2019_2020学年高中生物5.4.2光合作用的原理和应用学案新人教版必修120190904140.doc

第2课时光合作用的原理和应用课前自主预习案一、光合作用的概念与探究历程1光合作用的概念填图2光合作用的探究历程填表科学家实验过程或依据实验结论1771年普利斯特利密闭玻璃罩绿色植物植物可以更新空气1779年英格豪斯500多次植物更新空气实验在阳光照射下，植物体只有绿叶才能更新空气1845年梅耶根据能量转化和守恒定律光合作用把光能转换成化学能储存起来1864年萨克斯绿叶暗处放置叶片一半曝光、一半遮光碘蒸气处理颜色变化(曝光处呈深蓝色)植物叶片在光合作用中产生了淀粉1941年鲁宾和卡门光合作用释放的O2全部来自H2O20世纪40年代卡尔文用14C标记CO2探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，即卡尔文循环二、光合作用的过程1过程及分析据图填空2反应式CO2H2O(CH2O)O2判断下列有关光合作用叙述的正误(1)光反应阶段发生在叶绿体内膜和类囊体薄膜上()(2)光反应过程中合成了ATP，需要的能量来源于呼吸作用分解的有机物()(3)光反应的进行不需要任何酶的参与()(4)高等绿色植物白天进行光反应，夜晚进行暗反应()(5)光反应为暗反应提供H和ATP()(6)暗反应必须在无光的条件下进行()(7)暗反应需要的ATP是由光合作用合成的糖经过有氧呼吸产生的()(8)在离体的叶绿体基质中添加H、ATP和CO2后，可以完成暗反应()(9)光反应和暗反应必须都在光照条件下才能进行()(10)光合作用产生的O2来自CO2和H2O中的O()(11)绿色植物光合作用的反应物是CO2和H2O，产物是有机物和O2()(12)绿色植物进行光合作用的能量来源于光能()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)课堂互动探究案【课程标准】 说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转化并储存为糖分子中的化学能探究不同环境因素对光合作用的影响【素养达成】 1阅读科学家对光合作用的探究过程，了解人们对光合作用认识的过程。(社会责任) 2结合事例及教材图515，掌握光合作用的光反应和暗反应过程以及二者的关系。(社会责任)3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。(社会责任)同学们，诗中的“你”是指什么？为什么会给“我”生命的甘露、无穷的能量。探究点一光合作用的探究历程【师问导学】1下图是萨克斯的实验，请分析：(1)把绿叶先在暗处放置24小时的目的是什么？(2)该实验是如何形成对照的？(3)为什么要用酒精脱色后再用碘液处理？(4)本实验的结论是什么？答案：(1)消耗掉叶片中原有的淀粉，防止干扰实验结果。(2)绿叶一半遮光，一半曝光，形成了对照。(3)避免叶片颜色对实验结果的干扰。(4)光合作用的产物中有淀粉。2如图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图，图中A物质和B物质的相对分子质量之比是多少？提示：图中A、B物质是氧气，均来自于反应物中的水。A、B分别为O2、18O2，二者的相对分子质量之比为32：368：9。答案：8：9【智涂笔记】名师点拨(1)萨克斯实验的对照方式为自身对照(一半曝光与另一半遮光)，检验试剂为碘蒸气；而鲁宾和卡门实验的对照方式为相互对照(通过标记不同的物质：HO与C18O2)。(2)萨克斯实验中黑暗处理的目的：消耗掉叶片中原有的淀粉。(3)鲁宾、卡门和卡尔文用的实验方法为同位素标记法。【师说核心】1萨克斯实验(1)实验过程：绿叶(2)实验分析：设置了自身对照，自变量为光照，因变量是叶片颜色的变化。实验的关键是饥饿处理，使叶片中的营养物质消耗掉，避免对实验结果的干扰。本实验除了证明光合作用的产物是淀粉的同时，还证明了光照是光合作用的必要条件。2鲁宾和卡门实验(1)巧妙之处：两组实验相互对照直观地表现出氧气来自水中的氧，而不是来自二氧化碳中的氧。(2)自变量为被标记的C18O2和HO，因变量是O2的放射性。3卡尔文循环(1)探究方法同位素标记法：用14C标记CO2，追踪检测放射性，探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。(2)结论：碳的转化途径：14CO2C514C3(14CH2O)。【检测反馈】1下图表示德国科学家萨克斯的实验，叶片光照24 h后，经脱色并用碘液处理，结果有锡箔覆盖的部位不呈蓝色，而不被锡箔覆盖的部位呈蓝色。本实验证明()光合作用需要二氧化碳光合作用需要光光合作用需要叶绿素光合作用放出氧气光合作用产生淀粉ABC D解析：光照一段时间，叶片裸露的部分进行光合作用，脱色后用碘液处理变蓝，说明有淀粉生成；有锡箔覆盖的位置因无光照，不能进行光合作用，未产生淀粉，用碘液处理不变蓝，说明光合作用需要光，没有光就不能进行光合作用。答案：C2历经一个多世纪，经过许多科学家的实验，才逐渐发现光合作用的场所、条件、原料和产物，在下面几个著名实验中，相关叙述不正确的是()A普利斯特利的实验证明了植物可以更新空气B萨克斯的实验也可证明光是光合作用的必要条件C恩格尔曼的实验定量分析了水绵光合作用生成的氧气量D鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的氧气来自于H2O而不是CO2解析：恩格尔曼的实验能够证明氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是进行光合作用的场所，但不能定量分析光合作用生成的氧气量。答案：C3A.Benson与M.Calvin于1949年采用放射性同位素自显影技术对光合作用进行研究。以下是他们研究过程的简述：往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同的光照时间后立即杀死小球藻。从培养液中提出产生的放射性物质进行分析。结果如下：实验组别光照时间(s)放射性物质分布12012种磷酸化糖类260除上述12种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等32大量3磷酸甘油酸请根据上述实验资料分析，下列选项错误的是()A本实验原料只有CO2，暗反应的产物是有机物BCO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是3磷酸甘油酸C实验结果还说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等D从CO2进入叶绿体到产生有机物的整个过程看，产生的有机物主要是磷酸化糖类解析：从实验结果中放射性物质出现的时间分析，CO2进入叶绿体后，最早出现在3磷酸甘油酸中，因此最初形成的主要物质是3磷酸甘油酸，然后又形成磷酸化糖类，还有氨基酸、有机酸等。参与光合作用的原料主要有CO2和H2O。答案：A探究点二光合作用的过程【师问导学】一、分析光合作用的探究历程实验一：1937年，英国剑桥大学的希尔用离体的叶绿体做实验。他将离体的叶绿体加到具有H受体的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体中有O2放出。由实验一说明：_。答案：叶绿体在有H受体的水溶液中光照可产生O2实验二：科学家在黑暗时把叶绿体基粒放在pH4的溶液中，让基粒类囊体膜腔的pH值下降至4，然后将基粒移入pH8并含有ADP和Pi的缓冲溶液中(如图)。一段时间后，有ATP产生。上述实验结果表明，基粒类囊体合成ATP的原因是膜内外存在H梯度(H浓度差)据此推测，叶绿体在自然状态下产生ATP的过程中，光能的作用是使水分解产生H，使类囊体膜内外之间产生H梯度(H浓度差)。实验三：1954年美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验。在给叶绿体照光时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi和H受体时，体系中就会有ATP和H产生。在黑暗条件下，只要供给了ATP和H，叶绿体就能将CO2转变为糖。上述实验说明：_。答案：叶绿体照光条件下，反应体系中有ADP、Pi和H受体存在下可产生ATP和H。在黑暗条件下，有ATP和H时，叶绿体可将CO2转变为糖实验四：20世纪50年代，卡尔文及其同事因在光合作用方面的研究成果，获得了1961年的诺贝尔化学奖。卡尔文将小球藻装在一个密闭容器中，通过一个通气管向容器中通入CO2，通气管上有一个开关，可控制CO2的供应，容器周围有光源，通过控制电源开关可控制光照的有无。他向密闭容器中通入14CO2，当反应进行到5 s时，14C出现在一种五碳化合物(C5)和一种六碳糖(C6)中，将反应时间缩短到0.5 s时，14C出现在一种三碳化合物(C3)中，上述实验中卡尔文等是通过控制反应时间来探究CO2中碳原子转移路径的，采用了同位素示踪法等技术方法，实验结果说明CO2中C的转移路径是CO2C3C5、C6(请用“”表示)。卡尔文及其同事们在实验过程中发现，在有光照和CO2供应的条件下，C3和C5的浓度很快达到饱和并保持稳定。但是，当改变其中一个实验条件后，二者的浓度迅速出现了规律性的变化：停止CO2供应时，C3的浓度急速降低，C5的浓度急速升高。停止光照时，C3的浓度急速升高，C5的浓度急速降低。由此可见C3和C5之间的关系是_(请用箭头表示)。答案：二、结合光反应过程与暗反应过程回答下列问题1为什么暗反应不能较长时间地在黑暗条件下进行？答案：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？(2)若标记CO2中的14C，请写出光合作用中14C的转化途径。(3)试总结光合作用各元素的去向。答案：(1)O可在释放的O2中检测到；H可在产生的糖类中检测到。(2)14CO2C52C3(只有一个14C)(14CH2O)(3)光合作用总反应式及各元素去向：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？答案：停止光照：C3含量相对增加，C5含量相对减少。停止CO2供应：C3含量相对减少，C5含量相对增加。【智涂笔记】1还原剂H是指还原型辅酶II(NADPH)，由氧化型辅酶II(NADP) 接受电子和H形成。2光合产物主要是糖类(蔗糖、淀粉)，蛋白质、脂肪和有机酸也是光合作用的直接产物。3当外界条件改变时，光合作用中C3、C5、H、ATP含量的变化可以采用下图分析：(1)改变光照条件(2)改变CO2浓度4光合作用过程中元素的去向：【师说核心】1过程图解2两者的区别比较项目光反应暗反应实质光能转换为化学能，并放出O2固定CO2，形成有机物时间长短短促较缓慢需要条件色素、光照、酶不需要色素和光，需要多种酶反应场所叶绿体类囊体的薄膜上叶绿体的基质中物质变化水的光解：水分解生成H和O2；ATP的合成：在相关酶的作用下ADP和Pi形成ATPCO2的固定：CO2C52C3；C3的还原：2C3H(CH2O)C5能量变化光能ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能有机物中稳定的化学能相应产物O2、ATP和H葡萄糖等有机物3.两者的联系(1)光反应为暗反应提供H和ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi，即两个反应阶段相辅相成，密切联系。(2)没有光反应，暗反应缺乏H和ATP，无法进行；暗反应受阻，光反应因产物积累也不能正常进行。可见，二者相互制约。【检测反馈】1如图为高等绿色植物光合作用图解，说法正确的是()A是光合色素，分布在叶绿体和细胞质基质中B是O2，可参与有氧呼吸的第三阶段C是C3，能被氧化为(CH2O)D是ATP，在叶绿体基质中生成解析：表示光合色素，表示O2，表示C3，表示ATP。叶绿体中的色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上；有氧呼吸第三阶段，H与O2反应生成H2O和ATP；C3被H还原形成有机物；光反应阶段形成ATP，场所是叶绿体的类囊体薄膜。答案：B2如用14C标记的CO2来追踪光合作用过程中的碳原子，则14C的转移途径是()A14CO2叶绿素糖类B14CO2C5C3糖类C14CO2C3糖类 D14CO2叶绿素ATP解析：光合作用过程中，CO2首先与C5相结合，形成C3，然后C3被还原形成糖类等有机物。答案：C3玉兰叶肉细胞在光照下进行稳定的光合作用时，如果将它移至暗室中，短时间内叶绿体中C3与C5相对含量的变化分别是()A增多减少 B减少增多C增多增多 D减少减少解析：叶肉细胞在光照下进行稳定的光合作用时，C3和C5处于动态平衡状态；移至暗室后，短时间内由于光反应速度下降，ATP和H的