新人教版生物必修1 第5章 第4节 第2课时 光合作用的原理和应用Word下载.docx
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①作为活跃的还原剂，参与暗反应阶段反应。
②储存部分能量供暗反应阶段利用。
3．图示Ⅱ过程是暗反应阶段：
叶绿体基质中。
酶、NADPH、ATP。
（3）具体过程：
①CO2的固定，即绿叶通过气孔吸收的CO2，在特定酶的作用下，与C5（一种五碳化合物）结合，形成C3分子。
②在有关酶的催化作用下，C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。
③一些接受能量并被还原的C3，在酶的作用下经过一系列变化反应转化为糖类；
另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列变化，又形成C5，继续参与CO2的固定。
三、光合作用原理的应用
1．光合作用强度
（1）概念：
植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
（2）表示方法：
用一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量表示。
（3）影响因素
①光合作用的原料——水、CO2。
影响CO2供应的因素：
环境中CO2浓度和叶片气孔开闭情况等。
②动力——光能。
③场所——叶绿体。
影响叶绿体的形成和结构的因素：
无机营养和病虫害。
④酶：
影响酶活性的因素，如温度。
2．探究光照强度对光合作用的影响
取材
↓
排气
沉水
分组：
取3只小烧杯，分别倒入20mL富含二氧化碳的清水、分别放入10片小圆形叶片
光照：
分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照
观察并记录：
同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量
3．在生产实践中的应用
实例
原理
间作套种
不同植物对光照的需求不同
冬季大棚温度白天适当提高，晚上适当降低
白天提高温度，促进光合作用，夜间降温，抑制呼吸作用
“正其行、通其风”
增大CO2浓度，有利于光合作用的进行
合理灌溉
水缺少导致气孔关闭，CO2供应不足
1．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。
（ ）
2．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时间进行。
（ ）
3．光合作用制造的有机物中的氧来自水。
4．光合作用的光反应阶段完成了光能到活跃化学能的转换。
5．光合作用强度的影响因素有CO2浓度、温度和光照强度等外界因素。
6．光照强度对光合作用强度的影响实验中，可以通过调节台灯与实验装置的距离来调节光照强度。
7．温度对光合作用强度的影响主要是影响酶的活性。
8．探究实验中，小圆形叶片浮起是由叶片进行呼吸作用产生的二氧化碳导致的。
提示：
1．√ 2.×
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。
3．×
光合作用制造的有机物中的氧来自CO2。
4．√ 5.√ 6.√ 7.√
8．×
小圆形叶片浮起的原因是光合作用产生了氧气。
光合作用的原理
[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？
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？
不能，因为没有暗反应，光反应的产物积累会使光反应被抑制。
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相对含量会发生怎样的变化？
（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。
4．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
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？
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？
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？
氨基酸、有机酸等。
[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、NADP＋
多种酶、NADPH、ATP、CO2、C5
物质
变化
①水的光解：
2H2O
H＋＋O2
H＋＋2e＋NADP＋
NADPH
②ATP的形成：
ADP＋Pi＋能量
ATP
①CO2固定：
CO2＋C5
2C3
②C3的还原：
（CH2O）
能量变化
光能转变成ATP中活跃的化学能和NADPH中的能量
ATP中活跃的化学能和NADPH中的能量转变成贮存在（CH2O）中的稳定的化学能
相互联系
光反应为暗反应提供NADPH和ATP能量；
暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋
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；
NADPH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的值下降D．NADPH/NADP＋的值下降
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]（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？
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的值和NADPH/NADP＋的值如何变化？
ATP/ADP的值和NADPH/NADP＋的值增大。
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NADPH、ATP、CO2、（CH2O）
D．②不仅用于还原C3化合物，还可用于吸收矿质离子等
D [光反应产生的ATP只用于暗反应，呼吸作用产生的ATP才能用于吸收矿质离子等生命活动。
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。
探究环境因素对光合作用的影响
1．实验中准备好的小圆形叶片为什么放入黑暗处盛有清水的烧杯中？
防止小圆形叶片在实验开始前进行光合作用。
2．实验中小圆形叶片下沉在烧杯底部的原因是什么？
光照后小圆形叶片为什么会上升？
实验中小圆形叶片中的气体逸出，因此下沉。
小圆形叶片进行光合作用产生了O2，小圆形叶片的密度变小，因此上升。
3．炎热的夏季，成团的水绵为什么漂浮在水面上？
光合作用旺盛，释放的氧气使水绵团上浮。
1．实验原理
叶片含有空气，叶片上浮。
抽出气体后，细胞间隙充满水，叶片下降；
光照后，叶片进行光合作用，释放O2，使细胞间隙又充满气体，叶片上浮。
2．实验中沉水叶片的制备
（1）小圆形叶片的制备：
用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出小圆形叶片。
（2）沉水：
用注射器抽出叶片内气体，放入黑暗处盛有清水的烧杯中，小圆形叶片全部沉到水底。
3．实验装置分析
（1）自变量的设置：
光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。
（2）中间盛水的玻璃柱的作用：
吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响。
（3）因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强弱。
4．实验结果及结论
（1）实验结果
小圆形
叶片
加富含
CO2的清水
光照
强度
叶片浮起
数量
烧杯甲
10片
20mL
强
多
烧杯乙
中
烧杯丙
弱
少
（2）实验结论
在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强（小圆形叶片中产生的O2多，浮起的多）。
为完成“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验，提供以下材料用具：
菠菜叶、打孔器（直径1cm）、注射器、40W台灯、烧杯、4%NaHCO3溶液、蒸馏水、不同颜色的透明薄膜等。
（1）某同学选取其中一个因素进行探究，以下是实验结果：
时间
上浮的叶圆片数量（片）
蒸馏水
0.5%
NaHCO3
1%
1．5%
2%
2min
7
11
10
4
4min
15
16
13
①该实验的目的是_____________________________________，
实验检测指标是______________________________________。
②有哪些措施可以减少实验误差？
_______________________________
_______________________________________。
（至少写出2项）
③有同学认为叶片之所以浮起，是因为呼吸作用消耗了有机物且产生了CO2导致叶片上浮。
根据实验结果判断该观点是否正确并说明理由：
________________________________________________
_____________________________________________________。
（2）利用以上材料，还可以探究的环境因素有____________。
（答出2个）
[解析]
（1）①由表格看出实验的自变量是不同浓度的NaHCO3溶液，NaHCO3溶液的浓度不同，提供的CO2浓度不同，因此该实验研究的是不同浓度的CO2对光合作用的影响。
实验观察的指标是单位时间内上浮的叶圆片的数量。
②减少实验误差就要平衡无关变量，重复实验求平均值。
③叶片上浮的原因是光合作用大于呼吸作用，叶片中氧气增多，叶圆片密度变小。
说明叶圆片上浮的原因不是呼吸作用消耗了有机物且产生了CO2，应从蒸馏水中叶圆片没有上浮来论述。
（2）利用上述实验材料，还可探究光照强度或不同的光质对光合作用的影响。
[答案]
（1）①研究CO2浓度（或NaHCO3浓度）对叶片光合速率的影响 相同时间内烧杯中叶圆片浮起的数量
②用打孔器打出的叶圆片数量足够多；
每组实验重复几次，记录的数据取平均值
③该同学的观点是错误的，因为在蒸馏水的那组实验中，叶片一样进行了呼吸作用，却没有叶片浮起，叶片上浮的原因是光合作用强度大于呼吸作用强度，叶片内氧气增多
（2）光照强度、光的性质
影响光合作用的因素及在生产中的应用
1．光照强度、CO2浓度分别直接影响光合作用的什么过程？
光照强度直接影响光合作用的光反应过程。
CO2浓度直接影响光合作用的暗反应过程。
2．夏季中午，光照强、温度高，但植物的光合作用强度反而减弱，原因是什么？
光照过强、温度高→气孔关闭→CO2供应不足→光合作用下降。
3．大棚种植使用有机肥有利于增产，请从影响光合作用的因素分析原因。
有机肥被微生物分解产生无机盐和CO2，无机盐被植物吸收利用，CO2能增大棚内的CO2浓度，提高作物的光合速率。
1．光照强度
（1）光照强度与光合作用强度的关系曲线分析
A点：
光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。
AB段：
随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少，这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。
B点：
细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度（光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长）。
BC段：
表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以后不再加强。
限制C点以后光合作用强度不再增加的内部因素是色素含量、酶的数量和最大活性，外部因素是除光照强度之外的环境因素，如CO2浓度等。
（2）应用：
阴雨天适当补充光照，及时对大棚除霜消雾。
2．CO2浓度
（1）曲线分析：
A点是进行光合作用所需的最低CO2浓度，B点是CO2饱和点；
B点以后，随着CO2浓度的增加光合作用强度不再增加。
温室中适当增加CO2浓度，如投入干冰等，大田中“正其行，通其风”，多施有机肥来提高CO2浓度。
3．温度
（1）B点是最适温度，此时光合作用最强，高于或低于此温度光合作用强度都会下降，因为温度会影响酶的活性。
温室栽培时白天适当提高温度，夜间适当降低温度。
4．水及无机营养对光合作用的影响
（1）原理：
①N、Mg、Fe等是叶绿素合成的必需元素，若这些元素缺乏，会影响叶绿素的合成从而影响光合作用。
②水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，水还会影响气孔的开闭，从而影响CO2进入植物体。
（2）应用
①合理施肥；
②预防干旱，合理灌溉。
某植物净光合速率的变化趋势如图所示。
据图回答下列问题：
（1）当CO2浓度为a时，高光强下该植物的净光合速率为________。
CO2浓度在a～b之间时，曲线________表示了净光合速率随CO2浓度的增高而增高。
（2）CO2浓度大于c时，曲线B和C所表示的净光合速率不再增加，限制其增加的环境因素是______________________________。
（3）当环境中CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，该植物呼吸作用产生的CO2量________（填“大于”“等于”或“小于”）光合作用吸收的CO2量。
（4）据图可推测，在温室中，若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应该同时考虑______这一因素的影响，并采取相应措施。
[解析]
（1）根据曲线图可知，当CO2浓度为a时，高光强下（曲线A）该植物的净光合速率为0；
分析坐标图中曲线的走势可以看出，当CO2浓度在a～b之间时，曲线A、B和C的净光合速率都随着CO2浓度的增高而增高。
（2）由题图可知，影响净光合速率的因素为CO2浓度和光强。
当CO2浓度大于c时，由于受光强的限制，光反应产生的[H]和ATP不足，暗反应受到限制，曲线B和C的净光合速率不再增加。
（3）当环境中的CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，植物的净光合速率小于0，说明该植物此时呼吸作用产生的CO2量大于光合作用吸收的CO2量。
（4）据图可推测，光强和CO2浓度都会影响植物的净光合速率，因此若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应同时考虑光强这一因素的影响。
[答案]
（1）0 A、B和C
（2）光强 （3）大于 （4）光强
[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、NADPH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和NADPH中活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能。
6．光照强度：
直接影响光反应速率，光反应产物中[H]与ATP的数量会影响暗反应速率，这是最主要的因素。
7．温度：
影响光合作用过程，特别是暗反应中酶的催化效率，从而影响光合作用强度。
8．CO2浓度：
CO2是暗反应的原料，CO2的浓度直接影响暗反应速率。
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和NADPH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、NADPH、ATP
C．H2O、CO2、ATPD．[H]、H2O、ADP
[答案] B
4．下列条件中，改变哪一项与提高农作物的产量关系不大？
（ ）
A．增加空气中氧气含量
B．提高温度
C．增加空气中CO2的含量
D．增加光照强度
[答案] A
5．（2019·
全国卷Ⅰ）将一株质量为20g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40g，其增加的质量来自于（ ）
A．水、矿质元素和空气B．光、矿质元素和水
C．水、矿质元素和土壤D．光、矿质元素和空气
A [水是占细胞鲜重最多的化合物，矿质元素是构成细胞中主要化合物的基础，植物幼苗生长过程中可从土壤中吸收水分和矿质元素使植株质量增加；
另外，植物在光照条件下可进行光合作用，通过吸收空气中的CO2合成有机物使植株质量增加。
故A符合题意。
6．利用温室大棚栽培蔬菜、瓜果等农作物已成为现代农业的基本模式。
下列是温室大棚栽培经常采取的措施，其中不是通过增强光合作用速率实现的是（ ）
A．给农作物增施氮肥
B．大棚栽培的农作物通过增施农家肥料补充CO2
C．给农作物补充适宜强度的人工光照
D．夜间适当降低农作物的环境温度
D [给农作物增施氮肥能增强光合作用速率；
大棚栽培的农作物通过增施农家肥料补充CO2，为光合作用提供原料，从而增强了光合作用速率；
给农作物补充适宜强度的人工光照也是通过增强光合作用速率来实现增产的；
夜间适当降低农作物的环境温度，导致酶活性降低，从而减少细胞呼吸对有机物的消耗，最终达到增产的目的，可见该措施是通过减弱细胞呼吸速率而实现增产的。
7．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_________________。
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NADPH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在ATP中，14CO2的同化途径为14CO2→14C3（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）NADPH 水在光下分解 还原三碳化合物
（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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