2019-2020学年新教材高中生物 第5章 细胞的能量供应和利用 5-4-2 光合作用的原理和应用教学案 新人教版必修1

第2课时光合作用的原理和应用1通过对光合作用探索历程的学习，认识到科学是在实验和探索中前进的。2掌握光合作用的光反应和暗反应过程以及二者的关系。3根据光合作用的过程，分析影响光合作用的因素以及光合作用的原理在实践中的应用。知识点1光合作用的原理请仔细阅读教材第102104页，完成下面的问题。1光合作用的概念(1)场所：叶绿体。(2)能量来源：光能。(3)反应物：co2和h2o。(4)产物：有机物。(5)实质：合成有机物，储存能量。(6)反应式：co2h2o(ch2o)o2。2探索光合作用的原理的部分实验3.光合作用的过程(1)填写图中序号处所代表的物质或结构类囊体基粒o2nadphatpco22c3叶绿体基质(2)光反应阶段(3)暗反应阶段(也叫碳反应阶段)知识点2光合作用原理的应用请仔细阅读教材第105106页，完成下面的问题。1光合作用强度(1)概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量(2)影响因素光合作用的原料：水、co2浓度。动力：光(能)。影响酶活性的因素：温度。影响叶绿体形成和结构的因素：无机营养、病虫害。2探究光照强弱对光合作用强度的影响3化能合成作用(1)概念：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的合成作用。(2)实例要点一剖析光合作用过程1.光合作用的过程2.外界条件骤变时光合作用过程中各物质量的变化的分析方法(1)分析方法需在绘制光合作用模式简图的基础上借助图形进行分析。需从物质的生成和消耗两个方面综合分析。如co2供应正常、光照停止时c3的含量变化：(2)含量变化含量变化的比较曲线图分析注意：在以上各物质的含量变化中，c3和c5含量的变化是相反的，若c3含量增加，则c5含量减少；nadph、atp和c5的含量变化是一致的，都增加，或都减少。3光合作用和化能合成作用的比较【典例1】如图为叶绿体的结构与功能示意图，请据图判断下列有关说法中不正确的是()a叶片呈绿色是由于上含有大量叶绿素b能够将光能转换为稳定的化学能的过程是在上完成的c中co2被固定并还原成图中的甲物质d、上酶的种类、功能不相同解析由图可知，为叶绿体的类囊体，色素分布在叶绿体中类囊体的薄膜上，叶绿素反射绿光，a正确；为叶绿体的基质，光能转换为稳定的化学能的过程是在叶绿体类囊体薄膜和基质中共同完成的，b错误；甲物质为有机物，中co2被固定并还原成有机物，c正确；上含有与光反应有关的酶，上含有与暗反应有关的酶，d正确。答案b针对训练1下图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图，下列叙述正确的是()aco2的固定实质上是将atp中的化学能转化为c5中的化学能bco2可直接被nadph还原，再经过一系列的变化形成糖类c被还原的c3在有关酶的作用下，可再形成c5d光照强度由强变弱时，短时间内c5含量会升高解析co2的固定是co2与c5在酶的催化下合成c3的过程，没有atp的消耗，a错误。co2必须先固定合成c3才能被nadph还原，b错误。被还原的c3在有关酶的作用下，可再形成c5，c正确。光照强度由强变弱时，产生的atp和nadph减少，还原c3减少，所以短时间内c3含量会升高，c5含量会下降，d错误。答案c要点二分析环境因素对光合作用的影响及其应用1.单因子变量对光合速率影响(1)光照强度(如图)曲线分析应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，如图中虚线所示。间作套种农作物，可合理利用光能。(2)co2浓度曲线分析图1中a点表示co2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的co2浓度，图2中a点表示进行光合作用所需co2的最低浓度。b和b点都表示co2饱和点。应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大co2浓度，提高光合速率。(3)温度曲线分析：温度主要通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合速率。应用：冬季，温室栽培白天可适当提高温度；晚上可适当降低温度，以降低细胞呼吸消耗有机物。2多因子变量对光合速率的影响(1)曲线分析p点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加co2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和co2浓度以提高光合速率。【典例2】如图曲线表示黄豆在适宜温度、co2浓度为0.03%的环境中光合速率与光照强度的关系。在b点时改变某条件，结果发生了曲线的变化。下列分析合理的是()a与b点相比较，a点时叶绿体中c3含量低b在b点时，适当升高温度可导致曲线由变为c制约a点时光合作用的因素主要是叶绿体中色素的含量d制约c点时光合作用的因素可能是co2浓度解析a点时，光照强度较弱，光反应提供的nadph和atp较少，c3的浓度较b点时高；题目中提到已是在适宜温度下，如果再提高温度，会降低光合速率；制约a点的光合作用因素是光照强度；一般情况下，在适宜温度和同等光照强度下，提高co2浓度可大幅度提高光合速率。答案d针对训练2植物的光合作用受温度(t)和光照强度(l)的影响。如图表明植物在3种不同的光照强度下消耗co2的情况。分析在50 和2030 温度范围内，光合作用的限制因素分别是()al；tbt和l；都不是ct；ldt；t解析在50 范围内光合速率不随光照增强而增大，所以限制因素是温度；2030 范围内，光合速率不随温度升高而增大，而随光照强度增强而增大，所以限制因素是光照强度。答案c要点三分析光合作用与细胞呼吸的关系1.图示两者联系(3)有关光合作用和细胞呼吸的计算光合作用所需的co2的两个来源a细胞呼吸产生的；b从周围空气中吸收的(如果是水生植物，则是从周围的水中吸收的)。光合作用释放的o2的两个去向a用于细胞呼吸；b细胞呼吸用不完的，才释放到周围的空气中。光合作用制造(生产、合成)的有机物的两个去向a用于细胞呼吸消耗；b细胞呼吸消耗不完的，才用于积累。总结等量关系a光合作用o2产生量o2释放量细胞呼吸耗氧量b光合作用固定co2量co2吸收量细胞呼吸产生co2量c光合作用葡萄糖产生量葡萄糖积累量(增重部分)细胞呼吸消耗葡萄糖量2表解两者区别3.光合速率与呼吸速率(1)呼吸速率的表示方法：植物置于黑暗环境中，测定单位时间实验容器内co2增加量、o2减少量或有机物减少量(可用图1中oa段表示)。(2)净光合速率和真正光合速率净光合速率：常用一定时间内o2释放量、co2吸收量或有机物积累量表示(可用图1中od段表示)。真正光合速率：常用一定时间内o2产生量、co2固定量或有机物产生量(或制造量)表示(可用图1中ad段表示)。(3)光合速率与呼吸速率的关系植物叶肉细胞进行光合作用吸收co2的同时，还进行细胞呼吸释放co2。图1表示co2的吸收量(释放量)与光照强度变化的关系。图2为不同光照强度下线粒体与叶绿体间的关系。总光合速率、净光合速率、呼吸速率三者之间具有以下数量关系：总光合速率净光合速率呼吸速率。当光照强度为零时，叶肉细胞不能进行光合作用，只进行细胞呼吸，此时co2的释放量代表叶肉细胞的呼吸速率，且细胞呼吸产生的co2全部被排出细胞，故图1中的a点，对应于图2的b图。当光照强度为图1的b点对应的强度时，植物叶肉细胞表现为既不吸收也不释放co2，表明叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率，则细胞呼吸产生的co2全部用于光合作用，故图1的b点对应于图2的c图。当光照强度处于图1的ab段对应的强度时，植物叶肉细胞表现为向外释放co2，即呼吸速率大于光合速率，对应图2的a图；当光照强度处于图1的bc段对应的强度时，植物叶肉细胞表现为从外界吸收co2，即光合速率大于呼吸速率，对应图2的d图。当光照强度达到图1的c点对应的强度时，此时光合速率达到最大值，光照强度再增加，光合作用速率也不再增加。此时可通过调控温度，提高co2浓度等措施来提高光合速率。【典例3】某校生物兴趣小组以玉米为实验材料，研究不同条件下光合作用和细胞呼吸速率(密闭装置)，绘出图甲、乙和丙，图中光合速率与呼吸速率并不相等的点是()aa bb cc dd解析图甲中光照下co2的吸收量表示植物的净光合作用，即真正光合作用细胞呼吸，故a点表示有机物的积累量与细胞呼吸消耗的有机物的量相等。图乙中，从0：00到6：00，温室里co2浓度升高，b点为转折点，此时光合速率呼吸速率；c点也为转折点，此时光合速率呼吸速率。图丙中，曲线表示净光合作用，故d点时，光合速率呼吸速率。答案a针对训练3如图表示植物叶肉细胞的两个重要生理过程，下列叙述不正确的是()aa、c过程产生nadph和h时也产生atpb甲、乙过程中的nadph和h产生的场所相同c甲中的nadph用于还用c3d乙中的h最终在线粒体内膜上被利用解析分析图示可知：a、b、c、d分别表示光反应中的水在光下分解、暗反应过程中的co2固定和c3的还原、有氧呼吸的第一和第二阶段、有氧呼吸的第三阶段。综上分析，a、c过程产生nadph和h时也产生atp；甲为光合作用，乙为有氧呼吸，因此甲、乙过程中nadph和h产生的场所不同；甲中的nadph即光反应产生的nadph可用于还原c3；乙中的h即有氧呼吸的第一和第二阶段产生的h最终在线粒体内膜上参与有氧呼吸的第三阶段而被利用。答案b附：练习与应用参考答案一、概念检测1(1)(2)(3)2.d3.二、拓展应用1(1)在一定温度和二氧化碳供应充足的情况下，光合作用的强度随着光照加强而增强(2)此时温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，二氧化碳供应减少，导致光合作用强度明显减弱(3)此时光照强度不断减弱(4)光照强度、co2浓度(5)适当增大光照强度、增强co2浓度等。2不能。还需要知道瓶中co2浓度、o2浓度、光强强度等环境因素。课后作业(二十) 合格性考试必做题1关于叶绿体色素在光合作用过程中作用的描述，错误的是()a叶绿体色素与atp的合成有关b叶绿体色素参与atp的分解c叶绿体色素与o2和nadph的形成有关d叶绿体色素能吸收和传递光能解析叶绿体中的色素能够吸收、传递和转化光能；少数特殊状态的叶绿素a吸收光能，将光能电能活跃的化学能，储存在atp和nadph中，同时将水光解生成氧气和nadph。答案b2光合作用可分为光反应和暗反应两个阶段。下列有关叙述正确的是()a光反应不需要酶，暗反应需要酶b光反应消耗水，暗反应消耗atpc光反应固定co2，暗反应还原co2d光反应储存能量，暗反应释放能量解析光反应进行水的光解，产生nadph和atp，暗反应需要atp和nadph，进行co2的固定和c3的还原。答案b3关于叶肉细胞在光照条件下产生atp的描述，正确的是()a无氧条件下，光合作用是细胞atp的唯一来源b有氧条件下，线粒体、叶绿体和细胞质基质都能产生atpc线粒体和叶绿体合成atp都依赖氧d细胞质中消耗的atp均来源于线粒体和叶绿体解析在无氧条件下，细胞质基质可通过无氧呼吸产生atp。线粒体呼吸作用产生atp依赖氧，叶绿体光合作用产生atp依赖光。叶绿体中产生的atp仅为光合作用暗反应提供能量，无法用于其他代谢过程。答案b4白天，叶绿体atp和adp的运动方向是()aatp与adp同时由类囊体薄膜向叶绿体基质运动batp与adp同时由叶绿体的基质向类囊体薄膜运动catp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dadp由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动，atp则向相反方向运动解析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。答案c5下列关于光合作用和呼吸作用的叙述，正确的是()a光合作用和呼吸作用不一定要同时进行b光合作用产生的atp主要用于呼吸作用c光合作用形成的糖类不能在呼吸作用中被利用d光合作用与呼吸作用分别在叶肉细胞和根细胞中进行解析光合作用产生的atp只能用于光合作用；呼吸作用的实质是分解有机物，释放能量，光合作用形成的糖类能在呼吸作用中被利用；叶肉细胞中既能进行光合作用，又能进行呼吸作用，而根细胞中无叶绿体只能进行呼吸作用。答案a6光合作用与化能合成作用的根本不同点是()a这两类作用的生物种类不同b用以合成有机物的无机原料不同c由无机物合成有机物的过程中所需的酶不同d所需能量的来源不同解析光合作用和化能合成作用所需无机原料都是水和co2，合成的产物中都有有机物如糖类；但两者所需能量来源是不同的，光合作用所需能量来自光能，化能合成作用所需能量来源于化学能。答案d7正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是()ao2的产生停止bco2的固定加快catp/adp比值下降dnadph/nadp比值下降解析用黑布遮光后，光合作用的光反应停止，光反应的产物o2、atp和h(即nadph)停止产生，所以a、c、d项所叙述现象会发生；光照停止，暗反应中c3还原受影响，c5减少，co2的固定减慢，b项所叙述现象不会发生。答案b8.如图为植物光合作用强度随光照强度变化的坐标图，下列叙述中不正确的是()aa点叶肉细胞产生atp的细胞器只有线粒体bb点植物光合作用强度与细胞呼吸强度相等c已知某植物光合作用和细胞呼吸最适温度分别为25 和30 ，如图表示该植物处于25 环境中，则将温度提高到30 时，a点上移，b点左移，d点下移d当植物缺镁时，b点将向右移解析根据坐标图可知，a点叶肉细胞只进行细胞呼吸，产生atp的细胞器只有线粒体；b点植物光合作用强度与细胞呼吸强度相等，为光补偿点；在c项条件下，温度由25 提高到30 时，呼吸速率增强，故a点上移，光合作用强度减弱，此时让光合作用强度再等于细胞呼吸强度需要更强的光照强度，故b点右移，d点表示的净光合作用量因为光合速率下降和呼吸速率上升而减小，故d点上移；当植物缺镁时，光合作用强度减弱，此时让光合作用强度再等于细胞呼吸强度需要更强的光照强度，b点将向右移。答案c9研究者对黑藻的光合作用进行了大量研究。图1是根据相关实验绘制的曲线，图2为黑藻叶绿体结构和功能示意图。请分析回答问题：(1)科研小组将黑藻浸在加有适宜培养液的大试管中(室温20 )，以灯为光源，通过移动灯，改变光源与大试管间的距离，观测黑藻放出气泡的情况，结果如图1中曲线x所示。该实验研究的自变量是_，因变量是_，检测的指标是_。(2)该小组在室温10 和30 时分别进行了实验，结果如曲线y和曲线z。则在ac段时(不包括a、c点)，导致曲线x、y、z光合速率不同的因素是_。(3)若将光源由远及近向大试管移动，当光源与大试管间的距离由90 cm逐渐改变为45 cm的过程中，图2中反应中的两个化学反应过程变快的先后顺序是_，因此导致a点的c3含量_(填“大于”“小于”或“等于”)b点。(4)研究者分离出黑藻中的叶绿体(图2)在适宜条件下培养，由结构转移至结构的物质主要包括_。解析(1)图1中的实验是探究光照强度对光合作用速率的影响，因此自变量是光照强度，因变量是光合作用速率，可以用单位时间内氧气(气泡)的释放量作为检测指标。(2)据图1分析，ac段导致曲线x、y、z光合速率不同的因素一是光照强度不同，二是温度不同。(3)当光源与大试管间的距离由90 cm逐渐改变为45 cm的过程中，光照强度不断增强，光反应增强，三碳化合物的还原首先受影响，接着才是二氧化碳的固定，所以图2中暗反应中的两个化学反应过程变快的先后顺序是先c3的还原，后co2的固定，因此导致a点的c3含量小于b点。(4)结构是类囊体，产生atp和nadph，结构表示叶绿体基质消耗atp和nadph，所以由转移至的物质主要包括adp、pi和nadp。答案(1)光源与大试管间的距离(或光照强度)光合速率单位时间内氧气(气泡)的释放量(2)温度和光照强度(3)先是c3的还原，然后是co2的固定小于(4)adp、pi和nadp或adp和nadp等级性考试必做题10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解析叶绿体中的色素主要分布于类囊体薄膜上。答案d11如图是细胞中糖类合成与分解过程示意图。下列叙述正确的是()a过程只在线粒体中进行，过程只在叶绿体中进行b过程产生的能量全部储存在atp中c过程产生的(ch2o)中的氧全部来自h2od过程和中均能产生h，二者还原的物质不同解析过程分别是有氧呼吸、光合作用。在有线粒体的真核生物细胞中，过程发生的场所是细胞质基质和线粒体，过程只发生在叶绿体中，而在原核细胞中，过程都发生在细胞质基质中；过程通过有氧呼吸氧化分解有机物，释放的能量一部分以热能形式散失，一部分转移至atp中；过程产生的(ch2o)中的氧全部来自co2，而不是来自h2o，h2o中的氧在光反应过程中通过水的光解产生o2；过程的第一、二阶段产生的h，用于第三阶段还原o2，生成h2o；过程通过光反应产生的h，用于暗反应还原c3，因此二者还原的物质不同。答案d12如图表示某种植物的叶肉细胞中的a、b两种细胞器及在这两种细胞器中所进行的生理活动之间的关系。下列说法正确的是()aa细胞器内生理活动的强度小于b细胞器内生理活动的强度ba、b两种细胞器都能产生atp，产生的atp都从细胞器中运出c图示叶肉细胞中有有机物的积累，细胞能够正常生长d改变光照强度一定会改变a细胞器中生理活动的强度解析由图所示植物细胞从外界吸收co2并释放o2到外界，说明光合作用强度大于细胞呼吸强度，所以a叶绿体的生理活动强度大于b线粒体的强度；叶绿体基粒产生的atp只供给叶绿体基质进行暗反应利用，所以a叶绿体产生的atp不能从叶绿体中运出；当光照强度超过一定范围，光合作用强度不会随着光照强度的变化而变化。答案c13.如图是绿色植物叶肉细胞内部分生命活动示意图，其中表示生理过程，ad表示物质。下列分析错误的是()a在生物膜上发生的生理过程有和b过程均发生在细胞质基质中ca和b分别表示丙酮酸和hd有氧呼吸包括图中的过程解析由图可知，依次为有氧呼吸的第一、二、三阶段，为光反应，为暗反应。a为丙酮酸，b为h，c为adp和pi，d为atp和nadph；在生物膜上发生的生理过程有有氧呼吸的第三阶段和光反应；有氧呼吸的第一阶段在细胞质基质中完成，有氧呼吸的第二阶段在线粒体基质中完成，暗反应阶段在叶绿体基质中完成。答案b14.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。a、b、c三点所对应的叶肉细胞中c3含量由高到低的顺序是()aabc babbc dabc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点的co2浓度高于c点，所以b点产生的c3要远高于c点。答案a15对某植物在不同环境条件下o2的吸收量和释放量(mg/h)进行测定，结果如下表，下列对结果的分析不合理的是()a.在5 klx光照条件下5 h,10 时光合作用产生的o2总量比20 时多2.5 mgb在20 时，分别用10 klx和5 klx光照10 h，黑暗14 h，o2增加量前者比后者多30 mgc在10 、10 klx光照4.8 h后，转入20 黑暗环境19.2 h，o2变化量为0d该实验的自变量是光照强度、温度和照光时间，co2浓度等属于无关变量解析黑暗中单位时间内o2的吸收量代表呼吸速率，光下测定的单位时间内o2的释放量是净光合速率，在5 klx光照条件下5 h,10 时光合作用产生的o2总量是3.5517.5 mg,20 时光合作用产生的o2总量是3515 mg，故前者比后者多2.5 mg；在20 时，用10 klx和5 klx光照10 h，黑暗14 h，o2增加量分别是51011436 mg、2101146 mg，前者比后者多30 mg；在10 、10 klx光照4.8 h，积累o2量是44.819.2 mg,20 黑暗环境19.2 h，消耗o2量是119.219.2 mg，o2变化量为0；该实验的自变量是光照强度与温度，无关变量是照光时间、co2浓度等。答案d16.请据图分析下列有关植物进行光合作用和细胞呼吸的叙述中，正确的是()a植物长时间处于黑暗中时，过程都会发生b晴朗夏天的上午10点左右，北方植物的叶肉细胞中多于c晴朗夏天的中午，将减弱，净光合作用速率降低d两种细胞器都能产生atp，且都能从细胞器运出解析植物长期处于黑暗中时，光合作用无法进行，故均无法进行。晴朗上午10点植物光合作用大于呼吸作用，理论上无的释放。晴朗夏天中午因为气温过高，气孔关闭，因此光合作用会减弱，而呼吸作用不减弱，净光合作用速率会降低。两种细胞器都能产生atp，但叶绿体产生的atp不能从叶绿体运出。答案c17农科所技术员研究温度对某蔬菜新品种产量