2019-2020学年人教版高中生物必修一教案:5.4.2 光合作用的过程及原理的应用
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1、第 2 课时 光合作用的过程及原理的应用一、光合作用的过程1.反应式:CO 2H 2O (CH2O)O 2。 光 能 叶 绿 体2.光合作用的过程(1)光反应阶段场所:在叶绿体类囊体的薄膜上进行。条件:必须有光、叶绿体中的色素和酶。过程水的光解:2H 2O 4HO 2; 光 能 ATP 的生成:ADP Pi ATP。 光 能 酶能量转变:光能ATP 中活跃的化学能。(2)暗反应阶段场所:在叶绿体基质中进行。条件:需要多种酶参与。过程CO2 的固定:CO 2C 5 2C3; 酶 C3 的还原:2C 3H (CH2O)C 5。 ATP 酶能量转变:ATP 中活跃的化学能(CH 2O)中稳定的化学能
2、。(3)光反应与暗反应的联系光反应为暗反应提供H 、 ATP;暗反应为光反应提供 ADP、Pi 和 NADP 。没有光反应,暗反应无法进行;没有暗反应,有机物无法合成。总之,光反应是暗反应所需物质和能量的准备阶段,暗反应是光反应的继续,是物质和能量转化的完成阶段。(4)光合作用中各元素的去向(1)光反应的场所是叶绿体中的类囊体薄膜,光反应产生的 O2、ATP 和H 都用于暗反应( )(2)暗反应包括 CO2 的固定和 C3 的还原,两个阶段都在叶绿体基质中进行( )(3)整个光合作用过程中,能量的转化是光能ATP 中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能( )(4)光合作用释放的 O2 都来自水
3、( )(5)光合作用产生的 ATP 水解释放的能量可用于生物体的各项生命活动( )答案 (1) (2) (3) (4) (5)1.为什么暗反应不能较长时间地在黑暗条件下进行?提示 因为光反应为暗反应提供的H、ATP 是有限的。2.试利用同位素示踪法分析光合作用过程中各元素的转移途径。(1)用放射性同位素分别标记 H2O 中的 H 和 O,则能在光合作用的哪些物质中检测到放射性?提示 O 可在释放的 O2中检测到;H 可在产生的糖类中检测到。(2)若标记 CO2 中的 14C,请写出光合作用中 14C 的转移途径。提示 14CO2C 5 2C 3(只有一个 14C) C 5( 14CH2O)。3
4、.结合光反应和暗反应过程分析,若突然停止光照或停止 CO2 供应,叶绿体中 C3 和 C5 相对含量发生怎样的变化?提示 (1)停止光照:C 3含量相对增加,C 5含量相对减少。(2)停止 CO2供应:C 3含量相对减少,C 5含量相对增加。二、光合作用原理的应用1.光合作用的强度(1)概念:植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的量。(2)影响因素和衡量指标光合作用强度Error!2.探究光照强弱对光合作用强度的影响(1)实 验 原 理 : 抽 去 小 圆 形 叶 片 中 的 气 体 后 , 叶 片 在 水 中 下 沉 , 光 照 下 叶 片 进 行 光 合 作 用 产生 氧 气 , 充 满
5、细 胞 间 隙 , 叶 片 又 会 上 浮 。 光 合 作 用 越 强 , 单 位 时 间 内 小 圆 形 叶 片 上 浮 的 数 量越 多 。(2)实验流程打出小圆形叶片(30 片):用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出 (直径为 1 cm)小圆形叶片抽出叶片内气体:用注射器(内有清水、小圆形叶片) 抽出叶片内气体 (O2 等)小圆形叶片沉到水底:将抽出内部气体的小圆形叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中,小圆形叶片全部沉到水底强、中、弱三种光照处理:取 3 只小烧杯,分别倒入 20 mL 富含 CO2 的清水,各放入10 片小圆形叶片,用强、中、弱三种光照分别照射观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆
6、形叶片浮起的数量(3)实验现象与结果分析:光照越强,烧杯内小圆形叶片浮起的数量越多,说明在一定范围内,随着光照强度的不断增加,光合作用强度不断增加。3.影响光合作用的因素曲线分析(1)光照强度关键点:A 点光照强度为 0,此时只进行细胞呼吸,单位时间内释放的 CO2 量表示呼吸速率。B 点细胞呼吸释放的 CO2 量和光合作用吸收的 CO2 量相等,此时的光照强度称为光补偿点。C 点时已经达到了光饱和点,此时光照强度增加,光合作用强度不再增加。关键线段:AB 段光合作用的强度小于(填“大于”“小于”或“等于”) 细胞呼吸的强度;BC 段光合作用的强度大于( 填“大于”“小于”或“等于”)细胞呼吸
7、的强度。(2)CO2 浓度走势分析:图甲和图乙都表示在一定范围内,光合作用速率随 CO2 浓度的增加而增加,但当 CO2 浓度增加到一定范围后,光合作用速率不再增加。关键点分析:图甲中 A 点表示光合作用速率 等于细胞呼吸速率时的 CO2 浓度,即 CO2 补偿点;图乙中的 A点表示进行光合作用所需 CO2 的最低浓度。图甲和图乙中的 B 和 B点都表示 CO2 饱和点。(3)温度影响原理:温度通过影响酶的活性来影响光合作用强度。曲线分析:B 点对应的温度是 最适温度,此时光合作用最强,高于或低于此温度,光合作用强度都会下降。(1)光照强度影响光合作用但光质不影响( )(2)温度只影响暗反应过
8、程,因为只有暗反应需要酶的催化( )(3)CO2 浓度是通过影响暗反应过程来影响光合作用的( )答案 (1) (2) (3) 在探究光照强弱对光合作用强度的影响实验中,水中叶圆片在强、中、弱不同光照条件下,分别呈现上浮、沉入水底的状况,试分析其原因:1.在黑暗情况下,植物叶片只进行细胞呼吸,吸收氧气,产生的二氧化碳较易溶于水,所以叶片沉在水底。细胞生理状态如图:2.在弱光下,此时的光合作用小于或等于细胞呼吸,叶片中仍然没有足够的氧气,叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如图:3.在中、强光下,光合作用大于细胞呼吸,叶片中会有足够的氧气产生,从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分,使叶片浮起来。细胞生理
9、状态如图:关键点拨 本实验中易产生的两个认识误区(1)本实验中所测的数值并不代表光合作用的真实值,而是光合作用的净产值,即光合作用强度减去细胞呼吸强度。(2)叶 片 浮 起 之 前 并 不 是 不 进 行 光 合 作 用 , 而 是 光 合 速 率 小 于 呼 吸 速 率 或 者 是 产 生 的 氧 气 量较 少 。三、化能合成作用1.自养生物和异养生物(1)自养生物:绿色植物等能以二氧化碳和水等无机物为原料合成糖类等有机物。(2)异养生物:人、动物、真菌以及大多数细菌,细胞中没有叶绿素,不能进行光合作用,它们只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。2.化能合成作用(1)概念:自然界中
10、少数种类的细菌能够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,这种合成作用叫做化能合成作用。(2)实例:硝化细菌硝化细菌能利用氨氧化成亚硝酸,进而将亚硝酸氧化成硝酸这两个过程中释放出的化学能,将二氧化碳和水合成为糖类,这些糖类可供硝化细菌维持自身的生命活动。归纳总结 光合作用与化能合成作用的比较项目 光合作用 化能合成作用生物类型 绿色植物和光合细菌 硝化细菌等能量来源 光能 体外物质氧化释放的化学能环境条件 光、CO 2、水、适宜温度等 NH3、O 2、CO 2、水、适宜温度等相同点 从外界环境摄取简单无机物合成有机物,并储存能量(1)化能合成作用不消耗能量( )(2)硝化细菌
11、能以亚硝酸和硝酸作为自身的组成物质( )(3)化能合成作用能像光合作用一样将无机物合成有机物,此过程所需的能量来源不同于光合作用( )答案 (1) (2) (3) 1.硝化细菌通过化能合成作用形成有机物,需要什么环境条件?提示 具有 NH3和氧。2.化能合成作用利用光能吗?需要叶绿素吗?提示 不利用。不需要。1.(2019沈阳高一检测)光合作用的产物葡萄糖分子中的碳、氢、氧分别来自( )A.二氧化碳、反应物水、产物水B.二氧化碳、二氧化碳、反应物水C.二氧化碳、反应物水、反应物水D.二氧化碳、反应物水、二氧化碳答案 D解析 光合作用的原料为二氧化碳和水,则产物葡萄糖分子中的碳来源于二氧化碳、氢
12、来源于水;水在光反应中生成H和氧气,即水中的氧全部生成氧气,故葡萄糖中的氧来源于二氧化碳。2.(2018河北石家庄一中期末) 如图为高等绿色植物光合作用过程图解,以下说法正确的是( )A.a 是光合色素,分布在叶绿体内膜和类囊体薄膜上B.e 是 ADP,在叶绿体类囊体薄膜上产生C.g 是三碳化合物,f 是五碳化合物D.光合作用的光反应和暗反应过程均有酶的参与答案 D解析 根据光合作用图解可知,图中 a 是光合色素,分布在叶绿体的类囊体薄膜上,A 项错误;e 是 ADP,在叶绿体基质中生成, B 项错误;g 是五碳化合物,f 是三碳化合物,C项错误;光合作用的光反应和暗反应过程均需酶的催化,D
13、项正确。3.如图表示研究 NaHCO3 溶液浓度影响光合作用速率的实验,下列说法错误的是( )A.将整个装置放在光下,毛细刻度管内的红色液滴会向左移动B.将整个装置置于暗室,一段时间后检查红色液滴是否移动,可以证明光是光合作用的必要条件C.当 NaHCO3 溶液浓度不变时,在 B 内加入少量蠕虫(无氧呼吸 ),对红色液滴移动不产生明显影响D.为使对照更具有说服力,烧杯 A 中的蒸馏水应不含 NaHCO3 并放入等量的伊乐藻答案 B解析 将整个装置放在光下,伊乐藻在光下进行光合作用产生 O2,烧杯 B 内气压增大,毛细刻度管内的红色液滴会向左移动,A 正确;没有以光为变量的对照实验,无法证明光是
14、光合作用的必要条件,B 错误;当 NaHCO3溶液浓度不变时,在 B 内加入少量蠕虫,蠕虫进行的是无氧呼吸(产生乳酸 ),不会引起装置中气体量的变化,对红色液滴移动不产生明显影响,C 正确;探究实验遵循单一变量原则,而无关变量要求相同且适宜,因此为使对照更具说服力,烧杯 A 中的蒸馏水应不含 NaHCO3并放入等量的伊乐藻,D 正确。4.(2018河北衡水中学月考)光合作用的正常进行要受多种因素的影响。一个生物兴趣小组研究了矿质元素含量、光照强度和温度对光合作用的影响,下面是一位同学根据实验结果绘制的一组曲线,你认为不正确的是( )答案 A解析 氮元素是构成酶、叶绿素、ATP、NADPH、核酸
15、的原料,是植物光合作用的必需元素,但光合作用强度不会随叶片中含 N 量的增加而持续增大。5.(2019长沙一中模拟)下列有关化能合成作用的叙述,正确的是( )不利用光能 利用环境中物质氧化释放的能量 在叶绿素作用下 将 H2O 和 CO2合成有机物 储能不多,对自然界作用不大 属异养型A. B. C. D.答案 B解析 化能合成作用是利用氧化体外环境中的无机物产生的化学能,将无机物 H2O 和 CO2合成有机物的过程。该过程不需要叶绿素,此类生物的新陈代谢类型为化能自养型。6.下图表示光合作用过程的部分图解,请据图分析下列问题:(1)图示表示光合作用的_过程,其中 B 表示_。(2)图示过程中
16、,能量变化是_ 。(3)如果用含 14C 的 CO2 来追踪小麦光合作用过程中碳原子的转移途径,则 14C 首先出现在_中。(4)叶绿体是进行光合作用的场所,在充足的光照条件下,ADP 在叶绿体内的移动方向是_;如果将此植物由光照充足的条件下移至阴暗处,则H在叶绿体中的含量将_。答案 (1)暗反应 C 3 的还原 (2)ATP 中活跃的化学能转变成有机物中稳定的化学能 (3)C3 (4) 从叶绿体基质到类囊体薄膜 减少解析 题图表示光合作用的暗反应过程,B 表示 C3的还原。 CO2进入叶绿体后,先被 C5固定成 C3,C 3被H还原后生成葡萄糖,因此,碳的转移途径应是 CO2C 3葡萄糖。A
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- 2019 2020 学年 人教版 高中生物 必修 教案 5.4 光合作用 过程 原理 应用
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