第三单元第4课时

第4课时 光合作用

一、叶绿体及其色素 1．叶绿体结构图

2．叶绿体中色素的种类和吸收光谱 种类 叶绿素 类胡萝卜素 [判一判]

1．叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内 3．叶绿体是光合作用的主要场所 二、光合作用的过程 1．光合作用的总反应式：

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 2．光合作用释放的O2来自____。 3．光反应和碳反应的关系(图示说明)

( ) ( ) ( )

2．光合作用需要的酶只分布在叶绿体基质中

__________ __________ __________ __________ 颜色 __________ __________ __________ __________ ____________ ____________ 主要吸收光

(1)光反应

①场所：____________。

②产物有________、________和______。 ③光反应中发生的主要变化：

a．光能被吸收并转化为ATP中的化学能。 b．水在光下裂解为________________。

c．水中的氢(H＋e)在光下将________还原为________。 (2)碳反应

①场所：____________，最终产物是________。二氧化碳还原为糖的一系列反应称为____________。

②碳反应中发生的主要变化：

a．在酶的作用下，1分子的____________与1个________结合，形成1个六碳分子，这个六碳分子随即分解成2个______分子。

b．三碳分子接受来自________的氢和来自________的磷酸基团，形成1分子________________________。 三、影响光合速率的环境因素 1．光合速率

(1)光合速率又称____________，是指一定量的植物(如一定的叶面积)在____________内进行多少____________(如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳)。 (2)表观光合速率是指植物从外界环境吸收的________。

(3)真正光合速率是指植物在光照条件下，植物从外界环境中吸收的CO2的量，加上细胞呼吸释放的CO2的量，即植物实际所________的CO2的量。 2．影响因素

(1)光强度。光合速率随光强度的增加而增加，当光合作用已达到________________时，即光强度再增加光合速率也不会增加。因为在光饱和的光强度下，光合作用的光反应已达到________的速率，所以光强度再增加也不能使光合速率增加。 (2)温度。光合作用也有一个最适温度，和________有最适温度一样。 (3)二氧化碳浓度。空气中____________会使光合速率加快。

1．教材85～86页，比较细胞呼吸和光合作用总方程式。

2．教材87页，观察图3－18理解光合作用中的光反应和碳反应的关系。 3．教材87～88页，重温光合色素的提取和分离实验。

4．教材95～96页，解读图3－24、图3－25、图3－26影响光合作用因素的曲线。 5．教材102页，思考与练习第5题。

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考点一 提升结构模式图和过程流程图有机结合的解读能力——光合作用过程

1．(2011·浙江理综，1)下列有关叶绿体及光合作用的叙述，正确的是 ( ) A．破坏叶绿体外膜后，O2不能产生

B．植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例保持不变

C．与夏季相比，植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短 D．离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成碳反应 排雷 (1)明确产生O2的场所——类囊体膜上；

(2)明确碳反应的条件——酶、NADPH、ATP、原料CO2；

(3)生活常识与生物学知识的有机结合——叶片生长过程中颜色变化是由色素比例及种类决定；夏季和冬季相比光强及温度影响光合作用效率。

1．光合作用图解

光反应具体过程：

光反应过程电子传递2H2O??4H++4e-+O2→光系统Ⅱ(光使叶绿素a中的低能电子激发到高能电子状态，随后从水中补充)??光系统Ⅰ(光使叶绿素a中的低能电子激发到高能电子状态，随后从光系统Ⅱ补充)→2e-+H++NADP+→NADPH。该过程中最初电子供体是H2O，最终电子受体为NADP+。 碳反应具体过程：

3CO2＋3RuBP――→6C3――→6三碳糖―→1三碳糖＋3RuBP ATP

→淀粉、蛋白质、脂质(叶绿体内) C3(三碳糖)—|→蔗糖(叶绿体外)2．光反应和碳反应的关系

酶

NADPH

3．反应式及元素去向

CO2＋H2O――→(CH2O)＋O2 叶绿体 H2O―→O2 (1)氧元素 CO2―→(CH2O (2)碳元素：CO2―→C3―→(CH2O) (3)氢元素：H2O―→[H]―→(CH2O)

1．光反应为碳反应提供两种重要物质：NADPH和ATP；碳反应也为光反应提供重要物质：ADP、NADP和Pi，注意产生位置和移动方向。

2．没有光反应，碳反应无法进行，所以晚上植物只进行细胞呼吸，不进行光合作用；没有碳反应，有机物无法合成，生命活动也就不能持续进行。

3．色素只存在于光反应部位——叶绿体类囊体膜上，但光反应和碳反应都需要酶参与，所以光合作用有关酶存在于两个部位——叶绿体类囊体膜上和基质中。

4．若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用，甲：一直光照10分钟；乙：光照5秒，黑暗5秒，持续20分钟，则光合作用制造的有机物：甲＜乙(碳反应时间长)。 5．CO2中C进入C3但不进入RuBP，最后进入三碳糖，RuBP中C不进入三碳糖，可用放射性同位素标记法证明。

1．叶绿体是植物进行光合作用的场所。下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是( ) A．叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内 B．H2O被裂解为H和O2的过程发生在基质中

C．CO2与核酮糖二磷酸结合形成六碳分子发生在类囊体膜上 D．光合作用的产物——淀粉是在基质中合成的

2．光合作用过程中，电能转换成活跃化学能的反应式之一为：NADP＋2e＋H→NADPH，该反应式中电子的根本来源是( ) A．叶绿素a

B．特殊状态的叶绿素a C．吸收和传递光能的色素分子 D．参与光反应的水分子

考点二 提升曲线题解题能力——光合作用的影响因素及曲线分析

2．(2011·福建卷，2)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

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光能

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碳反应过程减缓 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，也能进行碳反应

排雷 (1)审题——纵坐标的含义——指净光合速率不是真正光合速率，即不再考虑呼吸消耗的量。

(2)当净光合速率为0时，说明光合作用速率＝呼吸作用速率。

(3)审题——题干中有“夏季晴朗的白天”——可知：花生出现午休现象。

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．温度对光合作用强度的影响

(1)曲线分析：温度主要是通过影响与光合作用有关的酶的活性而影响光合作用速率。 (2)应用：冬天，温室栽培可适当提高温度，也可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用速率；晚上适当降低温室的温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累。

4．必需元素的供应对光合作用强度的影响

(1)曲线分析：在一定浓度范围内，增大必需元素的供应， 可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶 液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫。

(2)应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量。 5．水分的供应对光合作用强度的影响

(1)影响：水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。 (2)应用：根据作物的需水规律合理灌溉。

6．叶龄对光合作用强度的影响

(1)曲线分析：①随幼叶不断生长，叶面积不断增大， 叶内叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合 作用速率不断增加(OA段)。

②壮叶时，叶面积、叶绿体、叶绿素都处于稳定状态，光合作用速率基本稳定(AB段)。 ③老叶时，随叶龄增加，叶内叶绿素被破坏，光合速率下降(BC段)。 (2)应用：摘除老叶、残叶。 7．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。

3．如图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况，除各图中所示因素外，其他因素均控制在最适范围内。下列分析错误的是

( )

A．甲图中a点的限制因素可能是叶绿体中酶的数量

B．乙图中d点与c点相比，相同时间内叶肉细胞中C3的生成量多 C．图中M、N点的限制因素是光照强度，P点的限制因素是温度 D．丙图中，随着温度的升高，曲线的走势将稳定不变

4．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

考点三 实验技能提升——绿叶中色素的提取与分离

3．(2011·江苏卷，4)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

排雷 (1)明确叶黄素吸收光的种类——吸收蓝紫光不吸收红光。

(2)明确叶黄素在滤纸条上的位置——从上至下为第2条；从下至上为第3条，注意审题。 1．实验过程

2．注意问题

(1)关键词与试剂对应关系不能颠倒。 提取色素——无水乙醇 分离色素——层析液 (2)

A为绿色，因为色素最不吸收绿光而透过；B为红色，此为荧光现象。

(3)用丙酮或其他有机溶剂代替无水乙醇提取色素，但丙酮有毒，研磨时需采取措施防止挥发；也可用汽油代替层析液进行层析；可用其他绿色叶片代替菠菜，但不能用大白菜等不含叶绿素的材料。

(4)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。

(5)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。

5．(2011·广东卷，29)中国的饮食讲究“色香味”，颜色会影响消费。小李同学拟研发“绿色”食用色素，他以生长很快的入侵植物水葫芦为材料进行如下实验。 Ⅰ.提取叶绿素

绿色叶片――→提取液―→过滤液―→浓缩液―→叶绿素粗产品 碳酸钙Ⅱ.探究pH对叶绿素稳定性的影响

X

取一些叶绿素粗产品，配成一定浓度的溶液，于室温(约25 ℃)下进行实验，方法和结果如下表。 实验组号 ① ② ③ ④ 叶绿素溶液 (mL) 3.0 3．0 3．0 3．0 调pH至 Y 7．0 6．0 5．0 处理时间 (min) 10 10 10 10 溶液颜色 绿色 绿色 黄绿色 黄褐色 注：叶绿素被破坏后变成黄褐色。 根据所学知识和实验结果，请回答：

(1)提取食用叶绿素的X应该为________，原因是__________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)表中Y应该为________，原因是______________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)若用作食品色素，天然叶绿素色素不适用于___________________________________ 食品，否则__________________________________________________________________。 (4)小李想了解叶绿素粗产品中是否含有其他色素，请你提供检测方法并写出主要步骤。 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

光合作用曲线中点的含义和移动规律

及如何确定变量

1．曲线中点的含义和移动规律

光照强度与光合速率的关系曲线图中各点的含义

(1)光补偿点含义：光合作用等于呼吸作用，若改变某一因素(如光照、CO2浓度)，使光合作用强度增大(减小)，而呼吸作用不受影响，则光补偿点应左移(右移)；若改变某一因素(如温度)，使呼吸作用强度增大(减小)，而光合作用不受影响，则光补偿点应右移(左移)。

(2)光饱和点含义：当横坐标对应的因素对光合作用最大值不产生影响时，若改变某一因素使光合作用强度增大(减小)，则光饱和点应右(左)移。 2．如何确定自变量

此曲线中只包含X和Z两个自变量，a点(曲线上升阶段)时影响因素即横坐标对应的变量X；b点(达到平衡)时影响因素则为该曲线中另外一个变量Z，不可考虑X、Z之外的其他变量，相当于把范围缩小到X、Z两个变量中。

典例 (2010·安徽理综，29Ⅰ)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。

对光合作用条件骤变时各物质量的变

化模糊不清

典例 (2011·新课标全国卷，29)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，其叶片碳反应中C3化合物和RuBP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、RuBP)。

(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，碳反应中C3和RuBP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____________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 纠错笔记 光反应和碳反应中C3、RuBP、ATP、ADP四种物质与光照、CO2之间的关系(如图所示)：

(1)此图中若停止光照

过程④停止

即：光停，ATP↓，ADP↑，C3↑，RuBP↓ (2)此图中若停止CO2供应

即：CO2停，RuBP↑，C3↓，ATP↑，ADP↓

纠错训练 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 ( )

题组一 光合作用的过程

1．(2010·重庆理综，2)下图为光能在叶绿体中转换的示意图，U、V、W、X、Y代表参与光能转换的物质。

下列选项，错误的是

( )

A．U在光合作用中的作用是吸收和传递光能 B．V吸收光能后被激发，使H2O分解，产生电子流 C．W为CO2的还原剂，其能量是稳定化学能来源之一 D．U至Y的能量转换在叶绿体囊状结构薄膜上进行

2．(2008·山东理综，7)如图所示为叶绿体中色素蛋白等成分在膜上的分布。在图示结构上

( )

A．生物膜为叶绿体内膜 B．可完成光合作用的全过程

C．发生的能量转换是：光能→电能→化学能

D．产生的ATP可用于植物体的各项生理活动

题组二 影响光合作用的因素

3．(2011·课标全国卷，3)番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降，原因是

( )

A．光反应强度升高，碳反应强度降低 B．光反应强度降低，碳反应强度降低 C．光反应强度不变，碳反应强度降低 D．光反应强度降低，碳反应强度不变

4．(2011·江苏生物，23改编)某种铁丝莲的根茎可作中药，有重要的经济价值。下表为不同遮光处理对其光合作用影响的结果，相关叙述正确的是 叶绿素 遮光比例 a/b (%) 0 10 30 50 70 90 4.8 5.3 5.2 4.4 4.1 3.3 叶绿素含量 (mg·g1) － ( ) 净光合速率 (μmol· m2·s1) －－植株干重 (g) 7.5 9.9 9.2 7.2 4.8 3.2 2.1 2.3 2.4 2.6 2.9 3.0 8.0 9.6 8.9 5.2 2.7 0 ①适当的遮光处理，可降低其干重 ②叶绿素含量与净光合速率呈正相关 ③叶绿素a/b可作为其利用弱光能力的判断指标 ④遮光90%时，铁线莲不进行光合作用 A．①③ C．②③

B．①④ D．③④

5．(2010·四川理综，3)有人对不同光照强度下两种果树的光合特性进行研究，结果如下表(净光合速率以CO2的吸收速率表示，其他条件适宜且相对恒定)。下列相关分析，不正确的是 光强(mmol光子/m2·s) 0 － 0.1 2.30 0.2 2.20 0.3 2.00 0.4 1.80 0.5 1.60 0.6 1.50 0.7 1.40 0.8 1.30 0.9 1.20 ( )

光能利用率(%) 龙 净光合速率 眼 (μmol CO2/m2·s) 芒 果 光能利用率(%) 净光合速率(μmol －0.60 2.50 5.10 6.55 7.45 7.90 8.20 8.50 8.50 8.50 － －2.10 1.20 1.10 1.05 3.70 0.90 5.40 0.85 6.50 0.80 7.25 0.75 7.60 0.70 7.60 0.65 7.60 0.60 7.60 CO2/m2·s)

A.光强大于0.1 mmol光子/m2·s，随光照增强两种果树的光能利用率逐渐减小 B．光强小于0.5 mmol光子/m2·s，限制净光合速率的主要因素是叶绿素含量 C．光强大于0.7 mmol光子/m2·s，限制净光合速率的主要生态因素是CO2浓度 D．龙眼的最大光能利用率大于芒果，但龙眼的最大总光合速率反而小于芒果

题组三 与光合作用有关的实验探究

6．(2011·安徽理综，29)保水剂是一类高分子聚合物，可提高土壤持水能力及水肥利用率。某生物兴趣小组探究“保水剂和氮肥对小麦光合作用的影响”，进行了以下实验： 材料用具：相同土壤基质栽培的小麦幼苗若干，保水剂，氮肥等。

方法步骤：①选取长势一致的小麦幼苗若干，平均分为A、B、C三组，分别施用适量的保水剂(60 kg·hm2)、氮肥(225 kg·hm2)、保水剂(60 kg·hm2)＋氮肥(225 kg·hm2)，置于

－

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相同的轻度干旱条件下培养，其他培养条件相同且适宜。

②在小麦灌浆期选择晴朗无风的上午，于10：00～11：00从每组选取相同数量的叶片，进行CO2吸收量及叶绿素含量的测定。结果(均值)如下表： 组号 A B C CO2吸收量/ μmol·m2·s1 －－叶绿素含量/ mg·g1 －10.66 13.04 15.91 3.07 3.02 3.05 实验结论：适量的保水剂与氮肥配施有利于提高小麦光合作用强度。 (1)请指出上述方法步骤中的缺陷并改正：

步骤①_____________________________________________________________________； 步骤②______________________________________________________________________。 (2)如不考虑方法步骤中的缺陷，从影响光合作用的内在因素分析，保水剂与氮肥配施提高了CO2吸收量的原因可能是___________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)实验测得的CO2 吸收量________(大于、等于、小于)光合作用过程中CO2实际消耗量，理由是______________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 光合作用强度可通过测定CO2吸收量，也可以通过测定__________释放量计算。

检测落实体验成功 1．D 2.C 3.B 4.A 5.B

6．(1)没有对照组，应另设一组不施保水剂和氮肥的小麦幼苗作为对照组 取材方法不科学，选取的叶片还应取自植株的相同部位 (2)提高了光合作用有关酶的含量与活性 (3)小于 实验测得的CO2吸收量是光合作用过程中CO2实际消耗量与呼吸作用CO2释放量之差 O2 课时规范训练

1．C 2．B 3．B 4．D 5．B 6．D 7．B 8．A 9．C 10．C 11．D 12．(1)叶绿体 ②

(2)不能 没有光反应提供的ATP与NADPH，碳反应不能进行 (3)扩散到线粒体和外界 (4)S1＋S3 S2－S1 (5)见下图

13．(1)有 细胞呼吸过程中能产生ATP和[H] 无 光反应无法进行，叶绿体中缺乏ATP和NADPH，所以碳反应无法进行 气孔关闭 (2)干旱 遮光 (3)全能性 基因的选择性表达

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