高中生物第5章 细胞的能量供应和利用第4节 光合作用与能量转化二 光合作用的原理和应用学案设计

这是一份高中生物第5章 细胞的能量供应和利用第4节 光合作用与能量转化二 光合作用的原理和应用学案设计，共8页。学案主要包含了学习目标，学习重难点，预习新知，巩固训练等内容，欢迎下载使用。

【学习目标】
1.了解光合作用的探究历程，说出光合作用的概念
2.掌握光合作用的光反应和暗反应过程及二者的关系
【学习重难点】
重点
1.分析光合作用的过程，比较光反应和暗反应。
2.分析影响光合作用的环境因素。
难点：举例说明光合作用原理的实践应用。
【预习新知】
光合作用的原理
1.概念
光合作用是指绿色植物通过 ，利用 ，将 和 转化成储存着能量的 ，并且释放出 的过程。
2.反应式：
3.探索光合作用原理的部分实验
4.光合作用的过程
(1)Ⅰ是 阶段
①场所：在 上进行。
②条件：必须有 、叶绿体中的 和酶。
③过程
a.水的光解：2H2O4 ＋ ；
b.ATP的生成：ADP＋Pieq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(酶)) 。
④能量转变：光能一部分转变为 中活跃的化学能；一部分储存在 中。
(2) Ⅱ是 阶段
①场所：在 中进行。
②条件：有光无光均可，需要多种 参与。
③过程
a.CO2的固定：CO2＋ ；
b.C3的还原： ＋NADPHeq \(――→,\s\up7(ATP),\s\d5(酶)) ＋C5。
④能量转变： 中活跃的化学能和 中部分能量→ 中稳定的化学能。
(3)图中 ① ；② ；③ ；④ ；⑤ ；⑥ ；⑦ 。
(4)光反应与暗反应的联系
①光反应为暗反应提供 、 ；暗反应为光反应提供 、 、 。
②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。
(5)总反应式
a.产物为(CH2O)：
b.产物为C6H12O6：
(6)元素的转移途径
①H：3H2O 。
②C：14CO2 。
③O：H218O ；C18O2 。
光合作用原理的应用
(一)光合作用强度：
(1)概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
(2)表示方法：用一定时间内原料消耗或产物产生量的数量来定量表示。
(二)实验：探究光照强度对光合作用强度的影响
(1)原理：抽去圆形小叶片中的气体后，叶片在水中 ，光照下叶片进行光合作用产生 ，充满细胞间隙，叶片又会 。光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上浮的数量 。
(2)变量：自变量：不同 控制自变量：调节 与 的距离进行对照实验
因变量： 强度 检测因变量： 浮起数量 无关变量：叶片大小、溶液的量
(3)流程：取材→排气→沉水→分组→光照→观察并记录
(4)结果：在一定范围内，台灯与实验装置的距离越近，浮起的圆形小叶片也越多。
(5)结论：在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用也增强(单位时间内圆形小叶片中产生的O2越多，浮起的圆形小叶片也越多)。
提示：台灯发光同时也会使温度发生改变，在台灯与烧杯之间加盛水玻璃柱排除温度对实验现象的影响。
(6) 本实验每组圆形小叶片 （可以、不可以）由30片改为3片。理由：
(三)影响光合作用强度的因素：
1．内因：叶绿体的数量、叶绿素的含量、_ _的含量和活性、叶龄等。
2．外因：光照强度、光照时间、光的成分、CO2浓度、温度、水和矿质元素等。
(1)原料：CO2、水。动力：光能。例如：环境中CO2浓度、叶片气孔开闭情况。
(2)影响叶绿体(光合作用场所)的形成和结构。如无机营养、病虫害也会影响光合作用强度。
(3)温度、pH。光合作用需要酶参与，温度、pH影响酶活性。
3．外因分析：
(1)光照：
a.①净光合速率表示法：绿色植物光下，一定时间内O2 量、CO2 量或糖类（有机物）的 量
②上图中光照强度大于C时，OA段表示植物 速率，OF段表示植物 速率，则真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率
b曲线与图形分析：
1、A点光照强度为0，此时只进行 ，无 作用。细胞内的代谢特点如图2所示。
2、AB段：细胞呼吸强度 光合作用强度(图3),净光合速率 0，植物不能 ，长时间处于此种状态，植物将死亡。
3、B点：光合作用强度 细胞呼吸强度(图4)。B点所示光照强度称为 。净光合速率 0，植物不能生长。
4、BC段：净光合速率 0，植物因积累有机物而正常生长。(图5)
5、C点所示光照强度称为 点。AD段限制因素： DE段限制因素： 浓度等
c应用：①适当 光照强度； 光合作用时间；增加光合作用面积—— 合理密植 ；温室大棚用_________的塑料或玻璃。
(北方夏季中午时，光照强度很强，植物的光合作用强度将 。原因：光照强度过 ，温度 ，导致气孔 ，细胞CO2供应 ，光合作用强度 )
(2)CO2浓度：
(3)温度:①温度通过影响酶的 来影响光合作用强度。
②应用：适时播种；温室栽培时白天适当 温度，以提高光合作用速率；夜间适当 温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累。
(4)水及矿质元素
①N、Mg、Fe等是叶绿素合成的必需元素，若这些元素缺乏，会影响 的合成从而影响光合作用。
②水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质；水还会影响 关闭，从而影响CO2进入植物体，间接影响光合作用。
【巩固训练】
1.细胞内的生物膜在结构和功能上紧密联系，许多重要的化学反应需要酶的参与，广阔的膜面积为多种酶提供了附着位点。在真核细胞中，下列代谢过程在膜上进行的是( )
A.有氧呼吸过程中NADH与O2结合
B.光合作用暗反应中CO2与C5结合
C.翻译过程中tRNA和mRNA的结合
D.DNA复制时解旋酶与DNA的结合
2.用新鲜的菠菜进行光合色素的提取和分离，相关叙述正确的是( )
A.提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂
B.在划出一条滤液细线后紧接着重复划线2—3次
C.在敞开的烧杯中进行层析时，需通风操作
D.层析完毕后应迅速记录结果，否则叶绿素条带会很快随溶剂挥发消失
3.大棚种植在丰富人们的餐桌时,也引发了一些种植问题。为了提高农作物产量,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矿质元素
②阴天补充光源,可补充蓝紫色或红色光源
③定期在温室中释放二氧化碳,以提高光合作用强度
④保持温室中昼夜温度的一致,有利于植物积累营养物质
A.①②③B.②③④C.①②③④D.①④
4.下列关于光合作用和化能合成作用的叙述，正确的是( )
A.都以光能作为能源
B.这两类作用都是真核生物特有的方式
C.进行光合作用的生物属于自养生物，进行化能合成作用的生物属于异养生物
D.都能将CO2和水合成为有机物
5.绿色植物在进行光合作用的同时，还会进行呼吸作用，这两个生理过程紧密联系。细胞呼吸和光合作用的原理在生活和生产实践中有广泛应用。下列相关叙述错误的是( )
A.光合作用需要的ATP主要由细胞呼吸作用提供
B.光下测得的O2释放量不是光合作用实际的O2产生量
C.白天适当降温，夜晚适当升温，可以提高作物的产量
D.增加CO2浓度会抑制细胞呼吸，并且不利于植物的光合作用
6.生命活动离不开水。下图表示高等植物细胞代谢的部分过程，其中数字序号表示相关场所。请回答下列问题：
（1）细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为__________；该过程离不开水、能量和__________等，后者作用需要温和的条件。
（2）图中①是__________，除图示产物外，该处的产物还有__________（答2种）等。
（3）水在细胞代谢中，既是反应物又是产物。图示生理过程中，除了水，既是反应物又是产物的物质还有__________（答2种）等。
参考答案
1.答案：A
解析：A、有氧呼吸过程中NADH与O2结合发生在线粒体内膜，A符合题意；
B、光合作用暗反应中CO2与C5结合发生在叶绿体基质，B不符合题意；
C、翻译过程中tRNA和mRNA的结合，发生在细胞质中的核糖体上，C不符合题意；
D、DNA复制时解旋酶与DNA的结合发生在细胞核内，D不符合题意。
故选A。
2.答案：A
解析：A、提取叶绿体中色素的原理是色素易溶于有机溶剂，可用无水乙醇作为溶剂，A正确；
B、画滤液细线时，应等上一次干了以后再画下一次，B错误；
C、进行层析时，应该将烧杯盖住，防止层析液挥发，C错误；
D、层析完毕后应迅速记录结果，否则叶绿素条带会因色素分解而消失，但不会因挥发而消失，D错误。
故选A。
3.答案：A
解析：①定期松土，可以增加土壤中氧气浓度，有利于植物细胞呼吸作用，利于根部吸收矿质元素，①正确;②光合色素主要吸收红光和蓝紫光，阴天补充光源，可补充蓝紫色或红色光源，②正确;③定期在温室中释放二氧化碳，可以保证二氧化碳供应，以提高光合作用强度，③正确;④应增大昼夜温差，有利于植物积累营养物质，④错误;⑤及时清除温室薄膜上的水珠，可以减少光照的反射等，有利于增加自然光照强度，⑤正确。
4.答案：D
解析：光合作用需要光能作为能源，化能合成作用不需要光能作为能源，A错误；进行化能合成作用的硝化细菌为原核生物，B错误；光合作用和化能合成作用的生物都属于自养生物，C错误；光合作用是利用光能将CO2和H2O合成有机物，化能合成作用是利用氧化还原反应过程中释放的化学能将CO2和H2O合成有机物，D正确。
5.答案：ACD
解析：光合作用光反应时水光解产生的ATP供光合作用暗反应C₃的还原，不需要呼吸作用所提供的ATP，A错误；光下测得的O2量是植物体的O2释放量，为净光合量，是植物光合作用制造的总氧量减去呼吸作用消耗的部分后释放出来的，因此不是光合作用实际的O2产生量，B正确；白天适当升温促进光合作用，夜晚适当降温抑制呼吸作用，可以提高作物的产量，C错误；增加CO2浓度会抑制细胞呼吸，但在一定程度上能促进光合作用的进行，D错误。
6.答案：
（1）细胞代谢酶
（2）类囊体薄膜ATP和O2
（3）（CH2O）（或葡萄糖）、CO2和O2、NADPH、ATP等（答2种）
解析：（1）细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢；机体条件温和，细胞代谢需要酶的催化，细胞代谢过程离不开水、能量和酶等；酶的作用需要温和的条件。
（2）图中①是光反应场所为类囊体薄膜，②是暗反应场所是叶绿体基质，③可表示有氧呼吸第一阶段的场所细胞质基质和第二阶段的场所线粒体基质，④是有氧呼吸第三阶段的场所即线粒体内膜。类囊体中发生的反应有水的光解和ATP的合成等，产物有NADPH、O2、ATP等。
（3）在有氧呼吸过程中，反应物主要有水、（CH2O）和O2，产物主要有CO2和水，而光合作用过程中，反应物主要有水、CO2、产物主要有O2和（CH2O）；图示生理过程中，除了水，既是反应物又是产物的物质还有（CH2O）、CO2和O2、NADPH、ATP等。
时间及科学家
观点或实验过程
发现或实验结论
实验特点
19世纪末到1928年
在光合作用中，CO2中的C和O被分开，O2被释放，C和H2O结合成甲醛，甲醛分子缩合成糖
甲醛对植物有毒害作用，甲醛 通过光合作用转化成糖
1937年希尔
(英国)
离体叶绿体的悬浮液＋铁盐或其他氧化剂O2
离体叶绿体在适当条件下发生 的光解，产生
悬浮液中有H2O，无CO2
1941年鲁宾、卡门(美国)
向植物提供eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(H\\al( 18,2)O、CO2→, 释放18O2,H2O、C18O2→, 释放O2))
光合作用释放的O2来自
相互对照。
自变量：标记物；
因变量：

1954年、1957年阿尔农(美国)
光照下，叶绿体可合成 ，这一过程总与水的光解相伴随
20世纪40年
代 (美国)
用经过14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向
探明了CO2中的碳在光合作用中转化成
中碳的途径
利用 法