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- 2021-09-24 发布
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生命科学专题学案
课 题
专题四:生命的物质变化和能量转换(4.1生物体内的化学反应 4.2光合作用)
学习目标
1、理解新陈代谢、同化作用、异化作用的概念及其相互关系。新陈代谢的重要意义。
2、举例说出生物体内化学反应的主要类型和特点。
3、理解酶的概念和成分,理解酶的生物学特性。
4、理解ATP是生物体内各种生命活动的直接能源物质。
5、了解光合作用的发现及研究历史;
6、描述绿叶中色素的种类和作用;【重点】
7、简述叶绿体的结构和功能;
8、光合作用的过程,光反应、暗反应过程及相互关系;【重点】
9、影响光合作用的因素。【重点】
学 习 内 容
第一环节【回扣基础 构建网络】
导学一:生物体内的化学反应(4.1)
1、新陈代谢 作用:生物体从外界摄取的营养物质转变成自身物质的过程
作用:生物体将体内部分复杂的有机物分解,释放能量并排出废物的过程
2、代谢反应 反应:脱水缩合反应(如: 合成蛋白质)
反应 反应:反应中消耗水。例:蛋白质分解成氨基酸
化学成分: (多数)或RNA分子(少数)
命名: + (如唾液淀粉酶)
作用:催化代谢反应
催化特性: 、
影响酶活性的外界因素: 、 等
在生活中应用:(①多酶片可用于治疗消化不良;②洗衣粉中加入酶制剂提高洗涤效果;③食品与葡萄糖氧化酶及葡萄糖一起储存于密闭容器中,有效去除食品中氧,延长保质期)
反应:脱氢。例:葡萄糖分解成丙酮酸
3、酶
4、腺苷三磷酸
(ATP)
导学二:光合作用(4.2)
结构简式:A—P~P~P
(A: ;T: ;P: ; ~: )
作用:生命活动的直接能源物质
ATP和ADP之间相互转换:
①当ADP转化成ATP时,其所需的能量
由 过程提供。
若是植物体,还可由 过程提供。
②当ATP转化成ADP时,所释放的能量用于 。
1、光合作用的发现史
次序
年代
科学家
实验过程
结论
1
1642
范.赫尔蒙特(比利时)
柳树苗密封在桶内,只浇水,5年后柳树苗增重
很多,土壤却几乎没有减轻
使树苗增重的物质只来源
于__________
2
1771
普利斯特利
(英)
小鼠,密闭,小鼠窒息死亡
小鼠+植物,密闭,小鼠不易死亡
燃烧的蜡烛+植物,密闭,蜡烛不易熄灭
植物可以______空气
3
1779
英格豪斯
(荷兰)
小鼠+绿色植物,密闭,光照,小鼠存活
小鼠+绿色植物,密闭,无光照,小鼠死亡
_______是植物改善空气的必要条件
4
1785年
发现了空气的组成
绿叶在光照下放出 ,
吸收 ;
5
1864
萨克斯
(德)
绿色植物暗处理后,一半 ,一半 ,
酒精脱色后经 处理;
遮光部分 ,曝光部分
绿叶在光合作用过程中产生了
6
20世纪30年代
鲁宾和卡门
(美)
⑴向第一组植物提供H218O和CO2;释放18O2
⑵向第二组植物提供H2O和C18O2;释放O2
光合作用释放的氧全部来自
于______
7
20世纪40年代
卡尔文
(美)
用14CO2供给小球藻进行光合作用,控制供给
时间,并对中间产物进行分析
探明了 转化为有机物的途径
2、叶绿体及其色素
____________(橙黄色)
__________________ 主要吸收_____
(含量约占______)
____________(黄 色)
叶绿体色素
____________(蓝绿色)
主要吸收_____
__________________ 和_______
(含量约占______) ____________(黄绿色)
主要分布于:叶肉细胞内
形态结构:椭圆球形;双层膜、基质、基粒(多个类囊体重叠而成)
分类:(见上方)
叶绿体 色素 分布:类囊体的膜上
功能:吸收光能
酶 :分布于类囊体膜上(与光反应有关)
叶绿体基质(与暗反应有关)
3、光合作用的过程
总反应式:
光反应与暗反应的比较:
比较项目
光反应
暗反应(卡尔文循环)
反应部位
___________________
___________________
条件
_______、色素、酶
酶
反应过程
1、 色素吸收光能→传递给叶绿素a→叶绿素a活化释放出e→e经类囊体膜传递给NADP+→NADP+与叶绿体基质中的H+结合为NADPH
2、 水光解为e 和 H+,释放O2↑→H+经类囊体膜上的ATP合成酶复合体穿过膜进入基质→将能量传递给ADP,使ADP+Pi合成ATP
(ATP和NADPH的最终生成在 ________ ,用于暗反应)
1、CO2的固定: CO2 + C5 → 2 C3
2、C3的还原: 需要ATP、H+、多种酶
2 C3+4NADPH+ATP→(CH2O)+ C5+ H2O
能量转换
光能→ 中活跃的化学能
活跃的化学能→有机物中 的化学能
联系
1)光反应为暗反应准备了还原剂 和能量 ;
2、暗反应为光反应补充消耗掉的ADP、Pi和NADP。
实质
物质变化:无机物转变为____________
能量变化:光能转化成____________
意义
1)自身新陈代谢的基础
2)物质来源和能量来源
3)维持大气中__________和_________含量的基本稳定
1、 影响光合作用的外界因素
因素
对光合作用的影响
在生产上的应用
光
1.光照强度:光合作用随光照强度的增强而加快,但光照增强到一定程度,光合作用速度不再增加(光饱和现象)
2.光质:白光为复色光,光合作用能力最强;单色光中红光作用最快,蓝紫光次之,绿光最差
1.适当提高光照强度
2.延长光照时间
3.增加光合作用面积——合理密植
4.对温室大棚用无色透明玻璃
5.若要降低光合作用则用有色玻璃,如用红色玻璃,则透红光吸收其它波长的光
温度
1、温度直接影响酶的活性,从而影响光合速率。
2、温度过高,影响叶片气孔开放,影响CO2供应,进而影响暗反应,从而影响光合速率
1.适时播种
2.温室栽培植物时,白天适当提高温度,晚上适当降底温度
3.植物“午休”现象的原因之一
二氧
化碳
浓度
在一定范围内,植物的光合速率是随CO2浓度增加,但到达一定程度时再增加CO2浓度,光合速率不再增加
温室栽培植物时,适当提高室内CO2的浓度,如释放一定量的干冰或多施有机肥,使植物吸收CO2增多
大田中,要注意通风透气
水
水分是光合作用原料之一,又是各种化学反应的介质,缺少时光合速率下降
合理灌溉
矿质
元素
①N是各种酶、蛋白质以及NADP+和ATP、核酸、叶绿素等物质的重要原料。
②P是NADP+和ATP、核酸等的重要组成成分。
③Mg是叶绿素的重要组成成分。
④K对光合作用产物的制造和转化起着重要作用。
在一定范围内矿质元素供应越多,光合速率就越快;超过一定浓度,光合速率不再增强,甚至由于渗透失水反而使光合速率下降。
适时适量施肥,注意施肥不宜过量,否则会造成土壤溶液浓度大于细胞液浓度导致细胞失水萎蔫。
第二环节【突破考点 提炼方法】
考点一:ATP与ADP的转化
【典例引领】1、如图为ATP的结构和ATP与ADP相互转化的关系式。下列说法不正确的是 ( )
图1 图2
A.图1中的A代表的是腺嘌呤,b、c为高能磷酸键
B.ATP生成ADP时图1中的c键断裂并释放能量
C.ATP与ADP相互转化过程中物质是可循环利用的,能量是不可逆的
D.酶1、酶2具有催化作用,不受其他因素的影响
【考点剖析】此过程只有物质可逆,能量不可逆,故整个反应为不可逆反应。
【对位训练】1、下列有关ATP的结构与功能的叙述中,正确的是 ( )
A.ATP分子脱去了两个磷酸基以后的剩余部分就成为DNA的基本组成单位中的一种
B.ATP与ADP的转化过程是可逆反应
C.ATP称为高能化合物,是因为第二个磷酸基很容易从ATP上脱离释放能量
D.催化ATP与ADP相互转化的酶不同
考点二:绿叶中色素的提取与分离
【典例引领】2、某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析(从上至下),与正常叶片相比,实验结果是( )
A.光吸收差异显著,色素带缺第2条
B.光吸收差异不显著,色素带缺第2条
C.光吸收差异显著,色素带缺第3条
D.光吸收差异不显著,色素带缺第3条
【考点剖析】1、实验过程
2.注意问题
(1) 提取色素——无水乙醇 分离色素——层析液
(2)色素提取液呈淡绿色的原因分析①研磨不充分,色素未能充分提取出来。②称取绿叶过少或加入无水乙醇过多,色素浓度小。③未加碳酸钙或加入过少,色素分子部分被破坏。
(3)叶片绿色:①叶绿素∶类胡萝卜素=3∶1;②最不吸收绿光,反射回来;③叶片变黄:低温破坏了叶绿素,呈现出了类胡萝卜素的颜色;④叶片变红:低温破坏了叶绿素,呈现出液泡中花青素的颜色。
【同位训练】2、如图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验的
改进装置,下列叙述错误的是 ( )
A.应向培养皿中倒入层析液
B.应将滤液滴在a处,而不能滴在b处
C.实验结果应得到四个不同颜色的同心圆(近似圆形)
D.实验得到的若干个同心圆中,最小的一个圆呈橙黄色
考点三:光合作用的探究历程
【典例引领】3、1880年美国生物学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到丝状水绵体上,并在水绵悬液中放入好氧细菌,观察细菌的聚集情况(如图)。他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。这个实验的思路是 ( )
A.细菌对不同的光反应不一样,细菌聚集多的地方,细菌光合作用强
B.好氧细菌聚集多的地方,O2浓度高,水绵光合作用强
C.好氧细菌聚集多的地方,产生的有机物多,水绵光合作用强
D.好氧细菌大量消耗O2,使水绵光合作用速度快,则该种光有利于光合作用
【对位训练】3、德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处数小时“饥饿”处理(消耗掉叶片中的淀粉)后,再把叶片的一部分遮光,其他部分曝光。一段时间后,将该叶片经脱色、漂洗再用碘液处理,结果遮光部分不变蓝,曝光部分变蓝。下列有关本实验的分析及结论合理的是( )
①本实验未设对照组 ②有无光照是遮光和曝光区域显现不同结果的唯一原因 ③实验开始时遮光和曝光区域均达到无淀粉状态 ④实验证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉
A.②③ B.①②③ C.②③④ D.①②③④
考点四:光合作用过程
【典例引领】4、如图为叶绿体结构与功能示意图,下列说法错误的是 ( )
A.结构A中的能量变化是光能转变为ATP中的化学能
B.供给14CO2,放射性出现的顺序为CO2→C3→甲
C.结构A释放的O2可进入线粒体中
D.如果突然停止CO2的供应,短时间内C3的含量将会增加
【考点剖析】1、反应式及元素去向
氧元素 碳元素:CO2―→C3―→(CH2O)
2、光反应为暗反应提供两种重要物质:H+和ATP,H+既可作还原剂又可提供能量;
暗反应为光反应也提供两种物质:ADP和Pi,注意产生位置和移动方向。
3、没有光反应,暗反应无法进行,所以晚上植物只进行呼吸作用,不进行光合作用;没有暗反应,有机物无法合成,生命活动也就不能持续进行。
4、色素只存在于光反应部位——叶绿体类囊体薄膜上,但光反应和暗反应都需要酶参与,所以与光合作用有关的酶存在于两个部位——叶绿体类囊体薄膜上和叶绿体基质中,但暗反应中酶的种类和数量多。
5、CO2中C进入C3但不进入C5,最后进入(CH2O),C5中C不进入(CH2O),可用放射性同位素标记法证明。
【难点突破】光反应和暗反应中C3、C5、ATP、ADP、NADPH、NADP六种物质与光照、CO2之间的关系(如图所示):
【对位训练】4、如图表示植物光合作用的一个阶段,下列各项叙述
正确的是( )
A.该反应的场所是叶绿体的类囊体
B.C3生成(CH2O)需要H+、ATP和多种酶
C.提高温度一定能促进(CH2O)的生成
D.无光条件有利于暗反应进行
5、在光照等适宜条件下,将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中,其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。回答问题:
(1)图中物质A是__________(C3化合物、C5化合物)。
(2)在CO2浓度为1%的环境中,物质B的浓度比A的低,原因是_____________________________,
将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后,物质B浓度升高的原因是___________________________。
(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中,暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定时,物质A的浓度将比B的__________(低、高)。
(4)CO2浓度为0.003%时,该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的______(高、低),其原因是_____________________________________________________________。
6、离体叶绿体在光下进行稳定的光合作用时,如果突然中断CO2的供应,下列关于短时间内叶绿体中ATP与O2的相对含量变化的示意图中,正确的是( )
考点五:光合作用的影响因素及曲线分析
【典例引领】5、下图是夏季晴朗的白天,玉米和花生净光合速率(单位时间、单位叶面积吸收CO2的量)的变化曲线,下列叙述错误的是 ( )
A.在9:30~11:00之间,花生净光合速率下降的原因是暗反应过程减缓
B.在11:00~12:30之间,花生的单位叶面积有机物积累量比玉米的多
C.在17:00时,玉米和花生的单位叶面积释放O2速率相同
D.在18:30时,玉米既能进行光反应,也能进行暗反应
【考点剖析】
1.光照强度对光合作用强度的影响
图1
(1)曲线分析:A点光照强度为0,此时只进行细胞呼吸,细胞内的代谢特点如图2所示,释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。
AB段:随光照强度增强,光合作用强度也逐渐增强,CO2释放量逐渐减少,这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用,此时细胞呼吸强度大于光合作用强度(如图3所示)。
B点:细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用,即光合作用强度等于细胞呼吸强度(如图4所示)。光照强度只有在B点以上时,植物才能正常生长,B点所示光照强度称为光补偿点。
BC段:表明随着光照强度不断加强,光合作用强度不断加强,到C点以上就不再加强了,C点所示光照强度称为光饱和点。B点以后的细胞代谢特点可用图5表示。
(2) 应用:阴生植物的B点前移,C点较低,如图中虚线所示,间作套种农作物的种类搭配,林带树种的配置,可合理利用光能;适当提高光照强度可增加大棚作物产量。
2.CO2浓度对光合作用强度的影响
(1)曲线分析:图1和图2都表示在一定范围内,光合作用速率随CO2浓度的增加而增大,但当CO2浓度增加到一定范围后,光合作用速率不再增加。
(2)点含义:①图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度,即CO2补偿点。
②图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
③图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点。
(3)应用:在农业生产上可以通过“正其行,通其风”,增施农家肥等增大CO2浓度,提高光合作用速率。
3.多因子对光合作用强度的影响
(1)曲线分析:P点时,限制光合作用速率的因素应为横坐标所表示的因子,随其因子的不断加强,光合作用速率不断提高。当到Q点时,横坐标所表示的因素不再是影响光合作用速率的因子,要想提高光合作用速率,可适当提高图示中的其他因子。
(2)应用:温室栽培时,在一定光照强度下,白天适当提高温度的同时也可适当提高CO2浓度以提高光合作用速率。当温度适宜时,可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合作用速率。
【对位训练】7、下列①~④曲线图均表示光合作用与某些影响因素的关系。在下列各选项中,不正确的是( )
A.①图中的X因素可表示CO2浓度,植物在较强光照时的a点值一般要比在较弱光照时的低
B.②图中Y因素最有可能代表光照强度
C.③图中,阴生植物的b点值一般比阳生植物的低
D.④图中Z因素(Z3>Z2>Z1)可以表示CO2浓度,当光照强度小于c值时,限制光合速率增加的主要因素是光照强度
8、为探究影响光合作用强度的因素,将同一品种玉米苗置于25 ℃条件下培养,实验结果如下图所示。请回答:
(1)与D点相比,B点条件下限制玉米CO2吸收量的因素是________,C点条件下限制玉米CO2吸收量的主要因素是________。
(2)实验结果表明,在____________________的条件下施肥效果明显。除本实验所涉及的因素外,从增加光合面积的角度考虑,采取________措施能提高玉米的光能利用率。