資源簡介

5.4.2光合作用的原理和應(yīng)用學(xué)案
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.生命觀點：闡明在光合作用過程中物質(zhì)與能量的變化，初步建立生物學(xué)的物質(zhì)與能量觀。
2.科學(xué)思維：分析光合作用過程圖示，歸納與概括光反應(yīng)與暗反應(yīng)過程及異同。
3.科學(xué)探究：體驗和學(xué)習(xí)光合作用的探究歷程中的科學(xué)實驗設(shè)計思路。
【學(xué)習(xí)重難點】
1．闡明光合作用的原理和實質(zhì)。(重難點)
2．說出光合作用原理中的物質(zhì)和能量變化。(重點)
【預(yù)習(xí)新知】
光合作用的原理
1.光合作用的概念和反應(yīng)式
（1）概念：綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。
（2）反應(yīng)式： 。
2.探索光合作用原理的部分實驗
（1）19世紀(jì)末，科學(xué)界普遍認(rèn)為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結(jié)合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。1928年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛 通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖。
（2）1937年，英國植物學(xué)家希爾發(fā)現(xiàn)，在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑（懸浮液中有水，沒有二氧化碳），在光照下可以釋放出氧氣。像這樣，離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解、產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)稱作 。
（3）1941年，美國科學(xué)家魯賓和卡門用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來源。他們用16O的同位素18O分別標(biāo)記H2O和CO2，使它們分別變成和C18O2。然后，進行了兩組實驗：第一組給植物提供H2O和C18O2，第二組給同種植物提供和CO2。在其他條件都相同的情況下，第一組釋放的氧氣都是O2，第二組釋放的都是18O2。
（4）1954年，美國科學(xué)家阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)，在光照下，葉綠體可合成ATP。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。
（5）20世紀(jì)40年代，美國的卡爾文利用 法最終探明了CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機物中碳的途徑。
3.光合作用的過程
光反應(yīng) 暗反應(yīng)（碳反應(yīng)）
實質(zhì) 光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并釋放 同化CO2，合成
需要條件 外界條件：光照 內(nèi)部條件：色素、酶 外界條件：無需光照 內(nèi)部條件：酶
反應(yīng)場所 葉綠體類囊體的薄膜上 葉綠體的基質(zhì)中
物質(zhì)變化 ①水的光解：水分解成NADPH和O2 ②ATP的合成：在相關(guān)酶的作用下，ADP和Pi形成ATP ①CO2的固定： ②C3的還原：
①光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供兩種重要物質(zhì)：NADPH和ATP， 既可作還原劑，又可提供能量；暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供三種物質(zhì)： 。
②暗反應(yīng)有光無光都能進行。若光反應(yīng)停止， 可持續(xù)進行一段時間，但時間不長，故晚上一般認(rèn)為只進行呼吸作用，不進行光合作用。
光合作用原理的應(yīng)用
1．光合作用的強度
(1)概念：植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量。
(2)表示方法
單位時間內(nèi)光合作用
(3)影響光合作用的因素
2．探究光照強度對光合作用強度的影響
3．在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用
實例 原理
間作套種 不同植物對光照的需求不同
冬季大棚溫度白天適當(dāng)提高，晚上適當(dāng)降低 白天提高溫度，促進光合作用；夜間降溫，抑制呼吸作用
“正其行、通其風(fēng)” 增大CO2濃度，有利于光合作用的進行
合理灌溉 缺少水導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，CO2供應(yīng)不足
4．化能合成作用
(1)概念：利用體外環(huán)境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物。
(2)實例：硝化細(xì)菌能利用土壤中的氨(NH3)氧化成亞硝酸(HNO2)，進而氧化成硝酸(HNO3)的過程中所釋放的化學(xué)能將CO2和H2O合成糖類，供自身利用。
【易錯提示】
光合作用過程中的兩個誤區(qū)
(1)誤認(rèn)為反應(yīng)不需要酶。光反應(yīng)過程也需要酶的催化。色素吸收、傳遞光能過程不需要酶的催化,但是水的光解和ATP的合成需要酶的催化。
(2)誤認(rèn)為全程無光,也可以進行暗反應(yīng)。暗反應(yīng)過程不需要光,若光反應(yīng)停止,暗反應(yīng)會因缺乏ATP和NADPH無法進行而停止。
【鞏固訓(xùn)練】
1.下列關(guān)于高等植物細(xì)胞內(nèi)色素的敘述,錯誤的是( )
A.所有植物細(xì)胞中都含有4種色素
B.有些植物細(xì)胞的液泡中也含有色素
C.葉綠素和類胡蘿卜素都可以吸收光能
D.植物細(xì)胞內(nèi)的光合色素主要包括葉綠素和類胡蘿卜素兩大類
2.如圖為某細(xì)胞中分離得到的兩種細(xì)胞器（其中甲中有部分其他結(jié)構(gòu)附著），下列相關(guān)敘述錯誤的是( )
A.兩種細(xì)胞器中，只有乙與能量轉(zhuǎn)換有關(guān)
B.兩者的雙層膜結(jié)構(gòu)都利于化學(xué)反應(yīng)的順利進行
C.乙內(nèi)膜向內(nèi)折疊形成嵴，乙是細(xì)胞有氧呼吸的主要場所
D.兩者在胰島素的分泌過程中都是必不可少的，發(fā)揮著重要的作用
3.下列關(guān)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(yǎng)生物，進行化能合成作用的生物屬于異養(yǎng)生物
D.都能將CO2和水合成為有機物
4.用一定濃度的NaHSO3溶液噴灑到小麥的葉片上，短期內(nèi)檢測到葉綠體中C3的含量下降，C5的含量上升。NaHSO3溶液的作用可能是( )
A.促進葉綠體中CO2的固定 B.抑制葉綠體中C3的還原
C.促進葉綠體中ATP的合成 D.抑制葉綠體中有機物的輸出
5.下列有關(guān)生物體內(nèi)生理過程的敘述，錯誤的是( )
A.水綿細(xì)胞內(nèi)CO2的固定發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中
B.人體細(xì)胞內(nèi)DNA分子復(fù)制可發(fā)生在線粒體中
C.硝化細(xì)菌內(nèi)[H]與O2結(jié)合發(fā)生在線粒體內(nèi)膜上
D.人體細(xì)胞內(nèi)丙酮酸分解成酒精的過程發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中
6.下圖表示某實驗小組對影響小麥和玉米的光合速率的因素的研究結(jié)果。CO2補償點是植物凈光合速率等于零時的外界CO2濃度，CO2飽和點是植物光合速率最大時的最小外界CO2濃度。下列相關(guān)說法正確的是( )
A.圖1所示實驗的自變量為光照強度，溫度是無關(guān)變量
B.光照強度為P時，小麥和玉米的CO2固定速率相等
C.相比于玉米，小麥能夠較好地適應(yīng)較低濃度的CO2環(huán)境
D.一般情況下，玉米的CO2補償點和CO2飽和點均低于小麥的
參考答案
1.答案：A
解析：A、高等植物體內(nèi)沒有葉綠體的細(xì)胞就沒有光合色素，如根尖細(xì)胞，A錯誤；B、有些植物的液泡中也含有水溶性色素，但不參與光合作用，B正確；CD、植物細(xì)胞內(nèi)的光合色素主要包括葉綠素和類胡蘿卜素兩大類，可以吸收光能，CD正確。故選：A。
2.答案：B
解析：A、甲內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和能量轉(zhuǎn)換無關(guān)，乙線粒體能將有機物中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP中活躍化學(xué)能和熱能，故兩種細(xì)胞器中，只有乙與能量轉(zhuǎn)換有關(guān)，A正確;B、甲內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是單層膜構(gòu)成的膜性管狀系統(tǒng)，B錯誤;C、乙線粒體內(nèi)膜向內(nèi)折疊形成嵴，乙是細(xì)胞有氧呼吸的主要場所，C正確;D、胰島素是分泌蛋白，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對分泌蛋白進行加工和運輸，線粒體為分泌蛋白合成和分泌過程提供能量，D正確。
3.答案：D
解析：A、光合作用需要光作為能源，化能合成作用不需要光能作為能源，A錯誤;
B、進行化能合成作用的硝化細(xì)菌為原核生物，B錯誤;
C、光合作用和化能合成作用的生物都屬于自養(yǎng)生物，C錯誤;
D、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(yīng)過程中釋放的化學(xué)能將CO2和H2O合成有機物，D正確。
4.答案：C
解析：若NaHSO3溶液促進葉綠體中CO2的固定，則CO2被C5固定形成的C3增加，則消耗的C5增加，故C5的含量將減少，C3的含量將增加；若NaHSO3溶液抑制葉綠體中C3的還原，則被還原的C3減少，生成的C5減少，而CO2被C5固定形成C3的過程不變，故C3的含量將增加，C5的含量將減少；若NaHSO3溶液促進葉綠體中ATP的合成，則被還原的C3增多，消耗的C3增加，生成的C5增多，而CO2被C5固定形成C3的過程不變，故C3的含量將減少，C5的含量將增加；若NaHSO3溶液抑制葉綠體中有機物的輸出，意味著暗反應(yīng)中C3的還原過程變慢，生產(chǎn)的C5減少，而CO2被C5固定形成C3的過程不變，故C3的含量將增加，C5的含量將減少。故C正確。
5.答案：ACD
解析：A、水綿細(xì)胞內(nèi)CO2的固定發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中，A錯誤;B、線粒體中含有DNA，其中的DNA可以復(fù)制，B正確;C、硝化細(xì)菌是原核生物，無線粒體，C錯誤;D、人體細(xì)胞內(nèi)丙酮酸分解不生成酒精，會生成乳酸，D錯誤。
6.答案：D
解析：
識標(biāo)明變量 圖1中橫坐標(biāo)為光照強度，縱坐標(biāo)為CO2吸收速率（即凈光合速率），則自變量為光照強度，因變量為凈光合速率，該圖中有兩條曲線，則植物種類也為自變量，溫度屬于無關(guān)變量，A錯誤；同理分析可知，圖2中的自變量為胞間CO2濃度和植物種類，因變量為凈光合速率
析線理關(guān)系 兩圖中均有兩條曲線，表示不同植物品種；兩條曲線的變化趨勢基本一致，表現(xiàn)為隨橫坐標(biāo)的增加，縱坐標(biāo)先增加后保持不變，即存在光飽和點和CO2飽和點（圖2中小麥的CO2飽和點還未出現(xiàn)）
明點求突破 圖1中P為兩曲線相交時對應(yīng)的光照強度，此時玉米和小麥的CO2吸收速率相等即凈光合速率相等，CO2固定速率表示總光合速率，總光合速率=凈光合速率+呼吸速率，由于小麥和玉米的呼吸速率不同，則總光合速率不同，故CO2固定速率不相等，B錯誤；圖2中，A點為兩曲線交點，在A點左側(cè)，玉米所對應(yīng)曲線高于小麥對應(yīng)曲線，說明胞間CO2濃度較低時，玉米有更大的光合速率，故相比于小麥，玉米能夠較好地適應(yīng)較低濃度的CO2環(huán)境，C錯誤；由圖2可知，玉米的CO2補償點低于小麥的，玉米的CO2飽和點已出現(xiàn)，但小麥的CO2飽和點還未出現(xiàn)，即玉米的CO2飽和點也低于小麥的，D正確

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