2024-2025學(xué)年新教材高中生物第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第4節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)化第2課時光合作用的原理學(xué)案新人教版必修1

PAGE10-第2課時光合作用的原理課標(biāo)要求核心素養(yǎng)1.說明光合作用以及對它的相識過程。2.駕馭光合作用過程中的物質(zhì)變更和能量變更。1.科學(xué)思維——分析與綜合：分析光合作用光反應(yīng)和暗反應(yīng)過程，認(rèn)同兩個階段既有區(qū)分又有聯(lián)系。2.生命觀念——用物質(zhì)和能量觀，闡明光合作用過程，能初步用結(jié)構(gòu)和功能觀，說明葉綠體是光合作用的場所。學(xué)問導(dǎo)圖新知預(yù)習(xí)·雙基夯實一、光合作用的概念和探究歷程1．概念：光合作用是指綠色植物通過__葉綠體__，利用__光__能，把__二氧化碳__和__水__轉(zhuǎn)化成儲存著能量的__有機(jī)物__，并且釋放出__氧氣__的過程。2．探究歷程：(1)19世紀(jì)末，科學(xué)界普遍認(rèn)為，在光合作用中，__CO2分子__的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結(jié)合成__甲醛__，然后甲醛分子縮合成糖。1928年，科學(xué)家發(fā)覺甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過__光合作用__轉(zhuǎn)化成糖。(2)1937年，英國植物學(xué)家希爾發(fā)覺，在離體__葉綠體__的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有水，沒有二氧化碳)，在光照下可以釋放出__氧氣__。像這樣，__離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解、產(chǎn)生氧氣__的化學(xué)反應(yīng)稱作希爾反應(yīng)。(3)1941年，美國科學(xué)家魯賓和卡門用__同位素示蹤__的方法，探討了光合作用中氧氣的來源。他們用16O的同位素18O分別標(biāo)記H2O和CO2，使它們分別變成Heq\o\al(18,2)O和C18O2。然后，進(jìn)行了兩組試驗：第一組給植物供應(yīng)__H2O和C18O2__，其次組給同種植物供應(yīng)__Heq\o\al(18,2)O和CO2__。在其他條件都相同的狀況下，第一組釋放的氧氣都是__O2__，其次組釋放的都是__18O2__。(4)1954年，美國科學(xué)家阿爾農(nóng)發(fā)覺，在光照下，葉綠體可合成__ATP__。1957年，他發(fā)覺這一過程總是與__水的光解__相伴隨。(5)20世紀(jì)40年頭，美國的卡爾文利用__同位素標(biāo)記__法最終探明白CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途徑。3．反應(yīng)式：__CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up7(光能),\s\do5(葉綠體))(CH2O)＋O2__。二、光合作用的原理1．填寫圖中字母所代表的物質(zhì)：a：__O2__b：__C3__c：__CO2__d：__[H]__2．光反應(yīng)(Ⅰ過程)：場所__葉綠體的類囊體的薄膜上__外界條件__光照__物質(zhì)變更①H2O→__[H]＋O2__②ADP＋Pi＋能量→__ATP__能量變更光能→__ATP__中活躍的化學(xué)能3．暗反應(yīng)(Ⅱ過程)：場所__葉綠體基質(zhì)__外界條件CO2物質(zhì)變更①CO2→__C3__→(CH2O)②__ATP__→ADP＋Pi＋能量能量變更ATP中活躍的化學(xué)能→__有機(jī)物__中穩(wěn)定的化學(xué)能┃┃活學(xué)巧練__■(1)光合作用產(chǎn)生的O2來自CO2和H2O中的O。(×)(2)綠色植物光合作用的反應(yīng)物是CO2和H2O，產(chǎn)物是有機(jī)物和O2。(√)(3)綠色植物進(jìn)行光合作用的能量來源于光能。(√)(4)光反應(yīng)和暗反應(yīng)必需都在光照條件下才能進(jìn)行。(×)(5)光反應(yīng)為暗反應(yīng)供應(yīng)NADPH和ATP；暗反應(yīng)為光反應(yīng)供應(yīng)ADP和Pi。(√)(6)光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP可用于核糖體合成蛋白質(zhì)。(×)(7)光合作用光反應(yīng)階段產(chǎn)生的NADPH可在葉綠體基質(zhì)中作為還原劑。(√)(8)離體的葉綠體基質(zhì)中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成暗反應(yīng)。(√)思索：1．魯賓、卡門試驗方法是什么？提示：同位素標(biāo)記法。2．若突然停止光照，光反應(yīng)和暗反應(yīng)如何變更？提示：光反應(yīng)馬上停止，暗反應(yīng)仍能進(jìn)行一段時間，最終也停止。3．光合作用產(chǎn)生的[H]與呼吸作用產(chǎn)生的[H]是否相同？提示：不同。光合作用產(chǎn)生的[H]為NADPH，而呼吸作用產(chǎn)生的[H]為NADH。學(xué)霸記憶·素養(yǎng)積累重點呈現(xiàn)1．光合作用的實質(zhì)是合成有機(jī)物，儲存能量；而呼吸作用的實質(zhì)是分解有機(jī)物，釋放能量。2．光合作用的反應(yīng)式為：CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up7(光能),\s\do5(葉綠體))(CH2O)＋O2。3．光反應(yīng)的場所是類囊體薄膜，產(chǎn)物是O2、[H]和ATP。4．暗反應(yīng)的場所是葉綠體基質(zhì)，產(chǎn)物是糖類等物質(zhì)。5．光合作用中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為：①14CO2→14C3→(14CH2O)；②Heq\o\al(18,2)O→18O2。6．光合作用的能量轉(zhuǎn)換為：光能→ATP中活躍的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能。課內(nèi)探究·名師點睛學(xué)問點光合作用的探究歷程1．希爾試驗(1)試驗過程：離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有H2O，沒有CO2)，在光照下可以釋放出氧氣。(2)試驗結(jié)論：在適當(dāng)條件下葉綠體產(chǎn)生氧氣。2．魯賓和卡門試驗(1)奇妙之處：兩組試驗相互比照直觀地表現(xiàn)出氧氣來自水中的氧，而不是來自二氧化碳中的氧。(2)自變量為被標(biāo)記的C18O2和Heq\o\al(18,2)O，因變量是O2的放射性。3．卡爾文循環(huán)(1)探究方法——同位素標(biāo)記法：用14C標(biāo)記CO2，追蹤檢測放射性，探明白CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途徑。(2)結(jié)論：碳的轉(zhuǎn)化途徑：14CO2＋C5→14C3→(14CH2O)。名師點撥：薩克斯和魯賓、卡門試驗比照方式不同薩克斯試驗的比照方式為自身比照(一半曝光與另一半遮光)；而魯賓和卡門試驗的比照方式為相互比照(通過標(biāo)記不同的物質(zhì)：Heq\o\al(18,2)O與C18O2)。┃┃典例剖析__■典例1科學(xué)是在試驗和爭辯中前進(jìn)的，光合作用的探究歷程就是如此。在下面幾個關(guān)于光合作用的試驗中，相關(guān)敘述正確的是(B)A．恩格爾曼的試驗定量分析了水綿光合作用生成的氧氣量B．阿爾農(nóng)的試驗證明白在光照下葉綠體可合成ATPC．希爾發(fā)覺在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他還原劑在光照下可以釋放出氧氣D．魯賓和卡門的試驗中，用18O分別標(biāo)記H2O和CO2，證明白光合作用產(chǎn)生的氧氣來自CO2而不是H2O解析：恩格爾曼的試驗證明白水綿光合作用生成氧氣，沒有定量分析生成氧氣的量，A錯誤；阿爾農(nóng)通過試驗說明白在光照下葉綠體可合成ATP，B正確；希爾加入的是氧化劑，C錯誤；魯賓和卡門的試驗中，用18O分別標(biāo)記H2O和CO2，證明白光合作用產(chǎn)生的氧氣來自H2O而不是CO2，D錯誤。┃┃變式訓(xùn)練__■1．下圖表示較強(qiáng)光照且溫度相同以及水和小球藻的質(zhì)量相等的條件下，小球藻進(jìn)行光合作用的試驗示意圖。一段時間后，以下相關(guān)比較不正確的是(C)A．Y2的質(zhì)量大于Y3的質(zhì)量B．④中小球藻的質(zhì)量大于①中小球藻的質(zhì)量C．②中水的質(zhì)量大于④中水的質(zhì)量D．試管①的質(zhì)量大于試管②的質(zhì)量解析：②與④中H2O均被18O標(biāo)記，單位時間內(nèi)消耗等量的水，剩余水的質(zhì)量也相等。學(xué)問點光合作用的過程1．光合作用的過程圖解(1)光反應(yīng)過程(2)暗反應(yīng)過程2．光反應(yīng)和暗反應(yīng)的比較(1)區(qū)分項目光反應(yīng)暗反應(yīng)實質(zhì)光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并釋放出O2同化CO2，合成有機(jī)物反應(yīng)時間短促較緩慢須要條件外界條件：光照；內(nèi)部條件：色素、酶不須要光照；內(nèi)部條件：酶反應(yīng)場所葉綠體類囊體的薄膜葉綠體基質(zhì)物質(zhì)變更①水的光解：水分解成[H]和O2②ATP的合成：在相關(guān)酶的作用下，ADP和Pi形成ATP①CO2的固定：CO2＋C5eq\o(→,\s\up7(酶))2C3②C3的還原：2C3eq\o(→,\s\up7(酶))(CH2O)＋C5能量變更光能→ATP中活躍的化學(xué)能ATP中活躍的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能相應(yīng)產(chǎn)物O2、ATP和[H]糖類等有機(jī)物(2)聯(lián)系：光反應(yīng)為暗反應(yīng)供應(yīng)[H]、ATP，暗反應(yīng)為光反應(yīng)供應(yīng)ADP和Pi，如圖所示：3．光合作用過程中物質(zhì)交換分析(1)光合作用過程中C、H、O元素轉(zhuǎn)移途徑(2)14C18O2eq\o(→,\s\up7(CO2固定))214C3eq\o(→,\s\up7(C3還原))(14CHeq\o\al(18,2)O)＋Heq\o\al(18,2)O(3)光合作用總反應(yīng)式與C、H、O元素的去向?qū)W問貼士：有關(guān)光合作用過程的四點提示(1)葉綠體的內(nèi)膜既不參與光反應(yīng)，也不參與暗反應(yīng)。(2)光反應(yīng)階段為暗反應(yīng)供應(yīng)ATP、[H]，ATP從類囊體薄膜移向葉綠體基質(zhì)。而暗反應(yīng)則為光反應(yīng)供應(yīng)ADP和Pi，ADP從葉綠體基質(zhì)移向類囊體薄膜。(3)光反應(yīng)階段必需是在有光條件下進(jìn)行，而暗反應(yīng)階段有光無光都能進(jìn)行，但需光反應(yīng)供應(yīng)的[H]和ATP，故暗反應(yīng)不能長期在無光環(huán)境中進(jìn)行。(4)在自然條件下，光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段同時進(jìn)行，不分先后。┃┃典例剖析__■典例2(2024·吉林友好學(xué)校高一)下列關(guān)于光合作用的敘述，錯誤的是(A)A．光反應(yīng)階段不須要酶的參與B．暗反應(yīng)階段既有C5的生成又有C5的消耗C．光合作用過程中既有[H]的產(chǎn)生又有[H]的消耗D．光合作用過程將光能轉(zhuǎn)換成有機(jī)物中的化學(xué)能解析：光反應(yīng)階段光的汲取不須要酶的參與，ATP的生成須要酶的參與，A符合題意；暗反應(yīng)階段既有C3的還原生成C5，又有CO2與C5的結(jié)合(CO2固定)消耗C5，B不符合題意；光合作用過程中光反應(yīng)階段產(chǎn)生[H]，暗反應(yīng)階段又有C3的還原消耗[H]，C不符合題意；光合作用過程將光能轉(zhuǎn)換成暗反應(yīng)能利用的化學(xué)能，儲存在有機(jī)物中，D不符合題意。故選A。┃┃變式訓(xùn)練__■2．如圖為高等綠色植物光合作用圖解。相關(guān)說法不正確的是(D)A．②是氧氣，可參與有氧呼吸的第三階段B．光合作用可分為兩個階段，光反應(yīng)和暗反應(yīng)階段C．三碳化合物在[H]、ATP和酶的作用下，被還原形成(CH2O)D．③為C3，在葉綠體類囊體薄膜上轉(zhuǎn)化為C5和(CH2O)解析：②是水光解的產(chǎn)物之一氧氣，可參與有氧呼吸的第三階段，A項正確；光合作用可分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)階段，B項正確；三碳化合物在光反應(yīng)產(chǎn)生的[H]、ATP和葉綠體基質(zhì)中酶的作用下，被還原形成(CH2O)，C項正確；C3在葉綠體基質(zhì)中轉(zhuǎn)化為C5和(CH2O)，D項錯誤。指引迷津·撥云見日光照和CO2濃度驟變時，C3、C5、[H]和ATP物質(zhì)含量變更分析1．分析思路當(dāng)外界條件變更時，光合作用中C3、C5、[H]、ATP含量的變更可以采納下圖分析：2．分析結(jié)果條件C3C5[H]和ATP模型分析光照由強(qiáng)到弱，CO2供應(yīng)不變增加削減削減或沒有光照由弱到強(qiáng)，CO2供應(yīng)不變削減增加增加光照不變，CO2由足夠到不足削減增加增加光照不變，CO2由不足到足夠增加削減削減典例3玉蘭葉肉細(xì)胞在光照下進(jìn)行穩(wěn)定的光合作用時，假如將它移至暗室中，短時間內(nèi)葉綠體中C3與C5相對含量的變更分別是(A)A．增多削減 B．削減增多C．增多增多 D．削減削減解析：葉肉細(xì)胞在光照下進(jìn)行穩(wěn)定的光合作用時，C3和C5處于動態(tài)平衡狀態(tài)；移至暗室后，短時間內(nèi)由于光反應(yīng)速度下降，ATP和[H]的合成削減，C3還原成C5的過程受到影響，而C5仍能正常和CO2反應(yīng)生成C3，故C3增多，C5削減。典例4在正常條件下進(jìn)行光合作用的某植物，當(dāng)突然變更某條件后，即可發(fā)覺其葉肉細(xì)胞內(nèi)C5含量突然上升，則變更的條件可能是(D)A．停止光照 B．停止光照并降低CO2濃度C．上升CO2濃度 D．降低CO2濃度解析：CO2是暗反應(yīng)進(jìn)行的條件之一，假如CO2削減，自然就不能順當(dāng)?shù)匦纬蒀3，已有的C3仍會通過C3還原途徑而生成C5。這樣C3削減，C5形成后卻不能進(jìn)一步轉(zhuǎn)變，于是就積累起來。解疑答惑思索·探討?P1021．提示：否。2．提示：是。3．提示：光合作用釋放的氧氣中的氧元素來自參與反應(yīng)的水而不是來自CO2。4．提示：思索·探討?P1041．提示：光反應(yīng)階段與暗反應(yīng)階段的區(qū)分如表所示：光合作用的過程對比項目光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段所需條件必需有光有光無光均可進(jìn)行場所類囊體的薄膜上葉綠體的基質(zhì)中物質(zhì)變更H2O分解成O2和H＋；H＋與NADP＋結(jié)合形成NADPH，形成ATPCO2被固定；C3被NADPH還原，最終形成糖類；ATP轉(zhuǎn)化成ADP和Pi能量轉(zhuǎn)化光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，儲存在ATP中ATP中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為糖類中儲存的化學(xué)能2.提示：(1)物質(zhì)聯(lián)系：光反應(yīng)階段產(chǎn)生的NADPH，在暗反應(yīng)階段用于還原三碳化合物；(2)能量聯(lián)系：光反應(yīng)階段生成的ATP在暗反應(yīng)階段中將其儲存的化學(xué)能釋放出來，為三碳化合物形成糖類供應(yīng)能量，ATP中的化學(xué)能則轉(zhuǎn)化為儲存在糖類中的化學(xué)能。訓(xùn)練鞏固·課堂達(dá)標(biāo)1．(2024·武漢外國語學(xué)校)關(guān)于光合作用的敘述，正確的是(D)A．類囊體上產(chǎn)生的ATP可用于汲取礦質(zhì)元素離子B．夏季晴天光照最強(qiáng)時，植物光合速率肯定最高C．進(jìn)入葉綠體的CO2能被NADPH干脆還原D．正常光合作用的植物突然停止光照，C5與ATP含量會下降解析：類囊體上產(chǎn)生的ATP只用于葉綠體內(nèi)的生命活動，A項錯誤；夏季晴天光照最強(qiáng)時，蒸騰作用過強(qiáng)導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，植物光合速率較低，B項錯誤；進(jìn)入葉綠體的CO2被C5固定為C3后被NADPH還原，C項錯誤；正常光合作用的植物突然停止光照，[H]與ATP的來源削減，暗反應(yīng)中C3還原減弱，CO2固定仍在進(jìn)行，故C5含量下降，D項正確。2．(2024·山西省臨汾一中、晉城一中高一)下圖為高等綠色植物的光合作用圖解。下列相關(guān)說法正確的是(D)A．①是光合色素，可用層析液提取B．②是O2，全部用于該植物有氧呼吸的第三階段C．③是C3，能被氧化為(CH2O)D．④是ATP，在葉綠體基質(zhì)中被消耗解析：①是光合色素，可用無水乙醇提取，A錯誤；②是O2，當(dāng)光合作用大于呼吸作用時，一部分氧氣釋放到細(xì)胞外，B錯誤；三碳化合物被還原氫還原形成有機(jī)物，不是被氧化形成有機(jī)物，C錯誤；④是ATP，是光反應(yīng)的產(chǎn)物，用于暗反應(yīng)中三碳化合物的還原階段，其消耗場所是葉綠體基質(zhì)，D正確。3．下列敘述正確的是(B)A．光反應(yīng)不須要酶，暗反應(yīng)須要多種酶B．光反應(yīng)消耗水，暗反應(yīng)消耗ATPC．光反應(yīng)儲存能量，暗反應(yīng)消耗能量D．光反應(yīng)固定CO2，暗反應(yīng)還原CO2解析：光反應(yīng)、暗反應(yīng)都須要酶的催化，A錯誤；光反應(yīng)消耗水、產(chǎn)生ATP，暗反應(yīng)產(chǎn)生水、消耗ATP，B正確；光反應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化成ATP和[H]中化學(xué)能儲存并參與暗反應(yīng)，暗反應(yīng)則將ATP和[H]中的能量轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的化學(xué)能儲存到糖類等化合物中，C錯誤；暗反應(yīng)固定CO2，D錯誤。4．在光照等相宜條件下，將培育在CO2濃度為1%環(huán)境中的某植物快速轉(zhuǎn)移到CO2濃度為0.