【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用(一)

一、光合作用的概念及其探究過程1．對光合作用概念的理解(1)場所：綠色植物的葉綠體。(2)能量來源：光能。(3)反應物：CO2、H2O。(4)產物：O2、糖類等有機物。(5)反應式：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過程及現(xiàn)象結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植物體只有綠葉且在有光條件下才能更新空氣梅耶依據能量轉換和守恒定律得出光合作用時間能轉化成化學能儲存起來薩克斯光合作用的產物除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自水卡爾文用14C標記的14CO2，供小球藻光合作用，CO2中的C在光合作用中轉化為有機物中的碳二、光合作用的過程1．光合作用過程圖解圖中Ⅰ的名稱是：光反應，Ⅱ的名稱是：暗反應，Ⅰ＋Ⅱ總稱為：光合作用。2．光反應和暗反應過程的比較項目光反應暗反應場所葉綠體的類囊體薄膜上葉綠體的基質中條件光、色素、酶、水、ADP、Pi多種酶、[H]、ATP、CO2、C5物質變化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能量變化光能轉變成ATP中活躍的化學能ATP中活躍的化學能轉變成貯存在(CH2O)中的穩(wěn)定的化學能相互聯(lián)系光反應產物[H]、ATP為暗反應供應還原劑和能量；暗反應產生的ADP、Pi為光反應形成ATP供應了原料一、光合作用探究歷程1．教材問題探討分析讀教材P101～P102內容，爭辯并溝通下列問題：(1)依據所學設計試驗遵循的原則，分析普利斯特利試驗有沒有不足之處？若有如何補充？提示：有，缺少空白對比試驗。應將點燃的蠟燭和小鼠分別單獨置于玻璃罩內，觀看蠟燭燃燒狀況和小鼠的生存狀況。(2)分析薩克斯試驗中的變量、對比試驗類型及得出的試驗結論。提示：①自變量：光照；因變量：葉片顏色變化。②自身對比。③試驗結論：光合作用的產物有淀粉，還證明白光是光合作用的必要條件。(3)魯賓和卡門試驗利用的是什么方法？試驗中的自變量和因變量分別是什么？提示：放射性同位素標記法。自變量是標記的物質，因變量是O2的放射性。2．將下列科學家的試驗和試驗得出的結論連線二、光合作用過程1．教材問題探討分析依據教材P103光合作用過程的圖解，思考并回答下列問題：(1)有人認為：光反應必需在有光條件下進行，暗反應必需在無光條件下進行，這種說法是否正確？提示：不正確。光反應必需在有光條件下進行，暗反應有光、無光均可進行。(2)分析光合作用過程，思考哪些過程不需要酶的催化，哪些過程需要酶的催化？提示：色素吸取光能的過程不需要酶的催化，而ATP的形成、CO2的固定、C3的還原均需要酶的催化。(3)試利用同位素標記法，分析光合作用過程中各元素的轉移途徑。①用放射性同位素18O標記H2O中的O，則能在光合作用的哪些物質中檢測到放射性？提示：在氧氣中可檢測到18O。反應式如下：②若用14C標記CO2提示：14CO2→2C3(只有一個14C)→(14CH2O③試總結光合作用中各元素的去向(用箭頭表示)。提示：光合作用總反應式及各元素去向：(4)光反應和暗反應的關系：①在無光條件下，暗反應能否長期進行？提示：不能。由于無光條件下，光反應不能進行，光反應的產物ATP和[H]削減，不能滿足暗反應的需求，暗反應將停止進行。②若暗反應停止，光反應能否持續(xù)進行？提示：不能，暗反應停止，光反應產生的ATP和[H]積累過多，抑制光反應的進行。③總結光反應和暗反應的關系。提示：光反應和暗反應相輔相成，相互依存。2．光照強度、CO2濃度突然轉變，光合作用過程中C3、C5、[H]和ATP的相對含量變化分析(1)突然停止光照，其他條件都適宜，分析短時間內C3、C5、[H]和ATP的相對含量怎樣變化？提示：C3上升，C5降低，(2)突然停止CO2供應，其他條件都適宜，分析短時間內C3、C5、[H]和ATP的相對含量怎樣變化？提示：C3降低，C5上升，3．推斷下列說法是否正確(1)光反應階段發(fā)生在葉綠體內膜和類囊體薄膜上。(×)(2)光反應過程中合成了ATP，需要的能量來源于呼吸作用分解的有機物。(×)(3)光反應的進行不需要任何酶的參與。(×)(4)高等綠色植物白天進行光反應，夜晚進行暗反應。(×)光合作用和有氧呼吸的比較光合作用有氧呼吸代謝性質合成代謝分解代謝發(fā)生部位含葉綠體的細胞活細胞反應場所葉綠體主要在線粒體內(第一階段在細胞質基質中)條件光、H2O、CO2、適宜溫度、酶、色素有氧、有光無光均可、適宜的溫度、O2、酶能量代謝光能轉變成化學能儲存在有機物中釋放有機物中化學能，一部分轉移到ATP中物質代謝將無機物合成有機物有機物分解成無機物(H2O、CO2)聯(lián)系[特殊提示]光合速率與呼吸速率的關系(1)光合速率的概念：光合作用進行的程度常用光合速率來表示，光合速率是指肯定量的植物(如肯定的葉面積)在單位時間內進行光合作用的量(如釋放多少氧，消耗多少CO2)。凈光合速率常用O2釋放量、CO2吸取量或有機物積累量來表示?？?實際)光合速率常用O2產生量、CO2固定量或有機物的產生量來表示。(2)二者之間的關系凈光合速率＝總光合速率－呼吸速率(3)曲線圖的含義[例1]關于光合作用探究歷程的試驗，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，小鼠不會死亡——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生了淀粉C．恩格爾曼用水綿和好氧細菌在黑暗環(huán)境中以極細光束照射，曝光作為對比處理，觀看細菌分布——證明氧氣是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是植物進行光合作用的場所D．魯賓和卡門用同位素標記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自參與反應的H2O[解析]普利斯特利的試驗全部是在有光的條件下進行的，并未設置對比試驗(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。薩克斯的試驗中有對比，光為自變量，淀粉為因變量；恩格爾曼的試驗中的自變量是光照處理的位置，所以得出葉綠體是產生氧氣的場所；魯賓和卡門用同位素標記H2O和CO2，形成對比。[答案]A[例2]如圖所示，圖甲為葉綠體結構與功能示意圖，圖乙表示一株小麥葉片細胞內C3相對含量在一天24小時內的變化，請據圖分析：(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，則A表示________，B表示________，C表示________，D表示________。(2)在a中發(fā)生的過程稱為________，在a中含有的參與此過程的物質是________。(3)在a中發(fā)生的能量轉變是________。(4)圖乙中，從________點開頭合成有機物，至____________________點有機物合成終止。(5)AB段C3含量較高，其主要緣由是____________________________________。(6)G點C3含量極少，其緣由是__________________________________________。(7)G點與F點相比，G點時葉綠體中[H]含量較________(選填“高”或“低”)。[解析](1)依據圖甲中物質轉化關系可推斷，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，是光反應進行的場所。(3)葉綠體類囊體薄膜上發(fā)生的能量轉變是光能→ATP中活躍的化學能。(4)依據圖乙中C3含量的變化曲線可知，C3含量從B點開頭削減，說明在有光的條件下，C3被還原，至I點時，C3含量又保持不變，說明此時沒有光，不能進行光反應，缺乏[H]和ATP，暗反應停止，不再合成有機物。(5)圖乙AB段缺乏光，不能進行光反應，缺乏[H]和ATP，C3不能被還原。(6)G點時間照強度強，蒸騰作用旺盛，導致氣孔關閉，CO2不能通過氣孔進入，缺乏CO2，CO2固定減弱，C3生成削減。(7)G點時C3缺乏，光反應正常進行，[H]積累，而F點時，C3含量比G點時高，消耗[H]多，積累的[H]少。[答案](1)H2OCO2C3C5(2)光反應色素和酶(3)光能→ATP中活躍的化學能(4)BI(5)無光不進行光反應，不產生[H]和ATP，C(6)氣孔關閉，葉肉細胞內CO2含量低，CO2的固定減弱(7)高[課堂歸納][網絡構建]填充：①水的光解②ATP的形成③CO2的固定④三碳化合物的還原[關鍵語句]1．光合作用的實質是合成有機物，儲存能量；而呼吸作用的實質是分解有機物，釋放能量。2．光合作用的