酶分布在叶绿体的类囊体膜上和叶绿体基质中。(2)叶绿体增大光合作用面积的方式是什么？答案类囊体叠合成基粒，扩大了膜面积。(3)为什么说叶绿体是光合作用的主要场所？答案叶绿体是真核生物进行光合作用的场所，但原核生物如蓝藻虽然没有叶绿体，但有叶绿素和藻蓝素，也可以进行光合作用。2.如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)分析光反应过程项目光反应实质光能转化为活跃的化学能，并释放O2需要条件外界条件：光照；内部条件：色素、酶反应场所叶绿体的类囊体膜上物质变化水的光解：水分解成H和O2ATP的合成：在相关酶的作用下，ADP和Pi形成ATP能量变化光能ATP中活跃的化学能相应产物O2、ATP和H(3)分析暗反应过程项目暗反应实质同化CO2形成有机物需要条件不需要光照；内部条件：酶反应场所叶绿体的基质中物质变化CO2的固定：CO2C52C3C3的还原：2C3(CH2O)C5能量变化ATP中活跃的化学能有机物中稳定的化学能相应产物糖类等物质(4)光反应和暗反应间有何联系？答案物质联系：光反应为暗反应的顺利进行准备了H和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi。能量联系：光反应中光能转化为活跃的化学能，暗反应中活跃的化学能再转化为有机物中稳定的化学能。关键点拨(1)叶绿体的内膜既不参与光反应，也不参与暗反应。(2)叶绿体中的ADP和ATP移动的方向不同。ADP的移动方向：叶绿体基质类囊体膜；ATP的移动方向：类囊体膜叶绿体基质。(3)光反应阶段必须是在有光条件下进行，而暗反应阶段有光无光都能进行，但需光反应提供H和ATP，故暗反应不能长期在无光环境中进行。(4)在自然条件下，光反应阶段和暗反应阶段同时进行，不分先后。1.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膜上。2.如图为绿色植物光合作用过程示意图(物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示，图中af为物质，为反应过程)。下列判断错误的是()A.图中a物质主要吸收红光和蓝光，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能储存在c中B.图中表示水分的吸收，表示水的光解C.图中的表示C3的还原，该过程伴有能量的变化D.在f物质供应充足时，突然停止光照，C3的含量将迅速下降答案D一题多变(1)色素分子需要在哪些过程发挥作用(答图中序号)？为什么？答案。色素分子吸收光能用于水的光解，产生ATP、H和O2。(2)用同位素18O标记图中的H2O,18O首先出现在图中的哪些物质中(答图中序号)?答案b。图中b表示O2，H218O光解产生H和18O2。规律方法当光照、CO2浓度变化时，细胞中C3、C5的变化规律(1)理论依据：细胞中C3的含量取决于C3的生成速率和C3的消耗速率。C3的生成通过CO2的固定实现，C3的消耗通过C3的还原实现，如下图所示：由C5CO22C3可知，细胞中C3、C5的含量变化相反。(2)实例分析外界条件突然变化分析结果光照强弱光反应减弱，H和ATP减少，C3还原减弱，C3消耗减少，C5产生减少C3含量增多，C5含量减少弱强光反应增强，H和ATP增多，C3还原增强，C3消耗增多，C5产生增多C3含量减少，C5含量增多CO2浓度高低CO2固定减弱，C3产生减少，C5消耗减少C3含量减少，C5含量增多低高CO2固定增强，C3产生增多，C5消耗增多C3含量增多，C5含量减少二、影响光合作用的环境因素及原理应用1.光照强度对光合作用的影响(1)光照强度比较弱时，光合速率很低。(2)光照增强，光合速率相应地变大。(3)当光照强度超过某一定值时，再增大光照强度，光合速率不再增加。2.CO2浓度对光合作用的影响(1)CO2是光合作用的原料之一。(2)在一定范围内，植物光合速率随着CO2浓度的上升而增加。(3)当CO2浓度达到某一定值后，再增加CO2浓度，光合速率不再增加。3.温度对光合作用的影响(1)温度影响酶活性。(2)低温下植物光合速率变低的原因主要是酶活性降低。(3)高温下光合速率变低的原因主要是高温使植物失水过多，影响气孔的开闭，减少了CO2进入细胞的量。4.水和营养元素对光合作用的影响(1)水是光合作用的原料，能直接影响植物光合速率。(2)营养元素能间接影响植物光合速率。5.光合作用原理的应用采用套种方法，可增加光照面积；采用轮作的方法，可以延长光照时间。试根据环境因素对光合作用影响的数学模型进行分析。1.光照强度对光合作用的影响(1)A点对应的光照强度是光合作用的临界值，低于此值，光合作用不能进行。(2)AB段表明，随光照强度增大，光合速率也增加。(3)B点对应的光照强度，是光合速率最大时的最小光照强度，也称为光饱和点。(4)B点以后，光合速率不再随光照强度增大而增加，其主要的限制因素是CO2浓度。2.CO2浓度对光合作用的影响(1)A点对应的CO2浓度是光合作用的临界值，低于此值，光合作用不能进行。(2)AB段表明，光合速率随CO2浓度的增大而增加。(3)B点对应的CO2浓度，是光合速率最大时的最小CO2浓度，也称为CO2饱和点。(4)B点以后，光合速率不再随CO2浓度增大而增加，其主要限制因素是光照强度。3.温度对光合作用的影响(1)温度直接影响光合作用中有关酶的活性，对光合作用的影响很大。低温时，植物酶促反应速率下降，限制了光合作用的进行；高温时，叶绿体和细胞质的结构会遭到破坏，叶绿体中的酶发生钝化、变性甚至遭到破坏。(2)低温会影响光合酶的活性，植物净光合速率较低；较高温度使呼吸作用加强，净光合速率下降。4.矿质元素对光合作用的影响(1)矿质元素对光合作用影响的数学模型及其分析：N是各种酶以及ATP等的重要组成成分。P是ATP的重要组成成分。Mg是叶绿素的重要组成成分。K对光合产物的运输和转化起促进作用。(2)矿质元素对光合作用的影响规律：在一定范围内，矿质元素增多，光合速率加快；超过一定浓度，光合速率不再增强，甚至由于渗透失水反而使光合速率下降。5.水对光合作用的影响缺水时气孔关闭，影响CO2进入叶肉细胞；缺水，叶片淀粉水解减弱，糖类堆积，光合产物输出缓慢。因此，植物体水分减少会使光合速率下降。合理浇灌是提高光合速率的有效措施。6.多因子对光合速率的影响科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合速率的影响，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速率差异的原因是什么？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速率差异的原因是CO2浓度不同。(2)光照强度为b时，造成曲线和光合速率差异的原因是什么？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，光合速率不再上升。7.将下列生产实例和利用的光合作用原理连接起来归纳提升植物在进行光合作用的同时也在进行细胞呼吸，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：A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸；A点的CO2释放量表示细胞呼吸速率AB段开始进行光合作用，随光照强度的增强，光合作用强度也增强，但光合作用强度小于细胞呼吸强度B点光合作用强度细胞呼吸强度(细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用)，此时光照强度称为光补偿点BC段随光照强度的增强，光合作用强度不断增强C点光照强度增强，光合作用强度基本不变，此时光照强度C点称为光饱和点，C点的CO2吸收量表示净光合作用速率3.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。4.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。方法技巧多因子对光合速率的影响(1)P点理解：此点之前，限制光合速率的因素为横坐标所表示的因子，随着该因子的不断加强，光合速率不断提高。(2)Q点理解：此点时，横坐标所表示的因子，不再是影响光合速率的因子，影响因素为坐标图中三条曲线所表示出的因子。1.下列叙述，正确的打“”，错误的打“”。(1)光反应的场所是叶绿体中的类囊体膜，光反应产生的O2、ATP和H都用于暗反应()(2)暗反应包括CO2的固定和C3的还原，两个阶段都在叶绿体基质中进行()(3)整个光合作用过程中，能量的转化是：光能ATP中活跃的化学能有机物中稳定的化学能()(4)光合作用释放的O2都来自水()(5)光照强度影响光合作用但光质不影响()(6)温度只影响暗反应过程，因为只有暗反应需要酶的催化()(7)CO2浓度是通过影响暗反应过程来影响光合作用的()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)2.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。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.下图表示光合作用过程的部分图解，请据图分析完成下列问题：(1)图示表示光合作用的_过程，其中B表示_。(2)图示过程中，能量变化是_。(3)如果用含14C的CO2来追踪小麦光合作用过程中碳原子的转移途径，则14C首先出现在_中。(4)叶绿体是进行光合作用的场所，在充足的光照条件下，ADP在叶绿体内的移动方向是_；如果将此植物由光照充足的条件下移至阴暗处，则H在叶绿体中的含量将_。答案(1)暗反应C3的还原(2)ATP中活跃的化学能转变成有机物中稳定的化学能(3)C3(4)从叶绿体基质到类囊体膜减少解析题图表示光合作用的暗反应过程，B表示C3的还原。CO2进入叶绿体后，先被C5固定成C3，C3被H还原后生成葡萄糖，因此，碳的转移途径应是CO2C3葡萄糖。ADP要到类囊体膜上参与光反应转化成ATP。光反应需要光照，移至阴暗处后，光照强度降低，光反应减弱，所以H减少。题组一叶绿体的结构和功能1.下列关于叶绿体基粒的说法中，正确的一组是()每个叶绿体基粒含有几个到几十个类囊体基粒的膜上有进行光合作用的色素基粒附着在内膜的突起嵴上光合作用有关的酶全都分布在基粒上A.B.C.D.答案A解析叶绿体中的基粒是由几个或几十个类囊体叠合而成的结构；光合作用有关的酶不仅分布在基粒上，而且还分布在叶绿体基质中。2.(2018泰州高一检测)如图为某种细胞器的结构模式图，下列叙述错误的是()A.结构的基本支架是磷脂双分子层B.结构的选择透过性与蛋白质的种类和数量有关C.结构的膜表面积大，有利于实现能量转换D.结构中含有大量的DNA答案D解析分析题图可知，该细胞器为叶绿体。结构为叶绿体的外膜，其基本支架是磷脂双分子层，A项正确；结构为叶绿体的内膜，其选择透过性与蛋白质的种类和数量有关，B项正确；结构为基粒，它是由类囊体膜构成的，扩大了叶绿体内膜的面积，其上分布着与光反应有关的色素，C项正确；结构为叶绿体的基质，含有少量DNA，叶绿体是半自主性细胞器，D项错误。3.为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予一定的条件，这些条件是()A.光照、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液B.光照、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液C.黑暗、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液D.黑暗、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液答案B解析无空气是排除空气中O2的干扰，NaHCO3溶液提供CO2，光是进行光合作用的必要条件。题组二光合作用的过程4.(2018成都高一检测)如图所示为叶绿体中的某种结构及其上发生的物质和能量变化，下列有关叙述错误的是()A.图中是参加反应的水B.图中上有光合色素C.图中光能转化成了化学能D.图中的H和ATP用于固定CO2答案D解析图中类囊体膜上含有光合色素，能吸收光能进行光反应分解水并合成ATP，将光能转化成化学能，光反应合成的ATP和H用于暗反应中还原三碳化合物。5.下图表示光合作用的过程，其中、表示光合作用的两个阶段，a、b表示相关物质。下列相关叙述正确的是()A.阶段表示暗反应B.阶段表示光反应C.物质a表示HD.物质b表示C3答案C解析、分别表示光反应和暗反应，A、B项错误；光反应为暗反应提供ATP和H，所以图中的a表示的是H，物质b表示的是ATP，C项正确、D项错误。6.下列对光合作用图解的分析不正确的是()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，A正确；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，B错误；图中为水的分解产物O2，为光反应为暗反应提供的ATP，C正确；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，D正确。7.(2018河北石家庄一中期末考试)如图为高等绿色植物光合作用过程图解，以下说法正确的是()A.A是光合色素，分布在叶绿体内膜和类囊体膜上B.E是ADP，在叶绿体类囊体膜上产生C.G是三碳化合物，F是五碳化合物D.光合作用光反应和暗反应过程均有酶的参与答案D解析根据光合作用图解可知，图中A是光合色素，分布在叶绿体类囊体膜上，A项错误；E是ADP，在叶绿体基质中生成，B项错误；G是五碳化合物，F是三碳化合物，C项错误；光合作用的光反应和暗反应过程均需酶的催化，D项正确。题组三影响光合作用的因素及其应用8.如图是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。下列有关光合作用强度变化原因的分析中，错误的是()A.从AB主要原因是光照增强，气温上升B.从BC主要原因是温度过高，酶失活C.从CD主要原因是气孔逐渐打开，CO2供应增加D.从DE主要原因是光照减弱，气温下降答案B解析图中BC主要原因是气温过高，导致气孔关闭，使CO2供应不足。9.如图表示在夏季晴朗的白天，植物细胞内C3和C5的相对含量随一种环境因素的改变而变化的情况，下列对这一环境因素的改变分析正确的是()A.突然停止光照B.突然增加CO2浓度C.降低环境温度D.增加光照强度答案D解析突然停止光照，光反应产生的H和ATP减少，被还原的C3减少，生成的C5减少，而CO2被C5固定形成C3的过程不变，故C3的含量将增加，C5的含量将减少，A项错误；突然增加CO2浓度，CO2被C5固定形成的C3增加，则消耗的C5增加，故C5的含量将减少，B项错误；降低环境温度，光合作用的过程均会变慢，故C3、C5的含量都将减少，C项错误；增加光照强度，光反应产生的H和ATP增多，被还原的C3增多，生成的C5增多，而CO2被C5固定形成C3的过程不变，故C3的含量将减少，C5的含量将增加，D项正确。10.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浓度的控制不严格；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。11.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浓度会提高光合速率；酶的数量属于内因。12.在光合作用中，RuBP羧化酶能催化CO2C5(即RuBP)2C3。为测定RuBP羧化酶的活性，某学习小组从菠菜叶中提取该酶，用其催化C5与14CO2的反应，并检测产物14C3的放射性强度。下列分析错误的是()A.菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质B.RuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行C.测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法D.单位时间内14C3生成量越多，说明RuBP羧化酶活性越高答案B解析RuBP羧化酶催化上述反应即为二氧化碳的固定，属于暗反应，其场所是叶绿体基质，A正确；暗反应不需要光，有光和无光条件下都可进行，B错误；实验中利用14C标记CO2并检测产物放射性强度，即采用同位素标记法，C正确；单位时间内产物生成量可代表化学反应的催化效率，酶对化学反应的催化效率即可反映酶活性，D正确。13.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)aeg14.“提取和分离叶绿体中的光合色素”实验：(1)在“提取和分离叶绿体中的光合色素”中，将叶绿体色素进行分离的方法名称是_。(2)某学生在实验过程中将画有滤液细线的滤纸条(已重复画滤液细线若干次)插入层析液，几分钟后取出观察，发现在滤纸条上无色素分带现象，而其他用同一滤液做实验的同学的滤纸条上却色素分带明显。其实验失败的原因最可能是_。(3)在缺镁的完全培养液中培养较长时间后，取叶片进行叶绿体中的光合色素的提取和分离实验，在滤纸条上可见明显的色素带的名称是_。(4)分别研究在两种温度和两种CO2浓度下不同光照强度对光合速率的影响，结果如图。请回答：比较ADP的合成速率，可知a点_b点。比较b点和c点，光合速率提高的具体原因是_。由较低浓度CO2条件转为较高浓度CO2条件下培养，短时间内C5的含量将_。光合速率受CO2浓度和温度的影响，据图可判断_的影响更大。欲比较CO2浓度和温度对光合速率的