高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》二 光合作用的原理和应用学案

这是一份高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》二 光合作用的原理和应用学案，共7页。学案主要包含了学习目标，要点梳理，典型例题，总结升华，举一反三等内容，欢迎下载使用。

1、理解光合作用的过程及原理，掌握光反应、暗反应的过程及其相互关系
2、描述叶绿体的结构、说明叶绿体的功能。
3、理解环境因素对光合作用强度的影响。
4、重点： 光合作用的发现及研究历史、光合作用的光反应和暗反应过程及其相互关系
5、重点：影响光合作用强度的外界因素。
6、难点：光反应和暗反应的过程、探究影响光合作用的环境因素
【要点梳理】
要点一、光合作用及其探究历程
光合作用
光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转换成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
2、光合作用的探究历程
要点二、 光合作用过程及原理的应用
1、光合作用过程图解
2、光反应阶段和暗反应阶段的区别和联系
要点诠释：
①光反应必须在光下进行，而暗反应有光无光都可以进行。
②催化光反应与暗反应的酶，其种类和场所均不同，前者分布在类囊状膜上，后者分布在叶绿体基质中。
3、光合作用反应式及其元素去向

6CO2＋12H2OC6H12O6＋6H2O＋6O2
要点诠释：
上述方程式表示光合产物只是单糖，实际上光合产物主要是糖类，包括单糖（葡萄糖和果糖）、二糖（蔗糖）、多糖（淀粉），其中以蔗糖和淀粉最为普遍，但也有一些实验证明，蛋白质、脂肪也是光合作用的直接产物。因此对光合作用应该理解为有机物和氧更为确切。
要点三、光合速率（光合强度）及其影响因素
1、光合速率的概念及表示方法
光合速率是指一定量的植物（如一定的叶面积）在单位时间内进行光合作用的量
可以用CO2吸收量、O2释放量、有机物的生成量作指标
2.光合速率的测定

光下实测值：表观光合速率（净光合速率）
暗处：呼吸速率
真光合速率=表观光合速率+呼吸速率
3、影响光合速率的因素
⑴光照强度
探究光照强度对光合作用强度的影响
①实验流程：
打出小圆形叶片（30片）：用打孔器在生产旺盛的绿叶上打出（直径=1cm）
抽出叶片内气体：用注射器（内有清水、小圆形叶片）抽出叶片内气体（O₂等）
小圆形叶片沉水底：将内部气体逸出的小圆形叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中，小圆形叶片全部沉到水底
对照实验及结果：
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（校园行叶片中产生的O₂多，浮起的多
（2）二氧化碳浓度对光合作用的影响
①二氧化碳是光合作用的原料，通过影响暗反应来影响光合效率。植物的光合效率在一定范围内随着CO₂浓度的增强而增强，但当CO₂浓度达到一定浓度时，光合效率不再增强。如果CO₂浓度继续升高，光合作用不但不会增加，反而要下降，甚至引起植物CO₂中毒而影响植物正常的生长发育。
②植物的光合作用的最适CO₂浓度为0.1%，而空气中的CO₂浓度仅为0.03%，因此适当增加空气中CO₂浓度，可以提高光合作用速率。
要点诠释：
易错易混概念：CO₂ 补偿点和CO₂饱和点
植物光合作用吸收的CO₂与呼吸作用释放的CO₂相等时的CO₂ 浓度称为CO₂补偿点。
CO₂达到一定浓度后，光合作用强度就不再增加，这时的CO₂ 浓度称为CO₂的饱和点（见下图）

③农业生产启示
温室栽培植物时适当提高室内 CO₂的浓度，如放一定量的干冰或多施有机肥，使其吸收CO₂增多。
（3）温度对光合作用的影响
①温度直接影响光合作用中所需酶的活性，对光合作用的影响很大。在低温中，植物酶促反映速率下降，限制了光合作用的进化；在高温环境中，叶绿体和细胞质的结构会遭到破坏、叶绿体的酶反应钝化。
②低温会影响光合酶的活性，植物净化光合速率较低；较高温度使呼吸作用加强，净光合速率下降。
③最适温度：一般植物可在10℃ ～35℃正常地进行光合作用，其中以25℃ ～30℃最适宜，在35℃ 以上时光合作用开始下降，40℃ ～50℃时即完全停止。
④农业生产启示：适时播种；温室栽培植物时，白天适当提高温度，晚上适当降低温度。
要点四、 光合作用和呼吸作用的关系、化能合成作用
1、光合作用和呼吸作用的关系
2、光合作用和呼吸作用在[H]和ATP方面的比较
3、生物的代谢类型及化能合成作用
（1）新陈代谢类型：
新陈代谢类型
同化作用
异化作用
自养型
异养型
光合作用：绿色植物等
化能合成作用
人、动物、大部分细菌
需氧型（有氧呼吸型）：绝大多数生物
厌氧型（无氧呼吸型）：蛔虫、乳酸菌等
（2）土壤中硝化细菌的化能合成作用：
除了绿色植物，自然界中少数种类的细菌，虽然细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但是能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用，叫做化能合成作用，这些细菌也属于自养生物。例如，生活在土壤中的硝化细菌，不能利用光能，但是能将土壤中的氨（NH3）氧化成亚硝酸（HNO2），进而将亚硝酸氧化成硝酸（HNO3）。硝化细菌能够利用这两个化学反应中释放出的化学能，将二氧化碳和水合成为糖类，这些糖类可供硝化细菌维持自身的自命活动。硝化细菌化能合成反应式如下：

【典型例题】
类型一：文字题
例1、（2015海南高考）将一株生长正常的某种植物置于密闭的玻璃容器内，在适宜条件下光照培养。从照光开始，净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0．之后保持小变。在上述整个时间段内，玻璃容器内CO2浓度表现出的变化趋势是（ ）
A．降低至一定水平时再升高 B．降低至一定水平时保持不变
C．持续保持相对稳定状态 D．升高至一定水平时保持相对稳定
【答案】B
【解析】由题干信息可知，从照光开始，净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0的过程中，光合速率大于呼吸速率，植物需要不断从外界吸收CO2，因此玻璃容器内CO2浓度不断降低。在净光合速率为0且之后保持不变过程中，植物真光合速率等于呼吸速率，CO2浓度保持不变，B正确，A、C、D错误。
【总结升华】本题主要考查密闭容器中光合速率和呼吸速率的分析等相关知识。
【举一反三】：
【变式一】
下列关于叶肉细胞能量代谢的叙述中，正确的是（ ）
A．适宜光照下，叶绿体和线粒体合成ATP都需要O2
B．只要提供O2，线粒体就能为叶绿体提供CO2和ATP
C．无光条件下，线粒体和叶绿体都产生ATP
D．叶绿体和线粒体都有ATP合成酶，都能发生氧化还原反应
【答案】D
【变式二】
下列关于叶绿体和线粒体的比较的叙述，正确的是（ ）
A．叶绿体中可发生CO2→C3→C6H12O6，在线粒体中则会发生C6H12O6→C3→CO2
B．ATP和[H]在叶绿体中随水的分解而产生，在线粒体中随水的生成而产生
C．光能转变成化学能发生在叶绿体中，化学能转变成光能发生在线粒体中
D．都具有较大膜面积和复杂的酶系统，有利于新陈代谢高效而有序地进行
【答案】D
【变式三】
用18O标记的H2O浇灌植物，在光照充足的条件下，植物体内及周围空气中存在18O同位素的物质及其相应生理
过程的叙述中，不正确的是（ ）
A．植物周围的氧气中——光合作用的光反应
B．植物体内的二氧化碳中——有氧呼吸的第二阶段
C．植物周围的水蒸气中——植物的蒸腾作用
D．植物体内的有机物中——利用外界二氧化碳进行光合作用暗反应
【答案】D
类型二：图解题
例2、（2015安徽高考）下图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是（ ）
A．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能
B．CO2可直接被[H]还原．再经过一系列的变化形成糖类
C．被还原的C3在有关酶的催化作用下，可再形成C5
D．光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高
【答案】C
【解析】由图解可知，光反应产生的ATP和[H]参与C3的还原，而不参与CO2的固定，A项、B项错误；被还原的C3在有关酶的催化作用下一部分合成了（CH2O），另一部分又形成了C5，C项正确；光照强度变弱时，光反应产生的ATP和[H]减少，故短时间内C5含量会降低，D项错误。
【总结升华】本题主要考查的是光合作用的暗反应过程。
【举一反三】：
【变式一】
下图是绿色植物叶肉细胞中光合作用与有氧呼吸过程及其关系的图解，其中A~D表示相关过程，a~e表示有关物质，据图回答：
（1）图中b物质表示____________。
（2）A过程表示_______________，它为B过程提供了[d、e]_______________。
（3）C过程进行的主要场所是_____________。
（4）在利用塑料大棚栽培蔬菜时，如果遇到阴雨连绵的天气，可采取适当降低____的措施，抑制____（填字母）过程，以利于有机物的积累。
【答案】
（1）O2
（2）光反应 [H]、ATP
（3）线粒体
（4）温度 C、D
类型三：曲线题
例3、下图是夏季晴朗的白天，玉米和花生净光合速率（时间单位、单位叶面积吸收CO2的量）的变化曲线，下列叙述错误的是（ ）
A．在9：30~11：00之间，花生净光合率下降的原因是暗反应过程减缓
B．在11：00~12：30之间，花生的单位叶面积有机物积累量比玉米得多
C．在17：00时，玉米和花生的单位叶面积释放O2速率相同
D．在18：30时，玉米即能进行光反应，也能进行暗反应
【答案】B
【解析】从图中可知，在9:30—11:00之间，花生净光合速率下降，原因是CO2的不足，导致暗反应过程减慢；在11:00—12:30之间，花生的净光合速率低于玉米，因此花生的单位叶面积有机物积累量比玉米少。由于净光合速率可用单位叶面积释放O2速率表示，因此在17:00时，玉米与花生的净光合速率相等，即单位面积释放的O2速率相同。在18：30时，玉米净光合速率大于零，表明此时仍能进行光合作用，即光反应与暗反应都能进行。
【总结升华】本题考查光合作用强度及图像识别相关知识。
【举一反三】：
【变式一】
下图表示在一定范围内，不同环境因素与水稻叶片光合作用强度的关系，对其描述不正确的是（ ）
A．如果横坐标是CO2含量，则a为强光，b为弱光
B．如果横坐标是CO2含量，则a为红光，b为白光
C．如果横坐标是光照强度，a温度较适宜，b温度较低
D．如果横坐标是光照强度，a的CO2含量较高，b的CO2含量较低
【答案】B
【变式二】
下图所示叶面积指数与光合作用和呼吸作用的关系（叶面积指数是指单位土地面积上植物叶面积的数量。此值越大，表示植物叶片交错程度越大）。图中阴影部分表示的生理过程和森林合理开采的叶面积指数分别为（ ）
A．蒸腾作用失水量；6
B．光合作用积累有机物量；8
C．矿质元素的含量；8
D．呼吸作用消耗有机物量；6
【答案】D
【变式三】
如下图表示某植物光照强度与光和作用强度的关系，下列说法正确的是（ ）
A．O点的生物学含义是光合作用与细胞呼吸达到动态平衡
B．光照强度在a点以前，植物不能正常生活
C．a点以后，光照强度不再是光合作用的限制因素
D．此图不能表示值物光照强度与光合作用强度的关系
【答案】C时间、人物
实验
结论
实验特点
1771年，
英国人：普利斯特利
密闭玻璃罩+绿色植物+ 蜡烛 蜡烛 不易熄灭
小鼠 不易窒息死亡
植物可以更新空气
缺少空白对照
1779年，
荷兰人英格豪斯
同上
只有在阳光下照射和有绿叶时植物才可以更新空气
缺少空白对照
1845年，
德国人：梅耶
能量转换和守恒定律
光合作用时：光能
化学能
理论推理
1864年，
德国人：萨克斯
黑暗中饥饿处理的绿叶
一半曝光 碘蒸气 变蓝
一半遮光 碘蒸气 不变蓝
绿叶中光合作用产生淀粉
自身对照：
自变量：光照
因变量：颜色
1941年，美国人：
鲁宾和卡门
H218O＋CO2 植物 18O2
C18O2＋H2O 植物 O2
光合作用释放的氧气来自水
相互对照：
自变量：标记物质
因变量：O2的放射性
项目
光反应
暗反应
区
别
场所
类囊体囊状结构的薄膜上
叶绿体基质
条件
需色素、光、酶
不需色素、光，需要酶
物质变化
（1）水的光解
（2）ATP的生成
（1）CO2的固定
（2）C3的还原
能量变化
叶绿素将光能转化为活跃的化学能储存在ATP中。
ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。
两者联系
（1）光反应为暗反应提供ATP和还原剂[H]，暗反应为光反应提供ADP和Pi
（2）没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成。
总之，光反应是暗反应的物质和能量的准备阶段，暗反应是光反应的继续，是物质和能量转化的完成阶段。二者是光合作用全过程的两个阶段，是相辅相成的。
项目
烧杯
小圆形叶片
加富含CO₂的清水
光照强调
叶片浮起数量
甲
10片
20ml
强
多
乙
10片
20ml
中
中
丙
10片
20ml
弱
少
光合作用（以C3植物为例）
呼吸作用（以有氧呼吸为例）
相关细胞
叶肉细胞
所有生物细胞（哺乳动物成熟的红细胞除外）
相关细胞器
叶绿体
细胞质基质和线粒体
生物类型
自养生物绿色组织
自养生物和异养生物
实质
物质
无机物→有机物
有机物→无机物或不彻底氧化产物
能量
光能→活泼化学能→稳定化学能
稳定化学能→ATP中活泼化学能
反应阶段
光反应阶段、暗反应阶段
有氧呼吸分三个阶段
相关反应式
光反应：H2O→O2＋[H]（NADPH）
ADP＋Pi→ATP
一 C6H12O6→2C3H4O3＋4[H]＋Q
二. 2C3H4O3＋6H2O→6CO2＋20[H]＋Q
暗反应：CO2→2C3→C6H12O6＋H2O
三. 24[H] ＋6O2→12H2O ＋Q（大量）
总反应式
6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6H2O + 6O2
C6H12O6 + 6H2O + 6O26CO2 + 12H2O+ 能量
来源
去路
[H]
光合作用
光反应中水的光解
作为还原剂用于暗反应阶段中还原C3形成（CH2O）等
有氧呼吸
第一阶段从葡萄糖到丙酮酸及第二阶段丙酮酸和水分解产生
用于第三阶段还原O2产生H2O，同时释放大量
能量
ATP
光合作用
光反应阶段ATP合成所需能量来自色素吸收的太阳光能
用于暗反应阶段C3还原时能量之需，以稳定化
学能形式储存于有机物中。
有氧呼吸
第一、二、三阶段均产生，第三阶段产
生最多，能量来自有机物氧化分解
作为能量通货用于各项生命活动