1.光合作用的概念。閱讀教材相關(guān)內(nèi)容,從物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)化兩個(gè)角度,闡明光合作用的概念,寫出光合作用的化學(xué)反應(yīng)式。 (1)場(chǎng)所:綠色植物的________中。 (2)物質(zhì)變化:___和______轉(zhuǎn)化為有機(jī)物和____。 (3)能量轉(zhuǎn)化:______轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存在有機(jī)物中的化學(xué)能。 (4)化學(xué)反應(yīng)式。
CO2+H2O ________+O2
新知一　光合作用的概念和部分探索實(shí)驗(yàn)
2.探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)。 分析、討論教材“思考·討論：探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)”,說(shuō)出探究歷程中各位科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)論。 (1)19世紀(jì)末,科學(xué)界普遍認(rèn)為:
(2)1928年,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甲醛對(duì)植物有毒害作用,而且甲醛不能通過(guò)光合作用轉(zhuǎn)化為糖。 (3)1937年,希爾(英國(guó))。
①研究過(guò)程: H2O O2 ②結(jié)論:____________________________________________。 (4)1941年,魯賓(美國(guó))和卡門(美國(guó))。 ①研究過(guò)程: 向植物提供
②結(jié)論:__________________________。 (5)1954年,阿爾農(nóng)(美國(guó))發(fā)現(xiàn),在光照下,葉綠體可合成_____,這一過(guò)程總是與_________相伴隨。
光合作用釋放的氧氣來(lái)自水
離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣
新知二 光合作用的過(guò)程
2.聯(lián)系。
(1)光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供______________。 (2)暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供_________________。 3.總化學(xué)反應(yīng)方程式:_________
___________。
ADP、Pi和NADP+
新知三　光合作用原理的應(yīng)用
閱讀教材相關(guān)內(nèi)容,闡明光合作用強(qiáng)度的概念,列舉影響光合作用強(qiáng)度的因素,關(guān)注光合作用原理的應(yīng)用。 1.光合作用強(qiáng)度。 (1)概念:植物在_________內(nèi)通過(guò)光合作用制造_____的數(shù)量。 (2)表示方法:用一定時(shí)間內(nèi)_________或________的數(shù)量來(lái)定量表示。
糖類
2.影響光合作用強(qiáng)度的因素。 影響因素
閱讀教材本節(jié)最后一段內(nèi)容,說(shuō)出化能合成作用的概念,舉例說(shuō)明化能合成作用的過(guò)程。 1.概念。 生物體利用體外環(huán)境中的______________________的能量來(lái)制造有機(jī)物的過(guò)程。 2.硝化細(xì)菌的化能合成作用過(guò)程(如下圖所示)。
某些無(wú)機(jī)物氧化時(shí)所釋放
3.化能合成作用與光合作用最主要的區(qū)別是什么? 提示:能量來(lái)源不同。化能合成作用的能量來(lái)源于無(wú)機(jī)物氧化時(shí)所釋放的能量,光合作用的能量來(lái)源于光能。
1.希爾的實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裾f(shuō)明光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素全部來(lái)自水?能否說(shuō)明水的光解與糖的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)? 提示:不能。不能。 2.魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)中若只標(biāo)記H2O中的O或只標(biāo)記CO2中的O進(jìn)行實(shí)驗(yàn),能否證明光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來(lái)自水?為什么?
探究一　光合作用的概念和部分探索實(shí)驗(yàn)
提示:不能。由于受技術(shù)手段的限制,不能證明O2中的O全部被標(biāo)記。若只標(biāo)記H2O中的O,不能證明光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來(lái)自水。若只標(biāo)記CO2中的O,則不能證明氧氣中氧元素的來(lái)源。 3.嘗試用示意圖來(lái)表示ATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系。 提示:
【例1】下列關(guān)于探究光合作用原理實(shí)驗(yàn)的敘述,錯(cuò)誤的是(　　)A.恩格爾曼利用水綿和好氧細(xì)菌為材料,證明光合作用 的場(chǎng)所是葉綠體B.希爾證明離體葉綠體在適當(dāng)條件下可以發(fā)生水的光 解,產(chǎn)生氧氣C.魯賓和卡門用18O分別標(biāo)記H2O和CO2,證明光合作 用產(chǎn)生的氧來(lái)自水D.阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)水的光解過(guò)程產(chǎn)生ATP答案:D
【例2】下圖為探究光合作用中氧氣來(lái)源的實(shí)驗(yàn)示意圖,圖中A物質(zhì)和B物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量之比是(　　)
A.1∶2　　　　　　 B.2∶1C.8∶9 D.9∶8解析:氧氣中氧元素來(lái)源于水,所以A物質(zhì)是16O2, B物質(zhì)是18O2,即A物質(zhì)和B物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量之比為16∶18=8∶9。答案:C
1.光反應(yīng)階段。 (1)在下圖中用線段和箭頭標(biāo)出光反應(yīng)的物質(zhì)和能量變化。
探究二 光合作用的過(guò)程
答案:如圖所示。 (2)根據(jù)標(biāo)出的過(guò)程總結(jié)光反應(yīng)的條件和產(chǎn)物。 提示:條件有光照、色素和酶;產(chǎn)物有O2、NADPH和ATP。
2.暗反應(yīng)階段。 (1)請(qǐng)接著在上圖中標(biāo)出暗反應(yīng)中CO2的固定和C3的還原過(guò)程。 答案:如圖所示。 (2)若用14C標(biāo)記CO2中的C,則能在光合作用過(guò)程中的哪些物質(zhì)中檢測(cè)到放射性?請(qǐng)標(biāo)出14C的轉(zhuǎn)移途徑。 提示:14CO2→2C3(只有一個(gè)14C)→(14CH2O)。
3.光反應(yīng)和暗反應(yīng)的聯(lián)系。 通過(guò)分析光反應(yīng)和暗反應(yīng)的物質(zhì)、能量變化,概述二者之間存在怎樣的聯(lián)系? 提示:光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供NADPH、ATP,暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi和NADP+。 4.通過(guò)以上分析,歸納光合作用的實(shí)質(zhì)。 提示:合成有機(jī)物,儲(chǔ)存能量。
生命觀念——物質(zhì)與能量觀 (1)光合作用過(guò)程中,物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)化密不可分。光反應(yīng)階段,光能被葉綠體內(nèi)類囊體薄膜上的色素捕獲后,將水分解為O2和H+等,形成ATP和NADPH,從而使光能轉(zhuǎn)化為ATP中的化學(xué)能。 (2)NADPH和ATP驅(qū)動(dòng)在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行的暗反應(yīng),將CO2轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存化學(xué)能的糖類。
【例3】(2022·廣東普寧)如圖為葉綠體結(jié)構(gòu)與功能示意圖,下列說(shuō)法正確的是(　　) A.結(jié)構(gòu)A中的能量變化是光能轉(zhuǎn)變?yōu)镹ADPH和ATP中活躍的化學(xué)能B.供給14CO2,放射性出現(xiàn)的順序?yàn)镃O2→C5→甲→C3C.結(jié)構(gòu)A釋放的O2可進(jìn)入線粒體中,參與有氧呼吸第二階段的反應(yīng)D.如果突然停止CO2的供應(yīng),短時(shí)間內(nèi)C3的含量將會(huì)增加
解析:光能轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP和NADPH中的化學(xué)能屬于光反應(yīng)階段的能量變化,發(fā)生在結(jié)構(gòu)A(葉綠體基粒)中,A項(xiàng)正確;供給14CO2,CO2首先與C5進(jìn)行固定,形成C3,然后C3還原為有機(jī)物,故放射性出現(xiàn)的順序應(yīng)為CO2→C3→甲(有機(jī)物),B項(xiàng)錯(cuò)誤;結(jié)構(gòu)A(葉綠體基粒)釋放的O2可進(jìn)入線粒體中,參與的是有氧呼吸第三階段的反應(yīng),C項(xiàng)錯(cuò)誤;如果突然停止CO2的供應(yīng),會(huì)導(dǎo)致C3的來(lái)源減少,而去路正常,故短時(shí)間內(nèi)C3的含量將會(huì)降低,D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案:A
【母題延伸】光反應(yīng)階段中,H2O中的H是如何成為NADPH中的H的?提示:H2O被分解產(chǎn)生H+,H+與NADP+結(jié)合形成NADPH?！纠?】正常生長(zhǎng)的綠藻光照培養(yǎng)一段時(shí)間后,用黑布迅速將培養(yǎng)瓶罩住,此后綠藻細(xì)胞的葉綠體內(nèi)不能發(fā)生的現(xiàn)象是(　　)A.O2的產(chǎn)生停止B.ATP含量上升C.C5的生成減慢D.C3的還原減慢答案:B
【方法規(guī)律】光照與CO2濃度變化對(duì)C3、C5、ATP、(CH2O)合成量的影響 由于各種因素的變化,如溫度的高低變化、光照的強(qiáng)弱變化、CO2多少的變化會(huì)影響C3、C5、ATP、(CH2O)這些物質(zhì)的含量,通過(guò)下圖,遵照化學(xué)平衡的原理進(jìn)行分析,可以獲得它們之間變化的關(guān)系(如下表所示)。
1.請(qǐng)結(jié)合圖解分析光照強(qiáng)度、CO2濃度、溫度等對(duì)光合作用的影響與應(yīng)用。 (1)光照強(qiáng)度。 ①A點(diǎn):光照強(qiáng)度為0,此時(shí)只進(jìn)行_________,CO2釋放量表示此時(shí)的_____________。?
探究三　光合作用原理的應(yīng)用
②AB段:光照強(qiáng)度增大,光合作用強(qiáng)度逐漸_________,CO2的釋放量逐漸減少(有一部分用于光合作用),此時(shí)細(xì)胞呼吸強(qiáng)度________光合作用強(qiáng)度。? ③B點(diǎn):_______點(diǎn),此時(shí)細(xì)胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用。? ④BC段:隨著光照強(qiáng)度不斷增大,光合作用強(qiáng)度不斷______,在C點(diǎn)時(shí)______ ,C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度稱為________。?
(2)CO2濃度。 CO2濃度對(duì)光合作用速率影響的分析,如圖所示。 圖中所示的光合速率為__________光合速率;A點(diǎn)為　　　__________,此時(shí)__________速率等于_________速率。?
(3)溫度。
光合作用是在酶催化下進(jìn)行的,溫度直接影響酶的活性。 AB段:隨溫度的升高,光合作用強(qiáng)度逐漸　　　　。 BC段:與光合作用有關(guān)的酶活性　　　　,光合作用強(qiáng)度　　　　。
(4)礦質(zhì)元素。 礦質(zhì)元素是參與光合作用的　　　、　　　、____　 　、　　 等物質(zhì)的組成元素。如果缺乏,會(huì)影響光合作用強(qiáng)度。 2.植物在進(jìn)行光合作用的同時(shí),還會(huì)進(jìn)行細(xì)胞呼吸。我們觀測(cè)到的光合作用指標(biāo),如O2的產(chǎn)生量是光合作用實(shí)際產(chǎn)生的總O2量嗎?為什么? 提示:不是。該指標(biāo)是光合作用實(shí)際產(chǎn)生O2量與細(xì)胞呼吸消耗O2量的差值。
3.結(jié)合影響光合作用強(qiáng)度的因素思考,大田中應(yīng)如何提高作物的光合作用強(qiáng)度,提高產(chǎn)量。 提示:(1)合理密植、間作套種。 (2)大田要“正其行,通其風(fēng)”。 (3)施用農(nóng)家肥,與雞舍連通等。 (4)根據(jù)植物的需肥規(guī)律,適時(shí)、適量地增施肥料。
凈光合速率及其表示方法 (1)凈(表觀)光合速率:綠色植物組織在有光的條件下,光合作用與細(xì)胞呼吸同時(shí)進(jìn)行時(shí),測(cè)得的實(shí)驗(yàn)容器中O2的增加量或CO2的減少量。 (2)呼吸速率:綠色植物組織在黑暗條件下,測(cè)得的實(shí)驗(yàn)容器中O2的減少量或CO2的增加量。 (3)真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率。
(4)常用表示方法。
①光合作用產(chǎn)生O2量=實(shí)測(cè)的O2釋放量+細(xì)胞呼吸消耗O2量 ②光合作用固定CO2量=實(shí)測(cè)的CO2吸收量+細(xì)胞呼吸釋放CO2量 ③光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物量=有機(jī)物的積累量(增重部分)+細(xì)胞呼吸消耗的有機(jī)物量
(5)凈光合速率與真正光合速率的關(guān)系。
【例5】下列有關(guān)植物光合作用的應(yīng)用的敘述,錯(cuò)誤的是(　　)A.雨天的大棚中，適當(dāng)增加人工光照有助于提高光合作 用強(qiáng)度B.冬季晴天的中午在大棚中，適當(dāng)增加CO2的供應(yīng)有助 于提高光合作用強(qiáng)度C.夏季雨天的農(nóng)田,升高溫度有助于提高光合作用強(qiáng)度D.立秋后的農(nóng)田,適當(dāng)施用農(nóng)家肥有助于提高光合作用 強(qiáng)度
解析:夏季雨天光照強(qiáng)度較弱,此時(shí)限制光合作用的主要因素是光照強(qiáng)度,因此升高溫度不能明顯提高光合作用強(qiáng)度,反而使細(xì)胞呼吸增強(qiáng),增加有機(jī)物的消耗,C項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案:C【母題延伸】 用大棚種植作物時(shí),白天適當(dāng)提高溫度,夜間適當(dāng)降低溫度,有利于產(chǎn)量的提高。試說(shuō)明原因。 提示:白天適當(dāng)提高溫度可增強(qiáng)光合作用,增加有機(jī)物的產(chǎn)量;夜間適當(dāng)降低溫度,可減弱細(xì)胞呼吸,減少有機(jī)物的消耗。
【例6】某綠色植物的CO2吸收量隨光照強(qiáng)度的變化如下圖所示。下列敘述正確的是(　　)A.曲線AB段表示綠色植物沒有進(jìn)行光合作用B.曲線BC段表示綠色植物細(xì)胞呼吸不斷增強(qiáng)C.B點(diǎn)時(shí)植物光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度D.A點(diǎn)代表黑暗條件下,綠色植物無(wú)氧呼吸強(qiáng)度
解析:圖中A點(diǎn)光照強(qiáng)度為0,只能進(jìn)行細(xì)胞呼吸,AB段隨著光照強(qiáng)度的增加,光合作用逐漸增強(qiáng),但仍小于細(xì)胞呼吸,A項(xiàng)錯(cuò)誤;曲線BC段表示綠色植物光合作用不斷增強(qiáng),B項(xiàng)錯(cuò)誤;B點(diǎn)為光補(bǔ)償點(diǎn),此時(shí)植物光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度,C項(xiàng)正確;A點(diǎn)代表黑暗條件下,綠色植物的細(xì)胞呼吸強(qiáng)度,D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案:C
【方法規(guī)律】 解答光合作用相關(guān)曲線的基本步驟 (1)明標(biāo):即明確橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)所表示的含義。 (2)找點(diǎn):即找出曲線中的起點(diǎn)、止點(diǎn)、頂點(diǎn)、交點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)等關(guān)鍵點(diǎn)。例如,光照強(qiáng)度或CO2濃度對(duì)光合作用強(qiáng)度影響的曲線中,在光照強(qiáng)度為0時(shí),曲線與縱坐標(biāo)的交點(diǎn)表示細(xì)胞呼吸所釋放的CO2量或消耗的O2量;曲線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)為光(或CO2)補(bǔ)償點(diǎn),即表示光合作用強(qiáng)度與細(xì)胞呼吸強(qiáng)度相同時(shí)的光照強(qiáng)度(或CO2濃度)。
(3)析線:即找出曲線上升、下降或波動(dòng)等變化趨勢(shì),并找出變化的原因。例如,夏季一天中的光合作用曲線,往往會(huì)呈現(xiàn)“M”形變化,其“午休”效應(yīng)出現(xiàn)的原因是溫度過(guò)高導(dǎo)致部分氣孔關(guān)閉,使得CO2供應(yīng)不足。 (4)找因:在受多種因素影響時(shí),找出曲線的限制因素。方法是對(duì)縱坐標(biāo)或橫坐標(biāo)畫垂線,或者只看某一條曲線的變化,從而將多因素轉(zhuǎn)變?yōu)閱我灰蛩?進(jìn)而確定限制因素。

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高中生物人教版 (2019)必修1《分子與細(xì)胞》電子課本

二 光合作用的原理和應(yīng)用

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年級(jí)： 必修1《分子與細(xì)胞》

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