5.4.2光合作用的原理和應用內容標準要求核心素養對接1.分析光合作用的過程，比較光反應和暗反應。2.分析影響光合作用的環境因素。3.舉例說明光合作用原理的實踐應用。1.科學思維——分析與綜合：分析光合作用光反應和暗反應過程，認同兩個階段既有區別又有聯系。2.科學探究——根據實驗目的，設計實驗探究光合作用的影響因素，會分析相關的實驗裝置。3.社會責任——能夠根據光合作用原理指導生產實踐。五年后1642年海爾蒙特的實驗柳樹增重74.47kg土壤只減少0.06kg結論：植物增重主要來自水分只澆純凈的雨水一、光合作用的原理經過眾多科研工作者的努力探索,對光合作用原理的研究已取得了舉世矚目的進展,為指導農業生產提供了充分的理論依據。如1937年,英國植物學家希爾(R.Hill)發現的希爾反應;1941年,美國科學家魯賓(S.Ruben)和卡門(M.Kamen)用同位素示蹤的方法,研究了光合作用中氧氣的來源等。1.光合作用的光反應階段發生的物質變化和能量變化有哪些?答案

(1)物質變化

(2)能量變化光能轉化為活躍的化學能,儲存在ATP和NADPH中,均用于暗反應。2.光合作用的暗反應階段發生的物質變化和能量變化有哪些?答案

(1)物質變化①CO2的固定:1分子CO2+1分子五碳化合物→2分子三碳化合物。②三碳化合物的還原:在酶的催化下,三碳化合物接受ATP、NADPH釋放的能量并被NADPH還原形成五碳化合物和糖類等。(2)能量變化:ATP和NADPH中的化學能轉化為有機物中的化學能。3.下圖是利用小球藻進行光合作用實驗的示意圖,圖中A物質和B物質的相對分子質量之比是多少?答案

圖中A、B物質是氧氣,均來自反應物中的水。A、B分別為O2、18O2,二者的相對分子質量之比為32∶36=8∶9。4.希爾的實驗說明水的光解產生氧氣,是否說明植物光合作用產生的氧氣中的氧元素全部都來自水?是否說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應?答案

(1)不能說明氧元素全部都來自水。希爾反應僅說明了離體葉綠體在適當條件下可以發生水的光解,產生氧氣,該實驗沒有排除葉綠體中其他物質的干擾,也并沒有直接觀察到氧元素的轉移。(2)能夠說明。希爾反應是將離體葉綠體置于懸浮液中完成的,懸浮液中有H2O,沒有CO2,因此該實驗說明水的光解并非必須與糖的合成相關聯,暗示希爾反應是相對獨立的反應階段。【歸納提升】1.光反應與暗反應的區別過程光反應暗反應場所葉綠體類囊體薄膜葉綠體基質條件光、色素和酶多種酶原料水、NADP+、ADP、PiNADPH、ATP、CO2產物NADPH、ATP、O2(CH2O)、ADP、Pi、NADP+2.光反應與暗反應的聯系

(1)光反應為暗反應提供ATP和NADPH。(2)暗反應為光反應提供ADP、Pi、NADP+。3.利用同位素示蹤法判斷光合作用中C、H、O的轉移途徑

4.環境改變時光合作用各物質含量的變化分析(1)分析方法:需從物質的生成和消耗兩個方面綜合分析示例:CO2供應正常,光照停止時C3的含量變化(2)物質含量變化的比較

條

件光照由強到弱,CO2供應不變光照由弱到強,CO2供應不變CO2供應由充足到不足,光照不變CO2供應由不足到充足,光照不變C3含量增加減少減少增加C5含量減少增加增加減少NADPH和ATP的含量減少增加增加減少(CH2O)的合成量減少增加減少增加5.硝化細菌的化能合成作用硝化細菌(包括亞硝化細菌、硝化細菌)氧化土壤中的NH3釋放的能量,將CO2和水合成有機物,并將能量儲存在有機物中。其反應式如下:二、光合作用原理的應用CO2濃度水分光光質光照強度光照時間光照面積酶色素溫度礦質元素影響光合作用強度的因素氣孔開閉情況光合作用原理的應用單位時間內______________、___________、______________。有機物的產量CO2的消耗量O2的產生量光合作用強度實驗：探究光照強度對光合作用強度的影響CO2+H2O（CH2O）+O2光能葉綠體打出小圓形葉片實驗：探究光照強度對光合作用強度的影響利用真空滲入法排除葉內細胞間隙的空氣，充以水分，使葉片沉于水中。抽出葉片的氣體1.向3只小燒杯中各放入10片小圓形葉片2.分別對這3個實驗裝置進行強、中、弱三種光照3.觀察并記錄同一時間段內各實驗裝置中小圓形葉片浮起的數量?；蛏细∠嗤瑪盗康男A形葉片各實驗裝置所用時間。由于O2在水中的溶解度很小，而在細胞間積累，使原來下沉的葉片上浮。實驗記錄實驗結論在一定光照強度范圍內，光合作用隨著光照強度的增加而增強(1)光照強度①關鍵點：A點光照強度為0，此時只進行細胞呼吸;B點細胞呼吸釋放的CO2量=光合作用吸收的CO2量此時的光照強度稱為光補償點;C點時達到了光飽和點，此時光照強度增加，光合作用強度不再增加。②關鍵線段：AB段光合作用的強度細胞呼吸的強度；BC段光合作用的強度細胞呼吸的強度。<>光合作用原理的應用O2CO2O2CO2

凈光合速率O2的釋放量CO2的吸收量有機物的積累、增加量光合作用原理的應用②：CO2濃度CO2吸收量CO2釋放量CO2濃度ABCODbcd總光合速率一定范圍內，光合作用速率隨CO2濃度的增大而增大在農業生產上可以通過“正其行，通其風”，增施農家肥等增大CO2濃度，提高光合作用速率。光合作用原理的應用③：溫度溫度光合速率一定范圍內，光合速率隨溫度升高而升高超過最適溫度，光合速率隨溫度升高而下降白天調到光合作用最適溫度，以提高光合作用速率；晚上適當降低溫室的溫度，以降低細胞呼吸，保證植物有機物的積累。光合作用原理的應用N：光合酶及ATP的重要組分P：類囊體膜和ATP的重要組分；K：促進光合產物向貯藏器官運輸Mg：葉綠素的重要組分外因④：水分和礦質元素水是光合作用的原料，缺水既可直接影響光合作用，又會導致葉片氣孔關閉，限制CO2進入葉片，從而間接影響光合作用。溫度過高，為減少蒸騰作用，氣孔關閉，CO2供應不足，光合速率下降，出現“午休”現象時間光合作用強度BC段：光照強度不斷減弱AB段：光照強度不斷增大DE段：【典型曲線分析】新陳代謝營養類型光能自養6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O光能葉綠體（光合作用）化能自養（化能合成作用）NH3HNO2+能量HNO3+能量CO2+H2O（CH2O）能量硝化細菌自養型異養型寄生、腐生、捕食