2019_2020学年高中生物第5章细胞的能量供应和利用第4节第2课时光合作用的过程及原理的应用学案新人教版.docx

第2课时光合作用的过程及原理的应用一、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。(3)光反应与暗反应的联系光反应为暗反应提供H、ATP；暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP。没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成。总之，光反应是暗反应所需物质和能量的准备阶段，暗反应是光反应的继续，是物质和能量转化的完成阶段。(4)光合作用中各元素的去向(1)光反应的场所是叶绿体中的类囊体薄膜，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)光合作用产生的ATP水解释放的能量可用于生物体的各项生命活动()答案(1)(2)(3)(4)(5)1.为什么暗反应不能较长时间地在黑暗条件下进行？提示因为光反应为暗反应提供的H、ATP是有限的。2.试利用同位素示踪法分析光合作用过程中各元素的转移途径。(1)用放射性同位素分别标记H2O中的H和O，则能在光合作用的哪些物质中检测到放射性？提示O可在释放的O2中检测到；H可在产生的糖类中检测到。(2)若标记CO2中的14C，请写出光合作用中14C的转移途径。提示14CO2C52C3(只有一个14C)C5(14CH2O)。3.结合光反应和暗反应过程分析，若突然停止光照或停止CO2供应，叶绿体中C3和C5相对含量发生怎样的变化？提示(1)停止光照：C3含量相对增加，C5含量相对减少。(2)停止CO2供应：C3含量相对减少，C5含量相对增加。二、光合作用原理的应用1.光合作用的强度(1)概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的量。(2)影响因素和衡量指标光合作用强度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(直径为1cm)小圆形叶片抽出叶片内气体：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加，光合作用强度不断增加。3.影响光合作用的因素曲线分析(1)光照强度关键点：A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，单位时间内释放的CO2量表示呼吸速率。B点细胞呼吸释放的CO2量和光合作用吸收的CO2量相等，此时的光照强度称为光补偿点。C点时已经达到了光饱和点，此时光照强度增加，光合作用强度不再增加。关键线段：AB段光合作用的强度小于(填“大于”“小于”或“等于”)细胞呼吸的强度；BC段光合作用的强度大于(填“大于”“小于”或“等于”)细胞呼吸的强度。(2)CO2浓度走势分析：图甲和图乙都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度的增加而增加，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用速率不再增加。关键点分析：图甲中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点；图乙中的A点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。图甲和图乙中的B和B点都表示CO2饱和点。(3)温度影响原理：温度通过影响酶的活性来影响光合作用强度。曲线分析：B点对应的温度是最适温度，此时光合作用最强，高于或低于此温度，光合作用强度都会下降。(1)光照强度影响光合作用但光质不影响()(2)温度只影响暗反应过程，因为只有暗反应需要酶的催化()(3)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)在探究光照强弱对光合作用强度的影响实验中，水中叶圆片在强、中、弱不同光照条件下，分别呈现上浮、沉入水底的状况，试分析其原因：1.在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收氧气，产生的二氧化碳较易溶于水，所以叶片沉在水底。细胞生理状态如图：2.在弱光下，此时的光合作用小于或等于细胞呼吸，叶片中仍然没有足够的氧气，叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如图：3.在中、强光下，光合作用大于细胞呼吸，叶片中会有足够的氧气产生，从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分，使叶片浮起来。细胞生理状态如图：关键点拨本实验中易产生的两个认识误区(1)本实验中所测的数值并不代表光合作用的真实值，而是光合作用的净产值，即光合作用强度减去细胞呼吸强度。(2)叶片浮起之前并不是不进行光合作用，而是光合速率小于呼吸速率或者是产生的氧气量较少。三、化能合成作用1.自养生物和异养生物(1)自养生物：绿色植物等能以二氧化碳和水等无机物为原料合成糖类等有机物。(2)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，它们只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。2.化能合成作用(1)概念：自然界中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。(2)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。归纳总结光合作用与化能合成作用的比较项目光合作用化能合成作用生物类型绿色植物和光合细菌硝化细菌等能量来源光能体外物质氧化释放的化学能环境条件光、CO2、水、适宜温度等NH3、O2、CO2、水、适宜温度等相同点从外界环境摄取简单无机物合成有机物，并储存能量(1)化能合成作用不消耗能量()(2)硝化细菌能以亚硝酸和硝酸作为自身的组成物质()(3)化能合成作用能像光合作用一样将无机物合成有机物，此过程所需的能量来源不同于光合作用()答案(1)(2)(3)1.硝化细菌通过化能合成作用形成有机物，需要什么环境条件？提示具有NH3和氧。2.化能合成作用利用光能吗？需要叶绿素吗？提示不利用。不需要。1.(2019沈阳高一检测)光合作用的产物葡萄糖分子中的碳、氢、氧分别来自()A.二氧化碳、反应物水、产物水B.二氧化碳、二氧化碳、反应物水C.二氧化碳、反应物水、反应物水D.二氧化碳、反应物水、二氧化碳答案D解析光合作用的原料为二氧化碳和水，则产物葡萄糖分子中的碳来源于二氧化碳、氢来源于水；水在光反应中生成H和氧气，即水中的氧全部生成氧气，故葡萄糖中的氧来源于二氧化碳。2.(2018河北石家庄一中期末)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薄膜上B.e是ADP，在叶绿体类囊体薄膜上产生C.g是三碳化合物，f是五碳化合物D.光合作用的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，分布在叶绿体的类囊体薄膜上，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。3.如图表示研究NaHCO3溶液浓度影响光合作用速率的实验，下列说法错误的是()A.将整个装置放在光下，毛细刻度管内的红色液滴会向左移动B.将整个装置置于暗室，一段时间后检查红色液滴是否移动，可以证明光是光合作用的必要条件C.当NaHCO3溶液浓度不变时，在B内加入少量蠕虫(无氧呼吸)，对红色液滴移动不产生明显影响D.为使对照更具有说服力，烧杯A中的蒸馏水应不含NaHCO3并放入等量的伊乐藻答案B解析将整个装置放在光下，伊乐藻在光下进行光合作用产生O2，烧杯B内气压增大，毛细刻度管内的红色液滴会向左移动，A正确；没有以光为变量的对照实验，无法证明光是光合作用的必要条件，B错误；当NaHCO3溶液浓度不变时，在B内加入少量蠕虫，蠕虫进行的是无氧呼吸(产生乳酸)，不会引起装置中气体量的变化，对红色液滴移动不产生明显影响，C正确；探究实验遵循单一变量原则，而无关变量要求相同且适宜，因此为使对照更具说服力，烧杯A中的蒸馏水应不含NaHCO3并放入等量的伊乐藻，D正确。4.(2018河北衡水中学月考)光合作用的正常进行要受多种因素的影响。一个生物兴趣小组研究了矿质元素含量、光照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解析氮元素是构成酶、叶绿素、ATP、NADPH、核酸的原料，是植物光合作用的必需元素，但光合作用强度不会随叶片中含N量的增加而持续增大。5.(2019长沙一中模拟)下列有关化能合成作用的叙述，正确的是()不利用光能利用环境中物质氧化释放的能量在叶绿素作用下将H2O和CO2合成有机物储能不多，对自然界作用不大属异养型A.B.C.D.答案B解析化能合成作用是利用氧化体外环境中的无机物产生的化学能，将无机物H2O和CO2合成有机物的过程。该过程不需要叶绿素，此类生物的新陈代谢类型为化能自养型。6.下图表示光合作用过程的部分图解，请据图分析下列问题：(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薄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要到类囊体薄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。题组一光合作用的过程1.(2018江苏苏州中学期末)下列关于光合作用的说法正确的是()A.绿色植物进行光合作用时，光能的吸收发生在叶绿体的内膜上B.光合作用的产物淀粉是在叶绿体基质中合成的C.光合作用中形成ATP的部位是叶绿体基质D.光合作用中产生O2的场所是叶绿体基质答案B解析绿色植物进行光合作用时，光能的吸收、ATP的形成以及O2的产生过程均发生在光反应阶段，场所是叶绿体的类囊体薄膜，而生成淀粉的过程发生在暗反应阶段，场所为叶绿体基质。2.(2018广西桂林期末)如图表示光合作用过程，a、b、c表示物质，甲、乙表示场所，下列有关分析错误的是()A.物质b可能是ADP和PiB.物质c直接被还原生成(CH2O)和C5C.甲中色素不溶于水，能溶于有机溶剂D.乙中含有多种催化反应的酶答案B解析根据图示可看出，甲是叶绿体的类囊体薄膜，是光合作用光反应的场所，乙为叶绿体基质，是暗反应的场所，物质b可能是暗反应为光反应提供的ADP和Pi，A正确；物质c为CO2，CO2转化成(CH2O)和C5需经过CO2的固定和C3的还原两个过程，B错误；类囊体薄膜上的色素不溶于水，能溶于有机溶剂，C正确；叶绿体基质中含有多种催化反应的酶，D正确。3.(2019陕西西安高新一中月考)光合作用过程中，能量传递的途径是()A.光能叶绿体色素水中的化学能B.光能葡萄糖ATP中活跃的化学能C.光能ATP中活跃的化学能有机物中稳定的化学能D.光能葡萄糖淀粉中的化学能答案C解析光反应的能量变化是光能转变为ATP中活跃的化学能，暗反应中能量变化是ATP中活跃的化学能转变为有机物中稳定的化学能，C正确。4.在如图所示的玻璃容器中，注入一定浓度的NaHCO3溶液并投入少量的新鲜绿叶碎片，密闭后，设法减小液面上方的气体压强，会看到叶片沉入水中。然后再用光照射容器，又会发现叶片重新浮出液面。光照后叶片重新浮出液面的原因是()A.叶片吸水膨胀，密度减小B.叶片进行光合作用所产生的O2附着在叶面上C.溶液内产生的CO2大量附着在叶面上D.NaHCO3溶液因放出CO2而密度增大答案B解析叶片浮出液面的原因是叶片进行光合作用，产生的气体(O2)存在于细胞间隙中，然后附着在叶面上，使得叶片浮出水面；溶液内不会产生过多的CO2，产生的CO2几乎全部供给了光合作用；NaHCO3溶液的作用是保持容器内CO2浓度的稳定。5.如图为叶绿体结构与功能示意图，下列说法不正确的是()A.光合作用光反应阶段产生H的过程发生在结构A中B.蓝藻细胞内因不含上述结构，所以不能发生上述反应C.ATP在结构A中产生，在结构B中消耗D.如果突然停止光照，短时间内C3的含量将会增加答案B解析光合作用光反应中水的光解会产生H，此过程发生在类囊体薄膜(A)上，A正确；蓝藻是原核生物，没有叶绿体，但含有光合色素，所以能够进行光合作用，B错误；在类囊体薄膜上产生的ATP会在暗反应过程中被消耗，此过程发生在叶绿体基质(B)中，C正确；在光合作用过程中，如果突然停止光照，则ATP和H的产生量减少，进而会影响C3的还原，而短时间内C3的产生量不变，因此短时间内C3的含量将会增加，D正确。题组二光合作用原理的应用及化能合成作用6.(2019天水高一检测)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。18时，该植物的光合作用强度较弱，其主要限制因素是()A.水B.温度C.光照强度D.二氧化碳答案C解析由图可知，18时光照强度减弱，光反应减弱，导致光合作用强度减弱。7.(2018安徽合肥一中期末)甲、乙、丙三图分别表示探究几种环境因素对马铃薯光合作用速率影响的实验结果。下列分析中正确的是()A.甲图所示实验主要研究光照强度和温度对马铃薯光合作用速率的影响B.甲图P点之前，限制马铃薯光合作用速率的主要因素为光照强度和温度C.乙图Q点时高CO2浓度条件下，可通过进一步增加光照强度来提高马铃薯光合作用速率D.丙图Q点之后三条曲线的走势为保持平衡答案A解析甲图所示实验主要研究温度和光照强度对马铃薯光合作用速率的影响，A正确；甲图中P点之前限制光合作用的主要因素是光照强度，B错误；乙图中，Q点光照强度已不再是光合速率的主要限制因素，C错误；丙图Q点之后随温度升高，三条曲线的走势可能逐渐下降，D错误。8.(2019石家庄高一检测)下列条件中，改变哪一项与提高农作物的产量关系不大()A.增加空气中氧气含量B.适当提高环境温度C.增施农家肥D.适当增加光照强度答案A解析适当提高环境温度可以提高酶活性，加快光合作用速率；增施农家肥既能增加矿质元素又能提高农作物周围二氧化碳的浓度，加快光合作用速率；适当增加光照强度，加快光反应。以上三者都可以提高农作物的产量，而增加氧气浓度对光合作用没有影响，反而加快细胞呼吸，不利于提高农作物的产量。9.(2018山西五校高一上联考)下列有关化能合成作用的叙述，不正确的是()A.硝化细菌通过化能合成作用将CO2和H2O合成糖类等有机物B.化能合成作用不储存能量，而是释放能量C.自然界中少数种类的细菌能进行化能合成作用，属于自养生物D.化能合成作用以周围物质氧化释放的能量来制造有机物答案B解析自然界中的少数细菌(如硝化细菌)可以利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量，将CO2等无机物转变成有机物，并储存能量，这种合成作用就是化能合成作用；能进行化能合成作用的生物属于自养生物。10.如图中表示生物体内的代谢反应过程，下列叙述不正确的是()A.图中过程利用的是化学能，可以表示硝化细菌的化能合成作用B.图中过程利用的是光能，只能表示高等绿色植物的光合作用C.图中过程释放能量，可以是动物细胞的有氧呼吸D.在真核生物中，发生图中过程和的细胞器都具有双层膜结构答案B解析硝化细菌通过化能合成作用合成有机物，A正确；能进行光合作用的不仅有高等绿色植物，还有光合细菌等，B错误；呼吸过程中产生二氧化碳和水的一定是有氧呼吸，C正确；真核生物中，光合作用发生在叶绿体中，有氧呼吸的主要场所是线粒体，这两种细胞器都具有双层膜结构，D正确。11.甲图表示某植物叶肉细胞光合作用强度与光照强度的关系，乙图表示该植物叶肉细胞的部分结构(图中M和N代表两种气体)。据图判断，下列说法正确的是(注：不考虑无氧呼吸)()A.甲图中的纵坐标数值对应乙图中的m4B.甲图中c点时，乙图中有m1n1m4n4C.甲图中e点以后，乙图中n4不再增加，其主要原因是m1值太低D.甲图中a、b、c、d、e任意一点，乙图中都有m1n10，m2n20答案B解析分析题图可知，乙图中上面的细胞器是线粒体，下面的细胞器是叶绿体。M代表CO2，N代表O2。甲图中的纵坐标数值为净光合作用量，故当光照强度小于c点对应的光照强度时，对应图乙中的m2，当光照强度大于c点对应的光照强度时，对应图乙中的m3，即从外界吸收的CO2量，A项错误；甲图中c点既没有CO2的释放也没有CO2的吸收，因此m1n1m4n4，B项正确；甲图中e点以后，乙图中n4不再增加，说明光合作用强度不再随光照强度的增强而增加，其主要原因不是m1值太低，而是受外界CO2量的影响，也就是受m3的影响，C项错误；甲图中a、b、c、d、e任意一点，乙图中都有m1n10，但由于d、e点细胞呼吸强度小于光合作用强度，应为m3n30，c点细胞呼吸强度等于光合作用强度，m3n30，c、d、e点时都有m2n20，D项错误。12.(2018山东枣庄滕州高一上期末)如图曲线a表示某种植物在最适温度和CO2浓度恒定的条件下，光合作用强度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所示的变化，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解析由于曲线a表示植物处于最适温度时的光合作用强度，因此适当提高温度，酶的活性降低，使光合作用强度减弱，A错误；分析题图可知，B点之后光照强度已不再是限制光合作用的因素，光照强度增加，光合作用强度不会增强，B错误；由于CO2是光合作用的原料，B点CO2浓度增加，光合作用强度会增强，C正确；酶的数量不是环境因素，D错误。13.如图1表示人参叶肉细胞内部分代谢过程，甲丁表示物质，表示过程。科研人员研究了不同光照强度条件下CO2浓度对人参叶片净光合速率的影响，得到如图2所示曲线。请据图回答问题：(1)图1中，物质乙是_，过程发生的场所是_，过程为_。(2)从图2可知，当光照强度为180klx时，增施CO2对人参叶片净光合速率影响幅度不大，原因是在这种条件下，图1中过程_(填数字符号)产生的_较少。(3)若在CO2浓度为1200molmol1时，光照强度由550klx降为180klx，则短时间内叶绿体中含量减少的物质有_(填序号：C5；ATP；H；C3)。答案(1)丙酮酸线粒体(基质)光合作用暗反应(2)H、ATP(3)解析(1)物质乙