2021-2022高中生物1學案：第5章 第4節(jié) 第2課時光合作用的探究歷程和過程

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGE19-版權(quán)所有@高考資源網(wǎng)學必求其心得，業(yè)必貴于專精第2課時光合作用的探究歷程和過程學習目標核心素養(yǎng)1.了解光合作用的探究歷程.2．闡明光合作用的過程和實質(zhì)。（重難點）3．說出光合作用過程中的物質(zhì)和能量變化.(重點)1.通過對光合作用的過程的學習，形成物質(zhì)與能量的生命觀念。2．通過對光反應與暗反應的學習,養(yǎng)成分類與比較的科學思維方式。3．通過對光合作用探究歷程的相關(guān)實驗的學習，提高實驗設(shè)計和實驗結(jié)果分析的科學探究能力。一、光合作用的概念和探究歷程1．概念（1）主要場所:葉綠體.（2)能量來源：光能。（3)反應物：二氧化碳和水。（4)產(chǎn)物：有機物和氧氣。(5）實質(zhì)：合成有機物，儲存能量。2．探究歷程科學家結(jié)論普利斯特利植物可以更新空氣英格豪斯植物體只有在陽光照射下才能更新空氣梅耶光合作用把光能轉(zhuǎn)化成化學能儲存起來薩克斯植物葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉恩格爾曼氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是光合作用的場所魯賓和卡門光合作用釋放的氧氣全部來自水卡爾文探明了CO2轉(zhuǎn)化成有機物的途徑，這一途徑稱為卡爾文循環(huán)二、光合作用的過程1．反應式CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up14(光能)，\s\do14（葉綠體))（CH2O)＋O2.2．光合作用的過程（1）填寫圖中字母所代表的物質(zhì)a：O2b：［H］c：2C3d：C5（2）圖示Ⅰ過程是光反應階段①場所：葉綠體的類囊體薄膜上。②條件：光、色素、酶等。③物質(zhì)變化：將水分解為氧氣和[H］，將ADP和Pi合成ATP.④能量變化：光能轉(zhuǎn)變?yōu)閮Υ嬖贏TP中的活躍的化學能。(3）圖示Ⅱ過程是暗反應階段①場所：葉綠體基質(zhì)中。②條件：酶、[H]、ATP.③物質(zhì)變化。a．CO2的固定：C5＋CO2eq\o（→，\s\up14(酶)）2C3。b．C3的還原:C3＋［H]eq\o（→,\s\up14(酶),\s\do14(ATP））（CH2O）＋C5。c．ATPeq\o(→,\s\up14(酶)）ADP＋Pi。④能量變化：ATP中活躍的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)?CH2O)中穩(wěn)定的化學能。1．普利斯特利和薩克斯的實驗中都用到了對照實驗原則。 (）2．光合作用的光反應和暗反應階段在葉綠體的不同部位進行。 （）3．光合作用中光反應必須有光才可進行，暗反應沒有光也可長期進行. ()4．光合作用制造的有機物中的氧來自水. (）5．光合作用的光反應階段完成了光能到活躍化學能的轉(zhuǎn)換。 (）提示:1?！?．√3．×暗反應需要光反應提供的［H］和ATP,沒有光暗反應不能長時間進行.4．×光合作用制造的有機物中的氧來自CO2。5．√光合作用的探究歷程[問題探究]1．薩克斯實驗中，實驗前先要把植物在黑暗中放置一段時間,其目的是什么？此實驗除了能證明光合作用的產(chǎn)物有淀粉外，還能說明什么問題?提示：實驗前先要把植物在黑暗中放置一段時間的目的是消耗掉葉片中的淀粉,以免影響實驗結(jié)果。此實驗還能說明光合作用需要光照。2．魯賓和卡門實驗采用的實驗方法是什么？第一組和第二組有沒有實驗組和對照組的區(qū)別？提示:同位素標記法.沒有實驗組和對照組的區(qū)分，屬于相互對照。3．卡爾文往小球藻培養(yǎng)液中通入14CO2后，分別給予小球藻不同時間的光照，然后用熱酒精殺死小球藻,分別測定不同光照時間下，小球藻中的放射性物質(zhì),結(jié)果如下：實驗組別光照時間（s）放射性物質(zhì)分布12三碳化合物22012種磷酸化糖類360除上述12種磷酸化糖類外，還有氨基酸、有機酸等（1）卡爾文用熱酒精殺死小球藻的目的是什么？提示：目的是使酶失活，終止小球藻的光合作用及其他代謝過程.（2）根據(jù)實驗結(jié)果分析，光合作用過程中CO2首先固定在哪一種化合物中？提示：三碳化合物。（3)光合作用產(chǎn)生的糖類物質(zhì)還能轉(zhuǎn)化為哪些物質(zhì)?提示：氨基酸、有機酸等。eq\o([歸納總結(jié)])1．普利斯特利的實驗(1)實驗過程及現(xiàn)象密閉玻璃罩＋綠色植物＋eq\b\lc\｛\rc\（\a\vs4\al\co1（蠟燭：不易熄滅,小鼠：不易窒息死亡)）(2）實驗分析①缺少空白對照,實驗結(jié)果說服力不強，應將點燃的蠟燭和小鼠分別單獨置于玻璃罩內(nèi)，作為空白對照.②沒有認識到光在植物更新空氣中的作用，而將空氣的更新歸因于植物的生長。③由于當時科學發(fā)展水平的限制,沒有明確植物更新氣體的成分。2．薩克斯的實驗(1）實驗過程及現(xiàn)象黑暗中饑餓處理的綠葉eq\b\lc\｛\rc\(\a\vs4\al\co1（一半曝光\o（→,\s\up14（碘蒸氣))變藍，一半遮光\o（→,\s\up14(碘蒸氣))不變藍))（2）實驗分析①設(shè)置了自身對照，自變量為光照，因變量是葉片顏色變化。②實驗的關(guān)鍵是饑餓處理，以使葉片中的營養(yǎng)物質(zhì)消耗掉，增強了實驗的說服力。③本實驗除證明了光合作用的產(chǎn)物有淀粉外,還證明了光是光合作用的必要條件.3．魯賓和卡門的實驗（1）實驗過程及結(jié)論：（2)實驗分析:設(shè)置了對照實驗，自變量是標記物質(zhì)（Heq\o\al(18，2)O和C18O2），因變量是O2的放射性。1．歷經(jīng)一個多世紀，經(jīng)過許多科學家的實驗，才逐漸發(fā)現(xiàn)光合作用的場所、條件、原料和產(chǎn)物，在下面幾個著名實驗中，相關(guān)敘述不正確的是(）A．普利斯特利的實驗證明了植物可以更新空氣B．薩克斯的實驗也可證明光是光合作用的必要條件C．恩格爾曼的實驗定量分析了水綿光合作用生成的氧氣量D．魯賓和卡門的實驗中,用18O分別標記H2O和CO2，證明了光合作用產(chǎn)生的氧氣來自于H2O而不是CO2C［本題考查光合作用的探究歷程.恩格爾曼的實驗能夠證明氧氣由葉綠體釋放出來，葉綠體是進行光合作用的場所,而沒有定量分析光合作用生成的氧氣量。]2．卡爾文因發(fā)現(xiàn)光合作用合成己糖（葡萄糖）反應中CO2的固定途徑獲得諾貝爾獎?？栁膶?4CO2注入小球藻懸浮液，給予實驗裝置不同時間(0<t1<t2〈t3〈t4〈t5）的光照,然后檢測放射性，結(jié)果見下表,據(jù)表分析正確的是（）光照時間0t1t2t3t4t5分離出的放射性化合物無①①②①②③①②③④⑤①②③④⑤⑥注：表中①～⑥依次代表3.磷酸甘油酸、1，3.二磷酸甘油酸、3-磷酸甘油醛、己糖、C5、淀粉.A．不同時間的產(chǎn)物為本實驗自變量B．t1時,①中的3個碳原子都具有放射性C．14C的轉(zhuǎn)移途徑為14CO2D．只做光照時間為t5的實驗,也能確定出放射性化合物出現(xiàn)的先后順序C[本實驗的自變量為光照時間，不同時間的產(chǎn)物為因變量,A錯誤.由題中信息，得不出①中的3個碳原子都具有放射性的結(jié)論，B錯誤。放射性物質(zhì)出現(xiàn)的先后順序就是14C的轉(zhuǎn)移途徑，由表可知,14C的轉(zhuǎn)移途徑為14CO2→①→②→③→④⑤→⑥，C正確.如果只做光照時間為t光合作用的過程［問題探究]1．為什么暗反應不能較長時間地在黑暗條件下進行？提示:因為光反應為暗反應提供的［H］、ATP是有限的.2．不給小球藻提供CO2，只給予光照，小球藻能獨立地進行光反應嗎?為什么？提示:不能，因為沒有暗反應，光反應的產(chǎn)物積累,使光反應被抑制。3．結(jié)合光反應和暗反應過程分析，若突然停止光照或停止CO2供應,葉綠體中C3和C5相對含量發(fā)生怎樣的變化?提示：停止光照：C3含量相對增加，C5含量相對減少.停止CO2供應:C3含量相對減少，C5含量相對增加。eq\o([歸納總結(jié)］）1．光反應與暗反應的比較項目光反應（準備階段)暗反應(完成階段）場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\up14(光能）)4[H］＋O2②ATP的形成：ADP＋Pi＋能量eq\o（→，\s\up14(酶)）ATP①CO2固定：CO2＋C5eq\o（→,\s\up14（酶))2C3②C3的還原:2C3eq\o(→,\s\up14([H］、ATP）,\s\do5(酶）)(CH2O)能量變化光能轉(zhuǎn)變成ATP中活躍的化學能ATP中活躍的化學能轉(zhuǎn)變成貯存在（CH2O)中的穩(wěn)定的化學能相互聯(lián)系光反應產(chǎn)物[H］、ATP為暗反應提供還原劑和能量；暗反應產(chǎn)生的ADP、Pi為光反應形成ATP提供了原料2.光照和CO2濃度變化對光合作用物質(zhì)含量變化的影響當外界條件改變時，光合作用中C3、C5、［H］、ATP含量的變化可以采用如圖分析：①以上各物質(zhì)的變化是相對含量的變化,不是合成速率，且是在條件改變后的短時間內(nèi)發(fā)生的.②在以上各物質(zhì)的含量變化中:C3和C5含量的變化是相反的，即C3增加,則C5減少；[H］和ATP的含量變化是一致的,都增加，或都減少.1．正常生長的綠藻,照光培養(yǎng)一段時間后，用黑布迅速將培養(yǎng)瓶罩上，此后綠藻細胞的葉綠體內(nèi)不可能發(fā)生的現(xiàn)象是（)A．O2的產(chǎn)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[正常生長的綠藻，照光培養(yǎng)一段時間，說明綠藻可以正常進行光合作用，用黑布遮光后，改變了綠藻光合作用的條件，此時光合作用的光反應停止，光反應的產(chǎn)物O2、ATP和[H]（即NADPH)停止產(chǎn)生，所以A、C、D項所敘述現(xiàn)象會發(fā)生;光照停止，暗反應中C3還原受影響，C5減少，CO2的固定減慢，B項所敘述現(xiàn)象不會發(fā)生。］(1）外界的光照條件的改變?nèi)绾斡绊懓捣磻倪M行？提示:暗反應中C3的還原需要消耗光反應產(chǎn)生的［H］、ATP，光照條件的改變通過影響[H]和ATP的含量影響暗反應.（2）在不改變光照條件的情況下，將綠藻置于沒有CO2的環(huán)境中，葉綠體中ATP/ADP的比值和NADPH/NADP＋的比值如何變化？提示:ATP/ADP的比值和NADPH/NADP＋的比值增大。2．據(jù)下面光合作用圖像，判斷下列說法不正確的是（）A．⑥過程發(fā)生于葉綠體基質(zhì)中B．⑤過程發(fā)生于葉綠體類囊體薄膜上C．圖示①～④依次為［H]、ATP、CO2、(CH2O)D．②不僅用于還原C3,還可用于礦質(zhì)離子吸收等D［光反應產(chǎn)生的ATP只用于暗反應，呼吸作用產(chǎn)生的ATP才能用于礦質(zhì)離子吸收等生命活動。]規(guī)律總結(jié)：1光反應和暗反應是一個有機的整體，光反應不能進行時，暗反應也不能進行；暗反應被抑制時，光反應也被抑制。2葉綠體中的ADP和ATP移動的方向相反。①ADP的移動方向：葉綠體基質(zhì)→類囊體薄膜。②ATP的移動方向：類囊體薄膜→葉綠體基質(zhì)。3分析光合作用過程有關(guān)物質(zhì)含量的變化時，可通過比較該物質(zhì)的生成與消耗的相對速度變化進行確定.4光合作用的光反應階段產(chǎn)生的ATP只能用于暗反應，不用于其他生命活動過程。［課堂小結(jié)]知識網(wǎng)絡構(gòu)建核心語句歸納1.光合作用的反應式:CO2＋H2Oeq\o（→,\s\up14(光能）,\s\do14（葉綠體））（CH2O)＋O2。2．光反應的場所是類囊體薄膜，產(chǎn)物是O2、［H]和ATP。3．暗反應的場所是葉綠體基質(zhì)，產(chǎn)物是糖類等物質(zhì)。4．光合作用中的物質(zhì)轉(zhuǎn)變:（1）14CO2→14C3→（14CH2O）；（2）Heq\o\al（18，2)O→18O2。5．光合作用的能量轉(zhuǎn)變：光能→ATP中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能。1．光合作用的實質(zhì)是(）A．把CO2轉(zhuǎn)換成ATPB．產(chǎn)生化學能儲存在有機物中C．把光能轉(zhuǎn)變成化學能,儲存在ATP中D．把無機物轉(zhuǎn)化成有機物，把光能轉(zhuǎn)變成化學能[答案]D2．在光合作用過程中，光能最初用于（）A．CO2的固定 B．C3的還原C．將水分解為氧和[H] D．將淀粉分解為葡萄糖[答案］C3．光合作用包括光反應和暗反應兩個階段，參與暗反應必需的物質(zhì)是(）A．H2O、CO2、ADP B．CO2、［H]、ATPC．H2O、CO2、ATP D．［H］、H2O、ADP[答案]B4．如圖表示德國科學家薩克斯做的實驗，在葉片照光24h后,經(jīng)脫色、漂洗并用碘液處理，結(jié)果有錫箔覆蓋的部分呈棕色,而不被錫箔覆蓋的部分呈藍色。本實驗說明(）①光合作用需要CO2②光合作用需要光③光合作用需要葉綠素④光合作用放出氧⑤光合作用制造淀粉A．①② B．③⑤C．②⑤ D．①③［答案]C5．甲圖表示光合作用部分過程的圖解，乙圖表示改變光照后，與光合作用有關(guān)的五碳化合物和三碳化合物在細胞內(nèi)含量的變化曲線，請據(jù)圖回答問題.（1)甲圖中A表示的物質(zhì)是________，它是由______________產(chǎn)生的，其作用主要是___________________________________。(2）甲圖中ATP形成所需的能量最終來自于______________.若用放射性同位素14C標記CO2，則14（3）乙圖中曲線a表示的化合物是____________,在無光照時，其含量迅速上升的原因是_______________________________________________。（4)曲線b表示的化合物是____________,在無光照時,其含量下降的原因是__________________________________________。［解析］（1)光反應為暗反應提供的物質(zhì)是［H]和ATP,由此可確定A是［H］，[H］是由H2O分解后經(jīng)