1、高中生物高一必修一教学案第5章第3节第2课时光合作用的过程光合作用与农业第2课时光合作用的过程光合作用与农业1.光合作用的过程，可分为光反应和碳反应两个阶段。2光反应阶段是在叶绿体中的类囊体薄膜上进行的，其主要作用是捕获太阳光能，将光能转化为化学能，并分解水释放氧气。3碳反应阶段是在叶绿体内的基质中进行的，主要包括二氧化碳的固定、三碳化合物的还原和五碳化合物的再生等过程。4光反应是碳反应的物质和能量的准备阶段；碳反应是光反应的继续，是物质和能量转化的完成阶段。5光照强度、二氧化碳浓度、温度、矿质元素和水分等，都会影响光合作用速率。6延长光合作用的时间、增加光合作用的面积，可提高光合作用效率。光
2、合作用的过程自读教材夯基础1光合作用的概念绿色植物通过叶绿体，利用光能，把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光合作用的过程及场所光合作用包括两个阶段：第一阶段为光反应，场所为类囊体的薄膜上；第二阶段为为碳反应，场所为叶绿体基质。3光合作用过程中的有关化学反应(1)光反应阶段：水的光解：H2OO2NADPH。ATP的合成：ADPPi能量ATP。(2)碳反应阶段：CO2的固定：CO2C52C3。C3的还原：2C3(CH2O)C5。(3)光合作用的总反应式可写为：6CO212H2OC6H12O66O26H2O。跟随名师解疑难1过程图解2光合作用的总反应式及各元素去向关键一
3、点(1)光合作用总反应式两边的水不可轻易约去，因为反应物中的水是在光反应阶段消耗的，而产物中的水则是在碳反应阶段产生的。(2)催化光反应与碳反应的酶的分布场所不同，前者分布在类囊体薄膜上，后者分布在叶绿体基质中。1叶绿体是植物进行光合作用的场所。下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是()A叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内BH2O在光下分解为NADPH和O2的过程发生在基质中CCO2的固定过程发生在类囊体薄膜上D光合作用的产物淀粉是在基质中合成的解析：叶绿体中的色素主要分布在类囊体膜上；H2O在光下分解的过程也是在类囊体膜上进行的；CO2的固定和淀粉的合成发生在碳反应中，在叶绿体的基质中进行
4、。答案：D光反应和碳反应区别与联系自读教材夯基础光反应与碳反应的比较项目光反应(准备阶段)碳反应(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多种酶、NADPH、ATP、CO2、C5物质变化水的光解： 2H2O4NADPHO2ATP的形成：ADPPi能量ATPCO2的固定：CO2C52C3C3的还原：2C3(CH2O)能量变化光能转变成ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能转变成贮存在(CH2O)中的稳定的化学能相互联系光反应产物NADPH、ATP为碳反应提供还原剂和能量；碳反应产生的ADP、Pi为光反应形成ATP提供了原料跟随名师解疑难1光能在叶绿体中
5、的转换过程2光能转换中的重要物质(1)最初电子供体是少数处于特殊状态的叶绿素a；最终电子和氢供体H2O；最终电子和氢受体NADP；(2)NADPH既是能量(活跃化学能)的载体，也是还原剂；(3)NADPH、ATP和NADP、ADPPi将光、碳反应连接在一起；(4)NADPH、ATP由基粒类囊体膜基质；NADP、ADPPi由基质基粒类囊体膜；(5)光反应不仅需要有关酶，还需要色素，碳反应只要需酶。2光合作用包括光反应和碳反应两个阶段，下列参与碳反应必需的物质是()AH2O、CO2、ADP BCO2、NADPH、ATPCH2O、CO2、ATP DNADPH、H2O、ADP解析：光合作用碳反应过程包
6、括二氧化碳的固定(CO2C52C3)和C3的还原2C3(CH2O)，还原需要NADPH作为还原剂和酶的催化，并消耗能量(ATP分解)。答案：B光合作用的意义(1)光合作用是生命活动的直接或间接的能源。(2)光合作用保持大气中O2和CO2含量相对稳定。(3)光合作用对于生物进化具有重要作用。3生物界最基本的物质代谢和能量代谢是()A新陈代谢 B同化作用C异化作用 D光合作用解析：从物质转变和能量转化来看，光合作用是生物体物质代谢和能量代谢的基础，是最基本的物质代谢和能量代谢。答案：D影响光合作用的环境因素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
7、定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量表示。2影响因素(1)光照强度。(2)空气中的CO2浓度。(3)温度的高低。(4)矿质元素。(5)水分、O2等环境因素。 跟随名师解疑难1光合速率的表示方法(1)表示方法：通常以一定时间内CO2等原料的消耗或O2、(CH2O)等产物的生成量来定量表示。净光合速率，常用O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量来表示。真正光合速率即实际光合速率，常用O2产生量、CO2固定量或有机物的产生量来表示。(2)测定方法：呼吸速率：将植物置于黑暗中，测定容器内CO2的增加量、O2减少量或有机物减少量。净光合速率：将植物置于光下，测定容器中O2增加量、CO2减少量或有机物增
8、加量。(3)净光合速率和真正光合速率的关系：在不考虑光照强度对呼吸速率影响的情况下，OA段代表植物呼吸速率，OD段表示植物净光合速率，OAOD段表示真正光合速率，它们的关系为：真正光合速率净光合速率呼吸速率。2探究光照强度对光合作用强度的影响(1)实验流程：用注射器(内有清水、小圆形叶片)抽出叶片内气体(O2等)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 叶片全部沉到水底项目烧杯小圆形叶片加富含CO2的清水光照强度叶片浮起数量甲10片20 mL强多乙10片20 mL中中丙10片20 mL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(
9、小圆形叶片中产生的O2多，浮起的多)。(3)光合速率与光照强度的关系：图像(如下图)：曲线分析：A点，光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，其单位时间内释放的CO2量，可表示此时的细胞呼吸速率。AB段，表明随光照强度加强，光合作用逐渐加强，CO2的释放量逐渐减少，因为有一部分用于光合作用；到B点时，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合速率细胞呼吸速率，B点称为光补偿点(植物白天光照强度应在光补偿点以上，植物才能正常生长)。BC段，表明随着光照强度不断加强，光合速率不断增大，到C点以后不再加强了。C点为光饱和点。应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，如上图虚线所示。间作套种时农作物的种类
10、搭配、林带树种的配置、合理采伐、冬季温室栽培等都与光补偿点有关。3其他影响光合作用的因素(1)光合速率与温度的关系(如图甲)：曲线分析：光合作用是在酶的催化下进行的，温度直接影响酶的活性。AB段随温度的升高光合速率逐渐加强；至B点时达到最大；BC段表示随温度的升高，光合速率快速下降，直至光合作用完全停止。应用：冬天，温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培又可适当降低温度。白天适当提高温度，以提高光合速率；晚上适当降低温室的温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累。(2)光合速率与CO2浓度的关系(如图乙)：曲线分析：在一定范围内，植物光合速率随CO2浓度增大而加快；但达到一定浓度时，再增加C
11、O2浓度，光合速率也不再增加，甚至减弱(细胞呼吸受抑制)。应用：施用有机肥及采取其他措施，来提高大田或温室内CO2浓度。(3)光合速率与水分的关系：影响：水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。应用：根据作物的需水规律合理灌溉。(4)光合速率与必需元素供应的关系(如图丙)：曲线分析：在一定浓度范围内，增大必需元素的供应，可提高光合速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫。应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量。4番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶
12、片光合作用强度下降，原因是()A光反应强度升高，碳反应强度降低B光反应强度降低，碳反应强度降低C光反应强度不变，碳反应强度降低D光反应强度降低，碳反应强度不变解析：镁是构成叶绿素的重要成分，缺镁导致番茄幼苗不能合成叶绿素。叶绿素含量降低使光合作用的光反应强度降低；因光反应为碳反应提供NADPH和ATP，故光反应强度降低，其为碳反应提供的NADPH和ATP减少，碳反应的强度也降低。答案：B如何提高光合作用效率自读教材夯基础(1)间作、套种、延长单位土地面积上作物的光合作用时间。(2)合理密植有效增加单位土地面积上植物的绿色面积，充分利用光能。跟随名师解疑难提高光合作用效率的思路(1)环境因子对植
13、物光合作用并不是单独的发挥作用，而是综合作用。但各种因子的作用并不是同等重要的，其中起主要作用的因子为关键因子，因此在分析相关问题时，应抓关键因子。(2)环境因素不断变化，生产上根据不同地区、不同气候、不同作物的具体情况研究它们的变化规律，有针对性地采取不同的方法来促进作物的高产、稳产。5下图示某植物光合作用速率与环境因素之间的关系，请据图回答：(1)甲图表示在光照较弱的情况下，光合作用速率随_的增加成正比例增加，这种情况下，可以认为此时影响光合作用过程的是_阶段。(2)从甲图可见，光照强度超过某一强度时，光合作用速率不再增加，且有稳定发展的趋势，这种变化主要决定于_，此时光合作用的_阶段受到
14、限制。(3)乙图中C点表示光照强度为B时，植物生长的_，出现CD段的原因是_。(4)请在甲图中绘制50 时植物光合作用速率变化的曲线。(5)根据甲图，在乙图绘制光照强度为A时，不同温度下光合作用速率变化曲线。解析：光合作用速率受光照强度、温度、CO2浓度等影响，本题只研究了光照强度和温度对光合作用的影响，由甲图看出，光照弱时，光合速率随光照强度增加成直线上升，此时影响因素主要是光反应，而与温度无关。而当光照强度超过某一值时，温度又成了限制因子。由乙图看出，在50 时光合速率大于20 而小于30 ，可在甲图中相应画出即可，由甲图看出，在光照强度为A时，光合速率与温度变化无关，可在乙图相应画出。答
15、案：(1)光照强度光反应(2)温度碳反应(3)最适温度温度过高，酶活性降低，光合作用速率降低(4)如下图1：(5)如下图2：光合作用的过程例1在光照等适宜条件下，将培养在 CO2 浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片碳反应中C3化合物和 C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如图。回答问题：(1)图中物质A是_(填“C3化合物”或“C5化合物”)。(2)在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是_；将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是_。(3)若使该植物继续处于 CO2 浓度为0.003%的环境中，碳反应中C3化合物和C
16、5化合物浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的_(低、高)。(4)CO2 浓度为 0.003% 时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比 CO2 浓度为1%时的_(填“高”或“低”)，其原因是_。解析本题主要考查CO2浓度对光合作用的影响以及C3化合物、C5化合物含量的变化，意在考查应用分析能力。(1)CO2浓度降低时，C3化合物的产生减少而消耗不变，故C3化合物的含量降低，与物质A的变化趋势一致；而C5化合物的产生不变却消耗减少，故C5化合物的含量增加，与物质B的变化趋势一致。(2)在正常情况下，1 mol CO2与1 mol C5化合物结合形成2 mol C3，即C3化合物的分子数是C5化
17、合物的2倍。CO2浓度迅速下降后，C5化合物的产生不变却消耗减少，故C5化合物的浓度升高。(3)在达到相对稳定时，C3化合物的含量是C5化合物含量的2倍。(4)CO2 浓度较低时，碳反应强度低，需要的NADPH和ATP的量少，故在较低的光照强度时就能达到此CO2浓度时的最大光合速率。答案(1)C3化合物(2)碳反应速率在该环境中已达到稳定，即C3化合物和C5化合物的含量稳定根据碳反应的特点，此时C3化合物的分子数是C5化合物的2倍当CO2浓度突然降低时，C5化合物的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致C5化合物积累(3)高(4)低CO2 浓度低时，碳反应强度低，所需ATP和NADPH少归纳拓展当
18、外界因素中的光照强度、CO2浓度骤然变化时，短时间内将直接影响光合作用过程中C3、C5、NADPH、ATP及糖类的变化，进而影响叶肉细胞中这些物质的含量：当光照强度减弱、CO2供应不变：由于光反应减弱，NADPH、ATP减少；又由于碳反应中CO2的固定仍正常进行，但C3的还原减弱，因此C3含量上升、C5含量下降，糖类合成减少。反之，当光照强度增强、CO2供应不变时，各种物质量的变化与上述相反。当光照强度不变、CO2供应减少：光反应不变，由于碳反应中CO2的固定减弱，但C3的还原仍正常进行，因此C3含量下降、C5含量上升，NADPH、ATP相对增加，糖类合成减少。反之，当光照强度不变、CO2供应
19、增加时，各种物质量的变化与上述相反。1下图是一晴朗夏日某植物光合作用强度随时间变化的曲线图，C点与B点相比较，叶肉细胞内的C3、C5、ATP和NADPH的含量发生的变化依次是()A升、升、升、升 B降、降、降、降C降、升、升、升 D升、升、降、降解析：光反应和碳反应中C3、C5、ATP、ADP四种物质与CO2之间的关系如图所示：C点与B点相比由于气温升高，气孔关闭，CO2的吸收量减少，导致叶肉细胞内C3的含量减少(短时间内C3的生成量减少，而被还原消耗的C3的量不变)，C5的含量增多(短时间内C5的生成量不变，而与CO2结合消耗的C5的量减少)，ATP和NADPH的含量增多(短时间内ATP和N
20、ADPH的生成量不变，而还原过程中消耗掉的ATP和NADPH的量减少)。答案：C影响光合作用的因素及应用例2将长势相同、数量相等的甲、乙两个品种的大豆幼苗分别置于两个相同的密闭透明玻璃罩内，在光照、温度等相同且适宜的条件下培养，定时测定玻璃罩内的CO2含量，结果如下图。据图回答：(1)025 min期间，影响甲品种大豆幼苗光合作用强度的主要因素是_含量。(2)乙植株比甲植株固定CO2的能力_。(3)015 min期间植株释放O2速率的变化趋势是_。(4)3045 min期间两个玻璃罩内CO2含量相对稳定的原因是_。解析由曲线可知，025 min期间，密闭透明玻璃罩内的CO2含量逐渐减少，导致曲
21、线下降的趋势减缓，光合作用强度逐渐减弱，故该时间段内影响甲品种大豆幼苗光合作用强度的主要因素是CO2含量；从两个装置内CO2可以达到的最低值来看，最终乙品种所在装置内CO2含量更低，即乙植株比甲植株固定CO2的能力强；015 min期间植株吸收CO2的速率在减慢，说明光合作用强度在减弱，释放O2速率也在减慢；3045 min期间两个玻璃罩内CO2含量相对稳定的原因是呼吸速率与光合速率相等。答案(1)CO2(2)强(3)减慢(4)植物呼吸作用释放CO2的量与其光合作用消耗CO2的量相等(或呼吸速率与光合速率相等)规律方法 解答坐标曲线类题目的方法 解此类题：第一：明晰坐标含义，用变量的观点分析坐
22、标，一般是横坐标为自变量，纵坐标为因变量，因变量随自变量的变化而变化，同时看清两坐标的单位；第二：找点析线，曲线中往往有许多“点”，起点、拐点、落点等，分析这些点的含义，有助于解题，而考题也大多落在这些点的含义分析上。2农科所技术员研究温度对某蔬菜新品种产量的影响，将实验结果绘制成下图所示曲线。据此提出以下结论，你认为合理的是()A光合作用酶的最适温度高于细胞呼吸酶的最适温度B阴影部分表示5 35 时蔬菜的净光合速率小于零C光照越强，该蔬菜新品种的产量越高D温室栽培该蔬菜时温度最好控制在25 30 解析：由图可知阴影部分表示净光合作用，0 5 和大于35 时，净光合速率小于零；光合酶最适温度低
23、于呼吸酶的最适温度；温室栽培应为净光合率最高的范围。答案：D1.探究光合作用中物质变化过程。2.探究影响光合作用的因素。3.光合速率的测定。 典例剖析下图甲为测定光合作用速率的装置，在密封的试管内放一新鲜叶片和CO2缓冲液，试管内气体体积的变化可根据毛细刻度管内红色液滴的移动距离测得。在不同强度的光照条件下，测得的气体体积如图乙所示。(1)标记实验开始时毛细刻度管中红色液滴所在位置。实验时，试管内变化的气体是_。(2)若此时图甲植物光照强度为15千勒克司，则1小时光合作用产生的气体量为_毫升。若此时植物叶片的呼吸熵(CO2/O2)为0.8(呼吸时产生的CO2和消耗的O2的比值)，那么植物光合作
24、用除自身呼吸提供的CO2外，植物还需从外界吸收CO2_毫升。(3)为了防止无关因子对实验结果的干扰，本实验还应设置对照实验，对照组实验装置与实验组实验装置的区别是_。如果对照组在相同光照条件下，毛细刻度管中的红色液滴较实验组向右移了5毫升，其原因是_。(4)如果将试管中的CO2缓冲液改为无菌水，则实验测得的数据指标是_值。解析本题考查细胞呼吸和光合作用的实验探究，明确“红色液滴移动”的实质是正确解题的关键。由于图甲中存在CO2缓冲液，所以在不同光照强度下，液滴位置改变的本质是O2的消耗和释放。光合作用产生O2的气体量应包括积累量和叶片消耗量(15050200)，同时，净产生的O2量等于净消耗的
25、CO2量(2000.850160)；设置对照时可将新鲜叶片改为经消毒的死叶片；除叶片本身会影响实验外，环境因素也可能影响实验结果。若改缓冲液为无菌水，因无CO2不能进行光合作用，但细胞呼吸仍然进行，所以测得值为释放的CO2与吸收O2量的差。答案(1)O2(2)200160(3)新鲜叶片改为经消毒的死叶片环境因素(如温度变化等)对实验的影响(4)释放的CO2与吸收O2量的差 归纳拓展光合速率的测定方法(1)NaHCO3溶液作用：玻璃瓶中的NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，满足了绿色植物光合作用的需求。(2)植物光合速率指标：植物光合作用释放氧气，使容器内气体压强增大，毛细管内的水滴右
26、移。单位时间内水滴右移的体积即是光合速率。(3)条件：整个装置必须在光下，光是植物进行光合作用的条件。(满分50分时间20分钟)一、选择题(每小题4分，共24分)1用含18O的水浇灌植物，经光照后，18O可最先发现于()A生成的葡萄糖中 B生成的淀粉中C合成的蛋白质中 D周围的空气中解析：植物通过蒸腾作用水分进入空气，所以在周围的空气中会发现18O。答案：D2科学家研究小麦20 时光合作用强度与光照强度的关系，得到如右图所示曲线，下列有关叙述不正确的是()A随着环境温度的升高，cd段位置不断上移Ba点时叶肉细胞产生ATP的细胞器只有线粒体C其他条件适宜，当植物少量缺Mg时，b点将向右移动D外界
27、条件均适宜时，c点之后小麦光合作用强度不再增加可能与叶绿体中酶的数量有关解析：b点表示光合作用过程消耗的CO2等于呼吸作用于产生的CO2的量，当温度升高，缺Mg时，b点右移。cd段表示CO2的净吸收量，温度升高后，在光合作用达最适温度前CO2净吸收量会有所增加，但不会不断上移，所以A项错误。答案：A3叶绿体中，ATP、ADP的运动方向是()AATP和ADP同时由叶绿体基质向类囊体薄膜上运动BATP和ADP同时由类囊体薄膜向叶绿体基质运动CATP由叶绿体基质向类囊体薄膜运动，ADP则向相反方向运动DADP由叶绿体基质向类囊体薄膜运动，ATP则向相反方向运动解析：光反应阶段，色素吸收光能并转化为化
28、学能，使ADP转化ATP，该变化发生在类囊体薄膜上；而消耗ATP的碳反应阶段则在叶绿体基质中进行，所以ADP由叶绿体基质向类囊体薄膜运动，ATP则向相反方向运动。答案：D4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()AO2浓度过低 BO2浓度过高CCO2浓度过低 DCO2浓度过高解析：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，随着光合作用的进行，消耗了大量的CO2，引起碳反应的原料不足，致使光合速率仍然较低。答案：C5在正常条件下进行光合作用的某植物，当突然改变某条件后，即可发现其叶肉细胞内五碳化合物含量突然上升，则改变的条件是()A停止光照B停止光照并降低二氧化碳浓度C升高二氧化碳浓度D降低二氧化碳浓度解析：二氧化碳是碳反应
