2021-2022高中生物1學(xué)案：第5章 第4節(jié) 第2課時(shí)光合作用的探究歷程和過程

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGE19-版權(quán)所有@高考資源網(wǎng)學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第2課時(shí)光合作用的探究歷程和過程學(xué)習(xí)目標(biāo)核心素養(yǎng)1.了解光合作用的探究歷程.2．闡明光合作用的過程和實(shí)質(zhì)。（重難點(diǎn)）3．說出光合作用過程中的物質(zhì)和能量變化.(重點(diǎn))1.通過對(duì)光合作用的過程的學(xué)習(xí)，形成物質(zhì)與能量的生命觀念。2．通過對(duì)光反應(yīng)與暗反應(yīng)的學(xué)習(xí),養(yǎng)成分類與比較的科學(xué)思維方式。3．通過對(duì)光合作用探究歷程的相關(guān)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的科學(xué)探究能力。一、光合作用的概念和探究歷程1．概念（1）主要場(chǎng)所:葉綠體.（2)能量來源：光能。（3)反應(yīng)物：二氧化碳和水。（4)產(chǎn)物：有機(jī)物和氧氣。(5）實(shí)質(zhì)：合成有機(jī)物，儲(chǔ)存能量。2．探究歷程科學(xué)家結(jié)論普利斯特利植物可以更新空氣英格豪斯植物體只有在陽光照射下才能更新空氣梅耶光合作用把光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能儲(chǔ)存起來薩克斯植物葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉恩格爾曼氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是光合作用的場(chǎng)所魯賓和卡門光合作用釋放的氧氣全部來自水卡爾文探明了CO2轉(zhuǎn)化成有機(jī)物的途徑，這一途徑稱為卡爾文循環(huán)二、光合作用的過程1．反應(yīng)式CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up14(光能)，\s\do14（葉綠體))（CH2O)＋O2.2．光合作用的過程（1）填寫圖中字母所代表的物質(zhì)a：O2b：［H］c：2C3d：C5（2）圖示Ⅰ過程是光反應(yīng)階段①場(chǎng)所：葉綠體的類囊體薄膜上。②條件：光、色素、酶等。③物質(zhì)變化：將水分解為氧氣和[H］，將ADP和Pi合成ATP.④能量變化：光能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?chǔ)存在ATP中的活躍的化學(xué)能。(3）圖示Ⅱ過程是暗反應(yīng)階段①場(chǎng)所：葉綠體基質(zhì)中。②條件：酶、[H]、ATP.③物質(zhì)變化。a．CO2的固定：C5＋CO2eq\o（→，\s\up14(酶)）2C3。b．C3的還原:C3＋［H]eq\o（→,\s\up14(酶),\s\do14(ATP））（CH2O）＋C5。c．ATPeq\o(→,\s\up14(酶)）ADP＋Pi。④能量變化：ATP中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)?CH2O)中穩(wěn)定的化學(xué)能。1．普利斯特利和薩克斯的實(shí)驗(yàn)中都用到了對(duì)照實(shí)驗(yàn)原則。 (）2．光合作用的光反應(yīng)和暗反應(yīng)階段在葉綠體的不同部位進(jìn)行。 （）3．光合作用中光反應(yīng)必須有光才可進(jìn)行，暗反應(yīng)沒有光也可長(zhǎng)期進(jìn)行. ()4．光合作用制造的有機(jī)物中的氧來自水. (）5．光合作用的光反應(yīng)階段完成了光能到活躍化學(xué)能的轉(zhuǎn)換。 (）提示:1?！?．√3．×暗反應(yīng)需要光反應(yīng)提供的［H］和ATP,沒有光暗反應(yīng)不能長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行.4．×光合作用制造的有機(jī)物中的氧來自CO2。5．√光合作用的探究歷程[問題探究]1．薩克斯實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)前先要把植物在黑暗中放置一段時(shí)間,其目的是什么？此實(shí)驗(yàn)除了能證明光合作用的產(chǎn)物有淀粉外，還能說明什么問題?提示：實(shí)驗(yàn)前先要把植物在黑暗中放置一段時(shí)間的目的是消耗掉葉片中的淀粉,以免影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。此實(shí)驗(yàn)還能說明光合作用需要光照。2．魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)采用的實(shí)驗(yàn)方法是什么？第一組和第二組有沒有實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的區(qū)別？提示:同位素標(biāo)記法.沒有實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的區(qū)分，屬于相互對(duì)照。3．卡爾文往小球藻培養(yǎng)液中通入14CO2后，分別給予小球藻不同時(shí)間的光照，然后用熱酒精殺死小球藻,分別測(cè)定不同光照時(shí)間下，小球藻中的放射性物質(zhì),結(jié)果如下：實(shí)驗(yàn)組別光照時(shí)間（s）放射性物質(zhì)分布12三碳化合物22012種磷酸化糖類360除上述12種磷酸化糖類外，還有氨基酸、有機(jī)酸等（1）卡爾文用熱酒精殺死小球藻的目的是什么？提示：目的是使酶失活，終止小球藻的光合作用及其他代謝過程.（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，光合作用過程中CO2首先固定在哪一種化合物中？提示：三碳化合物。（3)光合作用產(chǎn)生的糖類物質(zhì)還能轉(zhuǎn)化為哪些物質(zhì)?提示：氨基酸、有機(jī)酸等。eq\o([歸納總結(jié)])1．普利斯特利的實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)過程及現(xiàn)象密閉玻璃罩＋綠色植物＋eq\b\lc\｛\rc\（\a\vs4\al\co1（蠟燭：不易熄滅,小鼠：不易窒息死亡)）(2）實(shí)驗(yàn)分析①缺少空白對(duì)照,實(shí)驗(yàn)結(jié)果說服力不強(qiáng)，應(yīng)將點(diǎn)燃的蠟燭和小鼠分別單獨(dú)置于玻璃罩內(nèi)，作為空白對(duì)照.②沒有認(rèn)識(shí)到光在植物更新空氣中的作用，而將空氣的更新歸因于植物的生長(zhǎng)。③由于當(dāng)時(shí)科學(xué)發(fā)展水平的限制,沒有明確植物更新氣體的成分。2．薩克斯的實(shí)驗(yàn)(1）實(shí)驗(yàn)過程及現(xiàn)象黑暗中饑餓處理的綠葉eq\b\lc\｛\rc\(\a\vs4\al\co1（一半曝光\o（→,\s\up14（碘蒸氣))變藍(lán)，一半遮光\o（→,\s\up14(碘蒸氣))不變藍(lán)))（2）實(shí)驗(yàn)分析①設(shè)置了自身對(duì)照，自變量為光照，因變量是葉片顏色變化。②實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是饑餓處理，以使葉片中的營養(yǎng)物質(zhì)消耗掉，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的說服力。③本實(shí)驗(yàn)除證明了光合作用的產(chǎn)物有淀粉外,還證明了光是光合作用的必要條件.3．魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)（1）實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)論：（2)實(shí)驗(yàn)分析:設(shè)置了對(duì)照實(shí)驗(yàn)，自變量是標(biāo)記物質(zhì)（Heq\o\al(18，2)O和C18O2），因變量是O2的放射性。1．歷經(jīng)一個(gè)多世紀(jì)，經(jīng)過許多科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)，才逐漸發(fā)現(xiàn)光合作用的場(chǎng)所、條件、原料和產(chǎn)物，在下面幾個(gè)著名實(shí)驗(yàn)中，相關(guān)敘述不正確的是(）A．普利斯特利的實(shí)驗(yàn)證明了植物可以更新空氣B．薩克斯的實(shí)驗(yàn)也可證明光是光合作用的必要條件C．恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)定量分析了水綿光合作用生成的氧氣量D．魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)中,用18O分別標(biāo)記H2O和CO2，證明了光合作用產(chǎn)生的氧氣來自于H2O而不是CO2C［本題考查光合作用的探究歷程.恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃C明氧氣由葉綠體釋放出來，葉綠體是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所,而沒有定量分析光合作用生成的氧氣量。]2．卡爾文因發(fā)現(xiàn)光合作用合成己糖（葡萄糖）反應(yīng)中CO2的固定途徑獲得諾貝爾獎(jiǎng)?？栁膶?4CO2注入小球藻懸浮液，給予實(shí)驗(yàn)裝置不同時(shí)間(0<t1<t2〈t3〈t4〈t5）的光照,然后檢測(cè)放射性，結(jié)果見下表,據(jù)表分析正確的是（）光照時(shí)間0t1t2t3t4t5分離出的放射性化合物無①①②①②③①②③④⑤①②③④⑤⑥注：表中①～⑥依次代表3.磷酸甘油酸、1，3.二磷酸甘油酸、3-磷酸甘油醛、己糖、C5、淀粉.A．不同時(shí)間的產(chǎn)物為本實(shí)驗(yàn)自變量B．t1時(shí),①中的3個(gè)碳原子都具有放射性C．14C的轉(zhuǎn)移途徑為14CO2D．只做光照時(shí)間為t5的實(shí)驗(yàn),也能確定出放射性化合物出現(xiàn)的先后順序C[本實(shí)驗(yàn)的自變量為光照時(shí)間，不同時(shí)間的產(chǎn)物為因變量,A錯(cuò)誤.由題中信息，得不出①中的3個(gè)碳原子都具有放射性的結(jié)論，B錯(cuò)誤。放射性物質(zhì)出現(xiàn)的先后順序就是14C的轉(zhuǎn)移途徑，由表可知,14C的轉(zhuǎn)移途徑為14CO2→①→②→③→④⑤→⑥，C正確.如果只做光照時(shí)間為t光合作用的過程［問題探究]1．為什么暗反應(yīng)不能較長(zhǎng)時(shí)間地在黑暗條件下進(jìn)行？提示:因?yàn)楣夥磻?yīng)為暗反應(yīng)提供的［H］、ATP是有限的.2．不給小球藻提供CO2，只給予光照，小球藻能獨(dú)立地進(jìn)行光反應(yīng)嗎?為什么？提示:不能，因?yàn)闆]有暗反應(yīng)，光反應(yīng)的產(chǎn)物積累,使光反應(yīng)被抑制。3．結(jié)合光反應(yīng)和暗反應(yīng)過程分析，若突然停止光照或停止CO2供應(yīng),葉綠體中C3和C5相對(duì)含量發(fā)生怎樣的變化?提示：停止光照：C3含量相對(duì)增加，C5含量相對(duì)減少.停止CO2供應(yīng):C3含量相對(duì)減少，C5含量相對(duì)增加。eq\o([歸納總結(jié)］）1．光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較項(xiàng)目光反應(yīng)（準(zhǔn)備階段)暗反應(yīng)(完成階段）場(chǎng)所葉綠體的類囊體薄膜上葉綠體的基質(zhì)中條件光、色素、酶、水、ADP、Pi多種酶、［H]、ATP、CO2、C5物質(zhì)變化①水的光解：2H2Oeq\o(→，\s\up14(光能）)4[H］＋O2②ATP的形成：ADP＋Pi＋能量eq\o（→，\s\up14(酶)）ATP①CO2固定：CO2＋C5eq\o（→,\s\up14（酶))2C3②C3的還原:2C3eq\o(→,\s\up14([H］、ATP）,\s\do5(酶）)(CH2O)能量變化光能轉(zhuǎn)變成ATP中活躍的化學(xué)能ATP中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成貯存在（CH2O)中的穩(wěn)定的化學(xué)能相互聯(lián)系光反應(yīng)產(chǎn)物[H］、ATP為暗反應(yīng)提供還原劑和能量；暗反應(yīng)產(chǎn)生的ADP、Pi為光反應(yīng)形成ATP提供了原料2.光照和CO2濃度變化對(duì)光合作用物質(zhì)含量變化的影響當(dāng)外界條件改變時(shí)，光合作用中C3、C5、［H］、ATP含量的變化可以采用如圖分析：①以上各物質(zhì)的變化是相對(duì)含量的變化,不是合成速率，且是在條件改變后的短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的.②在以上各物質(zhì)的含量變化中:C3和C5含量的變化是相反的，即C3增加,則C5減少；[H］和ATP的含量變化是一致的,都增加，或都減少.1．正常生長(zhǎng)的綠藻,照光培養(yǎng)一段時(shí)間后，用黑布迅速將培養(yǎng)瓶罩上，此后綠藻細(xì)胞的葉綠體內(nèi)不可能發(fā)生的現(xiàn)象是（)A．O2的產(chǎn)生停止B．CO2的固定加快C．ATP/ADP比值下降D．NADPH/NADP＋比值下降B[正常生長(zhǎng)的綠藻，照光培養(yǎng)一段時(shí)間，說明綠藻可以正常進(jìn)行光合作用，用黑布遮光后，改變了綠藻光合作用的條件，此時(shí)光合作用的光反應(yīng)停止，光反應(yīng)的產(chǎn)物O2、ATP和[H]（即NADPH)停止產(chǎn)生，所以A、C、D項(xiàng)所敘述現(xiàn)象會(huì)發(fā)生;光照停止，暗反應(yīng)中C3還原受影響，C5減少，CO2的固定減慢，B項(xiàng)所敘述現(xiàn)象不會(huì)發(fā)生。］(1）外界的光照條件的改變?nèi)绾斡绊懓捣磻?yīng)的進(jìn)行？提示:暗反應(yīng)中C3的還原需要消耗光反應(yīng)產(chǎn)生的［H］、ATP，光照條件的改變通過影響[H]和ATP的含量影響暗反應(yīng).（2）在不改變光照條件的情況下，將綠藻置于沒有CO2的環(huán)境中，葉綠體中ATP/ADP的比值和NADPH/NADP＋的比值如何變化？提示:ATP/ADP的比值和NADPH/NADP＋的比值增大。2．據(jù)下面光合作用圖像，判斷下列說法不正確的是（）A．⑥過程發(fā)生于葉綠體基質(zhì)中B．⑤過程發(fā)生于葉綠體類囊體薄膜上C．圖示①～④依次為［H]、ATP、CO2、(CH2O)D．②不僅用于還原C3,還可用于礦質(zhì)離子吸收等D［光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP只用于暗反應(yīng)，呼吸作用產(chǎn)生的ATP才能用于礦質(zhì)離子吸收等生命活動(dòng)。]規(guī)律總結(jié)：1光反應(yīng)和暗反應(yīng)是一個(gè)有機(jī)的整體，光反應(yīng)不能進(jìn)行時(shí)，暗反應(yīng)也不能進(jìn)行；暗反應(yīng)被抑制時(shí)，光反應(yīng)也被抑制。2葉綠體中的ADP和ATP移動(dòng)的方向相反。①ADP的移動(dòng)方向：葉綠體基質(zhì)→類囊體薄膜。②ATP的移動(dòng)方向：類囊體薄膜→葉綠體基質(zhì)。3分析光合作用過程有關(guān)物質(zhì)含量的變化時(shí)，可通過比較該物質(zhì)的生成與消耗的相對(duì)速度變化進(jìn)行確定.4光合作用的光反應(yīng)階段產(chǎn)生的ATP只能用于暗反應(yīng)，不用于其他生命活動(dòng)過程。［課堂小結(jié)]知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建核心語句歸納1.光合作用的反應(yīng)式:CO2＋H2Oeq\o（→,\s\up14(光能）,\s\do14（葉綠體））（CH2O)＋O2。2．光反應(yīng)的場(chǎng)所是類囊體薄膜，產(chǎn)物是O2、［H]和ATP。3．暗反應(yīng)的場(chǎng)所是葉綠體基質(zhì)，產(chǎn)物是糖類等物質(zhì)。4．光合作用中的物質(zhì)轉(zhuǎn)變:（1）14CO2→14C3→（14CH2O）；（2）Heq\o\al（18，2)O→18O2。5．光合作用的能量轉(zhuǎn)變：光能→ATP中活躍的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能。1．光合作用的實(shí)質(zhì)是(）A．把CO2轉(zhuǎn)換成ATPB．產(chǎn)生化學(xué)能儲(chǔ)存在有機(jī)物中C．把光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能,儲(chǔ)存在ATP中D．把無機(jī)物轉(zhuǎn)化成有機(jī)物，把光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能[答案]D2．在光合作用過程中，光能最初用于（）A．CO2的固定 B．C3的還原C．將水分解為氧和[H] D．將淀粉分解為葡萄糖[答案］C3．光合作用包括光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個(gè)階段，參與暗反應(yīng)必需的物質(zhì)是(）A．H2O、CO2、ADP B．CO2、［H]、ATPC．H2O、CO2、ATP D．［H］、H2O、ADP[答案]B4．如圖表示德國科學(xué)家薩克斯做的實(shí)驗(yàn)，在葉片照光24h后,經(jīng)脫色、漂洗并用碘液處理，結(jié)果有錫箔覆蓋的部分呈棕色,而不被錫箔覆蓋的部分呈藍(lán)色。本實(shí)驗(yàn)說明(）①光合作用需要CO2②光合作用需要光③光合作用需要葉綠素④光合作用放出氧⑤光合作用制造淀粉A．①② B．③⑤C．②⑤ D．①③［答案]C5．甲圖表示光合作用部分過程的圖解，乙圖表示改變光照后，與光合作用有關(guān)的五碳化合物和三碳化合物在細(xì)胞內(nèi)含量的變化曲線，請(qǐng)據(jù)圖回答問題.（1)甲圖中A表示的物質(zhì)是________，它是由______________產(chǎn)生的，其作用主要是___________________________________。(2）甲圖中ATP形成所需的能量最終來自于______________.若用放射性同位素14C標(biāo)記CO2，則14（3）乙圖中曲線a表示的化合物是____________,在無光照時(shí)，其含量迅速上升的原因是_______________________________________________。（4)曲線b表示的化合物是____________,在無光照時(shí),其含量下降的原因是__________________________________________。［解析］（1)光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供的物質(zhì)是［H]和ATP,由此可確定A是［H］，[H］是由H2O分解后經(jīng)