1、第二课时光合作用的过程与影响光合作用的环境因素课标内容要求核心素养对接1.说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转化并储存为糖分子中的化学能。2探究不同环境因素对光合作用的影响。1.从物质与能量视角，探索光合作用与呼吸作用，阐明细胞生命活动过程中贯穿着物质与能量的变化。(生命观念、科学思维)2基于探究不同环境因素对光合作用的影响厘清探究的思路。(科学思维、科学探究)一、光合作用的过程光合作用分两个阶段进行。第一阶段是直接需要光的，称为光反应；第二阶段不需要光直接参加，是二氧化碳转变成糖的过程，称为碳反应，也称暗反应。1光反应将光能转化为化学能，并
2、产生氧气光反应发生在类囊体膜光合膜中。在这个阶段，叶绿体利用光能使水裂解产生氧，同时生成ATP和NADPH，NADPH是辅酶，它是氢的载体。光反应过程有多步反应，主要变化包括光合膜上光合色素吸收光能，光能将水裂解为H、电子(e)和O2，H和e将NADP还原为NADPH，并产生ATP，O2被释放到细胞外。这样，光能就转化为ATP和NADPH中的化学能。光反应产生的ATP和NADPH是碳反应中将二氧化碳还原为糖的能源物质，NADPH在碳反应中是还原剂。2碳反应将二氧化碳还原成糖叶绿体基质中有许多种酶是将二氧化碳还原为糖所必需的。碳反应在叶绿体基质中进行。二氧化碳还原为糖的一系列反应称为卡尔文循环。
3、卡尔文循环从1个五碳糖开始。在酶的催化作用下，1分子CO2与五碳糖结合，形成1个六碳分子，这个六碳分子随即分解成2个三碳糖分子。然后，每个三碳酸分子接受来自NADPH的氢和来自ATP的能量，被还原形成三碳糖。这是CO2分子进入卡尔文循环后形成的第一个糖，是这个循环中的关键步骤，这样光能就转化为糖分子中的化学能了。在三碳糖形成后，卡尔文循环中的许多反应，都是为了再生五碳糖，以保证此循环不断进行。NADPH和ATP在完成了还原反应之后，又回到NADP和ADP的状态，在光反应中可以重新形成 NADPH和ATP。所以，卡尔文循环虽然不直接需要光，但只有在有光的条件下才能一轮一轮地循环。卡尔文因发现这个
4、循环而获得诺贝尔化学奖。三碳糖的形成标志着光合作用合成糖的过程已经完成。在叶绿体内，三碳糖作为原料用于淀粉、蛋白质和脂质的合成。大部分三碳糖运至叶绿体外，并且转变成蔗糖，供植物体所有细胞利用。二、光合作用受环境因素的影响1活动 探究环境因素对光合作用的影响探究问题影响光合作用的环境因素有哪些？这些因素又是如何影响光合作用的？活动提示(1)根据同学们已有的生物学知识和人们的生产、生活经验，以小组为单位，列出影响光合作用的环境因素。(2)选择其中一种因素，分析这种因素是如何影响光合作用的，并提出假设。(3)根据假设，设计单因子对照实验方案。实验时可供选用的材料用具有哪些？实验中，可变因素是什么？实
5、验中，可变因素是如何变化的？实验中，通过什么方法控制可变因素的变化？实验中，通过什么方法测量光合作用速率？设计的实验方案是什么？(4)根据实验设计方案，设计实验数据记录表。(5)实验预期。(6)根据实验设计方案进行实验。2光合速率与影响光合速率的因素(1)光合速率或光合强度的含义是一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行多少光合作用，如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳。(2)小资料表观光合速率与真正光合速率在光照条件下，人们测得的CO2吸收量是植物从外界环境吸收的CO2总量，称为表观光合速率，又称净光合速率。真正光合速率是指植物在光照条件下，植物从外界环境中吸收的CO2的量，加上细胞呼吸释
6、放的CO2的量，即植物实际所同化的CO2的量，又称总光合速率。表观光合速率小于真正光合速率。(3)影响光合速率的因素光强度光合速率随光强度的增加而增加，但在强度达到全日照之前，光合作用已达到光饱和点时的速率，即光强度再增加，光合速率也不会增加。因为在光饱和点的光强度下，光合作用的光反应已达到最快的速率，所以光强度再增加也不能使光合速率增加。温度光合作用是酶促反应，其速率受温度影响，一定范围内随温度的升高而加快。光合作用对温度比较敏感，温度过高则酶的活性减弱或丧失，所以光合作用有一个最适温度。光合作用的最适温度因植物种类而异。CO2浓度CO2直接影响碳反应速率。空气中CO2浓度的增加会使光合速率
7、加快。目前大气中CO2的浓度约为0.035%，当这一浓度增加至1%以内时，光合速率会随CO2浓度的增加而增加。光强度、温度和CO2浓度对光合作用的影响是综合性的。在温度较高(如曲线1)或CO2浓度较高(如曲线2)的情况下，光强度对光合速率的影响就比较显著，而任何一个因素的减弱都可能限制光合作用。判断对错(正确的打“”，错误的打“”)1光反应发生在叶绿体基质中，利用光能使水裂解产生氧，同时生成ATP和NADH。()2三碳糖的形成标志光合作用合成糖的过程已经完成。()3光合强度是指一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行多少光合作用，如产生多少氧气。()4我们观测到的光合作用O2的产生量，是
8、植物光合作用实际产生的总O2量。()5一般温带植物的最适温度常在25 左右。()提示：1.光反应发生在类囊体膜的光合膜中，光能使水裂解产生氧，同时生成ATP和NADPH。2葡萄糖的形成标志光合作用合成糖的过程已经完成。3如释放多少氧气。4是植物净光合作用产生的O2量。5光合作用的原理1光反应和碳反应的比较(1)区别项目光反应碳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：酶反应场所类囊体膜光合膜中叶绿体基质内物质变化水的光解：水分解成O2和NADPHATP的合成：在相关酶的作用下，ADP和Pi形成A
9、TPCO2的固定：CO2C52C3C3的还原：2C3(CH2O)C5能量变化光能活跃的化学能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NADPH糖类等有机物(2)联系：如图所示合作探究：1.观察下面的光反应阶段图解，回答下列问题：(1)说出光反应阶段需要哪些能量和物质条件？提示：光照、水、酶、色素等。(2)水的光解与ATP的形成有怎样的相关性？提示：水分解为氧和H的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP与H结合形成NADPH。在电子经传递过程中伴随着ATP的形成。(3)NADPH的中文名称叫什么？具有怎样的作用？提示：还原型辅酶(NADPH)。NADPH作为
10、活泼的还原剂，参与碳反应阶段的化学反应，同时也储存部分能量供碳反应阶段利用。(4)光反应阶段中物质和能量发生了怎样的变化？提示：物质变化：水光解，产生O2和H；能量变化：光能转变为储存在ATP的化学能。2观察下面的碳反应阶段图解，回答下列问题：(1)美国科学家卡尔文用什么实验材料和实验方法探明了CO2中的碳是如何转变成糖类的？提示：用小球藻(一种单细胞的绿藻)做的实验；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。(2)说出碳反应阶段中C3和C5各是怎样的化合物？提示：C3是指三碳化合物，C5是指五碳化合物。(3)简述卡尔文循环。提示：绿叶通过气孔从外界吸收的
11、CO2，在特定酶的作用下，与C5(一种五碳化合物)结合，这个过程称作CO2的固定。一分子的CO2被固定后，很快形成两个C3分子。在有关酶的催化作用下，C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。随后，一些接受能量并被还原的C3，在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列变化，又形成C5。这些C5又可以参与CO2的固定。这样，碳反应阶段就形成从C5到C3再到C5的循环，可以源源不断地进行下去。3说出光反应和碳反应在物质变化和能量转换方面存在什么联系？提示：在光反应阶段，光能被叶绿体内类囊体膜上的色素捕获后，将水分解为O2和H等，形成ATP和N
12、ADPH，从而使光能转换成ATP中的化学能；NADPH和ATP驱动在叶绿体基质中进行的碳反应，将CO2转化为储存化学能的糖类。1如图所示为叶绿体中色素蛋白等成分在膜上的分布，下列相关叙述正确的是()A生物膜为叶绿体内膜B可完成光合作用的全过程C发生的能量转换是光能电能化学能D产生的ATP可用于植物体的各项生理活动C图中显示出：在光照、色素等条件下完成了水的光解、ATP的合成和还原剂氢的产生。由此可判断出此过程是光合作用的光反应过程，发生在叶绿体的基粒膜上即类囊体膜上。光合作用包括光反应和碳反应两个阶段，光反应阶段将光能转变成电能(水光解不断失去电子形成电子流)，再将电能转变成ATP和H中的活跃
13、的化学能，光反应所产生的ATP只能用于碳反应，而用于植物其他生命活动的ATP全部来自细胞的呼吸作用。故选项C正确。2用14C标记参加光合作用的二氧化碳，可以了解光合作用的哪一过程()A光反应必须在有光条件下进行B碳反应不需要光C二氧化碳被还原成糖的过程D光合作用中能量的传递过程C二氧化碳是光合作用的碳反应阶段的原料，碳反应的主要产物是糖类，因此用14C标记参加光合作用的二氧化碳，可以了解光合作用的二氧化碳被还原为糖的过程，无法探究光反应的条件及能量的传递过程。综上所述，ABD不符合题意，C符合题意。3其他条件适宜的情况下，供试植物正常进行光合作用时突然停止CO2的供应，并立即开始连续取样分析，
14、在短时间内叶绿体中三碳酸和五碳糖含量的变化是()A都迅速减少B都迅速增加C三碳酸迅速减少，五碳糖迅速增加D三碳酸迅速增加，五碳糖迅速减少C根据光合作用光反应和碳反应可以知道，在供试植物正常进行光合作用时突然停止二氧化碳的供应，光反应阶段不受影响，导致三碳化合物继续转化为五碳糖，但二氧化碳的固定(三碳酸的生成)停止，因此三碳酸的量减少，五碳糖迅速增加。光合作用物质含量变化的判断(1)光照强度变化(2)CO2浓度变化图1中曲线甲表示C3(三碳酸)，曲线乙表示C5(五碳糖)、NADPH、ATP。图2中曲线甲表示C5(五碳糖)、NADPH、ATP，曲线乙表示C3(三碳酸)。图3中曲线甲表示C5(五碳糖
15、)、NADPH、ATP，曲线乙表示C3(三碳酸)。图4中曲线甲表示C3(三碳酸)，曲线乙表示C5(五碳糖)、NADPH、ATP。影响光合作用的因素1多因素对光合作用强度的影响(1)综合分析三图，可知：在P点之前，限制光合速率的因素为横坐标所表示的因素，随着其不断增大，光合速率不断提高。(2)在Q点之后，若想提高光合速率，可适当提高除横坐标之外的其他因素。2净光合作用速率与真正光合作用速率(1)总光合速率净光合速率呼吸速率。(2)CO2吸收量在C点前的主要限制因素是光照强度，在C点后的主要限制因素为温度和CO2浓度等。合作探究：1.下图为光照强度与绿色植物光合作用强度的关系曲线，分析该图并回答下
16、列问题：(1)图中CO2的吸收量和释放量分别表示什么意义？提示：CO2的吸收量表示绿色植物的光合作用从外界吸收CO2的量；CO2的释放量表示自身呼吸作用释放到外界的CO2的量。(2)图中A、B、C点分别代表的意义。提示：A点：光照强度为0，植物不进行光合作用，此时CO2的释放量可表示细胞呼吸速率；B点：光补偿点，呼吸作用释放到外界的CO2量为0，光合作用从外界吸收的CO2量也为0，此时光合作用强度等于呼吸作用强度；C点：光饱和点。(3)分析AB、BC区间细胞呼吸和光合作用的强度大小。提示：AB：呼吸作用强度大于光合作用强度；BC：光合作用强度大于呼吸作用强度。(4)C点前后限制光合作用的主要因
17、素。提示：C点之前：光照强度；C点之后：主要是温度和CO2浓度等。2下图为CO2浓度对光合作用强度的影响(1)根据上图描述CO2浓度对光合作用强度的影响。提示：在一定范围内，植物光合作用强度随CO2浓度的增加而增强，但达到一定浓度时，再增加CO2浓度，光合作用强度也不再增强。(2)分析CO2浓度为A时，对应纵坐标的CO2表现为既不吸收也不释放的原因。提示：A点时，细胞进行光合作用吸收的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量。(3)若在B点后适当增加光照强度，曲线会怎样变化？提示：B点后CO2充足，适当增加光照强度，光合作用强度会增大，曲线会在原曲线上方。3下图为温度对光合作用强度的影响(1)温度影
18、响光合作用强度的实质是什么？提示：是通过影响植物体内与光合作用有关的酶的活性进而影响光合作用强度的。(2)从温度方面考虑，如何能有效提高大棚蔬菜的产量？提示：白天适当提高温度，保证光合速率较大；晚上适当降低温度，来适当降低蔬菜呼吸速率，从而保证有机物积累较多，提高蔬菜的产量。(3)晴天无云而太阳光照射强烈时，光合作用强度便形成双峰曲线：一个高峰在上午，一个高峰在下午。中午前后光合速率下降，呈现“午休”现象，请解释原因。提示：原因是缺水导致气孔关闭，限制CO2进入叶片。1.如图所示为研究光照强度和CO2浓度对某植物光合作用速率的影响。下列有关叙述中错误的是()A曲线中a点转向b点时，光反应增强，
19、碳反应增强B曲线中b点转向d点时，叶绿体中C5浓度降低C在一定范围内增加光照和CO2浓度，有利于提高光合速率D曲线中c点产生的限制因素可能是叶绿体中酶的数量B曲线中a点转向b点时，光照强度增强，光反应产生的H和ATP增加，促进碳反应还原C3，碳反应增强，A正确；曲线中b点转向d点时，CO2浓度降低，CO2与C5固定生成C3的反应减弱，因此叶绿体中C5浓度升高，B错误；在一定范围内增加光照和CO2浓度，有利于提高光合速率，C正确；曲线中c点产生的限制因素可能是叶绿体中酶的数量，D正确。2科研人员研究温度对甲、乙两种植物净光合速率的影响，得到实验结果如图。据图推测合理的是 ()A甲植物和乙植物在3
20、0 时，光合作用生成的有机物量相等B温度长时间保持在45 时，甲植物和乙植物都可以正常生长C50 之前，限制乙植物净光合速率的主要外界因素是CO2浓度D若将甲、乙植物同置于凉爽地带，则受影响较大的是甲植物B在30 时，甲植物和乙植物净光合速率相等，由于不确定两种植物呼吸速率的大小关系，因此没办法确定光合作用生成的有机物的总量是否相等，A错误；温度长时间保持在45 时，甲植物和乙植物净光合速率都大于0，表明有机物有积累，此温度下甲植物和乙植物都可以正常生长，B正确；50 之前，限制乙植物净光合速率的主要外界因素是温度，C错误；由题图可知，50 之前，乙植物的净光合速率不断升高，而甲植物在30 之
21、前净光合速率相对稳定，30 之后净光合速率下降，说明乙植物喜高温，若将甲、乙植物同置于凉爽地带，则受影响较大的是乙植物，D错误。3.甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题：(1)当光照强度大于a时，甲、乙两种植物中，对光能的利用率较高的植物是_。(2)甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，那么净光合速率下降幅度较大的植物是_，判断的依据是_。(3)甲、乙两种植物中，更适合在林下种植的是_。(4)某植物夏日晴天中午1200时叶片的光合速率明显下降，其原因是进入叶肉细胞的_ (填“O2”或“CO2”)不足。解析：据图可知，甲植物的净光合速率变化幅度明显大于乙植物，
22、因此可以得出甲植物对光能的利用率明显高于乙植物。且乙植物的光饱和点和光补偿点都比较低，属于阴生植物，甲植物属于阳生植物。(1)由图分析可知，当光照强度大于a时，相同光照强度下，甲植物的净光合速率大于乙，有机物的积累较多，对光能的利用率较高。(2)甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，植株接受的光照强度相对较弱，光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大，因此种植密度过大，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大。(3)从图中可以看出，乙植物的光饱和点以及光补偿点都比甲植物低，适合在光照强度相对更弱的环境中生长，林下的光照强度更低，因此更适合在林下种植的是植物乙。(4)夏日晴天中午12：0
23、0时，植物为了减少蒸腾作用对水分的散失，叶片上的部分气孔会关闭，导致细胞间的二氧化碳的含量下降，从而引起光合速率下降。答案： (1)甲(2)甲光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大，种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大 (3)乙(4)CO2课堂小结知识网络构建核心语句背诵1.光合作用分两个阶段进行。第一阶段是直接需要光的，称为光反应；第二阶段不需要光直接参加，是二氧化碳转变成糖的过程，称为碳反应，也称暗反应。2.光反应过程主要变化包括光合膜上光合色素吸收光能，光能将水裂解为H、电子(e)和O2，H和e将NADP还原为NADPH，并产生ATP，O2被
24、释放到细胞外。这样，光能就转化为ATP和NADPH中的化学能。光反应产生的ATP和NADPH是碳反应中将二氧化碳还原为糖的能源物质，NADPH在碳反应中是还原剂。3.碳反应在叶绿体基质中进行。卡尔文循环从1个五碳糖开始。在酶的催化作用下，1分子CO2与五碳糖结合，形成1个六碳分子，这个六碳分子随即分解成2个三碳酸分子。然后，每个三碳酸分子接受来自 NADPH的氢和来自ATP的能量，被还原形成三碳糖。在三碳糖形成后，卡尔文循环中的许多反应，都是为了再生五碳糖，以保证此循环不断进行。4.三碳糖的形成标志着光合作用合成糖的过程已经完成。在叶绿体内，三碳糖作为原料用于淀粉、蛋白质和脂质的合成，大部分三
25、碳糖运至叶绿体外，并且转变成蔗糖，供植物体所有细胞利用。5.光合速率或称光合强度是指一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行多少光合作用，如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳。在光照条件下，人们测得的CO2吸收量是植物从外界环境吸收的CO2总量，称为表观光合速率，又称净光合速率。真正光合速率是指植物在光照条件下，植物从外界环境中吸收的CO2的量，加上细胞呼吸释放的CO2的量，即植物实际所同化的CO2的量，又称总光合速率。表观光合速率小于真正光合速率。6.光合速率受到多种环境因素的影响，其中最重要的因素是光强度、温度和空气中的二氧化碳浓度。1下列有关光合作用的叙述中，正确的是()A光反应不需要
26、酶，碳反应需要酶B光反应在光下进行，碳反应在黑暗中进行C光反应固定CO2，碳反应还原CO2D光反应产生ATP，碳反应消耗ATPD光反应和碳反应均需要酶的催化，A错误；光反应必须有光，碳反应有光无光均可，B错误；二氧化碳的固定和C3的还原均发生在碳反应阶段，C错误；光反应中，光照转化为ATP中活跃的化学能，碳反应阶段，ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能，D正确。2光合作用碳反应中，与CO2固定有关的物质是()A水BNADPHCATPD五碳糖D水是光反应的原料，不能与二氧化碳固定，A错误；NADPH、ATP是光反应的产物，二者参与碳反应中三碳化合物的还原，BC错误；碳反应中二氧化碳和五
27、碳糖反应生成两分子三碳化合物，D正确。3正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是()AO2的产生停止BCO2的固定加快CATP/ADP比值下降DNADPH/NADP比值下降B用黑布将培养瓶罩上，光反应停止，氧气的产生停止， A正确；同时NADPH和 ATP 的产生停止，使碳反应 C3 的还原速度减慢，从而导致二氧化碳的固定减慢，B错误；ADP生成 ATP减少，使ATP/ADP比值下降，C 正确；NADPH的产生减少，NADPH/NADP比值下降，D 正确。4.将一盆栽植物连同花盆一起置于密闭的玻璃钟罩内(内有充足的二氧化碳且浓度恒定，
28、温度等条件适宜，植物和花盆未经消毒)，测得光照强度与钟罩内氧气的释放速率关系如图所示。下列有关该图的分析正确的是()Aa点表示植物的光合作用速率与呼吸作用速率相同B光照强度为a时叶肉细胞内光合速率大于呼吸速率Cbc段限制植物光合速率的因素不可能是光合色素和酶的含量D某光照强度下测得的氧气增加量就是该植物光合作用净产氧量B将一盆栽植物连同花盆一起置于密闭的玻璃钟罩内，其中既有植物的光合作用和呼吸作用，也有花盆土壤中小动物和微生物的呼吸作用。光照强度为a时，植物的光合速率等于植物、小动物和微生物的呼吸速率之和，A错误；由A可知，a点时植物的光合速率大于呼吸速率，B正确；bc段氧气释放速率随光照强度
29、的增强不再增加，影响光合速率的因素除了光照强度、CO2浓度、温度外，其他都有可能，C错误；某光照强度下测得的氧气增加量就是该植物光合作用O2产生总量减去呼吸消耗总量，D错误。5为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：A组：先光照后黑暗，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50%。B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5 s；光合作用
30、产物的相对含量为70%。C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94%。D组(对照组)：光照时间为135 s；光合作用产物的相对含量为100%。回答下列问题：(1)单位光照时间内，C组植物合成有机物的量_(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是_；C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要_，这些反应发生的部位是叶绿体的_。(2)A、B、C三组处理相比，随着_的增加，使光下产生的_能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。解析：(1)光合作用的过程依据是否必需有光的参与可以划分
31、为光反应和碳反应，光反应发生在类囊体膜中，其物质变化包括水的光解和ATP的合成，生成NADPH和ATP，用于叶绿体基质中碳反应。C组光照时间为67.5 s，D组光照时间为135 s，即 C组只用了D组一半的光照时间，但光合产物的相对含量却是D组的94%，由此可推知C组合成的有机物量高于D组合成的有机物量。(2)本题探究不同光照处理下对植物光合作用的影响。在其他条件和处理相同的情况下，A、B、C三组实验的自变量是光照与黑暗交替的频率，因变量是光合产物的相对含量。由A、B、C三组实验结果可看出，随着光照与黑暗交替频率的增加，光合作用产物相对含量增加。C组光照与黑暗交替频率较高，光反应所生成的NADPH和ATP能够及时的利用及时的再生。答案：(1)高于C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%光照基质(2)光照和黑暗交替频率ATP和还原型辅酶(NADPH)
