【精品】2019版高中生物第三章细胞的代谢第五节光合作用第2课时学案浙科版必修1.pdf
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1、1第 2 课时光反应和碳反应、光照对光合作用的影响知识内容学考要求选考要求光反应和碳反应的过程b b 环境因素对光合速率的影响c 活动:探究环境因素对光合作用的影响c c 学习导航(1)概述光反应和碳反应的过程以及二者的联系。(2)活动:探究环境因素对光合作用的影响”,概述各种环境的作用机理。方式一复习叶绿体的结构后,教师提出在叶绿体这个细胞器上是如何完成光合作用这样一个看似简单的氧化还原反应的呢?叶绿体中的色素在光合作用过程中有没有作用?有何作用?光如何起作用?物质如何转变?能量为何这么转变?带着这些问题:我们一起来学习光合作用的过程。方式二通过前面的学习我们知道,叶绿体是植物进行光合作用的
2、场所。叶绿体之所以有此功能,这与它的结构是密不可分的。根据下面有关叶绿体的知识来回答几个问题。(1)叶绿体是植物进行光合作用的场所,你知道叶绿体的形态和结构吗?(2)叶绿体中的色素存在于什么部位?它的功能是什么?(3)与光合作用有关的酶存在于叶绿体的哪些部位?光反应和碳反应是如何进行的?2一、光反应和碳反应1光反应(1)过程光能被吸收并转化为ATP和 NADPH 中的化学能。水在光下裂解为H、O2和电子。水中的氢(He)在光下将NADP还原为 NADPH。(2)场所:类囊体膜中。(3)反应物:H2O、ADP、Pi、NADP等。(4)生成物:O2、NADPH、ATP等。(5)条件:色素、光、酶。
3、(6)能量变化:光能 ATP 与 NADPH 中的化学能。2碳反应(1)过程CO2的固定:CO2RuBP 2 三碳酸分子。2 三碳酸分子 还原2 三碳糖。(2)场所:叶绿体基质。(3)反应物:CO2、ATP、NADPH 等。(4)产物:三碳糖(5)能量变化:ATP、NADPH 中的化学能 三碳糖中的化学能。3联系:光反应为碳反应提供NADPH、ATP,碳反应为光反应提供ADP、Pi 和 NADP,如图所示。归纳总结光反应与碳反应的比较比较项目光反应碳反应场所类囊体膜叶绿体基质时间短促,以微秒计较缓慢条件光、色素、酶、水多种酶、CO2、NADPH、ATP 过程利用光能使水光解产生O2,同时产生A
4、TP将 CO2还原为糖的一系列反应3和 NADPH 物质变化水的光解:H2O 光叶绿体2H2e12O2 ATP的合成:ADP Pi 能量 酶ATP NADPH 的合成:NADPH2e酶NADPH CO2的固定:CO2RuBP 酶2 个三碳酸分子三碳酸分子的还原:2 个三碳酸分子 ATP、NADPH酶2 个三碳糖RuBP的再生:三碳糖 酶RuBP 能量变化光能ATP、NADPH 中活跃的化学能活跃的化学能 有机物中稳定的化学能完成标志O2释放、ATP和 NADPH 的生成糖类等有机物的生成联系光反应能为碳反应提供ATP、NADPH、碳反应为光反应提供ADP、Pi、NADP。二者紧密联系,缺一不可
5、示意图例 1(2018绍兴 3 月模拟)如图为光合作用的过程示意图,表示光合作用的场所,a、b 和 c 表示物质。请回答下列问题:(1)的名称是_,其膜上含镁的色素主要吸收_光。(2)水在光下裂解,除图中所示的产物外,还有 _,这些物质会被 _接受,其在卡尔文循环中将CO2还原为 _,此过程中还伴随着_的贮存。(3)在供给 C18O2极短时间后,除了糖类物质含有18O以外,从另一种光合产物_中也应当能够检测到18O。答案(1)类囊体红光和蓝紫(2)H和电子NADP糖(或三碳糖或三碳糖磷酸)能量(3)水4解析(1)中进行的是光反应,场所是类囊体,其膜上含镁的色素是叶绿素,叶绿素主要吸收红光和蓝紫
6、光。(2)水的光解产物有氧气、H和电子,H和电子会被NADP接受,形成 NADPH,其在三碳酸分子还原过程中供能和作为还原剂,将三碳酸分子还原为三碳糖磷酸,此过程中还伴随着能量的贮存。(3)在供给 C18O2极短时间后18O的走向为:C18O2 二氧化碳固定三碳酸分子 三碳酸分子还原三碳糖和H 182O(碳反应阶段有水产生)。思维启迪对光反应与碳反应的认识(1)光合作用中光反应和碳反应不是独立的两个阶段,而是息息相关的两个过程,没有光反应,碳反应也无法进行。(2)光合作用的场所在真核生物中一定为叶绿体,在原核生物中主要为质膜。(3)碳反应所需要的ATP仅来自光反应,而不能由细胞呼吸提供。(4)
7、光合作用中,ATP提供能量和磷酸基团;NADPH 提供能量和作为还原剂,也是氢的载体,提供氢。(5)三碳糖或五碳糖(RuBP)组成元素中含有磷。(6)CO2中的 C进入三碳酸分子但不进入RuBP,最后进入三碳糖,RuBP中的 C不进入三碳糖,可以通过同位素示踪实验证明。例 2(2017浙江超级全能生模拟)下图为类囊体膜的部分结构和生理功能示意图。请据图回答相关问题:(1)叶绿体内的很多类囊体堆叠起来的结构称为_。(2)类囊体膜是植物进行_的场所,其上的色素吸收光能,并将光能转化为_,贮存在 NADPH 和_中。(3)a物质是 _,是水的裂解产物,经过一系列膜蛋白的传递后被NADP接受,NADP
8、同时还接受1 个 H形成 NADPH,NADPH 在三碳酸分子的还原过程中提供_。若撤离光照,短时间内叶绿体中的RuBP含量将 _。答案(1)基粒(2)光反应化学能ATP(3)电子能量和氢下降解析叶绿体内的许多类囊体堆叠起来形成基粒。类囊体膜上的色素能够吸收光能,在光反应阶段水被裂解为H、O2、电子,其中H、电子将NADP还原为 NADPH,同时将光能转化为化学能贮存在ATP和 NADPH 中。在碳反应阶段,NADPH 为三碳酸分子的还原提供能量和氢。若在光合作用过程中突然撤离光照,短时间内,三碳酸分子还原产生的RuBP减少,而RuBP与二氧化碳产生三碳酸分子正常进行,则叶绿体中的RuBP含量
9、将下降。5拓展提升光照和 CO2浓度变化对光合作用物质含量变化的影响由于各种因素的变化,如温度变化、光强度变化、CO2浓度变化会影响三碳酸分子、RuBP、NADPH、ATP、三碳糖这些物质的含量,根据化学平衡原理分析,可以获得它们之间变化的关系。如下表:项目光照变强、CO2不变光照变弱、CO2不变光照不变、CO2增多光照不变、CO2减少三碳酸分子RuBP ATP 三碳糖NADPH 注:此表只是对变化短时间内各物质的相对量的变化作讨论,而不是长时间,其中“”代表上升,“”代表下降二、环境因素对光合速率的影响1光合速率(光合强度)(1)含义: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
10、用(如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳)。(2)表示方法:产生氧气量/单位时间或消耗二氧化碳量/单位时间。2影响光合速率的因素(1)光强度:在一定范围内,光合速率随光强度的增加而增加;当光强度升高到一定数值后,光强度再增加,光合速率也不会增加,此时的光强度称为光饱和点。(2)温度:每种植物光合作用都有一个最适温度。低于该温度,随着温度升高,光合速率加快;超过该温度,酶的活性减弱或丧失。(3)二氧化碳浓度:一定范围内,空气中二氧化碳浓度的增加会使光合速率加快。(4)矿质元素:缺少N会影响酶的合成,缺少P会影响 ATP的合成;缺少Mg会影响叶绿素的合成。特别提醒光强度对光合速率的影响各点含义6A点:
11、光强度为零,只进行细胞呼吸。B点:光合速率等于呼吸速率,为光补偿点。C点:是光合作用达到最大值时所需要的最小光强度,即光饱和点。表观光合速率和真正光合速率的关系真正光合速率表观光合速率呼吸速率。3探究光强度对光合作用的影响(1)实验假设:一定范围内,光合速率随光强度的增加而增强。(2)实验过程组装下图装置三套,编号为甲、乙、丙;分别向三支试管内加入等量的小球藻和5%的 NaHCO3溶液;记录有色液滴的起始位置;取三只100 W灯泡,分别置于距甲、乙、丙10 cm、20 cm、50 cm 处,一段时间后,记录液滴位置。(3)变量分析自变量:光强度,通过100 W灯泡距实验装置的距离远近控制。因变
12、量:光合速率,通过单位时间内O2的释放量测定,以单位时间内有色液滴的移动距离作为检测指标。无关变量:各组实验植物(如金鱼藻、小球藻)的数量相同,温度、CO2浓度相同。(4)实验拓展设置温度作为自变量用上述装置探究温度对光合速率的影响,可通过将试管分别置于装有不同温度水的烧杯中控制自变量温度;设置 CO2浓度作为自变量用上述装置探究CO2浓度对光合作用的影响,可通过往试管内分别加入不同浓度的NaHCO3溶液来控制自变量CO2浓度。例 3图甲表示植物光合作用中的光反应,其中数字表示物质,a 和 b 表示结构。图乙为“探究环境因素对光合作用的影响”的实验装置,广口瓶中装有碳酸氢钠溶液以维持溶液中CO
13、2浓度。请回答下列问题(说明:题中“”填数字或字母,“_”填文字):7(1)叶片中的光合色素存在于图甲中的 _ 上。“光合色素的提取与分离”实验中,加入 _液使光合色素在滤纸上分离,其中扩散的最快的色素是_。(2)图甲中,水中的氢转移到 _(物质)中,该物质在卡尔文循环中的作用是_。(3)某研究小组利用图乙装置探究不同波长的光对黑藻光合作用的影响。光合作用速率常用图甲中 _ 的相对释放量表示,其释放量可依据图乙中_估算。答案(1)b 类囊体膜层析胡萝卜素(2)NADPH 提供氢和能量(3)O2量筒中收集的液体体积解析(1)叶片中的光合色素存在于图甲中的b 类囊体膜上。分离光合色素的方法是纸层析
14、法,所用到的液体为层析液。胡萝卜素在层析液中的溶解度最大,扩散速率最快。(2)分析图甲可知,为O2,为 NADPH,为 NADP,为 ATP,为 ADP。图甲中,水中的氢转移到 NADPH中,该物质在卡尔文循环(碳反应)中的作用是提供氢和能量。(3)光合作用速率常用图甲中 O2的相对释放速率表示。O2不易溶于水,广口瓶内黑藻的光合作用释放O2导致瓶内气体压强增大,将水压入量筒,所以 O2的释放量可依据图乙量筒中收集的液体体积估算。例 4光合作用的正常进行要受多种因素的影响。一个生物兴趣小研究了矿质元素含量、光强度和温度对光合作用的影响,下面是一位同学根据实验结果绘制的一组曲线,你认为不正确的是
15、()答案A 解析N 是构成酶、叶绿素、ATP、NADPH、核酸等的原料,氮元素是植物光合作用的必需元素,但光合强度不会随叶片中含N量的增大而不断增大,81.根据对下图的观察,下列判断正确的是()A需要 NADPH,不需要ATP B都不需要NADPH C不需要NADPH,需要 NADPH 和 ATP D都需要NADPH 和 ATP 答案C 解析由题图可知,该过程为光合作用的碳反应过程,、分别是指CO2的固定和三碳酸分子的还原,CO2的固定不需要NADPH,但是三碳酸分子的还原需要NADPH 和 ATP。2(2018湖州期中)光合作用中水分子光解的产物是()A氧气和氢气B氧气、H、eC氧原子、NA
16、DP、eD氧气、NADPH、ATP 答案B 解析在光合作用的光反应中,水在叶绿体的类囊体膜上发生分解反应,产物是氧气、H、e。其中氧气可以释放到外界环境或供线粒体进行需氧呼吸,H、e可以与 NADP反应生成NADPH。3(2017台州联考)下图曲线表示最适温度、CO2浓度为0.03%条件下黄豆光合速率与光强度的关系。在y 点时改变某环境条件,曲线变为。下列叙述正确的是()9A制约 x 点光合速率的因素主要是叶绿体中色素的含量B制约 z 点光合速率的因素主要是CO2浓度Cx 点和 y 点的碳反应速率相同D在 y 点时,升高温度导致曲线由变为答案B 解析在曲线 xy 段,随光强度增加,植物光合速率
17、增大,因此制约x 点光合速率的因素主要是光强度,A项错误;x 点时光合速率小于y 点,因此 x 点的碳反应速率小于y 点,C项错误;曲线是在最适温度条件下得到的实验结果,因此曲线不可能是通过升高温度所致,D 项错误。4下图所示为叶绿体中色素蛋白等成分在膜上的分布。下列有关叙述正确的是()A此生物膜为叶绿体内膜B产生的 ATP可用于植物体的各项生理活动C发生的能量转换是:光能化学能,此化学能可贮存于ATP与 NADPH 中D在图示结构中可完成光反应与碳反应答案C 解析色素存在于叶绿体类囊体膜上,而非叶绿体内膜;光反应产生的ATP只用于碳反应;在类囊体膜上只能进行光合作用的光反应,碳反应需在叶绿体
18、基质中进行。光反应可将光能转化为化学能贮存于ATP和 NADPH 中,故只有C选项正确。5图甲是菠菜叶肉细胞中的叶绿体亚显微结构示意图,其中、表示不同的部位;图乙是光合作用的碳反应过程示意图,其中表示物质。请回答下列问题:(1)利用新鲜菠菜叶片进行“光合色素的提取和分离”活动。在菠菜叶片研磨过程中,加入1095%乙醇的作用是 _;分离色素的过程中,应注意滤纸上的滤液细线要高于 _的液面;分离后,在滤纸条上会呈现四条色素带,其中离滤液细线最远的色素是 _(填相应的色素名称)。(2)光合色素存在于图甲的 _ 中,其中叶绿素主要吸收红光和_光。图乙过程发生在图甲的 _ 中(在 内填写图中的相应编号)
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