第三章 第五节 第2课时文档格式.docx
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方式二 通过前面的学习我们知道,叶绿体是植物进行光合作用的场所。
叶绿体之所以有此功能,这与它的结构是密不可分的。
根据下面有关叶绿体的知识来回答几个问题。
(1)叶绿体是植物进行光合作用的场所,你知道叶绿体的形态和结构吗?
(2)叶绿体中的色素存在于什么部位?
它的功能是什么?
(3)与光合作用有关的酶存在于叶绿体的哪些部位?
光反应和碳反应是如何进行的?
一、光反应和碳反应
1.光反应
(1)过程
①光能被吸收并转化为ATP和NADPH中的化学能。
②水在光下裂解为H+、O2和电子。
③水中的氢(H++e-)在光下将NADP+还原为NADPH。
(2)场所:
类囊体膜中。
(3)反应物:
H2O、ADP、Pi、NADP+等。
(4)生成物:
O2、NADPH、ATP等。
(5)条件:
色素、光、酶。
(6)能量变化:
光能→ATP与NADPH中的化学能。
2.碳反应
①CO2的固定:
CO2+RuBP→2三碳酸分子。
②2三碳酸分子
2三碳糖。
叶绿体基质。
CO2、ATP、NADPH等。
(4)产物:
三碳糖
(5)能量变化:
ATP、NADPH中的化学能―→三碳糖中的化学能。
3.联系:
光反应为碳反应提供NADPH、ATP,碳反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+,如图所示。
归纳总结
光反应与碳反应的比较
比较项目
光反应
碳反应
场所
类囊体膜
叶绿体基质
时间
短促,以微秒计
较缓慢
条件
光、色素、酶、水
多种酶、CO2、NADPH、ATP
过程
利用光能使水光解产生O2,同时产生ATP和NADPH
将CO2还原为糖的一系列反应
物质变化
①水的光解:
H2O
2H++2e-+
O2
②ATP的合成:
ADP+Pi+能量
ATP
③NADPH的合成:
NADP++H++2e-
NADPH
CO2+RuBP
2个三碳酸分子
②三碳酸分子的还原:
2个三碳糖
③RuBP的再生:
RuBP
能量变化
光能―→ATP、NADPH中活跃的化学能
活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能
完成标志
O2释放、ATP和NADPH的生成
糖类等有机物的生成
联系
光反应能为碳反应提供ATP、NADPH、碳反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+。
二者紧密联系,缺一不可
示意图
例1
(2019·
绍兴3月模拟)如图为光合作用的过程示意图,①②表示光合作用的场所,a、b和c表示物质。
请回答下列问题:
(1)①的名称是________,其膜上含镁的色素主要吸收________光。
(2)水在光下裂解,除图中所示的产物外,还有________,这些物质会被________接受,其在卡尔文循环中将CO2还原为________,此过程中还伴随着________的贮存。
(3)在供给C18O2极短时间后,除了糖类物质含有18O以外,从另一种光合产物________中也应当能够检测到18O。
答案
(1)类囊体 红光和蓝紫
(2)H+和电子 NADP+ 糖(或三碳糖或三碳糖磷酸) 能量
(3)水
解析
(1)①中进行的是光反应,场所是类囊体,其膜上含镁的色素是叶绿素,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。
(2)水的光解产物有氧气、H+和电子,H+和电子会被NADP+接受,形成NADPH,其在三碳酸分子还原过程中供能和作为还原剂,将三碳酸分子还原为三碳糖磷酸,此过程中还伴随着能量的贮存。
(3)在供给C18O2极短时间后18O的走向为:
C18O2
三碳酸分子
三碳糖和H
O(碳反应阶段有水产生)。
思维启迪
对光反应与碳反应的认识
(1)光合作用中光反应和碳反应不是独立的两个阶段,而是息息相关的两个过程,没有光反应,碳反应也无法进行。
(2)光合作用的场所在真核生物中一定为叶绿体,在原核生物中主要为质膜。
(3)碳反应所需要的ATP仅来自光反应,而不能由细胞呼吸提供。
(4)光合作用中,ATP提供能量和磷酸基团;
NADPH提供能量和作为还原剂,也是氢的载体,提供氢。
(5)三碳糖或五碳糖(RuBP)组成元素中含有磷。
(6)CO2中的C进入三碳酸分子但不进入RuBP,最后进入三碳糖,RuBP中的C不进入三碳糖,可以通过同位素示踪实验证明。
例2
浙江超级全能生模拟)下图为类囊体膜的部分结构和生理功能示意图。
请据图回答相关问题:
(1)叶绿体内的很多类囊体堆叠起来的结构称为______。
(2)类囊体膜是植物进行________的场所,其上的色素吸收光能,并将光能转化为________,贮存在NADPH和________中。
(3)a物质是________,是水的裂解产物,经过一系列膜蛋白的传递后被NADP+接受,NADP+同时还接受1个H+形成NADPH,NADPH在三碳酸分子的还原过程中提供____________。
若撤离光照,短时间内叶绿体中的RuBP含量将________。
答案
(1)基粒
(2)光反应 化学能 ATP (3)电子 能量和氢 下降
解析 叶绿体内的许多类囊体堆叠起来形成基粒。
类囊体膜上的色素能够吸收光能,在光反应阶段水被裂解为H+、O2、电子,其中H+、电子将NADP+还原为NADPH,同时将光能转化为化学能贮存在ATP和NADPH中。
在碳反应阶段,NADPH为三碳酸分子的还原提供能量和氢。
若在光合作用过程中突然撤离光照,短时间内,三碳酸分子还原产生的RuBP减少,而RuBP与二氧化碳产生三碳酸分子正常进行,则叶绿体中的RuBP含量将下降。
拓展提升
光照和CO2浓度变化对光合作用物质含量变化的影响
由于各种因素的变化,如温度变化、光强度变化、CO2浓度变化会影响三碳酸分子、RuBP、NADPH、ATP、三碳糖这些物质的含量,根据化学平衡原理分析,可以获得它们之间变化的关系。
如下表:
项目
光照变强、CO2不变
光照变弱、CO2不变
光照不变、CO2增多
光照不变、CO2减少
↓
↑
注:
此表只是对变化短时间内各物质的相对量的变化作讨论,而不是长时间,其中“↑”代表上升,“↓”代表下降
二、环境因素对光合速率的影响
1.光合速率(光合强度)
(1)含义:
一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行多少光合作用(如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳)。
(2)表示方法:
产生氧气量/单位时间或消耗二氧化碳量/单位时间。
2.影响光合速率的因素
(1)光强度:
在一定范围内,光合速率随光强度的增加而增加;
当光强度升高到一定数值后,光强度再增加,光合速率也不会增加,此时的光强度称为光饱和点。
(2)温度:
每种植物光合作用都有一个最适温度。
低于该温度,随着温度升高,光合速率加快;
超过该温度,酶的活性减弱或丧失。
(3)二氧化碳浓度:
一定范围内,空气中二氧化碳浓度的增加会使光合速率加快。
(4)矿质元素:
缺少N会影响酶的合成,缺少P会影响ATP的合成;
缺少Mg会影响叶绿素的合成。
特别提醒
光强度对光合速率的影响
①各点含义
A点:
光强度为零,只进行细胞呼吸。
B点:
光合速率等于呼吸速率,为光补偿点。
C点:
是光合作用达到最大值时所需要的最小光强度,即光饱和点。
②表观光合速率和真正光合速率的关系
真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率。
3.探究光强度对光合作用的影响
(1)实验假设:
一定范围内,光合速率随光强度的增加而增强。
(2)实验过程
①组装下图装置三套,编号为甲、乙、丙;
②分别向三支试管内加入等量的小球藻和5%的NaHCO3溶液;
③记录有色液滴的起始位置;
④取三只100W灯泡,分别置于距甲、乙、丙10cm、20cm、50cm处,一段时间后,记录液滴位置。
(3)变量分析
①自变量:
光强度,通过100W灯泡距实验装置的距离远近控制。
②因变量:
光合速率,通过单位时间内O2的释放量测定,以单位时间内有色液滴的移动距离作为检测指标。
③无关变量:
各组实验植物(如金鱼藻、小球藻)的数量相同,温度、CO2浓度相同。
(4)实验拓展
①设置温度作为自变量
用上述装置探究温度对光合速率的影响,可通过将试管分别置于装有不同温度水的烧杯中控制自变量——温度;
②设置CO2浓度作为自变量
用上述装置探究CO2浓度对光合作用的影响,可通过往试管内分别加入不同浓度的NaHCO3溶液来控制自变量——CO2浓度。
例3
图甲表示植物光合作用中的光反应,其中数字表示物质,a和b表示结构。
图乙为“探究环境因素对光合作用的影响”的实验装置,广口瓶中装有碳酸氢钠溶液以维持溶液中CO2浓度。
请回答下列问题(说明:
题中“[ ]”填数字或字母,“________”填文字):
(1)叶片中的光合色素存在于图甲中的[ ]________上。
“光合色素的提取与分离”实验中,加入________液使光合色素在滤纸上分离,其中扩散的最快的色素是________。
(2)图甲中,水中的氢转移到[ ]________(物质)中,该物质在卡尔文循环中的作用是________________________________________________________________________。
(3)某研究小组利用图乙装置探究不同波长的光对黑藻光合作用的影响。
光合作用速率常用图甲中[ ]________的相对释放量表示,其释放量可依据图乙中________________________估算。
答案
(1)b 类囊体膜 层析 胡萝卜素
(2)② NADPH 提供氢和能量
(3)① O2 量筒中收集的液体体积
解析
(1)叶片中的光合色素存在于图甲中的[b]类囊体膜上。
分离光合色素的方法是纸层析法,所用到的液体为层析液。
胡萝卜素在层析液中的溶解度最大,扩散速率最快。
(2)分析图甲可知,①为O2,②为NADPH,③为NADP+,④为ATP,⑤为ADP。
图甲中,水中的氢转移到[②]NADPH中,该物质在卡尔文循环(碳反应)中的作用是提供氢和能量。
(3)光合作用速率常用图甲中[①]O2的相对释放速率表示。
O2不易溶于水,广口瓶内黑藻的光合作用释放O2导致瓶内气体压强增大,将水压入量筒,所以O2的释放量可依据图乙量筒中收集的液体体积估算。
例4
光合作用的正常进行要受多种因素的影响。
一个生物兴趣小研究了矿质元素含量、光强度和温度对光合作用的影响,下面是一位同学根据实验结果绘制的一组曲线,你认为不正确的是( )
答案 A
解析 N是构成酶、叶绿素、ATP、NADPH、核酸等的原料,氮元素是植物光合作用的必需元素,但光合强度不会随叶片中含N量的增大而不断增大,
1.根据对下图的观察,下列判断正确的是( )
A.①需要NAD
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