《光合作用的原理和应用》学案

《光合作用的原理和应用》学案张建尚/江苏【学习目标】1.说明光合作用以及对它的认识过程。2.尝试探究影响光合作用强度的环境因素。3.说出光合作用原理的应用。【重点和难点】重点：1.光合作用的发现及研究历史。2.光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系。3.影响光合作用强度的环境因素。难点：1.光反应和暗反应的过程。2.探究影响光合作用强度的环境因素。【课前预习】一、光合作用的探究历程1.光合作用是指绿色植物通过①，利用②，把③和④转化成储存能量的⑤，并且释放出⑥的过程。2.直到18世纪中期，人们一直以为只有土壤中的①是植物建造自身的原料；1771年，英国的普利斯特利的实验证实了②可以更新因蜡烛燃烧或动物呼吸而变得污浊的空气；1779年，荷兰的英格豪斯证明了③在更新空气中不可缺少；1785年，随着空气组成成分的发现，人们才明确绿叶在光下放出的气体是④，吸收的是⑤；1845年，德国科学家梅耶指出，植物在进行光合作用时，把⑥转换成⑦储存起来。1864年，德国的萨克斯的实验证实了光合作用的产物还有⑧；1939年，美国的鲁宾和卡门利用⑨法证明了光合作用释放氧气来自水；20世纪40年代，美国的卡尔文，用⑩标记的二氧化碳做实验，最终探明了CO2中的碳在光合作用转化成有机物中碳的途径。二、光合作用的过程1.光合作用的场所是①，其化学反应式是②，光合作用的过程包括③和④两个阶段。2.光反应的部位是叶绿体①，产物是②，能量变化是③；暗反应的场所是叶绿体的④中，产物是⑤，能量变化是⑥。三、光合作用原理的应用1.光合作用的强度是指植物在①内通过光合作用制造②的数量。可以用一定时间内③消耗或④生成的数量来定量表示。影响光合作用的因素有⑤、⑥、H2O含量、温度等。2.探究光照强弱对光合作用强度影响的实验过程中，将叶圆片放入注射器中并拉动活塞的目的是①，将经此处理的叶圆片均分为3组，分别放在用口吹过气的清水中，清水进行吹气处理的目的是②。然后分别对3个装置进行③三种光照处理，观察同一时间段内各装置中叶圆片④。四、化能合成作用某些细菌能够利用体外环境中的某些①氧化时所释放的能量来制造②的合成作用叫做化能合成作用。如硝化细菌能利用③氧化时所释放的化学能，将④合成糖类。绿色植物和硝化细菌都能合成有机物，因此属于⑤生物，而人、动物、真菌及大多数细菌只能利用环境中现成的有机物，属于⑥生物。答案一、1.①叶绿体②光能③二氧化碳④水⑤有机物⑥氧气2.①水分②植物③阳光④氧气⑤二氧化碳⑥光能⑦化学能⑧淀粉⑨同位素标记⑩14C二、1.①叶绿体②③光反应④暗反应2.①类嚢体的薄膜上②O2、[H]、ATP③光能转变为活跃的化学能④基质⑤（CH2O）、C5⑥活跃的化学能转变为稳定的化学能三、1.①单位时间②糖类③CO2④O2⑤光照强度⑥CO2浓度2.①使叶圆片内的气体逸出②增加清水中CO2含量③强、中、弱④浮起的数量四、①无机物②有机物③氨（NH3）④二氧化碳和水⑤自养生物⑥异养生物【课堂探究】一、光合作用的探究历程1.以下是普利斯特利的实验图解：A组是将燃烧的蜡烛或小白鼠放在密闭的玻璃罩内，一段时间后，蜡烛熄灭，小鼠死亡。B组是将绿色植物与燃烧的蜡烛或小白鼠共同放在密闭的玻璃罩内，蜡烛熄灭，小鼠不死亡。（1）该实验的实验组是①，对照组是②；自变量是③，因变量是④，无关变量有⑤等。（2）普利斯特利得出的结论是①。（3）当时很多人重复普利斯特利的实验，有的成功，有的失败，失败的原因是①。英格豪斯通过500多次更新空气的实验，发现复普利斯特利的实验只有在②才能成功，植物体只有③才能更新空气。根据现有知识可知，绿色植物在光下能够吸收④，放出有⑤，从而更新空气。2.以下是植物学家萨克斯的实验：（1）将绿叶在暗处放置数小时的目的是①，放在酒精中隔水加热的目的是②。（2）该实验的实验组是①，对照组是②，自变量是③，因变量是④。（3）你预期碘处理后的叶片变蓝的一半是①。该实验证明了②是光合作用的产物之一。3.右图是鲁宾和卡门的实验图解。（1）图中物质A是①，物质B是②，CO2+H2O（CH2O）+O2光能叶绿体A组B组绿叶在暗处放置数小时A绿叶一半曝光一半遮光B放在酒精中隔水加热C碘蒸气处理DH2OC18O2AH218OCO2B小球藻物质A和物质B的相对分子质量的比是③。（2）该实验的自变量是①，因变量是②，实验结论是③。（3）鲁宾和卡门所利用的技术手段是①，卡尔文利用②法探明了CO2中的碳在光合作用中的转移途径。二、光合作用的过程1.下图是光合作用过程的图解，请据图回答：（1）绿色植物进行光合作用的场所是①，参与光合作用的色素分布在②，光合作用所需要的酶分布在③。（2）H2O在光下分解产生[①]①释放到周围环境中，在A过程中完成的能量转换是②，在B过程中完成的能量转换是③；能够为D过程提供能量的物质是[②]和[③]。（3）图中C是①；D是②。（4）图中④是①。(5)写出光合作用的反应式：①。。2.比较光反应和暗反应的区别与联系光反应暗反应进行部位①②条件③④物质变化⑤⑥产物⑦⑧能量变化⑨⑩联系⑾三.光合作用原理的应用以下是探究光照强弱对光合作用强度影响的实验图解，据图分析：（1）步骤A是用打孔器打出叶圆片后在叶片上留下的小孔，从中可以看出不正确的做法是①。步骤B在拉动活塞前要用手指②。叶绿体色素光能H2O①水的光解②③ATP+Pi2C3④ABC5DC多种酶小孔叶圆片活塞叶圆片ABCD（2）图C中叶圆片都沉到水底的原因是①，D步骤的下一步操作是②。（3）该实验的自变量是①，因变量是②，观察指标是③。四、化能合成作用以下是硝化细菌化能合成作用：（1）从图中可以看出，硝化细菌的化能合成作用与绿色植物光合作用的相同点是①，不同点是②。（2）硝化细菌氧化氨的产物亚硝酸和硝酸在土壤中可以形成①，被绿色植物吸收后可以合成②等有机物。（3）像硝化细菌、绿色植物等生物能够把①合成②并储存能量，这类生物属于③生物，而动物等异养生物则只能利用环境中④来维持自身的生命活动。答案一、1.（1）①B组②A组③绿色植物的有无④蜡烛燃烧状况或小白鼠的生存状况⑤温度、密封状况、阳光等（2）①植物可以更新因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸而变得污浊的空气（3）①没有在阳光下进行②阳光③绿叶④二氧化碳⑤氧气2.（1）①消耗掉叶片中的营养物质②去除绿叶中色素（2）①遮光部分②曝光部分③光照④是否变蓝（3）①曝光部分②淀粉3.（1）①O2②18O2③8：9（2）①标记物质（H218O和C18O2）②O2的质量③光合作用释放的氧气来自水（3）①同位素标记法②放射性同位素标记法二、1.（1）叶绿体；类囊体膜上；类囊体膜上及叶绿体基质中（2）O2；光能转为活泼的化学能；活泼的化学能转变热成稳定的化学能；[H]、ATP（3）CO2的固定；三碳化合物的还原（4）糖类等有机物（5）2.①叶绿体的类囊体膜上②叶绿体的基质中③需要光、色素和酶④不需要光、色素，需要多种酶⑤将水分解为氧和氢；将ADP和Pi合成ATP⑥CO2与C5结合形成C3；C3被[H]还原为糖类等⑦ATP、[H]、O2⑧五碳化合物、糖类等有机物⑨光能转化为活跃的化学能储存在ATP和[H]中⑩ATP和[H]中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能⑾光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP、Pi等三、（1）①没有避开大的叶脉②注射器前端的小孔（2）①叶圆片内部的空气被抽出，细胞间隙充满了水②用强、中、弱三种光分别照射3只小烧杯（3）①光照的强弱②光合作用强度③观察单位时间内叶圆片上浮的数量四、（1）①把无机物合成有机物②硝化细菌利用无机物氧化分解释放的化学能合成有机物，绿色植物利用光能合成有机物（2）①亚硝酸盐和硝酸盐②蛋白质、核酸（3）①无机物②有机物③自养④现场的有机物【课堂巩固】右图是光合作用过程图解，据图回答问题：（1）图中的1是，2是，3是，4是，5是，NH3+O2HNO2+H2O+能量HNO2+O2HNO3+能量CO2+H2O（CH2O）+O2硝化细菌硝化细菌能量CO2+H2O（CH2O）+O2光能叶绿体类囊体H2O123ADP+Pi基质7糖类46三碳化合物56是，7是。（2）光反应的产物是，暗反应的产物是。（3）光合作用的原料是，场所是，动力是，产物是。光合作用的实质是。（4）光合作用与化能合成作用主要的不同点是。答案（1）O2；[H]；ATP；CO2；五碳化合物；CO2的固定；三碳化合物的还原（2）[H]、O2和ATP；糖类、五碳化合物等（3）CO2和H2O；叶绿体；光能；O2和糖类等有机物；将无机物转化为有机物，将光能转化为化学能并储存在所合成的有机物中（4）利用的能量不同【课后作业】某科学家在研究光合作用时，做了如下实验：实验前，他向一个密闭容器的溶液中加入ADP、磷酸盐、光合色素及有关酶等（如图1）。实验时，按图2的限制条件（光照、CO2等）进行，并不断测定有机物生成率。随时间的推移，绘出了曲线图（图2）。试分析回答：（1）AB段平坦，是因为；这个阶段相当于光合作用的阶段。（2）写出AB段发生的与光合作用能量代谢相应的反应式。（3）BC段的反应是在黑暗条件下进行的，有有机物生成，是因为AB段的反应为其提供了等，能用来，从而生成了糖类。（4）CD段迅速下降的原因。（5）科学家设计的图1装置相当于植物的哪个结构？。答案（1）光照条件下，虽然产生了一定量的氢和ATP，但由于未通入CO2，不能进行CO2的固定和还原；光反应（2）ADP+Pi+能量→ATP（3）氢、ATP；还原三碳化合物（4）因BC段的消耗，氢和ATP逐渐减少（5）叶绿体酶光照、无CO2黑暗、有CO2有机物合成速率图2时间ABDC酶等光合色素溶液取样阀ADP+PiCO2图1