1、第2课时光合作用的原理和应用新课程标准核心素养1.说明光合作用以及对它的认识过程。2.掌握光合作用过程中的物质变化和能量变化。3.理解影响光合作用的环境因素。4.简述化能合成作用。1.科学思维构建光反应和暗反应的过程模型，理解二者之间的关系，培养科学建模的能力。2.社会责任通过观察、搜集，用所学知识分析光合作用原理在农业生产中的应用。知识点(一)光合作用的原理1光合作用的概念和反应式(1)概念：绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。(2)反应式：CO2H2O(CH2O)O2。2光合作用的探究历程(1)19世纪末，科学界普遍认为：C与H2O结
2、合成甲醛。(2)1928年：甲醛不能通过光合作用转化成。(3)1937年，英国希尔：离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气。(4)1941年，鲁宾和卡门：研究了光合作用中氧气的来源(氧气来源于H2O)。(5)1954年，美国阿尔农：光照下，叶绿体可合成ATP；1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。3光合作用的过程(1)光反应阶段场所：叶绿体的类囊体薄膜。条件：、色素和有关的。物质变化.水的光解：H2OO22NADPH.ATP的合成：ADPPi能量ATP。能量变化：将光能转变为活跃的化学能。(2)暗反应阶段场所：叶绿体基质中。条件：的催化。物质变化.CO2的固定：CO2C52C3
3、.C3的还原：C3(CH2O)C3C5能量变化：ATP中活跃的化学能转变为有机物中稳定的化学能。(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NADPH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。()1(科学探究)希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？提示：希尔的实验只能说明水的光解产生氧气，但没有说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水，具有实验的
4、局限性。2(科学思维)暗反应是CO2形成(CH2O)的过程，那么，我们可以利用什么方法来探究一下这个过程呢？你能尝试运用示意图表示出暗反应的过程吗？提示：同位素示踪法。1光反应与暗反应的比较(1)区别项目光反应暗反应(碳反应)实质光能转化为化学能，并释放O2同化CO2，合成有机物需要条件外界条件：光照内部条件：色素、酶外界条件：无需光照内部条件：酶反应场所叶绿体类囊体的薄膜上叶绿体的基质中物质变化水的光解：水分解成NADPH和O2ATP的合成：在相关酶的作用下，ADP和Pi形成ATPCO2的固定：CO2C52C3C3的还原：2C3(CH2O)C5能量变化光能活跃的化学能活跃的化学能有机物中稳定
5、的化学能相应产物O2、ATP和NADPH糖类等有机物(2)联系光反应为暗反应提供两种重要物质：NADPH和ATP，NADPH既可作还原剂，又可提供能量；暗反应为光反应提供三种物质：ADP、Pi以及NADP。暗反应有光无光都能进行。若光反应停止，暗反应可持续进行一段时间，但时间不长，故晚上一般认为只进行呼吸作用，不进行光合作用。2光合作用过程中的物质变化(1)光合作用过程中C、O元素转移途径(2)光合作用总反应式与C、H、O元素的去向1下图表示光合作用的过程，其中、表示光合作用的两个阶段，a、b表示相关物质。下列相关叙述正确的是()A阶段表示暗反应B阶段表示光反应C物质a表示NADPHD物质b表
6、示C3解析：选C、分别表示光反应和暗反应，A、B错误；光反应为暗反应提供ATP和NADPH，所以图中的a表示的是NADPH，b表示的是ATP，C正确，D错误。2如图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是()A光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高B被还原的C3在相关酶的催化作用下，可再形成C5CCO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能DCO2可直接被NADPH还原，再经过一系列的变化形成糖类解析：选B光照强度由强变弱时，ATP和NADPH合成减少，C3还原减慢，C5生成量减少，而C5的消耗暂时不变，所以短时间内C5含量会减少，A错误；C3在有关酶的催化作用
7、下，能形成糖类、水和C5，B正确；CO2的固定实质上是CO2与C5反应生成C3，ATP不参与CO2的固定，ATP用于C3的还原，C错误；CO2不能直接被NADPH还原，需要形成C3后才能被NADPH还原，再经过一系列的变化形成糖类，D错误。知识点(二)光合作用的应用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数量。(2)表示方法单位时间内光合作用(3)影响光合作用的因素2探究光照强度对光合作用强度的影响3在生产实践中的应用实例原理间作套种不同植物对光照的需求不同冬季大棚温度白天适当提高，晚上适当降低白天提高温度，促进光合作用；夜间降温，抑制呼吸作用“正其行、通其风”增大C
8、O2浓度，有利于光合作用的进行合理灌溉缺少水导致气孔关闭，CO2供应不足4化能合成作用(1)概念：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。(2)实例：硝化细菌能利用土壤中的氨(NH3)氧化成亚硝酸(HNO2)，进而氧化成硝酸(HNO3)的过程中所释放的化学能将CO2和H2O合成糖类，供自身利用。(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。()(4)探究实验中，圆形小叶片浮起的原因是叶片进行细胞呼吸产生了CO2。()(5)绿色植物和硝化细菌都为自养生物，都可通过光合
9、作用制造有机物。()1(科学思维)夏季中午，光照强、温度高，但植物的光合作用强度反而减弱，原因是什么？提示：光照过强、温度高气孔关闭CO2供应不足光合作用强度减弱。2(社会责任)大棚种植使用有机肥有利于增产，请从影响光合作用的因素分析原因。提示：有机肥被微生物分解产生无机盐和CO2，无机盐被植物吸收利用，CO2能增大棚内的CO2浓度，提高作物的光合速率。3(科学探究)探究实验中，叶片上浮的原因是什么？影响叶片上浮的外界因素主要是什么？提示：光合作用产生的O2，导致叶片上浮。影响叶片上浮的主要外界因素是光照强度，即光照强度影响光合作用强度，进而影响叶片上浮。探究光照强度对光合作用强度的影响实验分
10、析(1)本实验中的数值并不代表真正的光合速率，而是光合作用的净产值，即光合作用与细胞呼吸的差值。(2)用注射器使叶片中的气体溢出后，放在黑暗环境中待用的目的是防止在有光的条件下产生O2，使叶片浮上来。(3)也可将水溶液换成NaHCO3溶液(或者CO2缓冲液)，以持续提供CO2。(4)本实验的自变量是光照强度，可以通过更换灯泡大小或改变灯和试管之间的距离来改变光照强度。(5)因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的圆形小叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强弱。1如何使作物最大限度地利用太阳光能进行光合作用，是现代化农业生产中提高作物产量的根本问题。
11、下列措施不能有效提高光能利用效率的是()A阴雨天气提高温室中的CO2浓度B将玉米与大豆混合种植C为农作物补充镁元素，保证叶绿素的含量D合理灌溉，使植株保持挺拔解析：选A阴雨天气，光照强度减弱，这种情况下补充CO2达不到提高光能利用率的目的；玉米与大豆套种可以充分利用光能，进而达到提高光能利用率的目的；充足的叶绿素可以保证对光的最大吸收；植株挺拔，叶片充分展开，有利于对光的吸收。2下图甲为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉入水底，然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度的NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平
12、均时间(见图乙)，以研究光合速率与NaHCO3溶液浓度的关系。有关分析正确的是()A在ab段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合速率逐渐减小B在bc段，单独增加光照或温度或NaHCO3溶液浓度，都可以缩短叶圆片上浮的时间C在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降D因配制的NaHCO3溶液中不含O2，所以整个实验过程中叶片不能进行呼吸作用解析：选C在ab段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，叶圆片上浮至液面所用的平均时间变短，表明光合速率逐渐增大；在bc段，单独增加光照或温度可以缩短叶圆片上浮至液面所用的时间，但单独增加NaHCO3溶液浓度不能缩短叶圆片上浮至液面
13、所用的时间；在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降；凡是活细胞都能进行呼吸作用。方法点拨小圆形叶片上浮实验中的三个关注点(1)叶片上浮的原因是光合作用产生O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面认为只是光合作用产生了O2。(2)打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长小圆形叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。(3)为确保溶液中CO2含量充足，小圆形叶片可以放入NaHCO3溶液中。要语必背网络构建一、要语必背1关于NADPH的解释(1)氧化型辅酶(NADP)与电子、H结合，形成还原型辅酶(NADPH)。(2)呼吸作用中的H是还原型辅酶(NADH)，由
14、氧化型辅酶(NAD)转化而来，与光合作用中的NADPH不同。2自养生物与异养生物(1)自养生物特点：能够利用光能或无机物氧化释放的化学能作为能源，将CO2等无机物合成有机物，储存能量，维持自身的生命活动。代表生物(2)异养生物特点：利用环境中现有的有机物来维持自身的生命活动。代表生物：寄生性植物、动物、真菌以及大多数细菌。二、网络构建1下列有关探究光合作用探索实验的叙述，正确的是()A希尔反应表明植物光合作用产生的氧气中的氧元素来自水B含水绵和好氧细菌的临时装片，用透过三棱镜的光照射，绿光区域聚集的好氧细菌最多C阿尔农通过实验证实了叶绿体合成ATP的过程总是与水的光解相伴随D向小球藻提供14C
15、O2，光照一段时间，14C5化合物先于14C3化合物出现解析：选C由于缺少加入CO2的另一组对照实验，故不清楚植物光合作用产生的氧气中的氧元素是否能来自于CO2，A错误；光合色素主要吸收红光和蓝紫光，该实验中恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现好氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，绿光区域聚集好氧细菌最少，B错误；阿尔农通过实验证实了叶绿体合成ATP的过程总是与水的光解相伴随，C正确；向小球藻提供14CO2，光照一段时间，14C3化合物先于14C5化合物出现，D错误。2德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处“饥饿”处理(消耗掉叶片中的淀粉)数小时后，再把叶片的一部分遮光，其他部分曝光。一段时间
16、后，将该叶片经脱色、漂洗再用碘液处理，结果遮光部分不变蓝，曝光部分变蓝。下列有关本实验的分析及结论合理的是()本实验未设对照组有无光照是遮光和曝光区域显现不同结果的唯一原因实验初始时，遮光和曝光区域均应达到无淀粉状态实验证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉ABCD解析：选A本实验中曝光部分能够变蓝是因为产生了淀粉，遮光部分不变蓝是因为没有产生淀粉，因此本实验的自变量为是否进行光照，充分说明光照下能产生淀粉；而CO2对本实验结果的影响未做研究。3在叶绿体中，ATP和ADP的运动方向是()AADP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动，ATP则向相反方向运动BATP与ADP同时由类囊体薄膜向叶绿体基质运
17、动CATP与ADP同时由叶绿体的基质向类囊体薄膜运动DATP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动，ADP的运动方向则正好相反解析：选D叶绿体是进行光合作用的场所，光反应在叶绿体类囊体薄膜上进行，此过程中消耗来自叶绿体基质的ADP，产生ATP，供暗反应阶段C3的还原，所以叶绿体中ATP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动，ADP则由叶绿体的基质向类囊体薄膜运动。4.如图表示在一定范围内，不同环境因素与水稻叶片光合作用强度的关系，对其描述错误的是()A如果横坐标是CO2含量，则a为红光，b为白光B如果横坐标是CO2含量，则a为强光，b为弱光C如果横坐标是光照强度，则a的CO2含量较高，b的CO2含量较低D如果
18、横坐标是光照强度，则a的温度较适宜，b的温度较低解析：选A如果横坐标是CO2含量，则相同的CO2含量时，植物对白光的吸收值大于红光，因此光合作用强度较大，即a为白光，b为红光。5光合作用与化能合成作用的根本不同点是()A这两类作用的生物种类不同B合成有机物的无机原料不同C由无机物合成有机物的过程中所需的酶不同 D所需能量的来源不同解析：选D光合作用和化能合成作用都是将无机物合成为有机物，但能量来源不同，光合作用利用的是光能，化能合成作用利用的是化学能。6如图为植物光合作用的过程模式图，其中字母表示物质或结构，数字表示生理过程。回答下列问题：(1)图中X表示的结构是_，负责吸收光能的色素有两类：
19、_。(2)物质a在细胞中的主要存在形式为_。 d表示_，c、d参与了过程中的_。(3)北方夏季中午，光照充足而光合作用强度明显减弱，原因是图中_(填数字)过程受到限制，此时可以采取_的措施以提高光合作用强度。(4)研究发现，黄光照射时植物光合速率减慢，科学家推测黄光可能导致叶绿素含量发生了改变。现以番茄试管苗为实验材料，探究番茄试管苗在黄光照射下叶绿素含量是否发生改变。写出简要的实验思路：_。解析：(1)据题图分析可知，X为光合作用光反应的场所类囊体，叶绿体中的色素有叶绿素和类胡萝卜素两大类，都能够吸收光能。(2)a为H2O，在细胞内有自由水与结合水两类，其中自由水是细胞中水的主要存在形式。d
20、代表NADPH，c代表ATP，二者共同参与暗反应中的C3的还原。(3)北方夏季中午，由于光照过强，温度过高，植物气孔关闭，导致植物从外界吸收的CO2减少，光合作用的(暗反应)过程受到限制而使光合作用速率减慢，此时可以适当遮光以提高光合作用强度。(4)探究番茄试管苗在黄光照射下叶绿素含量是否发生改变的实验思路：在自然光和黄光条件下分别培养番茄试管苗(甲和乙)，一段时间后取甲和乙的叶片，提取其中的色素并分离，通过比较两组滤纸条上叶绿素a、叶绿素b色素带的宽窄来判断叶绿素含量是否发生改变。答案：(1)类囊体叶绿素、类胡萝卜素(2)自由水NADPHC3的还原(3)适当遮光(4)在自然光和黄光条件下分别培养番茄试管苗(甲和乙)，一段时间后取甲和乙的叶片，提取其中的色素并分离，通过比较两组滤纸条上叶绿素a、叶绿素b色素带的宽窄来判断叶绿素含量是否发生改变
