【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.了解光合作用的探究歷程，說(shuō)出光合作用的概念
2.掌握光合作用的光反應(yīng)和暗反應(yīng)過(guò)程及二者的關(guān)系
【學(xué)習(xí)重難點(diǎn)】
重點(diǎn)
1.分析光合作用的過(guò)程，比較光反應(yīng)和暗反應(yīng)。
2.分析影響光合作用的環(huán)境因素。
難點(diǎn)：舉例說(shuō)明光合作用原理的實(shí)踐應(yīng)用。
【預(yù)習(xí)新知】
光合作用的原理
1.概念
光合作用是指綠色植物通過(guò) ，利用 ，將 和 轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的 ，并且釋放出 的過(guò)程。
2.反應(yīng)式：
3.探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)
4.光合作用的過(guò)程
(1)Ⅰ是 階段
①場(chǎng)所：在 上進(jìn)行。
②條件：必須有 、葉綠體中的 和酶。
③過(guò)程
a.水的光解：2H2O4 ＋ ；
b.ATP的生成：ADP＋Pieq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(酶)) 。
④能量轉(zhuǎn)變：光能一部分轉(zhuǎn)變?yōu)? 中活躍的化學(xué)能；一部分儲(chǔ)存在 中。
(2) Ⅱ是 階段
①場(chǎng)所：在 中進(jìn)行。
②條件：有光無(wú)光均可，需要多種 參與。
③過(guò)程
a.CO2的固定：CO2＋ ；
b.C3的還原： ＋NADPHeq \(――→,\s\up7(ATP),\s\d5(酶)) ＋C5。
④能量轉(zhuǎn)變： 中活躍的化學(xué)能和 中部分能量→ 中穩(wěn)定的化學(xué)能。
(3)圖中 ① ；② ；③ ；④ ；⑤ ；⑥ ；⑦ 。
(4)光反應(yīng)與暗反應(yīng)的聯(lián)系
①光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供 、 ；暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供 、 、 。
②沒(méi)有光反應(yīng)，暗反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行；沒(méi)有暗反應(yīng)，有機(jī)物無(wú)法合成。總之，光反應(yīng)是暗反應(yīng)所需物質(zhì)和能量的準(zhǔn)備階段，暗反應(yīng)是光反應(yīng)的繼續(xù)，是物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的完成階段。
(5)總反應(yīng)式
a.產(chǎn)物為(CH2O)：
b.產(chǎn)物為C6H12O6：
(6)元素的轉(zhuǎn)移途徑
①H：3H2O 。
②C：14CO2 。
③O：H218O ；C18O2 。
光合作用原理的應(yīng)用
(一)光合作用強(qiáng)度：
(1)概念：植物在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)光合作用制造糖類(lèi)的數(shù)量。
(2)表示方法：用一定時(shí)間內(nèi)原料消耗或產(chǎn)物產(chǎn)生量的數(shù)量來(lái)定量表示。
(二)實(shí)驗(yàn)：探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響
(1)原理：抽去圓形小葉片中的氣體后，葉片在水中 ，光照下葉片進(jìn)行光合作用產(chǎn)生 ，充滿(mǎn)細(xì)胞間隙，葉片又會(huì) 。光合作用越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)圓形小葉片上浮的數(shù)量 。
(2)變量：自變量：不同 控制自變量：調(diào)節(jié) 與 的距離進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)
因變量： 強(qiáng)度 檢測(cè)因變量： 浮起數(shù)量 無(wú)關(guān)變量：葉片大小、溶液的量
(3)流程：取材→排氣→沉水→分組→光照→觀察并記錄
(4)結(jié)果：在一定范圍內(nèi)，臺(tái)燈與實(shí)驗(yàn)裝置的距離越近，浮起的圓形小葉片也越多。
(5)結(jié)論：在一定范圍內(nèi)，隨著光照強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，光合作用也增強(qiáng)(單位時(shí)間內(nèi)圓形小葉片中產(chǎn)生的O2越多，浮起的圓形小葉片也越多)。
提示：臺(tái)燈發(fā)光同時(shí)也會(huì)使溫度發(fā)生改變，在臺(tái)燈與燒杯之間加盛水玻璃柱排除溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的影響。
(6) 本實(shí)驗(yàn)每組圓形小葉片 （可以、不可以）由30片改為3片。理由：
(三)影響光合作用強(qiáng)度的因素：
1．內(nèi)因：葉綠體的數(shù)量、葉綠素的含量、_ _的含量和活性、葉齡等。
2．外因：光照強(qiáng)度、光照時(shí)間、光的成分、CO2濃度、溫度、水和礦質(zhì)元素等。
(1)原料：CO2、水。動(dòng)力：光能。例如：環(huán)境中CO2濃度、葉片氣孔開(kāi)閉情況。
(2)影響葉綠體(光合作用場(chǎng)所)的形成和結(jié)構(gòu)。如無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)、病蟲(chóng)害也會(huì)影響光合作用強(qiáng)度。
(3)溫度、pH。光合作用需要酶參與，溫度、pH影響酶活性。
3．外因分析：
(1)光照：
a.①凈光合速率表示法：綠色植物光下，一定時(shí)間內(nèi)O2 量、CO2 量或糖類(lèi)（有機(jī)物）的 量
②上圖中光照強(qiáng)度大于C時(shí)，OA段表示植物 速率，OF段表示植物 速率，則真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率
b曲線與圖形分析：
1、A點(diǎn)光照強(qiáng)度為0，此時(shí)只進(jìn)行 ，無(wú) 作用。細(xì)胞內(nèi)的代謝特點(diǎn)如圖2所示。
2、AB段：細(xì)胞呼吸強(qiáng)度 光合作用強(qiáng)度(圖3),凈光合速率 0，植物不能 ，長(zhǎng)時(shí)間處于此種狀態(tài)，植物將死亡。
3、B點(diǎn)：光合作用強(qiáng)度 細(xì)胞呼吸強(qiáng)度(圖4)。B點(diǎn)所示光照強(qiáng)度稱(chēng)為 。凈光合速率 0，植物不能生長(zhǎng)。
4、BC段：凈光合速率 0，植物因積累有機(jī)物而正常生長(zhǎng)。(圖5)
5、C點(diǎn)所示光照強(qiáng)度稱(chēng)為 點(diǎn)。AD段限制因素： DE段限制因素： 濃度等
c應(yīng)用：①適當(dāng) 光照強(qiáng)度； 光合作用時(shí)間；增加光合作用面積—— 合理密植 ；溫室大棚用_________的塑料或玻璃。
(北方夏季中午時(shí)，光照強(qiáng)度很強(qiáng)，植物的光合作用強(qiáng)度將 。原因：光照強(qiáng)度過(guò) ，溫度 ，導(dǎo)致氣孔 ，細(xì)胞CO2供應(yīng) ，光合作用強(qiáng)度 )
(2)CO2濃度：
(3)溫度:①溫度通過(guò)影響酶的 來(lái)影響光合作用強(qiáng)度。
②應(yīng)用：適時(shí)播種；溫室栽培時(shí)白天適當(dāng) 溫度，以提高光合作用速率；夜間適當(dāng) 溫度，以降低細(xì)胞呼吸，保證植物有機(jī)物的積累。
(4)水及礦質(zhì)元素
①N、Mg、Fe等是葉綠素合成的必需元素，若這些元素缺乏，會(huì)影響 的合成從而影響光合作用。
②水既是光合作用的原料，又是體內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)；水還會(huì)影響 關(guān)閉，從而影響CO2進(jìn)入植物體，間接影響光合作用。
【鞏固訓(xùn)練】
1.細(xì)胞內(nèi)的生物膜在結(jié)構(gòu)和功能上緊密聯(lián)系，許多重要的化學(xué)反應(yīng)需要酶的參與，廣闊的膜面積為多種酶提供了附著位點(diǎn)。在真核細(xì)胞中，下列代謝過(guò)程在膜上進(jìn)行的是( )
A.有氧呼吸過(guò)程中NADH與O2結(jié)合
B.光合作用暗反應(yīng)中CO2與C5結(jié)合
C.翻譯過(guò)程中tRNA和mRNA的結(jié)合
D.DNA復(fù)制時(shí)解旋酶與DNA的結(jié)合
2.用新鮮的菠菜進(jìn)行光合色素的提取和分離，相關(guān)敘述正確的是( )
A.提取葉綠體色素時(shí)可用無(wú)水乙醇作為溶劑
B.在劃出一條濾液細(xì)線后緊接著重復(fù)劃線2—3次
C.在敞開(kāi)的燒杯中進(jìn)行層析時(shí)，需通風(fēng)操作
D.層析完畢后應(yīng)迅速記錄結(jié)果，否則葉綠素條帶會(huì)很快隨溶劑揮發(fā)消失
3.大棚種植在豐富人們的餐桌時(shí),也引發(fā)了一些種植問(wèn)題。為了提高農(nóng)作物產(chǎn)量,下列措施及目的合理的是( )
①定期松土,有利于植物根部吸收礦質(zhì)元素
②陰天補(bǔ)充光源,可補(bǔ)充藍(lán)紫色或紅色光源
③定期在溫室中釋放二氧化碳,以提高光合作用強(qiáng)度
④保持溫室中晝夜溫度的一致,有利于植物積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)
A.①②③B.②③④C.①②③④D.①④
4.下列關(guān)于光合作用和化能合成作用的敘述，正確的是( )
A.都以光能作為能源
B.這兩類(lèi)作用都是真核生物特有的方式
C.進(jìn)行光合作用的生物屬于自養(yǎng)生物，進(jìn)行化能合成作用的生物屬于異養(yǎng)生物
D.都能將CO2和水合成為有機(jī)物
5.綠色植物在進(jìn)行光合作用的同時(shí)，還會(huì)進(jìn)行呼吸作用，這兩個(gè)生理過(guò)程緊密聯(lián)系。細(xì)胞呼吸和光合作用的原理在生活和生產(chǎn)實(shí)踐中有廣泛應(yīng)用。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是( )
A.光合作用需要的ATP主要由細(xì)胞呼吸作用提供
B.光下測(cè)得的O2釋放量不是光合作用實(shí)際的O2產(chǎn)生量
C.白天適當(dāng)降溫，夜晚適當(dāng)升溫，可以提高作物的產(chǎn)量
D.增加CO2濃度會(huì)抑制細(xì)胞呼吸，并且不利于植物的光合作用
6.生命活動(dòng)離不開(kāi)水。下圖表示高等植物細(xì)胞代謝的部分過(guò)程，其中數(shù)字序號(hào)表示相關(guān)場(chǎng)所。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）細(xì)胞中每時(shí)每刻都進(jìn)行著許多化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱(chēng)為_(kāi)_________；該過(guò)程離不開(kāi)水、能量和__________等，后者作用需要溫和的條件。
（2）圖中①是__________，除圖示產(chǎn)物外，該處的產(chǎn)物還有__________（答2種）等。
（3）水在細(xì)胞代謝中，既是反應(yīng)物又是產(chǎn)物。圖示生理過(guò)程中，除了水，既是反應(yīng)物又是產(chǎn)物的物質(zhì)還有__________（答2種）等。
參考答案
1.答案：A
解析：A、有氧呼吸過(guò)程中NADH與O2結(jié)合發(fā)生在線粒體內(nèi)膜，A符合題意；
B、光合作用暗反應(yīng)中CO2與C5結(jié)合發(fā)生在葉綠體基質(zhì)，B不符合題意；
C、翻譯過(guò)程中tRNA和mRNA的結(jié)合，發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中的核糖體上，C不符合題意；
D、DNA復(fù)制時(shí)解旋酶與DNA的結(jié)合發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)，D不符合題意。
故選A。
2.答案：A
解析：A、提取葉綠體中色素的原理是色素易溶于有機(jī)溶劑，可用無(wú)水乙醇作為溶劑，A正確；
B、畫(huà)濾液細(xì)線時(shí)，應(yīng)等上一次干了以后再畫(huà)下一次，B錯(cuò)誤；
C、進(jìn)行層析時(shí)，應(yīng)該將燒杯蓋住，防止層析液揮發(fā)，C錯(cuò)誤；
D、層析完畢后應(yīng)迅速記錄結(jié)果，否則葉綠素條帶會(huì)因色素分解而消失，但不會(huì)因揮發(fā)而消失，D錯(cuò)誤。
故選A。
3.答案：A
解析：①定期松土，可以增加土壤中氧氣濃度，有利于植物細(xì)胞呼吸作用，利于根部吸收礦質(zhì)元素，①正確;②光合色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，陰天補(bǔ)充光源，可補(bǔ)充藍(lán)紫色或紅色光源，②正確;③定期在溫室中釋放二氧化碳，可以保證二氧化碳供應(yīng)，以提高光合作用強(qiáng)度，③正確;④應(yīng)增大晝夜溫差，有利于植物積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，④錯(cuò)誤;⑤及時(shí)清除溫室薄膜上的水珠，可以減少光照的反射等，有利于增加自然光照強(qiáng)度，⑤正確。
4.答案：D
解析：光合作用需要光能作為能源，化能合成作用不需要光能作為能源，A錯(cuò)誤；進(jìn)行化能合成作用的硝化細(xì)菌為原核生物，B錯(cuò)誤；光合作用和化能合成作用的生物都屬于自養(yǎng)生物，C錯(cuò)誤；光合作用是利用光能將CO2和H2O合成有機(jī)物，化能合成作用是利用氧化還原反應(yīng)過(guò)程中釋放的化學(xué)能將CO2和H2O合成有機(jī)物，D正確。
5.答案：ACD
解析：光合作用光反應(yīng)時(shí)水光解產(chǎn)生的ATP供光合作用暗反應(yīng)C?的還原，不需要呼吸作用所提供的ATP，A錯(cuò)誤；光下測(cè)得的O2量是植物體的O2釋放量，為凈光合量，是植物光合作用制造的總氧量減去呼吸作用消耗的部分后釋放出來(lái)的，因此不是光合作用實(shí)際的O2產(chǎn)生量，B正確；白天適當(dāng)升溫促進(jìn)光合作用，夜晚適當(dāng)降溫抑制呼吸作用，可以提高作物的產(chǎn)量，C錯(cuò)誤；增加CO2濃度會(huì)抑制細(xì)胞呼吸，但在一定程度上能促進(jìn)光合作用的進(jìn)行，D錯(cuò)誤。
6.答案：
（1）細(xì)胞代謝酶
（2）類(lèi)囊體薄膜ATP和O2
（3）（CH2O）（或葡萄糖）、CO2和O2、NADPH、ATP等（答2種）
解析：（1）細(xì)胞中每時(shí)每刻都進(jìn)行著許多化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱(chēng)為細(xì)胞代謝；機(jī)體條件溫和，細(xì)胞代謝需要酶的催化，細(xì)胞代謝過(guò)程離不開(kāi)水、能量和酶等；酶的作用需要溫和的條件。
（2）圖中①是光反應(yīng)場(chǎng)所為類(lèi)囊體薄膜，②是暗反應(yīng)場(chǎng)所是葉綠體基質(zhì)，③可表示有氧呼吸第一階段的場(chǎng)所細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和第二階段的場(chǎng)所線粒體基質(zhì)，④是有氧呼吸第三階段的場(chǎng)所即線粒體內(nèi)膜。類(lèi)囊體中發(fā)生的反應(yīng)有水的光解和ATP的合成等，產(chǎn)物有NADPH、O2、ATP等。
（3）在有氧呼吸過(guò)程中，反應(yīng)物主要有水、（CH2O）和O2，產(chǎn)物主要有CO2和水，而光合作用過(guò)程中，反應(yīng)物主要有水、CO2、產(chǎn)物主要有O2和（CH2O）；圖示生理過(guò)程中，除了水，既是反應(yīng)物又是產(chǎn)物的物質(zhì)還有（CH2O）、CO2和O2、NADPH、ATP等。
時(shí)間及科學(xué)家
觀點(diǎn)或?qū)嶒?yàn)過(guò)程
發(fā)現(xiàn)或?qū)嶒?yàn)結(jié)論
實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)
19世紀(jì)末到1928年
在光合作用中，CO2中的C和O被分開(kāi)，O2被釋放，C和H2O結(jié)合成甲醛，甲醛分子縮合成糖
甲醛對(duì)植物有毒害作用，甲醛 通過(guò)光合作用轉(zhuǎn)化成糖
1937年希爾
(英國(guó))
離體葉綠體的懸浮液＋鐵鹽或其他氧化劑O2
離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生 的光解，產(chǎn)生
懸浮液中有H2O，無(wú)CO2
1941年魯賓、卡門(mén)(美國(guó))
向植物提供eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(H\\al( 18,2)O、CO2→, 釋放18O2,H2O、C18O2→, 釋放O2))
光合作用釋放的O2來(lái)自
相互對(duì)照。
自變量：標(biāo)記物；
因變量：

1954年、1957年阿爾農(nóng)(美國(guó))
光照下，葉綠體可合成 ，這一過(guò)程總與水的光解相伴隨
20世紀(jì)40年
代 (美國(guó))
用經(jīng)過(guò)14C標(biāo)記的14CO2，供小球藻進(jìn)行光合作用，然后追蹤放射性14C的去向
探明了CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成
中碳的途徑
利用 法

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二 光合作用的原理和應(yīng)用

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