2024年新教材高中生物第五章細胞的能量供應(yīng)和利用第4節(jié)第2課時光合作用的原理學(xué)案新人教版必修1

PAGE1-第2課時光合作用的原理學(xué)習(xí)目標核心素養(yǎng)1.了解光合作用的探究歷程，說出光合作用的概念。2.駕馭光合作用的光反應(yīng)和暗反應(yīng)過程以及二者的關(guān)系。1.生命觀點：闡明在光合作用過程中物質(zhì)與能量的變更，形成物質(zhì)與能量觀。2.科學(xué)思維：分析光合作用過程圖示，歸納與概括光反應(yīng)與暗反應(yīng)過程及異同。3.科學(xué)探究：體驗和學(xué)習(xí)光合作用的探究歷程中的科學(xué)試驗設(shè)計思路。學(xué)問點一探究光合作用原理的部分試驗1．光合作用的概念：綠色植物通過eq\o(□,\s\up4(01))葉綠體，利用eq\o(□,\s\up4(02))光能，把eq\o(□,\s\up4(03))二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成eq\o(□,\s\up4(04))儲存著能量的有機物，并且釋放出eq\o(□,\s\up4(05))氧氣的過程。2．反應(yīng)式：CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up16(光能),\s\do16(葉綠體))(CH2O)＋O23．探究光合作用原理的部分試驗4．總結(jié)：通過以上試驗得出：光合作用釋放的eq\o(□,\s\up4(15))氧氣中的氧元素來自eq\o(□,\s\up4(16))水，氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成不是同一化學(xué)反應(yīng)，而是分成eq\o(□,\s\up4(17))光反應(yīng)和eq\o(□,\s\up4(18))暗反應(yīng)兩個階段。eq\a\vs4\al(問題思索)希爾的試驗是否說明水的光解與糖的合成不是同一個化學(xué)反應(yīng)？提示：是。因為希爾試驗是在沒有CO2的狀況下進行的，沒有碳參加反應(yīng)，而糖的合成須要碳的參加。eq\a\vs4\al(問題思索)模擬魯賓、卡門的試驗時，能不能對同一試驗中的CO2和H2O同時進行標記視察？提示：不能，CO2和H2O中的氧均標記，則難得出正確結(jié)論。題型一探究光合作用原理的部分試驗[例1]科學(xué)是在試驗和爭辯中前進的，光合作用的探究歷程就是如此。在下面幾個關(guān)于光合作用的試驗中，相關(guān)敘述正確的是()A．恩格爾曼的試驗定量分析了水綿光合作用生成的氧氣量B．科學(xué)家發(fā)覺甲醛是光合作用的原料C．希爾發(fā)覺離體葉綠體在相宜條件下可釋放O2D．魯賓和卡門的試驗中，用18O分別標記H2O和CO2，證明白光合作用產(chǎn)生的氧氣來自CO2而不是H2O解題分析恩格爾曼的試驗證明白水綿光合作用生成氧氣，沒有定量分析生成氧氣的量，A錯誤；甲醛對植物有害，不能作為原料參加光合作用，B錯誤；魯賓、卡門試驗證明O2中的氧來自于H2O，D錯誤。答案C學(xué)問拓展同位素標記法的試驗應(yīng)用運用范圍：可用來探討細胞內(nèi)的元素或化合物的來源、組成、分布和去向，進而了解細胞的結(jié)構(gòu)和功能、化學(xué)物質(zhì)的變更、反應(yīng)機理等。(1)標記某元素，追蹤其轉(zhuǎn)移途徑。如用18O標記Heq\o\al(18,2)O，光合作用只產(chǎn)生18O2；再用18O標記C18O2，光合作用只產(chǎn)生O2，證明光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧原子全部來自于H2O而不是來自于CO2。(2)標記特征化合物，探究生理過程，以探討生物學(xué)原理。如用3H標記亮氨酸，探究分泌蛋白的分泌過程。學(xué)問點二光合作用的過程1．光反應(yīng)過程易漏邊角(課本P103)相關(guān)信息水分解為氧和H＋的同時，被葉綠體奪去兩個電子。電子經(jīng)傳遞可用于NADP＋與H＋結(jié)合形成NADPH。2．暗反應(yīng)過程(1)美國科學(xué)家卡爾文用小球藻做的試驗①方法：eq\o(□,\s\up4(07))同位素示蹤法。②過程：用14C標記的14CO2，供小球藻進行光合作用，然后追蹤放射性14C的去向，最終探明白CO2中的碳是如何轉(zhuǎn)化為有機物中的碳的。eq\a\vs4\al(問題思索)為什么暗反應(yīng)不能較長時間在黑暗條件下進行？提示：因為暗反應(yīng)須要光反應(yīng)為其供應(yīng)ATP、NADPH。eq\a\vs4\al(問題思索)光合作用中ADP的移動方向？提示：葉綠體基質(zhì)→類囊體。

(2)暗反應(yīng)過程注：C3是指三碳化合物——3－磷酸甘油酸，C5是指五碳化合物——核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)。3．光反應(yīng)與暗反應(yīng)的關(guān)系上圖說明：光反應(yīng)為暗反應(yīng)供應(yīng)eq\o(□,\s\up4(13))ATP、NADPH，暗反應(yīng)為光反應(yīng)供應(yīng)eq\o(□,\s\up4(14))ADP、Pi、NADP＋。光反應(yīng)和暗反應(yīng)緊密聯(lián)系，能量轉(zhuǎn)化與物質(zhì)變更密不行分。光合作用產(chǎn)生的有機物，不僅供eq\o(□,\s\up4(15))植物體自身利用，還養(yǎng)活了包括你我在內(nèi)的全部eq\o(□,\s\up4(16))異養(yǎng)生物。光能通過驅(qū)動eq\o(□,\s\up4(17))光合作用而驅(qū)動生命世界的運轉(zhuǎn)。易漏邊角(課本P104)相關(guān)信息光合作用的產(chǎn)物——部分是eq\o(□,\s\up4(18))淀粉，還有一部分是eq\o(□,\s\up4(19))蔗糖。蔗糖可以進入eq\o(□,\s\up4(20))篩管，再通過eq\o(□,\s\up4(21))韌皮部運輸?shù)街仓旮魈?。eq\a\vs4\al(問題思索)結(jié)合光反應(yīng)和暗反應(yīng)過程分析，若突然停止光照或停止CO2供應(yīng)，葉綠體中ATP、NADPH、C3和C5相對含量發(fā)生怎樣的變更。提示：(1)CO2供應(yīng)正常，光照停止時，ATP、NADPH、C3、C5的含量變更eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(光照,停止)\o(→,\s\up16(光反應(yīng)),\s\do16(停止))\a\vs4\al(NADPH、ATP,含量削減)→\a\vs4\al(C3消耗,速率下降),\a\vs4\al(CO2供,應(yīng)正常)\o(→,\s\up16(CO2固定),\s\do16(正常))C3生成速率不變))eq\a\vs4\al(C3含量,增加)eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\o(\s\up16(光照),\s\do16(停止))\o(→,\s\up16(光反應(yīng)),\s\do16(停止))\a\vs4\al(NADPH、ATP,含量削減)→\a\vs4\al(C5生成,速率下降),CO2供應(yīng)正常\o(→,\s\up16(CO2固定),\s\do16(正常))\a\vs4\al(C5消耗速率,不變)))eq\a\vs4\al(C5含量,下降)(2)光照正常，CO2供應(yīng)停止C3、C5的含量變更eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(光照,正常)\o(→,\s\up16(光反應(yīng)),\s\do16(正常))\a\vs4\al(NADPH、ATP,含量不變)→\a\vs4\al(C3消耗,速率不變),CO2供應(yīng)停止\o(→,\s\up16(CO2固定),\s\do16(停止))\a\vs4\al(C3生成速率,下降)))eq\a\vs4\al(C3含量,下降)eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(光照,正常)\o(→,\s\up16(光反應(yīng)),\s\do16(正常))\a\vs4\al(NADPH、ATP,含量不變)→\a\vs4\al(C5生成,速率不變),CO2供應(yīng)停止\o(→,\s\up16(CO2固定),\s\do16(停止))\a\vs4\al(C5消耗速率,下降)))eq\a\vs4\al(C5含量,增加)題型二光合作用過程分析[例2]據(jù)下面光合作用圖示推斷，下列敘述不正確的是()A．⑤過程發(fā)生于葉綠體類囊體薄膜上，⑥過程發(fā)生于葉綠體基質(zhì)中B．如用14C標記CO2來追蹤光合作用過程中的碳原子，則14C的轉(zhuǎn)移途徑為14CO2→C3→糖類C．NADPH既可作還原劑，也可為暗反應(yīng)供應(yīng)能量D．②不僅用于還原C3，還可用于礦質(zhì)離子汲取等解題分析依據(jù)光合作用的過程推斷①②③④⑤⑥分別表示NADPH、ATP、CO2、(CH2O)、光反應(yīng)和暗反應(yīng)。光反應(yīng)發(fā)生在葉綠體的類囊體薄膜上，暗反應(yīng)發(fā)生在葉綠體的基質(zhì)中，A正確；光合作用過程中，CO2首先與C5相結(jié)合，形成C3，然后C3被還原形成糖類等有機物，B正確；NADPH既可作還原劑，也可為暗反應(yīng)供應(yīng)能量，C正確；光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP只用于暗反應(yīng)，呼吸作用產(chǎn)生的ATP才能用于礦質(zhì)離子汲取等生命活動，D錯誤。答案D[例3]離體的葉綠體在光照下進行穩(wěn)定的光合作用時，假如突然中斷CO2的供應(yīng)，短短暫間內(nèi)葉綠體中C3與C5相對含量的變更是()A．C3增多、C5削減B．C3增多、C5增多C．C3削減、C5增多D．C3削減、C5削減解題分析若突然中斷CO2供應(yīng)，C3生成速率下降，消耗速率不變，C3削減，C5生成速率不變，消耗速率下降，C5增多。答案C學(xué)問拓展同位素標記元素轉(zhuǎn)移途徑H：eq\x(3H2O)eq\o(→,\s\up16(光反應(yīng)))eq\x(NADP3H)eq\o(→,\s\up16(暗反應(yīng)))eq\x(C3H2O)C：eq\x(14CO2)eq\o(→,\s\up16(CO2的),\s\do16(固定))eq\x(14C3)eq\o(→,\s\up16(C3的),\s\do16(還原))eq\x(14CH2O)O：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(\x(H\o\al(18,2)O)\o(→,\s\up16(光反應(yīng)))\x(18O2),\x(C18O2)\o(→,\s\up16(CO2的固定))\x(C3)\o(→,\s\up16(C3的還原))\x(CH\o\al(18,2)O)))1．光合作用的過程可分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個階段，下列說法正確的是()A．葉綠體類囊體的薄膜上進行光反應(yīng)和暗反應(yīng)B．葉綠體類囊體的薄膜上進行暗反應(yīng)，不進行光反應(yīng)C．葉綠體基質(zhì)中可進行光反應(yīng)和暗反應(yīng)D．葉綠體基質(zhì)中進行暗反應(yīng)，不進行光反應(yīng)答案D解析光反應(yīng)是在葉綠體類囊體的薄膜上進行的，暗反應(yīng)是在葉綠體的基質(zhì)中進行的。2．以下反應(yīng)過程在葉綠體基質(zhì)中完成的變更有()①H2O→H＋＋O2②ATP→ADP＋Pi＋能量③2C3→(CH2O)＋C5④CO2＋C5→2C3A．①②③B．①③④C．②③④D．①②④答案C解析H2O→H＋＋O2發(fā)生在類囊體薄膜上，屬于光反應(yīng)中的物質(zhì)變更，①不符合題意；光合作用的暗反應(yīng)發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中，此過程中須要消耗光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP，因此“ATP→ADP＋Pi＋能量”發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中，②符合題意；2C3→(CH2O)＋C5的反應(yīng)發(fā)生在葉綠體基質(zhì)，即為暗反應(yīng)中三碳化合物的還原，③符合題意；CO2＋C5→2C3的反應(yīng)發(fā)生在葉綠體基質(zhì)，即為暗反應(yīng)中二氧化碳的固定，④符合題意。3．如圖為高等綠色植物光合作用圖解，說法正確的是()A．①是光合色素，分布在葉綠體和細胞質(zhì)基質(zhì)中B．②是O2，可參加有氧呼吸的第三階段C．③是C3，能被氧化為(CH2O)D．④是ATP，在葉綠體基質(zhì)中生成答案B解析①表示光合色素，②表示O2，③表示C3，④表示ATP。葉綠體中的色素分布在葉綠體的類囊體薄膜上，A錯誤；有氧呼吸第三階段，[H]與O2反應(yīng)生成H2O，B正確；C3被NADPH還原形成有機物，C錯誤；光反應(yīng)階段形成ATP，場所是葉綠體的類囊體薄膜，D錯誤。4．離體的葉綠體在光下進行穩(wěn)定的光合作用時，若變更某一條件，則葉綠體中ATP和O2的相對含量變更如圖所示，則變更的條件是()A．光照由強到弱，CO2供應(yīng)不變B．光照由弱到強，CO2供應(yīng)不變C．光照不變，CO2供應(yīng)由足夠到不足D．光照不變，CO2供應(yīng)由不足到足夠答案C解析光反應(yīng)利用光能將水分解，釋放O2，同時合成ATP，暗反應(yīng)消耗ATP將三碳化合物還原。圖中O2相對含量降低，表明光反應(yīng)減弱，而光反應(yīng)減弱不會導(dǎo)致ATP相對含量增加，應(yīng)是暗反應(yīng)消耗的ATP削減，導(dǎo)致ATP積累，從而限制了光反應(yīng)，導(dǎo)致O2含量下降，由此可推想應(yīng)是CO2供應(yīng)削減。5．如圖為光合作用示意圖，請依據(jù)該圖回答下列問題。(以下問題均用圖中字母或相應(yīng)文字回答)(1)甲指光合作用的____________，乙指光合作用的____________。(2)在燥熱夏季中午，植物的“午休”現(xiàn)象發(fā)生的干脆緣由是________的供應(yīng)不足。(3)在該過程中具有還原性的物質(zhì)是________。若CO2停止供應(yīng)，首先增加的是________。(4)能量轉(zhuǎn)換的過程是光能→________→________。(5)請寫出光合作用的總反應(yīng)式：________________________________。請寫出E生成F的反應(yīng)式：______________eq\o(→,\s\up16(酶))___________________________。(6)在D中，含量最少的是________，含量最多的是________。答案(1)光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段(2)CO2(3)CⅠ(4)E(ATP)、C(NADPH)L(有機物)(5)CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up16(光能),\s\do16(葉綠體))(CH2O)＋O2ATPADP＋Pi＋能量(6)胡蘿卜素葉綠素a解析(1)據(jù)題圖分析，甲是光合作用的光反應(yīng)階段，乙是光合作用的暗反應(yīng)階段。(2)植物“午休”現(xiàn)象的干脆緣由是植物為避開蒸騰作用過強而部分氣孔關(guān)閉，二氧化碳供應(yīng)不