高中生物第三章细胞的代谢第五节第2课时光反应和碳反应、光照对光合作用的影响教案浙科版必修1

第2课时 光反应和碳反应、光照对光合作用的影响 知识内容 学考要求 选考要求 光反应和碳反应的过程 b b 环境因素对光合速率的影响 c 活动：探究环境因素对光合作用的影响 c c

学习导航 (1)概述光反应和碳反应的过程以及二者的联系。(2)活动：探究环境因素对光合作用的影响”，概述各种环境的作用机理。

方式一 复习叶绿体的结构后，教师提出在叶绿体这个细胞器上是如何完成光合作用这样一个看似简单的氧化还原反应的呢？叶绿体中的色素在光合作用过程中有没有作用？有何作用？光如何起作用？物质如何转变？能量为何这么转变？……带着这些问题：我们一起来学习光合作用的过程。 方式二 通过前面的学习我们知道，叶绿体是植物进行光合作用的场所。叶绿体之所以有此功能，这与它的结构是密不可分的。根据下面有关叶绿体的知识来回答几个问题。 (1)叶绿体是植物进行光合作用的场所，你知道叶绿体的形态和结构吗？ (2)叶绿体中的色素存在于什么部位？它的功能是什么？ (3)与光合作用有关的酶存在于叶绿体的哪些部位？光反应和碳反应是如何进行的？

一、光反应和碳反应 1．光反应 (1)过程 ①光能被吸收并转化为ATP和NADPH中的化学能。 ②水在光下裂解为H＋、O2和电子。 ③水中的氢(H＋＋e－)在光下将NADP＋还原为NADPH。 (2)场所：类囊体膜中。 (3)反应物：H2O、ADP、Pi、NADP＋等。 (4)生成物：O2、NADPH、ATP等。 (5)条件：色素、光、酶。 (6)能量变化：光能→ATP与NADPH中的化学能。 2．碳反应 (1)过程 ①CO2的固定：CO2＋RuBP→2三碳酸分子。

②2三碳酸分子――→还原2三碳糖。 (2)场所：叶绿体基质。 (3)反应物：CO2、ATP、NADPH等。 (4)产物：三碳糖 (5)能量变化：ATP、NADPH中的化学能―→三碳糖中的化学能。 3．联系：光反应为碳反应提供NADPH、ATP，碳反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，如图所示。

归纳总结 光反应与碳反应的比较 比较项目 光反应 碳反应 场所 类囊体膜 叶绿体基质 时间 短促，以微秒计 较缓慢 条件 光、色素、酶、水 多种酶、CO2、NADPH、ATP

过程 利用光能使水光解产生O2，同时产生ATP和NADPH 将CO2还原为糖的一系列反应

物质变化 ①水的光解：H2O――→光叶绿体2H＋＋2e－＋12O2

②ATP的合成：ADP＋Pi＋能量――→酶ATP ③NADPH的合成：NADP＋＋H＋＋2e－――→酶

NADPH

①CO2的固定：CO2＋RuBP――→酶2个三碳酸分子 ②三碳酸分子的还原：

2个三碳酸分子――――――→ATP、NADPH酶2个三碳糖 ③RuBP的再生：三碳糖――→酶RuBP 能量变化 光能―→ATP、NADPH中活跃的化学能 活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能 完成标志 O2释放、ATP和NADPH的生成 糖类等有机物的生成

联系 光反应能为碳反应提供ATP、NADPH、碳反应为光反应提供ADP、Pi、NADP＋。二者紧密联系，缺一不可 示意图 例1 (2018·绍兴3月模拟)如图为光合作用的过程示意图，①②表示光合作用的场所，a、b和c表示物质。

请回答下列问题： (1)①的名称是________，其膜上含镁的色素主要吸收________光。 (2)水在光下裂解，除图中所示的产物外，还有________，这些物质会被________接受，其在卡尔文循环中将CO2还原为________，此过程中还伴随着________的贮存。 (3)在供给C18O2极短时间后，除了糖类物质含有18O以外，从另一种光合产物________中也应当能够检测到18O。 答案 (1)类囊体 红光和蓝紫 (2)H＋和电子 NADP＋ 糖(或三碳糖或三碳糖磷酸) 能量 (3)水 解析 (1)①中进行的是光反应，场所是类囊体，其膜上含镁的色素是叶绿素，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。(2)水的光解产物有氧气、H＋和电子，H＋和电子会被NADP＋接受，形成NADPH，其在三碳酸分子还原过程中供能和作为还原剂，将三碳酸分子还原为三碳糖磷酸，此过程中

还伴随着能量的贮存。(3)在供给C18O2极短时间后18O的走向为：C18O2―――――――→二氧化碳固定三碳酸分子――――――――→三碳酸分子还原三碳糖和H182O(碳反应阶段有水产生)。 思维启迪 对光反应与碳反应的认识 (1)光合作用中光反应和碳反应不是独立的两个阶段，而是息息相关的两个过程，没有光反应，碳反应也无法进行。 (2)光合作用的场所在真核生物中一定为叶绿体，在原核生物中主要为质膜。 (3)碳反应所需要的ATP仅来自光反应，而不能由细胞呼吸提供。 (4)光合作用中，ATP提供能量和磷酸基团；NADPH提供能量和作为还原剂，也是氢的载体，提供氢。 (5)三碳糖或五碳糖(RuBP)组成元素中含有磷。 (6)CO2中的C进入三碳酸分子但不进入RuBP，最后进入三碳糖，RuBP中的C不进入三碳糖，可以通过同位素示踪实验证明。 例2 (2017·浙江超级全能生模拟)下图为类囊体膜的部分结构和生理功能示意图。请据图回答相关问题：

(1)叶绿体内的很多类囊体堆叠起来的结构称为______。 (2)类囊体膜是植物进行________的场所，其上的色素吸收光能，并将光能转化为________，贮存在NADPH和________中。 (3)a物质是________，是水的裂解产物，经过一系列膜蛋白的传递后被NADP＋接受，NADP＋同时还接受1个H＋形成NADPH，NADPH在三碳酸分子的还原过程中提供____________。若撤离光照，短时间内叶绿体中的RuBP含量将________。 答案 (1)基粒 (2)光反应 化学能 ATP (3)电子 能量和氢 下降 解析 叶绿体内的许多类囊体堆叠起来形成基粒。类囊体膜上的色素能够吸收光能，在光反应阶段水被裂解为H＋、O2、电子，其中H＋、电子将NADP＋还原为NADPH，同时将光能转化为化学能贮存在ATP和NADPH中。在碳反应阶段，NADPH为三碳酸分子的还原提供能量和氢。若在光合作用过程中突然撤离光照，短时间内，三碳酸分子还原产生的RuBP减少，而RuBP与二氧化碳产生三碳酸分子正常进行，则叶绿体中的RuBP含量将下降。 拓展提升 光照和CO2浓度变化对光合作用物质含量变化的影响 由于各种因素的变化，如温度变化、光强度变化、CO2浓度变化会影响三碳酸分子、RuBP、NADPH、ATP、三碳糖这些物质的含量，根据化学平衡原理分析，可以获得它们之间变化的关系。如下表：

项目 光照变强、CO2不变 光照变弱、CO2不变 光照不变、CO2增多 光照不变、CO2

减少

三碳酸分子 ↓ ↑ ↑ ↓ RuBP ↑ ↓ ↓ ↑ ATP ↑ ↓ ↓ ↑ 三碳糖 ↑ ↓ ↑ ↓ NADPH ↑ ↓ ↓ ↑ 注：此表只是对变化短时间内各物质的相对量的变化作讨论，而不是长时间，其中“↑”代表上升，“↓”代表下降 二、环境因素对光合速率的影响 1．光合速率(光合强度) (1)含义：一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行多少光合作用(如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳)。 (2)表示方法：产生氧气量/单位时间或消耗二氧化碳量/单位时间。 2．影响光合速率的因素 (1)光强度：在一定范围内，光合速率随光强度的增加而增加；当光强度升高到一定数值后，光强度再增加，光合速率也不会增加，此时的光强度称为光饱和点。 (2)温度：每种植物光合作用都有一个最适温度。低于该温度，随着温度升高，光合速率加快；超过该温度，酶的活性减弱或丧失。 (3)二氧化碳浓度：一定范围内，空气中二氧化碳浓度的增加会使光合速率加快。 (4)矿质元素：缺少N会影响酶的合成，缺少P会影响ATP的合成；缺少Mg会影响叶绿素的合成。 特别提醒 光强度对光合速率的影响

①各点含义 A点：光强度为零，只进行细胞呼吸。 B点：光合速率等于呼吸速率，为光补偿点。 C点：是光合作用达到最大值时所需要的最小光强度，即光饱和点。 ②表观光合速率和真正光合速率的关系 真正光合速率＝表观光合速率＋呼吸速率。 3．探究光强度对光合作用的影响 (1)实验假设：一定范围内，光合速率随光强度的增加而增强。 (2)实验过程 ①组装下图装置三套，编号为甲、乙、丙； ②分别向三支试管内加入等量的小球藻和5%的NaHCO3溶液； ③记录有色液滴的起始位置； ④取三只100W灯泡，分别置于距甲、乙、丙10cm、20cm、50cm处，一段时间后，记录液滴位置。 (3)变量分析 ①自变量：光强度，通过100W灯泡距实验装置的距离远近控制。 ②因变量：光合速率，通过单位时间内O2的释放量测定，以单位时间内有色液滴的移动距离作为检测指标。 ③无关变量：各组实验植物(如金鱼藻、小球藻)的数量相同，温度、CO2浓度相同。 (4)实验拓展 ①设置温度作为自变量 用上述装置探究温度对光合速率的影响，可通过将试管分别置于装有不同温度水的烧杯中控制自变量——温度； ②设置CO2浓度作为自变量 用上述装置探究CO2浓度对光合作用的影响，可通过往试管内分别加入不同浓度的NaHCO3溶液来控制自变量——CO2浓度。 例3 图甲表示植物光合作用中的光反应，其中数字表示物质，a和b表示结构。图乙为“探究环境因素对光合作用的影响”的实验装置，广口瓶中装有碳酸氢钠溶液以维持溶液中CO2

浓度。请回答下列问题(说明：题中“[ ]”填数字或字母，“________”填文字)：

(1)叶片中的光合色素存在于图甲中的[ ]________上。“光合色素的提取与分离”实验中，加入________液使光合色素在滤纸上分离，其中扩散的最快的色素是________。 (2)图甲中，水中的氢转移到[ ]________(物质)中，该物质在卡尔文循环中的作用是________________________________________________________________________。 (3)某研究小组利用图乙装置探究不同波长的光对黑藻光合作用的影响。光合作用速率常用图甲中[ ]________的相对释放量表示，其释放量可依据图乙中________________________估算。 答案 (1)b 类囊体膜 层析 胡萝卜素 (2)② NADPH 提供氢和能量 (3)① O2 量筒中收集的液体体积 解析 (1)叶片中的光合色素存在于图甲中的[b]类囊体膜上。分离光合色素的方法是纸层析