2024届高三生物一轮复习课件第13讲 光合作用与能量转换

新人教版 必修一·分子与细胞 第五章 细胞的能量供应和利用 第三节 光合作用与能量转换 目录 01 捕获光能的色素和结构 02 光合作用发现过程 03 光合作用的原理 04 影响光合作用的因素 05 光合作用和细胞呼吸的关系 06 光合作用拓展 01 捕获光能的色素与结构 白化苗由于不能形成叶绿素，无法进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。 可见，叶片中的色素与光能的捕获有关。绿叶中有哪些色素呢？ 玉米（白化苗） 玉米（正常苗） 1、绿叶中色素的提取与分离 01 捕获光能的色素与结构 （1）实验原理 有机溶剂 层析液 快 01 捕获光能的色素与结构 1、绿叶中色素的提取与分离 （2）实验步骤 研磨 A1 A2 A3 B C 过滤 收集 新鲜绿叶 SiO2 CaCO3 无水乙醇 作用 作用 作用 有助于研磨充分 防止色素被破坏 溶解、提取色素 用单层尼龙布过滤，不吸附色素 棉塞封口 防止无水乙醇的挥发和色素氧化 01 捕获光能的色素与结构 1、绿叶中色素的提取与分离 （2）实验步骤 D E F G 画滤液细线 细、直、齐： 防止色素带重叠； 干燥后再画一两次： 增加色素附着量 剪去两角，使扩散均匀 层析液不能没过滤液细线： 否则色素会溶解在层析液中 ； 加盖： 防止层析液挥发 01 捕获光能的色素与结构 1、绿叶中色素的提取与分离 （3）实验结果 叶绿素 类胡萝卜素 （含量约3/4） （含量约1/4） 叶绿素a（蓝绿色） 叶绿素b（黄绿色） 胡萝卜素（橙黄色） 叶黄素（黄色） 胡黄ab向前走 01 捕获光能的色素与结构 1、绿叶中色素的提取与分离 色素带错误分析 （1）滤纸条上未得到色素带 ①滤液细线浸没到层析液中 ②用无清水代替乙醇进行提取 ①研磨不充分(未加入SiO2) ②提取时加入的乙醇过多 ④未加CaCO3，色素分子被破坏 ⑤所取的绿叶不新鲜 ③滤液细线画的次数不够 ①滤液细线画得过粗或不整齐 ②滤纸条没经干燥处理 （2）滤纸条上的色素带颜色较浅 （3）滤纸条上的色素带重叠 ①忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏 ②所用叶片为“黄叶” （4）滤纸条上只出现黄色 01 捕获光能的色素与结构 1、绿叶中色素的提取与分离 思考：若实验中使用下图装置，通过纸层析法后得到的实验结果是什么？ 【拓展实验】 01 捕获光能的色素与结构 光合色素功能： 吸收、传递（四种色素）、转化光能（只有少数特殊状态的叶绿素a） 2、光合色素的功能 01 捕获光能的色素与结构 3、光合色素的吸收光谱 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光 01 捕获光能的色素与结构 3、光合色素的吸收光谱 1881年,德国科学家恩格尔曼(T. Engelmann,1843-1909)做了这样的实验。 恩格尔曼实验——示意图 水绵(叶绿体呈螺旋带状分布) 色素吸收用于光合作用的光都是 ，吸收蓝紫光最多，红光次之，绿光最少。 可见光 01 捕获光能的色素与结构 根据色素对不同波长的光的吸收的特点，想一想温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光源？ 选无色透明的塑料薄膜，为了让各种波长的太阳光都穿过塑料薄膜，即让植物吸收更多的光能； 大棚内照明灯在功率相同的情况下，最好选蓝紫光和红光； 与生活的联系 01 捕获光能的色素与结构 4、影响叶绿素合成的因素 01 捕获光能的色素与结构 01 捕获光能的色素与结构 比较项目 光合色素 细胞液色素 存在部位 叶绿体 液泡 溶解性 脂溶性 水溶性 代表种类 类胡萝卜素和叶绿素 花青素 颜色 橙黄、黄、绿 红、蓝、紫 颜色变化 不随pH改变变化颜色 随pH改变变化颜色 光合色素与细胞液色素的比较 01 捕获光能的色素与结构 教材深挖：新教材P一101，拓展应用1 海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、 褐藻、 红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象是如何造成的？ 01 捕获光能的色素与结构 藻类 含量最多的色素 水层及主要存在的光 绿藻 叶绿素 主要吸收红光和蓝紫光， 反射绿光 浅水层：存在红光和蓝紫光。 褐藻 某种叶黄素 主要吸收绿光和蓝紫光， 反射红黄光 中水层：存在绿光、蓝紫光 红藻 藻红素 主要吸收蓝紫光, 反射红光 深水层：存在蓝紫光 教材深挖：新教材P一101，拓展应用1 海洋中的藻类垂直分布是海洋群落垂直结构的体现，有效的避免的竞争，充分利用了光能。 01 捕获光能的色素与结构 4、捕获光能的结构 叶绿体的结构适于进行光合作用 ①4种光合色素分布在 _____________________。  ②与光合作用有关的酶分布在________________ _______________ ③外膜和内膜是透明的利于光的透过。 类囊体的薄膜上 类囊体膜上和叶绿体基质中 01 捕获光能的色素与结构 5、叶绿体功能的实验验证 极 细 光 束 均匀光照 水绵 好氧细菌 极细光束照射 完全曝光 黑暗 无空气 好氧细菌集中于叶绿体被光束照射的部位 好氧细菌分布于叶绿体所有受光部位 叶绿体光合作用释放氧气，叶绿体是进行光合作用的场所。 结论 01 捕获光能的色素与结构 (1)恩格尔曼在选材上有什么巧妙之处？ 选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察；用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位。 (2)恩格尔曼在实验设计上有什么巧妙之处？ 没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰； 用极细的光束照射，叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验； 临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果。 5、叶绿体功能的实验验证 01 捕获光能的色素与结构 例1.植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是(　　) A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成 B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制 C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示 D.叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的 A 01 捕获光能的色素与结构 √ 例2．高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。下图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，正确的是(　　) A．图中①和②主要分布在叶绿体的内膜上 B．利用层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端 C．植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收绿光 D．弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用 02 光合作用的探究历程 02 光合作用的探究历程 探究1：光合作用产生的O2来自H2O or CO2？ ？ ？ 02 光合作用的探究历程 资料1：1937年，英国科学家希尔将离体的叶绿体，加入具有氢受体（氧化型DCIP，又叫2,6-二氯酚靛酚，一种蓝色染料）的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体中有O2释放，同时氧化型DCIP接受电子和H+后被还原成无色。 思考1：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，反应体系中可以还存在其他氧元素供体。 思考2：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。 探究1：光合作用产生的O2来自H2O or CO2？ 结论：O2的O不来自CO2 02 光合作用的探究历程 资料2：20世纪50年代中期，科学家发现叶绿体中具有天然的电子受体NADP+，在光照下NADP+得到电子和H+，生成NADPH。 探究1：光合作用产生的O2来自H2O or CO2？ （1）2H2O―→O2+4H++4e- 光 （2）NADP＋＋H＋＋2e-―→NADPH 酶 02 光合作用的探究历程 探究1：光合作用产生的O2来自H2O or CO2？ 资料3：1939年，美国科学家鲁宾和卡门利用18O标记的CO2和H2O进行实验，进一步证明光合作用产生的O2来自于H2O。 材料：小球藻、培养液、H2O、 H218O、 CO2、C18O2 技术：同位素标记法。 问题探讨： （1）请设计表格进行分组？ （2）自变量是 。 （3）因变量是 。 O2中有无18O H2O和CO2中有无18O 结论：O2的O来自H2O 02 光合作用的探究历程 探究2：光合作用中CO2转变成糖类需要什么条件？ ?????? 02 光合作用的探究历程 探究2：光合作用中CO2转变成糖类需要什么条件？ 资料4：1954年，美国科学家阿尔农等用离体的叶绿体做实验。在有光照和无CO2的条件下，当向反应体系中供给ADP、Pi和NADP+时，体系中会有ATP和NADPH和产生。 资料5：同年，阿尔农等发现即使在黑暗条件下，只要提供了ATP和NADPH，叶绿体也能将CO2转变为糖类。 结论：糖类的生产需要CO2和光反应提供ATP、NADOH 02 光合作用的探究历程 02 光合作用的探究历程 探究3：光反应中光能如何转变为ATP中的化学能？ 02 光合作用的探究历程 资料6：（化学渗透假说）1961年，米切尔提出光照引起水的裂解，释放的H+留在类囊体腔中。类囊体膜内侧H+浓度高于外侧，产生H+浓度差。当H+沿着浓度梯度返回膜外侧时，在ATP合成酶的催化下，驱动ADP和Pi合成ATP。 探究3：光反应中光能如何转变为ATP中的化学能？ 02 光合作用的探究历程 探究3：光反应中光能如何转变为ATP中的化学能？ 资料7：1963年，贾格道夫等科学家在黑暗条件下把离体的叶绿体类囊体置于pH=4的酸性溶液中平衡，让类囊体腔的pH下降至4。平衡后将类囊体转移到含有ADP和Pi的pH=8的缓冲溶液中，一段时间后有ATP产生。 类囊体膜内外存在H+浓度差 02 光合作用的探究历程 ①该实验在黑暗中进行的目的是 。 ②图中平衡的目的是 。 ③该实验黑暗中类囊体合成ATP的原因是 。 ④自然光照下合成ATP的原因是 。 避免光照对ATP合成的影响 使类囊体膜内外的H+浓度相同 类囊体膜两侧存在H+浓度差 光照引起类囊体膜两侧形成H+浓度差 探究3：光反应中光能如何转变为ATP中的化学能？ 结论： 光能→H+电化学势能→ATP中的化学能 02 光合作用的探究历程 探究4：碳反应中CO2如何经过一系列变化转变为糖类？ 02 光合作用的探究历程 资料8：20世纪50年代，得益于纸层析法的发明和放射性同位素的研究，卡尔文及其同事用CO2饲养单细胞小球藻，观察光合作用过程中碳的转化和去向，从而揭示了光合作用暗反应的过程。如图为卡尔文等研究的主要流程，思考： 探究4：碳反应中CO2如何经过一系列变化转变为糖类？ ①卡尔文等用14CO2处理小球藻不同时间，随后用沸腾的乙醇杀死细胞，目的是什么？ 提示　目的是终止反应，溶解有机物。 02 光合作用的探究历程 ②对代谢物纸层析的原理是什么？与单向纸层析相比，双向纸层析的优点是什么？ 原理：在层析液中溶解度越 大的物质，在滤纸上扩散得越快， 反之则越慢。 优点：将第一次层析重叠或距离较近的物质通过第二次层析彻底分离。 02 光合作用的探究历程 （2）卡尔文等向密闭容器中通入14CO2，当反应进行到5 s时，14C出现在一种五碳化合物（C5）和一种六碳糖（C6）中，将反应时间缩短到0.5 s时，14C出现在一种三碳化合物（C3，3-磷酸甘油酸）中。上述实验中卡尔文等是通过控制_________来探究CO2中碳原子转移路径，采用了 ___________等技术方法。 反应时间 同位素示踪 结论：碳反应第一个产物是C3 探究4：碳反应中CO2如何经过一系列变化转变为糖类？ 02 光合作用的探究历程 （3）在实验中，卡尔文等还发现，在有光照和CO2供应的条件下，C3和C5的浓度很快达到饱和并保持稳定。但是，当改变其中一个实验条件后，二者的浓度迅速出现了规律性的变化：①当停止CO2供应时，C3的浓度急速降低，C5的浓度急速升高。②当停止光照时，C3的浓度急速升高，C5的浓度急速降低。他们由此得出结论，固定CO2的物质是C5（RuBP，核酮糖二磷酸）。 探究4：碳反应中CO2如何经过一系列变化转变为糖类？ 02 光合作用的探究历程 02 光合作用的探究历程 03 光合作用的原理 指绿色植物通过 ，利用光能，把 转化成储存着能量的有机物，并且释放出 的过程。 叶绿体 二氧化碳和水 氧气 1.定义 2.过程 NADPH是电子和氢的受体，可作为暗反应的还原剂和提供能量 03 光合作用的原理 项目 光反应 暗反应 场所 叶绿体_____________ ____________ 条件 ___、色素、酶 酶、_____________等 物质变化 (1)H2O 　　 ________ (2)NADP＋＋H＋―→NADPH (3)ADP＋Pi 　　　　 ATP (1)CO2＋C5　 　_______ (2)2C3　　　　　　　　　　(CH2O)＋C5　　　 类囊体的薄膜 叶绿体基质 光 NADPH、ATP O2＋H＋ 2C3 能量变化   联系 2.过程 光反应为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。 03 光合作用的原理 3.反应式 ①若有机物为(CH2O)： ②若有机物为C6H12O6： NADPH (C3H2O) 14C3 (14CH2O) 18O2 C3 (CH218O) 03 光合作用的原理 教材隐性知识：①源于必修1 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。 ②源于必修1 P106“小字部分”：光合作用和化能合成作用的比较 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 都能将 等无机物合成有机物 光能 无机物氧化释放的能量 硝化细菌 CO2和H2O 淀粉 筛管 03 光合作用的原理 4、环境骤变物质含量变化 “来源—去路”法分析各物质变化 下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化： 条件改变 [H] ATP C3 C5 光照停止供应 CO2停止供应 ↓ ↓ ↓ ↓ ↑ ↑ ↑ ↑ 03 光合作用的原理 5、连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析 原因：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。 每组处理的总时间均为150s，其中A、B、C三组光照与黑暗处理时间相同，右边为光合作用产物的相对量。 03 光合作用的原理 考向一　光合作用的原理 1.(2021·重庆，6)类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图如下。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 √ 03 光合作用的原理 光系统及电子传递链 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。 光系统的种类及作用 H+电化学梯度的建立 光合磷酸化 03 光合作用的原理 光系统及电子传递链 H+电化学梯度的建立 ①电子传递过程中释放能量，利用能量逆浓度梯度运输H+； ②水的光解发生在类囊体膜内侧，释放H+； ③NADPH的合成消耗基质侧的H+ 光合磷酸化 04 影响光合作用的因素 CO2浓度 水分 光 光质 光照强度 光照时间 光照面积 酶 色素 温度 矿质元素 气孔开闭情况 叶绿素、酶的合成、细胞失水 环境中CO2浓度、叶片气孔导度 ①酶的种类、数量、叶绿素含量 ②叶面积指数 ①光照（强度、光质） ⑤矿质元素 ④水分 ②CO2浓度 ③温度 内因 外因 影响 因素 04 影响光合作用的因素 1.探究环境因素对光合作用强度的影响 （1）实验原理 （2）实验装置 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 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)自变量如何设置？ (2)因变量如何设置？ (3)无关变量如何控制？ 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 04 影响光合作用的因素 1.探究环境因素对光合作用强度的影响 （3）实验步骤 打圆形小孔 排出叶片气体 黑暗中，细胞间隙充满水 等量叶片置于同浓度的饱和碳酸氢钠溶液中 置于相同瓦数不同距离的光源中处理一段时间 相同时间各组圆叶片浮起的数量 04 影响光合作用的因素 1.探究环境因素对光合作用强度的影响 （4）结果分析 NaHCO3溶液浓度太高，使叶片渗透失水，不利于光合作用。 在一定的范围内，随着光照强度的不断增强，光合作用也不断增强。 04 影响光合作用的因素 指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糖类的量（即光合作用速率，是化学中的一种反应速率）来衡量。 1.光合作用强度 检测指标：可用单位时间内CO2的消耗量，或单位时间内O2的产生量。 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 04 影响光合作用的因素 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） 有机物的制造量 CO2固定或消耗量 O2的产生量 有机物积累量 CO2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 总光合作用 = 净光合作用 + 呼吸作用 04 影响光合作用的因素 2.内部因素 (1)植物自身的遗传特性(如植物品种不同)以阴生植物、阳生植物为例，如图所示。   (2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶 增多 加快 04 影响光合作用的因素 2.内部因素 （3）叶面积指数 不再增加 合理密植 04 影响光合作用的因素 3.外部因素 （1）光照强度【单位：勒克斯（lx）】 A B D 光照强度 0 CO2吸收量 CO2释放量 C A： AB: B: BD: C: D： 只进行细胞呼吸，值可代表呼吸速率 呼吸速率>光合速率 光补偿点，植株的光合速率=呼吸速率，叶肉细胞？ 呼吸速率<光合速率 光饱和点 限制因素有酶活性、数量、色素含量、CO2、温度等 思考1：若CO2浓度适当升高，B、C、D点将如何移动？ 思考2：阴生植物光补偿点和饱和点？ B左、C右、D右上 阴生 04 影响光合作用的因素 3.外部因素 （1）光照强度【单位：勒克斯（lx）】 A B D 光照强度 0 CO2吸收量 CO2释放量 C AB BD B A 思考：在图甲中,呼吸作用消耗有机物的量可表示为　　　__________,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 04 影响光合作用的因素 （1）光照强度——应用 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 04 影响光合作用的因素 （1）光照强度——应用 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。 04 影响光合作用的因素 （1）光照强度——应用 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 04 影响光合作用的因素 （2）CO2浓度 1.CO2浓度影响光合作用的原理是什么？ 2.分析下图的相关知识 (1)A点、B点的生理作用过程分别是什么？ (2)A’点的生理作用过程是什么？ (3)B点以前限制光合速率的主要因素？B点以后限制光合速率的主要因素？ (4)移动问题：当植物缺Mg时，A点、B点如何移动。 3.CO2浓度在生产生活中如何运用？ 04 影响光合作用的因素 （2）CO2浓度 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。 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 吸收速率 CO2 C 释放速率 CO2 D E 分解者将有机肥分解为二氧化碳和无机盐 应用 04 影响光合作用的因素 （3）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。 O 12 14 10 一天的时间 光合作用强度 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 04 影响光合作用的因素 c.缺水 气孔关闭 限制CO2进入叶片 光合作用受影响 a.水是光合作用的原料 b.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 合理浇灌、预防干旱 应用 （4）水分 04 影响光合作用的因素 （5）矿质元素 原理：矿质元素参与构成酶、色素等重要化合物。 ① 曲线分析：为什么后半段光合速率会下降？ 矿质元素浓度太高会导致“烧苗”(细胞无法吸水) ② 应用 合理施肥可促进叶绿素合成， 促进叶面积增大， 促进光合作用产物的运输和转换， 提高光合速率 04 影响光合作用的因素 补充：光合产物积累对光合作用强度的影响 光合产物（蔗糖）从叶片中输出的速率会影响叶片的光合速率，原因有∶ 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。 04 影响光合作用的因素 多因子因素的影响 光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用 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 04 影响光合作用的因素 [2015高考改编] 科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验 1）A、B、C三组处理相比，随着______________________的增加，使光下产生的_________________________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。 2）单位光照时间内，C组植物合成有机物的量_______（填“高于，等于，低于”）D组植物合成有机物的量，依据是_______________________________________________ ____________________；C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要_____，这些反应发生的部位是叶绿体的_________ 。 光暗交替频率的影响 光照和黑暗交替频率 ATP和NADPH 高于 C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用积累相对含量却是D组的94% 光 基质 04 影响光合作用的因素 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 04 影响光合作用的因素 2.(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 05 光合作用和呼吸作用的关系 1.光合作用与细胞呼吸物质及能量转化 05 光合作用和呼吸作用的关系 1.光合作用与细胞呼吸物质及能量转化 (1)物质变化 NADPH C6H12O6 H2O [H] [典例] 将盛有适量小球藻和培养液的密闭容器放到黑暗的环境中，先通入18O2，然后给予适宜的光照，一段时间后，在小球藻合成的有机物中能够检测到18O，请用文字和箭头写出18O在小球藻细胞内的转化过程 05 光合作用和呼吸作用的关系 1.光合作用与细胞呼吸物质及能量转化 (2)能量变化 光能 ATP、NADPH中活跃的化学能 （CH2O）中稳定的化学能 NADH中活跃的化学能 热能散失 光反应电能 暗反应 有氧呼吸 Ⅰ、Ⅱ ATP中 活跃的化学能 细胞中各项生命活动 机械能、化学能、光能、电能等 各种形式的能 有氧呼吸 Ⅲ 05 光合作用和呼吸作用的关系 下图是发生在动植物体内的部分生理过程示意图，相关叙述错误 （ ） D A.消耗ATP的生理过程有③⑤⑧ B.消耗【H】的生理过程有③④⑦ C.产生和消耗等量葡萄糖，过程①生成的ATP数量多于过程④ D.只发生在动物细胞内的生理过程有⑤⑦⑧⑨ 05 光合作用和呼吸作用的关系 微观辨析“三率”的关系 CO2关系：m3=m2+m1 O2关系：n3=n2+n1 计算公式：真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率 05 光合作用和呼吸作用的关系 图像解读“三率”的关系 语言文字判断“三率” 05 光合作用和呼吸作用的关系 2.光合作用与细胞呼吸的综合曲线 【自然环境中一昼夜植物光合作用曲线】 【密闭容器中一昼夜植物光合作用曲线】 a-b b-c c-d 05 光合作用和细胞呼吸的关系 2.光合作用与细胞呼吸的综合曲线 黑暗时仅进行细胞呼吸 细胞呼吸产生CO2，曲线上升 凌晨温度下降，呼吸速率下降，CO2释放减少 温度下降，CO2释放速率减小，曲线上升缓慢 c点开始进行光合作用，光合速率小于 呼吸速率 D点前开始进行光合作用，光合速率 小于呼吸速率 05 光合作用和细胞呼吸的关系 【自然环境中一昼夜植物光合作用曲线】 【密闭容器中一昼夜植物光合作用曲线】 d de ef gh 2.光合作用与细胞呼吸的综合曲线 光合速率等于呼吸速率 光合速率等于呼吸速率 光合速率大于呼吸速率 光合速率大于呼吸速率 气孔部分关闭，CO2吸收减少 FG段气孔部分关闭，CO2吸收减少 光照强度减弱，光合速率下降 光照强度减弱，光合速率下降 05 光合作用和细胞呼吸的关系 【自然环境中一昼夜植物光合作用曲线】 【密闭容器中一昼夜植物光合作用曲线】 h hi 一昼夜是否有有机物积累 光合速率等于呼吸速率 光合速率等于呼吸速率 光合速率小于呼吸速率，直至停止 光合速率小于呼吸速率，直至停止 比较J点时CO2浓度是否比O点时低 计算：P -( M + N )是否大于0 P M N 2.光合作用与细胞呼吸的综合曲线 05 光合作用和细胞呼吸的关系 【自然环境中一昼夜植物光合作用曲线】 【密闭容器中一昼夜植物光合作用曲线】 积累有机物时间 有机物最多 有有机物最少 P M N d-h d-h h h d d 2.光合作用与细胞呼吸的综合曲线 05 光合作用和呼吸作用的关系 1.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 05 光合作用和呼吸作用的关系 2.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 05 光合作用和呼吸作用的关系 测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法 1.气体体积变化法（液滴移动法） （1）测定呼吸速率 （2）测定净光合速率 （3）物理误差校正 ——对照组 05 光合作用和呼吸作用的关系 测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法 1.气体体积变化法（液滴移动法） ①甲装置中NaHCO3溶液（或CO2缓冲液）可为光合作用提供CO2。 ②乙装置中NaOH溶液可吸收容器中的CO2。 ③对照装置用死亡的绿色植物分别进行上述实验，排除气压、温度等物理因素引起的误差。 05 光合作用和呼吸作用的关系 测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法 2.黑白瓶法——测“溶氧量”的变化 Ⅰ.“黑瓶”不透光，测定的是 ；“白瓶”给予光照，测定的是_____ _________。 呼吸量 净光 合作用量 05 光合作用和呼吸作用的关系 测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法 2.黑白瓶法——测“溶氧量”的变化 【解析】净光合量 = M白 – x， 呼吸量 = x - M黑， 总光合量 = 净光合量 + 呼吸量 = M白 - M黑 Ⅱ.设初始值为x，白瓶现有量为M白，黑瓶现有量为M黑，则：总光合量=？ 05 光合作用和呼吸作用的关系 测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法 3.“半叶法”——测定光合作用有机物的产生量 同一叶片，给予遮光和光照处理，并且阻止两部分的物质和能量转移 截取对称位置面积为S的叶片，烘干称重，记为WA、WB 总光合量 ΔW= MB - MA 光合速率为？ 05 光合作用和呼吸作用的关系 测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法 4.“叶圆片称重法”——测定有机物的变化量 本方法通过测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。 结果分析 净光合速率＝(z－y)/2S； 呼吸速率＝(x－y)/2S； 总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。 05 光合作用和呼吸作用的关系 1.利用装置甲，在相同条件下分别将绿色植物E、F的叶片制成大小相同的叶圆片，抽出空气，进行光合作用速率测定。图乙是利用装置甲测得的数据绘制成的坐标图。下列叙述正确的是 A.从图乙可看出，F植物适合在较强 光照下生长 B.光照强度为1 klx时，装置甲中放置 植物E的叶圆片进行测定时，液滴不移动 C.光照强度为3 klx时，E、F两种植物的叶圆片产生氧气的速率相等 D.光照强度为6 klx时，装置甲中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短 √ 05 光合作用和呼吸作用的关系 2.(2022·全国乙，2)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是 A.初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率 B.初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定 C.初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率 D.初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率 √ 06 光合作用拓展 1 .气孔导度与光合作用的关系 （1）表述类题型：光合午休的原因： 夏季晴朗白天，正午温度过高，蒸腾作用增强， 叶表面部分气孔关闭（气孔导度下降），CO2吸收不足。 从外界吸收CO2速率（气孔导度） 叶肉细胞利用CO2速率 （2）胞间CO2浓度取决于？ 06 光合作用拓展 [典例1] 某种番茄的黄化突变体与野生型相比，叶片中的叶绿素、类胡萝卜素含量均降低。净光合作用速率(实际光合作用速率－呼吸速率)、呼吸速率及相关指标如表所示： 1) 番茄的黄化突变可能________(填“促进”或“抑制”)叶绿素a向叶绿素b转化的过程。 2) 突变体叶片中叶绿体对CO2的消耗速率比野生型降低了______ μ mol·m－2·s－1。研究人员认为气孔因素不是导致突变体光合速率降低的限制因素，依据是___ _____________________________________________________________________。 抑制 2. 94 突变体叶片中的细胞间CO2浓度高 06 光合作用拓展 2 .植物激素调节与光合作用 [2019年新课标I卷] （12分）将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小，回答下列问题。 1）经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力_______________________。 2）与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会__________，出现这种变化的主要原因是___________________。 3）有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。 06 光合作用拓展 2 .植物激素调节与光合作用 3）有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。 提示：取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度，预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。 将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。 预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。 06 光合作用拓展 3 .C3植物、C4植物和CAM植物 自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同可以分为C3、C4和CAM三种类型。 （1）C3途径 也称卡尔文循环，整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始到C5再生结束，在叶绿体基质中进行， 可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。 大麦、小麦、大豆、菜豆、水稻、马铃薯等。 常见的C3植物有 06 光合作用拓展 C4植物大多起源于热带，为了防止水分过度蒸发，C4植物常常关闭叶片上的气孔，这样空气中的CO2就不易进入叶肉细胞，不能满足光合作用对CO2的需求。 C4植物中含有能固定CO2为C4的相关酶——PEP羧化酶，可把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来。 常见的C4植物有 玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。 （2）C4途径 06 光合作用拓展 （2）C4途径 胞间连丝 06 光合作用拓展 （2）C4途径 胞间连丝 （1）CO2固定场所 叶肉细胞细胞质基质、 维管束鞘细胞叶绿体 （2）光反应场所 叶肉细胞类囊体薄膜 （3）暗反应场所 维管束鞘细胞叶绿体基质 06 光合作用拓展 （2）C4途径 CO2泵：PEP羧化酶对CO2的亲和力极高，具有把外界低浓度CO2浓缩到维管束鞘细胞中的作用。PEP羧化酶的活性比RuBP羧化酶的活性高60倍。 C4植物具有耐高温、光照强烈、干旱的能力。 原因： PEP羧化酶与CO2亲和力大且不与O2亲和，它提高了C4植物固定CO2的能力，并且无光合午休现象。 06 光合作用拓展 （3）CAM途径 CAM植物（景天科植物）夜间气孔开放吸进CO2，CO2经一系列反应转化为苹果酸储存在液泡中。白天气孔关闭，苹果酸经一系列反应转化为CO2，进入C3途径合成淀粉； 常见的CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等，可适应干旱炎热的环境 06 光合作用拓展 C3植物 C4植物 CAM植物 06 光合作用拓展 特征 C3植物 C4植物 CAM植物 CO2最初结合的物质 RuBP(C5) PEP PEP CO2固定的最初产物 C3 C4 草酰乙酸 CO2固定的时间 白天 白天 夜晚和白天 光反应的场所 叶肉细胞 类囊体薄膜 叶肉细胞 类囊体薄膜 叶肉细胞 类囊体薄膜 卡尔文循环的场所 叶肉细胞的 叶绿体基质 维管束鞘细胞的叶绿体基质 叶肉细胞的 叶绿体基质 有无光合午休 有 无 无 C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。 06 光合作用拓展 [典例2]百合以气孔白天关闭、夜间开放的特殊方式适应高温干旱环境。下面为百合叶肉细胞内的部分代谢示意图，据图分析错误的是（ ） A.图中B物质可能是葡萄糖 B.线粒体和细胞质基质均能产生CO2 C.PEP、RuBP均能与CO2结合 D.夜间细胞液pH可能会下降 A 06 光合作用拓展 （1）光呼吸的发现 1955年科学家德柯尔用红外线气体分析仪测定烟草光合速率时发现正在进行光合作用的烟草叶片在光照停止后会快速释放CO2，这种现象称为“二氧化碳的猝发” 4.光呼吸 06 光合作用拓展 4.光呼吸 （2）光呼吸的起因 O2和CO2竞争Rubisco，Rubisco即RuBP羧化加氧酶， ①高CO2浓度、低O2时，进行羧化 ①高O2浓度、低CO2时，进行加氧 06 光合作用拓展 4.光呼吸 （3）光呼吸的实质 ①是所有进行光合作用的细胞在光照、高O2、低CO2情况下发生的一个生化过程。 ②是光合作用一个损耗能量的副反应。 ③此过程中消耗O2，生成CO2。 06 光合作用拓展 4.光呼吸 （4）光呼吸的危害 ①如果在较强光下，光呼吸加强，使得C5氧化分解加强，一部分碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。 ②光呼吸过程中消耗了ATP和还原氢，即造成了能量的损耗。 06 光合作用拓展 4.光呼吸 （5）光呼吸的意义 ①强光下，由于光反应速率大于暗反应速率，此时光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的NADPH和ATP，防止强光对叶绿体的破坏； ②又可以为暗反应阶段提供原料，因此光呼吸对植物有重要的正面意义。　　　 思考： C4植物的光呼吸很小，why？ 06 光合作用拓展 5 .磷酸转运器 3CO2 3C5 6C3 5(磷酸丙糖) 知识拓展：还原产物——三碳糖的去向 NADPH ATP CO2的固定 C3的还原 C5的再生 ATP 磷酸丙糖 葡糖糖 淀粉 (暂时储存) 磷酸丙糖 Pi Pi 蔗糖 Pi Pi 植物各处 筛管运输 去向1 去向2 去向3 磷酸 转运器 6(磷酸丙糖) a.H：3H2O 。 b.C：14CO2 。 c.O：H218O ；C18O2 。 < < $$