第5章细胞的能量供应和利用
第4节能量之源——光与光合作用
二光合作用的原理和应用
学习目标
1.说明光合作用以及对它的认识过程。
2.说明光反应和暗反应过程及二者间的联系。
3.尝试研究影响光合作用速率的环境因素。
4.说出光合作用原理的应用。
学习过程
●导入新课
情景剧导入。
老李:王大哥,咱都种黄瓜,你家黄瓜和俺家黄瓜咋差别这么大呢?
老王:(洋洋得意的)大兄弟,种啥也得讲科学。
老李:(焦急的)种个大棚还讲啥科学啊?!你快说说你那科学!
老王:呵呵,这没什么奥妙!(胸有成竹的)要提高产量,除满足黄瓜对水肥的要求外,那就是还要控制好大棚内的温度、光照和CO2浓度,要满足黄瓜生长的最佳需求。
老李:(满脸疑惑的,扳着指头数)水肥、温度、光照、CO2浓度,这与产量有多大关系啊?!
老王:黄瓜产量大小的奥妙就在这其中啊,它的原理是什么,我给你说不清楚,建议你去专家课堂听听课——《光合作用的原理和应用》,听完后你就明白了!
●探究新知
探究一、光合作用的探究历程
[合作探究1]
阅读教材P101~102“光合作用的探究历程”文本以及“图5-13”,思考并回答下列问题。
(1)普利斯特利的实验能得出什么结论?后来科学家重复他的实验,发现有时候成功,有时候失败,失败的原因最可能是什么?英格豪斯得出的结论是什么?
(2)萨克斯的实验中,将绿叶先做黑暗处理的目的是什么?该实验的最终现象是什么?其证明了什么?
(3)鲁宾和卡门利用同位素标记法进行的实验——探究光合作用释放的O2来自CO2还是水。实验设计与操作如图所示,请分析作答:
①向甲组植物提供和;向乙组植物提供和。
②实验结果:甲组植物释放的O2A全部是,乙组植物释放的O2B全部是。
③实验结论:光合作用释放的O2来自。
(4)卡尔文的小球藻实验中,采用的实验方法是什么?得出了什么结论?这一途径叫什么?
[自主总结1]
光合作用的探究历程
(1)萨克斯实验表明,植物在条件下进行光合作用,产物除外还有。
(2)鲁宾和卡门的实验可以证明光合作用释放的O2来自。
(3)卡尔文的实验可以证明CO2中的碳转化成的碳。
探究二、光合作用的过程
[合作探究2]
阅读教材P103~104“光合作用的过程”文本,查看“图5-15光合作用过程的图解”,思考并回答下列问题。
(1)根据对光合作用探究历程的简要认识,请写出光合作用的原料、产物、场所和条件,并用化学反应式表示出来。
(2)光合作用的过程包括一系列化学反应。人们为了研究方便,根据是否需要,把光合作用全过程概括地分为反应和反应两个阶段。
(3)叶绿体光合色素吸收的光能,有两方面的用途:一是将水分解成和,其中的释放出去,而则被传递到叶绿体的中,参与阶段的化学反应;二是在有关酶的催化下,促使ADP和Pi形成,从而将转变为储存在中的化学能。
(4)光反应阶段的化学反应是在叶绿体的上进行的,所需要的条件有。该过程中发生的物质与能量的变化:
物质变化(写出反应式){
水的分解: ATP的合成:
能量变化(用文字与箭头表示):。
(5)在暗反应阶段,通过从外界吸收进来的CO2,首先与叶绿体内的结合,很快形成两个C3(三碳化合物)分子,这个过程叫;在有关的催化下,C3接受释放的能量并被还原。其中一部分C3经过一系列变化形成,另一部分C3则又重新形成C5,从而形成卡尔文循环。
(6)暗反应阶段的化学反应发生在,所需要的条件有,该阶段发生的物质和能量变化:
物质变化(写出反应式){
CO2固定: C3的还原:
能量变化(用文字与箭头表示):。
[自主总结2]
光合作用过程中,光反应和暗反应的比较:
光能
中的化学能中的化学能中的化学能
探究三、光合作用原理的应用
[合作探究3]
阅读教材P104~105“光合作用原理的应用”,回答下列问题。
影响光合作用强度的外界因素是什么?
探究四、化能合成作用
[自主学习]
阅读教材P105化能合成作用相关内容,完成以下填空。
(1)概念
利用体外环境中的某些氧化时所释放的能量来制造,这种合成作用叫作化能合成作用。
(2)实例
硝化细菌能利用氧化释放的化学能将合成为糖类,供自身利用。
(3)自养生物和异养生物
课时检测
1.光合作用光反应产生的物质有()
A.C6H12O6、[H]、ATP
B.[H]、CO2、ATP
C.[H]、O2、ATP
D.C6H12O6、CO2、H2O
2.光合作用包括光反应和暗反应两个阶段,下列属于暗反应所必需的物质是()
A.H2O、CO2、ADP
B.CO2、[H]、ATP
C.H2O、CO2、ATP
D.[H]、H2O、ADP
3.(2010·临沂高一检测)对光合作用过程中物质转变途径的叙述,错误的是()
A.碳原子:CO2C3(CH2O)
B.氢原子:H2O ATP(CH2O)
C.氧原子:H2O O2
D.氧原子:CO2C3(CH2O)
4.光合作用过程中,光所起的作用是()
①直接合成糖类②水的光解,产生[H]和氧气③还原CO2,合成糖类④将能量转
给ATP
A.①②
B.②③
C.①④
D.②④
5.在晴天中午,密闭的玻璃温室中栽培的玉米,即使温度及水分条件适宜,光合速率仍然较低,其主要原因是()
A.O2浓度过低
B.O2浓度过高
C.CO2浓度过低
D.CO2浓度过高
6.把一株绿色植物移到含C18O2的空气中,18O在植物体最早出现在()
A.C6H12O6
B.三碳化合物
C.H2O
D.丙酮酸
7.下列关于光合作用的叙述,错误的是()
A.光合作用产物中有O2
B.光反应不需要酶
C.光反应中有[H]和ATP产生
D.光合作用产生的O2来自水的分解
8.光合作用过程中能量的转变过程是()
A.光能→ADP中活跃的化学能→稳定的化学能
B.光能→叶绿体中活跃的化学能→稳定的化学能
C.光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
D.光能→稳定的化学能→活跃的化学能
9.下表为鲁宾和卡门利用同位素标记法研究光合作用的实验记录,据表判断甲、乙分别是()
A.甲、乙都为18O2
B.甲、乙都为O2
C.甲为18O2、乙为O2
D.甲为O2、乙为18O2
10.在最适宜的光照、水分、肥料、温度等条件下,为增加粮食产量应适当增加()
A.空气中的含氧量
B.空气中的含氮量
C.土壤中的含水量
D.空气中的CO2含量
11.如图所示为光反应、暗反应联系示意图,据图回答下列问题。
(1)填出图中字母所表示的物质:
a,b,c,d。
(2)光反应为暗反应提供了和。
(3)光合作用中的能量转变是:光能→→。
(4)如小麦在适宜条件下栽培,突然将d降至极低水平,则小麦叶片中的C3含量会突然减少,其原因是;若降低d的同时,又停止光照,则不会出现上述现象,其原因是。
参考答案
学习过程
●探究新知
[合作探究1]
(1)植物能更新空气;是在晚上进行的实验;植物在光下能更新空气。
(2)黑暗处理的目的是消耗掉叶中的淀粉等营养物质;叶遮光部分无颜色变化,而曝光部分呈现深蓝色;该实验能证明植物光合作用需要光照,更能证明光合作用的产物有淀粉。
(3)①含18O的CO2和不含18O的水含18O的水和不含18O的CO2
②O218O2
③水
(4)同位素标记法;CO2中碳在光合作用中转化成了有机物中的碳;卡尔文循环。
[自主总结1]
(1)光照O2淀粉
(2)水
(3)有机物
[合作探究2]
(1)光合作用的反应式(略)。
(2)光能光暗
(3)氧[H]O2[H]基质暗反应ATP光能ATP
(4)类囊体(的薄膜)光照、酶等2H2O→4[H]+O2
ADP+Pi+能量(光能)ATP光能→ATP与[H]中活跃的化学能
(5)气孔C5CO2的固定酶ATP[H]糖类
(6)叶绿体的基质中ATP、[H]、酶CO2+C52C32C3+[H](CH2O)+C5ATP中活跃的化学能→有机物中储存的化学能
[自主总结2]
①水的光解:2H2O→[H]+O2
②A TP的合成:ADP+Pi+能量(光能) ATP ①CO2的固定:CO2+C52C3
②C3的还原:2C3+[H] (CH2O)+C5
光能ATP、[H]中的化学能ATP中化学能葡萄糖中化学能
[合作探究3]
光照强弱、CO2浓度、温度是影响光合作用强度的三大环境因素。此外,矿质元素、含水量、叶龄等也影响着光合作用强度。
[自主学习]
(1)无机物有机物
(2)氨和亚硝酸水和CO2
(3)①无机物②有机物③绿色植物④硝化细菌⑤现成的有机物课时检测
1.C
2.B
3.B
4.D
5.C
6.B
7.B
8.C
9.D10.D
11.(1)O2ATP[H]CO2
(2)[H]ATP
(3)ATP中活跃的化学能糖类(有机物)中稳定的化学能
(4)缺乏形成C3的原料光反应受阻,缺乏[H]和ATP还原C3