【天成教育】2022年高中生物必修一教師用書-5.4.2光合作用的原理和應(yīng)用(一)

一、光合作用的概念及其探究過(guò)程1．對(duì)光合作用概念的理解(1)場(chǎng)所：綠色植物的葉綠體。(2)能量來(lái)源：光能。(3)反應(yīng)物：CO2、H2O。(4)產(chǎn)物：O2、糖類等有機(jī)物。(5)反應(yīng)式：CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up7(光),\s\do5(葉綠體))(CH2O)＋O2。2．光合作用的探究歷程人物試驗(yàn)過(guò)程及現(xiàn)象結(jié)論普利斯特利植物能更新空氣英格豪斯500多次植物更新空氣試驗(yàn)植物體只有綠葉且在有光條件下才能更新空氣梅耶依據(jù)能量轉(zhuǎn)換和守恒定律得出光合作用時(shí)間能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)薩克斯光合作用的產(chǎn)物除O2外還有淀粉魯賓和卡門Heq\o\al(18,2)O＋CO2→植物→18O2H2O＋C18O2→植物→O2光合作用釋放的氧氣來(lái)自水卡爾文用14C標(biāo)記的14CO2，供小球藻光合作用，CO2中的C在光合作用中轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中的碳二、光合作用的過(guò)程1．光合作用過(guò)程圖解圖中Ⅰ的名稱是：光反應(yīng)，Ⅱ的名稱是：暗反應(yīng)，Ⅰ＋Ⅱ總稱為：光合作用。2．光反應(yīng)和暗反應(yīng)過(guò)程的比較項(xiàng)目光反應(yīng)暗反應(yīng)場(chǎng)所葉綠體的類囊體薄膜上葉綠體的基質(zhì)中條件光、色素、酶、水、ADP、Pi多種酶、[H]、ATP、CO2、C5物質(zhì)變化①水的光解：2H2Oeq\o(→,\s\up7(光能))4[H]＋O2②ATP的形成：ADP＋Pi＋能量eq\o(→,\s\up7(酶))ATP①CO2的固定：CO2＋C5eq\o(→,\s\up7(酶))2C3②C3的還原：2C3eq\o(→,\s\up7([H]、ATP),\s\do5(酶))(CH2O)＋C5能量變化光能轉(zhuǎn)變成ATP中活躍的化學(xué)能ATP中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成貯存在(CH2O)中的穩(wěn)定的化學(xué)能相互聯(lián)系光反應(yīng)產(chǎn)物[H]、ATP為暗反應(yīng)供應(yīng)還原劑和能量；暗反應(yīng)產(chǎn)生的ADP、Pi為光反應(yīng)形成ATP供應(yīng)了原料一、光合作用探究歷程1．教材問(wèn)題探討分析讀教材P101～P102內(nèi)容，爭(zhēng)辯并溝通下列問(wèn)題：(1)依據(jù)所學(xué)設(shè)計(jì)試驗(yàn)遵循的原則，分析普利斯特利試驗(yàn)有沒(méi)有不足之處？若有如何補(bǔ)充？提示：有，缺少空白對(duì)比試驗(yàn)。應(yīng)將點(diǎn)燃的蠟燭和小鼠分別單獨(dú)置于玻璃罩內(nèi)，觀看蠟燭燃燒狀況和小鼠的生存狀況。(2)分析薩克斯試驗(yàn)中的變量、對(duì)比試驗(yàn)類型及得出的試驗(yàn)結(jié)論。提示：①自變量：光照；因變量：葉片顏色變化。②自身對(duì)比。③試驗(yàn)結(jié)論：光合作用的產(chǎn)物有淀粉，還證明白光是光合作用的必要條件。(3)魯賓和卡門試驗(yàn)利用的是什么方法？試驗(yàn)中的自變量和因變量分別是什么？提示：放射性同位素標(biāo)記法。自變量是標(biāo)記的物質(zhì)，因變量是O2的放射性。2．將下列科學(xué)家的試驗(yàn)和試驗(yàn)得出的結(jié)論連線二、光合作用過(guò)程1．教材問(wèn)題探討分析依據(jù)教材P103光合作用過(guò)程的圖解，思考并回答下列問(wèn)題：(1)有人認(rèn)為：光反應(yīng)必需在有光條件下進(jìn)行，暗反應(yīng)必需在無(wú)光條件下進(jìn)行，這種說(shuō)法是否正確？提示：不正確。光反應(yīng)必需在有光條件下進(jìn)行，暗反應(yīng)有光、無(wú)光均可進(jìn)行。(2)分析光合作用過(guò)程，思考哪些過(guò)程不需要酶的催化，哪些過(guò)程需要酶的催化？提示：色素吸取光能的過(guò)程不需要酶的催化，而ATP的形成、CO2的固定、C3的還原均需要酶的催化。(3)試?yán)猛凰貥?biāo)記法，分析光合作用過(guò)程中各元素的轉(zhuǎn)移途徑。①用放射性同位素18O標(biāo)記H2O中的O，則能在光合作用的哪些物質(zhì)中檢測(cè)到放射性？提示：在氧氣中可檢測(cè)到18O。反應(yīng)式如下：②若用14C標(biāo)記CO2提示：14CO2→2C3(只有一個(gè)14C)→(14CH2O③試總結(jié)光合作用中各元素的去向(用箭頭表示)。提示：光合作用總反應(yīng)式及各元素去向：(4)光反應(yīng)和暗反應(yīng)的關(guān)系：①在無(wú)光條件下，暗反應(yīng)能否長(zhǎng)期進(jìn)行？提示：不能。由于無(wú)光條件下，光反應(yīng)不能進(jìn)行，光反應(yīng)的產(chǎn)物ATP和[H]削減，不能滿足暗反應(yīng)的需求，暗反應(yīng)將停止進(jìn)行。②若暗反應(yīng)停止，光反應(yīng)能否持續(xù)進(jìn)行？提示：不能，暗反應(yīng)停止，光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和[H]積累過(guò)多，抑制光反應(yīng)的進(jìn)行。③總結(jié)光反應(yīng)和暗反應(yīng)的關(guān)系。提示：光反應(yīng)和暗反應(yīng)相輔相成，相互依存。2．光照強(qiáng)度、CO2濃度突然轉(zhuǎn)變，光合作用過(guò)程中C3、C5、[H]和ATP的相對(duì)含量變化分析(1)突然停止光照，其他條件都適宜，分析短時(shí)間內(nèi)C3、C5、[H]和ATP的相對(duì)含量怎樣變化？提示：C3上升，C5降低，(2)突然停止CO2供應(yīng)，其他條件都適宜，分析短時(shí)間內(nèi)C3、C5、[H]和ATP的相對(duì)含量怎樣變化？提示：C3降低，C5上升，3．推斷下列說(shuō)法是否正確(1)光反應(yīng)階段發(fā)生在葉綠體內(nèi)膜和類囊體薄膜上。(×)(2)光反應(yīng)過(guò)程中合成了ATP，需要的能量來(lái)源于呼吸作用分解的有機(jī)物。(×)(3)光反應(yīng)的進(jìn)行不需要任何酶的參與。(×)(4)高等綠色植物白天進(jìn)行光反應(yīng)，夜晚進(jìn)行暗反應(yīng)。(×)光合作用和有氧呼吸的比較光合作用有氧呼吸代謝性質(zhì)合成代謝分解代謝發(fā)生部位含葉綠體的細(xì)胞活細(xì)胞反應(yīng)場(chǎng)所葉綠體主要在線粒體內(nèi)(第一階段在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中)條件光、H2O、CO2、適宜溫度、酶、色素有氧、有光無(wú)光均可、適宜的溫度、O2、酶能量代謝光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能儲(chǔ)存在有機(jī)物中釋放有機(jī)物中化學(xué)能，一部分轉(zhuǎn)移到ATP中物質(zhì)代謝將無(wú)機(jī)物合成有機(jī)物有機(jī)物分解成無(wú)機(jī)物(H2O、CO2)聯(lián)系[特殊提示]光合速率與呼吸速率的關(guān)系(1)光合速率的概念：光合作用進(jìn)行的程度常用光合速率來(lái)表示，光合速率是指肯定量的植物(如肯定的葉面積)在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)行光合作用的量(如釋放多少氧，消耗多少CO2)。凈光合速率常用O2釋放量、CO2吸取量或有機(jī)物積累量來(lái)表示?？?實(shí)際)光合速率常用O2產(chǎn)生量、CO2固定量或有機(jī)物的產(chǎn)生量來(lái)表示。(2)二者之間的關(guān)系凈光合速率＝總光合速率－呼吸速率(3)曲線圖的含義[例1]關(guān)于光合作用探究歷程的試驗(yàn)，下列敘述不正確的是()A．普利斯特利把小鼠和綠色植物一起放在密閉的玻璃罩內(nèi)，小鼠不會(huì)死亡——證明白綠色植物在光照下吸取二氧化碳，放出氧氣，從而更新了空氣B．薩克斯把綠色葉片一半曝光、一半遮光作為對(duì)比，用碘蒸氣處理后觀看顏色變化——證明綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉C．恩格爾曼用水綿和好氧細(xì)菌在黑暗環(huán)境中以極細(xì)光束照射，曝光作為對(duì)比處理，觀看細(xì)菌分布——證明氧氣是由葉綠體釋放出來(lái)的，葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所D．魯賓和卡門用同位素標(biāo)記H2O和CO2，供綠色植物利用，分析各自放出的氧——證明光合作用釋放的氧全部來(lái)自參與反應(yīng)的H2O[解析]普利斯特利的試驗(yàn)全部是在有光的條件下進(jìn)行的，并未設(shè)置對(duì)比試驗(yàn)(黑暗環(huán)境中的組別)，因此不能證明光照的作用；再者普利斯特利的試驗(yàn)證明白植物可以更新空氣，而并未具體到更新哪種空氣成分。薩克斯的試驗(yàn)中有對(duì)比，光為自變量，淀粉為因變量；恩格爾曼的試驗(yàn)中的自變量是光照處理的位置，所以得出葉綠體是產(chǎn)生氧氣的場(chǎng)所；魯賓和卡門用同位素標(biāo)記H2O和CO2，形成對(duì)比。[答案]A[例2]如圖所示，圖甲為葉綠體結(jié)構(gòu)與功能示意圖，圖乙表示一株小麥葉片細(xì)胞內(nèi)C3相對(duì)含量在一天24小時(shí)內(nèi)的變化，請(qǐng)據(jù)圖分析：(1)圖甲中A、B、C、D分別表示參與光合作用或光合作用生成的物質(zhì)，則A表示________，B表示________，C表示________，D表示________。(2)在a中發(fā)生的過(guò)程稱為_(kāi)_______，在a中含有的參與此過(guò)程的物質(zhì)是________。(3)在a中發(fā)生的能量轉(zhuǎn)變是________。(4)圖乙中，從________點(diǎn)開(kāi)頭合成有機(jī)物，至____________________點(diǎn)有機(jī)物合成終止。(5)AB段C3含量較高，其主要緣由是____________________________________。(6)G點(diǎn)C3含量極少，其緣由是__________________________________________。(7)G點(diǎn)與F點(diǎn)相比，G點(diǎn)時(shí)葉綠體中[H]含量較________(選填“高”或“低”)。[解析](1)依據(jù)圖甲中物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系可推斷，A代表H2O，B代表CO2，C代表C3，D代表C5。(2)圖甲中a表示葉綠體類囊體薄膜，其上分布有色素和酶，是光反應(yīng)進(jìn)行的場(chǎng)所。(3)葉綠體類囊體薄膜上發(fā)生的能量轉(zhuǎn)變是光能→ATP中活躍的化學(xué)能。(4)依據(jù)圖乙中C3含量的變化曲線可知，C3含量從B點(diǎn)開(kāi)頭削減，說(shuō)明在有光的條件下，C3被還原，至I點(diǎn)時(shí)，C3含量又保持不變，說(shuō)明此時(shí)沒(méi)有光，不能進(jìn)行光反應(yīng)，缺乏[H]和ATP，暗反應(yīng)停止，不再合成有機(jī)物。(5)圖乙AB段缺乏光，不能進(jìn)行光反應(yīng)，缺乏[H]和ATP，C3不能被還原。(6)G點(diǎn)時(shí)間照強(qiáng)度強(qiáng)，蒸騰作用旺盛，導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，CO2不能通過(guò)氣孔進(jìn)入，缺乏CO2，CO2固定減弱，C3生成削減。(7)G點(diǎn)時(shí)C3缺乏，光反應(yīng)正常進(jìn)行，[H]積累，而F點(diǎn)時(shí)，C3含量比G點(diǎn)時(shí)高，消耗[H]多，積累的[H]少。[答案](1)H2OCO2C3C5(2)光反應(yīng)色素和酶(3)光能→ATP中活躍的化學(xué)能(4)BI(5)無(wú)光不進(jìn)行光反應(yīng)，不產(chǎn)生[H]和ATP，C(6)氣孔關(guān)閉，葉肉細(xì)胞內(nèi)CO2含量低，CO2的固定減弱(7)高[課堂歸納][網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建]填充：①水的光解②ATP的形成③CO2的固定④三碳化合物的還原[關(guān)鍵語(yǔ)句]1．光合作用的實(shí)質(zhì)是合成有機(jī)物，儲(chǔ)存能量；而呼吸作用的實(shí)質(zhì)是分解有機(jī)物，釋放能量。2．光合作用的