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5.4.2光合作用的原理和应用学案
【学习目标】
1.科学思维:分析光合作用光反应和暗反应过程，认同两个阶段既有区别又有联系。
2.科学探究:根据实验目的，设计实验探究光合作用的影响因素，会分析相关的实验装置。
3.社会责任:能够根据光合作用原理指导生产实践。
【学习重难点】
1、教学重点：（1）叶绿体适用于光合作用的结构特点
（2）光合作用的原理
2、教学难点：（1）光合作用过程中物质和能量的变化及相互关系
（2）探究影响光合作用强度的环境因素
【预习新知】
光合作用的原理
1.探索光合作用原理的部分实验
综合教材102页探索光合作用原理的部分实验，光合作用释放的氧气中的氧元素来自 ， 不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。实际上，光合作用的过程十分复杂，它包括一系列化学反应。根据是否需要 ，这些化学反应可以概括地分为 (现在也称为碳反应)两个阶段,下图为光合作用过程示意图。
2.光反应阶段
(1)光合作用第一个阶段的化学反应，必须 才能进行，这个阶段叫作 阶段。此阶段是在 (图中序号 )的薄膜上进行的。
(2)叶绿体中光合色素吸收的光能，有以下两方面用途。一是将水分解为氧和H+，氧直接以 (图中序号 )的形式释放出去，H+与 (图中序号 )结合，形成 (图中序号 )。 作为活泼的还原剂，参与暗反应阶段的化学反应，同时也储存部分 供暗反应阶段利用；二是在有关 的催化作用下，提供能量促使 (图中序号 )反应形成ATP，这样，光能就转化为储存在ATP中的 。这些ATP将参与第二个阶段合成有机物的化学反应
3.暗反应阶段
(1)光合作用第二个阶段中的化学反应， 都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。暗反应阶段的化学反应是在 (图中序号 )中进行的。在这一阶段，CO2被利用，经过一系列的反应后生成 (图中序号 )。
(2)20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻(一种单细胞的绿藻)做了这样的实验：用经过14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向，最终探明了 。
(3)绿叶通过 从外界吸收的CO2，在特定酶的作用下，与 (一种五碳化合物)(图中序号 )结合，这个过程称作 。一分子的CO2被固定后，很快形成两个C3分子,即图中序号 。在有关酶的催化作用下，C3接受 释放的能量，并且被 (图中序号 )还原。随后，一些 的C3，在酶的作用下经过一系列的反应转化为 (图中序号 )；另一些 的C3，经过一系列变化，又形成C5。这些C5又可以参与 。这样，暗反应阶段就形成从 的循环，可以源源不断地进行下去，因此暗反应过程也称作 。
4.光反应与暗反应的联系：在光反应阶段，光能被叶绿体内 上的 捕获后，将水分解为 等，形成 ，于是光能转化成 中的化学能； 驱动在 中进行的暗反应，将CO2转化为 。可见光反应和暗反应紧密联系，能量转化与物质变化密不可分。
光合作用原理的应用
1.光合作用的强度
(1)概念：植物在单位时间内通过光合作用制造 的数量。
(2)影响因素
①土填中的 多少（光反应的原料，影响气孔开闭）
②环境中 的浓度⑤叶片气孔开
③ 的高低
④光照的 。
2.探究光照强弱对光合作用强度的影响
(1)实验原理：抽去圆形小叶片中的气体后，叶片在水中 ，光照下叶片进行光合作用产生 ，充满细胞间隙，叶片又会 。光合作用越强，单位时间内圆形小叶片 的数量越多。
(2)实验流程
①打出圆形小叶片：用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出(直径为0.6 cm)圆形小叶片30片
↓
②抽出叶片内气体：用注射器(内有清水、圆形小叶片)抽出叶片内气体，重复2～3次
↓
③圆形小叶片沉到水底：将抽出内部气体的圆形小叶片放入 处盛有清水的烧杯中，圆形
小叶片全部沉到水底
↓
④强、中、弱三种光照处理：取3只小烧杯，分别倒入富含 的清水，各放入10片圆形
小叶片，用 三种光照分别照射
↓
⑤观察并记录同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量
(3)实验现象与结果分析：光照越强，烧杯内圆形小叶片浮起的数量 ，说明在一定范围内，随着光照强度的不断增加，光合作用强度 。
【易错提示】
有关光合作用过程的四点提醒
(1)叶绿体的内膜既不参与光反应，也不参与暗反应。
(2)光反应阶段为暗反应提供ATP、[H]，ATP从类囊体薄膜移向叶绿体基质。而暗反应则为光反应提供ADP和Pi，ADP从叶绿体基质移向类囊体薄膜。
(3)光反应阶段必须是在有光条件下进行，而暗反应阶段有光无光都能进行，但需光反应提供的[H]和ATP，故暗反应不能长期在无光环境中进行。
(4)在自然条件下，光反应阶段和暗反应阶段同时进行，不分先后。
【巩固训练】
1.下列关于光合作用和化能合成作用的叙述，正确的是( )
A.都以光能作为能源
B.这两类作用都是真核生物特有的方式
C.进行光合作用的生物属于自养生物，进行化能合成作用的生物属于异养生物
D.都能将CO2和水合成为有机物
2.绿色植物在进行光合作用的同时，还会进行呼吸作用，这两个生理过程紧密联系。细胞呼吸和光合作用的原理在生活和生产实践中有广泛应用。下列相关叙述错误的是( )
A.光合作用需要的ATP主要由细胞呼吸作用提供
B.光下测得的O2释放量不是光合作用实际的O2产生量
C.白天适当降温，夜晚适当升温，可以提高作物的产量
D.增加CO2浓度会抑制细胞呼吸，并且不利于植物的光合作用
3.下列关于“绿叶中色素的提取和分离”的叙述，错误的是( )
A.常用95%的乙醇来提取绿叶中的光合色素
B.研钵中加入少许碳酸钙有助于研磨充分
C.溶解度越高的色素随层析液在滤纸条上扩散得越快
D.画滤液细线时要连续多次快速地在滤纸上均匀画出
4.研究光照强度和光合作用的关系，得到如图曲线，下列叙述错误的是( )
A.A点时植物只进行呼吸作用 B.B光照强度下光合速率等于呼吸速率
C.D点光合速率达到最大 D.DE段的限制因素是光照强度
5.下图是新鲜小麦绿叶的四种叶绿体色素在滤纸上层析分离的情况，以下叙述错误的是( )
A．甲为叶绿素b，乙为叶绿素a
B．丙和丁主要吸收蓝紫光
C．色素带浸入层析液中而分离为甲、乙、丙、丁四种色素
D．小麦成熟时叶中色素含量(甲＋乙)＜(丙＋丁)
6.生命活动离不开水。下图表示高等植物细胞代谢的部分过程，其中数字序号表示相关场所。请回答下列问题：
（1）细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为__________；该过程离不开水、能量和__________等，后者作用需要温和的条件。
（2）图中①是__________，除图示产物外，该处的产物还有__________（答2种）等。
（3）水在细胞代谢中，既是反应物又是产物。图示生理过程中，除了水，既是反应物又是产物的物质还有__________（答2种）等。
参考答案
1.答案：D
解析：光合作用需要光能作为能源，化能合成作用不需要光能作为能源，A错误；进行化能合成作用的硝化细菌为原核生物，B错误；光合作用和化能合成作用的生物都属于自养生物，C错误；光合作用是利用光能将CO2和H2O合成有机物，化能合成作用是利用氧化还原反应过程中释放的化学能将CO2和H2O合成有机物，D正确。
2.答案：ACD
解析：光合作用光反应时水光解产生的ATP供光合作用暗反应C 的还原，不需要呼吸作用所提供的ATP，A错误；光下测得的O2量是植物体的O2释放量，为净光合量，是植物光合作用制造的总氧量减去呼吸作用消耗的部分后释放出来的，因此不是光合作用实际的O2产生量，B正确；白天适当升温促进光合作用，夜晚适当降温抑制呼吸作用，可以提高作物的产量，C错误；增加CO2浓度会抑制细胞呼吸，但在一定程度上能促进光合作用的进行，D错误。
3.答案：ABD
解析：A、色素能溶解在酒精或丙酮等有机溶剂中，因此无水乙醇用于提取色素，A错误;B、CaCO3有利于防止色素分子被破坏，SiO2有利于研磨充分，B错误;C、分离色素原理:各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素。溶解度大，扩散速度快;溶解度小，扩散速度慢，C正确;D、画滤液细线要细、均匀、快速，画线后等待滤液细线干燥后再重复画线1~2次，D错误。故选:ABD。
4.答案：D
解析：在A点，对应的光照强度为0，植物只进行呼吸作用，A正确;在B点即光补偿点时，光合速率与呼吸速率相等，B正确，据图可知，D点以后，CO2吸收速率不再变化，表示净光合速率不再发生变化且最大，根据光合速率=净光合速率+呼吸速率，而呼吸速率不会随着光照强度的变化而变化，因此.D点光合速率达到最大，C正确;D点已经达到光的饱和点，因此D点以后即DE段的限制因素是不再是光照强度，而是光照强度之外的其他因素，如温度、CO2浓度等，D错误。
5.答案：C
解析：C项，进行纸层析时，色素带不能浸入层析液中，否则色素会溶于层析液，故C项叙述不正确。A项，溶解度越大的色素扩散速度越快，同时根据色素带的宽度可判断色素的含量，分析图片可知:甲是叶绿素b，乙是叶绿素a，丙是叶黄素，丁是胡萝卜素，故A项叙述正确。B项，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，故B项叙述正确。D项，小麦成熟时，叶绿素被分解，所以其含量比类胡萝卜素少，故D项叙述正确.
6.答案：
（1）细胞代谢酶
（2）类囊体薄膜ATP和O2
（3）（CH2O）（或葡萄糖）、CO2和O2、NADPH、ATP等（答2种）
解析：（1）细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢；机体条件温和，细胞代谢需要酶的催化，细胞代谢过程离不开水、能量和酶等；酶的作用需要温和的条件。
（2）图中①是光反应场所为类囊体薄膜，②是暗反应场所是叶绿体基质，③可表示有氧呼吸第一阶段的场所细胞质基质和第二阶段的场所线粒体基质，④是有氧呼吸第三阶段的场所即线粒体内膜。类囊体中发生的反应有水的光解和ATP的合成等，产物有NADPH、O2、ATP等。
（3）在有氧呼吸过程中，反应物主要有水、（CH2O）和O2，产物主要有CO2和水，而光合作用过程中，反应物主要有水、CO2、产物主要有O2和（CH2O）；图示生理过程中，除了水，既是反应物又是产物的物质还有（CH2O）、CO2和O2、NADPH、ATP等。

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