生物第五章 细胞的能量供应和利用 5.4 能量之源—光与光合作用（2）（光合作用的探究历程及其过程） 新人教版必修1

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1、第十八课时能量之源第十八课时能量之源光与光合作用光与光合作用(2) (光合作用的探究历程及其过程光合作用的探究历程及其过程) 考点一光合作用的探究历程考点一光合作用的探究历程 【基础知识整合基础知识整合】 1直到直到18世纪中期，人们一直以为只有土壤中的水分世纪中期，人们一直以为只有土壤中的水分是植物建造自身的原料。是植物建造自身的原料。21771年，英国的普利斯特利的实验证实：植物可以年，英国的普利斯特利的实验证实：植物可以更新因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸而变得污浊的空气。更新因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸而变得污浊的空气。31779年，荷兰的英格豪斯证明了阳光和绿叶在更新年，荷兰的英格豪斯证明了阳光和绿

2、叶在更新空气中不可缺少。空气中不可缺少。41785年，随着空气组成成分的发现，人们才明确绿年，随着空气组成成分的发现，人们才明确绿叶在光下放出的气体是叶在光下放出的气体是 ，吸收的是，吸收的是 。O2CO251864年，德国的萨克斯的实验证实了光合作用的产物年，德国的萨克斯的实验证实了光合作用的产物除氧气外还有除氧气外还有 。61939年，美国的鲁宾和卡门利用年，美国的鲁宾和卡门利用 法证法证明了明了 。720世纪世纪40年代，美国的卡尔文，利用年代，美国的卡尔文，利用 技技术最终探明了术最终探明了 在光合作用中转化成在光合作用中转化成 碳的途径。碳的途径。淀粉淀粉 同位素标记同位素标记 光合

3、作用释放的氧气来自水光合作用释放的氧气来自水同位素标记同位素标记 CO2中的碳中的碳 有机物中有机物中 【知识拓展知识拓展】 1普利斯特利的实验普利斯特利的实验(1)实验过程及现象实验过程及现象(2)实验分析实验分析缺少空白对照，实验结果说服力不强，应将点燃的缺少空白对照，实验结果说服力不强，应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于玻璃罩内，作为空白对照。蜡烛和小鼠分别单独置于玻璃罩内，作为空白对照。没有认识到光在植物更新空气中的作用，而将空气没有认识到光在植物更新空气中的作用，而将空气的更新归因于植物的生长。的更新归因于植物的生长。限于当时科学发展水平的限制，没有明确植物更新限于当时科学发展水平的限

4、制，没有明确植物更新气体的成分。气体的成分。2萨克斯的实验萨克斯的实验(1)实验过程及现象实验过程及现象(2)实验分析实验分析设置了自身对照，自变量为照光和遮光，因变量是颜设置了自身对照，自变量为照光和遮光，因变量是颜色变化色变化(有无淀粉生成有无淀粉生成)。实验的关键是饥饿处理，以使叶片中的营养物质实验的关键是饥饿处理，以使叶片中的营养物质(淀粉淀粉)消耗掉，增强了实验的说服力。为了使实验结果更明显，消耗掉，增强了实验的说服力。为了使实验结果更明显，在用碘处理之前应用热酒精对叶片进行脱绿处理。在用碘处理之前应用热酒精对叶片进行脱绿处理。本实验除证明了光合作用的产物有淀粉外，还证明了本实验除证

5、明了光合作用的产物有淀粉外，还证明了光是光合作用的必要条件。光是光合作用的必要条件。3鲁宾和卡门的实验鲁宾和卡门的实验(1)实验过程及结论实验过程及结论光合作用释放的光合作用释放的O2全部来自水。全部来自水。(2)实验分析实验分析设置了对照实验，自变量是标记物质设置了对照实验，自变量是标记物质(H218O和和C18O2)，因，因变量是变量是O2的放射性。的放射性。应用指南：应用指南：1.应用普利斯特利的实验装置和萨克斯的实验应用普利斯特利的实验装置和萨克斯的实验处理方法可以验证处理方法可以验证CO2是光合作用必需的原料，在实验时应是光合作用必需的原料，在实验时应注意要将植物在暗处处理几小时，消

6、耗掉叶片中的营养物注意要将植物在暗处处理几小时，消耗掉叶片中的营养物质质(淀粉淀粉)。2应用鲁宾和卡门的同位素标记法可以追踪应用鲁宾和卡门的同位素标记法可以追踪CO2和和H2O中的中的C、H、O等元素在光合作用中的转移途径。等元素在光合作用中的转移途径。考点二光合作用的过程考点二光合作用的过程 【基础知识整合基础知识整合】 1光反应光反应(1)场所：叶绿体场所：叶绿体 。(2)条件：条件： 、 、酶等。、酶等。(3)物质变化：叶绿体利用吸收的光能，将水分解成物质变化：叶绿体利用吸收的光能，将水分解成 ，同时促成，同时促成ADP和和Pi发生化学反应，形成发生化学反应，形成 。(4)能量变化：光能

7、转变为能量变化：光能转变为 。囊状结构薄膜上囊状结构薄膜上光光色素色素O2和和HATPATP中活跃的化学能中活跃的化学能2暗反应暗反应(1)场所：叶绿体的场所：叶绿体的 中。中。(2)条件：条件： 参加催化。参加催化。(3)物质变化：物质变化：CO2的固定：的固定：CO2与植物体内的与植物体内的 结合，形结合，形成成 。C3的还原：在有关酶的催化作用下，的还原：在有关酶的催化作用下，C3接受接受 释放的能量并且被释放的能量并且被 还原，经过一系列的还原，经过一系列的变化，形成变化，形成 或或C5。(4)能量变化：能量变化：ATP中活跃的化学能转变为中活跃的化学能转变为 。基质基质多种酶多种酶C

8、5C3ATPH糖类糖类 糖类等有机糖类等有机物中稳定的化学能物中稳定的化学能【知识拓展知识拓展】 光合作用过程分析光合作用过程分析1光合作用过程图解光合作用过程图解3光照和光照和CO2浓度变化对植物细胞内浓度变化对植物细胞内C3、C5、H、ATP和和O2及及(CH2O)合成量的影响合成量的影响【典例精析典例精析】 【例例】(2011新课标新课标)在光照等适宜条件下，将培养在在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为浓度为1%环境中的某植物迅速转移到环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中的环境中，其叶片暗反应中C3和和C5化合物微摩化合物微摩尔浓度的变化趋势

9、如下图。尔浓度的变化趋势如下图。回答问题：回答问题：(1)图中物质图中物质A是是 (C3化合物、化合物、C5化合物化合物)。(2)在在CO2浓度为浓度为1%的环境中，物质的环境中，物质B的浓度比的浓度比A的低，的低，原因是原因是 ；将；将CO2浓度从浓度从1%迅速降低迅速降低到到0.003%后，物质后，物质B浓度升高的原因是浓度升高的原因是 。C3化合物化合物 暗反应速率在该环境中已达到稳定，即暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和和C5化化合物的含量稳定。根据暗反应的特点，此时合物的含量稳定。根据暗反应的特点，此时C3化合物的化合物的分子数是分子数是C5化合物的化合物的2倍倍 当当CO2浓

10、度突浓度突然降低时，然降低时，C5化合物的合成速率不变，消耗速率却减慢，化合物的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致导致C5化合物积累化合物积累(3)若使该植物继续处于若使该植物继续处于CO2浓度为浓度为0.003%的环境中，暗的环境中，暗反应中反应中C3和和C5化合物浓度达到稳定时，物质化合物浓度达到稳定时，物质A的浓度将比的浓度将比B的的 (低、高低、高)。(4)CO2浓度为浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比的光照强度比CO2浓度为浓度为1%时的时的 (高、低高、低)，其原因，其原因是是 。高高低低CO2浓度低时，暗反应的强度低，所需浓

11、度低时，暗反应的强度低，所需ATP和和H少少【考查类型考查类型】本题主要考查光合作用过程中本题主要考查光合作用过程中C3、C5含量含量的关系及在的关系及在CO2浓度改变时浓度改变时C3和和C5的变化规律。的变化规律。【解析解析】(1)由图可以看出，当由图可以看出，当CO2浓度由浓度由1%降低到降低到0.003%时，在短时间内，暗反应中发生的反应是时，在短时间内，暗反应中发生的反应是CO2C52C3，所以，所以CO2浓度降低时，浓度降低时，C3含量降低，故物质含量降低，故物质A是是C3。(2)在在CO2浓度为浓度为1%时，由于时，由于CO2 C52C3，一个，一个C5生生成两个成两个C3，所以，

12、所以C3是是C5的两倍，故物质的两倍，故物质B浓度比浓度比A浓度低浓度低。当。当CO2浓度从浓度从1%降到降到0.003%时，时，CO2浓度降低，但是浓度降低，但是C5化合物的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致化合物的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致C5的积的积累。累。 (3)CO2浓度为浓度为0.003%时，时，C3和和C5化合物的浓度保持稳化合物的浓度保持稳定后，暗反应保持稳定，此时仍根据暗反应中定后，暗反应保持稳定，此时仍根据暗反应中CO2的固的固定的反应式确定，定的反应式确定，C3化合物的量应是化合物的量应是C5化合物的量的化合物的量的2倍。倍。故持续处于故持续处于CO2浓度为浓度为

13、0.003%时，时，A浓度比浓度比B浓度高。浓度高。(4)CO2浓度低时，意味着暗反应强度降低，所需要的浓度低时，意味着暗反应强度降低，所需要的ATP及及H少。少。【方法归纳方法归纳】凡是涉及到光照和凡是涉及到光照和CO2浓度突然改变对植浓度突然改变对植物细胞内物细胞内C3、C5、H、ATP和和O2及及(CH2O)合成量的影响合成量的影响的题目，一定要既考虑来源，又考虑去路。光合作用达的题目，一定要既考虑来源，又考虑去路。光合作用达到稳定状态时不管条件怎么样，到稳定状态时不管条件怎么样，C3、C5的相对含量是一的相对含量是一样的。样的。课时练习十九一、选择题一、选择题(每小题只有一个正确选项每

14、小题只有一个正确选项)1普里斯特利把一只小白鼠和一盆植物一同放到一个玻普里斯特利把一只小白鼠和一盆植物一同放到一个玻璃罩内，结果小白鼠和植物都能存活很长时间。但后来有璃罩内，结果小白鼠和植物都能存活很长时间。但后来有人重复这个实验，却有的能成功，有的不能成功。以下关人重复这个实验，却有的能成功，有的不能成功。以下关于这一现象的说法，不正确的是于这一现象的说法，不正确的是( )A该实验并不科学，没有可重复性该实验并不科学，没有可重复性B该实验的成功与否，要看是否将装置置于阳光下该实验的成功与否，要看是否将装置置于阳光下C该实验说明光合作用释放的氧气与小白鼠需要的氧达该实验说明光合作用释放的氧气与

15、小白鼠需要的氧达到了平衡到了平衡D该实验说明光合作用需要的该实验说明光合作用需要的CO2与小白鼠呼出的与小白鼠呼出的CO2达到了平衡达到了平衡A2下图表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量下图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，以下相关比较不正确的是段时间后，以下相关比较不正确的是( ) CAY2的质量大于的质量大于Y3的质量的质量B中小球藻的质量大于中小球藻的质量大于中小球藻的质量中小球藻的质量C中水的质量大于中水的质量大于中水的质量中水的质量D试管试管的质量大于试管的质量大于

16、试管的质量的质量【解析解析】由题意可知，由题意可知，4支试管内小球藻的光合作用支试管内小球藻的光合作用强度相等，强度相等，和和中同时使用的中同时使用的H218O，故，故中水的中水的质量等于质量等于中水的质量，中水的质量，C不正确。不正确。3光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是下列说法正确的是( )A叶绿体的类囊体膜上进行光反应和暗反应叶绿体的类囊体膜上进行光反应和暗反应B叶绿体的类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应叶绿体的类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应C叶绿体基质中可进行光反应和暗反应叶绿体基质中可进行光反应和暗反应D叶绿体

17、基质中进行暗反应，不进行光反应叶绿体基质中进行暗反应，不进行光反应【解析解析】光合作用的光反应在叶绿体的类囊体膜上进行，光合作用的光反应在叶绿体的类囊体膜上进行，暗反应在叶绿体基质中进行。暗反应在叶绿体基质中进行。D4下列物质转变过程属于光反应的是下列物质转变过程属于光反应的是( )A BC DD5如图是一晴朗夏日某植物光合作用强度随时间变如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，化的曲线图，C点与点与B点相比较，叶肉细胞内的点相比较，叶肉细胞内的C3、C5、ATP和和H的含量发生的变化依次是的含量发生的变化依次是( )A升、升、升、升升、升、升、升B降、降、降、降降、降、降、降C

18、降、升、升、升降、升、升、升D升、升、降、降升、升、降、降【解析解析】12h15h，光合作用强度下降，此时导致光合作，光合作用强度下降，此时导致光合作用强度下降的原因是用强度下降的原因是CO2供应不足，暗反应减弱，供应不足，暗反应减弱，CO2固固定减弱而定减弱而C3还原仍正常进行，还原仍正常进行，C3含量下降，含量下降，C5、ATP和和H的含量因积累而上升。的含量因积累而上升。C6在其他条件适宜的情况下，在供试植物正常进行在其他条件适宜的情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内叶绿体中取样分析，在

19、短时间内叶绿体中C3和和C5化合物含量的化合物含量的变化是变化是 ( )AC3和和C5都迅速减少都迅速减少 BC3和和C5都迅速增加都迅速增加CC3迅速增加，迅速增加，C5迅速减少迅速减少 DC3迅速减少，迅速减少，C5迅速增加迅速增加C7在叶肉细胞中，在叶肉细胞中，CO2的固定和产生场所分别是的固定和产生场所分别是 ( )叶绿体基质叶绿体基质类囊体薄膜类囊体薄膜线粒体基质线粒体基质线粒体内膜线粒体内膜A BC DA二、非选择题二、非选择题8如图为光反应、暗反应联系示意图，据图回答下列问如图为光反应、暗反应联系示意图，据图回答下列问题：题：(1)填出图中字母所表示的物质：填出图中字母所表示的物

20、质：A ，b ，c ，d 。O2ATPHCO2(2)若小麦在适宜条件下栽培，突然将若小麦在适宜条件下栽培，突然将d降至极低水平，降至极低水平，则小麦叶片中的三碳化合物的含量会突然减少，其原因则小麦叶片中的三碳化合物的含量会突然减少，其原因是是 ；若降低；若降低d的同时，又停止光照，则不的同时，又停止光照，则不会出现上述现象，其原因是会出现上述现象，其原因是 。(3)若对某植物作如下处理：若对某植物作如下处理：(甲甲)持续光照持续光照10分钟，分钟，(乙乙)光照光照5秒后再黑暗处理秒后再黑暗处理5秒，连续交替进行秒，连续交替进行20分钟。若其分钟。若其他条件不变，则在甲、乙两种情况下植物所制造的

21、有机他条件不变，则在甲、乙两种情况下植物所制造的有机物总量是物总量是( )A甲多于乙甲多于乙 B甲少于乙甲少于乙C甲和乙相等甲和乙相等 D无法确定无法确定CO2固定减弱固定减弱C3还原也减弱还原也减弱B9请回答下列有关光合作用的问题：请回答下列有关光合作用的问题：(1)光合作用受到温度、二氧化碳浓度和光照强度光合作用受到温度、二氧化碳浓度和光照强度的影响。其中，光照强度直接的影响。其中，光照强度直接 影影 响响 光光 合合 作作 用用 的的 过程；二氧化碳浓度直接影响光合作用的过程；二氧化碳浓度直接影响光合作用的 过程。过程。(2)甲图表示在二氧化碳充足的条件下，某植物光甲图表示在二氧化碳充足

22、的条件下，某植物光合速度与光照强度和温度的关系。合速度与光照强度和温度的关系。在温度为在温度为10、光照强度大于、光照强度大于 千勒克千勒克斯时，光合速度不再增加。当温度为斯时，光合速度不再增加。当温度为30、光照、光照强度小于强度小于L3千勒克斯时，光合速度的限制因素千勒克斯时，光合速度的限制因素是是 。光反应光反应暗反应暗反应L1光照强度光照强度根据甲图，在乙图的坐标上标出光照强度为根据甲图，在乙图的坐标上标出光照强度为L2千勒克千勒克斯，温度分别为斯，温度分别为10、20和和30时的光合速度。时的光合速度。答案如下图答案如下图(3)丙图表示丙图表示A、B两种植物的光合速度与光照强度两种植

23、物的光合速度与光照强度的关系。的关系。当在当在 千勒克斯光照强度条件下，千勒克斯光照强度条件下，A、B两种两种植物的光合速度相同。植物的光合速度相同。A植物在光照强度为植物在光照强度为8千勒克斯时，千勒克斯时，2小时单位叶小时单位叶面积可积累葡萄糖面积可积累葡萄糖 mg。(计算结果保留一位小计算结果保留一位小数。相对原子质量数。相对原子质量C12，H1，O16)B植物在植物在1天内天内(12小时白天，小时白天，12小时黑夜小时黑夜)，要使，要使有机物积累量为正值，白天平均光照强度必须大于有机物积累量为正值，白天平均光照强度必须大于 千勒克斯。千勒克斯。510.9210(2011全国卷大纲版全国

24、卷大纲版)为探究不同条件对叶片中淀粉为探究不同条件对叶片中淀粉合成的影响，将某植物在黑暗中放置一段时间，耗尽叶合成的影响，将某植物在黑暗中放置一段时间，耗尽叶片中的淀粉。然后取生理状态一致的叶片，平均分成片中的淀粉。然后取生理状态一致的叶片，平均分成8组，实验处理如下表所示。一段时间后，检测叶片中有组，实验处理如下表所示。一段时间后，检测叶片中有无淀粉，结果如下表。请根据该表及相关知识回答问题：无淀粉，结果如下表。请根据该表及相关知识回答问题：编号编号 组组1 组组2 组组3 组组4 处理处理 葡萄糖溶液浸泡葡萄糖溶液浸泡溶液中通入空气溶液中通入空气葡萄糖溶液浸泡葡萄糖溶液浸泡溶液中通入溶液中

25、通入CO2和和N2 光照光照 黑暗黑暗 光照光照 黑暗黑暗 检测结果检测结果 有淀粉有淀粉有淀粉有淀粉有淀粉有淀粉无淀粉无淀粉编号编号 组组5组组6组组7组组8 处理处理 蒸馏水浸泡蒸馏水浸泡水中通入空气水中通入空气蒸馏水浸泡蒸馏水浸泡水中通入水中通入CO2和和N2 光照光照 黑暗黑暗 光照光照 黑暗黑暗 检测结果检测结果 有淀粉有淀粉无淀粉无淀粉有淀粉有淀粉无淀粉无淀粉(1)光照条件下，组光照条件下，组5叶片通过叶片通过 作用产生淀粉，作用产生淀粉，叶肉细胞释放出的氧气来自于叶肉细胞释放出的氧气来自于 的光解。的光解。光合光合H2O(2)在黑暗条件下，叶片能进行有氧呼吸的组别是在黑暗条件下，

26、叶片能进行有氧呼吸的组别是 (填编号填编号)。(3)组组2叶片中合成淀粉的原料是叶片中合成淀粉的原料是 ，直，直接能源物质是接能源物质是 ，后者是通过，后者是通过 产产生的。与组生的。与组2相比，组相比，组4叶片无淀粉的原因是叶片无淀粉的原因是 。(4)如果组如果组7的蒸馏水中只通入的蒸馏水中只通入N2，预期实验结果，预期实验结果是叶片中是叶片中 (有、无有、无)淀粉。淀粉。组组2和组和组6葡萄糖葡萄糖ATP有氧呼吸有氧呼吸组组4无氧气，不能进行有氧呼吸，淀粉合成缺少无氧气，不能进行有氧呼吸，淀粉合成缺少ATP无无【解析解析】考查学生获取信息、图表分析的能力。图表分考查学生获取信息、图表分析的

27、能力。图表分组比较是解决问题的核心所在，能够考查学生对光合作用组比较是解决问题的核心所在，能够考查学生对光合作用与呼吸作用的生理过程、关系、影响因素等的掌握情况。与呼吸作用的生理过程、关系、影响因素等的掌握情况。(1)组组5叶片有光照、叶片有光照、CO2，可进行光合作用产生淀粉。叶，可进行光合作用产生淀粉。叶肉细胞释放出的氧气来自于光反应中肉细胞释放出的氧气来自于光反应中H2O的光解。的光解。 (2)进行有氧呼吸的条件是有氧气，还要注意题中条件是进行有氧呼吸的条件是有氧气，还要注意题中条件是“黑暗条件下黑暗条件下”，组，组2和组和组 6符合要求。符合要求。(3)组组2叶片，没有叶片，没有CO2，不能进行光合作用，但可以利用，不能进行光合作用，但可以利用葡萄糖合成淀粉，此过程需要有氧呼吸产生的葡萄糖合成淀粉，此过程需要有氧呼吸产生的ATP作为直作为直接能源物质。与组接能源物质。与组2相比，组相比，组4叶片不同的条件是组叶片不同的条件是组4叶片无叶片无氧气，所以组氧气，所以组4叶片无淀粉的原因是无氧气，不能进行有氧叶片无淀粉的原因是无氧气，不能进行有氧呼吸，淀粉合成缺少呼吸，淀粉合成缺少ATP。(4)如果组如果组7的蒸馏水中只通入的蒸馏水中只通入N2，无，无CO2，不能进行光合，不能进行光合作用，预期实验结果是叶片中无淀粉。作用，预期实验结果是叶片中无淀粉。