资源简介 第5章 细胞的能量供应和利用第4节 光合作用与能量转化二 光合作用的原理和应用第1课时 光合作用的原理素养导引1.生命观念:运用物质与能量观,说出光合作用过程中物质和能量的转化过程。2.科学思维:采用分析与综合的方法,说出光反应和暗反应的区别与联系。3.科学探究:分析光合作用发现历程,认同科学探究的基本思路和方法。一、光合作用的概念及探索历程1.光合作用概念:(1)场所:绿色植物的叶绿体。(2)原料:CO2和H2O。(3)能量来源:光能。(4)产物:(CH2O)和O2。2.光合作用探索历程的经典实验:希尔实验 证明离体叶绿体在适当条件下发生水的光解产生氧气鲁宾和卡门的实验 发现光合作用中O2来源于_水_阿尔农实验 发现光照下叶绿体可合成_ATP且该过程总和水的光解相联系卡尔文实验 探明_CO2_中的碳转化成_有机物中的碳的途径 [思考] 鲁宾、卡门和卡尔文实验运用的共同的科学方法是什么 提示:同位素示踪法。二、光合作用的过程1.填写阶段名称及序号代表的物质:Ⅰ光反应;Ⅱ暗反应;①O2; ②ATP;③NADPH;④C5; ⑤C3。2.图示Ⅰ阶段——光反应阶段:在类囊体的薄膜上进行。叶绿体中色素吸收的光能有两方面用途:(1)将水分解为氧和H+,H+与NADP+结合形成NADPH。(2)使ADP与Pi反应形成ATP。3.图示Ⅱ阶段——暗反应阶段:在叶绿体的基质中进行。(1)CO2的固定:CO2与C5结合,形成C3。(2)C3的还原:去向1:转化为糖类;去向2:形成C5,继续参与暗反应。4.光合作用的反应式:CO2+H2O(CH2O)+O2公园是城市的绿色氧吧,人们喜欢在公园里锻炼呼吸新鲜空气。结合所学知识判断:1.公园里的植物进行光合作用的场所都是叶绿体。 (√)2.公园空气清新是因为植物繁多,进行光合作用释放氧气,更新空气。 (√)3.公园里比较凉爽湿润,这与植物进行光合作用有关。 (×)分析:公园里比较凉爽湿润,这与植物进行蒸腾作用有关。学习任务一:光合作用的过程及相关物质和能量的变化1.光反应和暗反应的关系:(1)区别:项目 光反应 暗反应场所 类囊体薄膜 叶绿体基质条件 光、色素等 多种酶等物质变化 ①水的光解②NADPH、ATP的合成 ①CO2的固定②C3的还原能量变化 光能→ATP、NADPH中活跃的化学能 ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能(2)联系:①光反应为暗反应提供2种重要物质:NADPH和ATP,其中NADPH既作为还原剂,又可提供能量。②暗反应为光反应提供3种物质:ADP、Pi和NADP+。 [思考探究] 叶绿体中NADPH和ADP的移动方向分别是怎样的 提示:NADPH从类囊体薄膜移向叶绿体基质,ADP从叶绿体基质移向类囊体薄膜。2.光合作用中C、H、O的转移途径:(1)H:3H2ONADP3H(C3H2O)(2)C:14CO214C3(14CH2O)(3)O: H218O18O2;C18O2C3(C H218O)[思考探究] 在下列反应式中用箭头标出反应物中C、H、O元素的去向。CO2+H2O(CH2O)+O2提示:【深化探究】用具有放射性的同位素14C标记CO2中的C,短时间内能在光合作用的哪些物质中检测到14C 提示:在C3、C5和(CH2O)中均能检测到14C。【学习加点料】 思维易错:试分析突然降低光照强度对光反应和暗反应的影响。提示:突然降低光照强度、光反应减弱,光反应产生的ATP和NADPH减少,从而使暗反应也减弱。 (2021·广东选择考)在高等植物光合作用的卡尔文循环①中,唯一催化CO2固定形成C3的酶②被称为Rubisco。下列叙述正确的是 ( )A.Rubisco存在于细胞质基质中B.激活Rubisco需要黑暗条件C.Rubisco催化CO2固定需要ATPD.Rubisco催化C5和CO2结合[解题思维]提取关键点 ①卡尔文循环;②唯一催化CO2固定形成C3的酶转化知识点 暗反应发生的场所、条件、物质和能量的变化排除障碍点 激活Rubisco就是暗反应发生的条件,有光和无光条件下均可发生【解析】选D。本题以CO2固定中的酶Rubisco为载体,主要考查光合作用的暗反应。根据题意可知,C5和CO2形成C3的反应是在叶绿体基质中发生的,A错误;根据题意只知道Rubisco的作用,并不清楚Rubisco激活的条件,其实Rubisco是需要光激活的,B错误;CO2的固定过程不需要ATP提供能量,C3的还原才需要ATP提供能量,C错误;Rubisco催化C5和CO2形成C3,D正确。 [借题发挥] 当光反应的产物和CO2充足时,在黑暗条件下,暗反应进行的速度也比光照条件下慢,请依据题干信息Rubisco提出一种可能的原因。提示:在黑暗条件下,Rubisco降低活化能的效果降低。(Rubisco的激活需要光)1.(2022·丹东高一检测)光合作用过程中,能量流动的正确途径是 ( )A.叶绿素→阳光→ 氢和氧B.阳光→叶绿素→ADP →(CH2O)C.叶绿素→阳光→ADP →C5D.阳光→叶绿素→ATP →(CH2O)【解析】选D。在光反应的过程中,色素吸收了光能,用于水的光解和ATP的合成,这样光能就转化成ATP和NADPH中的化学能;然后NADPH和ATP用于暗反应,还原C3,这样化学能转变成有机物中稳定的化学能,故选D。2.(2022·哈尔滨高一检测)如图表示光合作用的过程,其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的两个阶段,a、b 表示相关物质。下列叙述正确的是 ( )A.物质 a 表示 NADPHB.物质 b 表示 C3C.阶段Ⅰ表示暗反应D.阶段Ⅱ表示光反应【解析】选A。光反应中,水的光解产生O2和NADPH,因此物质a表示NADPH,A正确;在光反应阶段,ADP+Pi+能量ATP,因此图中b表示ATP,B错误;图中阶段Ⅰ可以发生水的光解,属于光合作用的光反应阶段,C错误;图中阶段Ⅱ能够发生CO2的固定,并且生成糖类等有机物,属于光合作用的暗反应阶段,D错误。【方法规律】光合作用过程的“一、二、三、四”学习任务二:环境改变时光合作用中相关物质含量的变化分析1.光合作用中相关物质变化关系:(1)图解:(2)方法应用举例:①条件:CO2供应正常、光照停止。②设问:细胞中C3含量如何变化 ③分析:C3消耗量:光照停止→ATP、NADPH含量减少→C3的消耗量减少C3生成量:CO2供应正常→C3的生成量不变④结论:C3含量增加。2.环境改变引起的相关物质含量变化的规律:条件 光照强度变化 CO2浓度变化变弱 变强 减少 增多C3含量 增加 减少 减少 增加C5含量 减少 增加 增加 减少NADPH、ATP含量 减少 增加 增加 减少 [思考探究] 正常进行光合作用的叶片,如果在a点时突然停止CO2供应,请在下列坐标图中画出a点后NADPH含量变化趋势。提示:【拓展归纳】“模型法”分析物质含量变化(1)光照强度不变,CO2含量突然减少:(2)CO2含量不变,光照强度减弱:【学习加点料】 光照条件适宜,其他环境条件不变,当绿色植物光合作用达到稳定时,叶绿体中C3和C5的含量相同吗 提示:不相同。由于在暗反应过程中,1个CO2与1个C5结合生成2个C3,因此光照条件下绿色植物光合作用达到稳定时,叶绿体中C3的含量比C5高。 (2022·苏州高一检测)将单细胞绿藻置于25 ℃、适宜的光照及充足的CO2条件下培养,经过一段时间后,突然停止光照①,发现绿藻体内的C3的含量突然上升②,原因是 ( )A.暗反应停止,不能形成NADPH和ATPB.暗反应仍进行,C3继续大量形成C5C.光反应仍进行,形成NADPH和ATP,促进了C3的形成并得到积累D.光反应停止,不能形成NADPH和ATP,C3还原减慢,积累了C3[解题思维]提取关键点 ①突然停止光照②C3的含量突然上升转化知识点 光反应必须在光照条件下进行,但暗反应有没有光都能进行排除障碍点 不能正确分析突然停止光照产生的影响:停止光照→ATP和NADPH不能形成→C3的还原减慢→C3积累【解析】选D。突然停止光照,光反应停止,无法产生NADPH和ATP,短时间内暗反应继续进行,CO2和C5结合生成C3,C3的还原减弱,导致C5含量减少,C3含量有所增加, A、B、C错误,D正确; [借题发挥] C3被NADPH还原后会转变成哪些有机物 提示:C5和(CH2O)。1.在CO2浓度降低时,短时间内叶绿体内C5和C3的比值会 ( )A.不变 B.变小C.变大 D.无法判断【解析】选C。突然降低CO2浓度,CO2固定减弱,C5→C3减少,而C3的还原过程不变,所以C5增多,C3减少,因此短时间内叶绿体内C5和C3的比值会变大。2.夏季晴朗中午,某植物出现“午休”现象,即气孔关闭。此时叶肉细胞内 ( )A.C3含量上升B.叶绿体基质中ADP含量增加C.有机物积累速率明显下降D.光反应产物不能满足暗反应的需求【解析】选C。气孔关闭,CO2浓度下降,CO2的固定减慢,C3含量下降;暗反应减慢,叶绿体基质中ADP含量减少,有机物积累速率明显下降。但是光照较强,光反应产物可以满足暗反应的需求。学习任务三:光合作用和有氧呼吸1.区别:项目 光合作用 有氧呼吸场所 叶绿体 细胞质基质和线粒体条件 只在光下进行 时刻都能进行物质变化 无机物合成有机物 有机物被分解成无机物能量变化 光能→稳定的化学能 稳定的化学能→热能、ATP中活跃的化学能2.联系:(1)物质联系:光合作用产生的有机物和O2能供给有氧呼吸,有氧呼吸产生的CO2可供光合作用利用。(2)能量来源:光合作用和有氧呼吸能量的最终来源是光能。 (2021·福州高一检测)如图表示甘蓝叶肉细胞内C3和葡萄糖的相互转化过程。下列叙述错误的是 ( )C3葡萄糖A.①过程发生在叶绿体基质,②过程发生在细胞质基质B.①过程有光无光都可发生,②过程的发生需要 O2C.①②过程可以发生在同一个细胞中D.图中消耗ATP和产生ATP的过程分别是①和②。[解题思维]提取关键点 题图①为光合作用中C3的还原;题图②为细胞呼吸的第一阶段转化知识点 C3还原的场所、条件;细胞呼吸第一阶段的场所和条件排除障碍点 ①发生在叶绿体基质,不需光照;②发生在细胞质基质,不需要O2【解析】选B。①表示C3还原生成糖类的过程,发生在叶绿体基质中,②表示葡萄糖分解成丙酮酸的过程,发生在细胞质基质中,①②过程可以发生在同一个细胞中,A、C正确;①表示三碳化合物还原生成糖类的过程,有光无光都可以发生,②表示葡萄糖分解成丙酮酸的过程,有氧无氧都可以进行,B错误;①C3还原生成糖类,需要消耗光反应提供的ATP,②葡萄糖分解成丙酮酸的过程中产生ATP,D正确。【拓展归纳】产生或消耗ATP的过程场所 产生或消耗ATP的过程细胞质基质 ①有氧呼吸第一阶段产生ATP、无氧呼吸产生ATP;②许多生化反应的进行消耗ATP叶绿体 ①光反应产生ATP;②暗反应消耗ATP线粒体 ①有氧呼吸第二、三阶段产生ATP;②自身蛋白质等物质合成消耗ATP (2022·北海高一检测)光合作用过程中产生的NADPH和细胞呼吸过程中产生的[H],分别用于 ( )A.还原O2和CO2 B.氧化O2和CO2C.还原C3和O2 D.氧化CO2和O2【解析】选C。光合作用过程中,光反应阶段产生的NADPH用于暗反应还原C3,细胞呼吸包括有氧呼吸和无氧呼吸,有氧呼吸过程中产生的[H]用于与O2结合生成水,C项正确。光合作用与光呼吸 绿色植物的叶肉细胞在光照充足、CO2浓度高的环境中进行正常光合作用,若是处于光照充足、O2浓度高而CO2浓度低的环境中,则可以进行光呼吸。正常光合作用和光呼吸的简要过程如图所示(虚线方框内为光呼吸)。探究:(1)光合作用中卡尔文循环发生的场所是________________。叶肉细胞中完成光呼吸相关反应的场所是__________________。 (2)叶肉细胞既能进行光呼吸,也能进行有氧呼吸,请据图概括出光呼吸和有氧呼吸在物质代谢方面的相同点(答出三点)_________________________________。 【解析】(1)卡尔文循环属于光合作用的暗反应阶段,发生在叶绿体基质中;图示虚框内表示该植物的光呼吸过程,其加氧反应发生在叶绿体中,生成CO2的过程发生在线粒体中。(2)据图分析可知,光呼吸与有氧呼吸相似,都需要消耗O2,且都能将有机物氧化分解产生CO2。答案:(1)叶绿体基质 叶绿体和线粒体 (2)都需要消耗O2;都有有机物分解;都能产生CO2情境载体 情境类型为生活、学习和实践情境,突出与生活的联系关键能力↓图文转化 ①高浓度CO2:羧化酶在叶绿体基质中催化C5生成C3;C3参与卡尔文循环②高浓度O2:羧化酶在叶绿体中催化C5产生C3和C2,C3参与卡尔文循环,C2进入线粒体中进行光呼吸产生CO2学科素养 培养生命观念中的结构与功能观、科学思维中的分析与比较等素养PAGE- 16 - 展开更多...... 收起↑ 资源预览