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2019-2020年高三生物二輪復(fù)習(xí) 光合作用教案1 人教版 【學(xué)習(xí)目標】1．知道光合作用的發(fā)現(xiàn)過程，了解科學(xué)發(fā)現(xiàn)的艱辛、方法的重要。2．掌握葉綠體中色素的功能。3．掌握光合作用的過程及其重要意義。4．掌握光合作用的總反應(yīng)式。5．掌握光合作用的光反應(yīng)與暗反應(yīng)的關(guān)系、基粒和基質(zhì)的關(guān)系。 【學(xué)習(xí)障礙】1．理解障礙：(1)如何理解光合作用的過程?(2)如何理解光合作用的光反應(yīng)與暗反應(yīng)及其關(guān)系？(3)如何理解光合作用中的物質(zhì)變化和能量變化？(4)如何理解影響光合作用的因素？(5)如何理解光合作用的總反應(yīng)式？2．解題障礙(1)光合作用過程中色素與光合作用的關(guān)系作用問題。(2)光合作用過程中物質(zhì)變化和能量變化及其關(guān)系問題。(3)光合作用在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用問題。 【學(xué)習(xí)策略】1．理解障礙的突破：(1)用“遷移法”和“層析綜合法”理解光合作用的過程。從總體上看，光合作用是一個氧化還原過程：在光合作用的原料中，CO2是碳的最氧化的狀態(tài)，氧在H2O中卻是一種還原的狀態(tài)。在光合作用的產(chǎn)物中，糖類則是碳的比較還原的狀態(tài)。通過反應(yīng)，CO2被還原到糖類的水平，H2O中的氧則被氧化為分子態(tài)氧。在常溫常壓下，自然界是實現(xiàn)不了這個反應(yīng)的。在綠色植物體內(nèi)，僅僅由于葉綠素吸收的光能作為反應(yīng)的推動力，就能使一個很難被氧化的H2O分子去還原一個很難被還原的CO2分子，并能使一個基本不含能量的CO2變成一個富含能量的有機物。(2)用“綜合比較法”理解光反應(yīng)和暗反應(yīng)、物質(zhì)轉(zhuǎn)變和能量轉(zhuǎn)變的關(guān)系比較一般遵循兩條途徑進行：一是尋找出知識之間的相同之處，即異中求同；二是在尋找出了事物之間相同之處的基礎(chǔ)上找出不同之處，即同中求異。 光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較如下表： 光合作用的過程 對比項目 光反應(yīng)階段 暗反應(yīng)階段 相同點與聯(lián)系點 都包括物質(zhì)變化和能量變化，因此，二者通過物質(zhì)代謝和能量代謝相聯(lián)系 不 同 點 所需條件 必須有光能才能進行 沒有光能也可以進行 場所 葉綠體內(nèi)的囊狀結(jié)構(gòu)上 葉綠體內(nèi)的基質(zhì)中 物質(zhì)變化 H2O分解成氧和[H]；形成ATP CO2被固定；C3被[H]還原，最終形成糖類等有機物；ATP轉(zhuǎn)化成ADP和Pi 能量變化 光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能并且儲存在ATP中 ATP中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為糖類等有機物中儲存的化學(xué)能 (3)用“圖解法”理解和掌握光反應(yīng)與暗反應(yīng)的關(guān)系以及影響光合作用的因素。 用圖解法描述生命活動的特征是生物學(xué)中經(jīng)常采用的一個重要手段。圖解可以增強感性認識，能加速對知識的理解和掌握。其中，教材中光合作用圖解就是用以表現(xiàn)光合作用生理過程的圖。在學(xué)習(xí)中，要充分利用好此圖，從中①可以幫助理解光合作用生理過程的全貌；②幫助理解全過程中主要的生理變化以及光反應(yīng)與暗反應(yīng)階段間的關(guān)系；③可以幫助理解物質(zhì)轉(zhuǎn)變與能量轉(zhuǎn)變的關(guān)系；④可以幫助理解影響光合作用的因素；⑤可以幫助理解光合作用的實質(zhì)等。結(jié)合表格對自己所學(xué)知識進行分析、歸納、綜合整理，使知識系統(tǒng)化、條理化。另外，還可以在理解了圖的內(nèi)涵和外延的基礎(chǔ)上，將圖進行再加工、再塑造，培養(yǎng)自己的創(chuàng)造能力。如可以把以上圖解納入到葉綠體的亞顯微結(jié)構(gòu)基粒和基質(zhì)中，這樣有助于開拓自己的思維空間，有利于對所學(xué)知識進行形象直觀記憶，提高靈活運用知識的能力。光合作用的圖解如下圖： ①光反應(yīng)與暗反應(yīng)的關(guān)系：在光合作用的圖解中從縱向看，光合作用包括光反應(yīng)與暗反應(yīng)兩個階段，從橫向看，有兩條線將這兩個階段串聯(lián)起來，一條是能量代謝，從光能、ATP分子中活躍的化學(xué)能到有機物分子中穩(wěn)定的化學(xué)能這一能量轉(zhuǎn)移過程。另一條是物質(zhì)代謝，從CO2、C3化合物到形成糖類等有機物這一物質(zhì)變化過程。聯(lián)系光反應(yīng)與暗反應(yīng)的是[H]和ATP，光反應(yīng)的產(chǎn)物[H]是暗反應(yīng)中CO2的還原劑；光反應(yīng)形成的ATP為暗反應(yīng)提供能量。暗反應(yīng)產(chǎn)生的ADP和Pi為光反應(yīng)形成ATP提供原料；暗反應(yīng)繼續(xù)完成把無機物合成有機物，把能量儲存在有機物中的過程。這就是光反應(yīng)與暗反應(yīng)的聯(lián)系。此外，還能反映出暗反應(yīng)階段中還有另—些C3化合物形成五碳化合物，繼續(xù)固定CO2，而使暗反應(yīng)連續(xù)進行下去，這些都反映了光合作用作為生命系統(tǒng)活動之一的有序性和自主性。 ②影響光合作用的因素：從光合作用的圖解中還可以反映出影響光合作用的外界因素有光照強度、溫度以及CO2濃度、H2O等，其中光照強度增加，光反應(yīng)速度加快，產(chǎn)生的[H]和ATP多，使暗反應(yīng)中還原過程加快，從而使光合作用產(chǎn)物增加；溫度主要是通過影響暗反應(yīng)中酶的催化效率，從而影響光合作用速度。在一定溫度范圍內(nèi)，溫度越高光合作用速度越快，溫度越低，光合作用速度越慢；CO2是光合作用的原料，CO2濃度增加，五碳化合物與CO2結(jié)合形成的三碳化合物增加，從而使暗反應(yīng)產(chǎn)物增加；H2O一方面是光合作用的原料，同時當H2O散失過多時，植物葉片的氣孔關(guān)閉，CO2無法進入植物體內(nèi)，從而影響光合作用速度；此外，礦質(zhì)元素也與光合作用有密切關(guān)系，如Mg是合成葉綠素的必要成分，N是合成酶必需的，而光合作用過程中需要多種酶參加，P是合成ATP必需的。 ［例1］冬季在溫室內(nèi)栽培作物時，更易采取下列哪項措施提高光合作用的效率 A．合理灌溉 B．增強光照 C．提高溫度 D．大氣施肥 解析：影響光合作用的因素有內(nèi)因、外因兩個方面。內(nèi)因是：植物在不同生長階段光合作用的強度是不同的。外因是：光照強度、二氧化碳的濃度、水等外界因素。光照強度是影響光合作用的首要因素，在一定范圍內(nèi)，光照強度增加，光合作用也增強。二氧化碳是光合作用的原料，所以二氧化碳的濃度也能影響光合作用的進行，大氣中二氧化碳的濃度約為0．03%，對植物進行光合作用來說是比較低的。如果二氧化碳的濃度提高到0．1%，作物的產(chǎn)量可提高一倍左右，所以在溫室栽培作物可補充二氧化碳作大氣施肥，增產(chǎn)效果明顯。溫度直接影響到酶的活性，對植物的各種生理活動都有影響，對光合作用的影響比較復(fù)雜，一般最適宜的溫度是25℃～30℃。故本題選D。 答案：D (4)用“同位素標記法”理解光合作用反應(yīng)式中的產(chǎn)物元素來源問題。 同位素用于追蹤物質(zhì)運行和變化過程時，叫做示蹤元素。用示蹤元素標記的化合物，化學(xué)性質(zhì)不變。人們可以根據(jù)這種化合物的放射性，對有關(guān)的一系列化學(xué)反應(yīng)進行追蹤。這種科學(xué)研究方法叫同位素標記法。 光合作用的公式為： 從這個總反應(yīng)式看不出光合作用產(chǎn)物O2的來源，但是，根據(jù)用氧的同位素18O所做的實驗，光合作用中所釋放出來的O2完全來自反應(yīng)物H2O，只要搞清楚光合作用放出的O2的來源，(CH2O)中各元素的來源就迎刃而解了。 2．解題障礙的突破：(1)用“圖文轉(zhuǎn)換法”和“層析綜合法”來解光合作用過程中色素與光合作用的關(guān)系的題。 [例2]實驗測得小麥在不同波長光照下光合速率的變化和小麥植株中葉綠素a對不同波長光線的相對吸收量，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)制成曲線圖。請根據(jù)圖回答問題： (1)從圖中可看出葉綠素a主要吸收_________光和_________光。 (2)在波長450 nm光照下產(chǎn)糖速率比在波長700 nm光照下的_________；在波長425 nm光照下O2釋放速率比在波長650 nm光照下的 _________。 (3)在波長750 nm到800 nm光照下的光合速率為零，其最可能的是__________________。 解析：用“圖文轉(zhuǎn)換法”和“層析綜合法”解。在葉綠體基粒片層結(jié)構(gòu)的薄膜上分布著與光合作用有關(guān)的色素，主要有葉綠素a、葉綠素b、胡蘿卜素和葉黃素等四種。這些色素具有選擇吸收光能的作用。觀察上圖可見，葉綠素a對光的吸收量的高峰分別是在約430 nm和約680 nm，因此葉綠素a主要吸收的是藍紫光和紅橙光。光合作用是綠色植物利用光能，將CO2和H2O合成貯存能量的有機物，同時釋放O2的過程，光合作用合成的有機物主要是糖類。所以光合速率與產(chǎn)糖速率、O2釋放速率成正比，即光合速率越快，則產(chǎn)糖速率越快，O2釋放速率越快。通過分析曲線圖可以發(fā)現(xiàn)：產(chǎn)糖速率在波長450 nm光照時比在波長700 nm光照時快；而O2釋放速率在波長425 nm光照時比在波長650 nm光照下時要慢。這里要注意的是不能把葉綠素a對光的吸收量變化曲線與光合速率的變化曲線混在一起。在波長750 nm到800 nm光照下的光合速率為零，是因為葉綠體中沒有吸收該段波長光線的色素，光合作用無法進行。答案：(1)藍紫 紅橙 (2)快 慢 (3)葉綠體中沒有吸收該段波長光線的色素，光合作用無法進行 點評：在解題過程中所采用的方法有時是多種方法并用，如本題目，首先必須用圖文轉(zhuǎn)換法進行讀圖，弄清變量之間的關(guān)系，再做分析。 (2)用“系統(tǒng)化和具體化(對號入座)法”解光合作用過程中物質(zhì)變化和能量變化及其關(guān)系問題。 [例2]有一種藍色染色劑DCPIP(二氯酚靛酚)，被還原后成為白色，下面條件下能使DCPIP產(chǎn)生最大程度顏色變化的是 A．分離的葉綠體，置于黑暗中 B．分離的葉綠體，置于光下 C．葉綠體提取液，置于黑暗中 D．葉綠體基質(zhì)提取液，置于光下 解析：用“系統(tǒng)化和具體化(對號入座)法”解。光合作用中光反應(yīng)是葉綠體色素分子吸收光能將H2O分解成[H]和氧，并將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能貯存在ATP中，產(chǎn)生了ATP。在光合作用中產(chǎn)生的具有還原性的物質(zhì)只有[H]，而[H]是在光反應(yīng)中產(chǎn)生的，光反應(yīng)的場所是葉綠體的基粒囊狀結(jié)構(gòu)，在葉綠體的基質(zhì)內(nèi)只能進行暗反應(yīng)。通過上述分析可知，將葉綠體置于光下能夠進行光反應(yīng)，產(chǎn)生的[H]具有還原性，能將DCPIP還原成白色。 答案：B 點評：在光合作用的知識系統(tǒng)中，我們已經(jīng)理解和掌握了光合作用中的光反應(yīng)和暗反應(yīng)的具體過程以及兩者的聯(lián)系，表現(xiàn)在光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供[H]和ATP。光反應(yīng)的產(chǎn)物有O2、[H]和ATP，其中[H]作為還原劑參與暗反應(yīng)，ATP為暗反應(yīng)提供能量，O2一部分進入線粒體參與有氧呼吸，另一部分則以分子形式從葉片的氣孔釋放出去。此題中的問題是物質(zhì)還原的問題，用對號入座的方法知道光反應(yīng)產(chǎn)生[H]具有還原性，能將DCPIP還原成白色，光反應(yīng)的場所是葉綠體的基粒。 [例3]光合作用過程中，能量的轉(zhuǎn)化途徑是 A．光能→色素→糖類 B．色素→ATP→糖類 C．光能→ATP→糖類 D．ATP→三碳化合物→糖類 解析：光合作用過程中有物質(zhì)變化和能量變化，在光反應(yīng)過程中的能量變化是葉綠體色素吸收光能，將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能貯存在ATP中；在暗反應(yīng)過程中的能量變化是將ATP中的化學(xué)能通過還原過程貯存在糖類中。 答案：C 點評：在光合作用過程中，能量的變化是由光能轉(zhuǎn)變成ATP中活躍的化學(xué)能，在ATP中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成糖類中穩(wěn)定的化學(xué)能。因此采用“對號入座的方法”就可得出答案。當然，解題的方法有很多，也可以運用“層析綜合法”等方法。 (3)用“圖文轉(zhuǎn)換法”和“對號入座法”等方法解光合作用在生產(chǎn)實踐中應(yīng)用的題。 [例4]下圖為光反應(yīng)、暗反應(yīng)聯(lián)系示意圖，據(jù)圖回答下列問題： (1)填出圖中字母所表示的物質(zhì)。 a____________，b____________， c____________，d____________。 (2)光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供了____________和____________。 (3)光合作用中的能量轉(zhuǎn)變是：光能→____________→____________。 (4)如小麥在適宜條件下栽培，突然將d降至極低水平，則小麥葉片中的三碳化合物含量會突然減少，其原因是__________________；若降低d的同時，又停止光照，則不會出現(xiàn)上述現(xiàn)象，其原因是__________________。 解析：先用“圖文轉(zhuǎn)換法”進行讀圖，知道此圖表示光合作用過程中的光反應(yīng)與暗反應(yīng)的主要變化及其相互聯(lián)系，再用“對號入座法”回憶光合作用整個過程可知，a表示O2、b表示ATP、c表示[H]、d表示CO2；光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供了b和c，即ATP和[H]；在光合作用過程中的能量變化是光能轉(zhuǎn)變成ATP中的化學(xué)能，再轉(zhuǎn)變成有機物中的化學(xué)能，有機物主要是指糖類中的葡萄糖；如小麥在適宜條件下栽培，突然將d降至極低水平，則小麥葉片中的三碳化合物含量會突然減少，其原因是缺少形成三碳化合物的原料CO2。若降低d的同時，又停止光照，則不會出現(xiàn)上述現(xiàn)象，其原因是CO2減少，固定過程受阻，三碳化合物合成減少，同時又由于光照停止，光反應(yīng)產(chǎn)生的[H]和ATP減少，使還原過程也受阻，這樣三碳化合物的含量就相對穩(wěn)定。 答案：(1)O2 ATP [H] CO2 (2)[H] ATP (3)ATP中的化學(xué)能 糖類(有機物)中的化學(xué)能 (4)缺乏形成C3的原料 光反應(yīng)受阻，缺乏[H]和ATP還原C3 點評：將問題納入知識系統(tǒng)中可知道光合作用的原料和產(chǎn)物，從而運用“對號入座法”知道abcd各代表什么物質(zhì)；在此基礎(chǔ)上回想光反應(yīng)和暗反應(yīng)的聯(lián)系，以及光合作用過程中的能量變化過程；最后，聯(lián)系影響光合作用的因素，主要是CO2和光照對光合作用的影響。此題具有一定的綜合性，通過練習(xí)可以全面掌握光合作用過程，可以培養(yǎng)綜合分析能力。 [例5]有人設(shè)計了一個光合作用實驗。實驗前在溶液中加入破損了外膜和內(nèi)膜的葉綠體及一定量的ATP和[H]，然后分連續(xù)的Ⅰ、Ⅱ兩個階段，按下圖所示的條件進行實驗。試分析回答： (1)除糖類外，階段Ⅰ積累的物質(zhì)主要有_________。 (2)請在上圖中繪出階段Ⅱ合成糖的速率的可能曲線。 解析：本題可用“層析綜合法”來解。 本題綜合考查了光合作用過程中光反應(yīng)和暗反應(yīng)的基本過程、反應(yīng)條件和反應(yīng)產(chǎn)物以及兩者的內(nèi)在聯(lián)系，特別是光照和CO2對光合作用過程的微觀影響。通過對題的解讀可知，溶液中加入破損雙層膜的葉綠體提供了光反應(yīng)和暗反應(yīng)所需的酶系統(tǒng)和色素等基本條件。同時，圖中討論的是糖類的合成速率，故應(yīng)著重根據(jù)暗反應(yīng)所需條件判斷其能否進行，由于階段Ⅰ中“CO2的固定”始終進行著，C3在酶、ATP和[H]參與下還原為糖類(如曲線AB所示)。由于無光照光反應(yīng)不能進行，因此沒有[H]和ATP的生成，還原受阻直至停止(如曲線 BC所示)。因此，除糖類外，階段I積累的物質(zhì)有：C3、ADP和Pi。在階段Ⅱ中，有光則進行光反應(yīng)，階段Ⅰ積累的C3還原為糖類，一段時間后，由于無CO2沒有C3的生成，使得糖類的生成受阻直至停止，故階段Ⅱ的曲線應(yīng)如答案中圖所示。答案：(1)C3 、ADP和Pi (2)如左下圖 點評：(1)如果將階段Ⅰ和階段Ⅱ的控制條件交換一下，其他實驗條件均不改變，思考實驗結(jié)果又該如何?對此給出如下可能的曲線(右上圖)，試作出相應(yīng)的分析： ①AB段說明____________________________________________________________； ②BC段說明____________________________________________________________； ③CD段說明____________________________________________________________。 同理，上題中討論的仍然是有機物的合成速率，解題突破口應(yīng)是分析暗反應(yīng)能否進行。根據(jù)暗反應(yīng)條件①AB段說明：有光能進行光反應(yīng)，無CO2暗反應(yīng)不能進行，因而沒有有機物的合成②BC段說明：有CO2、[H]和ATP暗反應(yīng)能進行，因而有有機物的合成③CD段說明：有CO2但沒有[H]和ATP，暗反應(yīng)不能進行。 【同步達綱練習(xí)】 1．在正常條件下進行光合作用的某植物，當突然改變某條件后，即可發(fā)現(xiàn)其葉肉細胞內(nèi)五碳化合物含量突然上升，則改變的條件是 A．降低CO2濃度 B．升高CO2濃度 C．停止光照 D．停止光照并降低CO2濃度 2．下圖是在不同的溫度條件下測得光合作用效率與光照強度之間的關(guān)系曲線，仔細分析此曲線后，回答下列問題： (1)圖中的曲線總體說明了：①________________________；②_____________________。 (2)在光照強度P點時，限制光合作用效率的外界因素是____________。 (3)在光照強度Q點時，限制光合作用的外界因素是____________。對暗反應(yīng)影響較大的外界因素是____________。 3．下圖為4種植物(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)在不同光照強度下光合作用速率的曲線，其中最適于在蔭蔽條件下生長的植物是 A．Ⅰ B．Ⅱ C．Ⅲ D．Ⅳ 4．光照增強，光合作用增強，但在光照最強的夏季中午，由于氣孔的關(guān)閉，光合作用不但不能繼續(xù)增強，反而下降，主要原因是 A．H2O分解產(chǎn)生的[H]數(shù)量不足 B．暗反應(yīng)過程中還原劑數(shù)量不足 C．葉綠體利用光能合成ATP數(shù)量不夠 D．暗反應(yīng)過程中C3產(chǎn)生得太少 5．下圖是改變光照和CO2濃度后與光合作用有關(guān)的三碳化合物和五碳化合物在細胞內(nèi)的變化曲線。請回答： (1)曲線a表示的化合物是____________，在無光照，其量迅速下降的原因是： ①__________________；②__________________。 (2)曲線b表示的化合物是____________。在CO2濃度降低時，其量迅速下降的原因是：①_______________；②_______________。 (3)由此可見光照強度和CO2濃度的變化均影響光合作用的速度，但前者主要影響光合作用的____________過程，后者主要影響_________________過程。 6．科學(xué)家用高速離心法打破葉綠體的外膜與內(nèi)膜，基質(zhì)和基粒便釋放出來，在缺CO2的條件下，給予光照，然后再用離心法去掉基粒，在黑暗情況下，在上述去掉基粒的基質(zhì)中，加14CO2進行同位素追蹤，結(jié)果在基質(zhì)中出現(xiàn)了含14C的光合作用產(chǎn)物。 在上述實驗的同時，進行另一個對照實驗：在無任何光照的條件下，已經(jīng)處理的無基粒的基質(zhì)中加入ATP和[H]及14CO2，也同樣有14C的光合作用產(chǎn)物。上述實驗證明了： (1)光反應(yīng)是在葉綠體的____________上進行的，因為________________________。 (2)暗反應(yīng)是在葉綠體的____________中進行的，因為其中含有________________。 (3)暗反應(yīng)所需要的是____________，而這些物質(zhì)是_________產(chǎn)生的。 參考答案 【同步達綱練習(xí)】 1．解析：用“圖解法”來解。 答案：A 2．解析：用“圖文轉(zhuǎn)換法”和“層析綜合法”來解。 答案：(1)在一定范圍內(nèi)，光合作用效率隨光照強度的增加而增加，達到了一定的光照強度就不再增加 在光照強度大于P點時，溫度適當升高，光合作用效率也隨之增加 (2)光照強度 (3)溫度 溫度 3．解析：用“圖文轉(zhuǎn)換法”和“層析綜合法”來解。首先要讀圖，再析圖。此題考查了光照強度這一外界因素對光合作用的影響，特別是光照對不同植物(如陽生植物、陰生植物等)的不同效應(yīng)，曲線Ⅰ、Ⅱ應(yīng)屬陽生植物，Ⅲ、Ⅳ則屬陰生植物，其中最適合于蔭蔽條件下生長的應(yīng)是Ⅳ。 答案：D 4．解析：用“層析綜合法”來解。氣孔關(guān)閉，CO2減少，形成的C3 減少。 答案：D 5．解析：用“圖解法”和“層析綜合法”來解。 答案：(1)五碳化合物 CO2(C3)還原受阻使再生的五碳化合物減少 由于固定CO2要繼續(xù)消耗五碳化合物 (2)三碳化合物(C3) 因CO2減少，形成的三碳化合物減少 由于三碳化合物的還原過程在繼續(xù)進行 (3)光反應(yīng) 暗反應(yīng) 6．解析：用“層析綜合法”來解。 答案：(1)基粒 與光反應(yīng)有關(guān)的色素分布在基粒的囊狀結(jié)構(gòu)薄膜上 (2)基質(zhì) 與光合作用暗反應(yīng)有關(guān)的酶 (3)［H］和ATP 光反應(yīng)