人教版高中生物必修一讲义第5章第4节第2课时光合作用的探究历程和过程.docx
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人教版高中生物必修一讲义第5章第4节第2课时光合作用的探究历程和过程
第2课时 光合作用的探究历程和过程
学习目标
核心素养
1．了解光合作用的探究历程。
2．阐明光合作用的过程和实质。
（重难点）
3．说出光合作用过程中的物质和能量变化。
（重点）
1．通过对光合作用的过程的学习，形成物质与能量的生命观念。
2．通过对光反应与暗反应学习，养成分类与比较的科学思维方式。
3．通过对光合作用探究历程的相关实验的学习，提高实验设计和实验结果分析的科学探究能力。
一、光合作用的概念和探究历程
1．概念
（1）主要场所：
叶绿体。
（2）能量来源：
光能。
（3）反应物：
二氧化碳和水。
（4）产物：
有机物和氧气。
（5）实质：
合成有机物，储存能量。
2．探究历程
科学家
结论
普利斯特利
植物可以更新空气
英格豪斯
植物体只有在阳光照射下才能更新空气
梅耶
光合作用把光能转化成化学能储存起来
萨克斯
植物叶片在光合作用中产生了淀粉
恩格尔曼
氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所
鲁宾和卡门
光合作用释放的氧气全部来自水
卡尔文
探明了CO2转化成有机物的途径，这一途径称为卡尔文循环
二、光合作用的过程
1．反应式
CO2＋H2O
（CH2O）＋O2。
2．光合作用的过程
（1）填写图中字母所代表的物质
a：
O2 b：
[H] c：
2C3 d：
C5
（2）图示Ⅰ过程是光反应阶段
①场所：
叶绿体的类囊体薄膜上。
②条件：
光、色素、酶等。
③物质变化：
将水分解为氧气和[H]，将ADP和Pi合成ATP。
④能量变化：
光能转变为储存在ATP中的活跃的化学能。
（3）图示Ⅱ过程是暗反应阶段
①场所：
叶绿体基质中。
②条件：
酶、[H]、ATP。
③物质变化。
a．CO2的固定：
C5＋CO2
2C3。
b．C3的还原：
C3＋[H]
（CH2O）＋C5。
c．ATP
ADP＋Pi。
④能量变化：
ATP中活跃的化学能转变为（CH2O）中稳定的化学能。
1．普利斯特利和萨克斯的实验中都用到了对照实验原则。
（ ）
2．光合作用的光反应和暗反应阶段在叶绿体的不同部位进行。
（ ）
3．光合作用中光反应必须有光才可进行，暗反应没有光也可长期进行。
（ ）
4．光合作用制造的有机物中的氧来自水。
（ ）
5．光合作用的光反应阶段完成了光能到活跃化学能的转换。
（ ）
提示：
1．√
2．√
3．× 暗反应需要光反应提供的[H]和ATP，没有光暗反应不能长时间进行。
4．× 光合作用制造的有机物中的氧来自CO2。
5．√
光合作用的探究历程
[问题探究]
1．萨克斯实验中，实验前先要把植物在黑暗中放置一段时间，其目的是什么？
此实验除了能证明光合作用的产物有淀粉外，还能说明什么问题？
提示：
实验前先要把植物在黑暗中放置一段时间的目的是消耗掉叶片中的淀粉，以免影响实验结果；此实验还能说明光合作用需要光照。
2．鲁宾和卡门实验采用的实验方法是什么？
第一组和第二组有没有实验组和对照组的区别？
提示：
同位素标记法；没有实验组和对照组的区分，属于相互对照。
3．卡尔文往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照，然后用热酒精杀死小球藻，分别测定不同光照时间下，小球藻中的放射性物质，结果如下：
实验组别
光照时间（s）
放射性物质分布
1
2
三碳化合物
2
20
12种磷酸化糖类
3
60
除上述12种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等
（1）卡尔文用热酒精杀死小球藻的目的是什么？
提示：
目的是使酶失活，终止小球藻的光合作用及其他代谢过程。
（2）根据实验结果分析光合作用过程中CO2首先固定在哪一种化合物中？
提示：
三碳化合物。
（3）光合作用产生的糖类物质还能转化为哪些物质？
提示：
氨基酸、有机酸等。
[归纳总结]
1．普利斯特利的实验
（1）实验过程及现象
密闭玻璃罩＋绿色植物＋
（2）实验分析
①缺少空白对照，实验结果说服力不强，应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于玻璃罩内，作为空白对照。
②没有认识到光在植物更新空气中的作用，而将空气的更新归因于植物的生长。
③由于当时科学发展水平的限制，没有明确植物更新气体的成分。
2．萨克斯的实验
（1）实验过程及现象
黑暗中饥饿处理的绿叶
（2）实验分析
①设置了自身对照，自变量为光照，因变量是叶片颜色变化。
②实验的关键是饥饿处理，以使叶片中的营养物质消耗掉，增强了实验的说服力。
③本实验除证明了光合作用的产物有淀粉外，还证明了光是光合作用的必要条件。
3．鲁宾和卡门的实验
（1）实验过程及结论：
⇨
（2）实验分析：
设置了对照实验，自变量是标记物质（H
O和C18O2），因变量是O2的放射性。
1．历经一个多世纪，经过许多科学家的实验，才逐渐发现光合作用的场所、条件、原料和产物，在下面几个著名实验中，相关叙述不正确的是（ ）
A．普利斯特利的实验证明了植物可以更新空气
B．萨克斯的实验也可证明光是光合作用的必要条件
C．恩格尔曼的实验定量分析了水绵光合作用生成的氧气量
D．鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的氧气来自于H2O而不是CO2
C [本题考查光合作用的探究历程。
恩格尔曼的实验能够证明氧气由叶绿体释放出来，叶绿体是进行光合作用的场所，而没有定量分析光合作用生成的氧气量。
]
2.某植物叶片不同部位的颜色不同，将该植物在黑暗中放置48h后，用锡箔纸遮蔽叶片两面，如图所示。
在日光下照光一段时间，去除锡箔纸，用碘染色法处理叶片，观察到叶片有的部位出现蓝色，有的没有出现蓝色。
其中，没有出现蓝色的部位是（ ）
A．a、b和dB．a、c和e C．c、d和e D．b、c和e
B [绿色植物光合作用合成淀粉，淀粉遇碘变蓝。
a处黄白色，没有叶绿素，特别是没有叶绿素a，不能进行光合作用，b处有叶绿体和光，能进行光合作用，c、e处遮光，不能进行光合作用，d处有叶绿素和光，能进行光合作用。
]
光合作用的过程
[问题探究]
1．为什么暗反应不能较长时间地在黑暗条件下进行？
提示：
因为光反应为暗反应提供的[H]、ATP是有限的。
2．不给小球藻提供CO2，只给予光照，小球藻能独立地进行光反应吗？
为什么？
提示：
不能，因为没有暗反应，光反应的产物积累，使光反应被抑制。
3．结合光反应和暗反应过程分析，若突然停止光照或停止CO2供应，叶绿体中C3和C5相对含量发生怎样的变化？
提示：
（1）停止光照：
C3含量相对增加，C5含量相对减少。
（2）停止CO2供应：
C3含量相对减少，C5含量相对增加。
[归纳总结]
1．光反应与暗反应的比较
项目
光反应（准备阶段）
暗反应（完成阶段）
场所
叶绿体的类囊体薄膜上
叶绿体的基质中
条件
光、色素、酶、水、ADP、Pi
多种酶、[H]、ATP、CO2、C5
物质
变化
①水的光解：
2H2O
4[H]＋O2
②ATP的形成：
ADP＋Pi＋能量
ATP
①CO2固定：
CO2＋C5
2C3
②C3的还原：
2C3
（CH2O）
能量
变化
光能转变成ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能转变成贮存在（CH2O）中的稳定的化学能
相互
联系
光反应产物[H]、ATP为暗反应提供还原剂和能量；暗反应产生的ADP、Pi为光反应形成ATP提供了原料
2.光照和CO2浓度变化对光合作用物质含量变化的影响
当外界条件改变时，光合作用中C3、C5、[H]、ATP含量的变化可以采用如图分析：
（1）
―→
―→（CH2O）合成量减少
（2）
―→
―→
―→
①以上各物质的变化是相对含量的变化，不是合成速率，且是在条件改变后的短时间内发生的。
②在以上各物质的含量变化中：
C3和C5含量的变化是相反的，即C3增加，则C5减少；[H]和ATP的含量变化是一致的，都增加，或都减少。
1．正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是（ ）
A．O2的产生停止 B．CO2的固定加快
C．ATP/ADP比值下降D．NADPH/NADP＋比值下降
B [正常生长的绿藻，照光培养一段时间，说明绿藻可以正常进行光合作用，用黑布遮光后，改变了绿藻光合作用的条件，此时光合作用的光反应停止，光反应的产物O2、ATP和[H]（即NADPH）停止产生，所以A、C、D项所叙述现象会发生；光照停止，暗反应中C3还原受影响，C5减少，CO2的固定减慢，B项所叙述现象不会发生。
]
（1）外界的光照条件的改变如何影响暗反应的进行？
提示：
暗反应中C3的还原需要消耗光反应产生的[H]、ATP，光照条件的改变通过影响[H]和ATP的含量影响暗反应。
（2）在不改变光照条件的情况下，将绿藻置于没有CO2的环境中，叶绿体中ATP/ADP的比值和NADPH/NADP＋的比值如何变化？
提示：
ATP/ADP的比值和NADPH/NADP＋的比值增大。
2．据下面光合作用图像，判断下列说法不正确的是（ ）
A．⑥过程发生于叶绿体基质中
B．⑤过程发生于叶绿体类囊体薄膜上
C．图示①～④依次为[H]、ATP、CO2、（CH2O）
D．②不仅用于还原C3化合物，还可用于矿质离子吸收等
D [光反应产生的ATP只用于暗反应，呼吸作用产生的ATP才能用于矿质离子吸收等生命活动。
]
规律总结：
（1）光反应和暗反应是一个有机的整体，光反应不能进行时，暗反应也不能进行；暗反应被抑制时，光反应也被抑制。
（2）叶绿体中的ADP和ATP移动的方向相反。
①ADP的移动方向：
叶绿体基质→类囊体薄膜。
②ATP的移动方向：
类囊体薄膜→叶绿体基质。
（3）分析光合作用过程有关物质含量的变化时，可通过比较该物质的生成与消耗的相对速度变化进行确定。
（4）光合作用的光反应阶段产生的ATP只能用于暗反应，不用于其他生命活动过程。
[课堂小结]
知识网络构建
核心语句背诵
1．光合作用的反应式：
CO2＋H2O
（CH2O）＋O2。
2．光反应的场所是类囊体薄膜，产物是O2、[H]和ATP。
3．暗反应的场所是叶绿体基质，产物是糖类等物质。
4．光合作用中的物质转变：
（1）14CO2―→14C3―→（14CH2O）；
（2）H
O―→18O2。
5．光合作用的能量转变：
光能―→ATP中活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能。
1．光合作用的实质是（ ）
A．把CO2转换成ATP
B．产生化学能储存在有机物中
C．把光能转变成化学能，储存在ATP中
D．把无机物转化成有机物，把光能转变成化学能
[答案] D
2．在光合作用过程中，光能最初用于（ ）
A．CO2的固定B．C3的还原
C．将水分解为氧和[H]D．将淀粉分解为葡萄糖
[答案] C
3．光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，参与暗反应必需的物质是（ ）
A．H2O、CO2、ADPB．CO2、[H]、ATP
C．H2O、CO2、ATPD．[H]、H2O、ADP
[答案] B
4．如图表示德国科学家萨克斯做的实验，在叶片照光24h后，经脱色、漂洗并用碘液处理，结果有锡箔覆盖的部分呈棕色，而不被锡箔覆盖的部分呈蓝色。
本实验说明（ ）
①光合作用需要CO2 ②光合作用需要光 ③光合作用需要叶绿素 ④光合作用放出氧 ⑤光合作用制造淀粉
A．①②B．③⑤
C．②⑤D．①③
[答案] C
5．甲图表示光合作用部分过程的图解，乙图表示改变光照后，与光合作用有关的五碳化合物和三碳化合物在细胞内含量的变化曲线，请据图回答问题。
（1）甲图中A表示的物质是________，它是由______________产生的，其作用主要是______________________________________。
（2）甲图中ATP形成所需的能量最终来自于______________。
若用放射性同位素14C标记CO2，则14C最终进入的物质是________。
（3）乙图中曲线a表示的化合物是____________，在无光照时，其含量迅速上升的原因是____________________________________。
（4）曲线b表示的化合物是____________，在无光照时，其含量下降的原因是______________________________________________。
[解析]
（1）光反应为暗反应提供的物质是[H]和ATP，由此可确定A是[H]，[H]是由H2O分解后经一系列过程产生的，其作用主要是用于三碳化合物的还原。
（2）光反应中，光能转化为活跃的化学能储存于ATP中，14CO2的同化途径为14CO2→14C3（即三碳化合物）→（14CH2O）。
（3）（4）题干中已明确a、b表示三碳化合物和五碳化合物的含量变化，光照停止后，光反应停止，[H]和ATP含量下降，三碳化合物的还原减弱直至停止，而CO2的固定仍在进行，因此三碳化合物含量相对升高，五碳化合物含量相对下降，即a表示三碳化合物，b表示五碳化合物。
[答案]
（1）[H] 水在光下分解 用于三碳化合物的还原
（2）光能 （CH2O） （3）三碳化合物 CO2与五碳化合物结合生成三碳化合物，而三碳化合物不能被还原 （4）五碳化合物 五碳化合物与CO2结合生成三碳化合物，而三碳化合物不能被还原为五碳化合物
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