資源簡介

5.4.2光合作用的原理和應用學案
【學習目標】
1.了解光合作用的探究歷程，說出光合作用的概念
2.掌握光合作用的光反應和暗反應過程及二者的關系
【學習重難點】
重點
1.分析光合作用的過程，比較光反應和暗反應。
2.分析影響光合作用的環境因素。
難點：舉例說明光合作用原理的實踐應用。
【預習新知】
光合作用的原理
1.概念
光合作用是指綠色植物通過 ，利用 ，將 和 轉化成儲存著能量的 ，并且釋放出 的過程。
2.反應式：
3.探索光合作用原理的部分實驗
時間及科學家 觀點或實驗過程 發現或實驗結論 實驗特點
19世紀末到1928年 在光合作用中，CO2中的C和O被分開，O2被釋放，C和H2O結合成甲醛，甲醛分子縮合成糖 甲醛對植物有毒害作用，甲醛 通過光合作用轉化成糖
1937年希爾 (英國) 離體葉綠體的懸浮液＋鐵鹽或其他氧化劑O2 離體葉綠體在適當條件下發生 的光解，產生 懸浮液中有H2O，無CO2
1941年魯賓、卡門(美國) 向植物提供 光合作用釋放的O2來自 相互對照。 自變量：標記物； 因變量：
1954年、1957年阿爾農(美國) 光照下，葉綠體可合成 ，這一過程總與水的光解相伴隨
20世紀40年 代 (美國) 用經過14C標記的14CO2，供小球藻進行光合作用，然后追蹤放射性14C的去向 探明了CO2中的碳在光合作用中轉化成 中碳的途徑 利用 法
4.光合作用的過程
(1)Ⅰ是 階段
①場所：在 上進行。
②條件：必須有 、葉綠體中的 和酶。
③過程
a.水的光解：2H2O4 ＋ ；
b.ATP的生成：ADP＋Pi 。
④能量轉變：光能一部分轉變為 中活躍的化學能；一部分儲存在 中。
(2) Ⅱ是 階段
①場所：在 中進行。
②條件：有光無光均可，需要多種 參與。
③過程
a.CO2的固定：CO2＋ ；
b.C3的還原： ＋NADPH ＋C5。
④能量轉變： 中活躍的化學能和 中部分能量→ 中穩定的化學能。
(3)圖中 ① ；② ；③ ；④ ；⑤ ；⑥ ；⑦ 。
(4)光反應與暗反應的聯系
①光反應為暗反應提供 、 ；暗反應為光反應提供 、 、 。
②沒有光反應，暗反應無法進行；沒有暗反應，有機物無法合成。總之，光反應是暗反應所需物質和能量的準備階段，暗反應是光反應的繼續，是物質和能量轉化的完成階段。
(5)總反應式
a.產物為(CH2O)：
b.產物為C6H12O6：
(6)元素的轉移途徑
①H：3H2O 。
②C：14CO2 。
③O：H218O ；C18O2 。
光合作用原理的應用
(一)光合作用強度：
(1)概念：植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數量。
(2)表示方法：用一定時間內原料消耗或產物產生量的數量來定量表示。
(二)實驗：探究光照強度對光合作用強度的影響
(1)原理：抽去圓形小葉片中的氣體后，葉片在水中 ，光照下葉片進行光合作用產生 ，充滿細胞間隙，葉片又會 。光合作用越強，單位時間內圓形小葉片上浮的數量 。
(2)變量：自變量：不同 控制自變量：調節 與 的距離進行對照實驗
因變量： 強度 檢測因變量： 浮起數量 無關變量：葉片大小、溶液的量
(3)流程：取材→排氣→沉水→分組→光照→觀察并記錄
(4)結果：在一定范圍內，臺燈與實驗裝置的距離越近，浮起的圓形小葉片也越多。
(5)結論：在一定范圍內，隨著光照強度不斷增強，光合作用也增強(單位時間內圓形小葉片中產生的O2越多，浮起的圓形小葉片也越多)。
提示：臺燈發光同時也會使溫度發生改變，在臺燈與燒杯之間加盛水玻璃柱排除溫度對實驗現象的影響。
(6) 本實驗每組圓形小葉片 （可以、不可以）由30片改為3片。理由：
(三)影響光合作用強度的因素：
1．內因：葉綠體的數量、葉綠素的含量、_ _的含量和活性、葉齡等。
2．外因：光照強度、光照時間、光的成分、CO2濃度、溫度、水和礦質元素等。
(1)原料：CO2、水。動力：光能。例如：環境中CO2濃度、葉片氣孔開閉情況。
(2)影響葉綠體(光合作用場所)的形成和結構。如無機營養、病蟲害也會影響光合作用強度。
(3)溫度、pH。光合作用需要酶參與，溫度、pH影響酶活性。
3．外因分析：
(1)光照：
a.①凈光合速率表示法：綠色植物光下，一定時間內O2 量、CO2 量或糖類（有機物）的 量
②上圖中光照強度大于C時，OA段表示植物 速率，OF段表示植物 速率，則真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率
b曲線與圖形分析：
1、A點光照強度為0，此時只進行 ，無 作用。細胞內的代謝特點如圖2所示。
2、AB段：細胞呼吸強度 光合作用強度(圖3),凈光合速率 0，植物不能 ，長時間處于此種狀態，植物將死亡。
3、B點：光合作用強度 細胞呼吸強度(圖4)。B點所示光照強度稱為 。凈光合速率 0，植物不能生長。
4、BC段：凈光合速率 0，植物因積累有機物而正常生長。(圖5)
5、C點所示光照強度稱為 點。AD段限制因素： DE段限制因素： 濃度等
c應用：①適當 光照強度； 光合作用時間；增加光合作用面積—— 合理密植 ；溫室大棚用_________的塑料或玻璃。
(北方夏季中午時，光照強度很強，植物的光合作用強度將 。原因：光照強度過 ，溫度 ，導致氣孔 ，細胞CO2供應 ，光合作用強度 )
(2)CO2濃度：
(3)溫度:①溫度通過影響酶的 來影響光合作用強度。
②應用：適時播種；溫室栽培時白天適當 溫度，以提高光合作用速率；夜間適當 溫度，以降低細胞呼吸，保證植物有機物的積累。
(4)水及礦質元素
①N、Mg、Fe等是葉綠素合成的必需元素，若這些元素缺乏，會影響 的合成從而影響光合作用。
②水既是光合作用的原料，又是體內各種化學反應的介質；水還會影響 關閉，從而影響CO2進入植物體，間接影響光合作用。
【鞏固訓練】
1.細胞內的生物膜在結構和功能上緊密聯系，許多重要的化學反應需要酶的參與，廣闊的膜面積為多種酶提供了附著位點。在真核細胞中，下列代謝過程在膜上進行的是( )
A.有氧呼吸過程中NADH與O2結合
B.光合作用暗反應中CO2與C5結合
C.翻譯過程中tRNA和mRNA的結合
D.DNA復制時解旋酶與DNA的結合
2.用新鮮的菠菜進行光合色素的提取和分離，相關敘述正確的是( )
A.提取葉綠體色素時可用無水乙醇作為溶劑
B.在劃出一條濾液細線后緊接著重復劃線2—3次
C.在敞開的燒杯中進行層析時，需通風操作
D.層析完畢后應迅速記錄結果，否則葉綠素條帶會很快隨溶劑揮發消失
3.大棚種植在豐富人們的餐桌時,也引發了一些種植問題。為了提高農作物產量,下列措施及目的合理的是( )
①定期松土,有利于植物根部吸收礦質元素
②陰天補充光源,可補充藍紫色或紅色光源
③定期在溫室中釋放二氧化碳,以提高光合作用強度
④保持溫室中晝夜溫度的一致,有利于植物積累營養物質
A.①②③ B.②③④ C.①②③④ D.①④
4.下列關于光合作用和化能合成作用的敘述，正確的是( )
A.都以光能作為能源
B.這兩類作用都是真核生物特有的方式
C.進行光合作用的生物屬于自養生物，進行化能合成作用的生物屬于異養生物
D.都能將CO2和水合成為有機物
5.綠色植物在進行光合作用的同時，還會進行呼吸作用，這兩個生理過程緊密聯系。細胞呼吸和光合作用的原理在生活和生產實踐中有廣泛應用。下列相關敘述錯誤的是( )
A.光合作用需要的ATP主要由細胞呼吸作用提供
B.光下測得的O2釋放量不是光合作用實際的O2產生量
C.白天適當降溫，夜晚適當升溫，可以提高作物的產量
D.增加CO2濃度會抑制細胞呼吸，并且不利于植物的光合作用
6.生命活動離不開水。下圖表示高等植物細胞代謝的部分過程，其中數字序號表示相關場所。請回答下列問題：
（1）細胞中每時每刻都進行著許多化學反應，統稱為__________；該過程離不開水、能量和__________等，后者作用需要溫和的條件。
（2）圖中①是__________，除圖示產物外，該處的產物還有__________（答2種）等。
（3）水在細胞代謝中，既是反應物又是產物。圖示生理過程中，除了水，既是反應物又是產物的物質還有__________（答2種）等。
參考答案
1.答案：A
解析：A、有氧呼吸過程中NADH與O2結合發生在線粒體內膜，A符合題意；
B、光合作用暗反應中CO2與C5結合發生在葉綠體基質，B不符合題意；
C、翻譯過程中tRNA和mRNA的結合，發生在細胞質中的核糖體上，C不符合題意；
D、DNA復制時解旋酶與DNA的結合發生在細胞核內，D不符合題意。
故選A。
2.答案：A
解析：A、提取葉綠體中色素的原理是色素易溶于有機溶劑，可用無水乙醇作為溶劑，A正確；
B、畫濾液細線時，應等上一次干了以后再畫下一次，B錯誤；
C、進行層析時，應該將燒杯蓋住，防止層析液揮發，C錯誤；
D、層析完畢后應迅速記錄結果，否則葉綠素條帶會因色素分解而消失，但不會因揮發而消失，D錯誤。
故選A。
3.答案：A
解析：①定期松土，可以增加土壤中氧氣濃度，有利于植物細胞呼吸作用，利于根部吸收礦質元素，①正確;②光合色素主要吸收紅光和藍紫光，陰天補充光源，可補充藍紫色或紅色光源，②正確;③定期在溫室中釋放二氧化碳，可以保證二氧化碳供應，以提高光合作用強度，③正確;④應增大晝夜溫差，有利于植物積累營養物質，④錯誤;⑤及時清除溫室薄膜上的水珠，可以減少光照的反射等，有利于增加自然光照強度，⑤正確。
4.答案：D
解析：光合作用需要光能作為能源，化能合成作用不需要光能作為能源，A錯誤；進行化能合成作用的硝化細菌為原核生物，B錯誤；光合作用和化能合成作用的生物都屬于自養生物，C錯誤；光合作用是利用光能將CO2和H2O合成有機物，化能合成作用是利用氧化還原反應過程中釋放的化學能將CO2和H2O合成有機物，D正確。
5.答案：ACD
解析：光合作用光反應時水光解產生的ATP供光合作用暗反應C 的還原，不需要呼吸作用所提供的ATP，A錯誤；光下測得的O2量是植物體的O2釋放量，為凈光合量，是植物光合作用制造的總氧量減去呼吸作用消耗的部分后釋放出來的，因此不是光合作用實際的O2產生量，B正確；白天適當升溫促進光合作用，夜晚適當降溫抑制呼吸作用，可以提高作物的產量，C錯誤；增加CO2濃度會抑制細胞呼吸，但在一定程度上能促進光合作用的進行，D錯誤。
6.答案：
（1）細胞代謝酶
（2）類囊體薄膜ATP和O2
（3）（CH2O）（或葡萄糖）、CO2和O2、NADPH、ATP等（答2種）
解析：（1）細胞中每時每刻都進行著許多化學反應，統稱為細胞代謝；機體條件溫和，細胞代謝需要酶的催化，細胞代謝過程離不開水、能量和酶等；酶的作用需要溫和的條件。
（2）圖中①是光反應場所為類囊體薄膜，②是暗反應場所是葉綠體基質，③可表示有氧呼吸第一階段的場所細胞質基質和第二階段的場所線粒體基質，④是有氧呼吸第三階段的場所即線粒體內膜。類囊體中發生的反應有水的光解和ATP的合成等，產物有NADPH、O2、ATP等。
（3）在有氧呼吸過程中，反應物主要有水、（CH2O）和O2，產物主要有CO2和水，而光合作用過程中，反應物主要有水、CO2、產物主要有O2和（CH2O）；圖示生理過程中，除了水，既是反應物又是產物的物質還有（CH2O）、CO2和O2、NADPH、ATP等。

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