2024-2025学年新教材高中生物第5章细胞的能量供应和利用第4节光合作用与能量转化第2课时光合作用的原理学案新人教版必修1

PAGE10-第2课时光合作用的原理课标要求核心素养1.说明光合作用以及对它的相识过程。2.驾驭光合作用过程中的物质变更和能量变更。1.科学思维——分析与综合：分析光合作用光反应和暗反应过程，认同两个阶段既有区分又有联系。2.生命观念——用物质和能量观，阐明光合作用过程，能初步用结构和功能观，说明叶绿体是光合作用的场所。学问导图新知预习·双基夯实一、光合作用的概念和探究历程1．概念：光合作用是指绿色植物通过__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．探究历程：(1)19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，__CO2分子__的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成__甲醛__，然后甲醛分子缩合成糖。1928年，科学家发觉甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过__光合作用__转化成糖。(2)1937年，英国植物学家希尔发觉，在离体__叶绿体__的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有水，没有二氧化碳)，在光照下可以释放出__氧气__。像这样，__离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气__的化学反应称作希尔反应。(3)1941年，美国科学家鲁宾和卡门用__同位素示踪__的方法，探讨了光合作用中氧气的来源。他们用16O的同位素18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成Heq\o\al(18,2)O和C18O2。然后，进行了两组试验：第一组给植物供应__H2O和C18O2__，其次组给同种植物供应__Heq\o\al(18,2)O和CO2__。在其他条件都相同的状况下，第一组释放的氧气都是__O2__，其次组释放的都是__18O2__。(4)1954年，美国科学家阿尔农发觉，在光照下，叶绿体可合成__ATP__。1957年，他发觉这一过程总是与__水的光解__相伴随。(5)20世纪40年头，美国的卡尔文利用__同位素标记__法最终探明白CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。3．反应式：__CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up7(光能),\s\do5(叶绿体))(CH2O)＋O2__。二、光合作用的原理1．填写图中字母所代表的物质：a：__O2__b：__C3__c：__CO2__d：__[H]__2．光反应(Ⅰ过程)：场所__叶绿体的类囊体的薄膜上__外界条件__光照__物质变更①H2O→__[H]＋O2__②ADP＋Pi＋能量→__ATP__能量变更光能→__ATP__中活跃的化学能3．暗反应(Ⅱ过程)：场所__叶绿体基质__外界条件CO2物质变更①CO2→__C3__→(CH2O)②__ATP__→ADP＋Pi＋能量能量变更ATP中活跃的化学能→__有机物__中稳定的化学能┃┃活学巧练__■(1)光合作用产生的O2来自CO2和H2O中的O。(×)(2)绿色植物光合作用的反应物是CO2和H2O，产物是有机物和O2。(√)(3)绿色植物进行光合作用的能量来源于光能。(√)(4)光反应和暗反应必需都在光照条件下才能进行。(×)(5)光反应为暗反应供应NADPH和ATP；暗反应为光反应供应ADP和Pi。(√)(6)光反应产生的ATP可用于核糖体合成蛋白质。(×)(7)光合作用光反应阶段产生的NADPH可在叶绿体基质中作为还原剂。(√)(8)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成暗反应。(√)思索：1．鲁宾、卡门试验方法是什么？提示：同位素标记法。2．若突然停止光照，光反应和暗反应如何变更？提示：光反应马上停止，暗反应仍能进行一段时间，最终也停止。3．光合作用产生的[H]与呼吸作用产生的[H]是否相同？提示：不同。光合作用产生的[H]为NADPH，而呼吸作用产生的[H]为NADH。学霸记忆·素养积累重点呈现1．光合作用的实质是合成有机物，储存能量；而呼吸作用的实质是分解有机物，释放能量。2．光合作用的反应式为：CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up7(光能),\s\do5(叶绿体))(CH2O)＋O2。3．光反应的场所是类囊体薄膜，产物是O2、[H]和ATP。4．暗反应的场所是叶绿体基质，产物是糖类等物质。5．光合作用中的物质转化为：①14CO2→14C3→(14CH2O)；②Heq\o\al(18,2)O→18O2。6．光合作用的能量转换为：光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能。课内探究·名师点睛学问点光合作用的探究历程1．希尔试验(1)试验过程：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)试验结论：在适当条件下叶绿体产生氧气。2．鲁宾和卡门试验(1)奇妙之处：两组试验相互比照直观地表现出氧气来自水中的氧，而不是来自二氧化碳中的氧。(2)自变量为被标记的C18O2和Heq\o\al(18,2)O，因变量是O2的放射性。3．卡尔文循环(1)探究方法——同位素标记法：用14C标记CO2，追踪检测放射性，探明白CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。(2)结论：碳的转化途径：14CO2＋C5→14C3→(14CH2O)。名师点拨：萨克斯和鲁宾、卡门试验比照方式不同萨克斯试验的比照方式为自身比照(一半曝光与另一半遮光)；而鲁宾和卡门试验的比照方式为相互比照(通过标记不同的物质：Heq\o\al(18,2)O与C18O2)。┃┃典例剖析__■典例1科学是在试验和争辩中前进的，光合作用的探究历程就是如此。在下面几个关于光合作用的试验中，相关叙述正确的是(B)A．恩格尔曼的试验定量分析了水绵光合作用生成的氧气量B．阿尔农的试验证明白在光照下叶绿体可合成ATPC．希尔发觉在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他还原剂在光照下可以释放出氧气D．鲁宾和卡门的试验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明白光合作用产生的氧气来自CO2而不是H2O解析：恩格尔曼的试验证明白水绵光合作用生成氧气，没有定量分析生成氧气的量，A错误；阿尔农通过试验说明白在光照下叶绿体可合成ATP，B正确；希尔加入的是氧化剂，C错误；鲁宾和卡门的试验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明白光合作用产生的氧气来自H2O而不是CO2，D错误。┃┃变式训练__■1．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试验示意图。一段时间后，以下相关比较不正确的是(C)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：②与④中H2O均被18O标记，单位时间内消耗等量的水，剩余水的质量也相等。学问点光合作用的过程1．光合作用的过程图解(1)光反应过程(2)暗反应过程2．光反应和暗反应的比较(1)区分项目光反应暗反应实质光能转化为化学能，并释放出O2同化CO2，合成有机物反应时间短促较缓慢须要条件外界条件：光照；内部条件：色素、酶不须要光照；内部条件：酶反应场所叶绿体类囊体的薄膜叶绿体基质物质变更①水的光解：水分解成[H]和O2②ATP的合成：在相关酶的作用下，ADP和Pi形成ATP①CO2的固定：CO2＋C5eq\o(→,\s\up7(酶))2C3②C3的还原：2C3eq\o(→,\s\up7(酶))(CH2O)＋C5能量变更光能→ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能相应产物O2、ATP和[H]糖类等有机物(2)联系：光反应为暗反应供应[H]、ATP，暗反应为光反应供应ADP和Pi，如图所示：3．光合作用过程中物质交换分析(1)光合作用过程中C、H、O元素转移途径(2)14C18O2eq\o(→,\s\up7(CO2固定))214C3eq\o(→,\s\up7(C3还原))(14CHeq\o\al(18,2)O)＋Heq\o\al(18,2)O(3)光合作用总反应式与C、H、O元素的去向学问贴士：有关光合作用过程的四点提示(1)叶绿体的内膜既不参与光反应，也不参与暗反应。(2)光反应阶段为暗反应供应ATP、[H]，ATP从类囊体薄膜移向叶绿体基质。而暗反应则为光反应供应ADP和Pi，ADP从叶绿体基质移向类囊体薄膜。(3)光反应阶段必需是在有光条件下进行，而暗反应阶段有光无光都能进行，但需光反应供应的[H]和ATP，故暗反应不能长期在无光环境中进行。(4)在自然条件下，光反应阶段和暗反应阶段同时进行，不分先后。┃┃典例剖析__■典例2(2024·吉林友好学校高一)下列关于光合作用的叙述，错误的是(A)A．光反应阶段不须要酶的参与B．暗反应阶段既有C5的生成又有C5的消耗C．光合作用过程中既有[H]的产生又有[H]的消耗D．光合作用过程将光能转换成有机物中的化学能解析：光反应阶段光的汲取不须要酶的参与，ATP的生成须要酶的参与，A符合题意；暗反应阶段既有C3的还原生成C5，又有CO2与C5的结合(CO2固定)消耗C5，B不符合题意；光合作用过程中光反应阶段产生[H]，暗反应阶段又有C3的还原消耗[H]，C不符合题意；光合作用过程将光能转换成暗反应能利用的化学能，储存在有机物中，D不符合题意。故选A。┃┃变式训练__■2．如图为高等绿色植物光合作用图解。相关说法不正确的是(D)A．②是氧气，可参与有氧呼吸的第三阶段B．光合作用可分为两个阶段，光反应和暗反应阶段C．三碳化合物在[H]、ATP和酶的作用下，被还原形成(CH2O)D．③为C3，在叶绿体类囊体薄膜上转化为C5和(CH2O)解析：②是水光解的产物之一氧气，可参与有氧呼吸的第三阶段，A项正确；光合作用可分为光反应和暗反应阶段，B项正确；三碳化合物在光反应产生的[H]、ATP和叶绿体基质中酶的作用下，被还原形成(CH2O)，C项正确；C3在叶绿体基质中转化为C5和(CH2O)，D项错误。指引迷津·拨云见日光照和CO2浓度骤变时，C3、C5、[H]和ATP物质含量变更分析1．分析思路当外界条件变更时，光合作用中C3、C5、[H]、ATP含量的变更可以采纳下图分析：2．分析结果条件C3C5[H]和ATP模型分析光照由强到弱，CO2供应不变增加削减削减或没有光照由弱到强，CO2供应不变削减增加增加光照不变，CO2由足够到不足削减增加增加光照不变，CO2由不足到足够增加削减削减典例3玉兰叶肉细胞在光照下进行稳定的光合作用时，假如将它移至暗室中，短时间内叶绿体中C3与C5相对含量的变更分别是(A)A．增多削减 B．削减增多C．增多增多 D．削减削减解析：叶肉细胞在光照下进行稳定的光合作用时，C3和C5处于动态平衡状态；移至暗室后，短时间内由于光反应速度下降，ATP和[H]的合成削减，C3还原成C5的过程受到影响，而C5仍能正常和CO2反应生成C3，故C3增多，C5削减。典例4在正常条件下进行光合作用的某植物，当突然变更某条件后，即可发觉其叶肉细胞内C5含量突然上升，则变更的条件可能是(D)A．停止光照 B．停止光照并降低CO2浓度C．上升CO2浓度 D．降低CO2浓度解析：CO2是暗反应进行的条件之一，假如CO2削减，自然就不能顺当地形成C3，已有的C3仍会通过C3还原途径而生成C5。这样C3削减，C5形成后却不能进一步转变，于是就积累起来。解疑答惑思索·探讨⇨P1021．提示：否。2．提示：是。3．提示：光合作用释放的氧气中的氧元素来自参与反应的水而不是来自CO2。4．提示：思索·探讨⇨P1041．提示：光反应阶段与暗反应阶段的区分如表所示：光合作用的过程对比项目光反应阶段暗反应阶段所需条件必需有光有光无光均可进行场所类囊体的薄膜上叶绿体的基质中物质变更H2O分解成O2和H＋；H＋与NADP＋结合形成NADPH，形成ATPCO2被固定；C3被NADPH还原，最终形成糖类；ATP转化成ADP和Pi能量转化光能转变为化学能，储存在ATP中ATP中的化学能转化为糖类中储存的化学能2.提示：(1)物质联系：光反应阶段产生的NADPH，在暗反应阶段用于还原三碳化合物；(2)能量联系：光反应阶段生成的ATP在暗反应阶段中将其储存的化学能释放出来，为三碳化合物形成糖类供应能量，ATP中的化学能则转化为储存在糖类中的化学能。训练巩固·课堂达标1．(2024·武汉外国语学校)关于光合作用的叙述，正确的是(D)A．类囊体上产生的ATP可用于汲取矿质元素离子B．夏季晴天光照最强时，植物光合速率肯定最高C．进入叶绿体的CO2能被NADPH干脆还原D．正常光合作用的植物突然停止光照，C5与ATP含量会下降解析：类囊体上产生的ATP只用于叶绿体内的生命活动，A项错误；夏季晴天光照最强时，蒸腾作用过强导致气孔关闭，植物光合速率较低，B项错误；进入叶绿体的CO2被C5固定为C3后被NADPH还原，C项错误；正常光合作用的植物突然停止光照，[H]与ATP的来源削减，暗反应中C3还原减弱，CO2固定仍在进行，故C5含量下降，D项正确。2．(2024·山西省临汾一中、晋城一中高一)下图为高等绿色植物的光合作用图解。下列相关说法正确的是(D)A．①是光合色素，可用层析液提取B．②是O2，全部用于该植物有氧呼吸的第三阶段C．③是C3，能被氧化为(CH2O)D．④是ATP，在叶绿体基质中被消耗解析：①是光合色素，可用无水乙醇提取，A错误；②是O2，当光合作用大于呼吸作用时，一部分氧气释放到细胞外，B错误；三碳化合物被还原氢还原形成有机物，不是被氧化形成有机物，C错误；④是ATP，是光反应的产物，用于暗反应中三碳化合物的还原阶段，其消耗场所是叶绿体基质，D正确。3．下列叙述正确的是(B)A．光反应不须要酶，暗反应须要多种酶B．光反应消耗水，暗反应消耗ATPC．光反应储存能量，暗反应消耗能量D．光反应固定CO2，暗反应还原CO2解析：光反应、暗反应都须要酶的催化，A错误；光反应消耗水、产生ATP，暗反应产生水、消耗ATP，B正确；光反应将光能转化成ATP和[H]中化学能储存并参与暗反应，暗反应则将ATP和[H]中的能量转化成稳定的化学能储存到糖类等化合物中，C错误；暗反应固定CO2，D错误。4．在光照等相宜条件下，将培育在CO2浓度为1%环境中的某植物快速转移到CO2浓度为0.