《光合作用与能量转化》第二课时素养导学

第4节光合作用与能量转化（第二课时）一、光合作用概念和反应式1.概念:绿色植物通过_______,利用光能,将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出_____的过程。2.反应式:_______________________。叶绿体氧气CO2+H2O(CH2O)+O2二、光合作用探究历程1.19世纪末,科学界普遍观点:C与H2O结合成_____。2.1928年:甲醛不能通过光合作用转化成___。3.1937年,英国希尔:离体叶绿体在适当条件下可产生_____。甲醛氧气糖4.1941年,鲁宾和卡门:研究了光合作用中_____的来源(氧气来源于H2O)。5.1954年,美国阿尔农:光照下,叶绿体可合成____;1957年:这一过程总是与水的光解相伴随。氧气ATP三、光合作用的过程1.写出图中序号代表的物质或过程:①_______②_______③________④_______⑤_______⑥________ATPCO2(CH2O)光反应暗反应NADPH2.光反应阶段:(1)场所:叶绿体的___________。(2)条件:___、_____和有关的___。(3)物质变化:①水的光解:H2O____+_______②ATP的合成:ADP+Pi+能量____。(4)能量变化:将_____转变为活跃的_______。类囊体薄膜光色素酶O22NADPHATP光能化学能3.暗反应阶段:(1)场所:叶绿体内的___________中。(2)条件:___的催化。(3)物质变化:①CO2的固定:CO2+C52C3②C3的还原:C3(CH2O)C3C5叶绿体基质酶(4)能量变化:____中活跃的化学能转变为有机物中______________。ATP稳定的化学能【激疑】(1)在无光条件下,暗反应能否长期进行?提示:在无光条件下,光反应不能进行,光反应的产物ATP和NADPH减少,不能满足暗反应的需求,暗反应将停止进行。

(2)若暗反应停止,光反应能否持续进行?提示:暗反应停止,光反应产生的ATP和NADPH积累过多,抑制光反应的进行。知识点一光合作用的探究历程1.希尔实验:(1)实验过程:离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O,没有CO2),在光照下可以释放出氧气。(2)实验结论:在适当条件下叶绿体产生氧气。2.鲁宾和卡门实验:相互对照(条件相同的两组材料,分别标记不同的物质:一组为,另一组为C18O2)。3.阿尔农实验:光照下叶绿体合成ATP,这一过程与水的光解相伴随。【思考·讨论】希尔实验说明水光解可以产生氧气,是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧全部来自水?为什么?(科学思维)提示:不能。叶绿体内还有其他含有氧元素的物质,不能确定氧元素全部来自水。

【素养案例】美国科学家鲁宾(S.Ruben)和卡门(M.kamen)用18O分别标记H2O和CO2中的氧,进行光合作用实验。该实验证明了(

)A.光合作用制造了有机物B.光合作用需要利用根系吸收的水分C.光合作用生成的氧来自水D.光合作用吸收的二氧化碳来自大气【解析】选C。美国科学家鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2中的氧,进行光合作用实验。实验过程中,发现如果用18O标记H2O,光合作用释放的氧气中含有18O;用18O标记CO2,光合作用释放的氧气中没有18O。科学家通过相互对照实验,证明了光合作用生成的O2中的氧来自H2O。【素养·迁移】下面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。一段时间后,以下相关实验比较不正确的是(

)A.Y2的质量大于Y3的质量B.④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量C.②中水的质量大于④中水的质量D.试管①的质量大于试管②的质量【解析】选C。Y1和Y3是O2,Y2和Y4是18O2,因此Y2的质量大于Y3的质量;④中小球藻中含有()的有机物,而①中小球藻含有(CH2O)的有机物,故④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量;④和②中的水都为O,且含量相同,因此质量相等;在试管①和②中原有质量相等的情况下,②中释放的是18O2,而①中释放的是O2,故剩余质量①大于②。知识点二光合作用的过程1.光反应与暗反应的比较:(1)区别:项目光反应暗反应(碳反应)实质光能转化为化学能,并释放O2同化CO2,合成有机物需要条件外界条件:光照;内部条件:色素、酶不需要光照;内部条件:酶项目光反应暗反应(碳反应)反应场所叶绿体类囊体的薄膜上叶绿体基质内物质变化①水的光解:水分解成NADPH和O2②ATP的合成:在相关酶的作用下,ADP和Pi形成ATP①CO2的固定:CO2+C52C3②C3的还原:2C3(CH2O)+C5项目光反应暗反应(碳反应)能量变化光能→活跃的化学能活跃的化学能→有机物中稳定的化学能相应产物O2、ATP和NADPH糖类等有机物(2)联系:①光反应为暗反应提供两种重要物质:NADPH和ATP,NADPH既可作还原剂,又可提供能量;暗反应为光反应提供三种物质:ADP、Pi以及NADP+。②暗反应有光无光都能进行。若光反应停止,暗反应可持续进行一段时间,但时间不长,故晚上一般认为只进行呼吸作用,不进行光合作用。2.光合作用过程中的物质变化:(1)光合作用过程中C、O元素转移途径:(2)光合作用总反应式与C、H、O元素的去向:3.光照和CO2浓度变化对细胞中C3、C5含量的影响:(1)理论依据:细胞中C3的含量取决于C3的生成速率和C3的消耗速率。C3的生成通过CO2的固定实现,C3的消耗通过C3的还原实现,如图所示:由C5+CO2→2C3可知,细胞中C3、C5的含量变化相反。(2)实例分析:外界条件变化分析结果光照强→弱光反应减弱,NADPH和ATP少,C3还原减弱,C3消耗减少,C5产生减少C3含量增多,C5含量减少弱→强光反应增强,NADPH和ATP增多,C3还原增强,C3消耗增多,C5产生增多C3含量减少,C5含量增多外界条件变化分析结果CO2浓度高→低CO2固定减弱,C3产生减少,C5消耗减少C3含量减少,C5含量增多低→高CO2固定增强,C3产生增多,C5消耗增多C3含量增多,C5含量减少【思考·讨论】1.若给植物提供,一段时间后能否在植物体内的有机物中发现18O?试说明原因。(生命观念)提示:

参与有氧呼吸第二阶段,可形成C18O2,C18O2参与光合作用,可形成含有18O的有机物。2.光合作用中的还原剂和细胞呼吸中的还原剂是否相同,完成下表:(科学思维)光合作用过程中还原剂细胞呼吸过程中还原剂本质还原型辅酶Ⅱ(NADPH)还原型辅酶Ⅰ(NADH)来源_______阶段无氧呼吸第___阶段、有氧呼吸第___、___阶段去向_________________有氧呼吸第___阶段光反应一二三碳化合物的还原三一【素养案例】阳光穿过森林中的空隙形成“光斑”,如图表示一株生长旺盛的植物在“光斑”照射前后光合作用吸收CO2和释放O2量的变化,据此正确的分析是(

)A.光斑照射前,光合作用无法进行B.光斑照射后,光反应和暗反应迅速同步增加C.光斑照射后,暗反应对光反应有限制作用D.光斑移开后,光反应和暗反应迅速同步减弱【解题导引】(1)图示信息:①光斑照射前有氧气的释放和二氧化碳的吸收。②光斑照射后氧气的释放速率和二氧化碳吸收速率增加不同步。③光斑移开后,氧气的释放速率和二氧化碳吸收速率减弱不同步。(2)关键知识:光合作用总反应式中,氧气的释放量和二氧化碳吸收量相等。【解析】选C。光斑照射前,有氧气释放,说明植物细胞在进行光合作用,A项错误;光斑照射后,光反应迅速增加,而暗反应没有相应增加,二者不同步,B项错误;光斑照射后,一开始光反应远高于暗反应,然后光反应逐渐减弱,与暗反应保持一致,因此可以看出,暗反应限制了光反应的进行,C项正确;光斑移开后,光反应迅速减弱,而暗反应过一段时间后才减弱,二者不同步,D项错误。【素养·探究】——母题追问科学思维——分析与综合光斑移开后,C3含量和C3的生成速率会如何变化?为什么?提示:C3含量增多,C3的生成速率减慢。光斑移开后,光反应减,NADPH和ATP合成量减少,被还原的C3减少,导致C3含量增多,进而反馈抑制C3的生成过程,导致C3的生成速率减慢。【素养·迁移】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取样分析,在短时间内叶绿体中C3和C5含量的变化是(

)A.C3和C5都迅速减少B.C3和C5都迅速增加C.C3迅速增加,C5迅速减少D.C3迅速减少,C5迅速增加【解析】选C。由题意知,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后,光反应停止,NADPH和ATP下降,C3的还原减弱直至停止,而CO2的固定则继续进行,但由于缺少NADPH和ATP,C3不能被还原而积累,使C3迅速增加;C5是植物体细胞内具有一定数量且能循环利用的物质,当C3不能被还原再形成C5时,C5将迅速减少。所以,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取样分析,此时叶绿体中C3迅速增加,C5迅速减少。【补偿训练】在叶绿体中,ATP和ADP的运动方向是(

)A.ADP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动,A