能量之源光与光合作用第2课时2.docx
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能量之源光与光合作用第2课时2
5.4光合作用过程和原理的应用学案
【学习目标】
1、概述光合作用的过程2、举例说出影响光合作用的环境因素3、简述化能合成作用
【知识结构】
(1)
部位:
叶绿体的类囊体薄膜上
(2)条件:
需光、色素分子和酶
(3)物质变化:
水的光解:
2H2O→4[H]+O2↑
ATP的形成:
ADP+Pi+能量→ATP
(4)能量转换:
光能→ATP中的活泼的化学能
(1)部位:
叶绿体基质中
(2)条件:
需多种酶和CO2
(3)物质变化:
CO2的固定:
CO2+C5→2C3
C3的还原:
2C3+12[H]+ATP→C6H12O6+H2O
(4)能量转换:
ATP中的活泼的化学能→有机物中的稳定的化学能
【自主学习】
一、光合作用的过程
光合作用过程可根据是否,分为和两个阶段。
(一)光反应阶段
1、部位:
2、反应过程:
水的光解:
叶绿体中色素吸收的光能,一部分用于将水分解成
ATP的生成:
叶绿体中色素吸收的光能,一部分在酶的催化作用下,促成发生反应生成
在上述过程中,光能转变为储存在中活跃的化学能。
【思考】:
光反应产生了几种产物?
它们的去向如何?
3、光反应的条件:
、、
(二)暗反应阶段
1、部位:
2、反应过程
(1)CO2的固定:
绿叶通过从外界吸收进来的CO2(性质不活泼,不能直接被[H]还原)首先与植物体内的结合,形成分子,这个过程叫做CO2的;
(2)C3的还原:
①一部分C3由_______供能,在酶的作用下被________还原,形成_______。
②另一部分C3在多种酶的催化下重新形成_________
_____(C5),再次参加CO2的固定。
从而使暗反应继续进行下去。
(3)ATP的水解,在还原过程中,ATP在酶的催化作用下,形成和。
(4)在C3还原过程中,ATP中活跃的化学能转变为糖类中稳定的化学能。
3、暗反应的条件:
【思考】:
“绿色植物白天进行光反应,夜间进行暗反应,”这一观点是否正确?
为什么?
【动手】:
以葡萄糖C6H12O6作为产物,写出光合作用的总反应式。
(牢记)
【特别提醒】
①光合作用总反应式两边的水不可轻易约去,因为反应物中的水在光反应阶段消耗,而产物中的水则在暗反应阶段产生。
②催化光反应与暗反应的酶的分布场所不同,前者分布在类囊体的薄膜上,后者分布在叶绿体基质中。
(三)光反应和暗反应比较(B级)
过程
项目
光反应
暗反应
条件
场所
物质变化
光解
①水的光解:
H2O+↑
②合成ATP:
酶
①CO2的固定:
CO2+C52C3
酶
②C3的还原:
C3+[H](CH2O)+C5
③ATP水解
能量变化
能转化为中
转化成有机物中稳定的化学能
联系
1、光反应是暗反应的基础,光反应为暗反应提供和;2、暗反应是光反应的继续,暗反应为光反应的进行提供合成ATP的原料
和,3、两者相互独立又同时进行,相互制约又密切联系。
【小结】:
1、糖类(CH2O)中各元素和原料的对应关系:
CCO2HH2OOCO2O2H2O
2、能量的转移途径:
光能ATP中活跃的化学能(CH2O)中稳定的化学能
3、碳的转移途径:
CO2C3(CH2O)和(C5)
知识提升:
在外界因素中,光照强弱、CO2供应量是否充足,直接影响植物细胞内[H]、ATP、C3、C5、(CH2O)等物质的量。
1、填表:
(从生成和消耗两方面分析)
条件
C3
C5
[H]、ATP
(CH2O)合成量
减少CO2供应、光照不变
减少
增加
增加
CO2供应增加,光照不变
增加
减少
减少
减弱光照、CO2供应不变
增加
减少
减少
增强光照,CO2供应不变
减少
增加
增加
2、变化规律的总结:
①C3的变化与C5的变化规律________(相反/相同)
②[H]、ATP的变化规律与变化相同
【动脑】:
1、假如白天突然中断了二氧化碳的供应,叶绿体内首先积累起来的物质是什么?
假如突然停止光照,叶绿体中C3和C5的量会怎么变化?
2、夏季的中午植物都有午休的现象,植物午休的时候,植物体内的C3、C5量又如何变化?
二、光合作用原理应用
1.影响光合作用强度的主要环境因素(B级)
(1)光①光照时间②光质③光照强度
曲线分析:
A点:
光照强度为0,此时只进行细胞呼吸,释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。
AB段:
随光照强度增强,光合作用强度也逐渐增强,CO2释放量逐渐减少,这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用,此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。
B点:
细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用,即光合作用强度等于细胞呼吸强度(光照强度只有在B点以上时,植物才能正常生长),B点所示光照强度称为光补偿点。
BC段:
表明随着光照强度不断加强,光合作用强度不断加强,到C点以上不再加强了,C点所示光照强度称为光饱和点。
原理:
影响光反应,最终影响有机物的合成
应用:
A适当提高光照强度,如温室大棚使用无色透明塑料;
B通过轮种延长光合作用时间
C合理密植、套种增加光合作用面积
(2)空气中的CO2浓度
曲线分析:
图1和图2都表示在一定范围内,光合作用速率随CO2浓度的增大而增大,但当CO2浓度增加到一定范围后,光合作用速率不再增加。
图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度,即CO2补偿点;图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点。
原理:
影响暗反应中CO2的固定,最终影响有机物的合成
应用:
①“正其行、通其风”确保良好通风;②增施有机肥料增加CO2浓度;
(3)温度
曲线分析:
温度主要是通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率。
当其他因素适当且一定时,在一定范围内,温度逐渐升高,光合作用强度也随着加强;但温度升高到一定程度时(一般为30-35ºC),光合作用强度就开始下降。
原理:
暗反应需要的酶多,温度主要影响暗反应阶段,最终影响有机物的合成
应用:
温室大棚内白天适当升高温度,晚上适当降低温度,增加有机物的积累
(4)矿质元素
曲线分析:
在一定浓度范围内,增大必需元素的供应,可提高光合作用速率,但当超过一定浓度后,会因土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫。
原理:
如Mg是叶绿素的组成成分,N是光合酶的组成成分,P是ATP分子的组成成分等。
应用:
合理施肥
(5)水分
原理:
水既是光合作用的原料,又是体内各种化学反应的介质。
缺水既可直接影响光合作用,又会导致叶片气孔关闭,限制CO2进入叶片,从而间接影响光合作用。
应用:
预防干旱,根据作物需水规律适时适量灌溉
示例:
将一株经过饥饿处理(黑暗中放置12小时)的植物的一张叶片,中部的叶脉切断,给予光照两小时。
经镜检发现,叶片下部产生了淀粉,而叶片上部无淀粉生成。
其原因是()
A.切断叶脉阻断了有机物的运输B.切断叶脉阻断了水分的运输
C.切断叶脉阻断了CO2的运输D.切断叶脉影响了上部细胞的呼吸作用
学以致用:
运用光合作用原理,说出温室大棚中提高农作物产量的措施和方法。
(至少两点)
2.探究:
环境因素对光合作用强度的影响
Ⅰ 光合作用强度(又称光合速率)
⑴定义:
指植物在通过作用制造糖类的数量。
⑵表示方法:
可以用一定时间内或的数量来定量的表示。
Ⅱ 案例“光照强度对光合作用强度的影响”
⑴提出问题:
影响光合作用强度的外界因素有:
,,,,等。
⑵作出假设:
在一定光照强度范围内,光照越强,光合作用越强。
A、自变量,如何控制?
B、因变量,本实验用什么具体指标代表光合作用强度的高低?
氧气的释放量
⑶设计实验:
实验原理:
利用法排除叶肉细胞间隙中的,充以水分,使叶片水底。
叶片光合作用产生积累在细胞间隙,使原来下沉的叶片。
根据叶片上浮所需时间长短,比较光合作用的强弱。
实验材料:
叶龄相当的蚕豆叶片、菠菜叶、青菜叶
实验仪器、试剂:
钻孔机、烧杯、注射器、不同功率的灯、镊子、不同浓度的NaHCO3、蒸馏水;
实验步骤:
选叶→打孔→抽气→放置于______(明/暗)处保存
A、制蚕豆叶小圆片,注意:
B、排除叶圆片叶肉组织中的空气(方法:
真空渗水法)
C、将小圆形叶片放入盛有的烧杯中,现象是
,原因是
D、将30片圆形叶片随机均分三组分别放入3只盛有富含的清水小烧杯中,分别为三个实验装置给予、、三种光照强度进行照射。
E、将装置放置距光源5厘米处,每隔4分钟观察,在记录表中记录上浮的叶圆片数。
小圆形叶片
加富含CO2的清水
光照强度
叶片浮起数量
甲
10片
20mL
强
乙
10片
20mL
中
丙
10片
20mL
弱
【思考】:
制备好的小叶片为什么要放在黑暗处?
⑷实验结论:
在一定范围内,随着光照强度不断增强,光合作用强度(小圆形叶片中产生的多,浮起的)。
三、化能合成作用
1、概念:
2、实例:
硝化细菌2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量
能量
2NHO2+2O22HNO3+能量
6CO2+6H2O C6H12O6+6O2
【思考】:
化能合成作用和光合作用的主要区别是什么?
________________________________
光合作用和化能合成作用的相同点是什么?
__________________________________________
知识提升
1、光合作用和呼吸作用的比较
光合作用
有氧呼吸
场所
条件
需要光照
需要氧气
物质转变
能量转变
联系
光合作用为呼吸作用提供了物质基础(和 )
呼吸作用为光合作用提供了能量和原料(CO2)
2、光合作用和呼吸作用结合的有关计算
(1)①光合作用和细胞呼吸都是氧化还原反应。
②光合作用的光反应过程产生的ATP全部用于暗反应,是“专款专用”,很少用于植物体的其他生命活动过程,只有细胞呼吸产生的ATP才能用于各种生命活动,包括光合作用产物的运输。
(2)发生时间:
光合作用(有光照时),呼吸作用(有光和无光均可);在有光的条件下,绿色植物既进行呼吸作用,又进行光合作用。
(3)光合作用所需的CO2的二个来源:
①呼吸作用产生的 ②从周围空气中吸收的(如是水生植物,则是从周围的水中吸收的)
关系式:
光合作用实际CO2消耗量=实测的CO2消耗量呼吸作用CO2释放量;
(4)光合作用释放的O2的二个去向:
①用于呼吸作用 ②呼吸作用用不完的,才释放到周围的空气中
关系式:
光合作用实际产O2量=实测的O2释放量呼吸作用耗O2量;
(5)光合作用制造(=生产、合成)的葡萄糖的二个去向:
①用于呼吸作用消耗 ②呼吸作用消耗不完的,才用于积累
关系式:
光合作用葡萄糖实际生产量=光合作用葡萄糖净生产量呼吸作用葡萄糖消耗氧量。
(6)只要温度相等,有光照和无光照情况下,植物的呼吸作用强度相等
典例分析:
哈密瓜盛产于新疆的哈密地区。
在哈密地区农作物的生长季节里,阳光充沛、昼夜温差大。
请你分析当地盛产的哈密瓜为什么特别甜?
学生检测
1、在下列各项中,哪一项既是植物光反应的产物,又是植物暗反应所必需的物质()
A、CO2和酶B、O2和ATPC、[H]和ATPD、酶和[H]
2、在下列有关光合作用的叙述中,不正确的是()
A、水的分解发生在叶绿体囊状结构的薄膜上
B、温度降到了0℃时,仍有植物能进行光合作用
C、光反应和暗反应都有许多酶参与
D、NADP+在暗反应中起还原作用,并将能量转移到糖类分子中
3、光合作用过程中,能量的转化途径是()
A、光能色素糖类B、色素ATP糖类
C、光能ATP糖类D、ATP三碳化合物糖类
4、叶绿体是植物进行光合作用的细胞器,下面有关叶绿体的叙述正确的是()
A、叶绿体的色素分布在囊状结构薄膜上B、叶绿素分布在外膜和内膜上
C、光合作用的酶只分布在叶绿体基质中D、光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上
5、绿色植物置于哪种光下产生的氧气最多( )
A、蓝紫光 B、红光 C、绿光 D、白光
6、将置于阳光下的盆栽植物移至黑暗处,则短期内细胞中三碳化合物与葡萄糖生成量的变化是
A.C3突然增加,C6H12O6减少 B.C3与C6H12O6都减少
C.C3与C6H12O6都增加 D.C3突然减少,C6H12O6增加
7、光合作用强度可以用多种指标表示,以下不合适的是()
A.植物体鲜重增加量B.植物体干重增加量 C.氧气释放量D.CO2吸收量
8、光合作用产生的[H]与呼吸作用产生的[H]分别用于()
A.都是还原CO2B.前者还原O2,后者还原CO2
C.都是还原O2D.前者还原CO2,后者还原O2
9、生长旺盛的叶片,剪成5毫米见方的小块叶绿体,抽去叶内气体,做下列处理(见图及图注),这四个处理中,沉入底部的叶片小块最先浮起的是(C)
10、下列关于叶绿体和光合作用的描述中,正确的是()
A、叶片反射绿光故呈绿色,因此日光中绿光透过叶绿体的比例最小
B、叶绿体的类囊体膜上含有自身光合作用所需的各种色素
C、光照下叶绿体中的ATP主要是由光合作用合成的糖经有氧呼吸产生的
D、光合作用强烈时,暗反应过程直接将3个CO2分子合成一个三碳化合物
11.下图为植物光合作用过程图解。
据图完成下面问题:
(1)图中A代表______________,它分布在上,其功能是_________________。
(2)图中B是______,全世界对其消耗量平均为10000t/s。
(3)图中C是______,它被传递到叶绿体的________中,用于C3的还原,最终形成糖类。
(4)图中D是在有关酶的催化下,利用______将_________与______结合形成的。
(5)图中E是(写中文)_________________,它是由一分子________和_____分子磷酸结合后又分解而成,含_______个高能磷酸键。
(6)图中F(写中文)叫__________________,它是由CO2和______结合后又分解而成,从而使化学性质不活泼的CO2能够直接参与化学反应。
(7)H是______________,此阶段是在叶绿体的_________________进行的;I是_________
_______,此阶段是在叶绿体的_______中进行的。
(8)C进入I称为_______;由D到E,对I来说叫_______;由F到G叫_______;由G到F叫____________。
(供氢、供能、还原、CO2的固定)
(9)确切地说,J代表_____________________。
(10)将光能转变为化学能时,能量首先在[ ]中,最终贮存在[]中。
(11)若将正常进行光合作用的植株突然停止光照,但充分供给CO2,则图中F的数量将会_____(填增大、不变、减小)
【精练】
一、单选题
1.光合作用的研究过程让我们认识到科学研究方法的重要性,科学研究的基本方法是()
A.设计实验→假设→实验验证→得出结论B.设计实验→论证→实验验证→得出结论
C.假设→分析推理→得出结论D.假设→设计实验→实验验证→得出结论
2.光合作用光反应产生的物质有( )
A、C6H12O6、[H]、ATP B、[H]、CO2、ATP C、[H]、O2、ATP D、C6H12O6、CO2、H2O
3.阳光通过三棱镜能显示七种颜色的连续光谱。
如果将一瓶叶绿素提取液放在光源和三棱镜之间,连续光谱中就会出现一些黑色条带,这些条带应位于( )
A、绿色区 B、红光区和绿光区C、蓝紫光区和绿光区 D、红光区和蓝紫光区
4.在光合作用中,不需要酶参与的过程是( )
A、CO2的固定 B、叶绿素吸收光能 C、C3的还原 D、ATP的形成
5.在正常条件下光合作用的植物,突然改变某条件后,即可发现C5含量突然上升,则改变的条件是( )
A、停止光照 B、停止光照并降低CO2浓度 C、升高CO2浓度 D、降低CO2浓度
6.城市绿化地带安置了不少绿色射灯,入夜将树木照得格外青翠,这是为了( )
A、营造绿色环境氛围 B、增加空气中O2的含量 C、吸收CO2 D、提高空气的湿度
7.对三株大小,长势相同的同种植物分别进行如下处理:
甲连续光照5h;乙先光照1h,再在暗中1h,交替共10h;丙先光照5s,再在黑暗中5s,连续交替10h。
在其它条件相同的条件下,它们体内有机物含量是( )
A、丙=乙>甲 B、甲=乙=丙 C、丙>甲>乙 D、甲>乙>丙
8.如下图,将3株脱淀粉(经过充分“饥饿”处理)的同种植株和相同体积的不同溶液放在钟罩内,给予相同强度的光照,本实验可以证明( )
A.光合作用速率随CO2浓度增大而增大
B.光合作用的必需条件是CO2
C.过多的CO2阻碍光合作用D.NaHCO3能抑制光合作用
9.一般说来,光照强,光合作用增强。
但在夏天光照最强的中午光合作用反而下降了,分析原因是( )
A、强烈的蒸腾作用抑制了光合作用 B、光照太强,降低了酶的活性
C、由于气孔关闭,氧气不能排放 D、气孔关闭,CO2不足
10.将一株绿色植物培养在H218O的水中进行光照,经过一段时间后18O可能存在于( )
①C6H12O6 ②呼吸作用生成的水中③周围的水蒸气中
④周围空气的CO2中 ⑤周围空气的O2中
A.①②③⑤ B.①④⑤C.②③⑤ D.①②③④⑤
11.在晴天中午,密闭的玻璃温室中栽培的玉米,即使温度及水分条件适宜,光合速率仍然较低,其主要原因是( )
A.O2浓度过低B.O2浓度过高C.CO2浓度过低D.CO2浓度过高
12.下图左图表示的是光照强度与光合作用强度之间关系的曲线,该曲线是通过实测一片叶子在不同光照强度条件下的CO2吸收和释放的情况。
则在右图的四个选项中,能代表细胞中发生的情况与曲线中B点相符的是()
二、非选择题
13.下图是改变光照和CO2浓度后,与光合作用有关的五碳化合物、三碳化合物在细胞内变化曲线,请据图回答下列问题:
(1)曲线a表示的化合物是,在无光照时其量迅速下降的原因是:
①;②。
(2)曲线b表示的化合物是。
在CO2浓度降低时其量迅速下降的原因是①;②。
(3)可见,光照强度和CO2浓度均影响光合作用的速度,但前者主要影响光合作用的过程,后者主要影响过程。
14.下图是绿色植物体内能量转换过程的示意图,请据图回答:
(1)图中A表示的过程为_______________,其中生成的ATP所含化学能来自____________,写出生成ATP的反应式:
___________________;这些ATP将用于_______________________。
(2)图中B表示的过程为______________,此过程发生的场所是____________________。
(3)图中C表示的过程为_____________,产生的ATP中储存的能量来自___________,ATP水解释放的能量直接用于______________,这里产生的CO2是在____________阶段形成的,产生的水是在___________阶段形成的,此过程的反应式可以写成:
_________________________。
[答案及解析]
1、单选题
(1)叶绿体中的色素都分布在囊状结构的薄膜上,能吸收、传递和转化光能。
光反应在囊状结构薄膜上进行,暗反应在基质中进行。
在叶绿体的基粒和基质中含许多光合作用所必需的酶。
故应选A。
(2)光反应发生水的分解生成氧和[H],为暗反应供氢,同时发生光合磷酸化形成ATP为暗反应供能。
显然光反应的产物有[H]、O2、ATP。
故应选C。
(3)叶绿体中的色素主要吸收红光蓝紫光,而吸收绿光最少。
故应选D。
(4)暗反应中的CO2的固定和C3的还原及光反应中ATP的形成都需要酶的催化。
故应选B。
(5)暗反应中五碳化合物与CO2反应生成三碳化合物,CO2浓度降低,必导致C5含量上升。
故应选D。
(6)叶绿体中的色素吸收绿光最少,所以B、C不正确,与提高空气湿度无必然联系。
故应选A。
(7)光反应为暗反应提供[H]、ATP,但暗反应不能全部利用用完光反应提供的[H]及ATP,于是还有[H]和ATP剩余。
植株甲连续光照5h,光反应提供的[H]、ATP未被暗反应全部利用完,暗反应所形成的有机物较少;植株乙先光照1h,再在黑暗中1h,交替共10h,由于植物处在暗期时间较长,此时间内植物只进行呼吸作用,消耗较多有机物,因此有机物积累量甲>乙;丙植物先光照5s,再在黑暗中5s,连续交替共10h,光反应所提供的[H]、ATP能及时被暗反应利用,由于暗期短,光反应剩余的少量[H]、ATP仍可在短的暗期内还原三碳化合物形成有机物,因此有机物积累多。
故应选C。
(8)色素能溶解在有机溶剂如丙酮、酒精中,叶绿体中含量最多的色素为叶绿素a,滤液细线要画得细而直,避免色素带重叠,影响实验效果,胡萝卜素随层析液在滤纸上扩散得最快。
故应选B。
(9)夏天中午光照强,温度很高,植物蒸腾作用很强,气孔关闭,二氧化碳供应减少,所以光合作用强度明显减弱。
故应选D。
(10)叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光,所以白光下光合效率高,产生氧气最多。
故应选D。
2、非选择题
(12)①五碳化合物;光反应提供的[H]、ATP减少,三碳化合物还原受阻,再生的五碳化合物减少。
②三碳化合物;CO2减少,CO2固定形成的三碳化合物减少。
实验中其他相关问题:
(1)为什么要选用叶龄相当的叶片?
(不同叶龄的叶片光合作用强度不同,保证实验的单一变量原则)
(2)为什么要用煮沸后急速冷却的水配制NaHCO3溶液、抽气时也要用煮沸后急速冷却的水?
(除去水中原有的CO2,排除水中原有CO2的对实验的影响)
(3)制备好的小圆片为什么要放置在黑暗处?
(避免在实验进行前叶片发生光合作用,产生02,造成对实验结果的影响)
提高作物产量的途径
途径
措施或方法
延长光时
补充光照
增大光合作用面积
间作、合理密植
提高光合作用效率
控制适宜光强、提高CO2浓度(如通风)、合理施肥(供应适量必需矿质元素)
提高净
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