光合作用的原理和应用基础强化学案.docx
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光合作用的原理和应用基础强化学案
光合作用的原理和应用基础强化
一、填基础
一、光合作用的原理
1.探索光合作用原理的部分实验
综合教材102页探索光合作用原理的部分实验,光合作用释放的氧气中的氧元素来自 , 不是同一个化学反应,而是分阶段进行的。
实际上,光合作用的过程十分复杂,它包括一系列化学反应。
根据是否需要 ,这些化学反应可以概括地分为 (现在也称为碳反应)两个阶段,下图为光合作用过程示意图。
2.光反应阶段
(1)光合作用第一个阶段的化学反应,必须 才能进行,这个阶段叫作 阶段。
此阶段是在 (图中序号 )的薄膜上进行的。
(2)叶绿体中光合色素吸收的光能,有以下两方面用途。
一是将水分解为氧和H+,氧直接以 (图中序号 )的形式释放出去,H+与 (图中序号 )结合,形成 (图中序号 )。
作为活泼的还原剂,参与暗反应阶段的化学反应,同时也储存部分 供暗反应阶段利用;二是在有关 的催化作用下,提供能量促使 (图中序号 )反应形成ATP,这样,光能就转化为储存在ATP中的 。
这些ATP将参与第二个阶段合成有机物的化学反应
3.暗反应阶段
(1)光合作用第二个阶段中的化学反应, 都能进行,这个阶段叫作暗反应阶段。
暗反应阶段的化学反应是在 (图中序号 )中进行的。
在这一阶段,CO2被利用,经过一系列的反应后生成 (图中序号 )。
(2)20世纪40年代,美国科学家卡尔文等用小球藻(一种单细胞的绿藻)做了这样的实验:
用经过14C标记的14CO2,供小球藻进行光合作用,然后追踪放射性14C的去向,最终探明了 。
(3)绿叶通过 从外界吸收的CO2,在特定酶的作用下,与 (一种五碳化合物)(图中序号 )结合,这个过程称作 。
一分子的CO2被固定后,很快形成两个C3分子,即图中序号 。
在有关酶的催化作用下,C3接受 释放的能量,并且被 (图中序号 )还原。
随后,一些 的C3,在酶的作用下经过一系列的反应转化为 (图中序号 );另一些 的C3,经过一系列变化,又形成C5。
这些C5又可以参与 。
这样,暗反应阶段就形成从 的循环,可以源源不断地进行下去,因此暗反应过程也称作 。
4.光反应与暗反应的联系:
在光反应阶段,光能被叶绿体内 上的 捕获后,将水分解为 等,形成 ,于是光能转化成 中的化学能; 驱动在 中进行的暗反应,将CO2转化为 。
可见光反应和暗反应紧密联系,能量转化与物质变化密不可分。
二、光合作用原理的应用
1.光合作用强度:
光合作用的强度就是指 ,光合作用的强度直接关系农作物的产量,研究影响光合作用强度的环境因素很有现实意义。
2.探究光照强度对光合作用强度的影响
(1)材料用具:
略(详见P105“教材”)
(2)方法步骤
①取生长旺盛的绿叶,用打孔器打出小圆形叶片30片(注意避开 ,其原因是 ,会影响实验结果)。
②抽出小圆形叶片内的气体。
③将处理过的圆形小叶片,放入 处盛有清水的烧杯中待用。
这样的叶片因为 ,所以全都沉到水底。
④取3只小烧杯,分别倒入富含 的清水(可以事先通过吹气的方法补充C02,也可以用质量分数为1%~2%的 溶液来提供C02)。
⑤分别向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片,然后分别对这3个实验装置进行 三种光照。
⑥观察并记录 内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量。
3.影响光合作用强度的因素:
根据光合作用的反应式可以知道,光合作用的原料—— ,动力—— ,都是影响光合作用强度的因素。
因此,只要影响到 ,都可能是影响光合作用强度的因素。
例如, ,都会因影响C02的供应量而影响光合作用的进行。
叶绿体是光合作用的场所,影响 的因素,如 ,也会影响光合作用强度。
此外,光合作用需要众多的酶参与,因此影响 的因素(如温度),也是影响因子。
4.化能合成作用:
在自然界中,除了光合作用,还有另外一种制造有机物的方式。
少数种类的细菌,细胞内没有叶绿素,不能进行光合作用,但是却能利用体外环境中的 的能量来制造有机物。
例如,硝化细菌能利用土壤中的氨(NH3)氧化成亚硝酸(HNO2)、亚硝酸氧化成硝酸(HNO3)这两个化学反应中释放出的 ,将 合成为糖类,这些糖类可供硝化细菌维持自身的生命活动。
参考答案
一、光合作用的原理
1.水,氧气的产生和糖类的合成 光能 光反应和暗反应。
2.光反应阶段
(1)有光 光反应 类囊体 ①
(2)氧分子 ② 氧化型辅酶Ⅱ(NADP+) ③ 还原型辅酶Ⅱ(NADPH) ④ NADPH 能量 酶 ADP与Pi ⑤ 化学能
3.
(1)有没有光 叶绿体的基质 ⑥ 糖类 ⑦
(2)CO2中的碳是如何转化为有机物中的碳的
(3)气孔 C5 ⑧ CO2的固定 ⑨ ATP和NADPH NADPH ④ 接受能量并被还原 糖类 ⑦ 接受能量并被还原 CO2的固定 C5到C3再到C5 卡尔文循环
4.类囊体膜 色素 O2和H+ ATP和NADPH ATP和NADPH ATP和NADPH 叶绿体基质 储存化学能的糖类
二、光合作用原理的应用
1.植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量
2.
(2)①大的叶脉 叶脉上没有叶绿体
③黑暗 细胞间隙充满了水
④二氧化碳 NaHC03
⑤强、中、弱
⑥同一时间段
3.水、C02 光能 原料、能量的供应 环境中C02浓度,叶片气孔开闭情况 叶绿体的形成和结构 无机营养、病虫害 酶活性
4.某些无机物氧化时所释放 化学能 二氧化碳和水
二、写长句
1.光合作用是指 。
若用(CH2O)表示糖类,光合作用的过程可用反应式:
来概括光合作用,完成这一过程的场所是 。
(P102“教材”)
2.19世纪末,科学界普遍认为,在光合作用中,CO2分子的C和O被分开,O被释放,C与H20结合成甲醛,然后甲醛分子缩合成糖。
但后来科学家又否定了这一观点,科学家否定的依据是:
1928年, 。
(P102“教材”)
3.1937年,英国植物学家希尔发现,在离体叶绿体的悬浮液中加人铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H20,没有C02),在光照下可以释放出氧气。
像这样, 称作希尔反应。
希尔反应说明了 。
该实验 (能、不能)说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水,因为 。
希尔的实验 (能、不能)说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应,理由是:
。
若用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系,可表示为:
(P102“教材”、P103“讨论1、2、4”)
4.1941年,美国科学家鲁宾和卡门用 的方法,研究了光合作用中氧气的来源。
他们用O16的同位素O18分别标记H20和CO2,使它们分别变成H2180和C1802。
然后,进行了两组实验:
第一组给植物提供H20和C1802,第二组给同种植物提供 2,在其他条件都相同的情况下,第一组释放的氧气都是 ,第二组释放的都是 。
该实验说明 。
(P102“教材”、P103“讨论3”)
5.1954年、1957年美国科学家阿尔农在光合作用方面的发现可概括:
。
(P102“教材”)
6.光照射叶绿体中提取的色素并不能发生光反应,因为光反应的发生除需色素、光照之外,还需 (写出5种)等物质。
(P103“图5-14”)
7.叶绿体中C3的分子数量多于C5的分子数量,从光合作用的过程分析,其原因是:
。
(P103“教材”、“图5-14”)
8.“光反应制约暗反应,暗反应也制约光反应”,这句话对吗,请说明理由。
。
(P103“图5-14”)
9.光反应阶段是指 。
(P103“教材”)
10.暗反应阶段是指 。
(P104“教材”)
11.光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2,一定时间后杀死小球藻,同时提取产物并分析。
实验发现,仅仅30s的时间,放射性代谢产物多达几十种。
缩短时间到7s,发现放射性代谢产物减少到12种,想要探究CO2转化成的第一个产物是什么,可能的实验思路是?
。
(P104“卡尔文实验”改编)
12.请根据教材“图5-14”分析当光照和CO2浓度变化时,短时间内植物光合作用的细胞内C3、C5、[H]和ATP、(CH2O)含量的变化:
①光照强度由强到弱,CO2供应不变,C3、C5、[H]和ATP、(CH2O)含量的变化依次为:
;②光照强度由弱到强,CO2供应不变,C3、C5、[H]和ATP、(CH2O)含量的变化依次为:
;③光照不变,CO2量由充足到不足,C3、C5、[H]和ATP、(CH2O)含量的变化依次为:
;④光照不变,CO2量由不足到充足,C3、C5、[H]和ATP、(CH2O)含量的变化依次为:
。
(P104“图5-14”)
13.下表为光合作用光反应和暗反应阶段的比较,请补全表中序号①~⑧处所填写的内容:
。
(P104“思考与讨论”1、“教师教学用书”)
14.请写出光反应阶段和暗反应阶段之间的物质和能量的联系:
①物质联系:
;②能量联系:
。
(P104“思考与讨论”2、“教师教学用书”)
15.植物在进行光合作用的同时,还会进行呼吸作用。
我们观测到的光合作用指标,如O2的产生量, (是、不是)植物光合作用实际产生的总O2量。
因为用这种方法观察到的O2的产生量,实际是 ,与植物光合作用实际产生的O2量不同,没有考虑到 。
(P105“旁栏思考”)
16.下图为“探究光照强弱对光合作用强度的影响”的实验装置图,实验中通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度,请填写下列相关内容:
①该实验的自变量是 ,因变量是 ,因变量可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量或者是 来表示。
图示中间盛水的玻璃柱的作用:
。
②从光合作用和呼吸作用角度分析,小圆形叶片上浮的原因是 。
实验中也可将小圆形叶片可以放入NaHCO3溶液中,这样可确保 。
(P105“探究实践”)
17.下图一表示光照强度对光合作用速率的影响及不同光照强度下叶绿体和线粒体间气体关系,图二表示CO2浓度或光照强度对光合作用速率的影响:
由图一可看出,真正光合速率可用光合作用消耗的CO2量或 表示,净光合速率可用光合作用过程中从环境中吸收的CO2量或 表示,呼吸速率可用呼吸释放的CO2量或 表示。
真正光合速率、净光合速率和呼吸速率三者间关系为:
。
图二中A点代表呼吸速率,细胞呼吸增强,A点 移;反之,A点 移。
若适当增大CO2浓度(光照强度),B点 移,C点 移,若适当减小CO2浓度(光照强度),B点 移,C点 移,若土壤缺Mg2+,B点 移,C点 移,D点代表最大光合速率,若增大光照强度或增大CO2浓度使光合速率增大时,D点向 移动;反之,移动方向相反。
(P105“探究实践”实验结果拓展)
18.如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径,则是 。
(P106“概念检测2”改编)
19.根据光合作用的基本过程,下图中序号①~⑦处应填写的内容依次为:
。
(P106“概念检测3”)
20.下图是在夏季晴朗的白天,某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。
7—10时的光合作用强度不断增强的原因是 。
10—12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是 。
14—17时的光合作用强度不断下降的原因是 。
从图中可以看出,限制光合作用的因素有 。
根据上述信息,可以利用温室大棚控制 的方式,如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等,提高绿色植物光合作用强度。
(P106“拓展应用1”)
21.在玻璃瓶底部铺一层潮湿的土壤,播下一粒种子,将玻璃瓶密封,放在靠近窗户能照到阳光的地方,室内温度保持在30℃左右。
不久,这粒种子萌发长成幼苗。
请你预测,这株植物幼苗能够生存一段时间吗,写出你预测的依据。
。
若分析瓶中二氧化碳,你认为二氧化碳在植物体和瓶中空气之间是 (能、不能)循环,因为 。
(P106“拓展应用2”改编)
22.下表为光合作用与细胞呼吸之间主要区别和内在联系,请写出表中序号处所填写的内容。
。
(P108“非选择题1”)
23.CO2浓度增加会对植物光合作用速率产生影响。
研究人员以大豆、甘薯、花生、水稻、棉花作为实验材料,分别进行三种不同实验处理,甲组提供大气C02浓度(375μmol·mol-l),乙组提供C02浓度倍增环境(750μmol·mol-l),丙组先在C02浓度倍增的环境中培养60d,测定前一周恢复为大气CO2浓度。
整个生长过程保证充足的水分供应,选择晴天上午测定各组的光合作用速率。
结果如下图所示。
CO2浓度增加,作物光合作用速率发生的变化是 ;出现这种变化的原因是 。
在CO2浓度倍增时,光合作用速率并未倍增,此时限制光合作用速率增加的因素可能是 。
丙组的光合作用速率比甲组低。
有人推测可能是因为作物长期处于高浓度CO2环境而降低了固定CO2的酶的活性。
这一推测成立吗?
为什么?
。
(P108“非选择题2”)
24.有人认为:
化石燃料开采和使用能升高大气CO2浓度,这有利于提高作物光合作用速率,对农业生产是有好处的。
因此,没有必要限制化石燃料使用,世界主要国家之间也没有必要签署碳减排协议。
请查找资料,对此观点作简要评述。
。
(P108“非选择题2”)
25.在我国西北地区,夏季日照时间长,昼夜温差大,那里出产的瓜果往往特别甜。
请分析西北地区种植的瓜果特别甜的原因:
。
由上述信息判断,在农作物种植过程中,要实现增产可采取的措施有:
白天适当 ,夜间适当 等。
(P108“选择题6”改编)
26.温室生产中适当提高昼夜温差越大,有利于作物生长提高产量,如果昼夜温差过大反而并不利于作物生长。
请解释上述现象。
。
(P108“选择题6”改编)
参考答案
1.绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧气的过程科学家发现甲醛对植物有毒害作用,而且甲醛不能通过光合作用转化成糖
2.离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应 离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解,产生氧气 不能 该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰,也并没有直接观察到氧元素的转移 能 希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的,悬浮液中有H2O,没有合成糖的另一种必需原料CO2,因此,该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联,暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段
3.同位素示踪 H218O和CO2 O2,第二组释放的都是18O2 光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水,而并不来源于CO2
4.在光照下,叶绿体可合成ATP,这一过程总是与水的光解相伴随
5.ADP、Pi、H2O、NADP+、酶
6.暗反应CO2固定时,每消耗1分子C5,产生2分子C3;C3还原时,每还原2分子C3产生1分子C5,因此当暗反应速率达到稳定时,C3的分子数是C5的2倍
7.对,光反应为暗反应提供[H]和ATP,故光反应停止时,暗反应无法进行,然而光反应也需暗反应为之提供ADP、Pi和NADP+等,故暗反应停止(如停止CO2供应)时,光反应也将受制约,从而导致O2产生速率下降
8.光合作用第一阶段中的化学反应,必须有光才能进行
9.光合作用第二个阶段中的化学反应,有没有光都可以进行
10.不断缩短光照时间后杀死小球藻,同时提取产物并分析,直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物,该物质即为CO2转化成的第一个产物
11.增加、减少、减少或没有、减少;②减少、增加、增加、增加 ③减少、增加、增加、减少 ④增加、减少、减少、增加
12.②CO2;③类囊体薄;④叶绿体基质;⑤水光解为O2和H+;ATP和NADPH的合成;⑥CO2的固定 ⑦C3 ⑧ATP和NADPH的分解;⑨光能转化为ATP和NADPH中的化学能;⑩ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中稳定的化学能
13.①光反应生成的ATP和NADPH供暗反应C3的还原,而暗反应为光反应提供了ADP、Pi和NADP+;②光反应为暗反应提供了活跃的化学能,暗反应将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能
14.不是 光合作用的O2释放量 植物自身呼吸作用对O2的消耗
15.①光照强度 光合作用强度 浮起相同数量的叶片所用的时间长短 吸收灯光的热量,避免光照对烧杯内水温产生影响 ②光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2 溶液中CO2含量充足
16.产生的O2量 释放到环境中的O2量 消耗的O2量 真正光合速率=净光合速率+呼吸速率 下 上 左 右 右 左 右 左 右上方
17.CO2→三碳化合物→糖类
18.①O2、②NADPH、③ATP、④ADP+Pi、⑤NADP+、⑥2C3、⑦C5
19.光照强度逐渐增大 此时温度很高,导致气孔大量关闭,CO2 无法进入叶片组织,致使光合作用暗反应受到限制 光照强度不断减弱 光照强度、温度 光照强度、温度
20.能够生存一段时间。
植物的生活需要水无机盐、阳光、适宜的温度、空气(含有二氧化碳),从给出的信息可以看出,植物生长的基本条件都是满足的,因此,只要没有病虫害等不利因素,这株植物(幼苗)就能够生存一段时间 能 二氧化碳是植物进行光合作用必需的原料之一,瓶中的二氧化碳通过植物的光合作用被植物体利用,转化为有机物。
有机物通过植物的呼吸作用分解成二氧化碳和水,所以,二氧化碳在植物体和瓶中空气之间是可以循环的
21.①叶绿体、②线粒体、③有光无光均可、④CO2和H2O、⑤CO2和H2O、⑥光能转化为化学能储存在葡萄糖等有机物中、⑦分解有机物产生CO2和H2O,同时释放能量、⑧光合作用为生物的呼吸作用提供氧气和有机物;对绿色植物而言,呼吸作用为光合作用提供必要的能量,用于原料吸收和产物运输等
22.随着CO2浓度的增加,作物的光合作用速率随之提高 因为CO2参与光合作用暗反应,在光照充足的情况下,CO2增加,其单位时间内与五碳化合物结合形成的三碳化合物也会增加,形成的葡萄糖也增加,故光合作用速率增加 NADPH和ATP的供应限制;固定CO2的酶活性不够高、C3的再生速率不足、有机物在叶绿体中积累较多等,都是制约因素所以单纯增加CO2,不能使反应速率倍增 可能成立,若植物长期处于CO2倍增下,降低了固定CO2的酶含量或者活性。
当恢复到大气CO2浓度后,已经降低的固定CO2的酶的含量或活性未能恢复,又失去了高浓度CO2的优势,因此会表现出比大气CO2浓度下更低的光合速率
23.从大气中CO2比例增加是否提高光合作用速率的角度看,温室效应不一定会提高作物产量.因为植物光合作用受到温度、水分等外部因素的影响,也受到内部的酶的活性等因素的影响,长期高CO2浓度可能使某些酶活性降低,高温也可能引起植物其他的变化,如色素降低;同时温室效应导致气温升高,引起蒸发率升高而影响水分供应,高温环境增强呼吸作用消耗的有机物也增多
24.瓜果植株的叶片白天进行光合作用的时间长,光合作用的强度大,积累的糖类多;夜间温度比较低,瓜果植株的细胞呼吸相对比较弱,消耗的糖类物质就会比较少,这样,瓜果内积存的糖类比较多,这些糖类在有关酶的催化作用下,最终转化成果糖和葡萄糖,所以瓜果特别甜 增加光照时间和光照强度 降低温度
25.白天适当提高温度有利于提高光合产量,夜晚不进行光合作用,适当降低温度可降低呼吸速率从而减少有机物消耗,故适当提高昼夜温差可提高作物有机物积累量,从而提高作物产量。
但是如果夜晚温度过低时,呼吸酶活性过小,呼吸作用被过度抑制,减弱矿质离子的吸收等代谢过程,从而制约次日的光合作用,故昼夜温差过大反而并不利于作物生长
三、辨正误
1.水分解为氧和H+的过程中被叶绿体夺去的电子可用于NADP+与H+结合形成NADPH。
()(P103“相关信息”)
2.光合作用过程中光合色素吸收的光能全部转移到ATP中参与暗反应。
()(P103“教材”)
3.光反应过程中产生的NADP+可以被传递到叶绿体内的基质中参与暗反应()(P103“教材”、“图5-14”)
4.光反应过程中产生的ATP可作为植物各种生命活动直接的能源物质()(P103“教材”、“图5-14”)
5.叶绿体中光合色素吸收的光能的作用之一是催化ATP的合成()(P103“教材”、“图5-14”)
6.光反应的产物有[H]和ATP,它们参与暗反应每一阶段的化学反应。
()(P103“教材”、“图5-14”)
7.参与光合作用暗反应阶段的CO2全部是绿叶通过气孔从外界吸收的()(P103“教材”、“图5-14”)
8.光合作用中,CO2被[H]还原的过程有没有光都可进行()(P103“教材”、“图5-14”)
9.线粒体中产生的CO2可进入叶绿体中被[H]直接还原()(P103“教材”、“图5-14”)
10.C3形成糖类的条件是接受能量、被[H]还原及一系列酶的催化()(P103“教材”、“图5-14”)
11.在一系列酶的催化下,接受能量的C3被还原后全部形成糖类()(P103“教材”、“图5-14”)
12.14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)()(P103“教材”、“图5-14”)
13.白天若突然中断二氧化碳的供应,叶绿体内首先积累起来的
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