1、光能的捕获（第二课时）一、学习目标：1知道光合作用的发现过程，了解科学发现的艰辛、方法的重要。2掌握叶绿体中色素的功能。3掌握光合作用的过程及其重要意义。4掌握光合作用的总反应式。5掌握光合作用的光反应与暗反应的关系、基粒和基质的关系。二、重难点：1.重点(1)光合作用过程、重要意义。(2)叶绿体中色素。2.难点(1)光合作用中物质变化和能量变化。(2)光反应与暗反应区别与联系。三、学习指导：1理解障碍的突破：(1)用“迁移法”和“层析综合法”理解光合作用的过程。从总体上看，光合作用是一个氧化还原过程：在光合作用的原料中，CO2是碳的最氧化的状态，氧在H2O中却是一种还原的状态。在光合作用的产
2、物中，糖类则是碳的比较还原的状态。通过反应，CO2被还原到糖类的水平，H2O中的氧则被氧化为分子态氧。在常温常压下，自然界是实现不了这个反应的。在绿色植物体内，仅仅由于叶绿素吸收的光能作为反应的推动力，就能使一个很难被氧化的H2O分子去还原一个很难被还原的CO2分子，并能使一个基本不含能量的CO2变成一个富含能量的有机物。(2)用“综合比较法”理解光反应和暗反应、物质转变和能量转变的关系比较一般遵循两条途径进行：一是寻找出知识之间的相同之处，即异中求同；二是在寻找出了事物之间相同之处的基础上找出不同之处，即同中求异。(3)用“图解法”理解和掌握光反应与暗反应的关系以及影响光合作用的因素。用图解
3、法描述生命活动的特征是生物学中经常采用的一个重要手段。图解可以增强感性认识，能加速对知识的理解和掌握。其中，教材中光合作用图解就是用以表现光合作用生理过程的图。在学习中，要充分利用好此图，从中可以帮助理解光合作用生理过程的全貌；帮助理解全过程中主要的生理变化以及光反应与暗反应阶段间的关系；可以帮助理解物质转变与能量转变的关系；可以帮助理解影响光合作用的因素；可以帮助理解光合作用的实质等。结合表格对自己所学知识进行分析、归纳、综合整理，使知识系统化、条理化。另外，还可以在理解了图的内涵和外延的基础上，将图进行再加工、再塑造，培养自己的创造能力。如可以把以上图解纳入到叶绿体的亚显微结构基粒和基质中
4、，这样有助于开拓自己的思维空间，有利于对所学知识进行形象直观记忆，提高灵活运用知识的能力。四、知识结构：1光合作用的总反应式是：。2根据是否需要 ，光合作用的过程可分为光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段必须有光才能进行，叶绿体吸收的光能将有两方面的用途：一方面是将水分子分解成 ， 直接以分子的形式释放出去；另一方面是在有关酶的催化作用下，促成 与 发生化学反应，形成 。这里，光能就转化成了 能并且储存在 中。光反应发生的场所是 。3暗反应又包括两个过程：绿叶从外界吸收来的二氧化碳，首先与植物体内的结合，形成两分子的三碳化合物，这个过程叫做。在有关酶的催化下，三碳化合物接受释放的能量，并且被还原
5、。其中，一些三碳化合物经过一系列变化，形成；另一些三碳化合物则经过一系列变化，又形成。这个过程称为。整个暗反应发生的场所是。4光合作用除了制造数量巨大的有机物，将 转化成 能，并贮存在光合作用制造的有机物中，以及维持大气中 和 含量的相对稳定外，还对生物的 具有重要作用。5.影响光合作用的因素:(1).CO2浓度影响光合作用的_.(2).光照强度影响光合作用的_.(3).温度影响酶的活性，间接影响光合作用。一般植物10-35条件下正常进行光合作用25-30最适宜，35以上时光合作用开始下降，40-50时完全停止。(4).矿质元素对光合作用的影响N、P、Fe是合成叶绿素所必需的矿质元素； K、P
6、参与糖的代谢；P还参与ATP与ADP的相互转化等五、典型例题 例1 将植物栽培在适宜的光照、温度和充足的CO2条件下。如果将环境中CO2含量突然降至极低水平，此时叶肉细胞内的C3化合物、C5化合物和ATP含量的变化情况依次是（ ）A. 上升；下降；上升 B. 下降；上升；下降 C. 下降；上升；上升 D. 上升；下降；下降解析：从光合作用的反应过程进行分析：在光合作用过程中，CO2参与暗反应，CO2与C5化合物结合，生成两个C3化合物，当CO2突然减少时，这个过程必然受阻，因而导致C5化合物的含量上升和C3化合物含量下降。而C3化合物的减少，又使暗反应中C3化合物还原成葡萄糖的过程受阻，消耗光
7、反应提供的ATP量也减少，使细胞中ATP含量上升。 答案：C同类变式：下图为光照和CO2浓度改变后，与光合作用有关的C5化合物和C3化合物在细胞内的变化曲线。（1）曲线a表示 ，在无光照时其含量下降的原因是 ； 曲线b表示 ，在CO2浓度降低时含量下降的原因是 （2）由（1）得出光照强度和CO2浓度与光合作用的关系是：前者主要影响 ；后者主要影响 。答案：（1）五碳化合物；CO2在还原过程中因缺NADPH和ATP不能产生C5化合物，而CO仍然固定形成C3化合物。碳化合物；CO2的减少导致C3化合物产生减少，而C3化合物仍然被还原为C5化合物 （2）光反应阶段；暗反应阶段例2 下图中的甲、乙两图
8、为昼夜中某作物植株对CO2的吸收和释放状况的示意图。甲图是在春季的某一晴天，乙图是在盛夏的某一晴天，请据图回答问题：（1）甲图曲线中C点和正点（外界环境中CO2浓度变化为零）处，植株处于何种生理活动状态？（2）根据甲图推测该植物接受光照的时间是曲线中的 段，其中光合作用强度最高的是 点，植株积累有机物最多的是 点。（3）乙图中FG段CO2吸收量逐渐减少是因为 ，以致光反应产生的 和 逐渐减少，从而影响了暗反应强度，使化合物数量减少，影响了CO2固定。乙图甲图（4）乙图曲线中间E处光合作用强度暂时降低，可能是因为 解析：本例主要考查影响光合作用因素：CO2浓度、光强，以及光合速率、呼吸速率和表观
9、速率的关系（表观速率=光合速率呼吸速率）。首先，要认真看清坐标的含义，然后进行曲线分析；其次，要把光合作用和呼吸作用联系起来考虑，并用两个生理过程进行的条件和时间进行分析。注意光合作用强度决定的制造有机物量与有机物总积累量之间的联系和区别；第三，乙图的E点CO2吸收率降低的机理，不仅要从外界因子的整天变化情况及此时的限制因素考虑，还要联系植株的其他生理活动进行思考。答案：（1）呼吸作用释放CO2的量等于光合作用吸收CO2的量时（2）BF；D；E （3）光照强度逐步减弱；ATP；NADPH （4）温度高，蒸腾作用过强，气孔关闭，影响了CO2原料的供应例3（2003江苏高考题）光合作用受光照强度、
10、CO2浓度、温度等影响，图中4条曲线（a、b、c、d）为不同光照强度和不同CO2浓度下，马铃薯净光合速率随温度变化的曲线。a光照非常弱，CO2很少（远小于0.03%）；b适当遮荫（相当于全光照的1/25）CO2浓度为0.03%，c全光照（晴天不遮荫），CO2浓度为0.03%；d全光照，CO2浓度为1.22%。请据图回答：（1）随着光照强度和CO2浓度的提高，植物光合作用（以净光合速率为指标）最适温度的变化趋势是 。（2）当曲线b净光合速率降为零时，真光合速率是否为零？为什么？ （3）在大田作物管理中，采取下列哪些措施可以提高净光合速率？（ ）A. 通风 B. 增施有机肥 C. 延长生育期 D.
11、 施碳酸氢铵解析：由题中坐标图可知，随光照强度和CO2浓度的提高，植物光合作用最适温度的变化逐渐提高。因为b为适当遮荫（有光），CO2浓度为0.03（有原料），呼吸作用仍在进行，所以，当曲线b净光合速率为零时，代表光合速率等于呼吸速率，真光合速率并不为零。在生产实践中，采取通风、施肥等措施均可提高作物净光合速率。答案：（1）逐渐提高（2）不为零，因为在b实验条件下，呼吸速率不为零（3）ABD同类变式：图甲、乙、丙分别表示某植物光合作用速率与光照强度之间的关系、温度与光合速率之间的关系及叶绿体色素对不同波长光线的相对吸收量：（1）若甲图所示曲线为阴性植物，则阳性植物曲线与此相比较C点_（填“上/
12、下/左/右/不变”）移，A点_（填“上/下/左/右/不变”）移（2）由乙图知，40时，植物体_（能/不能）显示生长现象；而5时状态可用甲图中_（填“A/B/C”）点表示（3）用玻璃大棚种植蔬菜时，应选择光强为_（填“A/B/C”）、温度为_（填一个具体数值），及_颜色_（填透明或不透明）的玻璃。解析：甲图为表观光合速率，乙图为实际光合速率和呼吸速率，丙图反应了叶绿素吸收光谱。第（3）题要求从甲、乙、丙图获取知识进行应用创新。答案：（1）右；下 （2）不能；B （3）C；25；无；透明六、拓展提高：项目光反应暗反应实质光能转化为活跃化学能（ATP、H）,放出氧气活跃化学能转变成稳定化学能储存起来
13、（CH2O）时间短促、以微秒计较缓慢条件需叶绿素、光、酶不需要叶绿素和光、需要酶场所在叶绿体的类囊体膜上在叶绿体的基质中物质变化2H2O4H + O2ADP+ PiATPCO2的固定CO2 + C5C3CO2的还原（CH2O）能量变化叶绿素将光能转化成活跃的化学能储存在ATP中ATP中的活跃化学能转化为糖等有机物中稳定的化学能七、思考题：下图为测定光合作用速度的仪器。在密闭小室内放有一片某作物新鲜叶片和二氧化碳缓冲液，缓冲液用以调节小室内CO2的量，使其浓度保持在一个定植。小灯泡可以调节光照强度。小室内气体体积的变化可根据毛细管内水柱的移动距离测得。请回答：（1）为了防止光照引起小室内气体的物
14、理性膨胀或收缩所造成的误差，必须要有对照，并对实验结果进行校正。那么对照组小室内应放置 （2）若二氧化碳浓度保持适宜定值，当光强度为零时，小室内减少气体为0.5微升/平方厘米叶面积/分。而当光强度增加至某一值时，小室内增加气体为1.5微升/平方厘米叶面积/分，那么此时葡萄糖的生成速率是 微克/平方厘米叶面积/分（3）若该作物光合作用的最适二氧化碳浓度为800mg/mL，最适光强为20千勒克司。试利用本实验装置探究光强和二氧化碳浓度对光合速率的影响。请简要列出实验步骤，并将预期结果绘制在坐标图上（只需绘46条曲线，表示出变化趋势即可）实验步骤： 答案：（1）同样大小死叶片和缓冲溶液 （2）60 （3） 固定适宜光强（如20千勒克司），依次调节二氧化碳缓冲液为200mg/mL、400mg/mL、600mg/mL、800mg/mL、1000mg/mL，分别测出光合速率值； 固定适宜浓度二氧化碳缓冲液（如600mg/mL），依次调节光强为5千勒克司、10千勒克司、15千勒克司、20千勒克司、25千勒克司、30千勒克司、35千勒克司、40千勒克司，分别测出光合速率值。光强和二氧化碳浓度对光合速率的影响曲线如图：