2024-2025學年新教材高中生物第3章細胞的代謝第5節(jié)第2課時光合作用的過程與影響光合作用的環(huán)境因素教案浙科版必修第一冊

PAGE14-其次課時光合作用的過程與影響光合作用的環(huán)境因素課標內容要求核心素養(yǎng)對接1.說明植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉變?yōu)樘桥c氧氣的過程中，轉化并儲存為糖分子中的化學能。2．探究不同環(huán)境因素對光合作用的影響。1.從物質與能量視角，探究光合作用與呼吸作用，闡明細胞生命活動過程中貫穿著物質與能量的改變。(生命觀念、科學思維)2．基于探究不同環(huán)境因素對光合作用的影響厘清探究的思路。(科學思維、科學探究)一、光合作用的過程光合作用分兩個階段進行。第一階段是干脆須要光的，稱為光反應；其次階段不須要光干脆參與，是二氧化碳轉變成糖的過程，稱為碳反應，也稱暗反應。1．光反應將光能轉化為化學能，并產生氧氣光反應發(fā)生在類囊體膜——光合膜中。在這個階段，葉綠體利用光能使水裂解產生氧，同時生成ATP和NADPH，NADPH是輔酶Ⅱ，它是氫的載體。光反應過程有多步反應，主要改變包括光合膜上光合色素汲取光能，光能將水裂解為H＋、電子(e－)和O2，H＋和e－將NADP＋還原為NADPH，并產生ATP，O2被釋放到細胞外。這樣，光能就轉化為ATP和NADPH中的化學能。光反應產生的ATP和NADPH是碳反應中將二氧化碳還原為糖的能源物質，NADPH在碳反應中是還原劑。2．碳反應將二氧化碳還原成糖葉綠體基質中有很多種酶是將二氧化碳還原為糖所必需的。碳反應在葉綠體基質中進行。二氧化碳還原為糖的一系列反應稱為卡爾文循環(huán)。卡爾文循環(huán)從1個五碳糖起先。在酶的催化作用下，1分子CO2與五碳糖結合，形成1個六碳分子，這個六碳分子隨即分解成2個三碳糖分子。然后，每個三碳酸分子接受來自NADPH的氫和來自ATP的能量，被還原形成三碳糖。這是CO2分子進入卡爾文循環(huán)后形成的第一個糖，是這個循環(huán)中的關鍵步驟，這樣光能就轉化為糖分子中的化學能了。在三碳糖形成后，卡爾文循環(huán)中的很多反應，都是為了再生五碳糖，以保證此循環(huán)不斷進行。NADPH和ATP在完成了還原反應之后，又回到NADP＋和ADP的狀態(tài)，在光反應中可以重新形成NADPH和ATP。所以，卡爾文循環(huán)雖然不干脆須要光，但只有在有光的條件下才能一輪一輪地循環(huán)?？栁囊虬l(fā)覺這個循環(huán)而獲得諾貝爾化學獎。三碳糖的形成標記著光合作用合成糖的過程已經完成。在葉綠體內，三碳糖作為原料用于淀粉、蛋白質和脂質的合成。大部分三碳糖運至葉綠體外，并且轉變成蔗糖，供植物體全部細胞利用。二、光合作用受環(huán)境因素的影響1．活動探究環(huán)境因素對光合作用的影響探究問題影響光合作用的環(huán)境因素有哪些？這些因素又是如何影響光合作用的？活動提示(1)依據同學們已有的生物學學問和人們的生產、生活閱歷，以小組為單位，列出影響光合作用的環(huán)境因素。(2)選擇其中一種因素，分析這種因素是如何影響光合作用的，并提出假設。(3)依據假設，設計單因子比照試驗方案。①試驗時可供選用的材料用具有哪些？②試驗中，可變因素是什么？③試驗中，可變因素是如何改變的？④試驗中，通過什么方法限制可變因素的改變？⑤試驗中，通過什么方法測量光合作用速率？⑥設計的試驗方案是什么？(4)依據試驗設計方案，設計試驗數據記錄表。(5)試驗預期。(6)依據試驗設計方案進行試驗。2．光合速率與影響光合速率的因素(1)光合速率或光合強度的含義是肯定量的植物(如肯定的葉面積)在單位時間內進行多少光合作用，如釋放多少氧氣、消耗多少二氧化碳。(2)小資料表觀光合速率與真正光合速率在光照條件下，人們測得的CO2汲取量是植物從外界環(huán)境汲取的CO2總量，稱為表觀光合速率，又稱凈光合速率。真正光合速率是指植物在光照條件下，植物從外界環(huán)境中汲取的CO2的量，加上細胞呼吸釋放的CO2的量，即植物實際所同化的CO2的量，又稱總光合速率。表觀光合速率小于真正光合速率。(3)影響光合速率的因素①光強度光合速率隨光強度的增加而增加，但在強度達到全日照之前，光合作用已達到光飽和點時的速率，即光強度再增加，光合速率也不會增加。因為在光飽和點的光強度下，光合作用的光反應已達到最快的速率，所以光強度再增加也不能使光合速率增加。②溫度光合作用是酶促反應，其速率受溫度影響，肯定范圍內隨溫度的上升而加快。光合作用對溫度比較敏感，溫度過高則酶的活性減弱或丟失，所以光合作用有一個最適溫度。光合作用的最適溫度因植物種類而異。③CO2濃度CO2干脆影響碳反應速率?？諝庵蠧O2濃度的增加會使光合速率加快。目前大氣中CO2的濃度約為0.035%，當這一濃度增加至1%以內時，光合速率會隨CO2濃度的增加而增加。光強度、溫度和CO2濃度對光合作用的影響是綜合性的。在溫度較高(如曲線1)或CO2濃度較高(如曲線2)的狀況下，光強度對光合速率的影響就比較顯著，而任何一個因素的減弱都可能限制光合作用。推斷對錯(正確的打“√”，錯誤的打“×”)1．光反應發(fā)生在葉綠體基質中，利用光能使水裂解產生氧，同時生成ATP和NADH。 ()2．三碳糖的形成標記光合作用合成糖的過程已經完成。 ()3．光合強度是指肯定量的植物(如肯定的葉面積)在單位時間內進行多少光合作用，如產生多少氧氣。 ()4．我們觀測到的光合作用O2的產生量，是植物光合作用實際產生的總O2量。 ()5．一般溫帶植物的最適溫度常在25℃左右。 ()提示：1.×光反應發(fā)生在類囊體膜的光合膜中，光能使水裂解產生氧，同時生成ATP和NADPH。2．×葡萄糖的形成標記光合作用合成糖的過程已經完成。3．×如釋放多少氧氣。4．×是植物凈光合作用產生的O2量。5．√光合作用的原理1．光反應和碳反應的比較(1)區(qū)分項目光反應碳反應實質光能轉化為化學能，并釋放出O2同化CO2，合成有機物反應時間短促較緩慢須要條件外界條件：光照；內部條件：色素、酶不須要光照；內部條件：酶反應場所類囊體膜—光合膜中葉綠體基質內物質改變①水的光解：水分解成O2和NADPH②ATP的合成：在相關酶的作用下，ADP和Pi形成ATP①CO2的固定：CO2＋C5eq\o(→,\s\up8(酶))2C3②C3的還原：2C3eq\o(→,\s\up8(酶))(CH2O)＋C5能量改變光能→活躍的化學能ATP中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能相應產物O2、ATP和NADPH糖類等有機物(2)聯(lián)系：如圖所示合作探究：1.視察下面的光反應階段圖解，回答下列問題：(1)說出光反應階段須要哪些能量和物質條件？提示：光照、水、酶、色素等。(2)水的光解與ATP的形成有怎樣的相關性？提示：水分解為氧和H＋的同時，被葉綠體奪去兩個電子。電子經傳遞，可用于NADP與H＋結合形成NADPH。在電子經傳遞過程中伴隨著ATP的形成。(3)NADPH的中文名稱叫什么？具有怎樣的作用？提示：還原型輔酶Ⅱ(NADPH)。NADPH作為活潑的還原劑，參與碳反應階段的化學反應，同時也儲存部分能量供碳反應階段利用。(4)光反應階段中物質和能量發(fā)生了怎樣的改變？提示：①物質改變：水光解，產生O2和H＋；②能量改變：光能轉變?yōu)閮Υ嬖贏TP的化學能。2．視察下面的碳反應階段圖解，回答下列問題：(1)美國科學家卡爾文用什么試驗材料和試驗方法探明白CO2中的碳是如何轉變成糖類的？提示：用小球藻(一種單細胞的綠藻)做的試驗；用經過14C標記的14CO2，供小球藻進行光合作用，然后追蹤放射性14(2)說出碳反應階段中C3和C5各是怎樣的化合物？提示：C3是指三碳化合物，C5是指五碳化合物。(3)簡述卡爾文循環(huán)。提示：綠葉通過氣孔從外界汲取的CO2，在特定酶的作用下，與C5(一種五碳化合物)結合，這個過程稱作CO2的固定。一分子的CO2被固定后，很快形成兩個C3分子。在有關酶的催化作用下，C3接受ATP和NADPH釋放的能量，并且被NADPH還原。隨后，一些接受能量并被還原的C3，在酶的作用下經過一系列的反應轉化為糖類；另一些接受能量并被還原的C3，經過一系列改變，又形成C5。這些C5又可以參與CO2的固定。這樣，碳反應階段就形成從C5到C3再到C5的循環(huán)，可以源源不斷地進行下去。3．說出光反應和碳反應在物質改變和能量轉換方面存在什么聯(lián)系？提示：在光反應階段，光能被葉綠體內類囊體膜上的色素捕獲后，將水分解為O2和H＋等，形成ATP和NADPH，從而使光能轉換成ATP中的化學能；NADPH和ATP驅動在葉綠體基質中進行的碳反應，將CO2轉化為儲存化學能的糖類。1．如圖所示為葉綠體中色素蛋白等成分在膜上的分布，下列相關敘述正確的是()A．生物膜為葉綠體內膜B．可完成光合作用的全過程C．發(fā)生的能量轉換是光能→電能→化學能D．產生的ATP可用于植物體的各項生理活動C[圖中顯示出：在光照、色素等條件下完成了水的光解、ATP的合成和還原劑氫的產生。由此可推斷出此過程是光合作用的光反應過程，發(fā)生在葉綠體的基粒膜上即類囊體膜上。光合作用包括光反應和碳反應兩個階段，光反應階段將光能轉變成電能(水光解不斷失去電子形成電子流)，再將電能轉變成ATP和[H]中的活躍的化學能，光反應所產生的ATP只能用于碳反應，而用于植物其他生命活動的ATP全部來自細胞的呼吸作用。故選項C正確。]2．用14CA．光反應必需在有光條件下進行B．碳反應不須要光C．二氧化碳被還原成糖的過程D．光合作用中能量的傳遞過程C[二氧化碳是光合作用的碳反應階段的原料，碳反應的主要產物是糖類，因此用14C3．其他條件相宜的狀況下，供試植物正常進行光合作用時突然停止CO2的供應，并馬上起先連續(xù)取樣分析，在短時間內葉綠體中三碳酸和五碳糖含量的改變是()A．都快速削減B．都快速增加C．三碳酸快速削減，五碳糖快速增加D．三碳酸快速增加，五碳糖快速削減C[依據光合作用光反應和碳反應可以知道，在供試植物正常進行光合作用時突然停止二氧化碳的供應，光反應階段不受影響，導致三碳化合物接著轉化為五碳糖，但二氧化碳的固定(三碳酸的生成)停止，因此三碳酸的量削減，五碳糖快速增加。]光合作用物質含量改變的推斷(1)光照強度改變(2)CO2濃度改變①圖1中曲線甲表示C3(三碳酸)，曲線乙表示C5(五碳糖)、[NADPH]、ATP。②圖2中曲線甲表示C5(五碳糖)、[NADPH]、ATP，曲線乙表示C3(三碳酸)。③圖3中曲線甲表示C5(五碳糖)、[NADPH]、ATP，曲線乙表示C3(三碳酸)。④圖4中曲線甲表示C3(三碳酸)，曲線乙表示C5(五碳糖)、[NADPH]、ATP。影響光合作用的因素1．多因素對光合作用強度的影響(1)綜合分析三圖，可知：在P點之前，限制光合速率的因素為橫坐標所表示的因素，隨著其不斷增大，光合速率不斷提高。(2)在Q點之后，若想提高光合速率，可適當提高除橫坐標之外的其他因素。2．凈光合作用速率與真正光合作用速率(1)總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。(2)CO2汲取量在C點前的主要限制因素是光照強度，在C點后的主要限制因素為溫度和CO2濃度等。合作探究：1.下圖為光照強度與綠色植物光合作用強度的關系曲線，分析該圖并回答下列問題：(1)圖中CO2的汲取量和釋放量分別表示什么意義？提示：CO2的汲取量表示綠色植物的光合作用從外界汲取CO2的量；CO2的釋放量表示自身呼吸作用釋放到外界的CO2的量。(2)圖中A、B、C點分別代表的意義。提示：A點：光照強度為0，植物不進行光合作用，此時CO2的釋放量可表示細胞呼吸速率；B點：光補償點，呼吸作用釋放到外界的CO2量為0，光合作用從外界汲取的CO2量也為0，此時間合作用強度等于呼吸作用強度；C點：光飽和點。(3)分析A→B、B→C′區(qū)間細胞呼吸和光合作用的強度大小。提示：A→B：呼吸作用強度大于光合作用強度；B→C′：光合作用強度大于呼吸作用強度。(4)C′點前后限制光合作用的主要因素。提示：C′點之前：光照強度；C′點之后：主要是溫度和CO2濃度等。2．下圖為CO2濃度對光合作用強度的影響(1)依據上圖描述CO2濃度對光合作用強度的影響。提示：在肯定范圍內，植物光合作用強度隨CO2濃度的增加而增加，但達到肯定濃度時，再增加CO2濃度，光合作用強度也不再增加。(2)分析CO2濃度為A時，對應縱坐標的CO2表現為既不汲取也不釋放的緣由。提示：A點時，細胞進行光合作用汲取的CO2量等于呼吸作用釋放的CO2量。(3)若在B點后適當增加光照強度，曲線會怎樣改變？提示：B點后CO2足夠，適當增加光照強度，光合作用強度會增大，曲線會在原曲線上方。3．下圖為溫度對光合作用強度的影響(1)溫度影響光合作用強度的實質是什么？提示：是通過影響植物體內與光合作用有關的酶的活性進而影響光合作用強度的。(2)從溫度方面考慮，如何能有效提高大棚蔬菜的產量？提示：白天適當提高溫度，保證光合速率較大；晚上適當降低溫度，來適當降低蔬菜呼吸速率，從而保證有機物積累較多，提高蔬菜的產量。(3)晴天無云而太陽光照耀劇烈時，光合作用強度便形成雙峰曲線：一個高峰在上午，一個高峰在下午。中午前后光合速率下降，呈現“午休”現象，請說明緣由。提示：緣由是缺水導致氣孔關閉，限制CO2進入葉片。1.如圖所示為探討光照強度和CO2濃度對某植物光合作用速率的影響。下列有關敘述中錯誤的是()A．曲線中a點轉向b點時，光反應增加，碳反應增加B．曲線中b點轉向d點時，葉綠體中C5濃度降低C．在肯定范圍內增加光照和CO2濃度，有利于提高光合速率D．曲線中c點產生的限制因素可能是葉綠體中酶的數量B[曲線中a點轉向b點時，光照強度增加，光反應產生的[H]和ATP增加，促進碳反應還原C3，碳反應增加，A正確；曲線中b點轉向d點時，CO2濃度降低，CO2與C5固定生成C3的反應減弱，因此葉綠體中C5濃度上升，B錯誤；在肯定范圍內增加光照和CO2濃度，有利于提高光合速率，C正確；曲線中c點產生的限制因素可能是葉綠體中酶的數量，D正確。]2．科研人員探討溫度對甲、乙兩種植物凈光合速率的影響，得到試驗結果如圖。據圖推想合理的是()A．甲植物和乙植物在30℃時，光合作用生成的有機物量相等B．溫度長時間保持在45℃時，甲植物和乙植物都可以正常生長C．50℃之前，限制乙植物凈光合速率的主要外界因素是CO2濃度D．若將甲、乙植物同置于涼快地帶，則受影響較大的是甲植物B[在30℃時，甲植物和乙植物凈光合速率相等，由于不確定兩種植物呼吸速率的大小關系，因此沒方法確定光合作用生成的有機物的總量是否相等，A錯誤；溫度長時間保持在45℃時，甲植物和乙植物凈光合速率都大于0，表明有機物有積累，此溫度下甲植物和乙植物都可以正常生長，B正確；50℃之前，限制乙植物凈光合速率的主要外界因素是溫度，C錯誤；由題圖可知，50℃之前，乙植物的凈光合速率不斷上升，而甲植物在30℃之前凈光合速率相對穩(wěn)定，30℃之后凈光合速率下降，說明乙植物喜高溫，若將甲、乙植物同置于涼快地帶，則受影響較大的是乙植物，D錯誤。]3.甲、乙兩種植物凈光合速率隨光照強度的改變趨勢如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：(1)當光照強度大于a時，甲、乙兩種植物中，對光能的利用率較高的植物是________________。(2)甲、乙兩種植物單獨種植時，假如種植密度過大，那么凈光合速率下降幅度較大的植物是______，推斷的依據是_________。(3)甲、乙兩種植物中，更適合在林下種植的是_____________。(4)某植物夏日晴天中午12∶00時葉片的光合速率明顯下降，其緣由是進入葉肉細胞的________________(填“O2”或“CO2解析：據圖可知，甲植物的凈光合速率改變幅度明顯大于乙植物，因此可以得出甲植物對光能的利用率明顯高于乙植物。且乙植物的光飽和點和光補償點都比較低，屬于陰生植物，甲植物屬于陽生植物。(1)由圖分析可知，當光照強度大于a時，相同光照強度下，甲植物的凈光合速率大于乙，有機物的積累較多，對光能的利用率較高。(2)甲、乙兩種植物單獨種植時，假如種植密度過大，植株接受的光照強度相對較弱，光照強度降低導致甲植物凈光合速率降低的幅度比乙大，因此種植密度過大，導致甲植物凈光合速率下降幅度比乙大。(3)從圖中可以看出，乙植物的光飽和點以及光補償點都比甲植物低，適合在光照強度相對更弱的環(huán)境中生長，林下的光照強度更低，因此更適合在林下種植的是植物乙。(4)夏日晴天中午12：00時，植物為了削減蒸騰作用對水分的散失，葉片上的部分氣孔會關閉，導致細胞間的二氧化碳的含量下降，從而引起光合速率下降。答案：(1)甲(2)甲光照強度降低導致甲植物凈光合速率降低的幅度比乙大，種植密度過大，植株接受的光照強度減弱，導致甲植物凈光合速率下降幅度比乙大(3)乙(4)CO2[課堂小結]學問網絡構建核心語句背誦1.光合作用分兩個階段進行。第一階段是干脆須要光的，稱為光反應；其次階段不須要光干脆參與，是二氧化碳轉變成糖的過程，稱為碳反應，也稱暗反應。2.光反應過程主要改變包括光合膜上光合色素汲取光能，光能將水裂解為H＋、電子(e－)和O2，H＋和e－將NADP＋還原為NADPH，并產生ATP，O2被釋放到細胞外。這樣，光能就轉化為ATP和NADPH中的化學能。光反應產生的ATP和NADPH是碳反應中將二氧化碳還原為糖的能源物質，NADPH在碳反應中是還原劑。3.碳反應在葉綠體基質中進行?？栁难h(huán)從1個五碳糖起先。在酶的催化作用下，1分子CO2與五碳糖結合，形成1個六碳分子，這個六碳分子隨即分解成2個三碳酸分子。然后，每個三碳酸分子接受來自NADPH的氫和來自ATP的能量，被還原形成三碳糖。在三碳糖形成后，卡爾文循環(huán)中的很多反應，都是為了再生五碳糖，以保證此循環(huán)不斷進行。4.三碳糖的形成標記著光合作用合成糖的過程已經完成。在葉綠體內，三碳糖作為原料用于淀粉、蛋白質和脂質的合成，大部分三碳糖運至葉綠體外，并且轉變成蔗糖，供植物體全部細胞利用。5.光合速率或稱光合強度是指肯定量的植物(如肯定的葉面積)在單位時間內進行多少光合作用，如釋放多少氧氣、消耗多少二氧化碳。在光照條件下，人們測得的CO2汲取量是植物從外界環(huán)境汲取的CO2總量，稱為表觀光合速率，又稱凈光合速率。真正光合速率是指植物在光照條件下，植物從外界環(huán)境中汲取的CO2的量，加上細胞呼吸釋放的CO2的量，即植物實際所同化的CO2的量，又稱總光合速率。表觀光合速率小于真正光合速率。6.光合速率受到多種環(huán)境因素的影響，其中最重要的因素是光強度、溫度和空氣中的二氧化碳濃度。1．下列有關光合作用的敘述中，正確的是()A．光反應不須要酶，碳反應須要酶B．光反應在光下進行，碳反應在黑暗中進行C．光反應固定CO2，碳反應還原CO2D．光反應產生ATP，碳反應消耗ATPD[光反應和碳反應均須要酶的催化，A錯誤；光反應必需有光，碳反應有光無光均可，B錯誤；二氧化碳的固定和C3的還原均發(fā)生在碳反應階段，C錯誤；光反應中，光照轉化為ATP中活躍的化學能，碳反應階段，ATP中活躍的化學能轉化為有機物中穩(wěn)定的化學能，D正確。]2．光合作用碳反應中，與CO2固定有關的物質是()A．水 B．NADPHC．ATP D．五碳糖D[水是光反應的原料，不能與二氧化碳固定，A錯誤；NADPH、ATP是光反應的產物，二者參與碳反應中三碳化合物的還原，BC錯誤；碳反應中二氧化碳和五碳糖反應生成兩分子三碳化合物，D正確。]3．正常生長的綠藻，照光培育一段時間后，用黑布快速將培育瓶罩上，此后綠藻細胞的葉綠體內不行能發(fā)生的現象是()A．O2的產生停止B．CO2的固定加快C．ATP/ADP比值下降D．NADPH/NADP＋比值下降B[用黑布將培育瓶罩上，光反應停止，氧氣的產生停止，A正確；同時NADPH和ATP的產生停止，使碳反應C3的還原速度減慢，從而導致二氧化碳的固定減慢，B錯誤；ADP生成ATP削減，使ATP/ADP比值下降，C正確；NADPH的產生削減，NADPH/NADP＋比值下降，D正確。]4.將一盆栽植物連同花盆一起置于密閉的玻璃鐘罩內(內有足夠的二氧化碳且濃度恒定，溫度等條件相宜，植物和花盆未經消毒)，測得光照強度與鐘罩內氧氣的釋放速率關系如圖所示。下列有關該圖的分析正確的是()A．a點表示植物的光合作用速率與呼吸作用速率相同B．光照強度為a時葉肉細胞內光合速率大于呼吸速率C．bc段限制植物光合速率的因素不行能是光合色素和酶的含量D．某光照強度下測得的氧氣增加量就是該植物光合作用凈產氧量B[將一盆栽植物連同花盆一起置于密閉的玻璃鐘罩內，其中既有植物的光合作用和呼吸作用，也有花盆土壤中小動物和微生物的呼吸作用。光照強度為a時，植物的光合速率等于植物、小動物和微生物的呼吸速率之和，A錯誤；由A可知，a點時植物的光合速率大于呼吸速率，B正確；bc段氧氣釋放速率隨光照強度的增加不再增加，影響光合速率的因素除了光照強度、CO2濃度、溫度外，其他都有可能，C錯誤；某光照強度下測得的氧氣增加量就是該植物光合作用O2產生總量減去呼吸消耗總量，D錯誤。]5．為了探究不同光照處理對植物光合作用的影響，