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第4節 光合作用與能量轉化（第三課時）
【學習目標】
1．在了解葉綠體結構和功能的基礎上，理解葉綠體結構與功能的統一性。
2．能夠根據所給的生物學實驗結果進行分析，得出相應的實驗結論。
3．嘗試對所學的生理過程繪制流程圖，建立概念模型。
4．準確掌握光反應和暗反應的發生場所、過程及相互之間的關系。
【課前學習】
1.光合作用的概念
光合作用是指綠色植物通過__________，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的__________，并且釋放出氧氣的過程。
2.光合作用的探究歷程
（1）19世紀末，科學界普遍認為，在光合作用中，_______分子中的C與 H2O結合成甲醛，然后甲醛分子轉化成糖。
（2）1928年，科學家發現甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過__________轉化成糖。
（3）1937年，英國_______發現離體葉綠體在適當條件下發生水的光解、產生氧氣的反應。
（4）1941年，美國魯賓和卡門用_______法證明光合作用釋放的氧氣來自水。
（5）1954年，美國阿爾農發現，在光照下，在水的光解過程中，葉綠體可合成_______。
（6）20世紀40年代，美國卡爾文利用同位素標記法探明了光合產物中的_______來自CO2。
3.光合作用的過程
下圖為綠色植物光合作用過程圖解，據圖回答相關問題：
（1）A過程是________階段，在葉綠體的_______上進行；B過程是______階段，在葉綠體的_________上進行。
（2）A過程為B過程提供的物質是________和_________。
（3）寫出圖中①～⑤所示物質名稱：①_______、②_______、③_______、④________、⑤_______。
（4）C和D的化學過程的名稱分別是_________、_________。
4.光合作用原理的應用
（1）光合作用強度的概念：植物在單位時間內通過光合作用制造_________的數量。
（2）影響光合作用強度的因素：從光合作用反應式分析，水、二氧化碳和_________都是影響光合作用強度的因素；影響葉綠體形態與結構的因素有_________、病蟲害等；影響酶活性的因素有_________等。
1. 葉綠體 有機物 2.（1）CO2 （2）光合作用 （3）希爾 （4）同位素示蹤 （5）ATP （6）碳 3.（1）光反應 類囊體薄膜 暗反應 基質 （2）ATP NADPH （3） 氧氣 NADPH ATP 二氧化碳 （CH2O） （4） CO2 固定 C3 還原 4.（1）糖類 （2）光能 無機營養 溫度
【課上學習】
任務一：
根據光合作用反應簡式，推測葉綠體中光合作用中產物氧氣和糖類的來源。
任務二：
分析每個實驗的步驟和結果，得出相應的實驗結論，從而全面掌握光合作用具體的物質變化和能量變化。
實驗1：魯賓和卡門實驗
實驗思路：
用放射性同位素標記來研究物質的去路
材料：小球藻
處理：用18O分別標記CO2和H2O，給予光照。
結果：A為O2，B為18O2；
結論：
實驗2：希爾實驗
實驗思路：施加單一變量進行研究
材料：離體葉綠體
處理：給離體葉綠體懸浮液加入氧化劑，不通入CO2；給予光照
結果：葉綠體有O2釋放。
推測：葉綠體中H2O光解產生氧氣。
思考：
1．希爾實驗中的氧化劑起到什么作用？
2．葉綠體內參與光合作用的氧化劑是什么？
實驗3：阿爾農實驗1
材料：離體葉綠體
處理：加入ADP、Pi，給予光照
結果：葉綠體生成ATP，且同時水光解產生氧氣；
結論：
實驗4：阿爾農實驗2
材料：離體葉綠體
處理：供給ATP、NADPH和CO2，黑暗條件
結果：離體葉綠體中有糖類生成
結論：
實驗5：卡爾文實驗1（右圖）
實驗思路：同位素標記14CO2，研究物質轉化過程
材料：小球藻
處理：光照、提供14CO2；不同時間殺死小球藻，再紙層析分離，最后鑒定放射性物質。
結果：先出現14C3，最后出現14C5、14C6
結論：
實驗5：卡爾文實驗2（如圖）
實驗現象：如果光照下突然中斷CO2供應，C3急劇減少而C5量增加；突然停止光照，C3濃度急速升高而C5的濃度急速降低。
結論：
任務三：
總結光合作用原理，比較光反應和暗反應的物質、能量、場所以及它們之間的聯系，深入掌握光合作用原理。
光反應 暗反應
場所
能量變化
聯系
【課后練習】
一、單選題
1．在光合作用過程中，光反應為暗反應提供的產物是（ ）
A．ADP和NADP B．O2和H2O
C．O2和NADPH D．ATP和NADPH
2．下列物質中屬于光反應產物的是（ ）
A．葡萄糖 B．C3 C．ADP D．ATP
3．下圖是利用小球藻進行光合作用的實驗示意圖，小球藻進行光合作用放出的氣體M是（ ）
A．CO2 B．O2 C．N2 D．NH3
4．如用14CO2來追蹤光合作用過程中的碳原子，碳原子的轉移途徑是（ ）
A．14CO2→葉綠素→ADP B．14CO2→三碳化合物一糖類
C．14CO2→ATP→糖類 D．14CO2→五碳化合物→糖類
5．下圖為葉綠體的結構與功能示意圖，下列說法錯誤的是（　　）
A．結構B為葉綠體基質，光合作用的酶全部分布在其中
B．甲為暗反應過程中生成的（CH2O）
C．結構A釋放的氧氣可進入線粒體中
D．吸收光能的色素位于結構A
6．某細胞器含有甲、乙兩層膜，在乙膜兩側存在H+濃度差。H+順濃度梯度經ATP合成酶轉移至該細胞器的基質的同時，驅動ATP的合成。下列敘述正確的是（ ）
A．乙膜上含有光合色素
B．乙膜上能產生NADPH和O2
C．乙膜消耗氧氣產生大量ATP
D．乙膜在無氧氣的條件下合成ATP
7．如圖是某同學利用銀邊天竺葵做實驗的部分步驟，下列相關分析不正確的是（ ）
A．甲是為了使葉片原有的淀粉運走、耗盡
B．乙中葉的銀邊和綠色部分形成對照實驗
C．丁中葉片滴碘液后銀邊部分變藍
D．實驗結論是綠葉在光下能制造淀粉
8．細胞中糖類的合成與分解過程如圖，下列敘述正確的是（ ）
A．過程①產生的能量大部分儲存在ATP中
B．過程①在線粒體中進行，過程②只在葉綠體中進行
C．過程②產生O2中的氧來自H2O和CO2
D．過程②中儲存的能量來自ATP和NADPH中的化學能
9．把載有水綿和好氧細菌的臨時裝片放在沒有空氣、黑暗的條件下一段時間，然后用極細的光束照射水綿不同部位（如圖所示）。下列敘述錯誤的是（ ）
A．可觀測到一些光照部位有好氧細菌積聚
B．可觀測到一些光照部位沒有好氧細菌積聚
C．可推知光合作用產生氧氣，場所是葉綠體
D．結論為光合作用產生氧氣，需要二氧化碳
二、非選擇題
10．用高速離心機打碎植物細胞，獲得可以進行光合作用的離體葉綠體，進行如右圖所示的實驗。請分析回答下列問題：
（1）實驗A中 （有、沒有）糖類產生，原因是 。
（2）因為光合作用的光反應階段是在 中進行，所以試驗B中 （有、沒有）糖類產生。
（3）若讓實驗C中產生糖類，錐形瓶中至少還應該加入光反應的產物 。
11．右圖是葉綠體局部結構模式圖。請回答問題：
（1）圖中①是 ，上面分布著可以吸收光能的物質是 。
（2）CO2的固定和C3的還原場所是[②] ，還原過程需要①產生的物質是 和 。
參考答案
1．D 由分析可知，在光合作用過程中，光反應為暗反應提供的產物是ATP和NADPH，D正確，ABC錯誤。
2．D 由分析可知，光反應的產物有O2、NADPH、ATP，ABC錯誤，D正確。
3．B根據光反應的過程可以看出，水光解后能產生氧氣，而通入的二氧化碳參與了暗反應，所以小球藻進行光合作用放出的氣體M是氧氣。
4．B 根據暗反應中二氧化碳的固定過程可知二氧化碳中的碳原子轉移到三碳化合物中，然后暗反應進行的是三碳化合物的還原，所以碳原子又轉移到有機物中，即14CO2→三碳化合物→糖類[CH2O]。
5．A 結構B為葉綠體基質，光合作用的酶，除了分布在葉綠體基質中外，還分布在類囊體薄膜上，A錯誤；甲為暗反應過程中生成的（CH2O），B正確；結構A為類囊體堆疊成的基粒，是光反應的場所，光反應釋放的氧氣可進入線粒體中，參與有氧呼吸第三階段，C正確；結構A為基粒，吸收光能的色素位于組成結構A的類囊體薄膜上，D正確。
6．C 根據試題分析，乙膜為線粒體內膜，不含色素，A錯誤；乙膜為線粒體內膜，不能產生NADPH和O2，B錯誤；通過分析可知，乙膜是線粒體內膜，是有氧呼吸第三階段的場所，消耗氧氣產生大量ATP ，C正確；乙膜為線粒體內膜，在無氧條件下不能合成ATP，D錯誤。
7．C 甲所示的為暗處理，實驗前應將天竺葵放在暗處一晝夜，目的是將葉片內原有的淀粉運走耗盡，這樣才能說明檢驗的淀粉是在實驗過程中產生的而不是原先儲存的，A正確；、在探究某種條件對研究對象的影響時，對研究對象進行的除了該條件不同以外，其他條件都相同的，乙中葉的銀邊和綠色部分形成對照實驗，B正確；丁中葉片銀邊部分不能進行光合作用，不能產生淀粉，滴碘液后沒有變藍色，綠色部分變成藍色，C錯誤；淀粉遇碘變藍，加入碘液后葉片變藍，可以證明綠葉在光下能制造淀粉，D正確。
8．D 過程①有氧呼吸產生的能量大部分以熱能的形式散失，A錯誤；過程①有氧呼吸在細胞質基質和線粒體中進行，B錯誤；過程②光合作用產生O2中的氧只來自H2O，C錯誤；過程②光合作用中儲存的能量來自ATP和NADPH中的化學能，D正確。
9．D 據圖可知，用極細的光束照射水綿，好氧細菌會聚集在葉綠體受光部位，而不受光的葉綠體部位沒有好氧細菌積聚，說明受光的葉綠體釋放氧氣，從而說明光合作用的場所是葉綠體，產物有氧氣，需要光照。不能說明光合作用需要二氧化碳，綜上所述，ABC正確，D錯誤。
10．【答案】 （1）沒有 沒有二氧化碳，二氧化碳被氫氧化鈉吸收 （2）葉綠體的類囊體 沒有 （3）ATP和NADPH
【解析】（1）氫氧化鈉能夠吸收封閉瓶中的二氧化碳。
（2）光反應必須依賴類囊體上的色素吸收光能才能進行，沒有光反應產生的ATP和NADPH，碳反應無法進行三碳化合物的還原，就不會產生糖類。 （3）ATP為三碳化合物的還原提供能量，NADPH為三碳化合物的還原提供能量和還原劑。
11．【答案】（1）類囊體（基粒、囊狀結構）；光合色素 （2）葉綠體基質；ATP；[H]（NADPH）
【解析】（1）①如果是指一層囊狀結構則為類囊體，如果指的是整個圓柱狀結構則為基粒。類囊體膜上有光合色素。（2）碳反應場所在葉綠體基質。第4節 光合作用與能量轉化（第四課時）
【學習目標】
1．能夠通過光合作用原理的學習，找出影響光合作用的因素。
2．熟記光合作用強度的定義
3．初步學會探究實驗的設計及結果預期。
4．明確社會責任，能夠利用所學的光合作用原理提出提高農作物的產量的建議。
【課前學習】
繪制光合作用過程圖解
【課上學習】
任務一：通過光合作用的總反應式來分析影響光合作用的因素。
任務二：初步嘗試設計探究影響光合作用因素的實驗，包括實驗材料、處理、實驗結果的預期。
探究環境因素對光合作用的影響
自變量：光照（強度、光質）、溫度、CO2濃度等
因變量：光合速率
無關變量：植物葉片、其他環境條件處理、實驗操作
思考：
1．如何測量光合速率？
2．試著設計“探究光照強度對光合作用的影響”實驗
3．嘗試繪制光照強度與光合作用強度關系的曲線
任務三：學會用比較的方法對學過的知識如光合作用和細胞呼吸進行總結。
有氧呼吸 無氧呼吸 光合作用
原料
產物
場所
能量變化
【課后練習】
1．用水蘊草（一種水生植物）進行實驗，實驗裝置如下圖。實驗過程中定時記錄試管頂端的氣體量。本實驗的主要目的是
A． 水溫對光合作用速率的影響
B． 光照對光合作用速率的影響
C． 水溫對細胞呼吸速率的影響
D． 光照對細胞呼吸速率的影響
2．下列關于光合作用和細胞呼吸的敘述，正確的是
A． 光合作用和細胞呼吸總是同時進行
B． 光合作用形成的糖類能在細胞呼吸中被利用
C． 光合作用產生的ATP全部用于細胞呼吸
D． 光合作用與細胞呼吸分別在葉肉和根細胞進行
3．在封閉的溫室內栽種農作物，下列不能提高作物產量的措施是
A．降低室內CO2濃度 B．保持合理的晝夜溫差
C．增加光照強度 D．適當延長光照時間
4．自養生物和異養生物的根本區別是
A． 能否進行有氧呼吸 B． 能否將外界無機物合成自身有機物
C． 能否進行光合作用 D． 能否進行化能合成作用
5．小麥黃化（失綠）是高等植物基因突變導致葉綠素含量下降的現象。科研人員發現某突變型水稻葉片的葉綠素含量約為野生型的一半，但固定CO2的酶活性顯著高于野生型。右圖所示兩條曲線分別為兩種類型水稻在不同光照強度下的CO2吸收速率。下列敘述不正確的是
A．曲線A和B與縱坐標軸的交點相同代表呼吸速率相同
B．曲線B表示突變型，其光飽和點對應的光照強度較低
C．在P點處突變型和野生型水稻的真（總）光合速率一定相同
D．低于P點時，限制突變型小麥光合速率的主要環境因素是光照強度
6．下圖表示在正常溫度下，不同CO2濃度、不同光照強度對某種植物吸收CO2量的影響。請回答問題：
（1）當光照強度為低光強時，從A點開始隨著 的增加，此植物光合作用強度不再增加。
（2）當CO2濃度為B、光照強度為
（高光強、低光強）時，此植物可合成較多的有機物，原因是光反應可以產生較多的ATP和 。
（3）據圖可知，光合作用受 和 的共同影響。
7．在冬季培育蔬菜的密閉溫室中，研究人員測得室內24小時CO2濃度變化曲線如下圖。
請回答問題：
（1）AB和EF段CO2濃度沒有變化，表明植物的光合作用速率 （大于、小于、等于）呼吸作用速率；若在E點適當通風，光合作用速率將會 （變大、變小、不變）。
（2）BC段CO2濃度明顯上升，其原因是此時段植物細胞沒有進行 作用；CD段CO2濃度增加緩慢的原因是溫室內 導致細胞呼吸減弱。
（3）24小時中植物在 段積累有機物。（填寫圖中字母）
8．下圖是某種植物葉肉細胞的模式圖及根據該種植物某項實驗結果繪制的曲線圖，請結合下圖提供的信息回答問題：
（1）在圖9中，能產生ATP的部位有 （用圖中標號回答）；經糖酵解產生的物質甲是 ，在 條件下物質甲大量進入線粒體；發生在 （用圖中標號回答）處的生化反應能產生大量的ATP。
（2）光照強度為 時，a與b（或e與f）過程處于動態平衡狀態，光照強度為3千勒克司時，CO2的走向有 （用圖中標號回答）。在晝夜長度相等且白天光照強度不變的情況下，光照強度超過 時，植物在一晝夜時間內能積累有機物。
（3）影響A點上下移動的外界因素主要是 ，所以用大棚種植蔬菜時，可采用 的方法來提高細胞中有機物的積累。影響B點上下移動到外界因素主要有 ，在A~B段，限制光合作用的主要因素是 。
（4）光照強度為2千勒克司時，該植物固定CO2的速率是 。
參考答案
1．A 據圖溫度是兩張圖的主要差異，所以探究溫度對光合作用的影響。
2．B 細胞呼吸總是進行，而光合作用只在有光條件下進行。光合作用產生ATP，僅用于碳反應。葉肉細胞進行光合和呼吸，但是根部細胞只進行呼吸。
3．A 降低CO2濃度不能提高光合作用
4．B 能夠把無機物合成有機物的生物都屬于自養生物
5．B 當光照為0時，植物只進行細胞呼吸，所以A對；植物吸收二氧化碳的量為凈光合速率，加上呼吸速率為總光合速率，所以C對。 6．【答案】（1）二氧化碳濃度 （2）高光強；NADPH（[H]） （3）二氧化碳濃度；光照強度 【解析】（1）A點開始隨橫坐標增加縱坐標不再增加，所以是二氧化碳。 （2）B點時二氧化碳濃度不變時，高光強下二氧化碳吸收量大，合成的有機物較多。（3）圖中有二氧化碳濃度和光強兩個變量。注意只答二氧化碳和光照是不對的。
7．答案（1）等于 變大 （2）光合 細胞呼吸減弱 （3）DE
【解析】（1）AB段和EF段都有光照，說明植物能進行光合作用和呼吸作用，而CO2濃度沒有變化，說明光合作用速率等于呼吸作用速率；若在E點適當通風，增加CO2濃度，光合速率會變大。（2） BC段處于黑暗條件下，植物不進行光合作用，只進行細胞呼吸，則CO2濃度會增加；CD段為子夜后到凌晨時間，氣溫下降，酶的活性降低，呼吸速率減慢，故CO2濃度上升減慢。（3）DE段CO2濃度下降，說明植物光合作用速率吸收的CO2大于呼吸作用放出的CO2，因此植物積累有機物。
8．【答案】（1）②③⑥⑧（2分，答對三個以上得分） 丙酮酸 有氧（氧充足） ② （2）1千勒克斯 b、h、c（2分） 2千勒克斯 （3）溫度 夜間適當降低溫度（2分） CO2濃度（CO2濃度、溫度、水分） 光照強度（4）0．8 mol/h（2分）
解析：（1）在圖1中，能產生ATP的生理活動有光反應和有氧呼吸的三個階段，相應的部位是葉綠體的類囊體的薄膜上、線粒體的內膜和基質以及細胞基質。有氧呼吸分三個階段進行，第一階段是在細胞質基質中進行葡萄糖分解為丙酮酸，第二階段是在線粒體基質中進行的，丙酮酸穿過線粒體進入線粒體基質中氧化分解為二氧化碳，第三階段在線粒體內膜中，[H]和氧氣進行氧化分解為水并釋放能量。（2）圖2中B點是光飽和點，此時光合作用和呼吸作用剛好相等，處于平衡狀態。光照強度為3千勒克司時，光合作用大于呼吸作用，線粒體提供的二氧化碳給葉綠體進行光合作用消耗遠遠不足，還需要細胞外吸收二氧化碳。植物在一晝夜時間內能積累有機物，需要一天的凈光合作用大于0，光照強度為2千勒克斯時，剛好光合作用用于呼吸作用。（3）A點是植物只進行呼吸作用，影響A點的外界因素有溫度，溫度影響酶的活性從而影響呼吸作用。大棚種植蔬菜時，可采用增大晝夜溫度差的方法來提高細胞中有機物的積累。B點植物進行光合作用和呼吸作用，影響B點上下移動的外界因素主要二氧化碳濃度、溫度、水分。在A～B段，光合作用小于呼吸作用，影響光合作用的因素是光照強度。（4）光照強度為2千勒克司時，該植物固定二氧化碳的速率是（0．4+0．4）mol/h=0．8 mol/h。

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