5.4.2 光合作用的原理和应用-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中生物必修1 分子与细胞（人教版2019）

是根细胞无氧呼吸产生了酒精，酒精对细胞有毒害作用：检 (2)叶绿体叶绿体 测酒精的试剂是重铬酸钾，在酸性条件下，酒精与重铬酸钾 (3提示实验2的设计思路：需氧细菌聚集多的地方，表明 反应呈灰绿色。(3)图2中A点时，氧气浓度为0，此时小麦 O,浓度高，水绵光合作用强，则可证明水绵对相应颜色的 种子细胞只进行无氧呼吸，细胞内产生C),的场所是细胞 光吸收多：大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，说明 质基质：图中B点为储存种子的最佳氧气浓度，在此条件下， 叶绿体吸收较多的光是红光和蓝紫光。 二氧化碳的释放量最少，细胞的总呼吸速率最低。 [例4D解析图甲表示叶绿体的结构，①是叶绿体内膜，②是 答案(1)HO(水)二氧化碳(CO)c线粒体内膜 叶绿体外膜，③是类囊体，④是叶绿体基质，吸收光能的色 (2)根细胞无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用（酸性） 素分布在③（类震体）的薄膜上，因此图乙所示结构是类囊 重铬酸钾(3)细胞质基质B(4)CH:O,+6HO+ 体的薄膜，来自③，A,C项错误；光合作用所需的酶分布在 60酸6C0+12H0叶能量5CHe0鲜2CH0+能 类囊体的薄膜上和叶绿体基质中，B项惜误：叶绿体内含有 大量基粒，一个基粒由很多类裳体堆叠而成，以此扩大膜面 量（少量）(6CHO腾2CH0H+2C0十能量（少量） 积，D项正确。 [例5)B解析需氧细茵会聚集在氧气多的部位，水绵具有叶 第4节 光合作用与能量转化 绿体，且在细胞中呈螺旋带状分布，便于观察和确定释放氧 气的部位，A项正确：将临时装片置于没有空气的黑暗环境 第1课时 捕获光能的色素和结构 中，可以排除自然光和空气中的氧气对实验的干扰，B项错 误：丙组的实验结果为需氧细菌集中分布在红光和蓝紫光 教材梳理·新知全解 照射的区域，可知水绵进行光合作用主要利用的是红光和 探究·实践1 蓝紫光，C项正确：乙组实验是对甲组实验结果的进一步验 1.(1)无水乙醇 (2)①绿叶 ②二氧化硅 碳酸钙 无水乙 证，证明光合作用发生在叶绿体的受光部位，D项正确。 醇③单层尼龙布 随堂检测·要点速记 2.(1)溶解度(2)剪去两角去角一端1cm 毛细吸管 1.A 1一2滤液细线棉塞 2.B解析制各滤纸条时，要将滤纸条一端剪去两角，并在距 知识点2 1.☐蓝绿色☑黄绿色图黄色 滤纸条一端1cm处用铅笔画一条细的横线，A项错误：滤纸 用蓝紫光红光 圆蓝 条插入层析液时，滤液细线应高于层析液液面，以防止色素 紫光☑类囊体薄膜 溶于层析液中，B项正确：层析分离色素时，要保证滤纸条上 2.(1)椭球形球形(2)外膜内膜基粒基质类囊体 面部分干燥，C项错误：色素带的宽度反映了色素在叶绿体 (3)光合作用(4)①叶绿体②红光蓝紫光 中的含量多少，D项错误。 [思考]提示夏季时叶片中含有丰富的叶绿素，秋季温度降低后叶 3.B解析叶绿体色素能够在滤纸上分离开是因为不同色素 绿素被分解，叶片中只剩下类胡萝卜素，所以叶片呈现黄色。 在层析液中的溶解度不同，A项错误：让白光通过色素提取 关键能力·合作探究 液，被吸收最少的是绿光，变暗的主要是红光和蓝紫光，而不 教材边角 是绿光，C项错误：光合作用的进行不仅需要色本、适宜的温 提示(1)红蓝紫 度、光照和CO,还需要酶等，D项错误。 (2)红光，蓝紫光属于对植物光合作用最有效的单色光，因此 4.D解析叶绿体由两层膜包被，A项错误：与光合作用相关 可以补充这两种光达到增产的目的。 的酶分布在叶绿体的基质和基粒上，外膜上没有，B项错误： (3)无色的玻璃或塑料薄膜。 将叶绿体粉碎加工成匀浆后，其中的色素分子和与光合作用 探究点1 相关的酶可能丧失活性，即使给予光照，光合作用也不一定 3.(1)使研瘘更充分防止研磨中色素被破坏无水乙醇 能正常进行，C项错误：叶绿体中光反应产生的ATP,完全被 (2)防止色素带不整齐 叶绿体暗反应利用，D项正确。 (3)腿示防止滤液细线中的色素溶解于层析液，不能在滤纸条 5.解析(1)火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是 上扩散。 叶绿素a和叶绿素b,二者统称为叶绿素。用纸层析法分离 (4)①提示含量最多的是叶绿素a,全量最少的是胡萝卜素。 叶绿体色素获得的4条色素带中，以滤液细线为基准，按照 ②提示溶解度最高的是胡萝卜素，溶解度最低的是叶绿素b。 自下而上的次序，该光合色素的色素带位于第一条和第二 [例1门B解析用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防 条。(2)根据实验结果，三种补光光源中最佳的是红光十蓝 止叶绿素被破坏，A项错误：画滤液细线时要间断画2一3 光，因为在不同补光时间条件下，红光十蓝光组平均花朵数 次，即等上一次千了以后再画下一次，若连续多次重复画滤 最多：该光源的补光时间是6小时/天时，平均花朵数最多， 液细线虽可累积更多的色素，但会造成滤液细线过宽，易出 所以最佳补光时间是6小时/天。(3)本实验要求对三种不 现色素带重叠，B项正确：孩实验中分离色素的方法是纸层 同光照强度的白色光源，探究成花诱导完成后提高火龙果产 析法，可根据各种色素在滤纸条上呈现的色素带的宽窄来 量的最造光照强度，所以将生长状况相同的火龙果分三组， 比较判嘶各色素的含量，但该实验不能具体测定绿叶中各 成花诱导完成后，经不同光照强度的白光处理相同时间到果 种色素含量，C项错误：花青素存在于液泡中，溶于水不易 实成熟时（其他条件相同且适宜），分别测量不同组火龙果产 溶于有机溶剂，故若得到5条色素带，距离滤液细线最近的 量，产量最高的组的光线对应最适光线强度。 色素带为花青素，应在叶绿素b的下方，D项错误。 答系(1)叶绿素（或叶绿素a和叶绿素b) 一和 [例2]D解析叶绿素的元素组成是C,H、()、N、Mg,氮元素和 (2)红光十蓝光6不同的补光时间条件下，红光十蓝光光 钱元素是构成叶绿素分子的重要元素，A项正确：光反应的 源组平均花朵数均最多 场所是类囊体的得膜，需要光合色素吸收光能，叶绿素和类 (3)三组长势相同，成花诱导完成的火龙果植株，经不同光照 胡萝卜素存在于叶绿体中类量体的薄膜上，B项正确：类胡 强度的白光处理相同时间到果实成熟时（其他条件相同且适 萝卜素主要吸收蓝紫光，用不同波长的光照射类胡萝卜素 宜)，分别测量不同组火龙果产量，产量最高的组的光线对应 溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰，项正确：叶绿体 最适光线强度 中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩 光合作用的原理和应用 散得越快，D项错误。 第2课时 探究点2 教材梳理·新知全解 [例3】(1)排除实验前环境中光线和氧的影响，确保实验的准 知识点1 确性 1.叶绿体 ·199 2.光能化学能 达后，大量的ATP转运至叶绿体中被消耗，细胞需代偿性 3.C02H002 提高线粒体呼吸强度，以补充细胞质基质中的ATP。 知识点2 答系(1)线粒体（或“线粒体内膜”） 1.(1)光反应暗反应(2)①叶绿体中的色素②O (2)NADPH(或“还原型辅酶Ⅱ”)暗反应（或“卡尔文循 ③ATP④NADPH⑤NADP ⑥ADP+P⑦C 环”) ⑧C (3)降低叶绿体升高 2.类囊体的薄膜上叶绿体的基质中 [例2]B解析由题图分析可知，c是CO,a,b分别是NADPH、 3.ATPC),的固定 ATP,若在其他条件不变的情况下，将c降低至极低水平， 4.(1)ATP和NADPH中活跃的化学能 则CO,的固定减弱，C还原减慢，消耗NADPH和ATP减 (2)有机物中稳定的化学能 少，因此a,b在叶绿体中的含量都将上升 5C0+H,0光能 (CHO)+O 探究点2 叶绿体 [例3]A解析叶片萎蔫时，叶片中的脱落酸(ABA)含量会增 知识点3 加，达到一定程度叶片可能会脱落，A项错误：干旱缺水时， 1.(1)单位时间糖类(2)原料产物 植物气孔开度减小，吸收的二氧化碳会减少，植物的光合速 2.下沉氧气上浮多生长旺盛强、中、弱数量多 率会降低，B项正确：植物细胞失水时主要失去自由水，自 不断增强 由水含量下降，结合水与自由水比值会增大，C项正确：缺 3.光照C0 水 水会影响植物体内各种需要水分参与的生理反应，植物对 [思考1]提示有机肥在被微生物分解后会释放出二氧化碳，增 营养物质的吸收和运输往往霄要水分参与，缺水不利于该 加了大棚中二氧化碳的浓度，可促进作物的光合作用。 过程，D项正确。 知识点4 [例4门C解析由表中数据分析可知，三组中，第①组首次开花 1.无机物有机物 时间最早，说明第①组处理有利于诱导植物甲提前开花，但 2.氨(NH)亚硝酸(HNO)硝酸(HNO) 在三组中产量最低，A项错误：由题千信息可知，植物甲的 3.☐无机物☑有机物图绿色植物回硝化细菌固现成 花品质与叶黄素含量呈正相关，根据表格数据分析，第①组 的有机物 光照处理中的黑暗时长最长，花的叶黄素含量最低，而第③ [思考2]提示主要区别是把无机物合成为有机物时利用的能 组光照处理中的黑暗时长最短，但花的叶黄素含量却不是 源不同，化能合成作用是利用无机物氧化分解释放的化学 最高的，说明植物甲花的品质与光照处理中的黑暗时长不 能，光合作用是利用光能。 是呈负相关，B项错误：由表中信息可知，第②组光照处理， 关键能力·合作探究 花的叶黄素含量最高，植物甲的花品质最好，第③组光照处 教材边角 理，鲜花累计平均产量最高，说明植物甲的花产量最高，综 提示(1)不能。因为在黑暗条件下不能进行光反应，暗反应 合考虑花的产量和品质，应该选择第②组处理，C项正确： 缺少光反应提供的NADPH和ATP。 由表中数据分析可知，第②组光照处理，花的叶黄素含量最 (2)①物质变化 高，但鲜花累计平均产量却不是最高，说明植物甲花的产量 水的光解：2H,0老能4H+4e+0, 不是最高，所以植物甲花的叶黄素含量与花的产量不是星 NADPH的形成：NADP+H+2e腾NADPH 正相关，D项错误。 [例5]C解析在低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降 ATP的生成：ADP+Pi+能量跷，ATP 的原因是在一定温度范国内，随叶温升高，植物细胞呼吸作 ②能量变化 用相关酶活性升高，如胞呼吸作用增强，从外界吸收C 光能转化为活跃的化学能，储存在ATP和NADPH中，均 减少，A项正确；在高光强下，M点左侧随叶温升高，光合酶 用于暗反应。 活性增强，导致光合速率增大，C),吸敢速率升高，B项正 (3)①物质变化 确：图中两个CP点处，CO吸收速率均为0，即净光合速率 CO的固定：1分子CO+1分子五碳化合物→2分子三碳 为0，净光合速率=光合速率一呼吸速率，因两个CP点处 化合物。 呼吸速率不为0，所以光合速率不为0，故植物能够进行光 三碳化合物的还原：在爵的催化下，三碳化合物接受ATP、 合作用，C项错误：据题图可知，M,点处CO,吸收速率最 NADPH释放的能量并被NADPH还原形成五碳化合物和 大，净光合速率最大，即光合速率与呼吸速率的差值最大， 糖类等。 D项正确。 ②能量变化：ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中 随堂检测·要点速记 的化学能。 1.A解析在叶肉细胞中，C)2的固定发生在叶绿体基质中， (4)tCO2→4C6→(CHO). C)则是有氧呼吸第二阶段产生的，其场所是线粒体基质。 (5)C下降，C上升。 2.B解析夏季中午，叶片为避免因蒸腾作用大量失水，部分 探究点1 气孔关闭，吸收C)减少，暗反应减弱，C化合物不再大量 [例1门解析(1)由题干可知，拟南芥幼苗叶肉如胞的叶绿体仍 转变成C。由于光反应未停，NADPH和ATP会继续将Ca 在发有时，消耗的ATP主要来自自身线粒体。线粒体通过 还原生成(CHO)和C,所以C减少，C增多。又由于C 有氧呼吸为细胞提供生命活动所需的大约95%的能量。 减少，ATP消耗减少，而光反应仍在进行，会生成ATP,因此 线粒体中能够大量合成ATP的化学反应在线粒体内膜上 短时间内ATP会增加。 进行。(2)在植物光合作用的光反应阶段，光能被光合色素 3.解析(1)①根据分析可知，光合作用的光反应阶段在类囊体 捕获后，转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。在暗 薄膜上反应。这个阶段电子传递的最终产物是NADPH。 反应阶段ATP和NADPH中的化学能再进一步转化固定 RBP羧化酶是催化CO2固定的酶，根据分析可知，这个阶 到糖类等有机物中。(3)由题图可知，叶绿体成熟的非转基 段是暗反应阶段(CO的固定)，在这个反应中，CO在CO 因叶肉知胞中H基因表达下调，细胞质基质ATP浓度远 固定酶的作用下与C(一种五碳化合物)结合，所以RBP羧 高于叶绿体基质。H基因过表达后，细胞质基质中ATP含 化酶催化的底物是CO2和C。②根据分析可知，表中的类 量下降，且叶绿体基质中ATP含量未显著升高，表明叶绿 囊体薄膜电子传递速率代表了光反应速率，电子传递速率越 体消耗了从细胞质基质中转入的ATP。推测，H基因过表 高，则光反应速幸越快：RuBP羧化酶含量高低与暗反应速率 ·200 有关，RuBP羧化酶含量越高，睛反应速率越快。由表可知突 变体的光反应和暗反应速率都比野生型快，所以突变型水稻 素养提升二光合作用和细胞呼吸综合分析 的光合速率高于野生型。(2)①根据光合作用的分析可知， [例1门D解析高温使呼吸酶的活性增强，呼吸作用变强，作物 只要影响到原料、能量的供应都是影响光合作用的因素，比 消耗掉大量养分，A项正确：高温使气孔导度变小，光合作 如CO的浓度、叶片气孔的开闭情况，光照强度等：叶绿体 用强度减弱，有机物合成减少，B项正确：高温使作物蒸腾 是光合作用的场所，影响叶绿体的形成，结构的因素，比如叶 作用增强，植物易失水发生萎蔫，C项正确：高温使作物叶 绿体光合色素含量低等也会影响光合作用。根据题干信息 绿素降解，光反应生成的NADPH和ATP减少，D项错误 可知，在遮荫情况下突变体水稻产量明显低于野生型，可推 例2]D解析由图示可知，这一天的6时（甲曲线的a点）和 测产生这种结果的内因是突变体自身叶绿素含量太低，外因 18时左右，甲、乙两植物光合作用吸收CO,的速率等于呼 则是光照强度太低。②蔗糖是光合作用的主要产物，也是植 吸作用释放C)的速率。在6时之前，甲、乙两植物的光合 物光合作用远距离运输的主要形式。所以水稻叶肉细胞的 作用已经开始，但光合作用强度比细胞呼吸强度弱，A项错 光合产物有淀粉和蔗糖，两者可以相互转化，后者是光合产 误：在18时后，甲、乙两植物的光合作用速率开始小于细胞 物的主要运榆形式，在开花结实期主要运往籽粒。③根据以 呼吸速率，因此有机物的积累最多的时刻应为18时左右】 上结果可知，在同等光合速率下，突变体水稻所需要的光照 在e点之前，B项错误：图示曲线的bc段下降的主要原图是 更强，因此突变体水稻的光补偿点较野生型高。 气孔部分关闭导致叶片内CO,浓度降低，d段下降的原因 答索(I)NADPH([H门)Ca(核酮糖-1,5-二磷酸，RuBP) 是光照强度减弱，光反应产生NADPH和ATP的速率减 突变体的光反应与暗反应速率都较野生型快 慢，C项错误；d段，乙植物出现“午休现象”，是气孔关闭导 (2)突变体叶绿素含量太低光照强度太低蔗糖高 致叶片内C浓度降低，甲植物不存在“午休现象”的可能 4.解析(】)花生叶肉细胞中的叶绿素包括叶绿素a和叶绿素 原因是气孔关闭程度很小或气孔无法关闭，D项正确」 b,主要吸收红光和蓝紫光，可用无水乙醇等有机溶剂从叶片 跟踪训练 中提取，因为叶片中的色素能溶解到有机溶剂中。 L.D解析①水的光解产生氧气，周国空气中的氧气含有O, (2)结合图1实验结采可以看出，盐添加量不同的条件下，叶 ①正确：②水参与呼吸作用，与丙酮酸分解产生二氧化碳释 绿素含量受影响最显著的品种是HHI,因为该品种的叶绿 放到空气中，②正确：③植物吸收的水大多数用于蒸腾作用 素含量受盐浓度变化影响更显著。 散失到空气中，③正确：④由于周围空气的二氧化碳有放射 (3)在光照强度为500mol·m2·s1,无NaCl添加的条件 性，二氧化碳是光合作用的原料，光合作用生成的糖类也有 下，LH12的净光合速率和HH山的净光合速率相同，但由于 放射性，④正确。综上正确的有①②③④D项正确】 前者的呼吸速率大于后者，且总光合速率等于净光合速率和 2.D解析初期容器内CO2含量较大，光合作用强于呼吸作 呼吸速率之和，因此可以判断，LH2的光合速率大于HH用 用，植物吸收CO2释放O),使密闭容器内的CO含量下降， 的光合速率。在光照强度为1500mol·m2·s1、NaC1添 0含量上升，A项错误：根据分析，由于密闭容器中，在造宜 加量为3.0g·kg的条件下，HY25的净光合速率大于其 且恒定的温度和光照条件下，容器内的C()2含量下降，说明 他三个品种的净光合速率，原因可能是HY25的叶绿素含量 植物光合速率大于呼吸速率，但由于CO含量逐渐降低，从 高于其他三个品种，光反应生成了更多的ATP和NADPH, 而使植物光合速率逐渐降低，直到光合作用与呼吸作用相 进而促进了暗反应进行，提高了光合速率。 等，容器中气体趋于稳定，B项、C项错误，D项正确。 (4)根据图2数据可知，在中盐(2.0g·kg1)土区适宜选择 3.D解析C○2缓冲液使容器中C),浓度基本保持不变，不可 种植LH12品种，因为该条件下，该品种的净光合速率更大， 通过测定容器内CO,浓度的变化速率绘制曲线，可通过测 说明产量更高，因而更适合在该地区种植。 定容器内O)方求度的变化速率绘制曲线，A项错误：9一11 答案(1)叶绿素a和叶绿素b红光和蓝紫无水乙醇 时，光照强度增强，净光合速率下降，光照强度不是影响因 (2)HH1 素，可能是CO吸收速率降低，13一17时，净光合速率下降 (3)大于总光合速率等于净光合速率和呼吸速率之和，在 的主要影响因素是光照强度，B项错误：遮阴组11一13时与 光照强度为500mol·m·s1、无NaCl添加的条件下， 15一17时净光合速率均大于0，光合速率大于呼吸速率，C LHI2的净光合速率和HH山的净光合速率基本相同，但是 项错误：由题图可知，遮阴组曲线与横坐标围成的面积小于 前者的呼吸速率大于后者ATP和NADPH 对照组，说明遮阴组一天的光合积累量小于对照组，D项 (4)LH12 正确。 5.解析(1)该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等，但由 4.B解析黑暗条件下，绿色植物不进行光合作用：在光照条 于呼吸速率不同，因此叶片有机物积累速率不相等， 件下，绿色植物进行光合作用会向外释放氧气，即使密封的 (2)在温度d时，叶片的光合速率与呼吸速率相等，但由于植 钟罩内氧气消耗完全，小鼠的有氧呼吸也可以继续进行：小 物有些细胞不进行光合作用如根部细胞，因此该植物体的干 鼠和绿色植物不管是在光照条件下还是在黑暗条件下，都会 重会减少。 进行呼吸作用消耗密封钟罩内的氧气：因此甲组的小鼠存活 (3)温度超过b时，为了降低蒸腾作用，部分气孔关闭，使 时间最长，丙组小鼠存活时间最短，即小鼠存活时间差别最 CO,供应不足，暗反应速率降低：同时使酶的活性降低，导致 大的两组是甲和丙 CO2固定速率诚慢，C还原速率减梗，进而使暗反应速率 5,解析(1)有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜进行，是有氧呼吸 降低。 过程中释放能量最多的阶段。乙醇发酵（无氧呼吸）的场所 (4)为了最大程度地获得光合产物，农作物在温室栽培过程 是细胞质基质。葡萄糖分解形成两酮酸和NADH,该过程 中，白天温室的温度应控制在光合速率与呼吸速率差值最大 需要NAD参与，所以氢接受体(NAD)再生，有利于葡萄 时的温度，有利于有机物的积累。 糖分解的正常进行，由此可知，渍害条件下乙醇脱氯酶活性 答系(1)不相等温度a和c时的呼吸速率不相等 越高的品种能产生更多的能量雏持生命活动的进行，更加耐 (2)温度时，叶片的光合速率与呼吸速率相等，但植物的根 渍富。(2)由表可知，叶绿素含量与胞间C),浓度的相关系 部等细胞不进行光合作用，仍呼吸消耗有机物，导致植物体 数为负值，说明二者呈负相关。光合速率与蒸腾速率的相关 的干重减少 系数为0.95，为正相关，所以光合速率显著下降，则蒸腾速率 (3)温度过高，导致部分气孔关闭，CO,供应不足，暗反应速 呈下降趋势。由于胞间CO求度与光合速率和气孔导度里 率降低：温度过高，导致酶的活性降低，使暗反应速率降低 负相关，即虽然气孔导度下降，但胞间C):上升，说明光合 (4)光合速率和呼吸速率差值 速率下降主要由非气孔限制因素导致的 ·201-生物学必修1课堂学案 第2课时 光合作用的原理和应用 答案精解Pm 教材梳理·新知全解 知识点1光合作用的概念 2.探究·实践探究环境因素对光合作用强度 1.场所：绿色植物的 中。 的影响 2.能量转化： →储存在有机物中的 轴去侧形小叶片的气体后，叶片在水中 ,光照下叶片进行光合作川产外· 充满细胞问常.叶片又会 3.物质转化： 和 →有机物和 光合作用越强，单位时问内两形小叶片上 浮的数虽越■ 知识点2光合作用的过程 川打孔器在 的绿叶上打 白径为0.6m的圆形小叶片30片 心水作光卜的分每②□ 用注射器内h清水、阔形小叶) -C0 山.片内气体，亚3-3沃 多种南 艳轴出内部气休修厨形小叶六 参圳依化 验 放人黑喵处盛有部水的绕怀中 网形小叶片全部江创水底 (GH,) 牧3贝小烧杯。分别例入等量事先 通过吹气补充过0，的清水 L,写出图中标号代表的含义 向3贝小烧杯中各政入10)片同形小 (1)生理过程：1 ；Ⅱ © 叶片，然后分别光干 种光照下 (2)物质：① :@ 戏宗并心录一时间段内各实龄 ③ :④ :⑤ 装誉中圆形小叶片浮起的 ⑥ :⑦ :⑧ 光照越纸，烧怀内圆形小叶片浮的 2.写出1和Ⅱ的反应场所：1 果 数吊这 I 实给 延范内，随着光照强废的不断增 3.观察上图，用文字表示出I、Ⅱ阶段的物质变 结论 加、光个作川强度 化过程 3.光合作用原理在生产实践中的应用 I:水的光解 和NADPH的合成： Ⅱ： C的还原，ATP和NADPH 实例 原理 的水解。 不同植物对 4.图中的能量变化 间作套种 的需求不同 (1)1中：光能~ (2)Ⅱ中：ATP和NADPH中话跃的化学能· 白天提高温度，促进光 冬季大棚温度白天适当提 合作用：夜间降温，抑 5.总反应式： 高，晚上适当降低 制呼吸作用 知识点3光合作用原理的应用 增大 浓度，有 L.光合作用强度 “正其行，通其风” (1)概念：植物在 内通过光合作用制 利于光合作用的进行 造 的数量。 缺少 导致气 (2)表示方法：用一定时间内 消耗或 合理灌溉 孔关闭，C),供应不足 生成的数量来定量表示。 94· 第5章细胞的能量供应和利用 「思考1」 3.自养生物和异养生物 大棚种植使用有机肥有利于增产，请从影响光合 类型 概念 代表生物 作用的因素分析原因。 光能自养生物： 自养 能将回 合成 图 生物 为回 的生物 化能自养生物： 知识点4化能合成作用 国 1.概念：利用体外环境中的某些 氧化时 只能利用环境中圆 所释放的能量来制造 的合成作用。 异养 人、动物、真菌、 来维持自 2.实例：硝化细菌能将 氧化成 生物 大多数细前 身生命活动的生物 进而将其氧化成 ,并利用这两个过程 「思考2」 中释放的化学能，将二氧化碳和水合成为糖 化能合成作用与光合作用的区别是什么？ 类，维持自身的生命活动。 IIN( 能 C0+H,O→CH0+0 硝化细菌化能合成作用的过程图解。 关键能力·合作探究 I教材边角 (3)光合作用的暗反应阶段发生的物质变化和 (教材P1图5-14)光合作用是一个非常复杂的 能量变化有哪些？ 过程，包括一系列的化学反应。下图是光合作 用的图解，结合该图和教材内容分析： (4)若标记CO中的C,请写出光合作用过程 太阳能I,0 中“C的转化途径。 (5)夏季中午，气孔关闭后，会导致C)供应不足 短时间内叶绿体中C和C会发生怎样的变化？ 类转体 叶绿体基质 (CH.0) (1)暗反应有光无光都能进行，那么暗反应能 较长时间在黑暗条件下进行吗？ 探究点1光合作用的过程 1.光反应和暗反应的区别 阶段 能异转化 光物质转变 场所 光能 (色索X0 (2)光合作用的光反应阶段发生的物质变化和 反应 鸺P 类粪体 0: 薄要 能量变化有哪些？ ↓一活跃化学能 ADPJ小ADPII NADP 暗友应 稳龙的CH,0八密花29 叶绿体基质 化学能 +C,C0 光个作用过程图解 ·95· 生物学 必修1课堂学案 项目 光反应 暗反应 NADPH 条件 过程变化 模型分析 反应条件 光照，色素、酶 多种酶、NADPH.ATP 和A 外界原料 水 CO. 过程④减 粥，①② 产物 O、NADPH,ATP 有机物和水 光照不 co. 正常进行， 减增 多 g 场所 类囊体薄膜上 叶绿体基质 充足→ 随C减 多 反应速率 较快 较缓慢 不足 少，②③减 时对 光能·ATP和 ATP和NADPH中活 第，①正含 能量变化 NADPH中活跃 跃的化学能(CHO) 过程④增 的化学能 中稳定的化学能 光照不 强，①②③ ,C0,允 ---C 变，) 正常进行， 增减 减 不延 2.光反应与暗反应的联系 不是 随C增加 加少 少 C.NADPIT A市 0 NADP C02 充足 ②③增强， 时可 NADPH 光能 光反应 暗反应 ①正常 ATP 02 ADP+Pi (CH0) I误区防错 (1)光反应为暗反应提供NADPH、ATP,暗反 有关光合作用过程的2点提示 应为光反应提供NADP,ADP和Pi. (1)暗反应有光、无光都能进行。若光反应停止， (2)没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反 暗反应可以持续一段时间，但时间不长，故一般 应，有机物无法合成。 认为晚上只进行细胞呼吸，不进行暗反应。 C,固定 C还原 (3)C8O (CHO)+HO (2)相同光照时间内，光照和黑暗间隔处理比 (4)总反应式及各元素去向 一直光照有机物积累多，因为间隔处理NADPH、 ATP基本不积累，利用充分，而一直光照会出 光能 12H,0+6C0 现NADPH、ATP的积累而利用不充分。 叶绿体 CH.0。+6H0+60 【例1】(2023·河北节选)拟南芥发育早期的叶肉 3.光照和C0,浓度变化对光合作用物质变化的影响 细胞中，未成熟叶绿体发育所需ATP须借助 其膜上的转运蛋白H由细胞质基质进入。发 (1)图示 育到一定阶段，叶肉细胞H基因表达量下降， 细胞质基质ATP向成熟叶绿体转运受阻。 回答下列问题： (1)未成熟叶绿体发育所需ATP主要在 CH,0) (0 合成，经细胞质基质进人叶绿体。 (2)分析 (2)光照时，叶绿体类囊体膜上的色素捕获光 NADPH 条件 过程变化 C 模型分析 能，将其转化为ATP和 中的化学 和AT 能，这些化学能经 阶段释放并转化 光照强度 过程①减 为糖类中的化学能。 强·弱， 弱，②①减 增诚 减 C..NADPH. (3)研究者通过转基因技术在叶绿体成熟的 (C),供应 弱，④正常 加少 么 ATP 不变 进行 叶肉细胞中实现H基因过量表达，对转H基 2 时同 光照强度 过程①增 因和非转基因叶肉细胞进行黑暗处理，之后 光强 弱→强 强，②③增 减增 增 检测二者细胞质基质和叶绿体基质中ATP C),供应 强，①正常 少 相对浓度，结果如图。相对于非转基因细胞， 不变 进行 响 转基因细胞的细胞质基质ATP浓度明显 ·96 第5章细胞的能量供应和利用 。 据此推测，H基因的过量表达造 台灯与试管之间的距离来调节光照强度的大小。 成细胞质基质ATP被 (填“叶绿体” ②中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热 或“线粒体”)大量消耗，细胞有氧呼吸强度 量，避免光照对试管内水温产生影响。 ③因变量是光合作用强度，可通过观测单位时 100 口邹南质某皮 间内小圆形叶片上浮的数量或者是浮起相同 ■绿体基质 数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用 的强度。 40 注意：(1)打孔时避开大叶脉是因为大叶脉部 20 分含有的叶绿体少。 0 转乐因 线TI基内 (2)用注射器抽出小圆形叶片内的气体是为了 叶肉细胞 叶肉圳胞 防止细胞内原本存在的气体影响实验结果。 【例2】如图为光合作用过程的示意图，在适宜条 (3)该实验中所取的叶片大小和生理状态应该 件下栽培小麦，如果突然将©降低至极低水 是相同的，打孔时要取叶片的相同部位。 平（其他条件不变），则a、b在叶绿体中含量 (4)本实验中的数值并不代表真正的光合速 的变化将会是 率，而是净光合速率，即光合作用与细胞呼吸 HO 的差值。 叶家体类 光 叫绿体基质 (CH,O) 2.单因子对光合速率的影响 类体茨 (1)光照强度 ADP+Pi 02 ILO A.a上升、b下降 B.a、b都上升 100 光补偿点 C.a、b都下降 D.a下降、b上升 探究点2影响光合作用的因素及应用 光饱和点光强度 1,探究光照强度对光合作用强度的影响 公在黑略中呼吸所放出的C0,量 (1)实验原理 叶片含有空气，上浮抽气叶片下 光合作用，充 ①曲线解读：A点：只进行细胞呼吸：AB段：随 产生(02 光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强：B 满细胞间隙，叶片上浮 点（光补偿点）：光合作用强度等于细胞呼吸强 (2)实验中沉水叶片的制备 度；BC段：随光照强度不断增强，光合作用强 ①小圆形叶片的制备：用打孔器在生长旺盛的 度也不断增强：C点：光合作用强度达到最大， 绿叶片上打出小圆形叶片。 C点对应的光照强度为光饱和点 ②沉水：用注射器抽出叶内气体，放入盛有清 ②实践应用：温室大棚适当提高光照强度可以 水的烧杯中，置于黑暗处，小圆形叶片全部沉 增加光合作用强度。一般阴生植物的光补偿 到水底。黑暗目的是防止光合作用的进行。 点和光饱和点较低，间作套种时应注意农作物 (3)实验装置分析 的种类搭配。 (2)CO2浓度 ),补偿点 130/:020 总 光 C)他和点 B 用 C0,浓度 台灯 盛水玻璃柱 直尺 呼吸所放出的CO量 ①自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整 97 生物学必修1课堂学案 ①曲线解读：该曲线表示在一定范围内，光合 (1)P点：此点之前，限制光合速率的因素主要 作用速率随C○，浓度增加而增大，但当CO 是横坐标所表示的因子，随着该因子的不断加 浓度增加到一定程度后，光合作用速率不再增 强，光合速率不断提高。 加。B点表示光合作用速率等于细胞呼吸速 (2)Q点：此点之后，影响光合速率的因子不再 率时的CO2浓度，即CO2补偿点。 是横坐标所表示的因素，而是坐标图中三条曲 ②实践应用：增施有机肥。温室栽培农作物可 线所表示出的其他因素。 以投放干冰，或与鸡舍相连。大田生产“正其 【例3】(2024·黑吉辽)干旱缺水条件下，植物可 行，通其风”。 通过减小气孔开度减少水分散失。下列叙述 (3)温度 错误的是 () 相别速一总光合速率 光合逃南 A.叶片萎蔫时叶片中脱落酸的含量会降低 呼吸速率 B.干旱缺水时进入叶肉细胞的CO:会减少 净光合速率 C.植物细胞失水时胞内结合水与自由水比值 1020304050温度℃) 温度花 增大 ①曲线解读：温度主要是通过影响与光合作用 D.干旱缺水不利于植物对营养物质的吸收和 有关的酶的活性来影响光合速率。与光合作 运输 用有关的酶的最适温度与呼吸酶的不同。 【例4】(2024·湖北)植物甲的花产量、品质（与叶 ②实践应用：适时播种。温室栽培植物时，白 黄素含量呈正相关)与光照长短密切相关。 天适当提高温度，可提高净光合速率，夜间适 研究人员用不同光照处理植物甲幼苗，实验 当降温，可降低呼吸消耗。 结果如下表所示。下列叙述正确的是( (4)必需元素和水分供应 光合速单 鲜花累计 ↑光合速存 组 首次开 茎粗 花的叶黄素 光照处现 平均产量 花时间 (m) 含量(gkg) (kg/hm) N,P、K等必而元索浓腹 湿度 光照8h/ 7月4日 9.5 2.3 13000 ①曲线解读：在一定浓度范围内，增加必需元 黑暗16h 素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一 光照12h 7月18日 10.6 4.4 21800 黑暗12h 定浓度后，会因土壤溶液浓度过高，导致植物 光照16h 渗透失水而萎蔫。缺水导致气孔关闭，影响 7月26日11.5 2.4 22500 黑暗8h CO进人叶肉细胞：叶片淀粉水解减弱，糖类 A.第①组处理有利于诱导植物甲提前开花， 堆积，光合产物输出缓慢。 ②实践应用：合理施肥可促进叶片面积增大， 且产量最高 促进叶绿素(Mg)合成，促进光合产物的运输 B.植物甲花的品质与光照处理中的黑暗时长 和转化等，提高光合速率。 呈负相关 3.多因子对光合速率的影响 C.综合考虑花的产量和品质，应该选择第② 组处理 0 D.植物甲花的叶黄素含量与花的产量呈正 光m 相关 98 第5章细胞的能量供应和利用 【例5】(2023·北京)在两种光照强度下，不同温 A.在低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而 度对某植物C)吸收速率的影响如图。对此 下降的原因是呼吸速率上升 图理解错误的是 一50t B.在高光强下，M点左侧CO吸收速率升高 高光猫 40 与光合酶活性增强相关 304 C.在图中两个CP点处，植物均不能进行光 20 合作用 10 低光强 D.图中M点处光合速率与呼吸速率的差值 CP 10 30 40 最大 温 随堂检测·要点速记 1.在叶肉细胞中，CO的固定和产生场所分别是 注：RuBP羧化酶：催化CO,固定的酶：Vmax: ( RuBP羧化酶催化的最大速率 ①叶绿体基质 ②类囊体薄膜 ③线粒体基 ①类囊体薄膜电子传递的最终产物是 质④线粒体内膜 RuBP羧化酶催化的底物是CO,和 A.①③ B.②③ ②据表分析，突变体水稻光合速率高于野生型 C.①④ D.②④ 的原因是 2.在光照最强的夏季的中午，绿色植物的光合作 (2)研究人员进一步测定了田间光照和遮荫条 用强度反而会降低。此时，细胞内C、C以及 件下两种水稻的产量（单位省略），结果如下表。 ATP含量的变化依次是 田间光照产量 田间遮阴产量 A增加、减少、减少B.减少、增加、增加 野生型 6.93 6.20 C.减少、增加、减少 D.增加、减少、增加 突变体 7.35 3.68 3.(2023·重庆)水稻是我国重要的粮食作物，光 ①在田间遮荫条件下，突变体水稻产量却明显 合能力是影响水稻产量的重要因索。 低于野生型，造成这个结果的内因是 (1)通常情况下，叶绿素含量与植物的光合速 外因是 率成正相关。但有研究发现，叶绿素含量降低 ②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和 的某一突变体水稻，在强光照条件下，其光合 两者可以相互转化，后者是光合产物的主要运 速率反而明显高于野生型。为探究其原因，有 输形式，在开花结实期主要运往籽粒。 研究者在相同光照强度的强光条件下，测定了 ③根据以上结果，推测两种水稻的光补偿点 两种水稻的相关生理指标（单位省略），结果如 (光合速率和呼吸速率相等时的光照强度)，突 下表。 变体水稻较野生型 (填“高”、“低”或 光反应 暗反应 “相等”)。 光能转 类粪体薄膜 RuBP羧化 Vmax 4.(2023·辽宁)花生抗逆性强，部分品种可以在 化效率 电子传递速率 含量 盐碱土区种植。下图是四个品种的花生在不 野生型 0.49 180.1 4.6 129.5 同实验条件下的叶绿素含量相对值(SPAD) 突变体 0.66 199.5 7.5 164.5 (图1)和净光合速率（图2）。回答下列问题： 99 生物学必修1课堂学案 60r口0g·kg口1.0g·kg☑20g·kg■30g· 5.(2024·全国甲)在自然条件下，某植物叶片光 (g·kg表示拼丁克上述加下aG的克数 55 合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所 示。回答下列问题 45 吓吸速窄 I.H12 HHI Y20 品种 图1 光合速单 IIY25 1112 三 c d 0 沿瘦 ◆◆ 1 (1)该植物叶片在温度a和c时的光合速率相 50010015020m0 500100150m2m 等，叶片有机物积累速率 (填“相等” 光照球县·· 或“不相等”)，原因是 mm 25 2 (2)在温度d时，该植物体的干重会减少，原因 是 5010015002000 (3)温度超过b时，该植物由于暗反应速率降 光照强攻（μmal·m·a 低导致光合速率降低。暗反应速率降低的原 IIY20 25 20 e0g·g 因可能是 15 10 10g·kg (答出一点即可) ◆+20g·kg (4)通常情况下，为了最大程度地获得光合产 -5 500I0001S002000 女30g·kg 光照残度（从mol·m·8 物，农作物在温室栽培过程中，白天温室的温 图2 度应控制在 最大时的温度 (1)花生叶肉细胞中的叶绿素包括 要点速记 ,主要吸收 光，可用 1.光反应阶段发生在叶绿体的类囊体薄膜 等有机溶剂从叶片中提取。 (2)盐添加量不同的条件下，叶绿素含量受影 上，是将HO分解生成H和O2,同时形 响最显著的品种是 成ATP和NADPH的过程。 (3)在光照强度为500mol·m2·s1、无 2.暗反应阶段发生在叶绿体基质中，在多种 NaCI添加的条件下，LH12的光合速率 酶的催化下完成，包括CO2的固定和C (填“大于”“等于”或“小于")HH1的光合速 的还原等过程。 率，判断的依据是 3.光合作用过程中的物质转变：“CO→“C →(1CH2(O):H218O→18O2。 在光照强度为1500mol·m2·s1、NaC1添 4.光合作用过程中的能量转变：光能·ATP 加量为3.0g·kg的条件下，HY25的净光合 和NADPH中活跃的化学能→有机物中 速率大于其他三个品种的净光合速率，原因可 稳定的化学能。 能是HY25的 含量高，光反应生成更 5.影响光合作用的因素：光照强度、CO2浓 多的 ,促进了暗反应进行 度、温度、矿质元素等。 (4)依据图2，在中盐(2.0g·kg1)土区适宜 选择种植 品种。 完成P课时作业（二十一）》 ·100