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2019-2020年高二生物 能量之源 光合作用導學案 蘇教版 【重難點突破】 1.光合作用過程分析 1、光合作用過程圖解 2、反應式及元素去向 (1)氧元素： (2)碳元素：CO2→C3→(CH2O) (3)氫元素：H2O→[H]→(CH2O) 3、當影響光合作用的外界條件發(fā)生驟然變化時，短時間內(nèi)將直接影響光合作用過程中C3、C5、[H]、ATP及(CH2O)的生成量，進而影響葉肉細胞中這些物質(zhì)的含量。請?zhí)顚懴卤恚? 條件 C3 C5 [H]、ATP (CH2O)合成量 停止光照 CO2供應不變 增加 減少 減少或沒有 減少或沒有 突然光照 CO2供應不變 減少 增加 增加 增加 光照不變 停止CO2供應 減少 增加 增加 減少或沒有 光照不變 CO2供應增加 增加 減少 減少 增加 光照不變 CO2供應不變 (CH2O)運輸受阻 增加 減少 增加 減少 【典題演示1】（xx常州一調(diào)）樹林中，陽光穿過枝葉的空隙，會在地上投下圓形的光斑，它們隨著太陽的偏移和枝葉的擺動而移動。下圖顯示在人工光斑照射某植物葉片前后，實驗測得CO2吸收速率和O2釋放速率的變化情況。以下各項分析中正確的是（） A. 圖中A點O2濃度最高 B. AB段變化的原因是溫度過高，導致酶活性下降 C. 光斑移開后一段時間光合作用仍在進行 D. CD段的原因是CO2濃度降低，光反應速率下降 【變式訓練1】1.（xx威海模擬）如圖是[H]隨化合物在生物體內(nèi)的轉(zhuǎn)移過程，下列對其分析錯誤的是（ ） A．［H］經(jīng)①→②轉(zhuǎn)移到葡萄糖，首先［H］與C3結(jié)合，該轉(zhuǎn)變過程屬于暗反應 B．［H］經(jīng)②→①轉(zhuǎn)移到水中，此過程需要氧氣參與 C．［H］經(jīng)②→④過程一般在缺氧條件下才能進行 D．②→①產(chǎn)生的［H］和①→②產(chǎn)生的［H］全部來自于水 解析：考查光合作用、有氧呼吸和無氧呼吸的生理過程及聯(lián)系。在有氧呼吸過程中，第一階段也可以產(chǎn)生少量的[H]，其來源是葡萄糖。 答案：D。 二、影響光合作用的因素分析及應用： 1、內(nèi)部因素 （1）植物種類不同光合作用速率不同。 （2）同一植物的不同生長發(fā)育階段光合作用速率不同。如：同樣光照條件下，幼苗期<營養(yǎng)生長期<開花期。 （3）同一葉片的不同生長發(fā)育時期光合作用速率不同（如右圖）。 2、單因子外界因素對光合作用速率的影響 （1）光照強度： ① 曲線分析： 圖1： 表示在一定的光照強度范圍內(nèi)，光合作用的速率隨著光照強度的增加而加快，超過一定的強度，光合作用速率不再加快。（圖中S點表示進行光合作用所需要的最低光照強度，Q點對應的光照強度稱為光飽和點。） 圖2： l A點光照強度為零，只進行細胞呼吸，A點即表示植物呼吸速率。 l AB段表示隨光照強度增強，光合作用逐漸加強，CO2的釋放量逐漸減少，有一部分用于光合作用；B點表示細胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用，即 光合作用強度等于細胞呼吸強度，稱B為光補償點。 l BC段表示隨光照強度不斷增強，光合作用強度不斷加強，到C點以上不再加強了。C點對應的光照強度為光飽和點。（C點對應的CO2吸收值表示表觀光合速率） ② 應用： 陰生植物的光補償點和光飽和點比較低，如虛線所示，在林生產(chǎn)上間作、套種、林帶樹種的配置，合理采伐都要考慮陽生植物要給予較強的光照，陰生植物不需要太強的光。 附：光質(zhì)（光的波長）對光合作用速率的影響 不同波長光的光合效率不同，紅光的光合效率最高，其他色光的光合效率較低。 （2）CO2濃度： ① 曲線分析： 圖1： 表示在一定的濃度范圍內(nèi)，光合作用的速率隨著CO2濃度的增加而加快，超過一定的濃度，光合作用速率不再加快。（圖中S點表示進行光合作用所需要的最低CO2濃度，Q點對應的CO2濃度稱為CO2飽和點。） 圖2： l A點表示CO2補償點，即光合作用速率等于呼吸作用速率時的CO2濃度。 l AB表示隨CO2濃度增加，光合作用不斷增強，到B點以上不再加強了。B點對應的光照強度為CO2飽和點。（B點對應的CO2吸收值表示表觀光合速率） ② 應用： 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可以通過“正其行，通其風”，增施農(nóng)家肥等措施適當提高CO2濃度，提高光合作用速率。 （3）溫度： ① 曲線分析：溫度是通過影響與光合作用有關(guān)酶的活性而影響光合作用速率的。 ② 應用：溫室栽培時，白天調(diào)到光合作用的最適溫度（冬天適當升高溫度，夏天適當降低溫度），以提高光合作用速率；夜間適當降低溫度，以降低細胞呼吸，增加有機物的積累。 （4）與光合作用有關(guān)的礦質(zhì)元素的供應 ① 曲線含義： 在一定的濃度范圍內(nèi)，增大必需礦質(zhì)元素的供應，可提高光合作用速率，但當超過一定濃度后，會因土壤溶液濃度過高使植物吸水困難，從而導致光合作用速率下降。 ② 應用： 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，根據(jù)植物的需肥規(guī)律，實時地、適量地增施肥料，以提高作物的光合作用速率。 （5）水分 水也是光合作用的原料之一，滿足作物對水分的需求，有利于提高作物的光合作用速率。 3、多因子外界因素對光合作用速率的影響 ① 曲線分析： l P點時，限制光合速率的因素應為橫坐標所表示的因子，隨其不斷加強，光合速率不斷提高。 l 到Q點時，橫坐標所表示的因素，不再是影響光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取適當提高圖示中的其他因子的方法。 ② 應用： 在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可根據(jù)具體情況，通過增加光照強度、增加CO2濃度或調(diào)節(jié)溫度來充分提高光合速率，以達到增產(chǎn)的目的。 【典題演示】2.（xx福建南安等三校聯(lián)考）圖1表示A、B兩種植物光合作用效率隨光照強度改變的變化曲線；圖2表示將A植物放在不同濃度CO2環(huán)境條件下，光合效率受光照強度影響的變化曲線；圖3代表陽生植物的一個葉肉細胞及其相關(guān)生理過程示意圖。請據(jù)圖回答： （1）圖1中，在c點時，葉綠體中ADP的移動方向是_______________________________________________________________________。 （2）圖2中，de段的限制因子是________；e點與d點相比較，e點時葉肉細胞中C3的含量________(填“高”、“低”、“基本一致”)；e點與f點相比較，e點時葉肉細胞中C3的含量________(填“高”、“低”、“基本一致”)。 （3）圖3中，在光照強度較強時，葉綠體產(chǎn)生的氧氣的去路有________(填字母)。光合作用的反應式是_____________________。 解析：在圖1中b點時，光合速率和呼吸速率相等，二氧化碳的吸收量為0，在c點時，繼續(xù)增加光強，二氧化碳的吸收量不再增加，此時光反應強，合成較多的ATP，而光反應的場所是在葉綠體類囊體的薄膜上，所以ADP的移動方向為從葉綠體的基質(zhì)移向葉綠體類囊體的薄膜。在圖2中de段隨著光照強度的增加，CO2的吸收量增多，說明光合作用的速率增加，限制其增加的因素為光照強度。與d點相比e點時光照強度大，光反應強烈，產(chǎn)生的[H]和ATP多，所以C3的消耗多，C3的含量降低；e點時，CO2的濃度較f點高，CO2的固定量大，C3含量高。在光照較強時，光合作用增強，產(chǎn)生的氧氣一部分進入線粒體，一部分擴散到周圍環(huán)境中。 答案：（1）從葉綠體基質(zhì)移向葉綠體類囊體的薄膜 ?。?）光照強度　低　高　 （3）p、g　 CO2＋H2O光能葉綠體 (CH2O)＋O2 【變式訓練】2. （xx濱州模擬）將一植物放在密閉的玻璃罩內(nèi)，置于室外進行培養(yǎng)，假定玻璃罩內(nèi)植物的生理狀態(tài)與自然環(huán)境中相同。用CO2濃度測定儀測得了該玻璃罩內(nèi)CO2濃度的變化情況，繪制成如圖的曲線，下列有關(guān)說法正確的是(　　) A．H點CO2濃度最低，說明此時植物對CO2的吸收量多，光合作用最強 B．CO2濃度下降從DE段開始，說明植物進行光合作用是從D點開始的 C．D點表明植物光合作用強度和細胞呼吸強度相等 D．D點較B點CO2濃度高，是因為D點溫度高，使植物細胞呼吸強 解析：H點CO2濃度最低，說明此時植物體內(nèi)積累的有機物最多；D點和H點時，光合作用強度與細胞呼吸強度相等，D點之前，H點以后也進行光合作用，只不過是光合作用強度比細胞呼吸強度弱；D點以前由于植物只進行細胞呼吸，或者是細胞呼吸強度大于光合作用強度，所以玻璃罩內(nèi)的CO2濃度逐漸增大。 答案：C。 三、有氧呼吸與光合作用的比較 光合作用 有氧呼吸 代謝類型 合成代謝 分解代謝 場所 葉綠體 活細胞（主要在線粒體） 條件 光、色素、酶 酶（有光、無光都能進行） 物質(zhì)變化 無機物（CO2 + H2O）→有機物 有機物→無機物（CO2 + H2O） 能量變化 光能→化學能（儲存能量） 化學能→ATP+熱能（釋放能量） 實質(zhì) 合成有機物，儲存能量 分解有機物，釋放能量 意義 ①為幾乎所有生物的生存提供了物質(zhì)來源和能量來源。 ②維持大氣中O2與CO2含量的相對穩(wěn)定。 ③促進了生物的進化。 ①為生物體的生命活動提供能量。 ②為體內(nèi)物質(zhì)的合成提供原料。 聯(lián)系 ①光合作用為細胞呼吸提供物質(zhì)和能量基礎(chǔ)，細胞呼吸為光合作用提供原料。 ②進化：光合作用促進有氧呼吸生物的出現(xiàn)。 ③共同維持自然界的碳循環(huán)。 【特別提示】 ①光合作用只有植物的綠色細胞和光合細菌才能進行，但細胞呼吸則是所有活細胞都要進行。 ②光合作用光反應產(chǎn)生的ATP只供暗反應利用，而細胞呼吸產(chǎn)生的ATP可供各項生命活動利用。 ③光合作用的光反應中產(chǎn)生的[H]來自水的光解，用于暗反應中C3的還原，生成（CH2O）；有氧呼吸中產(chǎn)生的[H]來自第一、二階段有機物的氧化，用于第三階段與O2結(jié)合生成H2O，并產(chǎn)生大量的ATP。 【典題演示3】（xx揚州市調(diào)研）下圖X、Y、Z曲線分別表示一天24 h的溫度、某植物的光合速率（CO2 mgh-1）、表觀（凈）光合速率（CO2 mgh-1）的變化。請據(jù)圖回答： （1） 中午12點時，Z曲線下降，可能原因是。 (2) 如果中午12點時，Y曲線也下降，則原因可能是。此時若比較d、e兩個點對應的時刻，則時刻葉肉細胞之間的CO2濃度相對較高。（3） 中午12點，植物的呼吸速率約為CO2 mgh-1。 （4） Z曲線的a點上升，其原因是。 （5） 圖中光合速率與呼吸速率相等的點是。根據(jù)Z曲線的變化推測該植物接受光照的時間是Z曲線中的段。 （6） 你認為植物能否正常生長？ 【變式訓練】3.（xx舟山模擬）下列關(guān)于植物光合作用和細胞呼吸的敘述，正確的是(　　) A．無氧和零下低溫環(huán)境有利于水果的保鮮 B．CO2的固定過程發(fā)生在葉綠體中，C6H12O6分解成CO2的過程發(fā)生在線粒體中 C．光合作用過程中光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能，細胞呼吸過程中化學能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎虯TP D．夏季連續(xù)陰天，大棚中白天適當增加光照，夜晚適當降低溫度，可提高作物產(chǎn)量 解析：無氧條件下植物細胞無氧呼吸產(chǎn)生酒精對水果細胞有毒害作用，零下低溫易引起細胞結(jié)冰，二者均不利水果的保鮮；C6H12O6在細胞質(zhì)基質(zhì)中分解產(chǎn)生丙酮酸，丙酮酸進入線粒體中進一步分解產(chǎn)生CO2和H2O；光合作用過程包括光反應和暗反應，可將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的化學能，細胞呼吸過程是將有機物中穩(wěn)定的化學能轉(zhuǎn)變成ATP中不穩(wěn)定的化學能和熱能，故C項不確切；夏季連續(xù)陰雨天，限制光合作用的主要因素是光照，適當增加光照能夠提高光合速率，夜間適當降低溫度可降低呼吸速率，二者結(jié)合起來，可提高作物的產(chǎn)量。 答案：D。 四、同一植物在不同條件下氣體代謝的特點及相對強度的表示方法 1、黑暗狀況時 ①細胞呼吸相對強度可用如下三種方式表示： ②氣體代謝特點： 植物只進行細胞呼吸，不進行光合作用。植物從外界吸收O2，并將細胞呼吸產(chǎn)生的CO2釋放到體外（如右圖） 2、較強光照時 ②氣體代謝特點 植物同時進行細胞呼吸和光合作用，且光合作用強度大于呼吸作用強度。分析乙圖可知，圖乙中有如下數(shù)量關(guān)系（如右圖）： N=N1+N2； m=m1+m2 3、真正光合速率 = 表觀（凈）光合速率 + 呼吸速率（如右圖） 五、化能合成作用及生物的代謝類型（人教版） 1、化能合成作用：利用體外環(huán)境中某些無機物氧化所釋放的能量（化學能）合成有機物。 如：硝化細菌能將土壤中的氨（NH3）氧化成亞硝酸（HNO2），進而將亞硝酸氧化成硝酸（HNO3），利用這兩個化學反應中釋放出的化學能將CO2 和 H2O合成為糖類供自身利用。 2、自養(yǎng)生物與異養(yǎng)生物 自養(yǎng)生物：能利用光能或化學能將體外環(huán)境中轉(zhuǎn)變成儲存能量的有機物的生物。 如：綠色植物、光合細菌、化能合成細菌（如硝化細菌） 異養(yǎng)生物：只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機物來維持自身生命活動的生物。 如：各種動物、營腐生或寄生的生物 3、新陳代謝的基本類型 注：酵母菌的異化作用屬于兼性厭氧型。 【典題演示】4。 下圖甲表示春季晴天某密閉大棚內(nèi)一晝夜CO2濃度的變化。乙圖曲線a表示某種植物在20℃、CO2濃度為0.03%的環(huán)境中隨著光照強度的變化光合速率的變化情況；在B點時改變某種條件，結(jié)果發(fā)生了如曲線b變化。丁、戊分別表示在一定實驗條件下測得的某植物光 合作用速率與光照強度之間的關(guān)系、呼吸作用與氧氣濃度之間的關(guān)系。請分析回答： （1）甲圖中，一晝夜CO2濃度最高和最低的分別是a、b對應的時刻，a、b兩個時刻的生物學意義是 ___________________________________________________________。 （2）分析乙圖在B點時改變的某種條件可能是(列舉兩種情況)： ①_________________________________________________________________ 理由：___________________________________________________________________ ②___________________________________________________________________________ 理由：_________________________________________________________________________ （3）乙圖中A點與B點相比較，A點時葉綠體中C3的含量________（填“多”或“少”），[H]的含量________（填“多”或“少”）。乙圖中如果在C點時溫度降低10℃，則曲線有何變化？請在丙圖中表示出來。 （4）影響圖丁中E點上下移動的主要外因是______________________________。 （5）圖戊中的數(shù)據(jù)需要在適宜光照條件下測量嗎？_________________________。 答案：（1）表示光合作用強度等于細胞呼吸的強度 （2）溫度適當增加　 在一定的溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的增加光合作用增強 CO2的濃度增加 一定的CO2濃度范圍內(nèi)，隨著CO2濃度的增加光合作用增強 （3）多 少 （4）溫度 （5）不需要 【實驗闖關(guān)】葉綠體中色素的提取與分離 一、實驗梳理 1、原理： （1）葉綠體中的色素能溶解于有機溶劑（如丙酮、無水乙醇等）形成色素溶液。據(jù)此原理可以提取色素。 （2）葉綠體中的色素在層析液中的溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快；反之則慢。據(jù)此原理使各色素分離開來。 2、過程： 提取色素 制濾紙條 濾液劃線 色素分離 （紙層析） 觀察結(jié)果 濾紙條上出現(xiàn)四條寬度、顏色不同的色帶。 3、結(jié)果：色素在濾紙條上的分布如下圖： （橙黃色） 最快、最窄 （黃 色） （藍綠色） 最寬 （黃綠色） 最慢 【特別提示】 ①從色素帶的寬度知色素含量的多少依次為：葉綠素a>葉綠素b>葉黃素>胡蘿卜素。 ②從色素帶的位置知再層析液中溶解度大小依次為：胡蘿卜素>葉黃素>葉綠素a >葉綠素b。 ③在濾紙上距離最近的兩條色素帶是葉綠素a 和葉綠素b，最遠的是胡蘿卜素和葉黃素。 【典題演示5】 （xx鎮(zhèn)江一模）下圖是不同材料的色素提取物進行層析后的結(jié)果，其中不正確的是（） 【變式訓練4】 （1）甲同學利用新鮮的玉米綠色葉片進行“綠葉中色素的提取和分離”實驗，在濾紙條上出現(xiàn)了四條清晰的色素帶，其中呈黃綠色的色素帶為 。 （2） 該同學改變層析液組成后繼續(xù)進行實驗，濾紙條上只出現(xiàn)了黃、綠兩條色素帶，他用刀片裁出帶有色素帶的濾紙條，用乙醚分別溶解條帶上的色素，濃縮后用一分析儀器檢測，通過分析色素溶液的 來判斷條帶的色素種類。 （3） 實驗結(jié)束幾天后，乙、丙兩同學發(fā)現(xiàn)部分預留葉片已變黃，乙同學認為這是由于葉片中某些色素降解所造成的，丙同學則認為某些色素含量增加。根據(jù)所學知識，你將如何設(shè)計實驗來判斷兩個同學的觀點是否正確？ 。【方法指導】 (1) 實驗疑難點撥 ① 丙酮（或無水乙醇）的用途是溶解（提?。┤~綠體中的色素。 ② 石英砂（二氧化硅）的作用是為了研磨充分。 ③ 碳酸鈣的作用是防止研磨過程中色素被破壞。 ④ 層析液的用途是分離葉綠體中的色素。 （2） 實驗成功的關(guān)鍵： ① 葉片新鮮，顏色要深綠，含有較多色素。 ② 研磨要迅速、充分。葉綠素不穩(wěn)定，易被細胞內(nèi)有機酸破壞。充分研磨使葉綠體完全破裂，提取較多的色素。 ③ 濾液細線要畫得細而直，以防止色素帶重疊。且要重復2~3次，以增加色素量，使色素帶更加清晰。 ④ 濾液細線不能觸及層析液，否則濾液細線上的色素會溶解到層析液中，濾紙條上得不到色素帶。 【變式訓練5】（xx廣州模擬）（多選）下圖是新鮮綠葉的四種光合色素在濾紙上分離的情況，以下說法正確的是（ ） A. 提取色素時加入碳酸鈣是為了防止葉綠素被破壞 B. 水稻在收獲時節(jié)，葉片中色素量的變化是（甲＋乙）＜（丙＋?。? C. 四種色素都能溶解在層析液中，乙色素的溶解度最大 D. 四種色素中，丙和丁主要吸收紅光 教師總結(jié)1. 光合作用中關(guān)鍵知識點名詞：光反應，暗反應，水的光解，CO2的固定，C3的還原，C5的再生，類囊體，葉綠體基質(zhì)。 2. 綠葉中色素的提取和分離知識點名詞：紙層析法，層析液，無水乙醇，二氧化硅，碳酸鈣，濾液細線。 3. 光合作用中一些模糊不清的易錯點： （1） 色素吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化過程中不需要酶的催化，而ATP的合成、CO2的固定、C3的還原離不開酶的催化。 （2） 葉綠體離開細胞，保持適宜條件仍可進行光合作用；但是從綠葉中提取的色素濾液不能進行光合作用，因為葉綠體被破壞，綠葉中只有色素缺乏酶等相關(guān)物質(zhì)。 （3） 溫度改變，不管光反應還是暗反應均受影響，但主要影響暗反應，因為暗反應（卡爾文循環(huán)）不管酶的種類還是數(shù)量都比光反應多。學習感悟