5.4光合作用导学案-（含答案）2024-2025学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

5.4 光合作用与能量转化
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【知识要点】
光合作用的色素分布在叶绿体的______________上，分为叶绿素 和 两类。叶绿素有 和 两种，主要吸收 光和 光；而 和 主要吸收蓝紫光。
提取色素的试剂是 ，分离色素的试剂是 。提取绿叶中的色素时，加入二氧化硅的作用是 ，加入碳酸钙可以防止 。
由于提取的色素在层析液中的___________不同，在滤纸上扩散速度不同，从而将色素分开。下图为绿叶中色素分离的结果，请完成下图：在________上填写色素名称，在（ ）内填写色素颜色。
据上图回答： （1）4种色素中溶解度最大的是 ；溶解度最小的是 。
（2）绿叶含量最多的是哪种色素？
光合作用（场所： ）P103
1．光反应阶段
场所 条件 必须在 下进行
物质 变化 ① ：变化式
②NADPH（ ）的合成：
③ ：
能量变化 → 和 中活跃的化学能
2．暗反应阶段
场所 条件 不需要光
物质 变化 ① ：
② ：
③ATP的水解；NADPH的分解。
能量变化 ATP和NADPH中 的化学能→ 等有机物中 的化学能
【对点练习】
1．光合作用过程包括光反应和暗反应，如图表示光反应与暗反应的关系。据图判断，下列叙述不正确的是（　　）
A．光反应为暗反应提供ATP和NADPH
B．停止光照，叶绿体中ATP和NADPH含量下降
C．ATP的移动方向是由类囊体薄膜到叶绿体基质
D．植物在暗处可大量合成（CH2O）
2．如图是光合作用过程的图解，其中A～G代表物质，a、b、c代表生理过程。下列相关叙述错误的是（　　）
A．图中a过程发生在类囊体薄膜上
B．若光照突然停止，短时间内叶绿体中F的
含量会增加
C．c过程是CO2固定，发生在叶绿体基质中
D．E接受C和 NADPH释放的能量并被NADPH还原
3．某校生物兴趣小组在校园农场内搭建大棚种植草莓。下列措施中不利于提高产量的是（ ）
A．使用蓝色薄膜 B．定时通风
C．施用农家肥 D．适时浇水
4．下列实例中不能提高光合作用强度的是（ ）
A．定期松土，促进植物根部吸收矿质元素
B．在蔬菜大棚内白天增用人工蓝光光源生产蔬菜
C．小麦和玉米的轮作增加农作物收获面积
D．长出秧苗后 “正其行，通其风”
5．自然界存在的很多常见现象都可以从生物学角度分析原因。下面对自然现象的原因分析，正确的是（ ）
①新疆夏季日照时间长、昼夜温差大，水果较甜
②在夏季晴朗的白天，某种植物中午会出现光合作用减弱的现象
③夏季大多植物叶片呈绿色
④过保质期的酸奶通常会出现胀袋现象
A．①中水果较甜的主要原因是植物白天光合作用旺盛，晚上呼吸作用较弱
B．②光合作用减弱的主要原因是白天温度过高，植物失水过多，水的光解减弱
C．③叶片呈绿色的原因是叶片中叶绿素含量高，对绿光吸收最多
D．④中酸奶胀袋的原因可能是酸奶中的乳酸菌无氧呼吸产生气体
6．下图为陆生植物叶绿体中发生相关物质变化的模式图，PSⅡ和PSI是位于类囊体膜且空间位置分隔的、能吸收不同波长光的蛋白质复合体。回答下列问题：
(1)绿色植物叶肉细胞中能吸收红光和蓝紫光的色素是 。若用纸层析法分离绿色植物叶绿体中的色素，则在滤纸条上扩散速度最快的色素呈 色。
(2)PSI可以为暗反应提供物质①，结合模式图判断，物质①是 。
(3)暗反应的第一步是在Rubisco酶的催化下使 和RuBP反应生成C3，该酶发挥作用的场所是 。若突然停止光照，则短时间内叶肉细胞中C5/C3的值 （填“变大”“变小”或“不变”），原因是 。
7．我国茶产业历史悠久，“中国茶”名扬海外。如图为茶树叶肉细胞的光合作用过程简图，①②表示生理过程，字母表示相关物质，请据图回答：
(1)茶树叶肉细胞内发生生理过程①的场所甲是 ；生理过程②称为 。
(2)图中编号A表示 ；D表示 ；G表示 。
(3)茶树细胞内含量最多的物质是______。
A．水 B．蛋白质 C．核酸 D．糖类
(4)结合所学知识，下列反应与过程①有关的是___ ___（多选）。
A．光能的捕获与转换 B．水的光解
C．储能化合物的消耗 D．高能化合物的形成
(5)在叶肉细胞内可以产生ATP的场所是___ ___（多选）。
A．叶绿体类囊体 B．叶绿体基质 C．细胞质基质 D．线粒体
(6)茶树叶肉细胞内存在催化光合作用的一系列酶，这些物质遇双缩脲试剂变 。
(7)土壤中的“氮”俗称茶树的生命元素，在缺氮的土壤中，茶树细胞内物质含量不直接受影响的是 （下列编号选填：①氨基酸②淀粉③核酸④脂肪酸）。
8．下图是有关棉花成熟绿叶组织的相关图解，其中图1是叶肉细胞的光合作用过程图解； 图2是种植密度与有机物制造或消耗量的关系图。请回答下列问题：
(1)由图1可知，甲、乙分别代表的物质是 、 。过程Ⅰ发生在叶绿体的类囊体薄膜上，该过程表示 。
(2)程Ⅱ发生的场所是 ，该过程形成的NADH中的能量通过呼吸链转移到 （填物质名称）中。
(3)由图2可知，在横坐标给出的m1、m2、m3三个种植密度中， 最有利于提高番茄果实产量，原因是 。
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（附加题）图1为某植物的叶肉细胞中光合作用和细胞呼吸的物质变化示意图，其中a、b、c表示物质，①～④表示生理过程。图2表示大田中该植物在不同温度下CO2的吸收或释放量。请回答下列问题：
(1)图1中过程②发生的反应称为 ，需要①处反应提供 才能使C3转变成糖类等有机物。
(2)图1中过程③发生的场所是 ；物质a是 ，其在白天的去向通常是 。
(3)若用18O标记的H2O浇灌植物，那么在图1过程④的最终产物中，有可能检测到18O的物质是
（答名称或分子式）。
(4)图2中温度从25℃上升到30℃的过程中，植物体内有机物的总量会 （填“增加”、“不变”、“减少”或“无法判断”）。
(5)据图2分析，温度为 ℃时，植株光合作用速率最大，若在该温度条件下，每隔12小时交替黑暗与光照，则该植物在24小时内固定的CO2的量为 mg。
答案
【知识要点】
1.类囊体薄膜 类胡萝卜素
叶绿素a 叶绿素b 蓝紫光和红 胡萝卜素 叶黄素
2. 无水乙醇 层析液 研磨充分 防止色素被破坏
3、溶解度
据上图回答：（1）4种色素中溶解度最大的是胡萝卜素；溶解度最小的是叶绿素b 。
（2）绿叶含量最多的是哪种色素？叶绿素a
4.叶绿体
1．光反应阶段
场所 类囊体薄膜 条件 必须在 有光 下进行
物质 变化 ①水的光解： 变化式
②NADPH（ 还原型辅酶II ）的合成：
③ATP的合成：
能量变化 光能 → ATP 和 NADPH 中活跃的化学能
2．暗反应阶段
场所 叶绿体基质 条件 不需要光
物质 变化 ①CO2的固定：
②C3的还原：
③ATP的水解；NADPH的分解。
能量变化 ATP和NADPH中 活跃 的化学能→ 糖类 等有机物中 稳定 的化学能
【对点练习】
1.D 2.B
3．A
【分析】提高农作物产量的措施主要包括有育种、选种、间作套种、合理密植、合理施肥、合理灌溉、合理增加二氧化碳浓度、改善光照条件、中耕除草、防病治虫等。
【详解】A、光合色素主要吸收可见光中的红光和蓝紫光，所以采用使用蓝色薄膜不仅不能提高光合速率，反而降低光合速率，不利于提高产量，A符合题意；
B、定时通风，可为农作物提供更多的CO2，能提高光合速率，有利于提高产量，B不符合题意；
C、施用农家肥促进微生物的分解作用，有利于土壤微生物的代谢，可为农作物提供更多的CO2，能提高光合速率，有利于提高产量，C不符合题意；
D、水是光合作用的原料，适时浇水，能提高光合速率，有利于提高产量，D不符合题意；
故选A。
4．C
【分析】在农业生产上可通过控制光照的强弱、温度的高低、适当增加作物环境中CO2的浓度等许多增加农作物产量的措施，来提高农作物的光合作用强度，从而提高产量。
【详解】A、定期松土，促进植物根部吸收矿质元素，则有利于光合作用中相关物质的合成，如叶绿素，ATP、酶等，因而有利于提高光合作用强度，A不符合题意；
B、光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在蔬菜大棚内白天增用人工蓝光光源生产蔬菜有利于提高光合作用强度，B不符合题意；
C、小麦和玉米的轮作可以增加全年内农作物收获面积，但无法提高光合作用强度，C符合题意；
D、“正其行，通其风”能增加CO2的浓度，有利于提高光合作用强度，D不符合题意。
故选C。
5．A
【分析】一般情况下，叶绿体中的色素吸收的是可见光，叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
【详解】A、①中水果较甜的主要原因是植物白天光合作用旺盛，晚上呼吸作用较弱，糖类积累较多，A正确；
B、②夏季晴朗天气的中午植物光合作用减弱的主要原因是中午温度过高，植物为避免失水过多，部分气孔关闭，导致二氧化碳的吸收量减少，暗反应减弱，进而使光合作用减弱，B错误；
C、③叶片呈绿色的原因是叶片中叶绿素含量高，对绿光吸收最少，反射到人眼睛中的绿光最多，C错误；
D、乳酸菌无氧呼吸不产生气体，④中酸奶胀袋的原因可能是酸奶中的其他微生物无氧呼吸产生气体，D错误。
6．(1) 叶绿素 橙黄
(2)NADPH
(3) CO2 叶绿体基质 变小
突然停止光照，光反应产物NADPH和ATP减少，导致C3还原为C5的速度变慢，从而引起C3积累而C5减少
【分析】1、在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。
2、光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将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。
【详解】（1）绿色植物叶肉细胞中能吸收红光和蓝紫光的色素是叶绿素。若用纸层析法分离绿色植物叶绿体中的色素，则在滤纸条上扩散速度最快的色素是胡萝卜素，颜色是橙黄色。
（2）根据图片分析，PSI参与光反应，光反应可以为暗反应提供ATP和NADPH，故物质①是NADPH。
（3）暗反应的第一步是在Rubisco 酶的催化下使CO2和RuBP反应生成C3，该过程在叶绿体基质中发生。若突然停止光照，ATP和NADPH减少，导致C3还原为C5的速度变慢，从而引起C3积累而C5减少，因此C5/C3的值变小。
7．(1) 类囊体薄膜 暗反应
(2) 电子 水 ATP
(3)A (4)ABD (5)ACD (6)紫
(7)②④
【分析】据图分析：①表示光反应，②表示暗反应，D是水，水光解产生还原氢和氧气，A是电子、B是NADP+、C是NADPH、G是ATP，F是ADP和Pi。场所甲为类囊体薄膜，场所乙为叶绿体基质。
【详解】（1）据图分析：①表示光反应，②表示暗反应，因此场所甲为类囊体薄膜，场所乙为叶绿体基质。
（2）D是水，水光解产生还原氢和氧气，A是电子、B是NADP+、C是NADPH、G是ATP，F是ADP和Pi。
（3）生物体内含量最多的物质是水，所以茶树体内含量最多的物质是水。
故选A。
（4）①表示光反应，可发生光能的捕获与转换、水的光解。ATP、NADPH的形成。
AB、捕光复合物可以捕获和转化光能，水的光解需要光能，可能与捕光复合物有关，AB正确；
C、储能化合物的消耗与捕光复合物没有关系，C错误；
D、捕光复合物可以捕获和转化光能，捕光复合物可以将光能转变为高能化合物，如ATP和NADPH，可能与捕光复合物有关，D正确。
故选ABD。
（5）A、叶绿体的类囊体膜是光反应的场所，能合成ATP，A正确；
B、叶绿体基质是暗反应的场所，不能合成ATP，B错误；
C、细胞质基质是有氧呼吸第一阶段的场所，能合成少量ATP，C正确；
D、线粒体基质是有氧呼吸第二阶段的场所，能合成少量ATP，线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所，能合成大量ATP，D正确。
故选ACD。
（6）茶树叶肉细胞内存在催化光合作用的一系列酶都是蛋白质，蛋白质遇双缩脲试剂变紫色。
（7）在缺氮的土壤中，茶树细胞内含有氮元素的物质合成受阻，如氨基酸、核酸等，但是不含氮元素的物质，如淀粉、脂肪酸的合成不受影响，②④符合题意。
8．(1) 二氧化碳/CO2 NADPH和ATP 光反应
(2) 细胞质基质、线粒体 腺苷三磷酸/ATP
(3) m2 m2对应的净光合作用速率最大，积累的有机物最多
【分析】据图分析：图1表示光合作用的过程，其中甲是二氧化碳，乙是[H]和ATP，图2表示种植密度与有机物制造或消耗量的关系图，两曲线的差值表示净光合速率。
【详解】（1）光合作用需要二氧化碳为原料生成糖类，甲代表二氧化碳，乙代表光反应生成的[H]和ATP参加暗反应。光反应的场所发生在叶绿体类囊体薄膜。
（2）程Ⅱ为葡萄糖生成NADH和CO2，表示有氧呼吸第一阶段和有氧呼吸第二阶段。有氧呼吸过程中，NADH中的能量通过有氧呼吸第三阶段转移到ATP中。
（3）曲线图中，两曲线的差值表示净光合速率，因此可得出m2对应的净光合作用速率最大，积累的有机物最多，则m2的种群密度最有利于提高番茄果实产量。
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附加题：(1) 暗反应 ATP和NADPH
(2) 细胞质基质 O2 一部分进入线粒体参与有氧呼吸，另一部分释放到外界环境中
(3)CO2、H2O
(4)增加
(5) 30 78
【分析】1、根据图1分析，①为光反应过程，②为暗反应过程，③为有氧呼吸第一阶段，④为有氧呼吸第二、三阶段，a为氧气，b为二氧化碳，c为水。
2、图2中光照下CO2吸收速率代表净光合速率，黑暗中CO2释放速率代表呼吸速率。
【详解】（1）图1中②过程为暗反应，需要①过程光反应提供ATP和NADPH，才能使C3转变成糖类等有机物。
（2）图1中过程③有氧呼吸第一阶段发生的场所是细胞质基质；物质a参与有氧呼吸第三阶段，表示O2，在白天光合作用速率大于呼吸作用速率，其去向通常是：一部分进入线粒体参与有氧呼吸，另一部分释放到外界环境中。
（3）若用18O标记水，光合作用可产生18O2，H218O参与有氧呼吸第二阶段产生C18O2，18O2参与有氧呼吸第三阶段产生H218O，过程④的最终产物中有可能检测到18O的物质有CO2、H2O。
（4）光照下吸收CO2数值表示净光合作用速率，黑暗中释放CO2表示呼吸作用速率，图2中温度从25℃上升到30℃的过程中，净光合作用速率大于呼吸作用速率，植物体内有机物的总量会增加。
（5）光照下吸收CO2数值表示净光合作用速率，黑暗中释放CO2表示呼吸作用速率，总光合作用速率=净光合作用速率+呼吸作用速率，温度为30℃时，光合速率为3.5+3=6.5（mg/h），光合速率最大。该温度条件下，光合作用速率6.5mg/h，每隔12小时交替黑暗与光照，则该植物叶绿体在24小时内固定的CO2的量为12×6.5=78mg。