第2課時(shí) 光合作用的原理和應(yīng)用








一、光合作用概念和反應(yīng)式


1．概念：綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過程。


2．反應(yīng)式：CO2＋H2O eq \(――→,\s\up9(光能),\s\d7(葉綠體))(CH2O)＋O2。


二、光合作用探究歷程


1．19世紀(jì)末，科學(xué)界普遍觀點(diǎn)：C與H2O結(jié)合成甲醛。


2．1928年：甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖。


3．1937年，英國希爾：離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解產(chǎn)生氧氣。


4．1941年，魯賓和卡門：研究了光合作用中氧氣的來源(氧氣來源于H2O)。


5．1954年，美國阿爾農(nóng)：在光照下，葉綠體可合成ATP；1957年：這一過程總是與水的光解相伴隨。


三、光合作用原理





1．填寫圖中序號(hào)所代表的物質(zhì)或結(jié)構(gòu)


①O2；②NADP＋；③ADP＋Pi；④C5。


2．圖示Ⅰ過程是光反應(yīng)階段


(1)場所：類囊體薄膜上。


(2)條件：光、色素和酶等。


(3)葉綠體中光合色素吸收光能的作用


①將水分解為氧和H＋，氧直接以氧分子形式釋放出去，H＋與NADP＋結(jié)合形成NADPH(還原型輔酶Ⅱ)。


②在有關(guān)酶的作用下，提供能量促使ADP與Pi反應(yīng)形成ATP，這樣光能就轉(zhuǎn)變?yōu)閮?chǔ)存在ATP中的活躍的化學(xué)能。


(4)NADPH的作用


①作為活躍的還原劑，參與暗反應(yīng)階段反應(yīng)。


②儲(chǔ)存部分能量供暗反應(yīng)階段利用。


3．圖示Ⅱ過程是暗反應(yīng)階段


(1)場所：葉綠體基質(zhì)中。


(2)條件：酶、NADPH、ATP。


(3)具體過程


①CO2的固定，即綠葉通過氣孔吸收的CO2，在特定酶的作用下，與C5(一種五碳化合物)結(jié)合，形成C3分子。


②在有關(guān)酶的催化作用下，C3接受ATP和NADPH釋放的能量，并且被NADPH還原。


③一些接受能量并被還原的C3，在酶的作用下經(jīng)過一系列變化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為糖類；另一些接受能量并被還原的C3，經(jīng)過一系列變化，又形成C5，繼續(xù)參與CO2的固定。


四、光合作用原理的應(yīng)用


1．光合作用強(qiáng)度


(1)概念：植物在單位時(shí)間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量。


(2)表示方法


單位時(shí)間內(nèi)光合作用 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(制造有機(jī)物的量,固定CO2的量,產(chǎn)生O2的量))


(3)影響因素


①光合作用的原料——水、CO2。


影響CO2供應(yīng)的因素：環(huán)境中CO2濃度和葉片氣孔開閉情況等。


②動(dòng)力——光能。影響能量供應(yīng)的因素：光照強(qiáng)度、光的波長等。


③場所——葉綠體。影響葉綠體的形成和結(jié)構(gòu)的因素：無機(jī)營養(yǎng)和病蟲害。


④酶：影響酶活性的因素，如溫度。


2．探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響


(1)實(shí)驗(yàn)原理


①利用LED臺(tái)燈離實(shí)驗(yàn)裝置的距離不同，產(chǎn)生不同的光照強(qiáng)度。


②根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)圓形小葉片上浮的數(shù)量，判斷不同光照強(qiáng)度下光合作用強(qiáng)度的大小。


(2)實(shí)驗(yàn)步驟


取材 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(器材：打孔器,目的：制備30片圓形小葉片))


↓


排氣 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(器材：注射器,目的：使圓形小葉片中的氣體逸出))


↓


沉水 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(條件：放在黑暗處,原因：細(xì)胞間隙充滿了水))


↓


分組：取3只小燒杯，分別倒入富含CO2的清水、分別放入10片圓形小葉片


↓


光照：分別對(duì)這3個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行強(qiáng)、中、弱三種光照


↓


觀察并記錄：同一時(shí)間段內(nèi)各實(shí)驗(yàn)裝置中圓形小葉片浮起的數(shù)量


3．化能合成作用


(1)概念：利用體外環(huán)境中的某些無機(jī)物氧化時(shí)所釋放的能量來制造有機(jī)物。


(2)實(shí)例：硝化細(xì)菌能利用NH3氧化釋放的化學(xué)能將CO2和H2O合成糖類，供自身利用。





判斷對(duì)錯(cuò)(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)


1．光合作用的光反應(yīng)和暗反應(yīng)階段在葉綠體的不同部位進(jìn)行。( )


2．光合作用中光反應(yīng)必須有光才可進(jìn)行，暗反應(yīng)沒有光也可長時(shí)間進(jìn)行。( )


3．光合作用制造的有機(jī)物中的氧來自水。( )


4．光合作用的光反應(yīng)階段完成了光能到活躍化學(xué)能的轉(zhuǎn)換。( )


5．光合作用強(qiáng)度的影響因素有CO2濃度、溫度和光照強(qiáng)度等外界因素。


( )


6．光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)中，可以通過調(diào)節(jié)臺(tái)燈與實(shí)驗(yàn)裝置的距離來調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度。( )


7．溫度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響主要是影響酶的活性。( )


8．探究實(shí)驗(yàn)中，圓形小葉片浮起是由葉片進(jìn)行呼吸作用產(chǎn)生的二氧化碳導(dǎo)致的。( )


提示：1.√


2．× 暗反應(yīng)需要光反應(yīng)提供的[H]和ATP，沒有光，暗反應(yīng)不能長時(shí)間進(jìn)行。


3．× 光合作用制造的有機(jī)物中的氧來自CO2。


4．√ 5.√ 6.√ 7.√


8．× 圓形小葉片浮起的原因是光合作用產(chǎn)生了氧氣。





光合作用的原理


1．光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較


(1)區(qū)別


(2)聯(lián)系


①光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供兩種重要物質(zhì)：NADPH和ATP，NADPH既可作還原劑，又可提供能量；暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供三種物質(zhì)：ADP、Pi以及NADP＋。


②暗反應(yīng)有光無光都能進(jìn)行。若光反應(yīng)停止，暗反應(yīng)可持續(xù)進(jìn)行一段時(shí)間，但時(shí)間不長，故晚上一般認(rèn)為只進(jìn)行呼吸作用，不進(jìn)行光合作用。


2．光合作用過程中的物質(zhì)變化


(1)光合作用過程中C、O元素轉(zhuǎn)移途徑


①H eq \\al(\s\up1(18),\s\d1(2))O eq \a\vs4\al(\(――→,\s\up9(光反應(yīng))))18O2 eq \a\vs4\al(NADPH\(――→,\s\up9(暗反應(yīng)))（CH2O）＋H2O)


②14CO2 eq \a\vs4\al(\(――→,\s\up9(固定))) eq \a\vs4\al(14C3―→（14CH2O）) eq \a\vs4\al(14C3―→14C5)


(2)光合作用總反應(yīng)式與C、H、O元素的去向





3．光照和CO2濃度變化對(duì)光合作用物質(zhì)含量變化的影響


當(dāng)外界條件改變時(shí)，光合作用中C3、C5、[H]、ATP含量的變化可以采用如圖分析：





(1) eq \a\vs4\al(光照強(qiáng)→弱,CO2供應(yīng)不變) eq \(――→,\s\up9(光反應(yīng)減弱)) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(NADPH減少,ATP減少,O2產(chǎn)生量減少)) eq \(――→,\s\up9(暗反應(yīng)))


eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(C3還原減弱,CO2固定仍,正常進(jìn)行))―→ eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(C3含量上升,C5含量下降))―→(CH2O)合成量減少


(2) eq \a\vs4\al(光照不變，減,少CO2供應(yīng)) eq \(――→,\s\up9(暗反應(yīng))) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(CO2固定減弱,C3還原仍正常進(jìn)行))―→


eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(C3含量下降,C5含量上升))―→ eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(NADPH相對(duì)增加,ATP相對(duì)增加,O2產(chǎn)生量不變))―→ eq \b\lc\ (\a\vs4\al\c1(（CH2O）合成,量相對(duì)減少))


①以上各物質(zhì)的變化是相對(duì)含量的變化，不是合成速率，且是在條件改變后的短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的。


②在以上各物質(zhì)的含量變化中：C3和C5含量的變化是相反的，即C3增加，則C5減少；NADPH和ATP的含量變化是一致的，都增加或都減少。





深化探究：1.若給植物提供H eq \\al(\s\up1(18),\s\d1(2))O，一段時(shí)間后能否在植物體內(nèi)的有機(jī)物中發(fā)現(xiàn)18O？試說明原因。


提示：H eq \\al(\s\up1(18),\s\d1(2))O參與有氧呼吸第二階段，可形成C18O2，C18O2參與光合作用，可形成含有18O的有機(jī)物。


2．光合作用中的還原劑和細(xì)胞呼吸中的還原劑是否相同？完成下表：


提示：光反應(yīng) 一 一 二 三碳化合物的還原 三





1．科學(xué)家用14C標(biāo)記二氧化碳，發(fā)現(xiàn)碳原子在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)移途徑是( )


A．二氧化碳→葉綠素→葡萄糖


B．二氧化碳→ATP→葡萄糖


C．二氧化碳→五碳化合物→葡萄糖、三碳化合物


D．二氧化碳→三碳化合物→葡萄糖、五碳化合物


D [二氧化碳用于光合作用的暗反應(yīng)，首先二氧化碳和五碳化合物結(jié)合，一分子CO2被固定后，形成兩分子的三碳化合物，然后三碳化合物在光反應(yīng)提供的ATP和NADPH的作用下一部分還原成糖類等有機(jī)物，另一部分重新轉(zhuǎn)變成五碳化合物。綜上所述，D符合題意，A、B、C不符合題意。]


2．如圖為光合作用示意圖。下列說法不正確的是( )





A.①表示O2，③表示還原型輔酶Ⅱ(NADPH)，④表示CO2


B．暗反應(yīng)中，CO2首先與C5結(jié)合生成C3，然后被還原為(CH2O)


C．黑暗條件下，光反應(yīng)停止，暗反應(yīng)將持續(xù)不斷地進(jìn)行下去


D．增加光照強(qiáng)度或降低二氧化碳濃度，C3的含量都將減少


C [據(jù)圖分析，類囊體薄膜上的光合色素吸收光能，將水光解，產(chǎn)生NADPH與氧氣，①表示O2，③表示還原型輔酶Ⅱ(NADPH)；光合作用的暗反應(yīng)階段，場所是葉綠體基質(zhì)，CO2被C5固定形成C3，④表示CO2，A正確。暗反應(yīng)中，CO2首先與C5結(jié)合生成C3，然后被還原為(CH2O)，B正確。黑暗條件下，光反應(yīng)停止，NADPH和ATP不再產(chǎn)生，暗反應(yīng)將逐漸停止，C錯(cuò)誤。增加光照強(qiáng)度，短時(shí)間內(nèi)C3的生成速率不變，而光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP、NADPH增多，C3被NADPH、ATP還原為(CH2O)速率加快，因此C3的含量減少；降低二氧化碳濃度，CO2的固定減弱，生成的C3減少，短時(shí)間內(nèi)C3的還原速率基本不變，所以C3的含量將減少，D正確。]


探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響


1．實(shí)驗(yàn)原理


葉片含有空氣，葉片上浮。抽出氣體后，細(xì)胞間隙充滿水，葉片下沉；光照后，葉片進(jìn)行光合作用，釋放O2，使細(xì)胞間隙又充滿氣體，葉片上浮。


2．實(shí)驗(yàn)中沉水葉片的制備


(1)圓形小葉片的制備：用打孔器在生長旺盛的綠葉上打出圓形小葉片。


(2)沉水：用注射器抽出葉片內(nèi)氣體，放入黑暗處盛有清水的燒杯中，圓形小葉片全部沉到水底。


3．實(shí)驗(yàn)裝置分析





(1)自變量的設(shè)置：光照強(qiáng)度是自變量，通過調(diào)整臺(tái)燈與燒杯之間的距離來調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度的大小。


(2)中間盛水的玻璃柱的作用：吸收燈光的熱量，避免光照對(duì)燒杯內(nèi)水溫產(chǎn)生影響。


(3)因變量是光合作用強(qiáng)度，可通過觀測單位時(shí)間內(nèi)被抽去空氣的小圓形葉片上浮的數(shù)量或浮起相同數(shù)量的葉片所用的時(shí)間長短來衡量光合作用的強(qiáng)弱。


4．實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論


(1)實(shí)驗(yàn)結(jié)果


(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論


在一定范圍內(nèi)，隨著光照強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度也不斷增強(qiáng)(圓形小葉片中產(chǎn)生的O2多，浮起的多)。





為完成“探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)，提供以下材料用具：菠菜葉、打孔器(直徑1 cm)、注射器、40 W臺(tái)燈、燒杯、4%NaHCO3溶液、蒸餾水、不同顏色的透明薄膜等。


(1)某同學(xué)選取其中一個(gè)因素進(jìn)行探究，以下是實(shí)驗(yàn)結(jié)果：


①該實(shí)驗(yàn)的目的是____________________________________，


實(shí)驗(yàn)檢測指標(biāo)是______________________________________。


②有哪些措施可以減少實(shí)驗(yàn)誤差？________________________


______________________________________。(至少寫出2項(xiàng))


③有同學(xué)認(rèn)為葉片之所以浮起，是因?yàn)楹粑饔孟牧擞袡C(jī)物且產(chǎn)生了CO2導(dǎo)致葉片上浮。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷該觀點(diǎn)是否正確并說明理由：___________________________________________。


(2)利用以上材料，還可以探究的環(huán)境因素有________________。(答出2個(gè))


[解析] (1)①由表格看出實(shí)驗(yàn)的自變量是不同濃度的NaHCO3溶液，NaHCO3溶液的濃度不同，提供的CO2濃度不同，因此該實(shí)驗(yàn)研究的是不同濃度的CO2對(duì)光合作用的影響。實(shí)驗(yàn)觀察的指標(biāo)是單位時(shí)間內(nèi)上浮的葉圓片的數(shù)量。②減少實(shí)驗(yàn)誤差就要平衡無關(guān)變量，重復(fù)實(shí)驗(yàn)求平均值。③葉片上浮的原因是光合作用大于呼吸作用，葉片中氧氣增多，葉圓片密度變小。說明葉圓片上浮的原因不是呼吸作用消耗了有機(jī)物且產(chǎn)生了CO2，應(yīng)從蒸餾水中葉圓片沒有上浮來論述。


(2)利用上述實(shí)驗(yàn)材料，還可探究光照強(qiáng)度或不同的光質(zhì)對(duì)光合作用的影響。


[答案] (1)①研究CO2濃度(或NaHCO3濃度)對(duì)葉片光合速率的影響 相同時(shí)間內(nèi)燒杯中葉圓片浮起的數(shù)量


②用打孔器打出的葉圓片數(shù)量足夠多；每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)幾次，記錄的數(shù)據(jù)取平均值(合理即可)


③該同學(xué)的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，因?yàn)樵谡麴s水的那組實(shí)驗(yàn)中，葉片一樣進(jìn)行了呼吸作用，卻沒有葉片浮起，葉片上浮的原因是光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度，葉片內(nèi)氧氣增多


(2)光照強(qiáng)度、光的性質(zhì)(合理即可)


光合作用原理的應(yīng)用


1．光照強(qiáng)度


(1)光照強(qiáng)度與光合作用強(qiáng)度的關(guān)系曲線分析





A點(diǎn)：光照強(qiáng)度為0，此時(shí)只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，釋放的CO2量可表示此時(shí)細(xì)胞呼吸的強(qiáng)度。


AB段：隨光照強(qiáng)度增強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度也逐漸增強(qiáng)，CO2釋放量逐漸減少，這是因?yàn)榧?xì)胞呼吸釋放的CO2有一部分用于光合作用，此時(shí)細(xì)胞呼吸強(qiáng)度大于光合作用強(qiáng)度。


B點(diǎn)：細(xì)胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用，即光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度(光照強(qiáng)度只有在B點(diǎn)以上時(shí)，植物才能正常生長)，B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度為光補(bǔ)償點(diǎn)。


BC段：表明隨著光照強(qiáng)度不斷加強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度不斷加強(qiáng)，到C點(diǎn)以后不再加強(qiáng)。C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度D為光的飽和點(diǎn)。限制C點(diǎn)以后光合作用強(qiáng)度不再增加的內(nèi)部因素是色素含量、酶的數(shù)量和最大活性，外部因素是除光照強(qiáng)度之外的環(huán)境因素，如CO2濃度等。


(2)應(yīng)用：陰雨天適當(dāng)補(bǔ)充光照，及時(shí)對(duì)大棚除霜消霧。


2．CO2濃度


(1)原理：CO2濃度通過影響暗反應(yīng)階段，制約C3的生成進(jìn)而影響光合作用強(qiáng)度。


(2)曲線：





(3)應(yīng)用：溫室中適當(dāng)增加CO2濃度，如投入干冰等，大田中“正其行，通其風(fēng)”，多施有機(jī)肥來提高CO2濃度。


3．溫度


(1)B點(diǎn)是最適溫度，此時(shí)光合作用最強(qiáng)，高于或低于此溫度光合作用強(qiáng)度都會(huì)下降，因?yàn)闇囟葧?huì)影響酶的活性。





(2)應(yīng)用：溫室栽培時(shí)白天適當(dāng)提高溫度，夜間適當(dāng)降低溫度。


4．水及無機(jī)營養(yǎng)對(duì)光合作用的影響


(1)原理


①N、Mg、Fe等是葉綠素合成的必需元素，若這些元素缺乏，會(huì)影響葉綠素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)影響氣孔的開閉，從而影響CO2進(jìn)入植物體。


(2)應(yīng)用


①合理施肥；②預(yù)防干旱，合理灌溉。





實(shí)踐應(yīng)用：各種環(huán)境因素同時(shí)對(duì)植物的光合作用產(chǎn)生影響，試分析冬季早晨和夏季早晨限制光合作用的因素分別是什么。


提示：冬季早晨溫度較低，溫度是限制光合作用的主要因素；夏季早晨溫度較高，光照較弱，光照是限制光合作用的主要因素。





1．已知某植物光合作用和呼吸作用的最適溫度分別為25 ℃和30 ℃。如圖表示該植物在25 ℃時(shí)光合強(qiáng)度與光照強(qiáng)度的關(guān)系。若將溫度提高到30 ℃的條件下(其他條件不變)，從理論上講，圖中相應(yīng)點(diǎn)的移動(dòng)應(yīng)該是( )





A．a(chǎn)點(diǎn)上移，b點(diǎn)左移，m點(diǎn)上移


B．a(chǎn)點(diǎn)不移，b點(diǎn)左移，m點(diǎn)不移


C．a(chǎn)點(diǎn)下移，b點(diǎn)右移，m點(diǎn)下移


D．a(chǎn)點(diǎn)下移，b點(diǎn)不移，m點(diǎn)上移


C [溫度由25 ℃升高到30 ℃，對(duì)于呼吸作用而言，達(dá)到最適溫度，呼吸速率增大；對(duì)于光合作用而言，超過最適溫度，光合速率下降。因此，a點(diǎn)因呼吸作用加強(qiáng)而往下移。b點(diǎn)為光補(bǔ)償點(diǎn)，一方面呼吸作用加強(qiáng)，需較強(qiáng)的光照強(qiáng)度才能產(chǎn)生與呼吸作用消耗量相當(dāng)?shù)挠袡C(jī)物，另一方面光合速率下降，產(chǎn)生有機(jī)物的速率也下降，也需較強(qiáng)的光照強(qiáng)度才能產(chǎn)生與原來等量的有機(jī)物，所以b點(diǎn)右移；因溫度超過光合作用最適溫度，酶活性下降，光合作用強(qiáng)度降低，m點(diǎn)下移，故選C。]


2．某植物凈光合速率的變化趨勢(shì)如圖所示。





據(jù)圖回答下列問題：


(1)當(dāng)CO2濃度為a時(shí)，高光強(qiáng)下該植物的凈光合速率為________。CO2濃度在a～b之間時(shí)，曲線________表示了凈光合速率隨CO2濃度的增高而增高。


(2)CO2濃度大于c時(shí)，曲線B和C所表示的凈光合速率不再增加，限制其增加的環(huán)境因素是_____________________________。


(3)當(dāng)環(huán)境中CO2濃度小于a時(shí)，在圖示的3種光強(qiáng)下，該植物呼吸作用產(chǎn)生的CO2量________(填“大于”“等于”或“小于”)光合作用吸收的CO2量。


(4)據(jù)圖可推測，在溫室中，若要采取提高CO2濃度的措施來提高該種植物的產(chǎn)量，還應(yīng)該同時(shí)考慮______這一因素的影響，并采取相應(yīng)措施。


[解析] (1)根據(jù)曲線圖可知，當(dāng)CO2濃度為a時(shí)，高光強(qiáng)下(曲線A)該植物的凈光合速率為0；分析坐標(biāo)圖中曲線的走勢(shì)可以看出，當(dāng)CO2濃度在a～b之間時(shí)，曲線A、B和C的凈光合速率都隨著CO2濃度的增高而增高。(2)由題圖可知，影響凈光合速率的因素為CO2濃度和光強(qiáng)。當(dāng)CO2濃度大于c時(shí)，由于受光強(qiáng)的限制，光反應(yīng)產(chǎn)生的[H]和ATP不足，暗反應(yīng)受到限制，曲線B和C的凈光合速率不再增加。(3)當(dāng)環(huán)境中的CO2濃度小于a時(shí)，在圖示的3種光強(qiáng)下，植物的凈光合速率小于0，說明該植物此時(shí)呼吸作用產(chǎn)生的CO2量大于光合作用吸收的CO2量。(4)據(jù)圖可推測，光強(qiáng)和CO2濃度都會(huì)影響植物的凈光合速率，因此若要采取提高CO2濃度的措施來提高該種植物的產(chǎn)量，還應(yīng)同時(shí)考慮光強(qiáng)這一因素的影響。


[答案] (1)0 A、B和C (2)光強(qiáng) (3)大于 (4)光強(qiáng)


[課堂小結(jié)]





1．下圖表示植物光合作用的一個(gè)階段，下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是 ( )





A．該階段的化學(xué)反應(yīng)在葉綠體基質(zhì)中完成


B．C3生成(CH2O)需要NADPH、ATP和多種酶


C．提高溫度一定能促進(jìn)(CH2O)的生成


D．該過程為暗反應(yīng)階段，包括CO2的固定和C3的還原


C [圖示暗反應(yīng)階段的化學(xué)反應(yīng)在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行，A正確；C3還原生成(CH2O)的過程需要NADPH、ATP和多種酶，B正確；酶的活性受溫度的影響，提高溫度不一定能提高酶的活性，若此時(shí)的光合作用在最適溫度下進(jìn)行，提高溫度反而會(huì)減少有機(jī)物的生成，C錯(cuò)誤；圖示暗反應(yīng)階段包括CO2的固定和C3的還原，D正確。]


2．如圖為光合作用過程示意圖，在適宜條件下栽培小麥，如果突然將c降低至極低水平(其他條件不變)，則a、b在葉綠體中含量的變化將會(huì)是( )





A．a(chǎn)上升、b下降 B．a(chǎn)、b都上升


C．a(chǎn)、b都下降 D．a(chǎn)下降、b上升


B [由題圖分析，c是CO2，a和b分別是NADPH、ATP，若在其他條件不變的情況下，將c降低至極低水平，CO2的固定減弱，C3還原減慢，消耗NADPH和ATP減少，則a、b在葉綠體中含量都將會(huì)上升。]


3．(2019·全國卷Ⅰ)將一株質(zhì)量為20 g的黃瓜幼苗栽種在光照等適宜的環(huán)境中，一段時(shí)間后植株達(dá)到40 g，其增加的質(zhì)量來自于( )


A．水、礦質(zhì)元素和空氣 B．光、礦質(zhì)元素和水


C．水、礦質(zhì)元素和土壤 D．光、礦質(zhì)元素和空氣


A [水是占細(xì)胞鮮重最多的化合物，礦質(zhì)元素是構(gòu)成細(xì)胞中主要化合物的基礎(chǔ)，植物幼苗生長過程中可從土壤中吸收水分和礦質(zhì)元素使植株質(zhì)量增加；另外，植物在光照條件下可進(jìn)行光合作用，通過吸收空氣中的CO2合成有機(jī)物使植株質(zhì)量增加。故A符合題意。]


4．利用溫室大棚栽培蔬菜、瓜果等農(nóng)作物已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的基本模式。下列是溫室大棚栽培經(jīng)常采取的措施，其中不是通過增強(qiáng)光合作用速率實(shí)現(xiàn)的是( )


A．給農(nóng)作物增施氮肥


B．大棚栽培的農(nóng)作物通過增施農(nóng)家肥料補(bǔ)充CO2


C．給農(nóng)作物補(bǔ)充適宜強(qiáng)度的人工光照


D．夜間適當(dāng)降低農(nóng)作物的環(huán)境溫度


D [給農(nóng)作物增施氮肥能增強(qiáng)光合作用速率；大棚栽培的農(nóng)作物通過增施農(nóng)家肥料補(bǔ)充CO2，為光合作用提供原料，從而增強(qiáng)了光合作用速率；給農(nóng)作物補(bǔ)充適宜強(qiáng)度的人工光照也是通過增強(qiáng)光合作用速率來實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的；夜間適當(dāng)降低農(nóng)作物的環(huán)境溫度，導(dǎo)致酶活性降低，從而減少細(xì)胞呼吸對(duì)有機(jī)物的消耗，最終達(dá)到增產(chǎn)的目的，可見該措施是通過減弱細(xì)胞呼吸速率而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的。]


5．改變?nèi)驓夂蜃兣闹饕胧┦菧p少CO2等溫室氣體的排放；植樹造林，利用植物的光合作用吸收過多的CO2等。下圖是光合作用過程的圖解，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題：





(1)光合作用過程可以分為兩個(gè)階段：②表示________階段，③表示________階段。


(2)圖中表示CO2固定過程的序號(hào)是________。


(3)寫出圖中所示物質(zhì)，B：________；C: ________。


(4)②階段為③階段提供________和________。


(5)經(jīng)過②和③階段，A最終轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存在________(用圖中字母表示)中的化學(xué)能。


[解析] (1)根據(jù)光合作用對(duì)光照的需求情況，可以將光合作用分為②光反應(yīng)階段和③暗反應(yīng)階段。(2)圖中表示二氧化碳固定過程的是④。(3)圖中B是水分子光解后釋放的氧氣，C是光反應(yīng)生成的ATP。(4)②光反應(yīng)階段可以為③暗反應(yīng)階段提供NADPH和ATP。(5)圖中光合作用經(jīng)過②光反應(yīng)階段和③暗反應(yīng)階段，光能A最終轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存在有機(jī)物F中的穩(wěn)定的化學(xué)能。


[答案] (1)光反應(yīng) 暗反應(yīng) (2)④ (3)O2 ATP (4)NADPH ATP (5)F


課標(biāo)內(nèi)容要求
核心素養(yǎng)對(duì)接
1.說明植物細(xì)胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)樘桥c氧氣的過程中，轉(zhuǎn)換并儲(chǔ)存為糖分子中的化學(xué)能。


2．實(shí)驗(yàn)：探究不同環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響。
1.科學(xué)思維——分析與綜合：分析光合作用光反應(yīng)和暗反應(yīng)過程，認(rèn)同兩個(gè)階段既有區(qū)別又有聯(lián)系。


2．科學(xué)探究——根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究光合作用的影響因素，會(huì)分析相關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置。


3．社會(huì)責(zé)任——能夠根據(jù)光合作用原理指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。
項(xiàng)目
光反應(yīng)(準(zhǔn)備階段)
暗反應(yīng)(完成階段)
場所
葉綠體的類囊體薄膜上
葉綠體的基質(zhì)中
條件
光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP＋
多種酶、NADPH、ATP、CO2、C5
物質(zhì)變化
①水的光解：


2H2O eq \(――→,\s\up9(光能))H＋＋O2


H＋＋2e－＋NADP＋ eq \(――→,\s\up9(酶))NADPH


②ATP的形成：ADP＋Pi＋能量 eq \(――→,\s\up9(酶))ATP
①CO2固定：


CO2＋C5 eq \(――→,\s\up9(酶))2C3


②C3的還原：2C3


eq \(――→,\s\up9(NADPH、ATP),\s\d7(酶))(CH2O)＋C5
能量變化
光能轉(zhuǎn)變成ATP中活躍的化學(xué)能和NADPH中的能量
ATP中活躍的化學(xué)能和NADPH中的能量轉(zhuǎn)變成貯存在(CH2O)中的穩(wěn)定的化學(xué)能
實(shí)質(zhì)
光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并釋放O2
同化CO2，合成有機(jī)物
光合作用過程中還原劑
細(xì)胞呼吸過程中還原劑
本質(zhì)
還原型輔酶Ⅱ(NADPH)
還原型輔酶Ⅰ(NADH)
來源
________階段
無氧呼吸第________階段、有氧呼吸第________、________階段
去向
________
有氧呼吸第________階段
項(xiàng)目
圓形小葉片
加富含CO2的清水
光照強(qiáng)度
葉片浮起數(shù)量
燒杯甲
10片
20 mL
強(qiáng)
多
燒杯乙
10片
20 mL
中
中
燒杯丙
10片
20 mL
弱
少
時(shí)間
上浮的葉圓片數(shù)量(片)
蒸餾水
0.5% NaHCO3
1%NaHCO3
1.5% NaHCO3
2%NaHCO3
2 min
0
7
11
10
4
4 min
0
15
16
13
7
關(guān)


鍵


點(diǎn)
A
CO2的補(bǔ)償點(diǎn)：光合速率等于呼吸速率時(shí)的CO2濃度
A′
進(jìn)行光合作用所需的最低CO2濃度
B和B′
CO2飽和點(diǎn)
走勢(shì)分析
圖1和圖2
一定范圍內(nèi)，光合作用強(qiáng)度隨CO2濃度的增大而增強(qiáng)，但當(dāng)CO2達(dá)到一定的濃度時(shí)，光合作用強(qiáng)度不再增強(qiáng)
知 識(shí) 網(wǎng) 絡(luò) 構(gòu) 建
核 心 語 句 歸 納
1.光合作用的反應(yīng)式：CO2＋H2O eq \(――→,\s\up9(光能),\s\d7(葉綠體))(CH2O)＋O2。


2.光反應(yīng)的場所是類囊體薄膜，產(chǎn)物是O2、NADPH和ATP。


3.暗反應(yīng)的場所是葉綠體基質(zhì)，產(chǎn)物是糖類等物質(zhì)。


4.光合作用中的物質(zhì)轉(zhuǎn)變：


(1)14CO2―→14C3―→(14CH2O)；(2)H eq \\al(\s\up1(18),\s\d1(2))O―→18O2。


5.光合作用的能量轉(zhuǎn)變：光能―→ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能―→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能。


6.光照強(qiáng)度：直接影響光反應(yīng)速率，光反應(yīng)產(chǎn)物中[H]與ATP的數(shù)量會(huì)影響暗反應(yīng)速率，這是最主要的因素。


7.溫度：影響光合作用過程，特別是暗反應(yīng)中酶的催化效率，從而影響光合作用強(qiáng)度。


8.CO2濃度：CO2是暗反應(yīng)的原料，CO2的濃度直接影響暗反應(yīng)速率。

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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

版本： 人教版 (2019)

年級(jí)： 必修1《分子與細(xì)胞》

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