2022-2023学年人教版(2019)必修一第5章第4节 光合作用与能量转化第2课时 光合作用的原理和应用 学案.docx
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1、第2课时 光合作用的原理和应用学习目标1 .理解光合作用的概念、反应方程式,认同结构与功能相适应的观念。2 .说出影响光合作用的因素及应用。3 .运用光合作用的原理设计实验找出提高农作物产量的方法。4 .分析光合作用的意义,增强关心爱护绿色植物,关心农业生产的意 识。问题探究知识生成新知探究一光合作用的原理问题探究活动:阅读教材P102103,思考讨论,回答下列问题。问题: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都来自水?是否说明水的光解与糖的合成不 是同一个化学反应?提示:不能说明。希尔反应仅能说明离体叶绿体在适当条件下可以发 生水的光解,产生氧气。该实验
2、没有排除叶绿体中其他物质的干扰, 也没有直接观察到氧元素的转移;希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮 液中完成的,悬浮液中有乩0,但没有合成糖的另一种必需原料co2,因 此,该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联,希尔反应是相 对独立的反应阶段。问题:鲁宾和卡门的实验方法是什么?对照实验类型是什么?自变 量是什么?实验结论是什么?CO2浓度(001%) 20 1mrNADPH3讽 C02光sA绿体K NADP+ 多种酶4能飞的色户 7加催”ADP+Pi,/(CH2。)vAv/光反应阶段暗反应阶段问题:光反应和暗反应都需要光吗?原料分别有哪些?场所分别在 哪里?提示:光反应需要光,暗反应有光无光都
3、可以。光反应原料:H2O、ADP、Pi、NADP+;暗反应原料:CO2以及光反应产生的ATP、NADPHO光反应发 生在类囊体的薄膜上;暗反应发生在叶绿体的基质中。问题(4):叶绿体中ATP、ADP的运动方向是怎样的?若突然停止光照, 光反应和暗反应如何变化?光合作用的光反应和暗反应是一个有机的 整体,如何理解?提示:ATP的运动方向为类囊体薄膜一叶绿体基质;ADP的运动方向为 叶绿体基质一类囊体薄膜。若突然停止光照,光反应立即停止,暗反应科技情境科学家从植物中获得灵感,模拟光合作用制造了一种人工叶片。其包 括两块光吸收装置,中间是钻构成的催化剂。当装置置于水中,一侧可 以利用催化剂产生氧气;
4、另一侧的二氧化碳和水还原成一氧化碳和氢 气。探究:(1)该装置中氧气产生模拟的是光合作用的什么反应?该反应发 生的场所是哪里?提示:模拟水的光解。场所是叶绿体的类囊体薄膜。该装置有何优点?提示:能获得一氧化碳和氢气等可燃气体,还能将燃烧后的二氧化碳 重新回收,减少温室气体排放。课堂小结关键语句完善概念图光合作用的 影响因素暗反应CO?的固定 C3的还原二氧化碳主要影响暗反应光照强度主要影响光反应在生产中的应用光合作用的、光合作用 原理和应用广的原理1 .光合作用的反应式:0)2+乩0 光能_叶绿体(CH2O) +O20.光反应的场所是类囊体薄膜,产物是。2、NADPH和ATP。2 .暗反应的场
5、所是叶绿体基 质,产物是糖类等物质。反应式:H2O+CO2 V箴 例。)+/绿体4.光合作用过程中的物质转光合作用与细胞呼吸的关系久02714c3一(久乩0)随堂反馈(2)H218018025 .光合作用的能量转化:光能 f ATP和NADPH中活跃的化学 能一有机物中稳定的化学能。6 .光照强度:直接影响光反应 速率,光反应产物用与ATP 的生成速率会影响暗反应速 率,这是最主要的因素。7 .温度:影响光合作用过程, 特别是暗反应中酶的催化效 率,从而影响光合作用强度。8 .CO2浓度:CO?是暗反应的原 料,co2的浓度直接影响暗反 应速率。1.光合作用过程中,能量转化的正确途径是(D )
6、A.叶绿素f阳光f氢和氧B.阳光一叶绿素一ADP (CH2O)C.叶绿素一阳光一ADP-CsD.阳光一叶绿素f ATPf (CH20)解析:在光反应的过程中,色素吸收了光能,用于水的光解和ATP的合 成,这样光能就转化成ATP和NADPH中活跃的化学能;然后NADPH和ATP用于暗反应,还原C3,这样活跃的化学能转化成有机物中稳定的化 学能。2.希尔从细胞中分离出叶绿体,并发现在没有CO2时,给予叶绿体光照, 就能放出0力同时使电子受体还原,并据此提出了希尔反应:艮0+氧化 态电子受体f还原态电子受体+1/202。在希尔反应的基础上,阿尔农 又发现在光下的叶绿体,不供给CO2时,既积累NADP
7、H也积累ATP;进一 步实验,撤去光照,供给C02,发现NADPH和ATP被消耗,并产生有机物。下列关于希尔反应和阿尔农发现的叙述不正确的是(B )A.光合作用释放的。2来自水而不是C02B. NADPH和ATP的形成发生在叶绿体的类囊体薄膜上C.希尔反应与CO2合成有机物的过程是两个过程D.光合作用的需光过程为CO2合成有机物提供ATP和NADPH解析:由题中的信息(希尔反应式)可知,光合作用过程中产生的氧气 来自参加反应的水;从希尔反应和阿尔农发现的叙述,得不到信 息:NADPH和ATP的形成发生在叶绿体的类囊体薄膜上;希尔反应和有 机物的合成过程可以分别进行,在光下积累NADPH和ATP
8、,在暗处可以 进行有机物的合成;希尔反应只有在光下才能进行,在暗处是不能进 行的,在光下积累NADPH和ATP,在暗处可以进行有机物的合成,NADPH 和ATP在合成有机物过程中被消耗。3 .如图表示光合作用的过程,其中I、II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(C )h2oh2oh2oco2光 /V*Ir02光 /V*Ir02光 /V*Ir02NADP+j w b-. n ADP+Pi-糖类A.阶段I表示暗反应b.阶段n表示光反应C.物质a表示NADPHD.物质b表示C3解析:图中阶段I属于光合作用的光反应阶段;图中阶段II能够发生 二氧化碳的固定,并且生成糖
9、类等有机物,属于光合作用的暗反应阶 段;光反应中,水的光解产生氧气和与氧化型辅酶II (NADF)结合, 形成还原型辅酶H (NADPH),因此物质a表示NADPH;在光反应阶段还 产生ATP,图中物质b表示ATPo.(不定项)图1是某高等植物叶肉细胞部分结构示意图,其中ah为 气体的相对值;图2为光照强度对该叶肉细胞CO?吸收量的影响,下列 叙述正确的是(ABD )大气中的CO?大气中的图1图2A.在图2甲时,图1中b、c、d、e的值均为0B.在图2乙时,图1中该叶肉细胞中h二cC.图2中光照强度在丁点及之后,光合速率与呼吸速率相等D.图1中当b、e为零且a、f不为零时,该叶肉细胞呼吸速率大
10、于光 合速率解析:由图2可知,甲时光照强度为0,只有呼吸作用,叶绿体不能吸收 COZ和释放氧气,只有线粒体吸收氧气和释放CO%因此图1中只有a、f、 g、h,而b、c、d、e的值均为0;图2的乙时,光合作用二呼吸作用,因 此线粒体释放的CO?刚好被叶绿体全部吸收,即h二c;图2中光照强度 在丁点及之后,光合作用达到饱和,此时光合速率大于呼吸速率;图1 中当b、e为零且a、f不为零时,说明线粒体除了吸收叶绿体产生的 氧气,还需要从外界吸收氧气,因此叶肉细胞呼吸速率大于光合速率。 5.光合作用和细胞呼吸是植物体重要的物质代谢和能量代谢过程,某 校生物小组为了探究这两项生理过程,设计了图1的实验装置
11、,并利 用二氧化碳传感器等设备,测量了图1所示密闭装置中一昼夜二氧化 碳浓度的变化,结果如图2。自然光照一厂无色透明 辛一玻璃钟罩 赫-BSi寻水槽二。题如誉3崛MJOd24时间/小时 图2(Dab段装置内二氧化碳浓度上升的原因是在图2的 点时,图1装置内的氧气浓度最大。在自然光照下,植株根尖细胞内合成ATP的场所有 O若要利用图1装置设计实验,探究光照强度对光合作用的影响,请 简述如何对装置进行改动和调整?。应如何检测因变量进行比较研究?O解析:(Dab段装置内二氧化碳浓度上升的原因是黑暗中植株只进行 细胞呼吸;在弱光时,光合作用弱于细胞呼吸。在图2的c点之前,二 氧化碳浓度一直降低,光合作
12、用强度大于呼吸作用强度,因此c点时 装置内的氧气浓度最大。植株的根尖细胞不进行光合作用,会进行细胞呼吸,故合成ATP的 场所是细胞质基质、线粒体(线粒体基质和线粒体内膜)。探究光照强度对光合作用的影响,光照强度是自变量,故应该在温 度不变的情况下,分别用不同强度的光源代替自然光源照射该装置。 二氧化碳浓度是因变量,故应该利用二氧化碳传感器分别检测装置内 二氧化碳浓度。答案:黑暗中植株只进行细胞呼吸,在弱光时光合作用弱于细胞呼 吸c (2)细胞质基质、线粒体(线粒体基质和线粒体内膜)(3)在温度不变的情况下,分别用不同强度的光源代替自然光源照射该装置利用二氧化碳传感器分别检测装置内二氧化碳浓度课
13、时作业一格考达标1 .鲁宾和卡门用氧的同位素18o分别标记h2o和co2,然后进行两组实 验:第一组向小球藻培养液提供h2o和0灯;第二组向同种植物提供 h218o和C02o在其他条件都相同的情况下,分析了两组实验释放的氧 气。卡尔文用小球藻做实验:用气标记的汽。2,供小球藻进行光合作 用,探究C02中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。下列相关 叙述正确的是(c )A.小球藻细胞和黑藻叶细胞最明显的区别是有无核膜B.鲁宾和卡门的实验需通过检测同位素的放射性来追踪物质变化 规律C.鲁宾和卡门的实验中第一组和第二组释放氧气的相对分子质量比 为8 : 9D.卡尔文实验中久的转移途径是14co2
14、- 14c5-(久田0)+% 解析:小球藻细胞和黑藻叶细胞均属于真核细胞,二者均有核膜;用不 具有放射性,只是相对原子质量和房。不同;鲁宾和卡门的实验中第一 组释放的氧气为1602,第二组释放的氧气为1802,二者相对分子质量比 为8 : 9;卡尔文实验中的转移途径是CO2fMe3f (14CH20)+14C5o.如图表示植物细胞代谢的过程,下列有关叙述错误的是(D )co26H2O 6O2H2O光02矿质元素一2c2H5OH+、 2C()2+能量 A 2C3H5O3+ 6cO2+ 6cO2+ 6cO2+能量A.图中过程O2的释放量小于过程O2的吸收量,若长期如此则该植 物将无法正常存活B.植
15、物细胞过程的进行与过程密切相关,与过程无直接 关系C.若植物缺Mg则首先会受到显著影响的生理过程是D.蓝细菌的过程发生在类囊体薄膜上,发生在叶绿体基质中 解析:题图中光反应过程。2的释放量小于有氧呼吸过程02的吸收 量,则净光合作用量0,该植物体内有机物的量将减少,长期如此则该 植物将无法正常存活;植物细胞吸收矿质元素离子是主动运输的过 程,需要消耗能量,故与呼吸作用过程密切相关,与光反应过 程无关;Mg是合成叶绿素的成分,光反应阶段需要叶绿素吸收光能,若 植物缺Mg则叶绿素的合成受到影响,首先会受到显著影响的生理过 程是光反应过程;蓝细菌是原核细胞,没有叶绿体,不具备类囊体薄 膜,其光合作用
16、发生在光合片层上。3. 一般来说,光照增强,光合作用增强。但在夏天光照最强的中午,光 合作用强度反而下降。其原因主要是(B )A.蒸腾作用太强,体内水分不足B.气孔关闭,C()2供应不足C.气孔关闭,。2释放不出,抑制光反应D.酶的活性降低解析:光合作用的原料是二氧化碳和水,二氧化碳是通过叶片的气孔 进入叶肉细胞的,水是由植物的根从土壤中吸收的。因此夏日中午, 光照过强,使气孔关闭,就会影响二氧化碳的进入,从而抑制光合作用 暗反应的进行,导致光合作用速率下降。4 .将一株正常生长的盆栽植物突然转移到黑暗环境中,其叶肉细胞的 叶绿体中(C )C3增多,C5减少 NADPH增多,(CHO)增多 A
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