《光合作用的原理和应用》的教学设计.doc

《光合作用的原理和应用》的教学设计

【考纲要求】
（1）光合作用的基本过程 （Ⅱ）
（2）影响光合作用速率的环境因素 （Ⅱ）

【三维目标】
知识与能力：
（1）构建光合作用过程图解，掌握光合作用的基本过程；
（2）通过分析光照和CO2浓度变化对光合作用过程中各物质合成量的影响，
理解光合作用过程中光反应和暗反应的联系。
过程与方法：
（1） 通过学生构建光合作用过程图解，帮助学生理解光合作用的基本过程，并加深理解光合作用中光反应和暗反应的联系，理顺光合作用过程知识点之间的关系，培养学生观察联想、归纳综合、灵活分析和应用知识的能力。
（2）通过师生互动教学，培养学生自主分析和主动探索的技能、技巧。
情感态度价值观目标：
通过对光合作用原理的认识，紧密联系生产和生活中现象，渗透S—T—S教育。
【教学重点】
（1）光合作用的过程及光反应、暗反应的相互关系。
（2）影响光合作用强度的环境因素。
【教学难点】
（1）光反应和暗反应的场所与条件、物质与能量转换的关系。
（2）影响光合作用强度的环境因素。

【教学过程设计】
◆◆基础要点回扣 （学生预习并完成下列提纲）
1 叶绿体结构
叶绿体呈扁平的椭球形，主要由 、 、 、 四部分组成，光和色素主要分布在 ，酶主要分布在 。
2 光合作用过程
(1)光反应阶段：
①部位：__________
②条件：光、色素、酶；
③过程：水的光解：2H2O→4__ +____(为暗反应供[H])
ATP的形成：ADP+Pi+能量→ATP(为暗反应供能)
④能量变化：_______能→_________能
(2)暗反应阶段：
①部位：________
②条件：多种_______
⑨过程：C02的________：C02+_______→2______
C3的 ________：2C3→________+_________([H]做还原剂，消耗________)
④能量变化：ATP中活跃的化学能→____________能
3 影响光合作用的因素
（1）光合速率或光合速度：是衡量光合作用强弱的指标。其的大小可用单位时间、单位叶面积所吸收的 量或释放的 量表示,亦可用单位时间、单位叶面积所积累的干物质量表示。
（2）内部因素：植物种类，叶龄，同种植物不同部位叶片
外部因素：
参考答案:
1 外膜 内膜 基质 基粒 类囊体薄膜上 类囊体薄膜和叶绿体基质
2 (1)类囊体薄膜 H O2 光能 活跃化学能
(2)叶绿体基质 酶 固定 C5 C3 还原 CH2O C5 ATP
稳定化学能
3 CO2 O2 温度、光、CO2浓度、必需矿质元素，水

◆◆高频考点突破
1 光合作用的过程
根据是否需要光能，可将其分为光反应和暗反应两个阶段。
总反应式：

实质：把无机物转变成有机物，把光能转变成有机物中的化学能
光合作用中光反应和暗反应的比较
比较项目
光反应
暗反应
反应场所
叶绿体基粒
叶绿体基质
反应条件
光、色素、酶
酶,不需光
物质变化
H2O——→[H]＋O2
ATP＋Pi——→ATP
CO2＋NADPH＋ATP———→
（CH2O）＋ADP＋Pi＋NADP+＋H2O
能量变化
光能——→电能
电能——→活跃化学能
活跃化学能——→稳定化学能
联系
光反应为暗反应提供ATP和[H]，暗反应为光反应提供合成ATP的原料ADP和Pi
【典型例题】
例1.（2011年浙江卷）下列有关叶绿体及光合作用的叙述，正确的是
A.破坏叶绿体外膜后，O2不能产生
B.植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例保持不变
C.与夏季相比，植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短
D.离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成暗反应
答案：选D。解析：光合作用过程中，氧气是叶绿体的类囊体上产生的，故破坏叶绿体的外膜内，氧气仍可继续产生，A错误；植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例是会发生变化的， B错误；植物在冬季光合速率低的主要原因是湿度低，C错误；适宜条件下，只要保证光合作用所需的原料和酶，也可完成碳反应，D正确。
例2（10海南卷）光反应为暗反应提供的物质是
A．［H］和H2O B．［H］和ATP
C．ATP和CO2 D．H2O和CO2
答案：B 。解析：本试题考查光反应的相关知识，光反应和暗反应的联系。

2 影响光合作用的因素及在农业上的应用
（1）光对光合作用的影响
①光的波长
：叶绿体中色素的吸收光波主要在红光和蓝紫光。

②光照强度
：植物的光合作用强度在一定范围内随着光照强度的增加而增加，但光照强度达到一定时，光合作用的强度不再随着光照强度的增加而增加
③光照时间
：光照时间长，光合作用时间长，有利于植物的生长发育。

（2）温度

温度低，光和速率低。随着温度升高，光合速率加快，温度过
高时会影响酶的活性，光和速率降低。生产上白天升温，增强光合
作用，晚上降低室温，抑制呼吸作用，昼夜温差有利于有机物积累。
（3）CO2浓度

在一定范围内，植物光合作用强度随着CO2浓度的增加而增加， 但达到一定浓度后，光合作用强度不再增加。生产上使田间通风良好，供应充足的CO2
（4）水分
当植物叶片缺水时，气孔会关闭，减少水分的散失，同时影响CO2进入叶内，暗反应受阻，光合作用下降。生产上应适时灌溉，保证植物生长所需要的水分。
（5）矿质元素 N、 P：ATP的成分
K：糖类的合成和运输
Mg：叶绿素的成分
（6）影响光合作用的某个条件在短时间内对叶绿体中某些化合物含量的影响
变化
含量
光 照
二 氧 化 碳
较强→弱（黑暗）
弱→较强
较高→低
低→较高
ATP、[H]
减少
增加
增加
减少
C3
增加
减少
减少
增加
C5
减少
增加
增加
减少
（CH2O）
减少
增加
减少
增加
【典型例题】
例3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(B)
A.光反应强度升高，暗反应强度降低
B.光反应强度降低，暗反应强度降低升高
C.反应强度不变，暗反应强度降低降低
D.反应强度降低，暗反应强度降低不变
【解析】考查光合作用。Mg是叶绿素的成分，而叶绿素存在叶绿体的类囊体薄膜上，光反应也在类囊体薄膜上进行，因此在缺Mg的培养液中培养光反应受影响，暗反应需要光反应为其提供还原剂和能源物质，因此光反应强度降低，暗反应强度也降低。
例4：下图是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析回答：

(1) 为什么7～10时的光合作用强度不断增强？（7～10时的光照不断增强，所以光合作用强度不断增强。）
(2) 为什么12时左右的光合作用强度明显减弱？（12时左右的温度很高，蒸腾作用很强，气孔关闭，二氧化碳供应减少，所以光合作用强度明显减弱。）
(3) 为什么14～17时的光合作用强度不断下降？（14～17时的光照不断减弱，所以光合作用强度不断减弱。）
3．光合作用和呼吸作用的区别和联系

光合作用
呼吸作用
区
别
细胞类型
绿色植物细胞
植物细胞和动物细胞
与光关系
只在光照下发生
有光无光都发生
场 所
叶绿体
线粒体和细胞质基质
物质转变
合成有机物
分解有机物
能量转换
储能过程
主要为放能过程
联

系
① 光合放氧为呼吸使用；呼吸释放CO2被光合同化；呼吸
作用分解的有机物正是光合作用所制造的
② ②中间产物（三碳化合物）可交替使用；共用ATP
一般以光合速率和呼吸速率（即单位时间单位叶面积吸收和放出CO2的量或放出和吸收O2的量）来表示植物光合作用和呼吸作用的强度，并以此间接表示植物合成和分解有机物的量的多少。
(1)在黑暗条件下植物不进行光合作用，只进行呼吸作用，因此此时测得的氧气吸收量（即空气中O2的减少量）或二氧化碳释放量（即空气中的CO2增加量）直接反映呼吸速率。
(2)在光照条件下，植物同时进行光合作用和呼吸作用，此时测得的空气中氧气的增加 量（或二氧化碳减少量）比植物实际光合作用所产生的O2量（或消耗的CO2量要）少，因为植物在光合作用的同时也在通过呼吸作用消耗氧气、放出二氧化碳。因此此时测得的值并不能反映植物的实际光合速率，而反映出表观光合速率或称净光合速率。
①光合作用实际产氧量＝实测的氧气释放量＋呼吸作用耗氧量
②光合作用实际二氧化碳消耗量＝实测的二氧化碳消耗量＋呼吸作用二氧化碳释放量
③光合作用葡萄糖净生产量＝光合作用实际葡萄糖生产量—呼吸作用葡萄糖消耗量
④总光合作用=净光合作用+呼吸作用；
⑤(光合作用)制造的有机物=合成的有机物=积累的有机物干物质量+消耗的
有机物(呼吸作用)；
⑥叶绿体固定的CO2=光合作用所需要的CO2=从外界吸收的CO2+呼吸释放的
CO2；
【典型例题】
例5（10天津卷）在叶肉细胞中，CO2的固定和产生场所分别是
①叶绿体基质 ②类囊体薄膜 ③线粒体基质 ④线粒体内膜
A.①③ B.②③ C.①④ D.②④
答案A。思路分析：绿叶通过气孔从外界吸收进来的二氧化碳，必须首先与植物体内的C5（一种五碳化合物）结合，形成C3（一种三碳化合物），这个过程称为CO2的固定，CO2的固定属于光合作用暗反应，暗反应阶段发生在叶绿体基质中。有氧呼吸过程分三个阶段，第二阶段：丙酮酸进入线粒体的基质中，丙酮酸被氧化分解成二氧化碳；所以在叶肉细胞中，CO2的产生场所是线粒体基质。
例6如图为原来置于黑暗环境中的绿色植物曝于光下后，根据其吸收CO2量制成的曲线。下列叙述正确的是（ ）
A．曲线AB段表示绿色植物没有进行光合作用
B．曲线BC段表示绿色植物仅进行光合作用
C．在B点显示绿色植物光合作用和呼吸作用的速率相等
D．整段曲线表明，随光照强度的递增，光合作用增强，呼
吸作用减弱

◆◆随堂检测
1下列关于叶绿体的描述，错误的是
A．基粒由类囊体堆叠而成 B．叶绿体被膜由双层膜组成
C．暗反应发生在类囊体膜上 D．类囊体膜上具有叶绿素和酶
2．下列关于光合作用和呼吸作用的叙述，正确的是
A. 光合作用和呼吸作用总是同时进行
B．光合作用形成的糖类能在呼吸作用中被利用
C. 光合作用产生的ATP主要用于呼吸作用
D．光合作用与呼吸作用分别在叶肉细胞和根细胞中进行
3．温室栽培可不受季节、地域限制，为植物提供最适宜的条件，利于提高作物的品质和产量。在封闭的温室内栽培农作物，以下哪种措施不能提高作物的产量 （ ）
A．增加室内二氧化碳的浓度 B．增大室内昼夜温差
C．增加光照强度 D．采用绿色玻璃盖顶
4．图2-7为光照强度与光合作用固定CO2的量（光合量）之间的关系，对这一曲线的叙述，错误的是（ ）
A．在A点时，光合量与呼吸量相等
B．在过B点后，再提高光照强度，光合量不再提高
C．在 B点时，总的光合量为
D．在A点时，总的光合量为0

5.右上图是夏季晴朗的白天，玉米和花生净光合速率（时间单位、单位叶面积吸收的量）的变化曲线，下列叙述错误的是
A.在9：30~11：00之间，花生净光合率下降的原因是暗反应过程减缓
B.在11：00~12：30之间，花生的单位叶面积有机物积累量比玉米得多
C.在17：00时，玉米和花生的单位叶面积释放速率相同
D.在18：30时，玉米即能进行光反应，也能进行暗反应答案：B
6 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，其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。回答问题：
⑴图中物质A是 ______（C3化合物、C5化合物）
⑵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______________。
⑶若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的________（低、高）。
⑷CO2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_______。
7 回答下列Ⅰ、Ⅱ小题：
Ⅰ．试管苗的光合作用能力较弱，需要逐步适应外界环境才能往大田移栽。研究人员进行了“改变植物组织培养条件缩短试管苗适应过程”的实验，实验在适宜温度下进行，图甲和图乙表示其中的两个实验结果。

请回答：
（1）图甲的实验是在大气CO2浓度下进行的。据图分析，试管苗在不加蔗糖的培养中＿＿＿和＿＿＿＿更高。
（2）图乙是试管苗在密闭、无糖培养基条件下测得的24h内CO2浓度变化曲线。图中b－c段CO2浓度升高缓慢是因为＿＿＿＿＿＿＿＿，c－d段CO2浓度急剧下降是因为试管苗＿＿＿＿＿。若d点时打开培养瓶塞，试管苗的光合速率＿＿＿＿＿＿。
（3）根据上述实验结果推知，采用无糖培养基、＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿可缩短试管苗的适应过程。

随堂检测答案
1——5CBDDB
6 ⑴C3化合物⑵暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5化合物的含量稳定。根据暗反应的特点，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。⑶高⑷低 CO2浓度低时，暗反应的强度低，所需ATP和[H]少。
7 （1）光合速率 光饱和点 （2）温度较低，酶的活性降低,细胞呼吸较弱，产生的CO2较少 c-d段光照的增强，光合作用增强,消耗大量的CO2,所以CO2浓度急剧下降 升高 （3）延长光照时间 增加光照强度 加CO2浓度(任选两个)