教育资料 第4章 第2节 第2课时 光合作用的过程 影响光合作用的环境因素学习专用.docx

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第2课时　光合作用的过程　影响光合作用的环境因素

学习目标

知识概览（教师用书独具）

1.掌握叶绿体的结构。

（重点）

2．理解光反应与暗反应的过程以及二者的联系。

（重、难点）

3．理解影响光合作用的环境因素。

（重、难点）

[自主预习·探新知]

一、光合作用的主要场所——叶绿体

1．图中[1]外膜、[2]内膜使其内部结构与细胞质基质分开，保证了叶绿体相对独立地进行代谢活动。

2．由[3]类囊体叠合成[4]基粒，增大了膜面积，吸收、传递和转换光能的光合色素分布在类囊体膜上。

3．[5]叶绿体基质中还含有少量的DNA和RNA。

与光合作用有关的酶分布在类囊体膜和叶绿体基质中。

4．叶绿体通过类囊体堆叠成基粒增大光合作用面积。

二、光合作用的过程

其中C3为三碳化合物，C5为五碳化合物

1．图中Ⅰ的名称是光反应，Ⅱ的名称是暗反应，Ⅰ与Ⅱ划分的依据是否需要光能，Ⅰ＋Ⅱ总称为光合作用。

2．Ⅰ进行的场所是类囊体膜上，Ⅱ进行的场所是叶绿体基质中。

3．图中的化学反应

（1）Ⅰ中的化学反应

①水的光解：

水分解成O2和[H]。

②ATP的合成：

在酶的作用下，ADP与Pi形成ATP。

（2）Ⅱ中的化学反应

①CO2的固定：

CO2与五碳化合物结合形成两分子三碳化合物。

②CO2的还原：

三碳化合物接受ATP的能量并被[H]还原，形成糖类和五碳化合物。

（3）总反应方程式：

CO2＋H2O

（CH2O）＋O2。

4．光合作用的概念

（1）场所：

绿色植物的叶绿体。

（2）物质变化：

将CO2和H2O合成为有机物并释放出O2。

（3）能量变化：

将光能转变成化学能储存在有机物中。

三、影响光合作用的环境因素

1．光照强度低时，植物光合速率低。

光照强度增强，光合速率变大；光照强度进一步提高，光合速率增加幅度逐渐变小；光照强度超过一定值时，光合速率不再增加。

2．CO2是光合作用的原料之一。

在一定范围内，植物光合速率随着CO2浓度的上升而增加，达到某一定值后，增加CO2浓度，光合速率不再增加。

3．温度影响酶活性，因而对光合速率也有明显的影响。

（1）教材表4—3表明，不同植物光合作用的最适温度不同，一般在25～30_℃左右。

（2）低温下植物光合速率变低的原因主要是酶活性降低。

（3）高温下光合速率变低的原因主要是高温使植物失水过多，影响气孔的开闭，减少了CO2进入细胞的量。

4．水和营养元素会直接或间接地影响植物光合速率。

（1）水是光合作用的原料，能直接影响植物光合速率。

（2）氮素可以促进叶片面积的增大和叶片数目的增多，从而增加光合面积，间接地影响植物光合速率。

5．在农业生产中主要通过增加光照面积、延长光照时间等途径提高光能利用率。

[基础自测]

1．判断正误

（1）绿色植物光合作用的反应物是CO2和H2O，而产物则主要为有机物。

（2）绿色植物进行光合作用的能量来源于光能。

（　　）

（3）破坏叶绿体外膜后，O2不能产生。

（　　）

（4）[H]由类囊体向叶绿体基质运动，ATP的运动方向则相反。

（　　）

（5）光合作用产物O2中的氧元素来自CO2（　　）

（6）大棚栽培不仅可适当延长光照时间，还可适当提高CO2浓度和温度，来提高光合作用效率。

（　　）

（7）CO2浓度越大光合作用效率就越高。

（　　）

（8）与夏季相比，植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短。

（　　）

[答案]　

（1）√　

（2）√

（3）×　提示：

O2是在叶绿体类囊体薄膜上产生的。

（4）×　提示：

[H]和ATP均由类囊体向叶绿体基质运动。

（5）×　提示：

光合作用产物O2中的氧元素来自H2O。

（6）√

（7）×　提示：

CO2浓度达到一定值后，光合作用效率不再增大。

（8）×　提示：

冬季光合速率低的主要原因是光照强度弱。

2．下列有关叶绿体的叙述，正确的是（　　）

A．叶绿体色素都分布在类囊体膜上

B．叶绿体的色素分布在外膜和内膜上

C．光合作用的酶只分布在叶绿体基质中

D．光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上

A　[叶绿体由内外双层膜、类囊体和基质三部分构成。

类囊体是一种扁平的囊状结构，在类囊体膜上，有进行光合作用必需的色素和酶。

许多类囊体叠合成基粒，基粒之间充满着基质，其中含有与光合作用有关的酶。

]

3．下图表示植物光合作用的一个阶段，下列各项叙述正确的是（　　）

【导学号：

95252135】

A．该反应的场所是叶绿体的类囊体

B．C3生成C6H12O6需要[H]、ATP和多种酶

C．提高温度一定能促进C6H12O6的生成

D．在无光条件下，有利于暗反应进行

B　[图示为光合作用的暗反应阶段，该反应进行的场所是叶绿体基质。

C3生成C6H12O6需在多种酶的催化下，利用ATP提供的能量，通过[H]的还原进行。

若在最适温度条件下，提高温度反而会降低酶的活性，会使反应减弱。

在无光条件下，暗反应会因[H]和ATP的缺乏受到限制。

]

[合作探究·攻重难]

光合作用的过程

[思考交流]

1．联系光反应和暗反应的物质是什么？

提示：

该物质是ATP和[H]，光反应生成ATP和[H]，而暗反应消耗利用光反应生成的ATP和[H]。

2．在黑暗环境，暗反应能进行吗？

为什么？

若暗反应停止，光反应能否持续进行？

提示：

在黑暗环境，暗反应不能进行。

因为光反应和暗反应是一个有机的统一整体，在黑暗环境，光反应不能进行，无法为暗反应提供ATP和[H]。

暗反应停止，光反应不能持续进行。

因为若暗反应停止，光反应产生的ATP和[H]积累过多，将抑制光反应的进行。

（1）光合作用过程图解

（2）反应式中元素和物质的去向

①氧元素：

②碳元素：

CO2→三碳化合物→（CH2O）

③氢元素：

H2O→[H]→（CH2O）

④叶绿体中[H]、ATP、ADP和Pi的运动方向。

a．[H]和ATP：

类囊体膜→叶绿体基质。

b．ADP和Pi：

叶绿体基质→类囊体膜。

（3）光反应与暗反应的比较

光反应

暗反应

条件

必须在光下

有光、无光都可以

场所

叶绿体类囊体膜

叶绿体基质

物质

转化

①水的光解：

2H2O

4[H]＋O2

②ATP的合成：

ADP＋Pi＋光能

ATP

能量

转化

光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能

联系

光反应为暗反应提供[H]、ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi，如图：

（4）规律总结

叶绿体处于不同的条件下时，C3、C5、[H]、ATP的动态变化：

　　　　项目

条件　　　　　　　　　

C3

C5

[H]和ATP

停止光照，CO2供应不变

增加

减少

减少

突然光照，CO2供应不变

减少

增加

增加

光照不变，停止CO2供应

减少

增加

增加

光照不变，CO2供应增加

增加

减少

减少

特别提醒：

对光合作用理解的三点提醒

（1）从光合作用过程中元素转移途径可以推断，光合作用过程中有水生成，即光合作用过程中水既是反应物也是生成物。

（2）光合作用过程在发生时，自然状态下光反应阶段和暗反应阶段同时进行，不分先后。

（3）光照可通过光反应影响暗反应进行，CO2也可通过暗反应影响光反应进行。

　下列属于光合作用光反应的是（　　）

A．2,4,6　　B．2,3,6

C．4,5,6D．2,6

【技巧点拨】　明确光合作用过程和图中1、2、3、4、5和6的物质变化过程相对应即可。

D　[光反应产生ATP和氧化。

]

（1）光合作用的光反应为暗反应提供什么物质？

提示：

ATP和[H]。

（2）图中1、2和3的反应场所分别在哪？

提示：

叶绿体基质、叶绿体类囊体薄膜上和叶绿体基质。

[活学活用]

1．在叶绿体中，ATP和ADP的运动方向是（　　）

A．ATP和ADP同时由类囊体向叶绿体基质运动

B．ATP和ADP同时由叶绿体基质向类囊体运动

C．ATP由类囊体向叶绿体基质运动，ADP的运动方向则相反

D．ADP由类囊体向叶绿体基质运动，ATP的运动方向则相反

C　[在叶绿体中，ATP在类囊体的薄膜上产生，在叶绿体基质中被消耗产生ADP，而ADP的转运方向则与ATP相反。

]

2．下图表示光合作用的过程，其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的两个阶段，a、b表示相关物质。

下列相关叙述正确的是（　　）

A．阶段Ⅰ表示暗反应B．阶段Ⅱ表示光反应

C．物质a表示[H]D．物质b表示C3

C　[水是在光反应阶段被利用，二氧化碳是在暗反应阶段被利用，由此可确定Ⅰ、Ⅱ分别为光反应和暗反应阶段；根据光反应和暗反应的关系及ATP与ADP相互转化的特点，可确定a、b分别为[H]和ATP。

]

[题后反思]　光合作用过程的四点提示

（1）叶绿体的内膜既不参与光反应，也不参与暗反应。

（2）叶绿体中的ADP和ATP移动的方向不同。

ADP的移动方向：

叶绿体基质→类囊体膜；

ATP的移动方向：

类囊体膜→叶绿体基质。

（3）光反应阶段必须是在有光条件下进行，而暗反应阶段有光无光都能进行，但需光反应提供[H]和ATP，故暗反应不能长期在无光环境中进行。

（4）在自然条件下，光反应阶段和暗反应阶段同时进行，不分先后。

影响光合作用的环境因素

背景材料　《齐民要术》中，要求栽种农作物要“正其行，通其风”，“正其行”是要求每株都要得到充足的光来进行光合作用，“通其风”是空气流通，让光合作用产生的氧气扩散出去，让作为原材料的二氧化碳扩散到叶片周围。

[思考交流]

1．光照强度对光合作用强度的影响，分析曲线讨论并回答：

（1）A点时，光照强度为0，对应的CO2来源于哪些生理过程？

其释放量的含义是什么？

提示：

A点时，光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，其单位时间内释放的CO2量，可表示此时的细胞呼吸速率。

（2）B点时，所对应的CO2吸收量和释放量为0，试分析此时光合速率与细胞呼吸速率的关系及B点的含义。

提示：

B点时，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合速率＝呼吸速率，此点为光补偿点。

（3）C点时，CO2吸收量达到最高，请讨论C点的含义并分析CO2吸收量达到最高前、后的主要限制因素分别是什么？

提示：

C点时，光合作用不再随光照强度的升高而增加，对应的光照强度称之为光饱和点。

CO2吸收量达到最高前的主要限制因素是光照强度，CO2吸收量达到最高后的主要限制因素是温度和CO2浓度。

2．CO2浓度对光合作用强度的影响，根据图示分析：

（1）分析E点的含义。

提示：

E点表示进行光合作用的最低CO2浓度，称为光合作用的补偿点。

（2）描述曲线变化规律。

提示：

在一定范围内，植物光合速率随CO2浓度的增加而加快；但达到一定浓度时，再增加CO2浓度，光合速率也不再增加。

（1）单因子

因素

原理

图像

应用

光照

强度

影响光反应阶段，制约ATP及[H]的产生，进而制约暗反应

欲使植物生长，必须使光照强度大于光补偿点

温室大棚适当增加光照强度可以提高光合速率

二氧化

碳浓度

影响暗反应阶段制约C3的生成

大气中CO2浓度过低时（OA段）植物无法进行光合作用

①大田中增加空气流动，以增加CO2浓度，如“正其行，通其风”

②温室中可增施有机肥，以增大CO2浓度

温度

教师的专业成长ppt通过影响酶活性进而影响光合作用（主要制约暗反应）

数学方案问题①大田中适时播种

歌唱学校热爱班级②温室中，增加昼夜温差，保证植物有机物的积累

必需矿

质元素

可通过所构成的与光合作用相关的化合物对光合作用产生直接或间接影响，如K＋可影响光合产物的运输和积累

有趣的线造型美术教案①合理施肥促进叶面积增大，提高酶合成速率，加快光合作用速率

②施用有机肥，有机肥被微生物分解后既可补充CO2又可提供各种矿质元素

教学过程中的建议

（2）多因子

图像

有理数的加减混合运算含义

教学诊断P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提高；Q点时，横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，影响因素为坐标图中所标示出的其他因子

应用

教师评语小学温室栽培时，在一定光照强度下，白天可适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当补充CO2，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合作用速率

《春雨》阅读答案小学特别提醒：

叶绿素是叶绿体中重要的色素，若叶绿素的合成受阻，将严重影响光合作用的进行。

影响叶绿素合成的主要因素有：

（1）光照：

光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。

（2）温度：

温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。

低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。

推进一带一路建设既要（3）必需元素：

叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄。

另外Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶变黄。

　如图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况，除图中所示因素外，其他因素均控制在最适范围内。

下列分析错误的是（　　）

A．甲图中a点的限制因素可能是叶绿体中酶的量

B．甲图中与b点相比，a点叶肉细胞中C3的生成量多

C．图中M、N点的限制因素是光照强度，P点的限制因素是温度

D．丙图中，随着温度的升高，曲线走势将稳定不变

【技巧点拨】　明确横坐标和纵坐标的含义，对应影响光合作用的因素正确理解各曲线的含义即可。

D　[温度通过影响酶的活性影响光合作用，在丙图中，随着温度的进一步升高，曲线的走势将下降。

]

（1）图中M、N、P点之前曲线都是重合的原因是什么？

提示：

光合作用弱，其限制因素主要是横坐标所示内容。

（2）c和d两点相比较，哪点的ATP含量高？

提示：

d点。

[活学活用]

1．为了探究光照强度与光合作用的关系，某兴趣小组将西红柿植株置于密闭装置中进行了相关实验。

结果如下表所示：

组别

温度（℃）

光照强度：

普通阳光（%）

开始时的

CO2浓度（%）

12h后的CO2

浓度（%）

1

25

0

0.35

0.368

2

25

20

0.35

0.306

3

25

40

0.35

0.289

4

25

60

0.35

0.282

5

25

80

0.35

0.280

6

25

100

0.35

0.279

根据上表分析下列叙述正确的是（　　）

A．实验的自变量是CO2浓度的变化，因变量是光照强度的变化

B．该实验的对照组是第1组实验

C．若将第6组植株突然移至第4组条件下，短时间内细胞中的五碳化合物将增加

D．通过上述实验，可以确定西红柿生长的最佳光照强度

B　[该实验的自变量是光照强度的变化，因变量是CO2浓度的变化，A错误；该实验的第1组没有光照，属于对照组，B正确；若将第6组植株突然移至第4组条件下，光照强度减弱，直接影响光反应，使光反应产生的ATP和[H]减少，进而影响暗反应中三碳化合物的还原，使五碳化合物的生成量减少，而短时间内CO2的固定不受影响，所以细胞中五碳化合物含量将降低，C错误；上述实验中，随着光照强度的增强，光合强度逐渐增强，所以通过上述实验，还不能确定西红柿生长的最佳光照强度，D错误。

]

2．如图为光合作用与光照强度之间关系的曲线，光照强度在n点时，限制光合作用强度进一步升高的主要因素是（　　）

【导学号：

95252136】

①光照强度　②CO2浓度　③温度　④O2浓度

A．②③B．③④

C．①②D．②④

A　[光合作用受光照、温度、CO2浓度和无机盐等因素影响。

n点时，随着光照强度增加，光合作用强度不再增加，说明光照强度不是限制因素。

]

[当堂达标·固双基]

1．下面为叶绿体结构示意图，有关叶绿体结构与功能的叙述错误的是

A．①和②具有选择透过性功能

B．③上既有光合色素又有与光合作用有关的酶

C．③和④中都有与光合作用有关的酶

D．只有具有叶绿体的细胞才能进行光合作用

D　[叶绿体是光合作用的主要场所，有叶绿体可进行光合作用，但是有的生物没有叶绿体也可进行光合作用，如蓝藻。

]

2．光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是

A．叶绿体类囊体的薄膜上进行光反应和暗反应

B．叶绿体类囊体的薄膜上进行暗反应，不进行光反应

C．叶绿体基质中可进行光反应和暗反应

D．叶绿体基质中进行暗反应，不进行光反应

D　[光反应是在叶绿体类囊体的薄膜上进行的，该过程必须在有光的条件下才能进行；暗反应是在叶绿体内的基质中进行的，该过程有光无光均可进行。

]

3．关于小麦光合作用的叙述，错误的是（　　）

A．类囊体膜上产生的ATP可用于暗反应

B．夏季晴天光照最强时，小麦光合速率最高

C．进入叶绿体的CO2不能被NADPH直接还原

D．净光合速率长期为零时会导致幼苗停止生长

B　[类囊体上产生的ATP可用于暗反应，A正确；夏季晴天光照最强时，小麦叶片的气孔关闭出现午休现象，导致光合作用的原料减少，小麦光合速率反而下降，B错误；进入叶绿体的CO2不能被NADPH直接还原，C正确；净光合速率为零时，会导致幼苗停止生长，D正确。

]

4．如图曲线Ⅰ表示黄豆在适宜温度、CO2浓度为0.03%的环境中光合作用速率与光照强度的关系。

在y点时改变某条件，结果发生了如曲线Ⅱ所示的变化。

下列分析合理的是（　　）

【导学号：

95252137】

A．与y点相比较，x点时叶绿体中C3含量低

B．在y点时，适当升高温度可导致曲线由Ⅰ变为Ⅱ

C．制约x点时光合作用的因素主要是叶绿体中色素的含量

D．制约z点时光合作用的因素可能是CO2浓度

D　[x点时，光照强度较弱，光反应提供的[H]和ATP较少，C3化合物的浓度较y点时高；题目中已提到是在适宜温度下测定的相关的关系，如果再提高温度，会降低光合作用速率；制约x点时光合作用的因素主要是光照强度；在适宜温度和较强光照强度条件下，提高CO2浓度可提高光合作用速率。

]

5．某植物在停止供水和恢复供水条件下，气孔开度（即气孔开放程度）与光合速率的变化如下图所示。

请回答：

（1）停止供水后，光合速率下降。

这是由于水是________的原料，又是光合产物在植物体内________的主要介质。

（2）在温度、光照相同的条件下，图中A点与B点相比，光饱和点低的是________点，其主要原因是___________________________________________

________________。

（3）停止供水一段时间后，叶片发黄，原因是________。

此时类囊体结构破坏，提供给碳反应的________减少。

[解析]　

（1）植物体内缺少水分时光合速率下降，这是由于水是光合作用的原料，同时水也是生物体内物质运输的主要介质，光合产物的运输也离不开水。

（2）A点和B点相比，A点水分供应充足，气孔开度高，二氧化碳的吸收多，光合速率大；而B点缺少水分，气孔开度低，二氧化碳的吸收少，光合速率小，所以B点的光饱和点比A点的低。

（3）叶片发黄的主要原因是停止水分供应后，细胞代谢强度下降，叶绿素合成速度减慢甚至停止，或叶绿素被分解。

光反应在类囊体薄膜上进行，为碳反应提供ATP和[H]。

[答案]　

（1）光合作用　运输

（2）B　气孔开度降低，CO2吸收减少（答出一项即可）

（3）叶绿素合成速度变慢或停止（或叶绿素分解），类胡萝卜素的颜色显露出来（答出一项即可）　[H]和ATP

[核心语句归纳]

1．光合作用可分为光反应阶段和暗反应阶段。

2．光反应的场所是类囊体膜上，原料是水，产物是ATP、[H]和氧气。

3．暗反应的场所是叶绿体的基质中，原料是ATP、[H]和CO2，产物是糖。

4．光反应和暗反应相互制约。

5．影响光合作用的环境因素有光照、温度、CO2浓度等。

6．光合作用的实质是把无机物转化为有机物，把光能转化为化学能储存在有机物中。

7．光合作用强度的表示方法：

一定时间内原料消耗量或产物生成量。