高中人教版 (2019)二 光合作用的原理和应用第2课时学案

这是一份高中人教版 (2019)二 光合作用的原理和应用第2课时学案
第2课时　光合作用的原理一、光合作用概念和反应式1．概念：绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。2．反应式：CO2＋H2Oeq \o(――→,\s\up8(光能),\s\do6(叶绿体))(CH2O)＋O2。二、光合作用探究历程1．19世纪末，科学界普遍观点：C与H2O结合成甲醛。2．1928年：甲醛不能通过光合作用转化成糖。3．1937年，英国希尔：离体叶绿体在适当条件下发生水的光解产生氧气。4．1941年，鲁宾和卡门：研究了光合作用中氧气的来源(氧气来源于H2O)。5．1954年，美国阿尔农：在光照下，叶绿体可合成ATP；1957年：这一过程总是与水的光解相伴随。三、光合作用原理1．填写图中序号所代表的物质或结构①O2；②NADP＋；③ADP＋Pi；④C5。2．图示Ⅰ过程是光反应阶段(1)场所：类囊体薄膜上。(2)条件：光、色素和酶等。(3)叶绿体中光合色素吸收的光能的作用①将水分解为氧和H＋，氧直接以氧分子形式释放出去，H＋与NADP＋结合形成NADPH(还原型辅酶Ⅱ)。②在有关酶的作用下，提供能量促使ADP与Pi反应形成ATP，这样光能就转变为储存在ATP中的活跃的化学能。(4)NADPH的作用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(1)场所：叶绿体基质中。(2)条件：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。判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)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。 (　　)提示：1．√　2．×　暗反应需要光反应提供的NADPH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．√　光合作用的探究历程(1)鲁宾和卡门设计实验的对照方法：相互对照。(2)鲁宾和卡门实验的自变量为被标记的C18O2和Heq \o\al(18,2)O，因变量是产生O2的情况。1．下面表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后，以下相关实验比较不正确的是(　　)①　　　②　　　　③　　　 　④A．Y2的质量大于Y3的质量B．④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量C．②中水的质量大于④中水的质量D．试管①的质量大于试管②的质量C　[Y1和Y3是O2，Y2和Y4是18O2，因此Y2的质量大于Y3的质量；④中小球藻中含有(CHeq \o\al(18,2)O)的有机物，而①中小球藻含有(CH2O)的有机物，故④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量；④和②中的水都为Heq \o\al(18,2)O，且含量相同，因此质量相等；在试管①和②中原有质量相等的情况下，②中释放的是18O2，而①中释放的是O2，故剩余质量①大于②。]同位素标记法的理解与应用(1)理解含义用同位素标记化合物，让它们一起运动、迁移，再用探测仪器进行追踪，可以明确化学反应的详细过程。(2)方法应用用来研究细胞内的元素或化合物的来源、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理等。(3)应用分析①标记某元素，追踪其转移途径。如用18O标记Heq \o\al(18,2)O，光合作用只产生18O2；再用18O标记C18O2，光合作用只产生O2，证明光合作用产生的氧气中的氧原子全部来自H2O，而不是来自CO2。②标记特征元素，探究化合物的作用。如T2噬菌体侵染细菌的实验中，用32P标记噬菌体的DNA，大肠杆菌内发现放射性物质；35S标记蛋白质，大肠杆菌内未发现放射性物质；证明了DNA是噬菌体的遗传物质。③标记特征化合物，探究详细生理过程，研究生物学原理。如用3H标记亮氨酸，探究分泌蛋白的分泌过程；用15N标记DNA，证明了DNA复制的特点是半保留复制。　光合作用原理1．光反应与暗反应的比较(1)区别(2)联系①光反应为暗反应提供两种重要物质：NADPH和ATP，NADPH既可作还原剂，又可提供能量；暗反应为光反应提供三种物质：ADP、Pi以及NADP＋。②暗反应有光无光都能进行。若光反应停止，暗反应可持续进行一段时间，但时间不长，故晚上一般认为只进行呼吸作用，不进行光合作用。2．光合作用过程中的物质变化(1)光合作用过程中C、O元素转移途径(2)光合作用总反应式与C、H、O元素的去向3．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)理论依据：各物质的含量取决于其生成速率和消耗速率。(2)实例分析：①eq \a\vs4\al(光照强→弱,CO2供应不变)eq \o(――→,\s\up8(光反应减弱))eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(NADPH减少,ATP减少,O2产生量减少))eq \o(――→,\s\up8(暗反应))eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(C3还原减弱,CO2固定仍,正常进行))―→eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(C3含量上升,C5含量下降))―→(CH2O)合成量减少②eq \a\vs4\al(光照不变，减,少CO2供应)eq \o(――→,\s\up8(暗反应))eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(CO2固定减弱,C3还原仍正常进行))―→eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(C3含量下降,C5含量上升))―→eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(NADPH相对增加,ATP相对增加,O2产生量不变))―→eq \b\lc\ (\a\vs4\al\co1(（CH2O）合成,量相对减少))(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．若给植物提供Heq \o\al(18,2)O，一段时间后能否在植物体内的有机物中发现18O？试说明原因。提示：Heq \o\al(18,2)O参与有氧呼吸第二阶段，可形成C18O2，C18O2参与光合作用，可形成含有18O的有机物。2．光合作用中的还原剂和细胞呼吸中的还原剂是否相同？完成下表：提示：光反应　一　一　二　三碳化合物的还原　三2．如图为光合作用示意图。下列说法不正确的是(　　)A．①表示O2，③表示还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，④表示CO2B．暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原为(CH2O)C．黑暗条件下，光反应停止，暗反应将持续不断地进行下去D．增加光照强度或降低二氧化碳浓度，C3的含量都将减少C　[据图分析，类囊体薄膜上的光合色素吸收光能，将水光解，产生NADPH与氧气，①表示O2，③表示还原型辅酶Ⅱ(NADPH)；光合作用的暗反应阶段，场所是叶绿体基质，CO2被C5固定形成C3，④表示CO2，A正确。暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原为(CH2O)，B正确。黑暗条件下，光反应停止，NADPH和ATP不再产生，暗反应将逐渐停止，C错误。增加光照强度，短时间内C3的生成速率不变，而光反应产生的ATP、NADPH增多，C3被NADPH、ATP还原为(CH2O)速率加快，因此C3的含量减少；降低二氧化碳浓度，CO2的固定减弱，生成的C3减少，短时间内C3的还原速率基本不变，所以C3的含量将减少，D正确。]光合作用中条件改变引起的物质变化规律(1)判断规律：改变某一条件，有利于光合作用则有机物含量增加，不利于光合作用则有机物含量下降。(2)变化趋势：①C3和C5含量的变化是相反的，即C3增加，C5减少。②NADPH和ATP的含量变化是一致的，都增加或都减少。在甘蔗、玉米等植物的叶肉细胞中，叶绿体固定CO2的最初产物是含4个碳的草酰乙酸，然后转化为苹果酸进入维管束鞘细胞的叶绿体中释放CO2(简称C4途径)，再进行卡尔文循环(C3途径)。C4途径起到CO2泵的作用，提高了C4植物利用CO2的能力。如图所示：通过材料和图例的分析知，C4途径和C3途径的关系，由此可形成科学思维的学科素养。(1)甘蔗、玉米等植物中CO2固定形成的产物是什么？(科学思维)提示：CO2首先进入叶肉细胞的叶绿体中，经固定形成初步产物：含4个碳的草酰乙酸，CO2通过C4途径后进入C3途径，固定形成三碳化合物。(2)在炎热的夏季，C4植物有哪些优势？(科学思维)提示：利用CO2的能力强，光合作用速率高。[课堂小结]1．(2020·泰安一中高一期末)美国科学家鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2中的氧，证明了光合作用(　　)A．制造了有机物B．利用了根系吸收的水分C．释放的氧气全部来自H2OD．释放的氧气全部来自CO2C　[美国科学家鲁宾和卡门通过同位素18O分别标记H2O和CO2，发现只有标记H2O的一组产生了18O2，两组对照说明光合作用释放的氧气全部来自水。]2．下列关于光合作用的叙述，错误的是(　　)A．鲁宾和卡门用同位素标记法证明了光合作用释放的氧气来自水B．一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光C．在暗反应阶段，C3可被[H]还原为C5和糖类D．温度的变化不会影响光合作用的光反应阶段D　[光合作用的光反应阶段需要酶的参与，温度会通过影响酶的活性，从而影响光合作用的光反应阶段。]3．科学家用14C标记二氧化碳，发现碳原子在植物体内的转移途径是(　　)A．二氧化碳→叶绿素→葡萄糖B．二氧化碳→ATP→葡萄糖C．二氧化碳→五碳化合物→葡萄糖、三碳化合物D．二氧化碳→三碳化合物→葡萄糖、五碳化合物D　[二氧化碳用于光合作用的暗反应，首先二氧化碳和五碳化合物结合，一分子CO2被固定后，形成两分子的三碳化合物，然后三碳化合物在光反应提供的ATP和NADPH的作用下一部分还原成糖类等有机物，另一部分重新转变成五碳化合物。综上所述，D符合题意，A、B、C不符合题意。]4．(2019·全国卷Ⅰ)将一株质量为20 g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40 g，其增加的质量来自(　　)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。]5．改变全球气候变暖的主要措施是减少CO2等温室气体的排放；植树造林，利用植物的光合作用吸收过多的CO2等。下图是光合作用过程的图解，请据图回答下列问题：(1)光合作用过程可以分为两个阶段：②表示________阶段，③表示________阶段。(2)图中表示CO2固定过程的序号是________。(3)写出图中所示物质，B：________；C: ________。(4)②阶段为③阶段提供________和________。(5)经过②和③阶段，A最终转化成储存在________(用图中字母表示)中的化学能。[解析]　(1)根据光合作用对光照的需求情况，可以将光合作用分为②光反应阶段和③暗反应阶段。(2)图中表示二氧化碳固定过程的是④。(3)图中B是水分子光解后释放的氧气，C是光反应生成的ATP。(4)②光反应阶段可以为③暗反应阶段提供NADPH和ATP。(5)图中光合作用经过②光反应阶段和③暗反应阶段，光能A最终转化为储存在有机物F中的稳定的化学能。[答案]　(1)光反应　暗反应　(2)④　(3)O2　ATP　(4)NADPH　ATP　(5)F课标内容要求核心素养对接说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。1．科学思维——分析与综合：认识光合作用发现的历程；分析光合作用光反应和暗反应过程，认同两个阶段既有区别又有联系。2．生命观念——物质和能量观：说出光合作用过程中物质和能量的变化。年份、科学家实验过程或依据实验结论19世纪末在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖1928年甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖1937年希尔在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可以释放氧气离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生氧气的化学反应称作希尔反应1941年鲁宾和卡门C18O2＋H2O→植物→O2Heq \o\al(18,2)O＋CO2→植物→18O2光合作用产生的O2全部来自水1954年、1957年阿尔农光照下，叶绿体可合成ATP，并总是与水的光解相伴随20世纪40年代经过14C标记的CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径项目光反应(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：2H2Oeq \o(――→,\s\up8(光能))H＋＋O2H＋＋2e－＋NADP＋eq \o(――→,\s\up8(酶))NADPH②ATP的形成：ADP＋Pi＋能量eq \o(――→,\s\up8(酶))ATPCO2＋C5eq \o(――→,\s\up8(酶))2C3①CO2固定：②C3的还原：2C3eq \o(――→,\s\up8(NADPH、ATP),\s\do6(酶))(CH2O)＋C5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)中的稳定的化学能实质光能转化为化学能，并释放O2同化CO2，合成有机物光合作用过程中还原剂细胞呼吸过程中还原剂本质还原型辅酶Ⅱ(NADPH)还原型辅酶Ⅰ(NADH)来源____①____阶段无氧呼吸第____②____阶段；有氧呼吸第____③____、____④____阶段去向____⑤____有氧呼吸第____⑥____阶段知 识 网 络 构 建核 心 语 句 背 诵1．光合作用的反应式：CO2＋H2Oeq \o(――→,\s\up8(光能),\s\do6(叶绿体))(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)Heq \o\al(18,2)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。