第4节 光合作用与能量转化（第三课时）
【学习目标】
1．在了解叶绿体结构和功能的基础上，理解叶绿体结构与功能的统一性。
2．能够根据所给的生物学实验结果进行分析，得出相应的实验结论。
3．尝试对所学的生理过程绘制流程图，建立概念模型。
4．准确掌握光反应和暗反应的发生场所、过程及相互之间的关系。
【课前学习】
1.光合作用的概念
光合作用是指绿色植物通过__________，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的__________，并且释放出氧气的过程。
2.光合作用的探究历程
（1）19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，_______分子中的C与 H2O结合成甲醛，然后甲醛分子转化成糖。
（2）1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过__________转化成糖。
（3）1937年，英国_______发现离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的反应。
（4）1941年，美国鲁宾和卡门用_______法证明光合作用释放的氧气来自水。
（5）1954年，美国阿尔农发现，在光照下，在水的光解过程中，叶绿体可合成_______。
（6）20世纪40年代，美国卡尔文利用同位素标记法探明了光合产物中的_______来自CO2。
3.光合作用的过程
下图为绿色植物光合作用过程图解，据图回答相关问题：
（1）A过程是________阶段，在叶绿体的_______上进行；B过程是______阶段，在叶绿体的_________上进行。
（2）A过程为B过程提供的物质是________和_________。
（3）写出图中①～⑤所示物质名称：①_______、②_______、③_______、④________、⑤_______。
（4）C和D的化学过程的名称分别是_________、_________。
4.光合作用原理的应用
（1）光合作用强度的概念：植物在单位时间内通过光合作用制造_________的数量。
（2）影响光合作用强度的因素：从光合作用反应式分析，水、二氧化碳和_________都是影响光合作用强度的因素；影响叶绿体形态与结构的因素有_________、病虫害等；影响酶活性的因素有_________等。
1. 叶绿体 有机物 2.（1）CO2 （2）光合作用 （3）希尔 （4）同位素示踪 （5）ATP （6）碳 3.（1）光反应 类囊体薄膜 暗反应 基质 （2）ATP NADPH （3） 氧气 NADPH ATP 二氧化碳 （CH2O） （4） CO2 固定 C3 还原 4.（1）糖类 （2）光能 无机营养 温度
【课上学习】
任务一：
根据光合作用反应简式，推测叶绿体中光合作用中产物氧气和糖类的来源。
任务二：
分析每个实验的步骤和结果，得出相应的实验结论，从而全面掌握光合作用具体的物质变化和能量变化。
实验1：鲁宾和卡门实验
实验思路：
用放射性同位素标记来研究物质的去路
材料：小球藻
处理：用18O分别标记CO2和H2O，给予光照。
结果：A为O2，B为18O2；
结论：
实验2：希尔实验
实验思路：施加单一变量进行研究
材料：离体叶绿体
处理：给离体叶绿体悬浮液加入氧化剂，不通入CO2；给予光照
结果：叶绿体有O2释放。
推测：叶绿体中H2O光解产生氧气。
思考：
1．希尔实验中的氧化剂起到什么作用？
2．叶绿体内参与光合作用的氧化剂是什么？
实验3：阿尔农实验1
材料：离体叶绿体
处理：加入ADP、Pi，给予光照
结果：叶绿体生成ATP，且同时水光解产生氧气；
结论：
实验4：阿尔农实验2
材料：离体叶绿体
处理：供给ATP、NADPH和CO2，黑暗条件
结果：离体叶绿体中有糖类生成
结论：
实验5：卡尔文实验1（右图）
实验思路：同位素标记14CO2，研究物质转化过程
材料：小球藻
处理：光照、提供14CO2；不同时间杀死小球藻，再纸层析分离，最后鉴定放射性物质。
结果：先出现14C3，最后出现14C5、14C6
结论：
实验5：卡尔文实验2（如图）
实验现象：如果光照下突然中断CO2供应，C3急剧减少而C5量增加；突然停止光照，C3浓度急速升高而C5的浓度急速降低。
结论：
任务三：
总结光合作用原理，比较光反应和暗反应的物质、能量、场所以及它们之间的联系，深入掌握光合作用原理。
光反应 暗反应
场所
能量变化
联系
【课后练习】
一、单选题
1．在光合作用过程中，光反应为暗反应提供的产物是（ ）
A．ADP和NADP B．O2和H2O
C．O2和NADPH D．ATP和NADPH
2．下列物质中属于光反应产物的是（ ）
A．葡萄糖 B．C3 C．ADP D．ATP
3．下图是利用小球藻进行光合作用的实验示意图，小球藻进行光合作用放出的气体M是（ ）
A．CO2 B．O2 C．N2 D．NH3
4．如用14CO2来追踪光合作用过程中的碳原子，碳原子的转移途径是（ ）
A．14CO2→叶绿素→ADP B．14CO2→三碳化合物一糖类
C．14CO2→ATP→糖类 D．14CO2→五碳化合物→糖类
5．下图为叶绿体的结构与功能示意图，下列说法错误的是（ ）
A．结构B为叶绿体基质，光合作用的酶全部分布在其中
B．甲为暗反应过程中生成的（CH2O）
C．结构A释放的氧气可进入线粒体中
D．吸收光能的色素位于结构A
6．某细胞器含有甲、乙两层膜，在乙膜两侧存在H+浓度差。H+顺浓度梯度经ATP合成酶转移至该细胞器的基质的同时，驱动ATP的合成。下列叙述正确的是（ ）
A．乙膜上含有光合色素
B．乙膜上能产生NADPH和O2
C．乙膜消耗氧气产生大量ATP
D．乙膜在无氧气的条件下合成ATP
7．如图是某同学利用银边天竺葵做实验的部分步骤，下列相关分析不正确的是（ ）
A．甲是为了使叶片原有的淀粉运走、耗尽
B．乙中叶的银边和绿色部分形成对照实验
C．丁中叶片滴碘液后银边部分变蓝
D．实验结论是绿叶在光下能制造淀粉
8．细胞中糖类的合成与分解过程如图，下列叙述正确的是（ ）
A．过程①产生的能量大部分储存在ATP中
B．过程①在线粒体中进行，过程②只在叶绿体中进行
C．过程②产生O2中的氧来自H2O和CO2
D．过程②中储存的能量来自ATP和NADPH中的化学能
9．把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气、黑暗的条件下一段时间，然后用极细的光束照射水绵不同部位（如图所示）。下列叙述错误的是（ ）
A．可观测到一些光照部位有好氧细菌积聚
B．可观测到一些光照部位没有好氧细菌积聚
C．可推知光合作用产生氧气，场所是叶绿体
D．结论为光合作用产生氧气，需要二氧化碳
二、非选择题
10．用高速离心机打碎植物细胞，获得可以进行光合作用的离体叶绿体，进行如右图所示的实验。请分析回答下列问题：
（1）实验A中 （有、没有）糖类产生，原因是 。
（2）因为光合作用的光反应阶段是在 中进行，所以试验B中 （有、没有）糖类产生。
（3）若让实验C中产生糖类，锥形瓶中至少还应该加入光反应的产物 。
11．右图是叶绿体局部结构模式图。请回答问题：
（1）图中①是 ，上面分布着可以吸收光能的物质是 。
（2）CO2的固定和C3的还原场所是[②] ，还原过程需要①产生的物质是 和 。
参考答案
1．D 由分析可知，在光合作用过程中，光反应为暗反应提供的产物是ATP和NADPH，D正确，ABC错误。
2．D 由分析可知，光反应的产物有O2、NADPH、ATP，ABC错误，D正确。
3．B根据光反应的过程可以看出，水光解后能产生氧气，而通入的二氧化碳参与了暗反应，所以小球藻进行光合作用放出的气体M是氧气。
4．B 根据暗反应中二氧化碳的固定过程可知二氧化碳中的碳原子转移到三碳化合物中，然后暗反应进行的是三碳化合物的还原，所以碳原子又转移到有机物中，即14CO2→三碳化合物→糖类[CH2O]。
5．A 结构B为叶绿体基质，光合作用的酶，除了分布在叶绿体基质中外，还分布在类囊体薄膜上，A错误；甲为暗反应过程中生成的（CH2O），B正确；结构A为类囊体堆叠成的基粒，是光反应的场所，光反应释放的氧气可进入线粒体中，参与有氧呼吸第三阶段，C正确；结构A为基粒，吸收光能的色素位于组成结构A的类囊体薄膜上，D正确。
6．C 根据试题分析，乙膜为线粒体内膜，不含色素，A错误；乙膜为线粒体内膜，不能产生NADPH和O2，B错误；通过分析可知，乙膜是线粒体内膜，是有氧呼吸第三阶段的场所，消耗氧气产生大量ATP ，C正确；乙膜为线粒体内膜，在无氧条件下不能合成ATP，D错误。
7．C 甲所示的为暗处理，实验前应将天竺葵放在暗处一昼夜，目的是将叶片内原有的淀粉运走耗尽，这样才能说明检验的淀粉是在实验过程中产生的而不是原先储存的，A正确；、在探究某种条件对研究对象的影响时，对研究对象进行的除了该条件不同以外，其他条件都相同的，乙中叶的银边和绿色部分形成对照实验，B正确；丁中叶片银边部分不能进行光合作用，不能产生淀粉，滴碘液后没有变蓝色，绿色部分变成蓝色，C错误；淀粉遇碘变蓝，加入碘液后叶片变蓝，可以证明绿叶在光下能制造淀粉，D正确。
8．D 过程①有氧呼吸产生的能量大部分以热能的形式散失，A错误；过程①有氧呼吸在细胞质基质和线粒体中进行，B错误；过程②光合作用产生O2中的氧只来自H2O，C错误；过程②光合作用中储存的能量来自ATP和NADPH中的化学能，D正确。
9．D 据图可知，用极细的光束照射水绵，好氧细菌会聚集在叶绿体受光部位，而不受光的叶绿体部位没有好氧细菌积聚，说明受光的叶绿体释放氧气，从而说明光合作用的场所是叶绿体，产物有氧气，需要光照。不能说明光合作用需要二氧化碳，综上所述，ABC正确，D错误。
10．【答案】 （1）没有 没有二氧化碳，二氧化碳被氢氧化钠吸收 （2）叶绿体的类囊体 没有 （3）ATP和NADPH
【解析】（1）氢氧化钠能够吸收封闭瓶中的二氧化碳。
（2）光反应必须依赖类囊体上的色素吸收光能才能进行，没有光反应产生的ATP和NADPH，碳反应无法进行三碳化合物的还原，就不会产生糖类。 （3）ATP为三碳化合物的还原提供能量，NADPH为三碳化合物的还原提供能量和还原剂。
11．【答案】（1）类囊体（基粒、囊状结构）；光合色素 （2）叶绿体基质；ATP；[H]（NADPH）
【解析】（1）①如果是指一层囊状结构则为类囊体，如果指的是整个圆柱状结构则为基粒。类囊体膜上有光合色素。（2）碳反应场所在叶绿体基质。第4节 光合作用与能量转化（第四课时）
【学习目标】
1．能够通过光合作用原理的学习，找出影响光合作用的因素。
2．熟记光合作用强度的定义
3．初步学会探究实验的设计及结果预期。
4．明确社会责任，能够利用所学的光合作用原理提出提高农作物的产量的建议。
【课前学习】
绘制光合作用过程图解
【课上学习】
任务一：通过光合作用的总反应式来分析影响光合作用的因素。
任务二：初步尝试设计探究影响光合作用因素的实验，包括实验材料、处理、实验结果的预期。
探究环境因素对光合作用的影响
自变量：光照（强度、光质）、温度、CO2浓度等
因变量：光合速率
无关变量：植物叶片、其他环境条件处理、实验操作
思考：
1．如何测量光合速率？
2．试着设计“探究光照强度对光合作用的影响”实验
3．尝试绘制光照强度与光合作用强度关系的曲线
任务三：学会用比较的方法对学过的知识如光合作用和细胞呼吸进行总结。
有氧呼吸 无氧呼吸 光合作用
原料
产物
场所
能量变化
【课后练习】
1．用水蕴草（一种水生植物）进行实验，实验装置如下图。实验过程中定时记录试管顶端的气体量。本实验的主要目的是
A． 水温对光合作用速率的影响
B． 光照对光合作用速率的影响
C． 水温对细胞呼吸速率的影响
D． 光照对细胞呼吸速率的影响
2．下列关于光合作用和细胞呼吸的叙述，正确的是
A． 光合作用和细胞呼吸总是同时进行
B． 光合作用形成的糖类能在细胞呼吸中被利用
C． 光合作用产生的ATP全部用于细胞呼吸
D． 光合作用与细胞呼吸分别在叶肉和根细胞进行
3．在封闭的温室内栽种农作物，下列不能提高作物产量的措施是
A．降低室内CO2浓度 B．保持合理的昼夜温差
C．增加光照强度 D．适当延长光照时间
4．自养生物和异养生物的根本区别是
A． 能否进行有氧呼吸 B． 能否将外界无机物合成自身有机物
C． 能否进行光合作用 D． 能否进行化能合成作用
5．小麦黄化（失绿）是高等植物基因突变导致叶绿素含量下降的现象。科研人员发现某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半，但固定CO2的酶活性显著高于野生型。右图所示两条曲线分别为两种类型水稻在不同光照强度下的CO2吸收速率。下列叙述不正确的是
A．曲线A和B与纵坐标轴的交点相同代表呼吸速率相同
B．曲线B表示突变型，其光饱和点对应的光照强度较低
C．在P点处突变型和野生型水稻的真（总）光合速率一定相同
D．低于P点时，限制突变型小麦光合速率的主要环境因素是光照强度
6．下图表示在正常温度下，不同CO2浓度、不同光照强度对某种植物吸收CO2量的影响。请回答问题：
（1）当光照强度为低光强时，从A点开始随着 的增加，此植物光合作用强度不再增加。
（2）当CO2浓度为B、光照强度为
（高光强、低光强）时，此植物可合成较多的有机物，原因是光反应可以产生较多的ATP和 。
（3）据图可知，光合作用受 和 的共同影响。
7．在冬季培育蔬菜的密闭温室中，研究人员测得室内24小时CO2浓度变化曲线如下图。
请回答问题：
（1）AB和EF段CO2浓度没有变化，表明植物的光合作用速率 （大于、小于、等于）呼吸作用速率；若在E点适当通风，光合作用速率将会 （变大、变小、不变）。
（2）BC段CO2浓度明显上升，其原因是此时段植物细胞没有进行 作用；CD段CO2浓度增加缓慢的原因是温室内 导致细胞呼吸减弱。
（3）24小时中植物在 段积累有机物。（填写图中字母）
8．下图是某种植物叶肉细胞的模式图及根据该种植物某项实验结果绘制的曲线图，请结合下图提供的信息回答问题：
（1）在图9中，能产生ATP的部位有 （用图中标号回答）；经糖酵解产生的物质甲是 ，在 条件下物质甲大量进入线粒体；发生在 （用图中标号回答）处的生化反应能产生大量的ATP。
（2）光照强度为 时，a与b（或e与f）过程处于动态平衡状态，光照强度为3千勒克司时，CO2的走向有 （用图中标号回答）。在昼夜长度相等且白天光照强度不变的情况下，光照强度超过 时，植物在一昼夜时间内能积累有机物。
（3）影响A点上下移动的外界因素主要是 ，所以用大棚种植蔬菜时，可采用 的方法来提高细胞中有机物的积累。影响B点上下移动到外界因素主要有 ，在A~B段，限制光合作用的主要因素是 。
（4）光照强度为2千勒克司时，该植物固定CO2的速率是 。
参考答案
1．A 据图温度是两张图的主要差异，所以探究温度对光合作用的影响。
2．B 细胞呼吸总是进行，而光合作用只在有光条件下进行。光合作用产生ATP，仅用于碳反应。叶肉细胞进行光合和呼吸，但是根部细胞只进行呼吸。
3．A 降低CO2浓度不能提高光合作用
4．B 能够把无机物合成有机物的生物都属于自养生物
5．B 当光照为0时，植物只进行细胞呼吸，所以A对；植物吸收二氧化碳的量为净光合速率，加上呼吸速率为总光合速率，所以C对。 6．【答案】（1）二氧化碳浓度 （2）高光强；NADPH（[H]） （3）二氧化碳浓度；光照强度 【解析】（1）A点开始随横坐标增加纵坐标不再增加，所以是二氧化碳。 （2）B点时二氧化碳浓度不变时，高光强下二氧化碳吸收量大，合成的有机物较多。（3）图中有二氧化碳浓度和光强两个变量。注意只答二氧化碳和光照是不对的。
7．答案（1）等于 变大 （2）光合 细胞呼吸减弱 （3）DE
【解析】（1）AB段和EF段都有光照，说明植物能进行光合作用和呼吸作用，而CO2浓度没有变化，说明光合作用速率等于呼吸作用速率；若在E点适当通风，增加CO2浓度，光合速率会变大。（2） BC段处于黑暗条件下，植物不进行光合作用，只进行细胞呼吸，则CO2浓度会增加；CD段为子夜后到凌晨时间，气温下降，酶的活性降低，呼吸速率减慢，故CO2浓度上升减慢。（3）DE段CO2浓度下降，说明植物光合作用速率吸收的CO2大于呼吸作用放出的CO2，因此植物积累有机物。
8．【答案】（1）②③⑥⑧（2分，答对三个以上得分） 丙酮酸 有氧（氧充足） ② （2）1千勒克斯 b、h、c（2分） 2千勒克斯 （3）温度 夜间适当降低温度（2分） CO2浓度（CO2浓度、温度、水分） 光照强度（4）0．8 mol/h（2分）
解析：（1）在图1中，能产生ATP的生理活动有光反应和有氧呼吸的三个阶段，相应的部位是叶绿体的类囊体的薄膜上、线粒体的内膜和基质以及细胞基质。有氧呼吸分三个阶段进行，第一阶段是在细胞质基质中进行葡萄糖分解为丙酮酸，第二阶段是在线粒体基质中进行的，丙酮酸穿过线粒体进入线粒体基质中氧化分解为二氧化碳，第三阶段在线粒体内膜中，[H]和氧气进行氧化分解为水并释放能量。（2）图2中B点是光饱和点，此时光合作用和呼吸作用刚好相等，处于平衡状态。光照强度为3千勒克司时，光合作用大于呼吸作用，线粒体提供的二氧化碳给叶绿体进行光合作用消耗远远不足，还需要细胞外吸收二氧化碳。植物在一昼夜时间内能积累有机物，需要一天的净光合作用大于0，光照强度为2千勒克斯时，刚好光合作用用于呼吸作用。（3）A点是植物只进行呼吸作用，影响A点的外界因素有温度，温度影响酶的活性从而影响呼吸作用。大棚种植蔬菜时，可采用增大昼夜温度差的方法来提高细胞中有机物的积累。B点植物进行光合作用和呼吸作用，影响B点上下移动的外界因素主要二氧化碳浓度、温度、水分。在A～B段，光合作用小于呼吸作用，影响光合作用的因素是光照强度。（4）光照强度为2千勒克司时，该植物固定二氧化碳的速率是（0．4+0．4）mol/h=0．8 mol/h。
