资源简介

5.4.2 光合作用的原理和应用学案
【学习目标】
1.了解光合作用的研究历史。
2.说明光合作用以及对它的认识过程。
3.解释光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系。
4.举例说明光合作用原理的应用。
5.尝试探究影响光合作用的环境因素。
6.简述化能合成作用。
【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．光合作用的概念和反应式
(1)概念：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，并且释放出氧气的过程。
(2)反应式：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
2．光合作用的探究历程
(1)19世纪末，科学界普遍认为：C与H2O结合成甲醛。
(2)1928年：甲醛不能通过光合作用转化成。
(3)1937年，英国希尔：离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气。
(4)1941年，鲁宾和卡门：研究了光合作用中氧气的来源(氧气来源于H2O)。
(5)1954年，美国阿尔农：光照下，叶绿体可合成ATP；1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
3．光合作用的过程
(1)光反应阶段
①场所：叶绿体的类囊体薄膜。
②条件：、色素和有关的。
③物质变化
Ⅰ.水的光解：H2OO2＋2NADPH
Ⅱ.ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATP。
④能量变化：将光能转变为活跃的化学能。
(2)暗反应阶段
①场所：叶绿体基质中。
②条件：的催化。
③物质变化
Ⅰ.CO2的固定：CO2＋C52C3
Ⅱ.C3的还原：C3(CH2O)
C3C5
④能量变化：ATP中活跃的化学能转变为有机物中稳定的化学能。
光合作用原理的应用
(一)光合作用强度：
(1)概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
(2)表示方法：用一定时间内原料消耗或产物产生量的数量来定量表示。
(二)实验：探究光照强度对光合作用强度的影响
(1)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上浮的数量 。
(2)变量：自变量：不同 控制自变量：调节 与 的距离进行对照实验
因变量： 强度 检测因变量： 浮起数量 无关变量：叶片大小、溶液的量
(3)流程：取材→排气→沉水→分组→光照→观察并记录
(4)结果：在一定范围内，台灯与实验装置的距离越近，浮起的圆形小叶片也越多。
(5)结论：在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用也增强(单位时间内圆形小叶片中产生的O2越多，浮起的圆形小叶片也越多)。
提示：台灯发光同时也会使温度发生改变，在台灯与烧杯之间加盛水玻璃柱排除温度对实验现象的影响。
(6) 本实验每组圆形小叶片 （可以、不可以）由30片改为3片。理由：
(三)影响光合作用强度的因素：
1．内因：叶绿体的数量、叶绿素的含量、_ _的含量和活性、叶龄等。
2．外因：光照强度、光照时间、光的成分、CO2浓度、温度、水和矿质元素等。
(1)原料：CO2、水。动力：光能。例如：环境中CO2浓度、叶片气孔开闭情况。
(2)影响叶绿体(光合作用场所)的形成和结构。如无机营养、病虫害也会影响光合作用强度。
(3)温度、pH。光合作用需要酶参与，温度、pH影响酶活性。
3．外因分析：
(1)光照：
a.①净光合速率表示法：绿色植物光下，一定时间内O2 量、CO2 量或糖类（有机物）的 量
②上图中光照强度大于C时，OA段表示植物 速率，OF段表示植物 速率，则真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率
b曲线与图形分析：
1、A点光照强度为0，此时只进行 ，无 作用。细胞内的代谢特点如图2所示。
2、AB段：细胞呼吸强度 光合作用强度(图3),净光合速率 0，植物不能 ，长时间处于此种状态，植物将死亡。
3、B点：光合作用强度 细胞呼吸强度(图4)。B点所示光照强度称为 。净光合速率 0，植物不能生长。
4、BC段：净光合速率 0，植物因积累有机物而正常生长。(图5)
5、C点所示光照强度称为 点。AD段限制因素： DE段限制因素： 浓度等
c应用：①适当 光照强度； 光合作用时间；增加光合作用面积—— 合理密植 ；温室大棚用_________的塑料或玻璃。
(北方夏季中午时，光照强度很强，植物的光合作用强度将 。原因：光照强度过 ，温度 ，导致气孔 ，细胞CO2供应 ，光合作用强度 )
(2)CO2浓度：
(3)温度:①温度通过影响酶的 来影响光合作用强度。
②应用：适时播种；温室栽培时白天适当 温度，以提高光合作用速率；夜间适当 温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累。
(4)水及矿质元素
①N、Mg、Fe等是叶绿素合成的必需元素，若这些元素缺乏，会影响 的合成从而影响光合作用。
②水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质；水还会影响 关闭，从而影响CO2进入植物体，间接影响光合作用。
【易错提示】
（1）光反应的场所是叶绿体中的类囊体薄膜，光反应产生的O2、ATP和NADPH都用于暗反应（ ）
（2）暗反应包括CO2的固定和C3的还原，两个阶段都在叶绿体基质中进行（ ）
（3）整个光合作用过程中，能量的转化是光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能（ ）
（4）光合作用释放的O2都来自水（ ）
答案：（1）×（2）√（3）√（4）√
【巩固训练】
1.下列关于叶绿体内色素提取和分离实验的叙述，错误的是( )
A.实验中需要加入SiO2进行研磨，以破碎细胞和叶绿体
B.在研磨过程中加入CaCO3的目的是防止叶绿素被破坏
C.纸层析法分离色素后滤纸条上的色素带从上至下第三条呈蓝绿色
D.色素带的宽度反映了色素在层析液中溶解度的大小
2.在20℃时，水稻植株的光合作用强度与光照强度的关系如图所示，下列分析错误的是( )
A.在a点时，水稻叶肉细胞不能进行光合作用
B.在b点时，水稻叶肉细胞的光合作用强度等于其呼吸作用强度
C.在a~b段，水稻的光合作用强度小于其呼吸作用强度
D.在c~d段，水稻的光合作用强度不再增大可能受温度限制
3.下图表示某油料植物种子萌发为幼苗过程中测得的 CO2释放、O2吸收相对速率的变化。有关叙述错误的是 ( )
A.第Ⅰ阶段产生 CO2的主要场所是细胞质基质
B.第Ⅰ阶段 CO2释放速率上升的内因之一是酶活性增强
C.第Ⅲ阶段 CO2释放速率上升的内因之一是线粒体增多
D.第Ⅲ阶段气体变化速率 O2大于 CO2是因为植物进行光合作用
4.叶绿素是由谷氨酸分子经过一系列酶的催化作用，在光照条件下合成的，其头部和尾部分别具有亲水性和亲脂性。下列说法正确的是( )
A.叶绿素的元素组成体现了无机盐能维持正常生命活动
B.尾部对于叶绿素分子在类囊体膜上的固定起重要作用
C.将叶绿素提取液放在光下，可检测到有氧气产生
D.叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值相同
5.下列关于绿叶中色素的提取和分离的叙述错误的是( )
A.根据滤纸条上色素带的条数可确定某环境因素对色素种类的影响
B.黑暗条件下生长的幼苗叶片中也有色素,可在滤纸上形成色素带
C.若层析的结果是只有两条黄色色素带,说明叶片研磨时没加CaCO3
D.层析时间长短直接影响实验结果,若出现色素带重叠可能是层析时间短
6.科学种植,规范管理等措施能有效提高农业产量。下列相关叙述错误的是( )
A.通过增强红外光照射农作物，增大光合作用效率来积累有机物
B.合理延长大棚蔬菜的光照时间，增加植物制造的有机物的总量
C.施肥的同时合理灌溉,有利于无机盐的吸收和在植物体内的运输
D.在阴雨天气降低温室大棚内白天和晚上的温度,减少有机物的消耗量
7.2021年，我国科研团队设计了一种下图所示的人造淀粉合成代谢路线（ASAP）。在高密度氢能的作用下，成功将CO2和H2转化为淀粉。与自然界合成淀粉相比，明显降低了复杂程度。下列说法错误的是( )
A.利用人工合成途径，有利于缓解粮食短缺问题，降低空气中CO2含量
B.人工合成淀粉的过程中，需要相关酶的参与
C.若固定的CO2量相等，人工合成淀粉的量与植物光合作用有机物的积累量相等
D.淀粉和酶都是以碳链为基本骨架形成的生物大分子
8.某研究小组将甲，乙两组生理状况基本一致的幼苗放置在如图1所示的密闭装置中培养，其中甲组的培养液为完全培养液（含有植物生长所需各种营养物质），乙组的培养液为缺Mg2+的完全培养液，给予两装置相同且适宜的恒定光照和温度条件，容器中CO2浓度的变化如图2所示。下列说法错误的是( )
A.曲线①代表乙组幼苗的实验结果，曲线②代表甲组幼苗的实验结果
B.两组植物的光合速率均逐渐降低，原因是装置内的CO2浓度逐渐降低
C.曲线②代表的植物在BC段有机物的积累量逐渐增加
D.曲线②代表的植物光合速率较曲线①代表的植物光合速率弱的原因是其光反应较弱
9.利用层析液分离提取的紫色鸭跖草叶中的色素，滤纸条上出现五条色素带，如右图所示。下列相关叙述正确的是( )
A.条带1~4中的色素都能吸收蓝紫光，1和2中的色素基本不吸收红光
B.条带5中的色素在层析液中溶解度极低，但能吸收和转换光能
C.滤纸条上条带的多少与层析时间无关，但与所含色素种类有关
D.若用水替换层析液，条带5中的色素不会与其他色素分离
10.已知植物A和B光合作用的最适温度为25℃呼吸作用的最适温度为30℃，在25℃时，测定A、B两植物光合速率和呼吸速率比值（P/R）随光照强度的变化如图所示。回答下列问题。
(1)据图判断更适宜在较弱光照条件下生长的是植物________________（填“A”或“B”）。
(2)光照强度为a时， 每日光照14h，植物B_______（填“能”或“不能”）正常生长，原因是_______。
(3)若将环境温度提高至30℃，a点_______（填“左移”或“右移”）。
(4)在光照强度大于b时，植物B的P/R不再增加，限制其增加的主要环境因素是_______，农业生产中利用此环境因素来提高光合作用的措施有_______（写出两种）。
参考答案
1.答案：D
解析：A、实验中需要加入SiO2进行研磨，以破碎细胞和叶绿体，使得色素释放出来，A正确；
B、研磨过程中加入CaCO3的目的是防止色素（主要是叶绿素）被破坏，B正确；
C、不同色素在层析液中的溶解度不同，滤纸条从上到下依次是：胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色），即纸层析法分离色素后滤纸条上的色素带从上至下第三条呈蓝绿色，C正确；
D、色素带的宽度反映了色素的含量，D错误。
故选D。
2.答案：B
解析：在b点时，水稻叶肉细胞的光合作用强度大于其呼吸作用强度，水稻叶肉细胞的光合作用强度等于水稻整个植株的呼吸作用强度。
3.答案：D
解析：A、第Ⅰ阶段几乎不吸收氧气，主要进行无氧呼吸，所以产生CO2的主要场所是细胞质基质，A正确;B、第Ⅰ阶段CO2释放速率上升的内因是酶活性增强，无氧呼吸增强，B正确;C、第Ⅲ阶段主要进行有氧呼吸，所以CO2释放速率上升的内因之一是线粒体增多，C正确;D、有氧呼吸过程中，葡萄糖氧化分解时，吸收的O2量等于释放的CO2量，所以第I阶段气体变化速率O2大于CO2是因为有脂肪氧化分解，D错误。
4.答案：B
解析：A、镁是叶绿素分子的重要组成成分，说明无机盐是复杂化合物的组成成分，A错误；
B、叶绿素的尾部具有亲脂性特点，而生物膜的基本骨架由磷脂双分子层构成，故叶绿素的尾部有利于固定在类囊体膜上，B正确；
C、仅有叶绿素只能吸收光能，无法将光能转变成化学能，要想将光能转变成化学能，需要色素和蛋白质结合形成复合物，共同完成光反应，所以将叶绿素提取液放在光下，无法检测到有氧气生成，C错误；
D、叶绿素a比叶绿素b在红光区的吸收峰值高，D错误。故选B。
5.答案：C
解析：滤纸条上色素带的条数代表色素的种类,根据色素带条数的多少可确定色素种类的变化,A正确;黑暗条件下生长的幼苗叶片中不能合成叶绿素,但能合成类胡萝卜素,可在滤纸上形成两条色素带,B正确;若层析的结果是只有两条黄色色素带,说明叶片不含叶绿素,如果研磨时没加CaCO3,会导致叶绿素的色素带颜色变浅、变窄,C错误;层析时间长短直接影响实验结果,即影响色素在滤纸条上的扩散.若出现色素带重叠可能是层析时间短,色素没有分开,D正确。
6.答案：A
解析：农作物不能吸收红外光,A错误;延长光照时间可以延长光合作用制造有机物的时间,从而增加有机物的产量,B正确;施肥的同时进行灌溉,可促进无机盐的溶解,成为离子状态的无机盐可被根系吸收并随水运输,C正确;阴雨天降低大棚温度可降低细胞呼吸中有机物的消耗量,D正确。
7.答案：C
解析：A、根据题干信息可知，利用人工合成途径，有利于缓解粮食短缺问题，降低空气中CO2含量，A正确； B、酶能加快化学反应的速度，人工合成淀粉的过程中，需要相关酶的参与，B正确； C、人工合成淀粉，合成量=积累量，植物合成有机物的量细胞呼吸消耗量=积累量，故若固定的CO2量相等，人工合成淀粉的量大于植物光合作用有机物的积累量相等，C错误； D、淀粉和酶都是以碳链为基本骨架形成的生物大分子，D正确。
故选：C。
8.答案：C
解析：A、乙组是缺Mg的完全培养液，故乙组光合速率降低，容器中二氧化碳浓度降低的幅度小。甲组不缺Mg，故甲组光合速率比乙组高，容器中二氧化碳浓度降低的幅度大，因此曲线①代表乙组幼苗的实验结果，曲线②代表甲组幼苗的实验结果，A正确;B、两组植物均在密闭装置中培养，CO2是光合作用的原料，容器中CO2浓度降低导致光合速率降低，B正确;C、由于密闭容器内的CO2浓度逐渐降低，BC段光合速率等于呼吸速率，有机物积累量不会再增加，保持不变，C错误;D、曲线①代表甲组幼苗的实验结果，曲线②代表乙组幼苗的实验结果，乙组缺Mg，则合成的叶绿素少，故光反应速率较弱，从而导致光合作用强度弱，D正确。
9.答案：A
解析：A、条带1为胡萝卜素、条带2为叶黄素、条带3为叶绿素a、条带4为叶绿素b，都能吸收蓝紫光，1和2中的色素基本不吸收红光，A正确；
B、条带5中的色素在层析液中溶解度极低，属于水溶性色素，不能吸收和转换光能，B错误；
C、滤纸条上条带的多少与层析时间和色素种类均有关，C错误；
D、花青素是水溶性的，叶绿素和类胡萝卜素是脂溶性的，若用水替换层析液，条带5中的色素会与其他色素分离，D错误。
故选A。
10.答案：(1)B
(2)不能；光照强度为a时，每天光照14小时没有有机物的积累，黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物，故全天没有有机物的积累，植物B不能正常生长
(3)右移
(4)CO2浓度；合理密植、正其行通其风、增施农家肥等
解析：(1)由图判断，与植物A相比，植物B的光补偿点及光饱和点都较低，因此与植物A相比，植物B更适宜在弱光下生活。
(2)光照强度为a时，对于植物B而言，光合速率与呼吸速率的比值(P/R)为1，白天14小时没有积累有机物，晚上进行呼吸作用消耗有机物，一昼夜干重减少，因此光照强度为a时，每日光照14h，植物B不能正常生长。
(3)植物B光合作用的最适温度为25°C，呼吸作用的最适温度为30°C，若将环境温度提高至30°C，植物B的光合作用会减弱，呼吸作用会增强，所以其他条件不变，光合速率等于呼吸速率时需要更多的光照，故a点将右移。
(4)影响光合作用的外界因素主要是温度、光照强度、CO2浓度，而b点为植物B的光饱和点，温度为光合作用的最适温度为25°C，因此在b点之后，限制人参P/R增大的主要外界因素是CO2浓度，因此可以通过合理密植、正其行通其风、增施农家肥等措施增加CO2浓度，来提高光合作用从而达到增产的目的。

展开更多......

收起↑