在线算命先生:教案:光合作用与细胞呼吸

教学目标：
说明光合作用及认识过程；研究影响光合作用速率的环境因素；说明细胞呼吸，探究其原理的应用。
教学重点：
光合作用过程、细胞呼吸过程
教学难点：
光合作用与细胞呼吸的区别联系
教学内容解析：
绿色植物的光合作用 — 生物能量获得
光合作用的发现史
1．1864年，德国著名植物生理学家萨克斯实验结论是什么？
结论：光合作用产生淀粉。
2．1880年，德国科学家恩吉尔曼实验选材的巧妙之处是什么？结论是什么？
巧妙之处：利用水绵带状叶绿体和好氧细菌，实验现象直观。
结论：叶绿体是光合作用的场所。光合作用需要光，产生水。
3．1938年，美国的科学家鲁宾（S.Rubin ）和卡门（Carmen）实验：
方法：利用同位素18O标记水和二氧化碳
结论：氧气中的氧元素完全来自于水。
叶绿体色素
⑴ 在叶绿体中的分布：类囊体膜


⑵ 提取和分离叶绿体色素实验
程 序提 取 叶 绿 体 色 素分 离 叶 绿 体 色 素
原 理叶绿体色素分子不溶于水，但溶于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂。在层析液推动下，各种色素沿着滤纸上升的扩散速度不同，被滤纸吸附在一定的位置。
方 法
步 骤①材料准备：
②研磨提取：
③收集滤液：④滤液划线：
⑤层析分离：
⑥色素展层：
注 意
事 项叶片要剪碎，研磨要充分，速度要快。滤液画线要细、直、浓，层析液不能没过滤液画线，操作完后要洗手
思考：SiO2的作用：研磨充分 CaCO3的作用：防止叶绿体色素被破坏
纸层析结果：自上而下四条色素带分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。
⑶ 种类及其颜色
种 类颜 色含 量 %功能
叶绿素叶绿素a
叶绿素b蓝绿色
黄绿色50.0
25.0吸收和转换光能
吸收、传递光能
类 胡
萝卜素叶黄素
胡萝卜素黄色
橙黄色17.0
8.0
光合作用的过程
⑴ 光反应过程

① 光能→ATP和NADPH中活跃化学能
② 水光解为H+、O2和电子
③ 水产生的H+和电子在光下和NADP+ 结合生成NADPH
⑵ 碳反应过程

实质：CO2→贮能有机物
⑶总结光合作用过程

思考题：请列表比较光合作用光反应和碳反应（二者的区别和联系）
项 目光反应碳反应
区
别
反应部位叶绿体片层膜上叶绿体基质中
与光关系由光引起，在光下进行不需要光（间接需光）
反应步骤①叶绿素吸收和转化光能
②水光解和放氧
③光合磷酸化
④NADPH的产生①CO2的固定
②三碳酸被还原
③合成葡萄糖等
④C5的再生
主要产物O2 、ATP、NADPH 葡萄糖等有机物
反应实质光能→电能→化学能同化CO2形成贮能有机物
两者联系光反应为暗反应提供ATP和有还原能力的NADPH；暗反应继续完成储存能量于光合产物的过程
光合作用的总反应式

提高农作物对光能的利用率（措施）
途 径延长光合作用时间增加光合面积提高光合作用效率
具体措施间种、套种、轮种⑴合理密植
⑵间作套种⑴控制光照强弱和光质
⑵增加CO2浓度
⑶合理施肥
光合作用的意义——
生物界最基本的物质代谢和能量代谢
⑴ 同化碳素形成有机物，促进生物圈的碳循环
⑵ 转化光能为生命活动提供动力
⑶ 净化空气
⑷ 生物进化的意义：光合作用使有氧呼吸型的生物得以发生和发展，对O3层的形成有重要作用
细胞呼吸——生物能量转换
呼吸作用的概念内涵
⑴ 活细胞内有机物的分解反应
⑵ 伴有能量的释放、转移
⑶ 分有氧呼吸和无氧呼吸
有氧呼吸
⑴ 过程

⑵ 特征（概念要素）
① 和氧气的关系：有游离氧参加
② 物质变化：有机物被彻底氧化分解
③ 能量变化：释放能量生成大量的ATP
④ 进行的主要场所：主要在线粒体中进行
⑤ 总反应式：

无氧呼吸
⑴ 乳酸发酵和酒精发酵的过程

⑵ 特征（概念要素）
① 和氧气的关系：全过程无游离氧参加
② 物质变化：复杂有机物降解为简单有机物
③ 能量变化：释放能量生成少量的ATP
④ 进行场所：始终在细胞质基质内进行
⑤ 乳酸发酵和酒精发酵反应式：

思考：无氧呼吸产生乳酸的生物有：马铃薯块茎和甜菜块根。
无氧呼吸产生酒精的生物有：绿色植物。
⑶ 无氧呼吸与有氧呼吸的比较
类型有氧呼吸无氧呼吸
区别与氧关系
最终产物
释放能量
呼吸部位有O2参加
CO2和H2O
多
主要在线粒体内无O2参加
主要是简单有机物
少
始终在细胞质基质内
联 系糖酵解过程相同，丙酮酸继续反应的途径不同
呼吸作用的意义
⑴ 细胞呼吸为生物体生命活动提供能量
⑵ 中间产物作为其它有机物合成的原料
⑶ 是细胞代谢的枢纽
光合作用和呼吸作用的区别和联系
光合作用呼吸作用
区
别 细胞类型
与光关系
场 所
物质转变
能量转换植物细胞
只在光照下发生
叶绿体
合成有机物
储能过程植物细胞和动物细胞
有光无光都发生
线粒体和细胞质基质
分解有机物
主要为放能过程
联 系①光合放氧为呼吸使用；呼吸释放CO2被光合同化；呼吸作用分解的有机物正是光合作用所制造的
②中间产物（三碳化合物）可交替使用；共用ATP
典型习题分析
1．把叶绿体色素滤液放在自然光和三棱镜之间，从镜的另一侧观察，连续光谱中变暗区主要是
A 黄光和蓝紫光区　　　 B 红光和蓝紫光区
C 黄光和绿光区　　　　 D 绿光和红光区
[解析] 本题考察的是叶绿素主要吸收红橙光和蓝紫光，而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
答案:B。
2．正常进行光合作用的叶肉细胞CO2供应不足，下列哪种物质会迅速增多
A ADP 　　　B 三碳化合物　　　 C 五碳化合物　　　 D 氧气
[解析] 本题考察的是碳反应循环的过程，CO2供应不足，使三碳化合物合成受阻，因此对起固定CO2作用的五碳化合物的利用减少，造成五碳化合物的暂时积累而升高。
答案：C。
3．在有氧呼吸的全过程中，氧的作用发生在
A 葡萄糖酵解为丙酮酸的阶段　　　　B 三羧酸循环阶段
C 产生大量ATP的阶段 　　　　　　　D 参与有氧呼吸的全过程
[解析] 在有氧呼吸第三阶段，氧气与经电子传递链传递的电子及质子氢结合，本阶段可产生大量ATP。
答案：C。
4. 下列有关细胞呼吸的表述，正确的是
A 丙酮酸经柠檬酸循环只产生二氧化碳和少量ATP
B 氨基酸和脂肪酸主要进入糖酵解被氧化分解供能
C 细胞内有机物分解是以细胞呼吸为中心的，有机物合成则不然
D 线粒体内膜上有一系列电子传递体，氧是最终电子受体
[解析] 在有氧呼吸第三阶段，氧气与经电子传递链传递的电子及质子氢结合，本阶段可产生大量ATP。
答案：D。
5. 下列叙述错误的是
A 在叶绿体、线粒体中都能合成ATP
B 在光反应、碳反应中都能合成ATP
C 在有氧呼吸、无氧呼吸中都能合成ATP
D 在动植物细胞中都能合成ATP
[解析] 光反应可形成ATP，碳反应ATP携带的能量被存储在葡萄糖中。
答案：B。
6. 下列关于光合作用和呼吸作用的叙述，错误的是
A 光合作用和呼吸作用都包括一系列氧化还原反应
B 光合作用和呼吸作用必须在有水的条件下进行
C 光合作用的全部反应是呼吸作用全部反应的逆转
D 光合作用和呼吸作用都是能量转化过程
[解析] 光合作用和呼吸作用的场所、酶、反应过程均不相同，不是可逆反应。
答案:C。
7．分别在A、B、C三个研钵中加2克剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到
三种不同颜色的溶液，即：深绿色、黄绿色（或褐色）、几乎无色。
处理ABC
SiO2（少量）+++
CaCO3（少量）－++
95%乙醇（10毫升）+－+
蒸馏水（10毫升）－+－
注：“+”表示加；“－”表示不加。试回答：
⑴ A处理得到的溶液颜色是______________，原因是________________________。
⑵ B处理得到的溶液颜色是______________，原因是________________________。
⑶ C处理得到的溶液颜色是______________，原因是________________________。
[解析] 本题考查实验结果判断与机理分析的能力。本题考察的是叶绿素提取的原理，叶绿体色素易溶于有机溶剂，难溶于水。SiO2作用是使叶片研磨充分。CaCO3作用是使防止色素的破坏。
[答案]
⑴ A 黄绿色，部分叶绿素受到破坏。
⑵ B 几乎无色，叶绿素不溶于水。
⑶ C 深绿色，大量叶绿素溶于乙醇中。
8．根据下述实验过程，分析说明光合作用的有关问题：
⑴ 用高速离心法打破叶绿体膜后，基质和基粒便释放出来。在无CO2的条件下，加入18O标记的水，给
予光照，过一段时间，可测得释放出的气体中含18O，说明______________。
⑵ 将上述光照处理过的液体用离心法去掉基粒，在黑暗条件下，在去掉基粒的基质中加入14CO2，基质
中可测得含14C的光合作用产物。在进行实验⑴、⑵的同时，在无任何光照的条件下，向已经去掉基
粒的基质中加入ATP、NADPH和14CO2，发现仍能产生14C的同化产物。上述实验说明
_____________________________________。
[解析]
⑴ 光合作用光反应产生的氧气中的氧元素来自于水。
⑵ 光反应为碳反应提供ATP和NADPH，使二氧化碳转变为葡萄糖
9．为了验证“二氧化碳是光合作用合成有机物的必需原料”，某同学制定了下列实验方案：
⑴实验目的（略）
⑵实验材料和用具（略）
⑶实验方法和步骤：
① 用一适当大小的玻璃罩住一株生长正常的盆栽绿色植物和一杯NaOH溶液，密封不透气。
② 将上述植物及装置在暗室中饥饿，消耗掉叶片中的有机物，暗室中装有红色安全灯。
③ 饥饿一段时间以后，自暗室中取出，光照若干小时，使其充分进行光合作用
④ 取一叶片，放入盛有酒精的烧杯中，水浴加热，使叶绿素溶于酒精中。
⑤ 将已经脱绿的叶片取出，平铺在一个培养皿中，用碘—碘化钾溶液，检测有无葡萄糖的特异性颜色
反应出现。
该实验方案有几处明显的错误，请指出错误并改正。
[解析] 本题是实验评价综合习题，回答时既要注重光合作用的基本知识又要联系相关的化学原理，还应考虑实验对照原则和控制相关的实验变量。
[答案]
⑴试验步骤②中暗室中的红色安全灯应改为绿色安全灯。（单一变量）
⑵试验步骤⑤中葡萄糖应该为淀粉。（碘—碘化钾溶液鉴定淀粉）
⑶未设立对照实验。对照实验的设置如下：
①装置同题干中的步骤①，但玻璃罩内用同样生长状况的另一株植物代替题干中的植物，用一杯清水
代替NaOH溶液；
②将上述装置中的植物放在黑暗中饥饿，消耗掉叶片中贮存的有机物，暗室中装有绿色安全灯。
③重复题干中的步骤③④；
④重复改正后的题干中的步骤⑤。
10．在充满N2与CO2的密闭容器中，用水培法栽培几株番茄，CO2充足。测得系统的呼吸速率和光合速率变化曲线如下图，请回答问题。

⑴ 6～8h间，光合速率______________（大于、小于）呼吸速率，容器内的O2含量______________，
CO2含量______________，植株干重______________。
⑵ 9～10h间，光合速率迅速下降，推测最可能发生变化的环境因素是______________；10h时不再产生
ATP的细胞器是______________；若此环境因素维持不变，容器内的O2含量将逐渐下降并完全耗尽，
此时另一细胞器将______________停止ATP的合成，______________成为ATP合成的唯一场所。
⑶ 若在8h时，将容器置于冰浴中，请推测呼吸速率会出现的变化及其原因。
[解析] 本题是光合作用和呼吸作用的综合习题，首先应理解图中曲线的含义。
6～8h间，光合速率大于呼吸速率。9～10h间，可能由于光照减弱，光合速率迅速下降。10h后光合作用停止，又由于氧气耗尽，故植物无氧呼吸。
答案：
⑴大于 增加 降低 增加
⑵光照强度减弱 叶绿体 线粒体 细胞质基质
⑶呼吸速率会降低，低温会使有关呼吸酶活性的降低