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第5章 细胞的能量供应和利用
二、光合作用的原理和应用
第1课时 光合作用的原理
情境激疑
光合作用过程中能量是如何转化的呢
万物生长都需要阳光，地球上几乎所有的生命最终都靠太阳提供能量，绿色植物通过叶绿体，利用光能,将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气，这一过程称为光合作用，光合作用具体的过程是怎样的呢
欣赏视频《光合作用的发生》。
素养目标
1.通过对光合作用过程的认识,建立起生物学的物质观与能量观。(生命观念)
2.阅读光合作用相关科学史资料,感悟科学家的实验设计思路和方法,学习设
计有关光合作用的实验。(科学探究)
3.探究光合作用过程中的物质变化和能量转化,建构光合作用的光反应和暗
反应的过程模型,理解二者之间的关系,培养科学建模的能力。(模型建构)
4.能够写出光合作用的反应式,分析各种元素的去向,并能够说出光合作用的
原理与意义。(生命观念)
CO2+H2O (CH2O)+O2
学习任务一　光合作用的概念
自主学习
阅读教材P102前两段, 完成:
新知学习过程
1.光合作用概念的基本要素:
(1)原料:_____________。
(2)动力: _____。
(3)场所:_______。
(4)产物:_____________。
2.光合作用的反应式:
_____________________________
二氧化碳和水
光能
叶绿体
有机物和氧气
回顾前面所学,辨析以下说法是否正确 并解释理由。
①有叶绿体的细胞在适宜条件下能够进行光合作用。
②能进行光合作用的细胞一定有叶绿体。
提示:
①正确。叶绿体是进行光合作用的场所,有叶绿体的细胞在条件适宜时,能进行光合作用。
②错误。蓝细菌能够进行光合作用,但是不含叶绿体,蓝细菌能够进行光合作用的物质基础是细胞内含有叶绿素、藻蓝素和光合酶。
合作探究
绿色植物能够进行光合作用,以下能够体现光合作用实质的是 (　　)
A.把二氧化碳转变成ATP
B.产生化学能,储藏在ATP中
C.把光能转变成化学能,储藏在ATP中
D.无机物转变成有机物,光能转变成化学能
【解析】光合作用的实质包括两个方面,一是把二氧化碳和水合成为糖类等有机物;二是把光能转变为有机物中的化学能。
小题快练
D
学习任务二　 光合作用的原理
自主学习
阅读教材P102“思考·讨论”, 根据材料完成以下问题。
活动1：探索光合作用原理的部分实验
1.19世纪末,科学界普遍观点:CO2分子中的C和O被分开,O2被释放,C与H2O结合成_____。
2.1928年,科学家发现:甲醛不能通过光合作用转化成___。
3.1937年,希尔发现:离体_______在适当条件下发生水的光解产生_____。
4.1941年,鲁宾和卡门用___________的方法,研究了光合作用中氧气的来源:H218O+CO2→植物
→____,H2O+C18O2→植物→___。
5.1954年,美国科学家阿尔农发现:在光照下,叶绿体可以合成_____,并且这一过程总是与
_________相伴随。
甲醛
糖
叶绿体
氧气
同位素示踪
18O2
O2
ATP
水的光解
1.希尔的实验是否能说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应
提示:能说明,希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的,悬浮液中有水,没有合成糖的另一种必需原料——CO2,因此是两个反应。
合作探究
2.分析鲁宾和卡门做的实验,你能得出什么结论
提示:光合作用释放的氧气中的氧全部来源于水,并不来源于CO2。
在科学家对光合作用的探索历程中,下列哪一项叙述不准确 (　　)
A.恩格尔曼以水绵为实验材料,证明光合作用是发生在叶绿体的受光部位
B.希尔发现离体叶绿体在适当条件下,可以发生水的光解并产生氧气
C.鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法,证明光合作用中释放的氧气来自二氧化碳
D.阿尔农发现光合作用中叶绿体合成ATP总是与水的光解相伴随
小题快练
C
自主学习
结合教材P103第二、三段内容与P104一、二、三段内容, 完成探究
问题:
活动2：光合作用的过程
1.光反应阶段:
(1)条件:_____。
(2)场所:___________。
(3)物质变化。
①将H2O分解为_______,其中___与NADP+结合形成NADPH。
②使ADP和Pi反应形成_____。
(4)能量变化:将_____转化为储存在______________中的化学能。
有光
类囊体薄膜
氧和H+
H+
ATP
光能
ATP和NADPH
2.暗反应阶段:
(1)条件:有没有___都能进行。
(2)场所:___________。
(3)过程(_______循环):
①CO2的_____:C5+CO2 2C3。
②C3的_____:2C3 (CH2O)+C5。
(4)能量变化:NADPH、ATP中化学能变为_______中的化学能。
光
叶绿体基质
卡尔文
固定
还原
有机物
根据光合作用的反应过程,回答下列问题:
(1)暗反应有光无光都能进行,那么暗反应能较长时间在黑暗条件下进行吗
提示:暗反应的确有光无光都能进行,前提是在参与暗反应的物质充足的情况下。黑暗条件下光反应会停止,就不产生NADPH和ATP,暗反应没有反应物,也就自然停了下来,因此暗反应不能长时间在黑暗条件下进行。
(2)若标记CO2中的14C,请写出光合作用过程中14C的转化途径。
提示:14CO2→14C3→(14CH2O)。
合作探究
(3)指出光合作用的总反应式中反应物的C、H、O元素的去向。
提示:
(4)光反应和暗反应之间的关系。
①分析光反应与暗反应有什么联系。
提示:光反应为暗反应提供NADPH和ATP,暗反应为光反应提供ADP和Pi、NADP+。长时间没有光反应,暗反应无法进行。
②在适宜的光照、CO2浓度和温度等条件下,植物释放O2的量是均匀不变的,若此时只停止CO2的供应,光反应产生的O2会如何变化 为什么
提示:会逐渐减少最终停止产生O2。即使光反应的条件适宜,若暗反应停止,同样会抑制光反应正常进行。
③夏季中午,气孔关闭后,会导致CO2供应不足,短时间内叶绿体中C3和C5会发生怎样的变化 试解释其原因。
提示:C3减少,C5增多。气孔关闭,导致植物细胞CO2供应不足,产生C3减少,C3仍继续还原生成C5,因CO2供应不足不能与C5结合而导致C5含量增多。
条件
物质变化
能量变化
光反应
暗反应
场所
联系
类囊体薄膜上
叶绿体的基质中
光、色素、酶
多种酶
NADPH NADP+
ATP ADP+Pi
C3
(CH2O）+ C5
C5 + CO2 → 2 C3
光反应
暗反应
NADPH、ATP
NADP+、ADP、Pi
ATP的合成:
水的光解：
NADPH合成:
H2O 光解 H++O2
ADP+Pi+能量→ATP
酶
CO2的固定:
C3的还原:
酶
酶
NADP++H++2e-→NADPH
酶
比较项目
光能
NADPH、ATP中活跃的化学能
有机物中
稳定的化学能
1.在实验室中,如果要测定藻类植物是否完成光反应,最好是检验其(　　)
A.氧气的释放量 B.ATP的生成量
C.二氧化碳的消耗量 D.葡萄糖的合成量
【解析】光反应过程能够完成水的光解,产生NADPH并同时产生ATP和氧气,这几种物质中,氧气只有光合作用的光反应能产生,而ATP光反应和细胞呼吸都能产生,因此氧气产生量能够表示光反应是否产生更合理,A正确,B错误;二氧化碳消耗量是暗反应的检测指标,C错误;葡萄糖等有机物是暗反应产生的,D错误。
小题快练
A
2.(2022·惠州高一检测)正常生长的绿藻,照光培养一段时间后,用黑布迅速
将培养瓶罩上,此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是 (　　)
A.CO2的固定加快
B.O2的产生停止
C.NADPH/NADP+比值下降
D.ATP/ADP比值下降
【解析】用黑布将培养瓶罩上后,植物缺少光照,不能进行光反应,因此O2的
产生停止,NADPH、ATP合成停止,B、C、D正确,因为缺少ATP和NADPH,
暗反应的发生也受到影响而停止,不可能出现CO2的固定加快。
A
1.概念结论速判:以下关于光合作用的发现与过程的说法,判断正误:
(1)光合作用的光反应阶段完成了光能到活跃化学能的转化。 ( )
提示:光反应过程实现了光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能。
(2)光合作用制造的有机物中的氧来自水。 ( )
提示:光合作用过程中,制造的氧气中的氧来自水,生成的有机物中的氧来自
二氧化碳。
(3)光合作用的光反应和暗反应在叶绿体的不同部位进行。 ( )
五分钟学情评价
√
×
√
(4)光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜。 ( )
提示:叶绿体光反应产生的ATP用于暗反应还原三碳化合物,因此其转移方
向由其产生场所——叶绿体基粒转移到作用场所——叶绿体基质。
(5)光合作用过程产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量。 ( )
提示:光合作用过程产生的ATP只能用于暗反应,不能用于其他各项生命活
动。
×
×
2.用14C标记CO2,可用于研究光合作用中(　　)
A.光反应的条件　　　 B.暗反应的条件
C.能量的转换过程 D.由CO2合成糖类
的过程
3.光合作用过程中,被光反应产生的NADPH还
原的物质是 (　　)
A.CO2 B.三碳化合物
C.五碳化合物 D.六碳化合物
【解析】CO2是暗反应的原料,用14C标记CO2,可以根据14C在暗反应过程中依次出现在哪种物质中,研究暗反应过程中,由CO2合成糖类的过程,D正确,其他选项错误。
【解析】暗反应阶段,二氧化碳与五碳化合物反应生成三碳化合物,然后三碳化合物接受ATP供能,被NADPH还原为糖类等有机物或者转化为五碳化合物。
D
B
4.光合作用过程中,不在叶绿体类囊体上进行的是 (　　)
A.ATP的产生 B.氧气的产生
C.糖类的产生 D.NADPH的产生
【解析】光反应阶段发生在叶绿体基粒的类囊体薄膜上,该过程能够发生水的光解,生成氧气和NADPH,B、D不符合题意;同时还会产生ATP,A不符合题意;糖类等有机物的生成是在暗反应阶段完成的,发生在叶绿体基质中,C符合题意。
C
5.以下是光合作用的过程图解,填写图中序号所代表的物质或结构:
Ⅰ_______ 　　　　 Ⅱ_______
① ____________　 ②___________
③_____________　　 ④_____
【解析】①水的光解产物除了NADPH还有氧气;②NADPH是NADP+跟H+反应生成的;NADPH供氢供能后重新生成NADP+;③ATP与ADP、Pi能够相互转换;④CO2与C5反应,生成2C3。
光反应
暗反应
　氧气(O2)　
　NADP+　
　 ADP、Pi　
　C5
课堂小结
光合作用探索历程
物质变化
能量变化
反应场所
19世纪末
CO2→C+O2
C+H20→甲醛→糖
1928年
甲醛对植物有毒害作用
1937年
希尔反应
1941年
O2来自水
1954年：叶绿体合成ATP与水光解同步
光反应
暗反应
光能
活跃的化学能
稳定的化学能
CO2+C5→2C3
C3→(CH2O)+C5
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体
水→O2+NADPH
ADP+Pi→ATP
光合作用反应式
归 纳
概 括
光合作用过程

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