5.4.2 光合作用的原理和应用（优质精讲课）-【上好课】2024-2025学年高一生物同步精品课堂（人教版2019必修1）

第4节 光合作用与能量转化 第5章 细胞的能量供应和利用 必修一 第2课时 光合作用的原理和应用 第4节 光合作用与能量转化 第5章 能量转变需经过哪些生理过程？ 光能 糖类等有机物中稳定的化学能 ATP中活跃的化学能 直接用于各种生命活动 ① ② ③ 光合作用 呼吸作用 ATP水解 光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径，是生物圈得以维持运转的基础。 因此，有人称光合作用是“地球上最重要的化学反应” 光合作用的原理 1 光合作用的影响因素及应用 2 目录 习题检测 3 一、学习目标 二、重难点 1.说明光合作用的过程， 并从物质与能量观视角阐明光合作用的原理。 2.设计并实施实验，探究环境因素对光合作用强度的影响。 3.关注光合作用原理的应用。 1.环境因素变化对光合作用中物质变化的影响。 2.影响光合作用的因素及应用。 3.呼吸速率、净光合速率和真正光合速率的辨析。 4.光合作用曲线中关键点的移动 光合作用的原理 1 光合作用的原理 1 一、光合作用 指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将 转化成储存着能量的 ，并且释放出 的过程。 CO2 + H2O （CH2O）+O2 光能 叶绿体 2.过程 1.概念 (CH2O)表示糖类 3.实质 合成有机物，储存能量。 将无机物合成有机物，光能转换为有机物中稳定的化学能。 二氧化碳和水 有机物 氧气 7 光合作用的原理 1 二、探索光合作用原理的部分实验 1.19世纪，60年代 科学家总结出光合作用的反应式。 CO2 + H2O （CH2O）+O2 光能 叶绿体 CO2 O2 C + H2O 甲醛 多个缩合 糖类 很多年来，人们一直以为： 甲醛→糖 1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖类。 应该注意到光合作用反应式中所有的反应物和产物都含有氧，而上面反应式并没有指出释放的O2是来自CO2还是H2O。 很多年来，人们一直以为光能将CO2分解成O2和C，C与H2O结合成（CH2O） 8 2.1931年，尼尔 1931年，微生物学家尼尔（C.B.Van Niel）将细菌光合作用与绿色植物的光合作用加以比较，提出了以下光合作用的通式∶ CO2 +2H2A→（CH2O）+ 2A +H2O。 光合细菌在光下同化CO2而没有O2的释放，O2不是来自二氧化碳而是水。因此他第一次提出光在光合作用中的作用是将水光解。 二、探索光合作用原理的部分实验 3.1937年，希尔 1937年，英国植物学家希尔(R.Hill)发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下 可以释放出氧气。 二、探索光合作用原理的部分实验 3.希尔反应 4Fe3+ （或其他氧化剂）+ 2H2O 4Fe2+ + 4H+ + O2 光能 叶绿体 （1）希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？ 能。因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。 （2）希尔反应是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？ 不能。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。。 希尔进一步研究证实，植物光合作用的光反应是氧分子的产生，而不是二氧化碳的还原，氧的产生是由于叶绿体以草酸铁作受氢体所致，其机理与完整细胞光合放氧过程相一致。 11 4.1941年，鲁宾和卡门 O2全部来自于H2O吗？ 相互对照，自变量为标记物质(H218O与C18O2)，因变量为O2的相对分子质量不同。（同位素标记方法）（对比实验的方法） 鲁宾和卡门的实验说明 光合作用释放的氧来自于水。 二、探索光合作用原理的部分实验 5.1954年，阿尔农 1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验：在给叶绿体光照时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi等物质时，体系中就会有ATP出现。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。 H2O O2 + 2H+ + 能量 光照 叶绿体 ADP+Pi ATP ATP的合成与希尔反应的关系 二、探索光合作用原理的部分实验 6.1964年，卡尔文 1964年以后，美国科学家卡尔文用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为卡尔文循环。 放射性同位素标记法。 结论：光合产物中有机物的碳来自CO2 上述实验表明，光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。P103　 二、探索光合作用原理的部分实验 19世纪末 甲醛→糖 1928年 甲醛对植物有毒 不能通过光合作用转化成糖 1937年 希尔反应 水的光解产生氧气 1941年 鲁宾和卡门 同位素标记法光合作用氧气来自于水 1954年 阿尔农 光照下叶绿体合成ATP 总是与水的光解相伴 二、探索光合作用原理的部分实验 15 1.离体叶绿体在有铁盐或其他氧化剂的水溶液中， 经光照可产生氧气。 (　　) 2.鲁宾和卡门实验和卡尔文实验都采用了放射性同位素标记法。 （ ） 3.叶绿体中合成ATP和水光解是独立进行的。 (　　) 4.光合作用一定在叶绿体中进行。 （　　） √ × × × 放射性同位素3H、14C、35S、32P 习题巩固 上述实验表明： 光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。　 光合作用的原理 1 三、光合作用的过程 根据是否需要光能， 将光合作用分为光反应和暗反应（碳反应）两个阶段。 17 光反应 类囊体薄膜上 的色素分子 可见光 ADP+Pi ATP H2O O2 NADP+ 酶 吸收 光解 H+ NADPH 酶 氧化型辅酶Ⅱ 还原型辅酶Ⅱ 1.条件 光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+ 2.场所 类囊体薄膜上 3.主要产物 O2、ATP、NADPH 三、光合作用的过程 18 光反应 光合作用第一阶段的化学反应，必须有光才能进行， 这个阶段叫作光反应阶段。 4.物质转化 水的光解： ATP的合成： 2H2O O2+ 4H++4 e- 光 色素 NADPH的合成： 光能 5.能量转变 ATP、NADPH中活跃的化学能 ADP + Pi + 能量 ATP + H2O 酶 NADP+ + H+ +2 e- NADPH 酶 三、光合作用的过程 19 暗反应 ADP+Pi ATP NADP+ 能量 C5 2C3 多种酶 (CH2O)糖类 CO2 固定 还原 酶 NADPH 酶 能量 1.条件 有没有光都可以， 需多种酶、CO2、ATP、NADPH 2.场所 叶绿体基质中 3.产物 （CH2O）、ADP 、Pi、NADP+ 卡尔文循环(同位素标记法) 三、光合作用的过程 20 暗反应 4.物质转化 CO2的固定 C3的还原 2C3 (CH2O)+C5 酶 ATP、NADPH 5.能量转变 光合作用第二阶段的化学反应，有没有光都能进行， 这个阶段叫作暗反应阶段。 CO2＋C5 2C3 酶 ATP、NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 三、光合作用的过程 21 叶绿体 中的色素 可见光 C5 2C3 ADP+Pi ATP H2O O2 H+ 多种酶 酶 (CH2O) CO2 吸收 光解 固定 还原 光反应 暗反应 NADP+ NADPH 光能 →ATP、NADPH中活跃的化学能 ATP、NADPH中活跃的化学能 →有机物中稳定的化学能 酶 三、光合作用的过程 22 叶绿体 中的色素 可见光 C5 2C3 ADP+Pi ATP H2O O2 H+ 多种酶 酶 (CH2O) CO2 吸收 光解 固定 还原 光反应 暗反应 NADP+ NADPH 酶 物质联系 光反应为暗反应提供NADPH和ATP， 暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+。 三、光合作用的过程 23 反应阶段 光反应 暗反应 反应部位 反应条件 物质变化 能量变化 产 物 相同点 实质 类囊体的薄膜上 叶绿体基质 叶绿体色素、酶、光能 酶 2H2O O2+ 4H+ +4e+ 酶 ADP+Pi+能量 ATP 酶 光能→活跃的化学能 活跃的化学能→稳定的化学能 NADPH、ATP、O2 ADP、Pi 、（CH2O ） 、C5 都包括物质变化和能量变化 把无机物转变成有机物，把光能转变成化学能贮存起来 NADP++H++2e+ NADPH 酶 CO2+C5 2C3 酶 2C3 (CH2O)+C5 酶 ATP、NADPH 并不是所有过程都需要酶的催化，色素吸收光能不需要酶的催化。 24 1.NADPH和ATP的移动途径是什么？ 从类囊体薄膜到叶绿体基质。 2.NADP+和ADP的移动途径呢？ 从叶绿体基质到类囊体薄膜。 3. NADPH的作用是什么？ ①活泼的还原剂； ②储存部分能量供暗反应阶段利用。 总之，光反应是暗反应所需物质和能量的准备阶段， 暗反应是光反应的继续，是物质和能量转化的完成阶段。 习题巩固 25 光合作用的原理 1 四、光合作用的意义 1.制造有机物，为自身及异养生物提供营养物质。 2.转化并储存太阳的光能，为生命活动提供能量。 3.为有氧呼吸的生物提供氧气； 维持大气中O2和CO2的平衡，从而缓解温室效应。 光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。 4.形成臭氧（O3），吸收紫外线，保护地球生物。 5.对生物的进化有重要的作用。（为好氧生物的出现提供了氧气） 26 光合作用的原理 1 五、光合作用中元素的转移 1.若有机物为(CH2O) 2.若有机物为C6H12O6 CO2 + H2O 光能 叶绿体 （CH2O）+ O2 6CO2 + 12H2O 光能 叶绿体 C6H12O6+ 6O2+6H2O 27 NADPH 1.3H的转移 2.14C的转移 3.18O的转移： 3H2O (C3H2O ) 光反应 暗反应 （14CH2O） 14CO2 CO2的固定 14C3 C3的还原 （CH218O） 18O2 H218O 光反应 C18O2 C3 CO2的固定 C3的还原 必修1 P104“相关信息”： C3是指三碳化合物—— 3－磷酸甘油酸，C5是指五碳化合物——核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)。 五、光合作用中元素的转移 光合作用的原理 1 六、环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 1.“来源－去路”法 CO2浓度不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O） 光照减弱 光照增强 减少 减少 减少 减少 增加 增加 增加 增加 29 1.“来源－去路”法 光照不变 C3 C5 （CH2O） NADPH、ATP CO2浓度减少 CO2浓度增加 增加 增加 增加 增加 减少 减少 减少 减少 30 2.模型法 ①图1中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 ②图2中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 ③图3中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 ④图4中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 C5、NADPH、ATP C3 C5、NADPH、ATP C3 C5、NADPH、ATP C3 C3 C5、NADPH、ATP 六、环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 1.判断常考语句，澄清易混易错 (1)细胞中不能合成ATP的部位是叶绿体中进行光反应的 膜结构(　　) (2)H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体基质中(　　) (3)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后， 可完成暗反应过程(　　) (4)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的原因是光反应强度和暗反应强度 都降低(　　) × × √ √ 习题巩固 32 2.下图为光合作用暗反应的产物磷酸丙糖的代谢途径，研究表明，磷酸丙糖转移蛋白(TPT)的活性是限制光合速率大小的重要因素，CO2充足时，TPT活性降低。下列有关叙述错误的是（ ） A.Pi输入叶绿体减少时，磷酸丙糖 　从叶绿体输出减少 B.暗反应中磷酸丙糖的合成需要 　消耗光反应产生的ATP C.叶肉细胞的光合产物主要是以蔗糖形式运出细胞的 D.农业生产上可通过增加CO2浓度来提高作物中蔗糖的含量 D 习题巩固 33 3.(2021·广东，12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，下列叙述正确的是（ ） A.Rubisco存在于细胞质基质中 B.激活Rubisco需要黑暗条件 C.Rubisco催化CO2固定需要ATP D.Rubisco催化C5和CO2结合 D 习题巩固 34 4. 对3株大小，长势相同的植株分别进行如下处理：甲连续光照5h，再在黑暗中5h；乙先光照1h，再在黑暗中1h，连续交替共10h；丙先光照5s，再在黑暗中5s，连续交替共10h。在其他条件相同的情况下，它们体内有机物含量是（　　　） A. 丙=乙>甲　　B. 甲=乙=丙　　C. 丙>乙>甲　　D. 甲>乙>丙 C 光反应停止后，暗反应还会继续进行一段时间，设光反应停止后，暗反应继续进行3s。 暗反应时间越长，（CH2O）含量越多。 习题巩固 35 2.在总光照时间、总黑暗时间均相同的条件下， 光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物的积累量要多。 随着光照和黑暗的交替进行，光照和黑暗间隔处理处理组在光下产生的NADPH和ATP能够及时的利用和再生，从而促进了暗反应的进行。 1.光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量 的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间， 有机物还能继续合成。 连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析 36 化能合成作用 能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。 例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 2HNO2+O2 2HNO3+能量 6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2 能量 硝化细菌 37 项目 光合作用 化能合成作用 区别 能量来源 代表生物 绿色植物 相同点 光能 无机物氧化释放的能量 硝化细菌 都能将CO2和H2O等无机物合成有机物 教材隐性知识：①源于P104“相关信息”： 光合作用的产物有一部分是_____，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入 ，再通过韧皮部运输到植株各处。 淀粉 筛管 光合作用与化能合成作用 38 1.(2021·重庆选择性考试)下图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析，下列叙述错误的是(　　) A.水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过4层膜 B.NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPH C.产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应 D.电子(e－)的有序传递是完成 光能转换的重要环节 A 叶绿体的3层膜和线粒体的2层膜 光反应产生的ATP可用于暗反应、色素合成和核酸代谢等一些消耗能量的反应 习题巩固 O2在叶绿体类囊体的薄膜产生，在线粒体内膜被利用，故叶绿体产生的O2被线粒体利用至少需要穿过叶绿体的3层膜(包括类囊体膜1层膜和叶绿体的内外膜)和线粒体的2层膜，共5层生物膜，A错误；据图分析，NADP＋与e－和H＋结合形成NADPH，B正确；根据图中的信息，光反应产生的ATP可用于暗反应、色素合成和核酸代谢等一些消耗能量的反应，C正确；电子传递释放的能量用于H＋的逆浓度梯度运输，使类囊体腔内维持高浓度的H＋，H＋由类囊体腔顺浓度梯度运输至叶绿体基质，驱动ATP的合成，电子有序传递保证了ATP和NADPH的合成，是完成光能转换的重要环节，D正确。 39 2.下图是番茄植株的叶肉细胞中进行光合作用的示意图，PSⅡ和PSⅠ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，是吸收、传递、转化光能的光系统。下列叙述错误的是( ) A.自然界中能发生光合作用的生物， 　不一定具备PSⅡ和PSⅠ系统 B.光反应过程将吸收的光能转换为活 　跃的化学能全部储存在ATP中 C.在ATP合成酶的作用下，H＋顺 浓度梯度转运提供分子势能，促进ADP和Pi合成ATP D.PSⅡ中的色素吸收光能后，将H2O分解为O2和H＋，产生电子传递 给PSⅠ将NADP＋和H＋结合形成NADPH B 习题巩固 40 1.光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气和H＋和自由电子(e－)， 光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。 光系统及电子传递链 41 3.类囊体膜两侧的质子浓度(电化学)梯度主要靠以下途径建立 ①电子传递过程中释放能量，利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度 从类囊体的基质侧泵入囊腔侧。 ②光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行 的水的光解产生质子(H＋)。 ③在类囊体的基质侧H＋ 和NADP＋形成NADPH。 光系统及电子传递链 42 3.类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。 光系统及电子传递链 43 3.下图所示生理过程中，P680和P700表示两种特殊状态的叶绿素，M表示某种生物膜，其中乙侧的H＋浓度远高于甲侧，在该浓度差中储存着一种势能，该势能是此处形成ATP的前提。据图分析，下列说法正确的是（ ） A.乙侧的H＋完全来自甲侧 B.生物膜M是叶绿体类囊体 薄膜，属于叶绿体内膜 C.CF0和CF1与催化ATP的合成、 　转运H＋有关，很可能是蛋白质 D.该场所产生的NADPH和ATP将参与暗反应中CO2的固定 C 习题巩固 44 光合作用的影响因素及应用 2 光合作用的影响因素及应用 2 一、探究环境因素对光合作用强度的影响 1.实验原理 （1）叶片含有空气，上浮 叶片下沉 O2充满细胞间隙，叶片上浮 抽气 光合作用 产生O2 （2）根据单位时间小圆形叶片浮起的数量的多少， 探究光照强度与光合作用强度的关系。 ①自变量 光照强弱 ②因变量 光合作用强度 46 一、探究环境因素对光合作用强度的影响 2.材料用具 打孔器、注射器、5W LED台灯、米尺、烧杯、绿叶 3.实验步骤 （1）打孔：用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片， 打孔时避开大叶脉。 大叶脉部分含有的叶绿体少。该实验中所取的叶片大小和生理状态应该是相同的，打孔时要取叶片的相同部位。 47 （2）将圆形小叶片置于注射器内，注射器内吸入清水，待排出注射 器内残留的空气后，用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉 动活塞，使圆形小叶片内的空气逸出。重复2～3次。处理后的 叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底。 3.实验步骤 （3）将处理过圆形小叶片放入清水中，黑暗保存， 小圆形叶片全部沉到水底。 防止光照干扰实验结果 （4）取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水。 （1%~2%的NaHCO3溶液） 3.实验步骤 （5）分组实验：分别将10片叶圆片投入3只盛20mLNaHCO3的 小烧杯中并调整5W台灯距离（10、20、30cm）。 吸收光的热量，避免光照时实验装置中温度的变化对实验结果造成干扰。 盛水玻璃柱： 3.实验步骤 项目　 　 烧杯　 　 小圆形叶片 加富含CO2 的清水 光照强度 叶片浮起数量 1 10片 20 mL 强 多 2 10片 20 mL 中 中 3 10片 20 mL 弱 少 （6）观察并记录结果 在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。 3.实验步骤 4.实验结论 本实验中的数值并不代表真正的光合速率，而是光合作用的净积累值，即光合作用与细胞呼吸的差值。 51 （2）打孔时要避开 ，因为其中没有叶绿体，而且会延长圆形 小叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。 一、探究环境因素对光合作用强度的影响 5.注意事项 （3）为确保溶液中CO2含量充足，圆形小叶片可以放入 溶液中。 光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，释放氧气，使叶肉细胞间隙充满了气体，浮力增大，叶片上浮。 大的叶脉 NaHCO3 维持装置中CO2浓度的稳定，为光合作用提供CO2。 （1）叶片上浮的原因 NaHCO3缓冲液的作用 ➺本实验中的数值并不代表真正的光合速率， 而是净光合速率 52 一、探究环境因素对光合作用强度的影响 6.变量分析 自变量 控制方法 因变量 观测指标 光照强度 通过调节LED灯与实验装置间的距离来决定 单位时间内被抽去空气的圆形小叶片上浮的数量 光合作用强度 （产氧速率） 7.实验拓展 控制温度、光照强度相同， 在各烧杯中加入不同浓度的NaHCO3溶液，可以用于探究CO2浓度对光合速率的影响。 NaHCO3溶液浓度太高，使叶片渗透失水， 不利于光合作用。 53 可用单位时间单位面积内CO2的消耗量或O2的产生量来表示。 是光合作用反应强弱的指标。一般用植物在单位时间内单位面积通过光合作用制造有机物的量（即光合作用速率，是化学中的一种反应速率）来衡量。 植物在进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。 实际测量到的光合作用指标是净光合作用速率，称为表观光合速率。 光合作用产生的O2=释放到空气中的O2+呼吸作用消耗的O2 光合作用强度 线粒体 叶绿体 O2 释放O2 （可以测得） 叶肉细胞 CO2 吸收CO2 （可以测得） 总光合作用 = 净光合作用 + 呼吸作用 有机物的制造量 CO2的固定量 O2的产生量 有机物积累量 CO2的吸收量 O2的释放量 有机物的消耗量 CO2的释放量 O2的吸收量 光合作用强度 55 1. (2024·海口模拟)如图表示测定金鱼藻光合作用强度的密闭实验装置，氧气传感器可监测O2量的变化。已知光饱和点是指植物光合速率达到最大时的最小光照强度。下列叙述错误的是（ ） A.NaHCO3溶液可以为金鱼藻光合作用提供CO2 B.单色光照射时，相同光照强度下一定时间内用红光比用绿光 测到的O2量多 C.氧气传感器测到的O2量就是金鱼藻 光合作用产生的O2量 D.拆去滤光片，改变光照强度， 并将所得数据绘制成曲线可 推知其光饱和点 C O2释放量为净光合 习题巩固 56 2.(2022·昆明高三期末)某实验小组为验证KHCO3对某植物幼苗光合作用的影响，进行了甲、乙两组不同处理的实验，甲组用差速离心法制备叶绿体悬液进行实验，乙组将等量植物幼苗叶片切割成1 mm2的叶小片进行实验，然后在适宜光照、20 ℃恒温条件下用氧电极测量这两组植物的O2释放速率，结果如图所示。下列相关叙述正确的是（ ） A.本实验的自变量是KHCO3的浓度， 无关变量为适宜光照、20 ℃恒温条件 B.KHCO3浓度为0.05 mol·L－1时，两组实验 的O2释放速率存在差异的原因是光合速率不同 C.由该实验可推断，随着KHCO3浓度的增大， 小叶片的O2释放速率会一直增大 D.加入清水组的小叶片中无O2释放，原因可能 是光合作用产生的O2通过呼吸作用被消耗了 D 自变量： KHCO3的浓度、叶片的处理方式 B.有无呼吸作用 在此范围内 习题巩固 57 3.(2022·海南高考)某小组为探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响，将四组等量菠菜叶圆片排气后，分别置于盛有等体积不同浓度NaHCO3溶液的烧杯中，从烧杯底部给予适宜光照，记录叶圆片上浮所需时长，结果如图。下列有关叙述正确的是(　 ) B A.本实验中，温度、NaHCO3浓度和光照都属于自变量 B.叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片 光合作用释放氧气的速率 C.四组实验中，0.5%NaHCO3溶液中叶圆片 光合速率最高 D.若在4 ℃条件下进行本实验， 则各组叶圆片上浮所需时长均会缩短 习题巩固 本实验的目的是探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响，自变量是CO2浓度(通过等体积不同浓度的NaHCO3溶液来实现)，温度、光照等属于无关变量，应相同且适宜，A错误； 实验中所用的菠菜叶圆片已进行排气处理，叶圆片光合作用释放氧气的速率越大，叶圆片上浮所需时间越短，B正确； 四组实验中，0.5%NaHCO3溶液中叶圆片上浮平均时长最长，表明其光合速率最低，C错误； 本实验是在适宜温度下进行的，若从适宜温度降低到4 ℃，与光合作用相关的酶的活性降低，导致光合速率降低，则各组叶圆片上浮所需时长均会延长，D错误。 58 光合作用的影响因素及应用 2 二、光合作用的影响因素及应用 CO2+H2O （CH2O)+O2 光能 叶绿体 光 CO2的浓度 H2O 矿质元素（Mg合成叶绿素） 温度 1.外因 2.内因 酶的种类和数量、色素的含量、叶龄不同、叶面积指数 主要因素（外因：“三度”）： 光照强度、温度、CO2浓度 环境中CO2浓度、叶片气孔导度 光照强度、光质、光照时间 59 二、光合作用的影响因素及应用 1.外部因素 （1）光照强度【单位：勒克斯（lx）】 光照强度 0 CO2吸收 CO2释放 A B C 呼吸速率 光补偿点 A点：只进行细胞呼吸，CO2释放量 表明此时的呼吸强度。 AB段：光合作用<呼吸作用 B点：光补偿点， 即光合作用强度 =细胞呼吸强度。 60 （1）光照强度 光照强度 0 CO2吸收 CO2释放 A B C 呼吸速率 光补偿点 光饱和点 限制因素：CO2浓度、温度、酶含量等 D BC段：光合作用>呼吸作用 C点：光合作用强度最大。 C点之前限限制光合作用因素 是光照强度。 D点：光饱和点， 增加光照强度 光合作用强度 不再增加。 净光合 总光合 呼吸 61 光照强度 0 CO2吸收 CO2释放 A B C 光补偿点 光饱和点 D A点：只呼吸不光合 O2 CO2 AB段：呼吸＞光合 B点：呼吸＝光合 BC段：光合＞呼吸 提醒：注意区分，单个细胞和整个植株的区别 （1）光照强度 62 光照强度 0 CO2吸收 CO2释放 A B C 呼吸速率 光补偿点 光饱和点 净光合 总光合 D 呼吸 思考1:植物体在B点时，那么它的叶肉细胞的光合作用强度 呼吸作用强度。（大于、等于、小于） 总结： 叶绿体固定CO2的速率是总光合速率，叶肉细胞和植物体吸收CO2的速率是净光合速率。 当植物体的V光合=V呼吸时，则叶肉细胞V光合>V呼吸。 大于 （1）光照强度 63 光照强度 0 CO2吸收 CO2释放 A B C D E S2 S1 S3 思考2：在图甲中，呼吸作用消耗有机物的量可表示为　 　　， 净光合作用量可表示为 ， 光合作用产生有机物的量可表示为　 　 。(用S1、S2、S3和数学符号表示)  S1+S2 S3+S2 S3-S1 （1）光照强度 64 ①温室生产中，适当增强 ，以提高光合速率，使作物增产； 光照强度 ②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较低农业生产上一般间作。 原因是： a.两种植物的根系深浅搭配， 合理的利用了不同层次土壤内水分和养分。 b.两种植物高矮结合， 充分利用了不同层次的阳光。 玉米——大豆 （1）光照强度——应用 65 ③延长光合作用时间，通过轮作或套作。 轮作 在同一块田地上，按预定的种植计划， 轮换种植不同的作物。 玉米，轮作花生 原因是： （1）不同作物吸收土壤中的营养元素的种类、数量及比例各不相同，根系深浅与吸收水肥的能力也各不相同，轮作还可以均衡利用土壤中的矿质元素。 （2）每种作物都有一些专门为害的病虫杂草，轮作能够改变原有的食物链，防止病虫害；抑制杂草生长，减轻草害。 （1）光照强度——应用 水稻，蘑菇轮作 66 ③延长光合作用时间，通过轮作或套作。 套作 在同一块田地上，在前季作物的生育后期， 在其株行间播种或移栽后季作物的种植方式。 玉米套种花生 果园套种油菜 连作：在同一块地上长期连年种植一种作物 67 1.（2020年广东省高三上学期联考2）轮作是指在同一田块上有顺序地季节间和年度间轮换种植不同作物的种植方式。豆科植物苜蓿是优良的牧草，农民将其引入小麦的作物体系形成草田轮作系统，可以减少化肥的使用和增加农作物产量，回答以下问题∶ （2）研究发现，施氮肥对苜蓿——小麦轮作系统的冬小麦光合速率的增强效果并不明显，原因是_________________；由此可见，该轮作系统可以减少农田氮肥的使用。 苜蓿是豆科植物，根系共生的固氮生物具有生物固氮作用，增加了土壤中氮含量。 习题巩固 2. 如图表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时，其他条件不变且适宜的情况下，单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化，下列有关说法错误的是（　　　） B A.光照强度由a到b时， 叶肉细胞光合速率增加 B.光照强度为b时， 光合速率等于呼吸速率 C.若光照强度长期为c， 该绿色植物不能正常生长 D.光照强度为d时， 单位时间内细胞从周围吸收2个单位的CO2 光照强度 CO2释放量和O2产生总量 习题巩固 69 CO2释放量 a b c d 6 3 0 0 O2产生总量 a b c d 0 3 6 8 3.下图是在一定的CO2浓度和温度下，某阳生植物CO2的吸收量和光照强度的关系曲线，据图回答： 5 10 15 20 25 30 35 5 10 20 15 光照强度（Klx） 25 CO2吸收量 mg/dm2·h b c d -5 a ⑴该植物的呼吸速率为每小时释放CO2___mg/dm2。 ⑵b点表示： ⑶若该植物叶面积为10dm2， 在光照强度为25Klx条件下光照1小时， 则该植物进行光合作用时叶绿体消耗CO2 ____mg。　　 ⑷若白天光照强度较长时期为b该植物能否正常生长？为什么？　 5 光合作用与呼吸作用速率相等 250 不能正常生长。白天光照强度为b时，无有机物积累，而夜间消耗有机物，从全天来看，有机物的消耗多于积累，不能正常生长。 习题巩固 70 ①当净光合速率＞0时，植物因积累有机物而生长。 ②当净光合速率＝0时，植物不能生长。 ③当净光合速率＜0时，植物不能生长，长时间处于此种状态，植物将死亡。 方法总结 1.光合速率与植物生长 2.光合作用强度测定对象 ①先将植物置于黑暗中，测量呼吸速率 。 ②在有光条件下，测定净光合速率。 ③计算：真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。 （2）测定对象：叶绿体 测得的就是总光合作用。 （1）测定对象：植株、叶片、细胞 71 （2）光质 红光>蓝紫光>白光 >绿光 虽然四种光合色素都能吸收蓝紫光， 但它是短波，没有红光容易吸收。 让相同强度的日光照射 ①大棚颜色 白色透明>红色>蓝紫色>绿色 ②用相同强度光源照射（灯泡） 1.外部因素 （3）矿质元素 N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分 P：NADP+和ATP的重要组分 K：促进光合产物向贮藏器官运输 Mg：叶绿素的重要组分 应用：合理施肥 ①在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可______光合作用速率， 但当超过一定浓度后，植物光合作用速率 。 提高 下降 ②土壤中矿质元素溶液浓度过高，植物光合作用速率下降的原因可能是: 。 溶液浓度过高，导致植物吸水困难甚至失水 1.外部因素 （4）CO2浓度 C点：CO2补偿点 光合作用速率=细胞呼吸速率 D点：CO2饱和点 E点后限制因素为光照强度和温度、酶的数量和活性等 B点：进行光合作用所需CO2的最低浓度。 AB：只进行细胞呼吸。 CO2浓度 A B CO2吸收 C CO2释放 D E 1.外部因素 （4）CO2浓度——应用 ①多施有机肥或农家肥； ②温室栽培植物时还可使用CO2发生器等； ③大田中还要注意通风透气。 分解者将有机肥分解为二氧化碳和无机盐 图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。 B点和B′点对应的浓度都表示CO2饱和点。 75 （5）温度 O 温度 A 光合速率 B C 最适温度下植物光合作用最大， 植物体内的酶最适温度在40~50℃之间。 温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。 ①适时播种。 ②温室中，白天适当提高温度， 晚上适当降温。 ③植物“午休”现象（气孔关闭）。 应用 O 12 14 10 一天的时间 光合作用强度 1.外部因素 （6）水 应用：合理浇灌、预防干旱 ①水是光合作用的原料 ②水是体内各种化学反应的介质 图1表明在农业生产中，可根据 作物的需水规律，合理灌溉。 图2曲线中间E处光合作用强度 暂时降低，是因为温度高， 蒸腾作用过强，气孔关闭， 影响了 的供应。 CO2 ③缺水→气孔关闭→限制CO2进入叶片→光合作用受影响 1.外部因素 1.下图是夏季晴朗的白天， 某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。 分析曲线图并回答： （1）7～10时的光合作用强度不断增强原因： （2）10～12时左右的光合作用强度明显减弱原因： （3）14～17时的光合作用强度不断减弱原因： 光照不断减弱，光合作用强度不断减弱。 光照不断增强，光合作用强度不断增强。 温度很高，蒸腾作用很强，气孔关闭， CO2供应减少，光合作用强度明显减弱。 习题巩固 78 1.下图是夏季晴朗的白天， 某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。 分析曲线图并回答： （5）依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施。 习题巩固 可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度。 79 光合速率＝呼吸速率的点： 。 Oc段：只进行 。 cd段：光合速率 呼吸速率。 dh段：光合速率 呼吸速率。 hi段：光合速率 呼吸速率。 ij段：只进行 。 积累有机物最多的点： 。 f点光合速率下降原因：气温过高，导致部分 关闭， 导致 供应不足。 d、h 呼吸作用 ＜ ＜ 呼吸作用 ＞ h 气孔 CO2 2.填空题 一昼夜积累有机物 = P -( M + N ) 习题巩固 开始积累有机物的点：净光合速率大于0，即d-h（不含d、h点） 开始光合作用的点/有机物积累最少的点：c 80 光合速率＝呼吸速率的点： 。 OC段：只进行 。 CD段：光合速率 呼吸速率。 DH段：光合速率 呼吸速率。 HI段：光合速率 呼吸速率。 IJ段：只进行 。 积累有机物最多的点： 。 J点低于O点，植物体有机物总量 ； J点高于O点，植物体有机物总量 ； J点等于O点，植物体有机物总量 。 D、H 呼吸作用 ＜ ＜ ＞ 呼吸作用 H 增多 减少 不变 一昼夜积累有机物： 比较J点时CO2浓度是否比O点时低 习题巩固 CD段：CO2释放速率减小，曲线上升缓慢 D点：CO2释放量达到最大 H点：装置中CO2含量最小 光照培养阶段，密闭装置中CO2浓度变化量应为光合作用强度与呼吸作用强度间的“差值”，切不可仅答成“光合作用消耗”导致装置中CO2浓度下降。 81 3.如图是大棚番茄在24小时测得CO2含量和CO2吸收速率的变化曲线图，下列有关叙述错误的是( ) A.a点CO2释放量减少可能是由温度降低导致细胞呼吸强度减弱 B.番茄通过光合作用合成有机物的时间是c～e段 C.由P点条件变为d点，C5生成减少 D.植物干重最大的时刻是e点 B b~f 习题巩固 82 4.(2023·北京高考)在两种光照强度下，不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是(　 ) A.在低光强下，CO2吸收速率随叶温 升高而下降的原因是呼吸速率上升 B.在高光强下，M点左侧CO2吸收速率 升高与光合酶活性增强相关 C.在图中两个CP点处， 植物均不能进行光合作用 D.图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大 C CP点代表呼吸速率等于光合速率 习题巩固 CO2吸收速率代表净光合速率，低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升，需要从外界吸收的CO2减少，A正确； 在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高的主要原因是光合酶的活性随温度的升高而增强，B正确； CP点代表呼吸速率等于光合速率，植物可以进行光合作用，C错误； 图中M点处CO2吸收速率最大，即净光合速率最大，也就是光合速率与呼吸速率的差值最大，D正确。 83 5. 图示适宜条件下，甲、乙两种植物叶片的CO2净吸收速率与CO2浓度的关系，下列说法正确的是（　　　） 　　A. CO2浓度大于a时，甲才能进行光合作用 　　B. 适当增加光照强度，a点将左移 　　C. CO2浓度为b时，甲、乙总光合作用强度相等 　　D. 甲植物体内NADPH的含量在CO2浓度为b时比在a时高 B a点：光合=呼吸 净光合相等 习题巩固 84 6.已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，如图所示曲线表示该植物在恒温30 ℃、适宜CO2浓度时光合速率与光照强度的关系，下列叙述错误的是(　 ) A.若光照增强，则短时间内植物叶肉细胞中C3的含量降低 B.若CO2浓度降低，则d点向左下方向移动 C.d点时，叶肉细胞中产生ATP的场所 有细胞质基质、线粒体和叶绿体 D.将温度调节到25 ℃(其他条件不变)， 图中a点将向上移动，b点将向右移动 D 习题巩固 若光照增强，光反应产生的ATP和NADPH增多，短时间内C3还原量增加，CO2固定量不变，导致C3含量减少，A正确； CO2参与暗反应，若CO2浓度降低，光合速率降低，d点向左下方向移动，B正确； 处于d点时，细胞既进行细胞呼吸又进行光合作用，叶肉细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体，C正确； 其他条件不变的情况下，将温度调节到25 ℃，光合强度增强，呼吸强度减弱，a点将向上移动，b点将向左移动，D错误。 85 代表呼吸速率，细胞呼吸增强，A点 ；反之，A点 。 1.A点 下移 上移 光合作用曲线中关键点的移动 2.B点与C点的变化 自变量 B点(补偿点) C点(饱和点) 适当增大光照强度(或CO2浓度) 适当减小光照强度(或CO2浓度) 土壤缺Mg2＋ 左移 左移 左移 右移 右移 右移 【提醒】细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。 光合作用曲线中关键点的移动 3.D点 代表最大光合速率，若增大光照强度（或增大CO2浓度）使光合速率增大时，D点向 移动；反之，移动方向相反。 右上方 光合作用曲线中关键点的移动 7.将正在生长的黄豆的叶片置于恒温 的密闭小室，调节小室CO2浓度， 在适宜光照强度下测定叶片光合作用 的强度(以CO2吸收速率表示)，测定结果如图。 下列叙述正确的是(　 ) A.如果光照强度适当降低，a点左移，b点左移 B.如果光照强度适当增强，a点左移，b点右移 C.如果光照强度适当增强，a点右移，b点左移 D.如果光照强度适当降低，a点左移，b点右移 B a点右移，b点左移 习题巩固 如果光照强度适当降低，光反应产生的ATP和NADPH减少，这将抑制暗反应的进行，而呼吸速率不变，因此需要更多的CO2进行补偿，但达到饱和点需要的CO2减少，则a点右移，b点左移，A、D错误； 如果光照强度适当增强，光反应生成的ATP和NADPH增加，促进暗反应进行，而呼吸速率不变，因此在较低CO2浓度时便可进行光合作用，在最大光合作用强度下CO2吸收量也会增多，则a点左移，b点右移，B正确，C错误。 89 8.光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用 P点及P点之前：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子 的不断加强，光合速率不断 。 Q点：横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，影响因素主要 为各曲线所表示的因子。 提高 习题巩固 90 应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶 的活性，提高光合速率，也可同时适当增加 ，进一步 提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加 和CO2浓度 以提高光合速率。 CO2浓度 光照强度 8.光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用 习题巩固 91 (1)停止供水后，光合速率下降。这是由于水既是 的原料，又是光合产物在植物体内 的主要介质。 9.某植物在停止供水和恢复供水条件下，气孔开度(即气孔开放程度)与光合速率的变化如图所示。请回答下列问题： (2)在温度、光照相同的条件下，图中A点与B点相比，光饱和点低的是___点，其主要原因是 。 光合作用 运输 B 气孔开度降低，CO2吸收减少 (3)停止供水一段时间后，叶片发黄，原因是 。 此时类囊体结构被破坏，提供给暗反应的 减少。 叶绿素合成速度变慢或停止(或叶绿素分解)，类胡萝卜素的颜色显露出来 NADPH和ATP 习题巩固 92 二、光合作用的影响因素及应用 2.内部因素 （1）植物自身的遗传特性 阴生植物呼吸作用较弱，对光的利用能力也不强。 阳生植物是指在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽和弱光条件下生长发育不良的植物称阳性植物。 阴生植物是指在弱光条件下比强光条件下生长良好的植物。 光照强度 0 CO2吸 收 CO2 释 放 A B C 阳生植物 呼吸速率 阴生植物 A1 B1 C1 D D1 光补偿点：B>B1 光饱和点：D>D1 应用：间作套种 93 （2）植物叶片的叶龄、叶绿素含量、酶的活性和数量、 有机物的输出情况 、气孔导度等 活性 性 活 2.内部因素 （2）植物叶片的叶龄、叶绿素含量、酶的活性和数量、 有机物的输出情况 、气孔导度等 叶片的有机物输出越多，其光合速率越快。若将一株植物的果实去除，则去除的果实越多，其光合速率________，两片相邻的叶片，若一片遮光，则另一片叶子的光合速率会________。 越慢 增强 95 （3）叶面积指数 不再增加 合理密植 2.内部因素 （4）光合作用产物积累对光合作用强度的影响 ①反馈抑制。 例如蔗糖的积累会反馈抑制合成蔗糖的磷酸蔗糖合成酶的活性，使细胞质以及叶绿体中磷酸丙糖含量增加，从而影响CO2的固定。 2.内部因素 （4）光合作用产物积累对光合作用强度的影响 ②淀粉粒的影响 叶肉细胞中蔗糖的积累会促进叶绿体基质中淀粉的合成与淀粉粒的形成，过多的淀粉粒一方面会压迫与损伤类囊体，另一方面，由于淀粉粒对光有遮挡，从而直接阻碍光合膜对光的吸收。 1. 在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是（　　　） A. 红光，ATP下降 B. 红光，未被还原的C3上升 C. 绿光，NADPH下降 D. 绿光，C5上升 C 习题巩固 99 2.(2024·深圳调研)甲、乙两种植物在不同光照强度下的O2释放量(吸收量)如图所示，下列有关叙述错误的是(　 ) A.与甲植物相比，乙植物更适合在林下生长 B.与甲植物在B点相比，乙植物在A点时叶绿体产生O2的速率较小 C.与B点相比， D点时甲植物叶绿体中C3的消耗量增加 D.C点时， 甲、乙两植物的实际光合作用强度相同 D 习题巩固 据图可知，乙植物的光补偿点和光饱和点都低于甲植物，因此乙植物更适合在光照弱的林下生长，A正确； A点和B点分别是乙植物和甲植物的光补偿点，此时光合速率等于呼吸速率，由于乙的呼吸速率小于甲，所以乙植物在A点时的光合速率小于甲植物在B点时的光合速率，即乙植物在A点时叶绿体产生O2的速率比甲植物在B点小，B正确； 与B点相比，D点对应的光照强度大，光反应产生的NADPH和ATP多，暗反应还原C3的速率快，C3的消耗量增加，C正确； C点时，甲、乙两植物的净光合速率相同，但由于呼吸速率不同，所以甲、乙两植物的实际光合强度不同，D错误。 100 3.(2021·北京，3)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是( ) A.两组植株的CO2吸收速率最大值接近 B.35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等 C.50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能 D.HT植株表现出对高温环境的适应性 B 习题巩固 101 4.(2021·广东，15)与野生型拟南芥WT相比，突变体t1和t2在正常光照条件下，叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图1所示)，造成叶绿体相对受光面积的不同(图2所示)，进而引起光合速率差异，但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下，下列叙述错误的是( ) A.t2比t1具有更高的光饱和点 B.t1比t2具有更低的光补偿点 C.三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关 D.三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大 D 习题巩固 102 总结 习题检测 3 1.依据光合作用的基本原理，判断下列相关表述是否正确。 (1)光合作用释放的氧气中的氧元素来自水。( ) (2)光反应只能在光照条件下进行，暗反应只能在黑暗条件下进行。 ( ) (3)影响光反应的因素不会影响暗反应。 ( ) 习题检测 ✘ ✓ ✘ 105 习题检测 2.如果用含有14C 的 CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是 ( ) A. CO2 →叶绿素→ ADP B. CO2→叶绿体→ ATP C. CO2→乙醇 →糖类 D. CO2→三碳化合物→糖类 D 106 习题检测 3.在玻璃瓶底部铺一层潮湿的土壤，播下一粒种子，将玻璃瓶密封，放在靠近窗户能照到阳光的地方，室内温度保持在 30℃左右。不久，这粒种子萌发长成幼苗。你能预测这株植物幼苗能够生存多长时间吗？如果能，请说明理由。如果不能，请说明你还需要哪些关于植物及其环境因素的信息。 植物的生活需要水、无机盐、阳光、适宜的温度、空气(含有二氧化碳)。从给出的信息可以看出，植物生长的基本条件都是满足的，因此，只要没有病虫害等不利因素，这株植物(幼苗)能够生存一段时间。但这株植物究竟能够生存多长时间，需要知道土壤含水量、植物体内有机物积累速率、瓶中二氧化碳总量、植物体光合速率、呼吸速率或有机物积累速率等信息。 107 THANKS $$