3.2.3绿色植物光合作用的过程课件-2024-2025学年高一上学期生物苏教版必修1

第2课时　绿色植物光合作用的过程 重点疑难·全突破 主题一 光合作用的过程 1.图解: 2.光反应与暗反应的比较: (1)区别 项目 光反应(准备阶段) 暗反应(完成阶段) 场所 叶绿体的_________上 叶绿体的基质中 条件 光、色素、酶、水、ADP、 Pi、NADP+ 多种酶、NADPH、ATP、CO2、C5 物质 变化 水的裂解、_________、ATP 生成和NADP+还原 能量变化 光合色素吸收光能,光能转换 为_____,再由电能转换为化学 能储存在______________中 ATP和NADPH中的化 学能转化为储存于___ 分子中的化学能 类囊体膜 电子传递 电能 ATP和NADPH 糖 (2)联系 ①光反应为暗反应提供两种重要物质:______________,NADPH既可作还原剂, 又可提供能量;暗反应为光反应提供三种物质:___________________。 ②暗反应有光无光都能进行。若光反应停止,暗反应可持续进行一段时间,但 时间不长,故晚上一般认为只进行呼吸作用,不进行光合作用。 NADPH和ATP ADP、Pi以及NADP+ 3.光合作用过程中物质变化分析: (1)同位素标记法判断C、H、O的转移途径: (2)光合作用总反应式与C、H、O元素的去向: (3)叶绿体中[H]、ATP、ADP和Pi的运动方向: ①[H]和ATP:类囊体膜→叶绿体_____。 ②ADP和Pi:叶绿体基质→_________。 基质 类囊体膜 小思考 1.蓝细菌没有叶绿体,为什么也能进行光合作用? 提示:含有与光合作用有关的色素和酶。 2.在无光条件下,暗反应能否长期进行?为什么? 提示:不能。因为无光条件下,光反应不能进行,光反应的产物ATP和NADPH减少,不能满足暗反应的需求,暗反应终将停止。 3.土壤中缺乏N,植物的光合作用就会受影响,请分析原因。 提示:N是组成ATP、NADPH、酶以及类囊体膜等与光合作用有关的物质或结构的重要元素。 点易错 1.光合作用酶的存在部位:在类囊体和叶绿体基质中都有光合作用酶的存在。 2.C3还原消耗的能量:不仅由ATP提供,NADPH也为C3还原提供能量。 3.光反应产生的ATP的利用:光反应产生的ATP不能用于其他生命活动,主要用于暗反应过程中C3的还原。 拓思维 连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析: 1.光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累,在光反应停止时,暗反应仍可持续进行一段时间,有机物合成继续合成。 2.在总光照时间、总黑暗时间均相同的条件下,光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物合成量要多。 主题二 光合作用条件骤变对相关物质含量变化的影响分析 1.改变某一因素(光照强度、CO2浓度)时细胞内中间产物,如C3、C5、[H]、ATP 等含量的变化,强调的是突然发生改变时,短时间内的变化。 2.第一步:在熟知光合作用过程的基础上,构建如下模型,明确光合作用过程中物 质的___________: (1)ATP和[H]来源于Ⅰ过程,消耗于___过程。 (2)C3来源于Ⅱ过程,消耗于___过程。 (3)C5来源于Ⅲ过程,消耗于___过程。 来源与去路 Ⅲ Ⅲ Ⅱ 第二步:分析外界条件的变化对光合作用过程的影响: (1)如果光照强度发生变化,则直接影响过程_l__,依次影响过程Ⅲ、Ⅱ。 (2)如果CO2浓度发生变化,则直接影响过程_l l__,依次影响过程Ⅲ、Ⅰ。 第三步:根据外界条件的变化,从中间产物的来源(生成)和去路(消耗)两个方面综 合分析。因为只考虑瞬时变化,当某一条件突然改变时,首先考虑这个因素所直 接影响的那一环节,其他环节仍按原来的正常速率进行。 3.各物质含量的变化中,C5与C3含量的变化是_____的,[H]与ATP的含量变化是 _______。 4.物质含量变化: 条件 C3 C5 NADPH 和ATP (CH2O) 模型分析 光照由强 到弱,CO2 供应不变 增加 减少 减少 减少 相反 一致的 条件 C3 C5 NADPH 和ATP (CH2O) 模型分析 光照由弱 到强,CO2 供应不变 减少 增加 增加 增加 CO2供应 由充足到 不足,光照 不变 减少 增加 增加 减少 CO2供应 由不足到 充足,光照 不变 增加 减少 减少 增加 拓思维 分析细胞中C3和C5含量的变化 如突然改变光照强度,其他条件不变时,C3含量的变化为: 结果:细胞中C3含量增加,C5含量减少。 拓思维 化能合成生物 化能合成作用是利用化学能将CO2和H2O合成有机物。能进行化能合成作用的生物称为化能合成生物,如硝化细菌。化能合成生物和绿色植物都属于生态系统中的生产者。 情境应用·提素养 　　希尔在研磨绿叶后制取叶绿体悬液,并向悬液中加入草酸铁,经过光照后发现,Fe3+被还原为Fe2+,同时离体的叶绿体释放出了氧气。 探讨: (1)该实验证明光合作用的场所是什么? 提示:叶绿体。 (2)该实验证明光合作用的产物有哪些? 提示:还原剂和氧气。 关于光合作用的描述，下列哪项是正确的？ A. 光合作用是异养生物从环境中获取有机物的过程 B. 光合作用的反应场所在细胞质基质中进行 C. 光合作用能将光能转化为化学能并固定到有机物中 D. 光合作用只在黑暗条件下才能进行 【答案】C 【解析】光合作用是指绿色植物等自养生物利用光能合成有机物、释放氧气的过程。在这一过程中，光能被转化为化学能并储存在合成的有机物中。光合作用的主要场所是叶绿体的类囊体和基质。光反应阶段需要光照条件，而暗反应阶段则不依赖光照，因此光合作用既包括光照下进行的反应，也包括在黑暗条件下进行的反应。 下列关于光合色素的说法，正确的是？ A. 叶绿素a是唯一参与光合作用的色素 B. 类胡萝卜素能吸收红橙光，将能量传递给叶绿素a C. 光合色素吸收的光能全部用于光合作用 D. 各种光合色素的吸收光谱不同，扩大了吸收光谱范围 【答案】D 【解析】参与光合作用的色素除了叶绿素a外，还有叶绿素b、类胡萝卜素等。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，并将吸收的能量传递给叶绿素a。光合色素吸收的光能并非全部用于光合作用，部分以热能、荧光等形式耗散。不同光合色素的吸收光谱有所不同，共同扩大了光合作用对光谱的吸收范围，提高了光能利用效率。 在光合作用的电子传递过程中，下列说法错误的是？ A. 电子经过NADP+还原为NADPH B. 质子跨类囊体膜进入基质，形成质子动力势 C. ATP合成酶利用质子动力势合成ATP D. 电子来源于水分子的光解，最终传递给二氧化碳 【答案】D 【解析】在类囊体中，电子经过一系列电子载体传递，能量递减。部分电子经过NADP+还原为NADPH。同时质子由基质跨类囊体膜进入类囊体腔，在两侧形成质子浓度差，称为质子动力势。ATP合成酶以质子动力势为动力合成ATP。参与光反应电子传递的电子来源于水分子的光解，最终传递给NADP+，而不是二氧化碳。 关于光合作用的描述，下列哪项是正确的？ A. 光合作用是异养生物从环境中获取有机物的过程 B. 光合作用的反应场所在细胞质基质中进行 C. 光合作用能将光能转化为化学能并固定到有机物中 D. 光合作用只在黑暗条件下才能进行 【答案】C 【解析】光合作用是指绿色植物等自养生物利用光能合成有机物、释放氧气的过程。在这一过程中，光能被转化为化学能并储存在合成的有机物中。光合作用的主要场所是叶绿体的类囊体和基质。光反应阶段需要光照条件，而暗反应阶段则不依赖光照，因此光合作用既包括光照下进行的反应，也包括在黑暗条件下进行的反应。 有关光合作用原初反应的描述，下列哪项是正确的？ A. 原初反应是指电子从电子供体到初级电子受体的传递 B. 原初反应发生在叶绿体基质中 C. 原初反应中放出的氧气来自二氧化碳 D. PS I和PS II的原初反应是独立进行的 【答案】A 【解析】原初反应是指光合色素吸收光能后，激发态电子从电子供体传递到初级电子受体的过程。原初反应发生在类囊体膜上的光合色素蛋白复合体中，PS I和PS II分别进行各自的原初反应，两者通过电子传递链协同工作。原初反应放出的氧气来源于水分子光解，而非二氧化碳。 光呼吸的底物来源于？ A. 光合作用碳循环的中间产物 B. 线粒体中的有机物 C. 细胞质中的糖类物质 D. 环境中的CO2和O2 【答案】A 【解析】光呼吸是指在强光、高温、干旱等条件下，RuBP羧化酶催化RuBP与O2结合生成磷酸甘油酸和磷酸乙醇酸的加氧反应。这一反应消耗光合作用碳循环的中间产物RuBP，释放出CO2，降低了光合效率。因此，光呼吸的底物RuBP来源于光合碳循环。线粒体和细胞质中的有机物通常参与呼吸作用，而非光呼吸；光呼吸利用的是碳循环中的RuBP与环境中的O2，而不直接利用外界CO2。 光合作用的光反应和暗反应在时间和空间上的关系是？ A. 光反应和暗反应同时进行，且在同一场所 B. 光反应和暗反应的进行时间不同，但在同一场所 C. 光反应和暗反应同时进行，但在不同场所 D. 光反应和暗反应的进行时间和空间都不相同 【答案】C 【解析】光反应和暗反应在时间上是同时进行的，只要光照和CO2等条件满足，两个反应就会同步进行。但在空间上，光反应和暗反应的场所是不同的：光反应主要发生在类囊体膜上，而暗反应则在叶绿体基质中进行。因此，光反应和暗反应在时空关系上是同时异地进行的。 C4植物通过特殊的途径提高了光合效率，其关键在于？ A. C4植物的叶绿体结构与C3植物不同 B. C4植物具有特殊的PEP羧化酶来固定CO2 C. C4植物的维管束鞘细胞中CO2浓度很高 D. C4植物能在弱光条件下进行光合作用 【答案】C 【解析】C4植物通过特有的C4途径提高了光合效率，减少了光呼吸。C4植物的关键特点在于具有皮层细胞和维管束鞘细胞两类细胞，在空间上分工协作完成CO2的固定。皮层细胞中的PEP羧化酶先将CO2固定为C4化合物，运输到维管束鞘细胞后再释放出CO2，使此处CO2浓度很高，从而抑制了光呼吸的发生。尽管C4植物具有特殊的PEP羧化酶和两类细胞的叶绿体结构不同，但关键因素是维管束鞘细胞中形成了高浓度CO2环境。C4途径使C4植物能在强光高温条件下进行高效光合作用，但并非在弱光下进行。 植物可利用的光合有效辐射通常指的是？ A. 紫外光和可见光范围内的辐射 B. 400-700nm波长范围内的可见光辐射 C. 红光和蓝光范围内的辐射 D. 所有到达地面的太阳辐射 【答案】B 【解析】光合有效辐射是指能被绿色植物吸收并用于光合作用的辐射，通常是指波长在400-700nm范围内的可见光。这一波段的光能被各种光合色素吸收利用，是植物光合作用的主要能量来源。紫外光虽也属于可见光范围，但并非光合作用的有效辐射。红光和蓝光是光合有效辐射的重要组成，但并非全部。到达地面的太阳辐射包括多种波段，但并非都能被植物利用，因此不能等同于光合有效辐射。 对光合作用影响最大的环境因素是光照，下列叙述正确的是？ A. 随着光照强度增大，光合速率一直线性增加 B. 林下植物比林冠植物的光饱和点高 C. 弱光下，光反应是限制光合速率的主要因素 D. CO2浓度升高，可提高光合作用的光补偿点 【答案】C 【解析】光照强度对光合速率的影响表现为：最初随光强增大而直线上升，后期上升速率逐渐下降趋于平缓，最终达到光饱和点。林下植物长期适应弱光环境，光饱和点比林冠植物低。在弱光条件下，光合速率主要受光反应的限制，而在强光条件下，酶促反应则成为限制因子。CO2浓度升高可提高羧化反应速率，从而降低光补偿点。 在双因素作用下，温度对光合速率的影响表现为？ A. 低温限制暗反应，高温限制光反应 B. 高温会引起光呼吸加强，导致光合速率下降 C. 适宜的温度范围因植物种类而异 D. 温度过高过低都会使光合色素分解 【答案】B 【解析】温度对光合作用的影响与其他因素密切相关。一般来说，低温主要限制暗反应中的酶促反应，而高温则限制光反应中的电子传递。但是，高温更显著的影响是会引起光呼吸加强，消耗光合产物并释放CO2，导致表观光合速率下降。不同植物的最适温度范围有所不同，但通常高于40℃或低于5℃都会抑制光合作用。温度过高会使酶蛋白变性失活，但一般不会分解光合色素。 关于水分胁迫对光合作用的影响，下列说法正确的是？ A. 水分亏缺使气孔关闭，阻碍了O2进入叶片 B. 水分胁迫下，NADPH合成受到抑制 C. 水分亏缺导致ATP合成受阻，引起光合速率下降 D. 水分胁迫使叶绿体结构遭到破坏，丧失了光合功能 【答案】C 【解析】水分胁迫会导致气孔关闭，阻碍了CO2进入叶片，从而使光合速率下降。NADPH的合成主要取决于光反应电子传递，一般不直接受水分影响。但水分亏缺会导致ATP合成受阻，主要原因是质子跨膜转运受到抑制，不能形成足够的质子动力势用于ATP合成。尽管严重缺水会使叶绿体结构遭到破坏，丧失光合功能，但中度水分胁迫通常不会导致叶绿体结构破坏。 下列关于CO2浓度对光合作用影响的叙述，错误的是？ A. CO2浓度升高，C3植物的光合速率大幅提高 B. CO2浓度升高会引起气孔导度下降 C. CO2浓度过高会抑制光呼吸，使光合速率下降 D. C4植物在低CO2浓度下比C3植物具有光合优势 【答案】C 【解析】CO2浓度升高有利于光合作用进行。对C3植物而言，CO2浓度升高可显著提高光合速率，主要原因是促进了羧化反应，同时也抑制了光呼吸的发生。C4植物在低CO2浓度下通过C4途径形成高浓度CO2环境，因此比C3植物具有光合优势。但是，高CO2浓度会引起气孔导度下降，一定程度上限制了CO2吸收。CO2浓度升高可以抑制光呼吸，但这有利于光合作用的进行，不会引起光合速率下降。 $$