光合作用2

学科：生物教学内容：光合作用【学习目标】1．知道光合作用的发现过程，了解科学发现的艰辛、方法的重要。

2．掌握叶绿体中色素的功能。

3．掌握光合作用的过程及其重要意义。

4．掌握光合作用的总反应式。

5．掌握光合作用的光反应与暗反应的关系、基粒和基质的关系。

【学习障碍】1．理解障碍(1)如何理解光合作用的过程?(2)如何理解光合作用的光反应与暗反应及其关系？(3)如何理解光合作用中的物质变化和能量变化？(4)如何理解影响光合作用的因素？(5)如何理解光合作用的总反应式？2．解题障碍(1)光合作用过程中色素与光合作用的关系作用问题。

(2)光合作用过程中物质变化和能量变化及其关系问题。

(3)光合作用在生产实践中的应用问题。

【学习策略】1．理解障碍的突破(1)用“迁移法”和“层析综合法”理解光合作用的过程。

从总体上看，光合作用是一个氧化还原过程：在光合作用的原料中，CO2是碳的最氧化的状态，氧在H2O中却是一种还原的状态。

在光合作用的产物中，糖类则是碳的比较还原的状态。

通过反应，CO2被还原到糖类的水平，H2O中的氧则被氧化为分子态氧。

在常温常压下，自然界是实现不了这个反应的。

在绿色植物体内，仅仅由于叶绿素吸收的光能作为反应的推动力，就能使一个很难被氧化的H2O分子去还原一个很难被还原的CO2分子，并能使一个基本不含能量的CO2变成一个富含能量的有机物。

(2)用“综合比较法”理解光反应和暗反应、物质转变和能量转变的关系比较一般遵循两条途径进行：一是寻找出知识之间的相同之处，即异中求同；二是在寻找出了事物之间相同之处的基础上找出不同之处，即同中求异。

光反应与暗反应的比较如下表：(3)用“图解法”理解和掌握光反应与暗反应的关系以及影响光合作用的因素。

用图解法描述生命活动的特征是生物学中经常采用的一个重要手段。

图解可以增强感性认识，能加速对知识的理解和掌握。

其中，教材中光合作用图解就是用以表现光合作用生理过程的图。

在学习中，要充分利用好此图，从中①可以帮助理解光合作用生理过程的全貌；②帮助理解全过程中主要的生理变化以及光反应与暗反应阶段间的关系；③可以帮助理解物质转变与能量转变的关系；④可以帮助理解影响光合作用的因素；⑤可以帮助理解光合作用的实质等。

结合表格对自己所学知识进行分析、归纳、综合整理，使知识系统化、条理化。

另外，还可以在理解了图的内涵和外延的基础上，将图进行再加工、再塑造，培养自己的创造能力。

如可以把以上图解纳入到叶绿体的亚显微结构基粒和基质中，这样有助于开拓自己的思维空间，有利于对所学知识进行形象直观记忆，提高灵活运用知识的能力。

光合作用的图解如下图：①光反应与暗反应的关系在光合作用的图解中从纵向看，光合作用包括光反应与暗反应两个阶段，从横向看，有两条线将这两个阶段串联起来，一条是能量代谢，从光能、ATP分子中活跃的化学能到有机物分子中稳定的化学能这一能量转移过程。

另一条是物质代谢，从CO2、C3化合物到形成糖类等有机物这一物质变化过程。

联系光反应与暗反应的是[H]和ATP，光反应的产物[H]是暗反应中CO2的还原剂；光反应形成的ATP为暗反应提供能量。

暗反应产生的ADP和Pi为光反应形成ATP提供原料；暗反应继续完成把无机物合成有机物，把能量储存在有机物中的过程。

这就是光反应与暗反应的联系。

此外，还能反映出暗反应阶段中还有另—些C3化合物形成五碳化合物，继续固定CO2，而使暗反应连续进行下去，这些都反映了光合作用作为生命系统活动之一的有序性和自主性。

②影响光合作用的因素从光合作用的图解中还可以反映出影响光合作用的外界因素有光照强度、温度以及CO2浓度、H2O等，其中光照强度增加，光反应速度加快，产生的[H]和ATP多，使暗反应中还原过程加快，从而使光合作用产物增加；温度主要是通过影响暗反应中酶的催化效率，从而影响光合作用速度。

在一定温度范围内，温度越高光合作用速度越快，温度越低，光合作用速度越慢；CO2是光合作用的原料，CO2浓度增加，五碳化合物与CO2结合形成的三碳化合物增加，从而使暗反应产物增加；H2O一方面是光合作用的原料，同时当H2O散失过多时，植物叶片的气孔关闭，CO2无法进入植物体内，从而影响光合作用速度；此外，矿质元素也与光合作用有密切关系，如Mg是合成叶绿素的必要成分，N是合成酶必需的，而光合作用过程中需要多种酶参加，P是合成ATP必需的。

［例1］冬季在温室内栽培作物时，更易采取下列哪项措施提高光合作用的效率A．合理灌溉B．增强光照C．提高温度D．大气施肥解析：影响光合作用的因素有内因、外因两个方面。

内因是：植物在不同生长阶段光合作用的强度是不同的。

外因是：光照强度、二氧化碳的浓度、水等外界因素。

光照强度是影响光合作用的首要因素，在一定范围内，光照强度增加，光合作用也增强。

二氧化碳是光合作用的原料，所以二氧化碳的浓度也能影响光合作用的进行，大气中二氧化碳的浓度约为0．03%，对植物进行光合作用来说是比较低的。

如果二氧化碳的浓度提高到0．1%，作物的产量可提高一倍左右，所以在温室栽培作物可补充二氧化碳作大气施肥，增产效果明显。

温度直接影响到酶的活性，对植物的各种生理活动都有影响，对光合作用的影响比较复杂，一般最适宜的温度是25℃～30℃。

故本题选D。

答案：D(4)用“同位素标记法”理解光合作用反应式中的产物元素来源问题。

同位素用于追踪物质运行和变化过程时，叫做示踪元素。

用示踪元素标记的化合物，化学性质不变。

人们可以根据这种化合物的放射性，对有关的一系列化学反应进行追踪。

这种科学研究方法叫同位素标记法。

光合作用的公式为：从这个总反应式看不出光合作用产物O2的来源，但是，根据用氧的同位素18O所做的实验，光合作用中所释放出来的O2完全来自反应物H2O，只要搞清楚光合作用放出的O2的来源，(CH2O)中各元素的来源就迎刃而解了。

2．解题障碍的突破(1)用“图文转换法”和“层析综合法”来解光合作用过程中色素与光合作用的关系的题。

[例2]实验测得小麦在不同波长光照下光合速率的变化和小麦植株中叶绿素a对不同波长光线的相对吸收量，根据实验数据制成曲线图。

请根据图回答问题：(1)从图中可看出叶绿素a主要吸收_________光和_________光。

(2)在波长450 nm光照下产糖速率比在波长700 nm光照下的_________；在波长425 nm 光照下O2释放速率比在波长650 nm光照下的_________。

(3)在波长750 nm到800 nm光照下的光合速率为零，其最可能的是__________________。

解析：用“图文转换法”和“层析综合法”解。

在叶绿体基粒片层结构的薄膜上分布着与光合作用有关的色素，主要有叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素等四种。

这些色素具有选择吸收光能的作用。

观察上图可见，叶绿素a对光的吸收量的高峰分别是在约430 nm 和约680 nm，因此叶绿素a主要吸收的是蓝紫光和红橙光。

光合作用是绿色植物利用光能，将CO2和H2O合成贮存能量的有机物，同时释放O2的过程，光合作用合成的有机物主要是糖类。

所以光合速率与产糖速率、O2释放速率成正比，即光合速率越快，则产糖速率越快，O2释放速率越快。

通过分析曲线图可以发现：产糖速率在波长450 nm光照时比在波长700 nm光照时快；而O2释放速率在波长425 nm光照时比在波长650 nm光照下时要慢。

这里要注意的是不能把叶绿素a对光的吸收量变化曲线与光合速率的变化曲线混在一起。

在波长750 nm到800 nm光照下的光合速率为零，是因为叶绿体中没有吸收该段波长光线的色素，光合作用无法进行。

答案：(1)蓝紫红橙(2)快慢(3)叶绿体中没有吸收该段波长光线的色素，光合作用无法进行点评：在解题过程中所采用的方法有时是多种方法并用，如本题目，首先必须用图文转换法进行读图，弄清变量之间的关系，再做分析。

(2)用“系统化和具体化(对号入座)法”解光合作用过程中物质变化和能量变化及其关系问题。

[例2]有一种蓝色染色剂DCPIP(二氯酚靛酚)，被还原后成为白色，下面条件下能使DCPIP产生最大程度颜色变化的是A．分离的叶绿体，置于黑暗中B．分离的叶绿体，置于光下C．叶绿体提取液，置于黑暗中D．叶绿体基质提取液，置于光下解析：用“系统化和具体化(对号入座)法”解。

光合作用中光反应是叶绿体色素分子吸收光能将H2O分解成[H]和氧，并将光能转变成化学能贮存在ATP中，产生了ATP。

在光合作用中产生的具有还原性的物质只有[H]，而[H]是在光反应中产生的，光反应的场所是叶绿体的基粒囊状结构，在叶绿体的基质内只能进行暗反应。

通过上述分析可知，将叶绿体置于光下能够进行光反应，产生的[H]具有还原性，能将DCPIP还原成白色。

答案：B点评：在光合作用的知识系统中，我们已经理解和掌握了光合作用中的光反应和暗反应的具体过程以及两者的联系，表现在光反应为暗反应提供[H]和A TP。

光反应的产物有O2、[H]和ATP，其中[H]作为还原剂参与暗反应，ATP为暗反应提供能量，O2一部分进入线粒体参与有氧呼吸，另一部分则以分子形式从叶片的气孔释放出去。

此题中的问题是物质还原的问题，用对号入座的方法知道光反应产生[H]具有还原性，能将DCPIP还原成白色，光反应的场所是叶绿体的基粒。

[例3]光合作用过程中，能量的转化途径是A．光能→色素→糖类B．色素→ATP→糖类C．光能→ATP→糖类D．ATP→三碳化合物→糖类解析：光合作用过程中有物质变化和能量变化，在光反应过程中的能量变化是叶绿体色素吸收光能，将光能转变成化学能贮存在ATP中；在暗反应过程中的能量变化是将ATP中的化学能通过还原过程贮存在糖类中。

答案：C点评：在光合作用过程中，能量的变化是由光能转变成A TP中活跃的化学能，在ATP 中活跃的化学能转变成糖类中稳定的化学能。

因此采用“对号入座的方法”就可得出答案。

当然，解题的方法有很多，也可以运用“层析综合法”等方法。

(3)用“图文转换法”和“对号入座法”等方法解光合作用在生产实践中应用的题。

[例4]下图为光反应、暗反应联系示意图，据图回答下列问题：(1)填出图中字母所表示的物质。

a____________，b____________，c____________，d____________。

(2)光反应为暗反应提供了____________和____________。

(3)光合作用中的能量转变是：光能→____________→____________。

(4)如小麦在适宜条件下栽培，突然将d降至极低水平，则小麦叶片中的三碳化合物含量会突然减少，其原因是__________________；若降低d的同时，又停止光照，则不会出现上述现象，其原因是__________________。