【三维设计】2013高中生物 第4章 第2节 第2课时 光能的转换 光合作用 光合作用与农业配套课件 北师大版必修1.ppt

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第 4 章 理解 教材 新知 把握 热点 考向 知识点一 知识点二 知识点三 考向一 考向二 应用创新演练 第 2 节 第 2 课 时 知识点四 知识点五 1 光合作用的过程 可分为光反应和碳反 应两个阶段 2 光反应阶段是在叶绿体中的类囊体薄膜 上进行的 其主要作用是捕获太阳光能 将光能转化为化学能 并分解水释放氧气 3 碳反应阶段是在叶绿体内的基质中进行的 主要包括二氧化 碳的固定 三碳化合物的还原和五碳化合物的再生等过程 4 光反应是碳反应的物质和能量的准备阶段 碳反应是光反应 的继续 是物质和能量转化的完成阶段 5 光照强度 二氧化碳浓度 温度 矿质元素和水分等 都会 影响光合作用速率 6 延长光合作用的时间 增加光合作用的面积 可提高光合 作用效率 1 光合作用的概念 绿色植物通过 利用 把 和 转化成储存着能量的 并且释放出 的过程 2 光合作用的过程及场所 光合作用包括两个阶段 第一阶段为 场所 为 的薄膜上 第二阶段为为 场所为 叶绿体 光能 二氧化碳 水 有机物 氧气 光反应 类囊体 碳反应 叶绿体基质 3 光合作用过程中的有关化学反应 1 光反应阶段 水的光解 ATP的合成 2 碳反应阶段 CO2的固定 C3的还原 3 光合作用的总反应式可写为 1 过程图解 2 光合作用的总反应式及各元素去向 关键一点 1 光合作用总反应式两边的水不可轻易约去 因为反 应物中的水是在光反应阶段消耗的 而产物中的水则是在 碳反应阶段产生的 2 催化光反应与碳反应的酶的分布场所不同 前者分 布在类囊体薄膜上 后者分布在叶绿体基质中 1 2009 安徽高考 叶绿体是植物进行光合作用的场所 下列关于叶绿体结构与功能的叙述 正确的是 A 叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内 B H2O在光下分解为 NADPH 和 O2的过程发生在基质中 C CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上 D 光合作用的产物 淀粉是在基质中合成的 解析 叶绿体中的色素主要分布在类囊体膜上 H2O 在光下分解的过程也是在类囊体膜上进行的 CO2的 固定和淀粉的合成发生在碳反应中 在叶绿体的基 质中进行 答案 D 光反应与碳反应的比较 类囊体薄膜 色素 项 目 光反 应 准 备阶 段 碳反 应 完成 阶 段 能量 变 化 光能 转变 成 中 活 跃 的化学能 ATP中活 跃 的化学能 转变 成 贮 存在 中的 稳 定 的化学能 相互 联 系 光反 应产 物 ATP为 碳反 应 提供 还 原 剂 和能量 碳反 应产 生的 Pi为 光反 应 形成 ATP提供了原料 ATP CH 2O NADPH ADP 1 光能在叶绿体中的转换过程 2 光能转换中的重要物质 1 最初电子供体是少数处于特殊状态的叶绿素 a 最终 电子和氢供体 H 2O 最终电子和氢受体 NADP 2 NADPH既是能量 活跃化学能 的载体 也是还原剂 3 NADPH ATP和 NADP ADP Pi将光 碳反应连接在 一起 4 NADPH ATP由基粒类囊体膜 基质 NADP ADP Pi由基质 基粒类囊体膜 5 光反应不仅需要有关酶 还需要色素 碳反应只要 需酶 2 光合作用包括光反应和碳反应两个阶段 下列参与 碳反应必需的物质是 A H2O CO2 ADP B CO2 NADPH ATP C H2O CO2 ATP D NADPH H2O ADP 答案 B 1 光合作用是生命活动的 或 的能源 2 光合作用保持大气中 和 含量相对稳定 3 光合作用对于生物 具有重要作用 直接 间接 O2 CO2 进化 3 生物界最基本的物质代谢和能量代谢是 A 新陈代谢 B 同化作用 C 异化作用 D 光合作用 解析 从物质转变和能量转化来看 光合作用是 生物体物质代谢和能量代谢的基础 是最基本的 物质代谢和能量代谢 答案 D 1 光合作用强度 1 概念 植物在单位时间内通过光合作用制造 的 数量 2 表示方法 用一定时间内 或 的 数量来定量表示 2 影响因素 1 2 空气中的 浓度 3 的高低 4 矿质元素 5 水分 O2等环境因素 糖类 原料消耗 产物生成 光照强度 CO2 温度 1 光合速率的表示方法 1 表示方法 通常以一定时间内 CO2等原料的消耗 或 O2 CH2O 等产物的生成量来定量表示 净光合速率 常用 O2释放量 CO2吸收量或有机物 积累量来表示 真正光合速率即实际光合速率 常用 O2产生量 CO2固定量或有机物的产生量来表示 2 测定方法 呼吸速率 将植物置于黑暗中 测定容器内 CO2的增加量 O2减少量或有机物减少量 净光合速率 将植物置于光下 测定容器中 O2 增加量 CO2减少量或有机物增加量 3 净光合速率和真正光合速率的关系 在不考虑光照强度对呼吸速率影响的情况下 OA段 代表植物呼吸速率 OD段表示植物净光合速率 OA OD 段表示真正光合速率 它们的关系为 真正光合速率 净光合速率 呼吸速率 2 探究光照强度对光合作用强度的影响 1 实验流程 打出小圆形叶片 30片 用打孔器在生长旺盛的绿叶上 打出 直径 1 cm 抽出叶片内气体 用注射器 内有清水 小圆形叶片 抽出 叶片内气体 O2等 小圆形叶片沉水底 将内部气体逸出的小圆形叶片放入 黑暗处盛有清水的烧杯中 小圆形 叶片全部沉到水底 对照实验及结果 项 目 烧 杯 小 圆 形 叶片 加富含 CO2 的清水 光照 强 度 叶片浮 起数量 甲 10片 20 mL 强 多 乙 10片 20 mL 中 中 丙 10片 20 mL 弱 少 2 实验结论 在一定范围内 随着光照强度不断增 强 光合作用强度也不断增强 小圆形叶片中产生的 O2多 浮起的多 3 光合速率与光照强度的关系 图像 如下图 曲线分析 A点 光照强度为 0 此时只进行细胞呼吸 其单位 时间内释放的 CO2量 可表示此时的细胞呼吸速率 AB段 表明随光照强度加强 光合作用逐渐加强 CO2的 释放量逐渐减少 因为有一部分用于光合作用 到 B点时 细胞呼吸释放的 CO2全部用于光合作用 即光合速率 细胞呼 吸速率 B点称为光补偿点 植物白天光照强度应在光补偿点 以上 植物才能正常生长 BC段 表明随着光照强度不断加强 光合速率不断增大 到 C点以后不再加强了 C点为光饱和点 应用 阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低 如上 图虚线所示 间作套种时农作物的种类搭配 林带树种的配 置 合理采伐 冬季温室栽培等都与光补偿点有关 3 其他影响光合作用的因素 1 光合速率与温度的关系 如图甲 曲线分析 光合作用是在酶的催化下进行的 温度 直接影响酶的活性 AB段随温度的升高光合速率逐渐加强 至 B点时达到最大 BC段表示随温度的升高 光合速率 快速下降 直至光合作用完全停止 应用 冬天 温室栽培可适当提高温度 夏天 温 室栽培又可适当降低温度 白天适当提高温度 以提高光 合速率 晚上适当降低温室的温度 以降低细胞呼吸 保 证植物有机物的积累 2 光合速率与 CO2浓度的关系 如图乙 曲线分析 在一定范围内 植物光合速率随 CO2浓 度增大而加快 但达到一定浓度时 再增加 CO2浓度 光 合速率也不再增加 甚至减弱 细胞呼吸受抑制 应用 施用有机肥及采取其他措施 来提高大田 或温室内 CO2浓度 3 光合速率与水分的关系 影响 水是光合作用的原料 缺水既可直接影 响光合作用 又会导致叶片气孔关闭 限制 CO2进入叶 片 从而间接影响光合作用 应用 根据作物的需水规律合理灌溉 4 光合速率与必需元素供应的关系 如图丙 曲线分析 在一定浓度范围内 增大必需元素的供 应 可提高光合速率 但当超过一定浓度后 会因土壤溶 液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫 应用 根据作物的需肥规律 适时 适量地增施肥 料 可提高农作物产量 4 2011 新课标全国卷改编 番茄幼苗在缺镁的培养 液中培养一段时间后 与对照组相比 其叶片光合 作用强度下降 原因是 A 光反应强度升高 碳反应强度降低 B 光反应强度降低 碳反应强度降低 C 光反应强度不变 碳反应强度降低 D 光反应强度降低 碳反应强度不变 解析 镁是构成叶绿素的重要成分 缺镁导致番茄幼苗不能 合成叶绿素 叶绿素含量降低使光合作用的光反应强度降低 因光反应为碳反应提供 H 和 ATP 故光反应强度降低 其 为碳反应提供的 H 和 ATP减少 碳反应的强度也降低 答案 B 1 延长单位土地面积上作物 的光合作用时间 2 有效增加单位土地面积上植物的 绿色面积 充分利用光能 间作 套种 合理密植 提高光合作用效率的思路 1 环境因子对植物光合作用并不是单独的发挥作用 而是综合作用 但各种因子的作用并不是同等重要的 其 中起主要作用的因子为关键因子 因此在分析相关问题时 应抓关键因子 2 环境因素不断变化 生产上根据不同地区 不同气 候 不同作物的具体情况研究它们的变化规律 有针对性 地采取不同的方法来促进作物的高产 稳产 5 下图示某植物光合作用速率与环境因素之间的关系 请据图回答 1 甲图表示在光照较弱的情况下 光合作用速率随 的增加成正比例增加 这种情况下 可以认为 此时影响光合作用过程的是 阶段 2 从甲图可见 光照强度超过某一强度时 光合作用速率 不再增加 且有稳定发展的趋势 这种变化主要决定于 此时光合作用的 阶段受到限制 3 乙图中 C点表示光照强度为 B时 植物生长的 出现 CD段的原因是 4 请在甲图中绘制 50 时植物光合作用速率变化的曲线 5 根据甲图 在乙图绘制光照强度为 A时 不同温度下光合 作用速率变化曲线 解析 光合作用速率受光照强度 温度 CO2浓度等影响 本题只研究了光照强度和温度对光合作用的影响 由 甲图看出 光照弱时 光合速率随光照强度增加成直线 上升 此时影响因素主要是光反应 而与温度无关 而 当光照强度超过某一值时 温度又成了限制因子 由乙 图看出 在 50 时光合速率大于 20 而小于 30 可在 甲图中相应画出即可 由甲图看出 在光照强度为 A时 光合速率与温度变化无关 可在乙图相应画出 答案 1 光照强度 光反应 2 温度 碳反应 3 最 适温度 温度过高 酶活性降低 光合作用速率降低 4 如下图 1 5 如下图 2 例 1 2011 新课标全国卷改编 在光照等适宜条 件下 将培养在 CO2 浓度为 1 环境中的某植物迅速转移 到 CO2浓度为 0 003 的环境中 其叶片碳反应中 C3化合物 和 C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如图 回答问题 1 图中物质 A是 C3化合物 C5化合物 2 在 CO2浓度为 1 的环境中 物质 B的浓度比 A的低 原因是 将 CO2浓度从 1 迅速降低到 0 003 后 物质 B浓度升高 的原因是 3 若使该植物继续处于 CO2 浓度为 0 003 的环境中 碳反应中 C3化合物和 C5化合物浓度达到稳定时 物质 A 的浓度将比 B的 低 高 4 CO2 浓度为 0 003 时 该植物光合速率最大时 所需要的光照强度比 CO2 浓度为 1 时的 高 低 其原因是 解析 本题主要考查 CO2浓度对光合作用的影响以及 C3化合物 C5化合物含量的变化 意在考查应用分析能力 1 CO2浓度降低时 C3化合物的产生减少而消耗不变 故 C3化合物的含量降低 与物质 A的变化趋势一致 而 C5化 合物的产生不变却消耗减少 故 C5化合物的含量增加 与 物质 B的变化趋势一致 2 在正常情况下 1 mol CO2与 1 mol C5化合物结合形成 2 mol C3 即 C3化合物的分 子数是 C5化合物的 2倍 CO2浓度迅速下降后 C5化合物的 产生不变却消耗减少 故 C5化合物的浓度升高 3 在达 到相对稳定时 C3化合物的含量是 C5化合物含量的 2倍 4 CO2 浓度较低时 碳反应强度低 需要的 H 和 ATP的 量少 故在较低的光照强度时就能达到此 CO2浓度时的最 大光合速率 答案 1 C3化合物 2 碳反应速率在该环境中已达到稳定 即 C3化合物和 C5化 合物的含量稳定 根据碳反应的特点 此时 C3化合物的分子数 是 C5化合物的 2倍 当 CO2浓度突然降低时 C5化合物的合成速 率不变 消耗速率却减慢 导致 C5化合物积累 3 高 4 低 CO2 浓度低时 碳反应强度低 所需 ATP和 H 少 当外界因素中的光照强度 CO2浓度骤然变化时 短时间内将直接影响光合作用过程中 C3 C5 NADPH ATP 及糖类的变化 进而影响叶肉细胞中这些物质的含量 当光照强度减弱 CO2供应不变 由于光反应减弱 NADPH ATP减少 又由于碳反应中 CO2的固定仍正常进行 但 C3的还原减弱 因此 C3含量上升 C5含量下降 糖类合成减 少 反之 当光照强度增强 CO2供应不变时 各种物质量的 变化与上述相反 当光照强度不变 CO2供应减少 光反应不变 由 于碳反应中 CO2的固定减弱 但 C3的还原仍正常进行 因 此 C3含量下降 C5含量上升 NADPH ATP相对增加 糖 类合成减少 反之 当光照强度不变 CO2供应增加时 各种物质量的变化与上述相反 1 下图是一晴朗夏日某植物光合作用强度随时间变化的 曲线图 C点与 B点相比较 叶肉细胞内的 C3 C5 ATP和 NADPH 的含量发生的变化依次是 A 升 升 升 升 B 降 降 降 降 C 降 升 升 升 D 升 升 降 降 解析 光反应和碳反应中 C3 C5 ATP ADP四种物 质与光反应条件中的光 碳反应条件中的 CO2之间 的关系如图所示 C点与 B点相比由于气温升高 气孔关闭 CO2的吸收量减少 导致叶肉细胞内 C3的含量减少 短时间内 C3的生成量减少 而被还原消耗的 C3的量不变 C5的含量增多 短时间内 C5的生成量不变 而与 CO2结合消耗的 C5的量减少 ATP和 NADPH 的含量增多 短时间内 ATP和 NADPH 的生成量不变 而还原过程中消耗掉的 ATP和 NADPH 的量减少 答案 C 例 2 将长势相同 数量相等的甲 乙两个品种的大 豆幼苗分别置于两个相同的密闭透明玻璃罩内 在光照 温度等相同且适宜的条件下培养 定时测定玻璃罩内的 CO2 含量 结果如下图 据图回答 1 0 25 min期间 影响甲品种大豆幼苗光合作用强度的主 要因素是 含量 2 乙植株比甲植株固定 CO2的能力 3 0 15 min期间植株释放 O2速率的变化趋势是 4 30 45 min期间两个玻璃罩内 CO2含量相对稳定的原因 是 解析 由曲线可知 0 25 min期间 密闭透明玻璃罩 内的 CO2含量逐渐减少 导致曲线下降的趋势减缓 光合作用 强度逐渐减弱 故该时间段内影响甲品种大豆幼苗光合作用 强度的主要因素是 CO2含量 从两个装置内 CO2可以达到的最 低值来看 最终乙品种所在装置内 CO2含量更低 即乙植株比 甲植株固定 CO2的能力强 0 15 min期间植株吸收 CO2的速率 在减慢 说明光合作用强度在减弱 释放 O2速率也在减慢 30 45 min期间两个玻璃罩内 CO2含量相对稳定的原因是呼吸 速率与光合速率相等 答案 1 CO2 2 强 3 减慢 4 植物呼吸作用释 放 CO2的量与其光合作用消耗 CO2的量相等 或呼吸速率与光合 速率相等 解此类题 第一 明晰坐标含义 用变量的观点分析 坐标 一般是横坐标为自变量 纵坐标为因变量 因变量 随自变量的变化而变化 同时看清两坐标的单位 第二 找点析线 曲线中往往有许多 点 起点 拐点 落点 等 分析这些点的含义 有助于解题 而考题也大多落在 这些点的含义分析上 2 农科所技术员研究温度对某蔬菜新品种产量的影响 将 实验结果绘制成下图所示曲线 据此提出以下结论 你 认为合理的是 A 光合作用酶的最适温度高于细胞呼吸酶的最适温度 B 阴影部分表示 5 35 时蔬菜的净光合速率小于零 C 光照越强 该蔬菜新品种的产量越高 D 温室栽培该蔬菜时温度最好控制在 25 30 解析 由图可知阴影部分表示净光合作用 0 5 和大于 35 时 净光合速率小于零 光合酶最适温度低于呼吸酶的 最适温度 温室栽培应为净光合率最高的范围 答案 D 1 探究光合作用中物质变化过程 2 探究影响光合作用的因素 3 光合速率的测定 典例剖析 下图甲为测定光合作用速率的装置 在密封的试管内 放一新鲜叶片和 CO2缓冲液 试管内气体体积的变化可根 据毛细刻度管内红色液滴的移动距离测得 在不同强度的 光照条件下 测得的气体体积如图乙所示 1 标记实验开始时毛细刻度管中红色液滴所在位置 实验时 试管内变化的气体是 2 若此时图甲植物光照强度为 15千勒克司 则 1小 时光合作用产生的气体量为 毫升 若此时植物 叶片的呼吸熵 CO2 O2 为 0 8 呼吸时产生的 CO2和消耗的 O2 的比值 那么植物光合作用除自身呼吸提供的 CO2外 植 物还需从外界吸收 CO2 毫升 3 为了防止无关因子对实验结果的干扰 本实验还应 设置对照实验 对照组实验装置与实验组实验装置的区别是 如果对照组 在相同光照条件下 毛细刻度管中的红色液滴较实验组向右 移了 5毫升 其原因是 4 如果将试管中的 CO2缓冲液改为无菌水 则实验测得 的数据指标是 值 解析 本题考查细胞呼吸和光合作用的实验探究 明确 红色液滴移动 的实质是正确解题的关键 由 于图甲中存在 CO2缓冲液 所以在不同光照强度下 液滴 位置改变的本质是 O2的消耗和释放 光合作用产生 O2的气 体量应包括积累量和叶片消耗量 150 50 200 同时 净产生的 O2量等于净消耗的 CO2量 200 0 8 50 160 设置对照时可将新鲜叶片改为经消毒的死叶片 除叶片本身会影响实验外 环境因素也可能影响实验结果 若改缓冲液为无菌水 因无 CO2不能进行光合作用 但细胞呼 吸仍然进行 所以测得值为释放的 CO2与吸收 O2量的差 答案 1 O2 2 200 160 3 新鲜叶片改为经消毒的死叶片 环境因素 如温度变 化等 对实验的影响 4 释放的 CO2与吸收 O2量的差 归纳拓展 光合速率的测定方法 1 NaHCO3溶液作用 玻璃瓶中的 NaHCO3溶液保证了容 器内 CO2浓度的恒定 满足了绿色植物光合作用的需求 2 植物光合速率指标 植物光合作用释放氧气 使容 器内气体压强增大 毛细管内的水滴右移 单位时间内水 滴右移的体积即是光合速率 3 条件 整个装置必须在光下 光是植物进行光合作 用的条件
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