江苏省如皋市薛窑中学高中生物 第五章 光合作用教案 新人教版必修1.doc

光合作用框架问题1关于“定义”什么叫绿色植物的光合作用？还有哪些生物能进行光合作用？能进行光合作用的生物都具有叶绿体吗？（不）自养型生物（生产者）都能进行光合作用吗？（不，如硝化细菌等化能自养型细菌）（1）定义：绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧的过程。 场所：叶绿体条件：光能原料：co2和h2o产物：有机物（糖类、氨基酸和脂肪等）、氧气（2）光合生物：绿色植物、蓝藻（无叶绿体，但有类囊体）、光合细菌（无叶绿体）（3）能进行光合作用的自养生物在生态系统中属于生产者，但生产者不都是能进行光合作用的，如化能菌。2关于“发现史”请分别说出关于光合作用发现的几个经典实验的主要方法、步骤及变量的控制、对照原则的体现，反应变量与观测指标，结果与结论等。（1）1771年，英国科学家普里斯特利实验： 方法：点燃的蜡烛与绿色植物，密闭蜡烛不熄灭；（略去只放蜡烛的对照） 小鼠与绿色植物，密闭小鼠不易窒息而死（略去只放小鼠的对照）结论：植物可以更新空气。（但本实验未能重复，他忽略了“光”，即植物并非总能“净化空气”）（2）1864年，德国科学家萨克斯实验：【收获季节p79第13题】 方法：绿叶黑暗处理让叶片中的营养物质消耗掉，避免叶片中原有的淀粉对实验结果带来影响；叶片一半曝光，另一半遮光（对照）；一段时间后，将叶片置于酒精中煮沸，再用清水漂洗（使叶片脱色，避免叶片绿色对实验结果的干扰，便于结果分析，得出结论）；碘蒸气处理，观察颜色变化。（检测指标是“叶片中是否有淀粉”） 结果：曝光的一半变深蓝，遮光的一半无颜色变化 结论：绿叶在光合作用中产生了淀粉。（3）1880年，美国科学家恩格尔曼： 巧妙之处：选用水绵作实验材料，水绵不仅具有细而长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中，便于观察和分析；将临时装片放在黑暗并且无空气的环境中，排除了环境中光线和氧气的影响，从而确保实验能够正常进行（水滴中溶有co2，水绵的光合作用可以进行）；用极细的光束照射，并且用好氧细菌进行检测，（观测指标好氧细菌的分布）从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位；进行了黑暗（局部光照）和曝光的对比实验，从而明确实验结果完全是由光照引起。结果：用极细的光束照射，好氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中；完全曝光下，好氧细菌分布在叶绿体所有受光部位的周围。结论：氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。（4）20世纪30年代，美国科学家鲁宾和卡门实验（同位素标记法）， 方法：用18o分别标记h2o、co2； 给两组植物分别提供h218o、co2和h2o、c18o2，在相同适宜条件下培养； 分析光合作用释放出的氧（观测指标）。 结果：第一组释放的o2全部是18 o2，第二组释放的o2全部是o2。 结论：光合作用释放的氧全部来自于水。 【完成收获p6768练习】3完成下列反应式：光 能叶绿体co2 + h2o（ch2o）+ o2（1）生成糖类的光合作用总反应式：光能叶绿体6co2 + 12h2o*c6h12o6 + 6h2o + 6 o2*（2）生成葡萄糖的光合作用总反应式：2h2oo2 + 4h+ 4e-酶（3）光合作用中水的裂解： 酶adp + pi+能量atp（4）光反应中生成atp：酶nadp + 2 e-+ h+nadph（5）光反应中生成nadph： 酶co2+c52c3（6）c3植物co2的固定： 酶6co2 + 12h2o +能量c6h12o6+ 6h2o+6 o2（7）有氧呼吸总反应式： 4.关于叶绿体的形态、分布，物质基础和亚显微结构（1）哪些细胞中存在叶绿体？引起细胞中叶绿体的形态和分布发生改变的主要非生物因素是什么？这种改变有何意义？ 形态：扁平的椭球形或球形分布：叶肉细胞、c4植物的维管束鞘细胞、幼茎的形成层细胞、气孔的保卫细胞 主要非生物因素：水（少，会皱缩）、光照强度和方向 改变的意义：既能接受较多的光照，又不至于被强光灼伤。（2）试绘出叶绿体的亚显微结构平面模式图，并分析回答：外膜内膜基粒（光合色素、酶等）基质（酶、dna等）注明结构名称，说出各自含有的物质（化合物和元素）。叶绿体中一定有类囊体和基粒吗？类囊体堆叠成基粒有何意义？不同细胞中基粒数量和组成基粒的类囊体数量都相同吗？（不同）基粒的分布：c4植物维管束鞘细胞的叶绿体无基粒，所以，c4植物有两种叶绿体。意义：类囊体堆叠成基粒使叶绿体内的膜面积大大增加，有利于充分吸收光照。紫茉莉叶肉细胞按其中质体的类型可分为哪几种？如何研究紫茉莉枝条颜色的遗传？请预期结果。类型：只有白色体的、只有叶绿体的、既有白色体，又有叶绿体的三种研究方法：选用不同颜色的枝条作亲本，进行杂交，比较正交和反交的结果和性状分离比叶绿体dna的遗传有哪些主要特点？为什么？ 特点：细胞质遗传母系遗传；（受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞） 后代的性状不会出现一定的分离比。（生殖细胞在进行减数分裂时，细胞质内的遗传物质是随机地、不均等地分配到子细胞中去）类胡萝卜素胡萝卜素（橙黄色）：c40h56叶黄素（黄色）：c40h56o2叶 绿 素（占总量的1/4）叶绿素b（黄绿色）：c55h70o6n4mg叶绿素a（蓝绿色）：c55h72o5n4mg（占总量的3/4）种类主要吸收蓝紫光和蓝紫光主要吸收红橙光归纳叶绿体色素的种类，注明各自的颜色、含量比例、功能，叶绿体色素中对能量转换最为重要的是少数特殊状态的叶绿素a。 分布：叶绿体囊状结构的薄膜上 作用：绝大多数叶绿素a、全部叶绿素b和类胡萝卜素具有吸收和传递光能的作用，少数特殊状态的叶绿素a具有吸收和转换光能的作用。色素提取和分离实验的原理、材料和试剂选择、主要方法步骤以及注意事项、实验结果的描述。 （收获季节p6869）影响叶绿素含量的外界因素有哪些？ 影响的外界因素：温度（低温抑制叶绿素的合成）矿质元素的供应（n、mg是叶绿素的组成成分）光照（合成叶绿素的必要条件）完成收获p69705关于“c3植物、c4植物”（1）c3植物、c4植物划分的依据是什么？常见的c4植物有哪些？依据：固定co2的途径c3植物：光合作用中co2固定的最初产物是c3（3磷酸甘油酸，pga），这种固定co2的途径为c3途径，仅有c3途径的植物叫c3植物。 c4植物：光合作用中co2固定的最初产物是c4（草酰乙酸），这种固定co2的途径为c4途径，具有c4途径的植物叫做c4植物。 常见的c4植物：玉米、高粱、甘蔗、苋菜等（2）请说出研究c4植物同化co2过程的方法、结果及结论。（c3p29）方法：同位素示踪法（学案第13题）结果：c4：14co214c414c3（14ch2o） c3：14co214c3（14ch2o）结论：此类植物的光合作用中，co2中的c首先转移到c4中，然后才转移到c3中。（3）c4植物的原产地在哪里？（热带）（4）c3植物在干旱、炎热环境条件下，气孔运动的结果是什么？其利弊何在？ 结果：co2吸收减少利弊：蒸腾作用减弱，减少体内水分的丧失，但光合作用减弱。（5）c3植物和c4植物结构和生理上的主要不同点是什么？ 结构： （收获季节p68第1题） c3：维管束鞘细胞小，没有叶绿体；维管束鞘以外的叶肉细胞排列疏松，但有正常叶绿体。 c4：维管束鞘细胞大，含许多大的无基粒的叶绿体；维管束鞘细胞和外面的部分叶肉细胞共同构成“花环型”结构。生理：c4途径中固定co2的pep羧化酶活性强，能利用细胞间隙中含量很低的co2进行光合作用。所以，c4植物的光合作用效率高。附：c3植物和c4植物的比较 植 物项 目c3 植 物c4 植 物起 源温带热带或亚热带固定co2 的物质c5先是pep（一种c3），后是c5co2固定后的最初产物c3先是c4，后是c3酶与co2的亲和力小大叶片结构特点维管束鞘细胞小，不含叶绿体大，含有许多大的无基粒的叶绿体叶肉细胞含有叶绿体，鞘外部分叶肉细胞排列疏松含有叶绿体，部分叶肉细胞与鞘细胞共同围绕维管束，呈花环型叶绿体的种类1种2种叶脉的颜色浅深光合作用特点固 定co2的途径酶c3途径：co2+c5 2c3酶先 c4途径：co2+pep c4后c3途径：co2固定场所叶肉细胞的叶绿体中c4途径在叶肉细胞的叶绿体中c3途径在维管束鞘细胞的叶绿体中暗反应场所叶肉细胞维管束鞘细胞光合效率低高代 表 植 物水稻、小麦、大麦、大豆、菠菜、马铃薯和菜豆等玉米、高粱、甘蔗、苋菜等（6）c3植物和c4植物在叶片结构上有哪些特点？ 见上表6关于c3植物光合作用过程：（1）光合作用的过程可分为哪两个阶段？划分的依据是什么？ 大体上说，根据是否需要光能，光合作用可分为光反应和暗反应。其中光反应必需要光，暗反应与有光无光无关。（2）默写c3植物光合作用过程图解：(ch2o)光合作用过程图解eghfa b c di j光能（3）说出下图中aj的过程或物质名称，并完成表格： 总过程a光反应，b暗反应；ch2o，do2；eatp，fadppi；gnadph，hnadp+；ico2，j（ch2o）等阶段名称光反应暗反应场 所2h2oo2+4h+4e-光叶绿体囊状结构的薄膜上酶叶绿体的基质中物质变化酶nadp + 2 e-+ h+nadph酶adp + pi+能量atpatp、nadph酶2c3 （ch2o）co2+c5 2c3 c3 c5 酶能量变化光能电能活跃的化学能活跃的化学能稳定的化学能重要条件光、色素、酶等co2、酶等联 系光反应为暗反应供能、供氢，是暗反应的基础；暗反应为光反应提供adp和nadp+，限制光反应。（强调要从整体上把握的思想）（4）光反应和暗反应分别生成了哪些产物？能量来源有何不同？光合作用过程中存在的“循环”有哪些？这些周转循环有何意义? 阶 段项 目光反应暗反应产 物o2、atp、nadph/（ch2o）、水等adp+pi、nadp+能量来源光能atp、nadph循环：adp与atp的相互转化nadp+与nadph的相互转化卡尔文循环（c5+co2c3c5）意义：使光合作用中有关化学反应循环往复地进行，高效经济。没有大量atp，生命活动并不缺少atp；没有c5，暗反应照常进行。例题1. （学案30）下列是光合作用的几个步骤，它们发生反应的先后顺序是（ ）co2的固定 释放o2 叶绿素吸收光能 h2o的分解 c3被还原a. b. c. d.例题2.（学案32）关于光合作用的叙述，正确的是 （ ）a.光反应阶段需要光不需要酶 b.暗反应阶段有氧气的释放c.葡萄糖中的碳来自二氧化碳 d.暗反应阶段只能在黑暗条件下进行例题3. 光照下正常生长的某绿色植物，若光照突然停止，其它条件不变，则短时间内叶绿体中c3合成量的变化为（横坐标为时间，纵坐标为合成量） （a）（5）总体上看，光能能否直接用于合成有机物？必须以什么物质作为“能量货币”？不能， 光能电能活跃的化学能稳定的化学能光反应是把光能直接用于合成atp和nadph吗？形成atp和nadph的部位是类囊体膜的外侧还是内侧？（外侧） 看图，说光反应的能量转换过程及色素的作用。光能转换为电能的过程中，最终的电子供体和受体分别是什么？最终电子供体：h2o最终电子受体：nadp+ （adp不是最终电子受体）光反应过程发生了哪些氧化还原反应？ 水的光解、nadph的生成随着光反应地进行，adp、atp、nadp、nadph 的含量发生了怎样的变化？adp减少、atp增加；nadp减少、nadph增多为什么说光反应是暗反应的基础？暗反应又通过哪些物质来制约光反应的？光反应的产物都是暗反应必需的吗？ （o2不是） 光反应为暗反应提供了atp、nadph，是暗反应的基础； 暗反应通过adp、nadp+的量制约着光反应。例题4（学案31）下图中的箭头表示反应的方向，标号表示生理过程，其中在光合作用光反应中完成的是 （b）（6）暗反应循环过程中，需要叶绿体基质自身提供的物质基础有哪些？还需要哪些物质和能量的来源？叶绿体内：叶绿体基质自身提供的物质：多种酶、c5化合物等 类囊体提供的物质：atp、nadph叶绿体外： 叶绿体外提供的物质/能量：co2nadph在暗反应中的作用有哪些？为还原c3供能和供氢暗反应的循环可分为哪三个阶段？它们的具体变化是什么？ co2的固定：co2+c5 2c3酶2c3 （ch2o）atp、nadph酶 c3的还原： c5的再生成：c3 c5酶 如何分析一定条件下的c3和c5浓度的变化？（收获季节p318第5题）基于暗反应的循环过程，分析各自的消耗和生成的相对速率。（讨论）突然停止光照c3、c5 突然停止供应co2c3、c5例题5.（学案33）右图表示将植物放在不同浓度co2环境条件下，其光合速率受光照强度影响的变化曲线。b点与a点相比较，b点时叶肉细胞中c3的含量；b点与c点相比较，b点时叶肉细胞中c3的含量变化情况是 a.低、高 b.低、基本一致c.高、高 d.高、基本一致为什么缺少co2会使o2释放量减少？减少co2c3生成量减少atp、nadph积累adp、nadp不足光反应速度减慢o2释放量减少暗反应生成的糖可被用于植物自身的哪些生命活动？【提示植物有哪些需能过程】 物质合成、矿质元素的吸收、细胞分裂等c3植物、c4植物合成淀粉的场所分别在哪里？c3植物：叶肉细胞的叶绿体基质c4植物：维管束鞘细胞的叶绿体基质例题6.（04江苏）在光合作用过程中 不属于暗反应的是 （ ） a.co2与五碳化合物结合 b.三碳化合物接受atp释放的能量c.h2o的氢传递nadp+ d.nadph的氢传递给三碳化合物例题7. （学案38）下图表示一株小麦叶片细胞内c3相对含量在一天24小时内的变化过程，请据图分析：（1）c3的产生和消耗主要发生于叶绿体的 中。（2）ab段c3含量较高，其主要原因是什么? _。（3） 点出现的可能是由于白天该地区天气暂时由晴转阴所造成的。（4）g点c3含量极少，其原因是什么? 。（5）g点与f点相比，叶绿体中nadph含量较 。(填写“高”或“低”)（6）请在下面坐标图中画一条曲线，表示上图中的hi段(15时至19时)小麦叶肉细胞中c5 相对含量的变化趋势(设a点为15时的c5含量)。答案：（1）基质（2）无光照，不能进行光反应，不能产生h(或nadph)和atp，c3不能还原成有机物（3）d（4）气孔关闭，缺少co2，c5不能转化为c3（5）高7影响光合作用的因素（1）真正光合速率与净光合速率的关系式：真正光合速率呼吸速率净光合速率内因基因型（白花苗、花斑叶等）叶龄与叶绿素含量（2）影响因素外因光照co2温度矿质元素水分等叶龄与光合速率的关系曲线叶龄光合速率（或mg2+）bcda 叶龄与光合速率的关系曲线 随着幼叶的生长（ab），叶绿素的含量逐渐增多，光合速率逐渐增强；到成熟叶（bc），光合速率保持稳定，随着叶片的衰老（cd），叶绿素的含量逐渐减少，光合速率逐渐降低。（3）从光合作用的物质基础和过程看，光与光合作用的关系是怎样的？原理：光照是形成叶绿素的必要条件，也是光合作用的最终能源。光照直接决定 光反应 阶段的atp、nadph 合成量，进而影响 暗反应 阶段。 试绘出光照强度对光合作用速率影响的曲线图，并回答问题： （高考中的光合作用第18题）co2吸收co2释放 光照强度与光合速率的关系abc 光强aba净光合速率b真光合速率 0总光合作用与净光合作用曲线的互变。 横坐标移动找出净光合为0和光合作用最强时的最低光强，并描述曲线的特征。特征：在光强度较低时，植物光合速率随光强的增加而增加，但光强进一步提高时，光合速率的增加幅度就逐渐减小，并达到最大，当光强超过一定值时，光合速率就不再增加。a点表示黑暗时，植物呼吸作用的速率；b点表示植物光合作用的速率与呼吸作用的速率相等的光照强度。净光合速率为0，温度升高，b点右移。（b是横坐标上的点）c点表示光合作用速率最大时所需要的最低光照强度。适当增加co2浓度，c点右移。如果植物在白天接受b强度的光照，植物能否正常生长？为什么？不能。植物在白天接受b的光照，植物光合作用形成的有机物和呼吸作用消耗的有机物相等，但晚上只进行呼吸作用。因此，从全天看，消耗大于积累，植物不能正常生长。要维持植物的生长，光照强度至少要高于b点。限制直线上升段和饱和平区的主要反应阶段和主要非生物因子分别是什么？ 上升段：光照强度（光反应） 饱和区：温度或co2浓度等（暗反应）（c3p33简答题）间作时，要保证生长得较矮的植株能正常生活，应做怎样的考虑？又为什么不能种植过密？ 生长于底层的植物所接收的光强应高于光合作用的速率与呼吸作用的速率相等时的光照强度。种植过密会导致中下层的叶净光合作用小于零，成为“消费器官”。若此图表示阳生植物的相关曲线，请补画阴生植物的相关曲线。阴生植物bc阳生植物co2吸收co2释放 光照强度与光合速率的关系abc 光强0阳生植物光合速率达到最大时所需光照强度大，阴生植物光合速率达到最大时所需光照强度小。（阴生植物应种植在隐蔽的地方） 阳生植物：水稻、玉米、向日葵等； 阴生植物：胡椒、人参、三七等。 阴生植物并非光照强度越弱生长越好；根据不同植物对光照强弱的需求，可以将两种或多种农作物间行种植，提高光能的利用率。（4）co2是光合作用的原料。陆生植物光合作用所需的碳源，主要是 大气 中的co2，co2主要通过 气孔 进入叶片。浸于水中的金鱼藻等水生植物，光合作用所需的碳源是 hco32和溶于水的co2 ，它们通过 表皮细胞 直接进入叶片。试绘出co2浓度对光合作用速率影响的曲线图，并回答问题： co2的含量与光合速率的关系co2吸收co2释放abc co2的含量aba净光合速率b真光合速率0在一定范围内，植物的光合速率是随co2浓度增加而增加，但到达一定程度时，再增加co2浓度，光合速率也不再增加。co2浓度很低时，植物不能积累（或制造）有机物，但c4植物的co2补偿点小于c3植物。饱和阶段的光合作用速率反映了 光反应 阶段的活性。温室栽培，提高co2浓度有哪些措施？（增施农家肥、使用co2发生器、干冰、适当燃烧、温室可与养殖场相连等措施都可以增加co2浓度。）大田生产增加co2浓度有哪些措施？（合理密植和控制水肥管理；增施有机肥；适当施用nh4hco3）大田栽培为什么强调“正行通风”（既能充分利用光能，又有利于空气流动以提供光合作用所需的co2）和施用有机肥（改善土壤结构并提供一定量的co2）？原理：（5）温度将直接影响 酶 的活性，主要限制 暗反应 阶段的速率。试绘出温度对真正光合速率和净光合速率的影响曲线，并分析走势变化原因。3020t/相对速率温度对光合和呼吸速率的影响10abc（收获季节p319第12题）3020t/酶活性温度对酶活性的影响1040昼夜温差与植物产量有着怎样的关系？ 白天适当提高温度，有利于提高植物光合作用的速率，夜间适当降低温度，有利于降低呼吸作用速率，从全天看，增加了有机物的积累，有利于植物的生长，提高植物的产量。热带雨林仅占地球表面积的3%，但估计它对全球光合作用的贡献超过20%。因此有人认为热带雨林是地球上给其他生物供应氧气的来源。然而，大多数专家认为热带雨林对全球氧气的产生并无贡献或贡献很小。请评论之。 热带雨林光合作用强，是生产力最大的生态系统，但温度高，呼吸作用消耗的氧气也多。所以，整体上看热带雨林对全球氧气的产生并无贡献或贡献很小。例题8.（学案52）将两株植物放在封闭的玻璃罩内，用全素营养液置于室外进行培养（如甲图所示），假定玻璃罩内植物的生理状态和自然环境中相同，且空气湿度对植物蒸腾作用的影响、微生物对co2浓度的影响均忽略不计。现用co2浓度测定仪测定了该玻璃罩内co2浓度的变化情况，绘制成如乙图所示曲线。请据图分析回答：（1）上图显示，影响光合作用的外界因素有 。（2）bc段与ab段相比，曲线上升较缓，其原因是 ；cd段与ab段相比，曲线上升较缓，其原因是 。（3）d点时植物生理活动过程的特点是 。（4）ef段说明此时植物光合作用速率 （填“较快”或“较慢”），其原因最可能是 _，由此推断该植物co2的固定途径是 。（5）ef段与de段相比，其叶肉细胞中c5的含量较 。（6）24点与0点相比，植物体内有机物总量的变化情况是 。答案：（1）光照强度 温度 co2 浓度（2）夜间温度较低影响了呼吸酶的活性 光合作用吸收了部分的co2（3）光合作用速率与呼吸作用速率相等 （4）较慢 光照过强，温度过高，气孔关闭 co2+c52c3 （5）大 （5）增加（6）矿质元素直接或间接影响光合作用。试说出n、p、k、mg对光合作用的重要性。氮：直接：是光合作用过程中，各种酶以及nadp+、atp的重要组成成分