1、第2课时光合作用的原理课标要求核心素养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。1科学思维分析与综合：分析光合作用光反应和暗反应过程，认同两个阶段既有区别又有联系。2生命观念用物质和能量观，阐明光合作用过程，能初步用结构和功能观，说明叶绿体是光合作用的场所。知识导图学霸记忆1光合作用的实质是合成有机物，储存能量；而呼吸作用的实质是分解有机物，释放能量。2光合作用的反应式为：CO2H2O(CH2O)O2。3光反应的场所是类囊体薄膜，产物是O2、H和ATP。4暗反应的场所是叶绿体基质，产物是糖类等物质。5光合作用中的物质转化为：14CO214C3(14CH2O)；
2、HO18O2。6光合作用的能量转换为：光能ATP中活跃的化学能有机物中稳定的化学能。必备知识夯实双基一、光合作用的概念和探究历程1概念：光合作用是指绿色植物通过！ 叶绿体 #，利用！ 光 #能，把！ 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探究历程：(1)19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，！ CO2分子 #的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成！ 甲醛 #，然后甲醛分子缩合成糖。1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过！ 光合作用 #转化成糖。(2)1937年，英国植物学家希尔发现，在离体！ 叶绿体 #的悬浮液
3、中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有水，没有二氧化碳)，在光照下可以释放出！ 氧气 #。像这样，！ 离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气 #的化学反应称作希尔反应。(3)1941年，美国科学家鲁宾和卡门用！ 同位素示踪 #的方法，研究了光合作用中氧气的来源。他们用16O的同位素18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成HO和C18O2。然后，进行了两组实验：第一组给植物提供！ H2O和C18O2 #，第二组给同种植物提供！ HO和CO2 #。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是！ O2 #，第二组释放的都是！ 18O2 #。(4)1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶
4、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。(5)20世纪40年代，美国的卡尔文利用！ 同位素标记 #法最终探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。3反应式：！ CO2H2O(CH2O)O2#。二、光合作用的原理1填写图中字母所代表的物质：a：！ O2 #b：！ C3 #c：！ CO2 #d：！ H #2光反应(过程)：场所！ 叶绿体的类囊体的薄膜上 #外界条件！ 光照 #物质变化H2O！ HO2 #ADPPi能量！ ATP #能量变化光能！ ATP #中活跃的化学能3暗反应(过程)：场所！ 叶绿体基质 #外界条件CO2物质变化CO2！ C3
5、 #(CH2O)！ ATP #ADPPi能量能量变化ATP中活跃的化学能！ 有机物 #中稳定的化学能活学巧练 (1)光合作用产生的O2来自CO2和H2O中的O。()(2)绿色植物光合作用的反应物是CO2和H2O，产物是有机物和O2。()(3)绿色植物进行光合作用的能量来源于光能。()(4)光反应和暗反应必须都在光照条件下才能进行。()(5)光反应为暗反应提供NADPH和ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi。()(6)光反应产生的ATP可用于核糖体合成蛋白质。()(7)光合作用光反应阶段产生的NADPH可在叶绿体基质中作为还原剂。()(8)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可
6、完成暗反应。()(9)光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜。()(10)植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应。()思考：1鲁宾、卡门实验方法是什么？提示：同位素标记法。2若突然停止光照，光反应和暗反应如何变化？提示：光反应立即停止，暗反应仍能进行一段时间，最后也停止。3光合作用产生的H与呼吸作用产生的H是否相同？提示：不同。光合作用产生的H为NADPH，而呼吸作用产生的H为NADH。4希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水？提示：不能，仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也没
7、有观察到氧元素的转移。5如果给予植物相同时间的光照，只是一组持续光照，另一组光照和黑暗间隔处理，积累的有机物是否相同？提示：不同。如果总光照时间相同，光照和黑暗间隔处理比一直光照处理积累的有机物多，因为间隔光照时NADPH、ATP基本不积累，利用充分，但一直光照会造成NADPH、ATP的积累，利用不充分。课内探究名师点睛光合作用的探究历程知识点 1希尔实验(1)实验过程：离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气。(2)实验结论：在适当条件下叶绿体产生氧气。2鲁宾和卡门实验(1)巧妙之处：两组实验相互对照直观地表现出氧气来自水中的氧，而不是
8、来自二氧化碳中的氧。(2)自变量为被标记的C18O2和HO，因变量是O2的质量(相对分子质量)。3卡尔文循环(1)探究方法同位素标记法：用14C标记CO2，追踪检测放射性，探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。(2)结论：碳的转化途径：14CO2C514C3(14CH2O)。名师点拨：萨克斯和鲁宾、卡门实验对照方式不同萨克斯实验的对照方式为自身对照(一半曝光与另一半遮光)；而鲁宾和卡门实验的对照方式为相互对照(通过标记不同的物质：HO与C18O2)。典例剖析 典例1科学是在实验和争论中前进的，光合作用的探究历程就是如此。在下面几个关于光合作用的实验中，相关叙述正确的是(B)A恩
9、格尔曼的实验定量分析了水绵光合作用生成的氧气量B阿尔农的实验证明了在光照下叶绿体可合成ATPC希尔发现在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他还原剂在光照下可以释放出氧气D鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的氧气来自CO2而不是H2O解析：恩格尔曼的实验证明了水绵光合作用生成氧气，没有定量分析生成氧气的量，A错误；阿尔农通过实验说明了在光照下叶绿体可合成ATP，B正确；希尔加入的是氧化剂，C错误；鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的氧气来自H2O而不是CO2，D错误。变式训练 1下图表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相
10、等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后，以下相关比较不正确的是(C)AY2的质量大于Y3的质量B中小球藻的质量大于中小球藻的质量C中水的质量大于中水的质量D试管的质量大于试管的质量解析：与中H2O均被18O标记，单位时间内消耗等量的水，剩余水的质量也相等。光合作用的过程知识点 1光合作用的过程图解(1)光反应过程(2)暗反应过程2光反应和暗反应的比较(1)区别项目光反应暗反应实质光能转化为化学能，并释放出O2同化CO2，合成有机物反应时间短促较缓慢需要条件外界条件：光照；内部条件：色素、酶不需要光照；内部条件：酶反应场所叶绿体类囊体的薄膜叶绿体基质物质变化水的光解：水分解成H和
11、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ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能有机物中稳定的化学能相应产物O2、ATP和H糖类等有机物(2)联系：光反应为暗反应提供H、ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi，如图所示：3光合作用过程中物质交换分析(1)光合作用过程中C、H、O元素转移途径(2)14C18O2214C3(14CHO)HO(3)光合作用总反应式与C、H、O元素的去向知识贴士：有关光合作用过程的四点提醒(1)叶绿体的内膜既不参与光反应，也不参与暗反应。(2)光反应阶段为暗反应提供ATP、H
12、，ATP从类囊体薄膜移向叶绿体基质。而暗反应则为光反应提供ADP和Pi，ADP从叶绿体基质移向类囊体薄膜。(3)光反应阶段必须是在有光条件下进行，而暗反应阶段有光无光都能进行，但需光反应提供的H和ATP，故暗反应不能长期在无光环境中进行。(4)在自然条件下，光反应阶段和暗反应阶段同时进行，不分先后。典例剖析 典例2(2021河北沧州期末)如图是生活在适宜环境中的某植物光合作用部分过程图解，其中A、B、C、D表示四种化合物， a、b表示两个生理过程，相关叙述错误的是(C)A该过程发生的场所为叶绿体基质BC物质可以作为b过程的还原剂C无光条件利于此过程的进行D光反应产生的ATP用于图中反应解析：图
13、示表示光合作用的暗反应阶段，无光不能进行光反应，不能为图中暗反应提供ATP和NADPH，不利于此过程的进行，C错误。变式训练 2如图为高等绿色植物光合作用图解。相关说法不正确的是(D)A是氧气，可参与有氧呼吸的第三阶段B光合作用可分为两个阶段，光反应和暗反应阶段C三碳化合物在H、ATP和酶的作用下，被还原形成(CH2O)D为C3，在叶绿体类囊体薄膜上转化为C5和(CH2O)解析：是水光解的产物之一氧气，可参与有氧呼吸的第三阶段，A项正确；光合作用可分为光反应和暗反应阶段，B项正确；三碳化合物在光反应产生的H、ATP和叶绿体基质中酶的作用下，被还原形成(CH2O)，C项正确；C3在叶绿体基质中转
14、化为C5和(CH2O)，D项错误。指点迷津拨云见日光照和CO2浓度骤变时，C3、C5、H和ATP物质含量变化分析1分析思路当外界条件改变时，光合作用中C3、C5、H、ATP含量的变化可以采用下图分析：2分析结果条件C3C5H和ATP模型分析光照由强到弱，CO2供应不变增加减少减少或没有光照由弱到强，CO2供应不变减少增加增加光照不变，CO2由充足到不足减少增加增加光照不变，CO2由不足到充足增加减少减少典例3玉兰叶肉细胞在光照下进行稳定的光合作用时，如果将它移至暗室中，短时间内叶绿体中C3与C5相对含量的变化分别是(A)A增多减少B减少增多C增多增多D减少减少解析：叶肉细胞在光照下进行稳定的光
15、合作用时，C3和C5处于动态平衡状态；移至暗室后，短时间内由于光反应速度下降，ATP和H的合成减少，C3还原成C5的过程受到影响，而C5仍能正常和CO2反应生成C3，故C3增多，C5减少。典例4在正常条件下进行光合作用的某植物，当突然改变某条件后，即可发现其叶肉细胞内C5含量突然上升，则改变的条件可能是(D)A停止光照B停止光照并降低CO2浓度C升高CO2浓度D降低CO2浓度解析：CO2是暗反应进行的条件之一，如果CO2减少，自然就不能顺利地形成C3，已有的C3仍会通过C3还原途径而生成C5。这样C3减少，C5形成后却不能进一步转变，于是就积累起来。解疑答惑思考讨论P1021提示：否。2提示：
16、是。3提示：光合作用释放的氧气中的氧元素来自参加反应的水而不是来自CO2。4提示：思考讨论P1041提示：光反应阶段与暗反应阶段的区别如表所示：光合作用 的过程对比项目光反应阶段暗反应阶段所需条件 必须有光有光无光均可进行场所类囊体的薄膜上叶绿体的基质中物质变化H2O分解成O2和H；H与NADP结合形成NADPH，形成ATPCO2被固定；C3被NADPH还原，最终形成糖类；ATP转化成ADP和Pi能量转化光能转变为化学能，储存在ATP中ATP中的化学能转化为糖类中储存的化学能2提示：(1)物质联系：光反应阶段产生的NADPH，在暗反应阶段用于还原三碳化合物；(2)能量联系：光反应阶段生成的AT
17、P在暗反应阶段中将其储存的化学能释放出来，为三碳化合物形成糖类提供能量，ATP中的化学能则转化为储存在糖类中的化学能。训练巩固课堂达标1下列叙述正确的是(B)A光反应不需要酶，暗反应需要多种酶B光反应消耗水，暗反应消耗ATPC光反应储存能量，暗反应消耗能量D光反应固定CO2，暗反应还原CO2解析：光反应、暗反应都需要酶的催化，A错误；光反应消耗水、产生ATP，暗反应产生水、消耗ATP，B正确；光反应将光能转化成ATP和H中化学能储存并参与暗反应，暗反应则将ATP和H中的能量转化成稳定的化学能储存到糖类等化合物中，C错误；暗反应固定CO2，D错误。2如图表示光合作用的过程，其中、表示光合作用的两
18、个阶段， a，b表示相关物质。下列相关叙述正确的是(C)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表示C3解析：题图中阶段能够吸收、传递、转换光能，属于光合作用的光反应阶段，A错误；题图中阶段能够发生CO2的固定，并且生成糖类，属于光合作用的暗反应阶段，B错误；光反应中，水的光解产生O2和 NADPH，因此物质a表示NADPH，C正确；在光反应阶段，ADPPi能量ATP，因此题图中b表示ATP，D错误。3在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势如图所示。回答问题：(1
19、)图中物质A是！ C3 #(填“C3”或“C5”)。(2)在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是！ 暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5的含量稳定。根据暗反应的特点，此时C3的分子数是C5的2倍 #；将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是！ 当CO2浓度突然降低时，C5的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致C5积累 #。(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，暗反应中C3和C5浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的！ 高 #(填“低”或“高”)。(4)CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度
20、为1%时的！ 低 #(填“高”或“低”)，其原因是！ CO2浓度低时，暗反应的强度低，所需ATP和H少 #。解析：(1)CO2浓度降低时，C3的产生减少而消耗不变，故C3的含量降低，与物质A的变化趋势一致；而C5的产生不变却消耗减少，故C5的含量增加，与物质B的变化趋势一致。(2)在正常情况下，1 mol CO2与1 mol C5结合形成2 mol C3，即C3的分子数是C5的2倍。CO2浓度迅速下降后，C5的产生不变却消耗减少，故C5的浓度升高。(3)在达到相对稳定时，C3的含量是C5含量的2倍。(4)CO2浓度较低时，暗反应强度低，需要的H和ATP的量少，故在较低的光照强度时就能达到此CO2浓度时的最大光合速率。
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