内蒙古杭锦后旗奋斗中学2015-2016学年高中生物 课时21 光合作用的原理和应用导学案 新人教版必修1

必修1课时21 光合作用的原理和应用班级:_姓名:_设计人_日期_课前预习 预习案【学习目标】1说出光合作用以及对它的认识过程。2尝试探究影响光合作用强度的环境因素。3说出光合作用原理的应用。4简述化能合成作用。【自主梳理】1光合作用的概念(1)场所：绿色植物的_中。(2)能量转化：_转化为储存在有机物中的化学能。(3)物质转化：_和_转化为有机物和_。2光合作用的探究历程(连线)：科学家实验结论普利斯特利英格豪斯梅耶萨克斯鲁宾和卡门卡尔文a.探明了碳在光合作用中转化的途径b.光合作用有淀粉产生c.只有光照下的绿叶才能更新空气d.光合作用中光能转化成化学能储存起来e.光合作用释放的氧气来自水f.植物可以更新空气3光合作用的过程：如图所示。(1)反应过程：(2)反应场所：._，._。(3)化学反应：a.中的化学反应水的光解：水分解成_。atp的合成：在_的作用下，_形成atp。b.中的化学反应CO2的固定：CO2与_结合形成两个_。C3的还原：C3接受_释放的能量并被_还原，形成_和_。c.总化学反应方程式：_。4光合作用强度：(1)概念：植物在_内通过光合作用制造_的数量。(2)表示方法：一定时间内_或_的数量来定量地表示。5影响光合作用的因素及实验探究：6化能合成作用的概念：生物体利用体外环境中的_能量来制造有机物的合成作用。7完成硝化细菌的化能合成作用过程。【预习小测】1判断正误：光反应为暗反应提供H和H2O。2判断正误：破坏叶绿体外膜后，不能产生O2。3判断正误：在离体的叶绿体基质中添加ATP、H和CO2后， 可完成暗反应。4判断正误：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。5判断正误：植物体自身的遗传特性可以影响光合速率。6判断正误：暗反应必须在无光条件下进行。知识拓展 探究案【探究一光合作用的过程】(1)光反应阶段：在下图中用线段和箭头标出光反应的物质和能量变化。根据标出的过程总结光反应的条件和产物。(2)暗反应阶段：请接着在上图中标出暗反应中CO2的固定和C3的还原过程。若用14C标记CO2中的C，则能在光合作用的哪些物质中检测到放射性？(3)光反应和暗反应的联系：若暗反应停止，光反应能否持续进行？描述光合作用过程中H、ATP、ADP的运动方向。总结光反应和暗反应的关系。【典例精析】如图所示，图甲为光合作用部分过程的图解，图乙表示改变光照后，与光合作用有关的C5和C3在细胞内的含量变化。请据图回答问题。(1)图甲中A表示的物质是_，它是由_产生的，其作用主要是_。(2)图甲中ATP的合成所需的能量最终来自于_。若用放射性同位素14C标记CO2，则14C最终进入的物质是_。(3)图乙中曲线a表示的化合物是_，在无光照时，其含量上升的原因是_。(4)图乙中曲线b表示的化合物是_，在无光照时，其含量下降的原因是_。【变式训练】下图为某绿色植物光合作用和有氧呼吸的主要生理过程，请据图回答问题( 内填序号)。(1)图中A表示的生理过程为_，具体部位是_。(2)图中B表示的生理过程为_，形成两个C3的过程叫作_。(3)过程进行的场所分别是_、_。(4)在过程中，产生ATP最多的是 _。【探究二光合作用速率的影响因素】2光照强度对光合作用速率影响的分析，如图所示：A点：光照强度为0，此时只进行_，CO2释放量表示此时的_。AB段：光照强度增大，光合作用逐渐_，CO2的释放量逐渐减少(有一部分用于光合作用)，此时细胞呼吸强度_光合作用强度。B点：_点，此时细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用。BC段：随着光照强度不断增大，光合作用不断_，在C点时_，C点对应的光照强度称为_。3CO2浓度对光合作用速率影响的分析，如图所示：上图所示的光合速率为_光合速率；A点为_，此时_速率等于_速率。【典例精析】夏季晴朗的一天，甲、乙两株同种植物相同条件下CO2吸收速率的变化如图所示。下列说法正确的是A.甲植株在A点开始进行光合作用B.乙植株在E点有机物积累量最多C.曲线BC段和DE段下降的原因相同D.两曲线BD段不同的原因可能是甲植株气孔无法关闭【变式训练】以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示。下列分析正确的是A.光照相同时间，35 时光合作用制造的有机物的量与30 C时相等B.光照相同时间，在20 C条件下植物积累的有机物的量与25 C时相等C.温度高于25时，光合作用制造的有机物的量开始减少D.两条曲线的交点表示光合作用制造的有机物与细胞呼吸消耗的有机物的量相等【随堂自测】1下列关于光合作用探究历程的叙述，不正确的是A.萨克斯让叶片在暗处放置几小时，然后一半遮光、一半曝光，并用碘蒸气处理，得出光合作用需要光照才能进行B.恩格尔曼以好氧细菌和水绵为实验材料进行实验， 得出氧气是由叶绿体释放出来的C.梅耶根据能量转化和守恒定律，指出植物在进行光合作用时把光能转换成化学能储存起来D.鲁宾和卡门利用同位素标记法，证明光合作用释放的氧气来自水2下列关于光合作用的叙述，正确的是A.光反应在叶绿体的类囊体薄膜上进行，暗反应在叶绿体基质中进行B.光反应需要光，不需要酶，暗反应不需要光，需要多种酶C.对植物突然停止光照，暗反应也马上停止D.光反应分解水生成O2，暗反应消耗O2氧化C53如图表示的是在CO2体积分数为1%和0.03%两种情况下，某农作物的光合作用强度与光照强度之间的关系。据图分析，限制Q点的光合作用强度的因素是：CO2体积分数 光照强度A.B.C.D.与和无关4冬天利用温室进行蔬菜种植可以提高经济效益，但需要调节好温室的光照、湿度、气体和温度，以提高蔬菜的产量和品质。下列措施及方法不正确的是A.适当增加光照，以补充冬季阳光不足B.向温室内定期补充二氧化碳气体，以增大光合作用强度C.由于温室内外温差大，在温室薄膜上结成一层水膜，要及时擦干，以防透光率降低D.增加温室中氧气的含量，促进细胞呼吸释放更多的能量，从而增大光合作用的强度5下图为光合作用的过程图解，请回答下列问题。(1)写出图中各标号所代表的物质：_，_，_。(2)叶绿体中色素吸收的光能，有两方面用途：_和_。(3)C3的两个去向是形成_和_。(4)CO2中的C的转移途径：CO2_。6下图中表示植物体叶肉细胞中与H的来源和去向相关的生理过程，依次发生在细胞质基质、线粒体基质和叶绿体基质中的是A.B.C.D.7生长于较弱阳光下的植物，当提高CO2浓度时，光合速率并未加快。对这一现象最可能的解释是A.细胞呼吸受阻影响光合作用B.C3还原的还原剂和ATP不足C.暗反应过程所需的酶在弱光条件下活性低D.细胞呼吸强度大，大量消耗光合作用产物8将面积相等的两种植物的叶片甲、乙分别放置在相同的、温度适宜且恒定的密闭小室中，给予充足的光照， 下列有关说法正确的是A.甲、乙两叶片的光合作用强度一定相同B.甲、乙两叶片的光合作用强度都将逐渐下降C.若实验一段时间后，甲叶片所在小室中的CO2浓度较乙低，则甲叶片的细胞呼吸强度一定比乙低D.若实验一段时间后，甲叶片所在小室中的CO2浓度较乙低，则甲固定CO2的能力较乙低9下图表示大棚载培的植物在环境因素发生改变时，叶绿体内C3和C5含量的变化情况。下列选项中最可能导致这种变化的环境因素是A.给植物增施氮肥和镁肥B.大棚载培的植物通过增施农家肥料补充CO2C.给植物补充适宜强度的人工光照D.夜间适当降低植物的环境温度10下图是植物的光合作用强度与光照强度之间的关系图，选项中能够反映A点时的生理过程及量变关系的是11下图中曲线a表示黄豆光合作用速率与光照强度的关系(适宜温度、CO2浓度为0.03%)。在B点时改变某条件，曲线变为b。下列分析合理的是A.与B点相比，A点叶绿体中的C3含量较低B.在B点时，升高温度会导致曲线由a变为bC.制约A点光合作用速率的因素主要是叶绿体中色素的含量D.制约C点光合作用速率的因素可能是CO2浓度12为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予一定条件，这些条件是A.光照、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液B.光照、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液C.黑暗、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液D.黑暗、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液13某学校研究小组利用叶面积相等的甲、乙两种植物的叶片分别进行了以下两组实验(假设两组实验在相同且适宜的温度下进行，且忽略光照对细胞呼吸的影响)。实验一将甲、乙两种植物的叶片分别放置在相同的密闭小室中，给予充足的光照，利用红外测量仪每隔5 min测定一次小室中的CO2浓度，结果如下图中I所示。实验二给予不同强度的光照，测量甲、乙两种植物叶片的CO2吸收量和CO2释放量，结果如图II所示。请据图分析回答问题。(1)固定CO2能力较强的植物是_。(2)当实验一从开始经过10 min时，甲植物通过光合作用制造的有机物总量比乙植物_，原因是_。(3)实验一中，若在第5 min时，光照强度突然降低，甲植物的C3含量在短时间内将_。实验二中，若给予的光照强度为X 1x(AXB)，每日光照12H， 一昼夜后乙植物的干重将_。14光合作用与化能合成作用的相似点是A.都以太阳能作为能源B.都需要环境中的物质氧化释放能量C.都能将无机物转变成有机物D.都是高等生物的代谢类型【探究归纳】1教材提炼：2光合作用的过程图解，如图所示：3光反应和暗反应的区别：项目光反应暗反应反应条件光照、色素、酶多种酶外界原料水CO2产物O2，H，ATP有机物场所类囊体的薄膜叶绿体基质能量变化光能ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能(CH2O)中稳定的化学能4光反应和暗反应的联系：(1)光反应为暗反应提供H和ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi，两个反应阶段相辅相成、密切联系。(2)没有光反应，暗反应缺乏H和ATP，无法进行；暗反应受阻，光反应因产物积累也不能正常进行。可见， 二者相互制约。5光合作用和有氧呼吸的区别：项目光合作用有氧呼吸物质变化无机物有机物有机物无机物能量变化光能稳定的化学能(储能)稳定的化学能ATP 中活跃的化学能、热能(放能)实质合成有机物，储存能量分解有机物、释放能量场所叶绿体细胞质基质、线粒体条件只在光下进行有光、无光都能进行6光合作用和有氧呼吸的联系：(1)物质方面(2)能量方面7【提醒】蓝藻、硝化细菌均为自养型生物，但蓝藻通过光合作用合成有机物，硝化细菌通过化能合成作用合成有机物。必修1课时21 光合作用的原理和应用详细答案课前预习 预习案【自主梳理】1(1)叶绿体 (2)光能 (3)CO2 H2O O22f c d b e a3(1)光反应 暗反应(2)类囊体薄膜 叶绿体基质(3)a.O2和H 有关酶 ADP与Pib.C5 C3ATP H 糖类 C5c.CO2+H2O (CH2O) + O24(1)单位时间 糖类 (2)原料消耗 产物生成5(1)CO2 水分含量 时间 强度 温度(2)生长旺盛的绿叶 小圆形叶片内的气体逸出 黑暗强、中、弱 小圆形叶片浮起的数量6某些无机物氧化时所释放的7 化学能【预习小测】1 提示：光反应为暗反应提供H和ATP。2 提示：水在类囊体薄膜上光解产生O2，破坏叶绿体外膜后，仍能产生O2。3 提示：暗反应在叶绿体基质中进行，需要提供CO2、ATP和H。4 提示：光照下叶绿体中的ATP是在叶绿体类囊体薄膜上利用光能产生的。5 提示：影响光合速率的因素很多，既有内部因素也有外界环境因素，植物体自身的遗传特性(如阴生植物、阳生植物)是内部因素之一。6 提示：光合作用的暗反应不需要光，但在有光条件下才能持续进行。知识拓展 探究案【探究一光合作用的过程】(1)如下图所示提示：条件有光照、色素和酶； 产物有O2、H和ATP。(2)如图所示提示：14CO22C3 (只有一个14C)(14 CH2O)。(3)提示：不能，暗反应停止，使光反应所需的ADP和Pi减少，且光反应产生的ATP和H积累过多，抑制光反应的进行。提示：H和ATP：类囊体薄膜叶绿体基质。ADP：叶绿体基质类囊体薄膜。提示：光反应为暗反应提供H和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi，二者相辅相成，相互依存。【典例精析】(1)H 水在光下分解用于 C3的还原(2)光能 (CH2O)(3)C3 CO2与C5结合生成C3，但C3还原被抑制(4)C5 C5与CO2结合生成C3，但C3还原为C5被抑制【解析】(1)光反应为暗反应提供H和ATP，由此可确定A是H，是由水在光下分解产生的，主要是用于C3的还原。(2)光反应中，光能转化为活跃的化学能储存于ATP中， 14CO2的同化途径为14CO22C3 (只有一个14C) (14 CH2O)。(3)(4)题干中已说明曲线a、b分别表示C3和C5的含量变化，光照停止后，光反应停止，H和ATP含量下降，C3的还原减弱直至停止，而CO2的固定仍在进行，因此C3含量相对升高，C5含量相对下降，即曲线a表示C3 ，曲线b表示C5 。【备注】光反应必须在光照下进行，暗反应在光照和黑暗中都能够进行，且光反应为暗反应提供ATP和H，暗反应为光反应提供合成ATP的原料ADP和Pi，两个反应阶段既有区别又密切联系。【变式训练】(1)光反应 叶绿体的类囊体薄膜(2)暗反应CO2的固定(3)细胞质基质 线粒体基质(4)【解析】图中A、B、C表示的生理过程依次为光反应、暗反应、有氧呼吸，光反应在叶绿体类囊体薄膜上进行，暗反应在叶绿体基质中进行，有氧呼吸的第一阶段在细胞质基质中进行，第二阶段在线粒体基质中进行，第三阶段在线粒体内膜上进行。图中a为ATP，b为(CH2O)，c为丙酮酸，图中 分别为有氧呼吸的第一、二、三阶段，在第三阶段产生的ATP最多。【备注】无【探究二光合作用速率的影响因素】2细胞呼吸 细胞呼吸强度 增强 大于 光补偿 增强 达到最大 光饱和点3净 CO2 补偿点 光合 细胞呼吸【典例精析】D【解析】从图中可以看出，A点时光合作用速率等于细胞呼吸速率，并非从此处开始进行光合作用，A项错误。有机物的积累量等于光合作用制造的有机物量减去细胞呼吸消耗的有机物量，所以有机物的积累量最多是在E点前曲线与横坐标的交点，不是E点，B项错误。BC段下降是因为光照过强，气孔关闭，CO2吸收速率降低；DE段下降是因为光照强度降低，CO2吸收速率降低，C项错误。由图中曲线可知，甲、乙两株同种植物在夏季晴朗的一天同种条件下BD段曲线不同，乙曲线BD段出现的原因是光照过强，气孔关闭，甲曲线BD段出现的原因，可能是甲植物气孔无法关闭，D项正确。【备注】无【变式训练】A【解析】植物光合作用利用CO2的量=植物从外界吸收的CO2量+植物细胞呼吸释放的CO2量，可逐一计算出20、25、30、35条件下，光合作用制造的有机物的量(可用利用的CO2量表示)。光照相同时间，35时光合作用制造的有机物的量与30时相等，用利用的CO2量表示都是6.5mg/H，A项正确；光照相同时间，假设1d中光照12 H，以CO2净吸收量表示有机物的积累量，则20。时一天中积累的有机物为3.2512-121.5=21 (mg)， 25C时积累的有机物为3.7512 - 122.25 = 18 (mg)， B项错误；25、30、35时光合作用制造的有机物的量(用利用的CO2量表示)分别为6 mg/H、6.5 mg/H、6.5mg/H， C项错误；两曲线的交点表示光照下CO2的吸收量与黑暗下CO2的释放量相等，即表示光合作用积累的有机物与呼吸作用消耗的有机物的量相等，D项错误。【备注】无【随堂自测】1A【解析】萨克斯让叶片在暗处放置几小时，然后一半遮光、一半曝光处理，成功证明了光合作用的产物除了氧气之外还有淀粉。【备注】无2A【解析】光反应所需的色素和酶在类囊体薄膜上，所以光反应的场所是类囊体薄膜；暗反应所需的酶在叶绿体基质中，所以暗反应的场所是叶绿体基质。突然停止光照，光反应产生的H和ATP暂时还没完全消耗，所以暗反应在短时间内还能继续进行。光反应分解水生成O2，暗反应中H还原C3生成C5。【备注】无3C【解析】对照两条曲线，相同光照强度下Q点光合作用强度的限制因素为CO2的体积分数。仅从CO2体积分数为0.03%时的曲线分析，在Q点基础上增加光照强度，光合作用强度仍能增强，因此，限制Q点光合作用强度的因素还有光照强度。【备注】无4D【解析】蔬菜的产量及品质与蔬菜进行光合作用和细胞呼吸有关，提高蔬菜的产量和品质应增强光合作用、降低细胞呼吸。增强光照、增加二氧化碳浓度均有利于增强光合作用，A、B、C三项正确；增加温室中氧气的含量，细胞呼吸增强，不利于提高蔬菜的产量和品质，D项错误。【备注】无5(1)H2O ATP CO2(2)水的光解 ATP的形成(3)C5 (CH2O)(4)C3 (CH2O)【解析】光合作用图解如图由图解分析可知，分别是H2O、ATP和CO2；叶绿体中色素吸收的光能，分别用于水的光解和ATP的形成；C3 的两个去向是形成C5和(CH2O)；CO2中的C的转移途径是CO2C3(CH2O)。【备注】无6A【解析】过程分别是有氧呼吸的第一阶段、有氧呼吸的第二阶段、有氧呼吸的第三阶段、光反应、暗反应，依次发生在细胞质基质中、线粒体基质中、线粒体内膜上、叶绿体类囊体薄膜上、叶绿体基质中。【备注】无7B【解析】分析题干可知，光合速率并未加快是由于光反应提供的ATP和H不足，导致C3还原过程受阻。【备注】无8B【解析】不同植物的遗传特性不同，相同条件下甲、乙两叶片的光合作用强度不一定相同；随着光合作用的不断进行， 密闭小室内的CO2浓度逐渐降低，甲、乙两叶片的光合作用强度都会逐渐降低；一段时间后，若甲叶片所在的密闭小室中的CO2浓度较乙低，可能是甲固定CO2的能力比乙强，不能说明甲叶片的细胞呼吸强度一定比乙低。【备注】无9B【解析】氮、镁是构成植物体内叶绿素的重要元素，增施氮肥和镁肥有利于叶绿素的合成，使光反应产生的H和ATP 增加，促进C3的还原，导致C3的含量减少，C5的含量增加；CO2和C5结合生成C3，CO2增多会导致C3的含量增加，C5含量减少；补充适宜强度的光照，使光反应产生的H和ATP增加，加速C3的还原，导致C3含量减少，C5含量增多；夜间适当降低植物的环境温度对光合作用基本没有影响，C3和C5的含量基本不变。【备注】无10D【解析】A、B、C、D四个选项中，左上角的图示表示叶绿体， 右下角的图示表示线粒体。在A点，光合作用强度等于细胞呼吸强度，即CO2的吸收量等于CO2的释放量，植物叶绿体消耗掉细胞呼吸释放的全部CO2，不从外界吸收CO2进行光合作用。【备注】无11D【解析】A点的光照强度比B点弱，所以A点的C3含量较B点高；曲线a处于适宜温度下，升高温度会导致酶的活性降低，则曲线b应在曲线a的下方；限制A点光合作用速率的因素主要是光照强度；在大于光饱和点的光照强度处增加CO2浓度，会提高光合作用速率。【备注】无12B【解析】水绵的叶绿体通过光合作用释放O2，光合作用需要光照，需要原料CO2，NaHCO3稀溶液可提供CO2；装片中不能有空气，否则好氧细菌均匀分布，无法根据好氧细菌的聚集情况确定叶绿体是否有放氧功能。【备注】无13(1)乙(2)少 虽然10min时CO2浓度下降值相同，但甲植物的细胞呼吸强度小于乙植物的细胞呼吸强度(3)增加 减少【解析】(1)由图知，甲植物的细胞呼吸速率小于乙植物的细胞呼吸速率，再从图I两个密闭小室内CO2浓度达到的最低值来看，乙植物所在小室内CO2浓度更低，可以判断乙植物具有更强的固定CO2的能力。(2)实验一从开始到10min 时，两种植物从外界吸收CO2的量相等，说明两种植物的净光合速率相同，由于光合作用的实际速率=净光合速率+细胞呼吸速率，甲植物的细胞呼吸速率小于乙植物的细胞呼吸速率，故甲植物光合作用产生的有机物总量小于乙植物的。(3)若在第5min时光照强度突然降低，则光反应减弱，产生的H和ATP的量减少，C3的消耗量减少，因此C3含量增加。植物一昼夜(24H)有机物积累量的变化=白天的净积累量晚上的消耗量，据图分析，当光照强度在A、B之间时，每日光照12H，乙植物白天的有机物净积累量(以CO2 净吸收量表示)小于24mg/m2 ，其晚上的有机物消耗量(以CO2释放量表示)为24mg/m2 ，故一昼夜有机物的积累量为负值，说明一昼夜后乙植物的干重将减少。【备注】无14C【解析】光合作用以太阳能作为能源，将二氧化碳和水转化成有机物，而化能合成作用是利用某些无机物氧化过程释放的化学能为能源将无机物转化成有机物。光合作用不只是高等生物的代谢类型，如蓝藻等光合细菌也可以进行光合作用；化能合成作用是低等生物的代谢类型，如硝化细菌等可以进行化能合成作用。【备注】无17