資源簡介

5.4.2光合作用的原理和應用學案
【學習目標】
1.科學思維:分析光合作用光反應和暗反應過程，認同兩個階段既有區別又有聯系。
2.科學探究:根據實驗目的，設計實驗探究光合作用的影響因素，會分析相關的實驗裝置。
3.社會責任:能夠根據光合作用原理指導生產實踐。
【學習重難點】
1、教學重點：（1）葉綠體適用于光合作用的結構特點
（2）光合作用的原理
2、教學難點：（1）光合作用過程中物質和能量的變化及相互關系
（2）探究影響光合作用強度的環境因素
【預習新知】
光合作用的原理
1.探索光合作用原理的部分實驗
綜合教材102頁探索光合作用原理的部分實驗，光合作用釋放的氧氣中的氧元素來自 ， 不是同一個化學反應，而是分階段進行的。實際上，光合作用的過程十分復雜，它包括一系列化學反應。根據是否需要 ，這些化學反應可以概括地分為 (現在也稱為碳反應)兩個階段,下圖為光合作用過程示意圖。
2.光反應階段
(1)光合作用第一個階段的化學反應，必須 才能進行，這個階段叫作 階段。此階段是在 (圖中序號 )的薄膜上進行的。
(2)葉綠體中光合色素吸收的光能，有以下兩方面用途。一是將水分解為氧和H+，氧直接以 (圖中序號 )的形式釋放出去，H+與 (圖中序號 )結合，形成 (圖中序號 )。 作為活潑的還原劑，參與暗反應階段的化學反應，同時也儲存部分 供暗反應階段利用；二是在有關 的催化作用下，提供能量促使 (圖中序號 )反應形成ATP，這樣，光能就轉化為儲存在ATP中的 。這些ATP將參與第二個階段合成有機物的化學反應
3.暗反應階段
(1)光合作用第二個階段中的化學反應， 都能進行，這個階段叫作暗反應階段。暗反應階段的化學反應是在 (圖中序號 )中進行的。在這一階段，CO2被利用，經過一系列的反應后生成 (圖中序號 )。
(2)20世紀40年代，美國科學家卡爾文等用小球藻(一種單細胞的綠藻)做了這樣的實驗：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，最終探明了 。
(3)綠葉通過 從外界吸收的CO2，在特定酶的作用下，與 (一種五碳化合物)(圖中序號 )結合，這個過程稱作 。一分子的CO2被固定后，很快形成兩個C3分子,即圖中序號 。在有關酶的催化作用下，C3接受 釋放的能量，并且被 (圖中序號 )還原。隨后，一些 的C3，在酶的作用下經過一系列的反應轉化為 (圖中序號 )；另一些 的C3，經過一系列變化，又形成C5。這些C5又可以參與 。這樣，暗反應階段就形成從 的循環，可以源源不斷地進行下去，因此暗反應過程也稱作 。
4.光反應與暗反應的聯系：在光反應階段，光能被葉綠體內 上的 捕獲后，將水分解為 等，形成 ，于是光能轉化成 中的化學能； 驅動在 中進行的暗反應，將CO2轉化為 。可見光反應和暗反應緊密聯系，能量轉化與物質變化密不可分。
光合作用原理的應用
1.光合作用的強度
(1)概念：植物在單位時間內通過光合作用制造 的數量。
(2)影響因素
①土填中的 多少（光反應的原料，影響氣孔開閉）
②環境中 的濃度⑤葉片氣孔開
③ 的高低
④光照的 。
2.探究光照強弱對光合作用強度的影響
(1)實驗原理：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 的數量越多。
(2)實驗流程
①打出圓形小葉片：用打孔器在生長旺盛的綠葉上打出(直徑為0.6 cm)圓形小葉片30片
↓
②抽出葉片內氣體：用注射器(內有清水、圓形小葉片)抽出葉片內氣體，重復2～3次
↓
③圓形小葉片沉到水底：將抽出內部氣體的圓形小葉片放入 處盛有清水的燒杯中，圓形
小葉片全部沉到水底
↓
④強、中、弱三種光照處理：取3只小燒杯，分別倒入富含 的清水，各放入10片圓形
小葉片，用 三種光照分別照射
↓
⑤觀察并記錄同一時間段內各實驗裝置中圓形小葉片浮起的數量
(3)實驗現象與結果分析：光照越強，燒杯內圓形小葉片浮起的數量 ，說明在一定范圍內，隨著光照強度的不斷增加，光合作用強度 。
【易錯提示】
有關光合作用過程的四點提醒
(1)葉綠體的內膜既不參與光反應，也不參與暗反應。
(2)光反應階段為暗反應提供ATP、[H]，ATP從類囊體薄膜移向葉綠體基質。而暗反應則為光反應提供ADP和Pi，ADP從葉綠體基質移向類囊體薄膜。
(3)光反應階段必須是在有光條件下進行，而暗反應階段有光無光都能進行，但需光反應提供的[H]和ATP，故暗反應不能長期在無光環境中進行。
(4)在自然條件下，光反應階段和暗反應階段同時進行，不分先后。
【鞏固訓練】
1.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
2.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
3.下列關于“綠葉中色素的提取和分離”的敘述，錯誤的是( )
A.常用95%的乙醇來提取綠葉中的光合色素
B.研缽中加入少許碳酸鈣有助于研磨充分
C.溶解度越高的色素隨層析液在濾紙條上擴散得越快
D.畫濾液細線時要連續多次快速地在濾紙上均勻畫出
4.研究光照強度和光合作用的關系，得到如圖曲線，下列敘述錯誤的是( )
A.A點時植物只進行呼吸作用 B.B光照強度下光合速率等于呼吸速率
C.D點光合速率達到最大 D.DE段的限制因素是光照強度
5.下圖是新鮮小麥綠葉的四種葉綠體色素在濾紙上層析分離的情況，以下敘述錯誤的是( )
A．甲為葉綠素b，乙為葉綠素a
B．丙和丁主要吸收藍紫光
C．色素帶浸入層析液中而分離為甲、乙、丙、丁四種色素
D．小麥成熟時葉中色素含量(甲＋乙)＜(丙＋丁)
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：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。
2.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。
3.答案：ABD
解析：A、色素能溶解在酒精或丙酮等有機溶劑中，因此無水乙醇用于提取色素，A錯誤;B、CaCO3有利于防止色素分子被破壞，SiO2有利于研磨充分，B錯誤;C、分離色素原理:各色素隨層析液在濾紙上擴散速度不同，從而分離色素。溶解度大，擴散速度快;溶解度小，擴散速度慢，C正確;D、畫濾液細線要細、均勻、快速，畫線后等待濾液細線干燥后再重復畫線1~2次，D錯誤。故選:ABD。
4.答案：D
解析：在A點，對應的光照強度為0，植物只進行呼吸作用，A正確;在B點即光補償點時，光合速率與呼吸速率相等，B正確，據圖可知，D點以后，CO2吸收速率不再變化，表示凈光合速率不再發生變化且最大，根據光合速率=凈光合速率+呼吸速率，而呼吸速率不會隨著光照強度的變化而變化，因此.D點光合速率達到最大，C正確;D點已經達到光的飽和點，因此D點以后即DE段的限制因素是不再是光照強度，而是光照強度之外的其他因素，如溫度、CO2濃度等，D錯誤。
5.答案：C
解析：C項，進行紙層析時，色素帶不能浸入層析液中，否則色素會溶于層析液，故C項敘述不正確。A項，溶解度越大的色素擴散速度越快，同時根據色素帶的寬度可判斷色素的含量，分析圖片可知:甲是葉綠素b，乙是葉綠素a，丙是葉黃素，丁是胡蘿卜素，故A項敘述正確。B項，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，故B項敘述正確。D項，小麥成熟時，葉綠素被分解，所以其含量比類胡蘿卜素少，故D項敘述正確.
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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