内容正文:
光合作用
第10讲
2026年高考一轮复习
2026年高考一轮复习
黑吉辽蒙专用
1
智能导览·极速定位
02
体系构建·思维领航
03
考点突破·考向探究
04
真题感知·命题洞见
考点一 捕获光能的色素和结构
知识点1 色素的提取与分离实验
知识点2 捕获光能的色素和结构
考向1 色素的提取与分离实验
考向2 捕获光能的色素
考点二 光合作用的原理与应用
知识点1 探索光合作用原理的部分实验
知识点2 光合作用过程
01
考情解码·考点定标
05
学以致用·能力提升
教材边角挖掘
命题情境创设
考向1 探究光合作用的历程
考向2 光合作用过程的分析
考点三 影响光合作用的因素及应用
知识1 探究环境因素对光合作用强度的影响
知识2 影响光合作用的因素及应用
知识3 光合作用与细胞呼吸联系
知识4 光合速率的测定方法
考向1 环境因素对光合作用的影响
考向2 光合作用与呼吸作用的联系
考情透视·目标导航
考情分析 1.从命题题型和内容上看,主要以非选择题的形式考查。吸收光能的色素及结构属于高考中的中频考点,常考查色素的提取和分离、光反应和暗反应的场所、中间产物的产生部位与作用部位,主要考查理解能力、解决问题的能力。探究环境因素对光合作用强度的影响及光合作用的影响因素是高考中的高频考点,常以实验过程、结果为情境,考查内在因素、外界因素对光合作用强度的影响。在2025年、2024年、2023年、2022年辽宁卷非选择题中考查。2025年,山东卷,云南卷,河南卷中有出题考查。
复习目标
1.了解植物捕获光能的色素的种类和作用,掌握绿叶中色素提取和分离的原理和方法;
2.阐明光合作用的过程,并从物质与能量观视角理解光合作用的原理;
3.掌握探究环境因素对光合作用强度的影响实验的基本方法;
4.分析影响光合作用的因素,关注光合作用原理在生产上的应用。
3
光合作用的原理与应用
光合作用
捕获光能的色素和结构
体系构建·思维领航
探索光合作用原理的部分实验
光合作用的过程
色素提取和分离实验
叶绿体
光合作用与细胞呼吸联系
实际光合速率、净光合速率 、呼吸速率的关系
光合速率、呼吸速率的测定方法
影响光合作用的因素及应用
内部因素
外部因素
实验原理
实验步骤
实验结果
异常分析
相关
实验
结构
恩格尔曼实验
三棱镜实验
概念及反应式
过程
概念
反应式
实质
场所
物质转换
能量转换
关系
延伸知识
元素转移途径
与化能合成作用的区别
环境因素变化时光合作用各物质含量的变化
光照强度
CO2浓度
温度
水分和无机盐
考点突破·考向定标
考点一
捕获光能的色素和结构
白化苗因不能形成叶绿素,不能光合作用,待贮存的养分耗尽后死。
正常幼苗含绿色色素,能进行光合作用制造有机养料;可以正常生长
能得出什么推论?
叶片中的色素可能与光能的捕获有关。
哪些结构含色素
液泡:花青素
叶绿体:光合色素
注:仅叶绿体中的
色素可以捕获光能
如何提取和分离的叶绿体中的
色素呢?
知识点1 色素的提取与分离实验
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
1.实验原理:
提取原理:
提取试剂:
分离原理:
分离方法:
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。
纸层析法
绿叶中色素在层析液(汽油)中的溶解度不同。
溶解度大,扩散速度快;
溶解度小,扩散速度慢。
无水乙醇
知识点1 色素的提取与分离实验
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
注意: 如果实验室没有无水乙醇,也可以用体积分数为95%的乙醇,但需要加入适量的无水碳酸钠。
由石油醚、丙酮、苯混合而成
2.实验步骤:
(1)提取色素:
①鲜嫩、颜色深绿的叶片 ②称取、剪碎 ③加入SiO2和CaCO3、10ml 无水乙醇 ④迅速研磨并用单层尼龙布过滤, 过滤后及时用棉塞将试管塞严
色素含量高
帮助研磨充分
保护叶绿素
溶解色素
防止滤纸吸附色素
知识点1 色素的提取与分离实验
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
干燥滤纸
剪两角原因?
铅笔线
1cm
★要求:细、直、齐 ;待滤液干后,重复1—2次( )
积累更多色素
(3)画滤液细线
(2)制备滤纸条
减少边缘效应,造成两边色素扩散快,保证色素带整齐。
知识点1 色素的提取与分离实验
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
在距离剪角一端1cm处用铅笔画一条细的横线
(4)分离绿叶中的色素:
层析液
培养皿
滤液线
★要求:滤液线不能触及层析液
防止色素溶解在层析液中,无法分离
(防止层析液挥发,因其易挥发且有毒)
知识点1 色素的提取与分离实验
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
知识点1 色素的提取与分离实验
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
色素带 色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
橙黄色
最少
最高
最快
黄色
较少
较高
较快
蓝绿色
最多
较低
较慢
黄绿色
较多
最低
最慢
叶绿素由C、H、O、N、Mg构成
叶绿素
(含量约占3/4)
类胡萝卜素(含量约占1/4)
3.实验结果及分析
色素的功能:
吸收、传递、转化光能
5.色素的功能:
叶绿素溶液
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
色素提取液
知识点1 色素的提取与分离实验
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
5.色素的功能:
知识点1 色素的提取与分离实验
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
类胡萝卜素
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
结论:一般情况下,光合作用吸收的光是可见光。叶绿素主要吸收蓝紫光和红光;类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
吸收(四种色素)、传递(四种色素)、转化(只有少数特殊状态的叶绿素a)光能
胡萝卜素:C40H56
叶黄素:C40H56O2
叶绿素a: C55H72O5N4Mg
叶绿素b: C55H70O6N4Mg
5.色素的功能:
知识点1 色素的提取与分离实验
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
知识点1 色素的提取与分离实验
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
0
450
500
550
600
650
700
400
50
100
吸收光能的百分比
波长/nm
类胡萝卜素
叶绿素a
叶绿素b
认真观察“叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱”,找出各色素吸收峰值范围
知识点1 色素的提取与分离实验
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
吸收范围
可见光的波长范围大约是400 ~ 760nm。
一般叶绿体中的色素只吸收可见光,对红外光和紫外光不吸收
色素功能:
类胡萝卜素主要吸收 。
蓝紫光和红光
蓝紫光
叶绿素主要吸收 ;
(吸收、传递转化光能)
知识点1 色素的提取与分离实验
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
源于必修1 P99“图5-12”“旁栏思考”
(1)从叶绿素吸收光谱图可知:叶绿素a在红光部分的吸收带较叶绿素b偏向长波方面,且吸收光谱带比叶绿素b宽,叶绿素b在蓝紫光部分的吸收光谱带比叶绿素a (填“宽”或“窄”)。
(2)研究表明:在遮光条件下,以蓝紫光为主的散光占比增加。请预测:在适当遮光的条件下叶片(比如同一植物底层叶片)中叶绿素a/b ,弱光下的吸光能力 ,有利于提高植物的捕光能力,是对弱光环境的一种适应。
宽
降低
增强
6.实验结果异常分析:
(1)收集的滤液绿色过浅的原因分析
①未加石英砂(二氧化硅),研磨不充分。
(2)滤纸条色素带重叠
没等干后再划线、滤液线不能达到细、齐的要求,使色素扩散不一致造成的。
②菠菜叶不新鲜,滤液色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇提取浓度太低
④未加碳酸钙或加入过少,色素分子被破坏。
知识点1 色素的提取与分离实验
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
6.实验结果异常分析:
(3)滤纸条看不到色素带
①忘记画滤液细线。
②滤液细线接触到层析液,色素溶解到层析液中。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带:
忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
除了用滤纸条分离色素外,
还可以有其他的方法吗?
知识点1 色素的提取与分离实验
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
●在滤纸的中央滴一滴色素提取液
●再滴一滴层析液
●由外向内依次是什么颜色?分别是什么色素?
色素随层析液扩散,会得到近似同心环的4个色素圈。
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
B结果的原因:
C结果的原因:
D结果的原因:
叶绿素的合成需要光照,在黑暗条件下,不能合成叶绿素
缺水条件下,叶绿素合成速率<分解速率,叶绿素含量降低
镁是合成叶绿素的重要成分,在缺镁培养液中无法合成叶绿素。
【突破】1.影响叶绿素合成因素的分析
光照
温度
必需元素(Mg、N)
(叶绿素的稳定性比类胡萝卜素低)
知识点1 色素的提取与分离实验
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
光合色素/细胞液色素/光敏色素
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
光敏色素:色素蛋白复合体,吸收红光和远红光,植物各器官都有分部,分生组织中一般含量较多,在受到光照时,结构改变,经信号传递传到细胞核中,影响特定基因的表达,从而表现出生物学效应。
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
知识点1 色素的提取与分离实验
【与社会联系】
温室或大棚种植蔬菜时。应选择什么颜色的塑料薄膜做顶棚产量高或阴天或夜间给大棚内的农作物补充光源?
无色透明大棚各色光均能透过,有色大棚主要透过同色光,其他光被其吸收,所以用无色透明的大棚光合效率最高,绿色塑料大棚光合效率最低。
1.不同“薄膜颜色”的透光情况比较
红色薄膜
蓝色薄膜
无色薄膜
白光
结论:塑料大棚应选用无色薄膜
考点一 捕获光能的色素和结构
知识点1 色素的提取与分离实验
知识夯基
考向研析
2.不同灯泡(功率相同)产生光的情况比较
白光灯泡
红光灯泡
紫光灯泡
结论:补光时应使用红灯泡或紫灯泡
考点一 捕获光能的色素和结构
知识点1 色素的提取与分离实验
知识夯基
考向研析
3.联系实际
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;
知识点2 捕获光能的色素和结构
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
结构
功能:
实验:
外部:
内部
叶绿体基质:
基粒:
进行光合作用的场所
好氧细菌只分布于叶绿体被光束照射的部位
含有与暗反应有关的酶
由类囊体堆叠而成分布有色素和与光反应有关的酶
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
完全光照
黑暗,无空气
极细光束照射
好氧细菌
下面是光合作用探究历程中恩格尔曼的实验示意图,请分析:
(1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处?
(2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗
环境中进行的原因是什么?
(3)实验设计中是如何形成对照的?
选择水绵和好氧细菌,水绵的叶绿体呈螺旋式带状,便于观察;用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位。
排除氧气和极细光束外的其他光的干扰
照光处理与不照光、黑暗与完全曝光
叶绿体能吸收光能用于光合作用氧气是叶绿体释放出来的
(4)由此实验能得出什么结论?
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
(5)在第二个实验中,大量的好氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域,为什么?
这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光,在此波长光的照射下,叶绿体会释放氧气,大量的好氧细菌在此区域分布。
知识点2 捕获光能的色素和结构
海洋中的藻类,习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻,它们在海水
中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗?
红藻
绿藻
褐藻
波长长
波长短,能到达深海区域
反射绿光,吸
收红、蓝紫光
反射红光,吸
收蓝紫光较多
反射红黄光,吸收蓝紫光绿光
波长适中
水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多,即到达深水层的光线是短波长的光。因此,吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层;吸收蓝紫光和绿光较多的褐藻分布于海水中层,吸收蓝紫光较多的红藻分布于海水的深层。
海洋中藻类的垂直分布是
海洋群落垂直结构的体现。
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
知识点2 捕获光能的色素和结构
研究表明,光照会影响韭菜叶绿素的合成,但不会影响类胡萝卜素的合成。请利用色素的提取和分离技术,以暗处生长的韭菜幼苗作为材料,设计实验以验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
实验思路:__________________________________________________________。
预期结果:__________________________________________________________。
将部分韭菜幼苗置于光照条件下培养(甲组),部分置于黑暗条件下培养(乙组)。一段时间后,提取并用纸层析法分离两组韭菜中的色素,比较滤纸条上的色素带。
甲组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带与乙组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带基本一致;甲组滤纸条上有蓝绿色和黄绿色的色素带,乙组滤纸条上没有蓝绿色和黄绿色的色素带
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
知识点2 捕获光能的色素和结构
(1)分离提取液中的光合色素可采用纸层析法。( )
(2)研磨时用水补充损失的提取液。( )
提示 光合色素不溶于水,应用无水乙醇。
(3)叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得越慢。( )
提示 溶解度越高扩散得越快。
(4)用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏。( )
√
×
×
×
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
(5)纸层析法分离叶绿体色素时,以多种有机溶剂的混合物作为层析液。( )
(6)依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离。( )
提示 依据各种光合色素在层析液中的溶解度不同。
(7)提取光合色素的实验中,研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素。( )
提示 加入CaCO3防止叶绿素被破坏。
√
×
×
迁移应用
评价
知识夯基
考向研析
考向一 色素的提取与分离实验
考点一 捕获光能的色素和结构
1.银杏是我国特有的珍稀植物,其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别,下列实验操作正确的是( )
A.选择新鲜程度不同的叶片混合研磨
B.研磨时用水补充损失的提取液
C.将两组滤纸条置于同一烧杯中层析
D.用过的层析液直接倒入下水道
C
选择新鲜程度不同的叶片分开研磨
提取液为无水乙醇,光合色素不溶于水,故不能用水补充损失的提取液
两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层析
用过的层析液含有石油醚、丙酮和苯,不能直接倒入下水道
知识夯基
考向研析
考向一 色素的提取与分离实验
考点一 捕获光能的色素和结构
2.为探究不同光照强度对叶色的影响,取紫鸭跖草在不同光照强度下,其他条件相同且适宜,分组栽培,一段时间后获取各组光合色素提取液,用分光光度法(一束单色光通过溶液时,溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比)分别测定每组各种光合色素含量。下列叙述错误的是( )
A.叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素
B.分离提取液中的光合色素可采用纸层析法
C.光合色素相对含量不同可使叶色出现差异
D.测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段
D
因为类胡萝卜素和叶绿素都可吸收蓝紫光,而叶绿素可吸收红光,因此测定叶绿素的含量时可使用红光波段,D错误。
知识夯基
考向研析
考向一 色素的提取与分离实验
考点一 捕获光能的色素和结构
3.下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是( )
A.用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏
B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但易出现色素带重叠
C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量
D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带,花青素位于叶绿素a、b之间
B
提取叶绿体中的色素时,加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏
连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但也会使滤液细线过粗,从而在分离中出现色素带重叠的现象
该实验只能定性分析色素的种类及溶解度等,无法准确测定滤液中各种色素的含量
花青素是水溶性色素,不可通过该实验中的有机溶剂提取
知识夯基
考向研析
考向二 捕获光能的色素
考点一 捕获光能的色素和结构
1.植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述错误的是( )
A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得越慢
D
绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸条上扩散得越快
知识夯基
考向研析
考点一 捕获光能的色素和结构
考向二 捕获光能的色素
1.某同学从杨树叶片中提取并分离得到4种色素样品,经测定得到下列吸收
光谱图,其中属于叶绿素b的是( )
A B C D
A
叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光,从可见光谱上看,这两种光在光谱的两端,其他的光也能少量吸收,所以叶绿素b吸收可见光的峰值在可见光谱的两端,BCD错误,A正确。
考点突破·考向定标
考点二
光合作用的原理与应用
知识夯基
考向研析
考点二 光合作用的原理与应用
知识点1 探索光合作用原理的部分实验
年份 科学家 发现
19世纪末 — 普遍认为,在光合作用中,CO2分子的C和O被分开,O2被释放,C与H2O结合成甲醛,然后甲醛分子缩合成糖
1928 — 发现 对植物有毒害作用,而且甲醛不能通过_________转化成糖
1937 英国植物学家希尔 发现希尔反应,即离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应
甲醛
光合作用
知识夯基
考向研析
考点二 光合作用的原理与应用
知识点1 探索光合作用原理的部分实验
①源于必修1 P103“思考·讨论”:尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
提示:如图所示
②必修1 P102“思考·讨论”: 希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应?
能说明,希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的,悬浮液中有H2O,没有合成糖的另一种必需原料——CO2,因此,该实验说明水的光解并非必须与糖的合成直接关联,暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。
1941 美国科学家鲁宾和卡门 用同位素标记的方法,研究了光合作用中氧气全部来源于H2O:
H218O+CO2→植物→18O2;
H2O+C18O2→植物→O2
对比实验,即相互对照,自变量为标记物质,因变量为氧气是否含18O
注意:15N、18O无放射性,属于稳定同位素
知识夯基
考向研析
考点二 光合作用的原理与应用
知识点1 探索光合作用原理的部分实验
知识夯基
考向研析
考点二 光合作用的原理与应用
知识点1 探索光合作用原理的部分实验
1954 美国科学家______ 发现在光照下,叶绿体可合成 。1957年,他发现该过程总是与 相伴随
阿尔农
ATP
水的光解
H2O
O2
A
2
2
+
光照
AH2
2
+
能量
+
Pi
ATP
ADP
知识夯基
考向研析
考点二 光合作用的原理与应用
知识点1 探索光合作用原理的部分实验
(1)叶绿体中的电子受体的发现
探索光合作用原理的部分实验(补充)
H2O
O2
NADPH + H+
2
2
+
光照
2
+
NADP+
叶绿体
水是最终的电子供体,NADP+是最终的电子受体
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。
知识夯基
考向研析
考点二 光合作用的原理与应用
知识点1 探索光合作用原理的部分实验
1966年,美国科学家雅根多夫在黑暗条件下将叶绿体置于pH为4的缓冲液中15 s后,再将叶绿体转移至含有ADP和Pi、pH为8的缓冲液中,此时类囊体膜内侧pH为4,外侧pH为8,随后类囊体膜两侧这一 pH 梯度逐渐减小,同时还伴随有 ATP 的生成。
(2)叶绿体产生ATP的机制
pH=4
pH=7
pH=4
pH=4
pH=8
pH=8
pH=7
pH=7
pH=4
黑暗
15s
移至新
缓冲液中
考点二 光合作用的原理与应用
知识点1 探索光合作用原理的部分实验
1966年,美国科学家雅根多夫在黑暗条件下将叶绿体置于pH为4的缓冲液中15 s后,再将叶绿体转移至含有ADP和Pi、pH为8的缓冲液中,此时类囊体膜内侧pH为4,外侧pH为8,随后类囊体膜两侧这一 pH 梯度逐渐减小,同时还伴随有 ATP 的生成。
pH=8
pH=8
pH=4
pH=4
pH=4
pH=4
pH=4
pH=4
pH=8
pH=4
H+
ADP+Pi
ATP
说明:叶绿体中ATP生成的直接驱动力是______________
H+浓度梯度
这与有氧呼吸中_____________ ATP的生成机制相似。
线粒体内膜上
知识夯基
考向研析
1.概念:光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧气的过程。
2.反应式:
3.实质:
考点二 光合作用的原理与应用
知识夯基
考向研析
知识点2 光合作用过程
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)
43
知识夯基
考向研析
考点二 光合作用的原理与应用
知识点2 光合作用过程
光反应
还 原
O2
H2O
NADPH
ATP
ADP+Pi
NADP+
C3
C5
暗反应
固 定
多种酶参加催化
类囊体膜上的色素
光能
CO2
(CH2O)
4、过程:根据是否需要光能,这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应(现在也称为碳反应)两个阶段。
考点二 光合作用的原理与应用
知识点2 光合作用过程
比较项目 光反应阶段 暗反应阶段
区别 反应场所
需要条件
反应速度
与光的关系
能量变化
叶绿体的类囊体薄膜上
叶绿体基质
较快
较缓慢
必须有光
光、光合色素、酶
多种酶
ATP中活跃的化学能、NADPH的能量
光能
ATP中活跃的化学能、NADPH的能量
有机物中稳定的化学能
有光无光均可
考点二 光合作用的原理与应用
知识点2 光合作用过程
比较项目 光反应阶段 暗反应阶段
区别 物质变化
H2O 2H++1/2O2+2e-
①水的光解:
②NADPH的合成:
③ATP的合成:
光
色素
NADP++H++2e- NADPH
①CO2的固定:
②C3的还原:
③ATP的水解:
④NADPH的分解:
CO2+C5 2C3
2C3 C5+(CH2O)
ATP ADP+Pi+能量
NADPH NADP++H++2e-
ADP+Pi+能量 ATP
酶
酶
酶
酶
ATP、NADPH
酶
酶
考点二 光合作用的原理与应用
知识点2 光合作用过程
比较项目 光反应阶段 暗反应阶段
联系
①物质联系:
光反应生成的ATP和NADPH供暗反应C3的还原,而暗反应为光反应提供了ADP、Pi和NADP+。
光反应为暗反应提供了活跃的化学能,暗反应将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能
②能量联系:
知识夯基
考向研析
考点二 光合作用的原理与应用
知识点2 光合作用过程
(1)水分解为氧和H+的同时,被叶绿体夺去两个电子。电子经传递,可用于NADP+与H+结合形成NADPH。NADPH的作用是什么?
提示:可作为暗反应的还原剂;储备部分能量供暗反应利用。
(2)呼吸作用产生的ATP用于各项生命活动,光反应产生的ATP有什么作用?
提示:光反应产生的ATP主要用于暗反应,也可以用于叶绿体中的生命活动
思考讨论:
知识夯基
考向研析
考点二 光合作用的原理与应用
知识点2 光合作用过程
(3)CO2如何参与光合作用?
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。
方法:同位素标记法、放射性自显影技术。
结论:光合产物中有机物的碳来自CO2
(5)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
(4)C3是指三碳化合物——__________________
C5是指五碳化合物——______________________________________________________
3-磷酸甘
油酸
核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)
知识夯基
考向研析
考点二 光合作用的原理与应用
知识点2 光合作用过程
知识夯基
考向研析
考点二 光合作用的原理与应用
(6)暗反应阶段中还原产物——三碳糖的去向
3CO2
3C5
6C3
5(磷酸丙糖)
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)
植物叶肉细胞光合作用的碳反应、糖与淀粉合成代谢途径如图所示。 图中叶绿体内膜上的磷酸转运转运出1分子三碳糖磷酸的同时转运进1分子Pi(无机磷酸)请据图回答:
(1) 淀粉和蔗糖的合成场所分别是____________、____________。
卡尔文循环
三碳糖磷酸
磷酸
转运器
Pi
三碳糖磷酸
Pi
蔗糖
Pi
细胞外
细胞质基质
淀粉
Pi
CO2
叶绿体内膜
叶绿体基质
细胞质基质
知识夯基
考向研析
考点二 光合作用的原理与应用
(6)暗反应阶段中还原产物——三碳糖的去向
(2)若磷酸转运器功能正常,________合成或输出受阻, 则进入叶绿体的 Pi数量减少,使三碳糖磷酸大量积累于_____________中,也导致了光反应中合成_______数量下降,卡尔文循环减速。上述这种三碳糖磷酸对卡尔文循环的调节属于_____________。此时过多的三碳糖磷酸将用于合成___________,以此卡尔文循环运行。
卡尔文循环
三碳糖磷酸
磷酸
转运器
Pi
三碳糖磷酸
Pi
蔗糖
Pi
细胞外
细胞质基质
淀粉
Pi
CO2
叶绿体内膜
蔗糖
叶绿体基质
ATP
负反馈调节
淀粉合成
知识夯基
考向研析
考点二 光合作用的原理与应用
(6)暗反应阶段中还原产物——三碳糖的去向
53
考点二 光合作用的原理与应用
知识点2 光合作用过程
5.光合作用过程中元素转移途径
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
知识夯基
考向研析
考点二 光合作用的原理与应用
知识点2 光合作用过程
6.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
①分析方法:(“来源-去路”法)需从物质的生成和消耗两个方向综合分析。示例:CO2供应正常,光照停止时C3的含量变化
知识夯基
考向研析
考点二 光合作用的原理与应用
知识点2 光合作用过程
6.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
①分析方法:(“来源-去路”法)需从物质的生成和消耗两个方向综合分析。示例:CO2供应正常,光照停止时C3的含量变化
知识夯基
考向研析
考点二 光合作用的原理与应用
知识点2 光合作用过程
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
②分析方法:
6.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
知识夯基
考向研析
考点二 光合作用的原理与应用
知识点2 光合作用过程
7.连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析
(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。
(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。
原因是: 。
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。
知识夯基
考向研析
考点二 光合作用的原理与应用
知识点2 光合作用过程
化能合成作用
概念: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
硝化细菌
2HNO2+O2 2HNO3+能量
硝化细菌
6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2
能量
注意区分硝化细菌和固氮型微生物:固氮菌将N2转化为植物可利用的氮肥,提高土壤肥力
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
条件 光、色素、酶 酶
原料 CO2和H2O等无机物
产物 等有机物
能量来源 _____ 某些无机物氧化时释放的能量
生物种类 绿色植物、蓝细菌等 、硫细菌等
糖类
光能
硝化细菌
知识夯基
考向研析
考点二 光合作用的原理与应用
知识点2 光合作用过程
考点二 光合作用的原理与应用
知识点1 探索光合作用原理的部分实验
知识夯基
考向研析
1.1941年,美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法,研究了光合作用中产生的氧气的来源,实验部分过程及结果如图所示。下列叙述正确的是( )
A.18O不具有放射性,是稳定的同位素,可用于
示踪物质运行和变化规律
B.另一组实验及结果图应为:将H218O换成H2O,
CO2换成C18O2,其余不变
C.该实验的预期结论是光合作用产生的O2中的氧部分来自水
D.实验中小球藻的细胞内含有藻蓝素和叶绿素,没有完整的叶绿体
A
另一组实验及结果图应为:将H218O换成H2O、CO2换成C18O2、18O2换成O2,其余不变
该实验的预期结论是光合作用产生的O2中的氧全部来自水
小球藻是真核生物,不同于蓝细菌,具有完整的叶绿体,含有叶绿素和类胡萝卜素
考点二 光合作用的原理与应用
知识点1 探索光合作用原理的部分实验
知识夯基
考向研析
2.英国植物学家希尔发现,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。离体叶绿体在适当条件下发生水的光解,产生氧气的化学反应称为“希尔反应”。下列说法错误的是( )
A.希尔反应不能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水
B.可用放射性同位素标记法追踪水中氧原子的去路
C.希尔反应模拟了叶绿体反应阶段的部分变化
D.希尔反应说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应
B
氧原子的同位素18O是稳定性同位素,无放射性
3.下列关于光合作用探究历程的叙述,错误的是( )
A.希尔的实验说明水的光解产生氧气,且氧气中的氧元素完全来自水
B.在恩格尔曼的实验中,受到均匀光照,好氧菌分布在水绵带状叶绿体
所有受光的部位
C.鲁宾和卡门的实验中,改变水中H218O的所占比例,植物释放的18O2的所占比例也随之改变
D.供给小球藻14CO2,叶绿体内的三碳化合物首先出现14C
A
希尔的实验说明水的光解产生氧气,但没探究CO2的相关实验,故不能说明植物光合作用产生的氧气全部来自水,A错误。
考点二 光合作用的原理与应用
知识点1 探索光合作用原理的部分实验
知识夯基
考向研析
考点二 光合作用的原理与应用
考向二 光合作用过程
知识夯基
考向研析
1.下图为绿色植物光合作用过程示意图(图中a~g为物质,①~⑥为反应过程,物质转换用实线表示,能量传递用虚线表示)。下列有关叙述正确的是错误的是 ( )
B
A.图中①表示水分的吸收,③表示水的光解
B.c为ATP,f为NADPH
C.将b物质用18O标记,最终在(CH2O)中能检测到放射性
D.图中a物质主要吸收红光和蓝紫光,绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能
1.在一定条件下,下列关于某叶肉细胞内叶绿体和线粒体生理活动的叙述,正确的是( )
A.若突然增加CO2浓度,则短时间内叶绿体中C3比ADP先增加
B.光照下两者发生氧化反应时都释放能量供各项生命活动利用
C.若突然增加光照强度,则短时间内叶绿体中C5比ADP先减少
D.光照下叶绿体直接为线粒体提供O2和葡萄糖
A
考点二 光合作用的原理与应用
考向二 光合作用过程
知识夯基
考向研析
若突然增加CO2浓度,首先是CO2固定生成C3增多,C3增多,还原C3的速率加快,此时消耗ATP产生ADP才增多,所以短时间内叶绿体中C3比ADP先增加
2.植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体,PSⅡ光复合体含有光合色素,能吸收光能,并分解水。研究发现,PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ,通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是( )
A.叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降,PSIⅡ光复合体对光能的捕获增强
B.Mg2+含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱
C.弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合,不利于对光能的捕获
D.PSⅡ光复合体分解水可以产生H+、电子和O2
叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降,LHCⅡ与PSⅡ分离减少,PSIⅡ光复合体对光能的捕获增强
Mg2+是叶绿素的组成成分,其含量减少会导致PSⅡ光复合体上的叶绿素含量减少,导致对光能的捕获减弱
弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合,增强对光能的捕获
考点二 光合作用的原理与应用
考向二 光合作用过程
知识夯基
考向研析
C
考点二 光合作用的原理与应用
考向二 光合作用过程
知识夯基
考向研析
3.如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可用于暗反应及叶绿体内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
水光解产生O2的场所是叶绿体的类囊体膜上,若被有氧呼吸利用,其场所在线粒体内膜,O2从叶绿体类囊体膜开始,穿过叶绿体2层膜,然后进入同一细胞中的线粒体,经过外膜后就到达了内膜,所以至少要穿过5层膜
考点二 光合作用的原理与应用
考向二 光合作用过程
知识夯基
考向研析
4.人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类,相关装置及过程如图所示,其中甲、乙表示物质,模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
考点二 光合作用的原理与应用
知识夯基
考向研析
(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是 ,模块3中的甲可与CO2结合,甲为 。
(2)若正常运转过程中气泵突然停转,则短时间内乙的含量将 (填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长,模块2中的能量转换效率也会发生改变,原因是 。
(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,该系统糖类的积累量
(填“高于”“低于”或“等于”)植物,原因是
。
(4)干旱条件下,很多植物光合作用速率降低,主要原因是
。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低,在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
模块1和模块2
五碳化合物(或:C5)
减少
模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+不足
高于
人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或:植物呼吸作用消耗糖类)
叶片气孔开放程度降低,CO2的吸收量减少
考点突破·考向定标
考点三
影响光合作用的因素及应用
知识点1 探究环境因素对光合作用强度的影响
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
(2)表示方法:
单位时间内光合作用
制造有机物的量
固定CO2的量
产生02的量
光合作用强度(速率)
(1)概念:
植物在单位时间内通过光合作用制造的糖类的数量
(是光合作用反应强弱的指标)
知识点1 探究环境因素对光合作用强度的影响
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
知识点1 探究环境因素对光合作用强度的影响
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
①利用抽气法排出叶片细胞间隙中的______,使其沉入水中。
②通过____________________________控制 。
③光合作用产生O2, 叶片上浮。
根据________________________________,判断不同光照强度下光合作用强度的大小。
气体
LED台灯与烧杯之间的距离
光照强度
单位时间内圆形小叶片上浮的数量
(1)实验原理:
O2充满细胞间隙
自变量:
光照强弱
因变量:
光合作用强度
相同时间小圆形叶片浮起的数量
用5W的LED灯作为光源,利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度
控制方法
检测方法
无关变量:
温度、CO2浓度,光照时间等
(2)实验设计:
知识点1 探究环境因素对光合作用强度的影响
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
知识点1 探究环境因素对光合作用强度的影响
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
打孔器
注射器
(3)实验步骤:
取材
器材:
目的:
制备30片圆形小叶片
排气
器材:
目的:
使圆形小叶片中的气体逸出
沉水
条件:
原因:
放在黑暗处
细胞间隙充满了水
分组
取3只小烧杯,分别倒入富含CO2的清水、分别放入10片圆形小叶片
光照
分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照
观察记录
同一时间段内各实验
装置中圆形小叶片浮起的数量。
知识点1 探究环境因素对光合作用强度的影响
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
灯会产生热量,距离越近(功率越大)热量越多,从而影响装置溶液的温度,请提
出改进措施。_____________________________________________________________
_______________________________________________。
在台灯和盛有圆形小叶片的烧杯之间放一盛水的玻璃柱,该玻璃柱可
以吸收灯光的热量,避免光照对烧杯内水温产生影响
知识点1 探究环境因素对光合作用强度的影响
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
在一定光照强度范围内,光合作用随着光照强度的增加而增强
强(10CM) 中(20CM) 弱(30CM)
5分钟
10分钟
15分钟
20分钟
(4)实验结果:
(5)实验结论:
10片
10片
10片
10片
0片
4片
5片
6片
0片
0片
1片
2片
知识点1 探究环境因素对光合作用强度的影响
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
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。
(1)叶片上浮的原因是光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2,不要片面认为只是光合作用产生了O2。
(2)打孔时要避开大的叶脉,因为叶脉中没有叶绿体,而且会延长小圆形叶片上浮的时间,影响实验结果的准确性。
(3)为确保溶液中CO2含量充足,小圆形叶片可以放入NaHCO3溶液中。
提醒 叶片上浮的原因是光合作用产生的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。
知识点1 探究环境因素对光合作用强度的影响
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
光质
光照强度
光照时间
光照面积
酶
色素
温度
矿质元素
CO2 + H2O
光能
叶绿体
(CH2O)+ O2
请根据光合作用反应式,从内、外因分析影响光合作用强度的因素有哪些?
CO2浓度
气孔开闭情况
水分
光
酶的种类、数量
色素的种类和含量
植物自身因素(遗传特性、叶龄、叶面积指数)
光(强度、时间、光质)
CO2浓度
矿质元素
水分
内因
外因
影响
因素
1. 内部因素
(1)植物自身的遗传特性(如植物品种不同)
光照强度
0
CO2吸
收
CO2
释
放
A
B
C
光补偿点
光饱和点
D
阳生植物
阴生植物
阳生植物的细胞呼吸强度、光补偿点、光饱和点、最大光合作用强度均高于阴生植物
应用
阳生农作物与阴生农作物
间作或套种
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
1. 内部因素
(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶
O
叶龄
A
光合速率
OA段:随叶龄增大,色素含量增大,酶的含量和活性增大,光合速率加快
农作物果树管理后期,
适时摘除老叶
应用
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
1. 内部因素
(3)叶面积指数
O
叶面积指数
物质的量
A
光合作用实际量
干物质量
呼吸量
2 4 6 8
A点前:随叶面积指数增大,光合效率增大
A点后:虽然总光合量上升,但因呼吸量上升更快,导致干物质量下降
①适当摘除林冠下层叶
②合理密植,增加光合面积
应用
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
释放量
A
B
光照强度
0
吸收量
CO2
C
CO2
细胞呼吸强度
光补偿点
光饱和点
光照强度
光照强度为0,此时只进行细胞呼吸,释放的CO2量可表示此时细胞的呼吸强度。
A点:
2.外部因素
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
释放量
A
B
光照强度
0
吸收量
CO2
C
CO2
细胞呼吸强度
光补偿点
光饱和点
光合作用强度等于呼吸作用强度(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。
B点:
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
释放量
A
B
光照强度
0
吸收量
CO2
C
CO2
细胞呼吸强度
光补偿点
光饱和点
AB段(不含A、B点):
呼吸作用强度大于光合作用强度
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
释放量
A
B
光照强度
0
吸收量
CO2
C
CO2
细胞呼吸强度
光补偿点
光饱和点
C’
BC段:
光合强度﹥呼吸强度, C’点所示光照强度称为光饱和点。
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
释放量
A
B
光照强度
0
吸收量
CO2
C
CO2
细胞呼吸强度
光补偿点
光饱和点
限制C点以后光合作用
强度不再增加的
内部因素是 ,
色素含量、
酶的数量和活性
CO2浓度、温度等因素
光饱和点之前限制因素是: 。
光照强度(横坐标)
外部因素是 。
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
释放量
A
B
光照强度
0
吸收量
CO2
C
CO2
细胞呼吸强度
光补偿点
光饱和点
净光合速率
呼吸速率
实际光合速率(总值)
总光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
(总光合速率)
(净光合速率)
实际(总)光合速率 = 表观(净)光合速率 + 呼吸速率
CO2吸收量
呼吸产生CO2量
CO2的固定量
=
+
O2释放量
呼吸消耗的O2量
O2产生量
=
+
有机物的产生量(制造量)
有机物的积累量
呼吸消耗的有机物量
=
+
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
(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。
(4)当光照强度为0时,若CO2吸收值为负值,该值绝对值代表呼吸速率,该曲线代表净光合速率;
(5)当光照强度为0时,若CO2吸收值为0,该曲线代表真正光合速率。
若研究对象不是绿色叶肉细胞而是整株植物出现上面曲线图时,叶肉细胞内的气体交换在B点有何变化?
植物能进行光合作用的只有绿色组织器官,而所有细胞都要进行呼吸作用。B点是植株的光补偿点,对于叶肉细胞而言,光合速率 叶肉细胞的呼吸速率。
大于
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
思考:在图中,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
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
C
思考:当缺镁时,其他条件不变,a 、b 、d点怎么变化?
a 点不变,b 点右移,d 左下移
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
光合作用曲线中关键点的移动
(1)A点代表呼吸速率。细胞呼吸增强,
则A点 。
(2)光(CO2)补偿点的移动
①呼吸速率增加,其他条件不变时,光(CO2)补偿点应 。
②呼吸速率基本不变,相关条件的改变使光合速率下降时,光(CO2)补偿点应 。
下移
右移
右移
右移
右上移
左
(3)光(CO2)饱和点的移动:相关条件的改变,使光合速率增大时,光(CO2)饱和点C点应 ,C'点 。
(4)阴生植物与阳生植物相比,光(CO2)补偿点和饱和点都应向 移动。
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
2.外部因素
CO2浓度
CO2浓度
A
B
CO2吸收速率
CO2释放速率
CO2浓度
A’
B’
光合作用强度
图1
图2
0
0
A点 ,A'点 ,
B点与B‘点对应的CO2浓度都表示 。
①农业生产上“正其行,通其风”,②增施农家肥,增大CO2浓度
应用
CO2补偿点
进行光合作用所需最低CO2浓度
CO2的饱和点
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
2.外部因素
温度
O
温度
速率
F
A
B
C
G
D
E
光合
呼吸
温度通过影响酶的活性进而影响光合作用(主要制约暗反应)
①大田中适时播种;
②温室中,适当增加昼夜温差,保证植物有机物的积累
应用
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
1、温室栽培:
2、防止“午休”现象
⑴晴天:白天适当升温,晚上适当降温以保持较高的昼夜温差(保证积累更多有机物)。
⑵连续阴雨天:白天和晚上均降温。
温度过高,为了减少水分的蒸发气
孔关闭, CO2供应不足光合速率下降。
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
2.外部因素
N:
P: ;
K: ;
Mg: 。
合理施肥
P~Q的形成原因:
矿质元素过多、土壤溶液浓度过高,植物渗透失水萎蔫。
光合酶及NADPH和ATP的重要组分
NADPH和ATP的重要组分
促进光合产物向贮藏器官运输
叶绿素的重要组分
应用
O
N、P、K等矿质元素
光合速率
P
Q
矿质元素
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
水是光合作用的原料,缺水直接影响光合作用
缺水又会导致叶片气孔关闭,限制CO2进入叶片
水是体内各种化学反应的介质
缺水
气孔关闭
限制CO2进入叶片
光合作用受影响
合理浇灌
时间
7 12 14 16 18
应用
水
2.外部因素
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
夏季的一天中CO2吸收和释放变化曲线图如下:
(1)Ob段:
只进行细胞呼吸
(2)a点:
凌晨3~4时,温度降低,呼吸作用减弱,CO2释放量减少。
(3)b点:
上午6时左右,太阳出来,开始进行光合作用。
(4)bc段:
由于光照较弱,光合作用小于呼吸作用。
(5)c点:
上午7时左右,光合作用等于呼吸作用。
(6)ce段:
上午7时至下午6时左右,光合作用大于呼吸作用。
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
(7)d点:
温度过高,失水过多部分气孔关闭,出现“光合午休”现象。
(8)e点:
下午6时左右,光合作用等于呼吸作用。
(9)ef段:
光合作用小于呼吸作用,f点之后植物停止光合作用。
积累有机物时间段:
bf段;
ce段;
制造有机物时间段:
消耗有机物时间段:
Og段;
一天中有机物积累最多的时间点:
e点;
一昼夜有机物的积累量:
SP-SM-SN
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
图中:a.高CO2浓度,b.中CO2浓度,c.低CO2浓度。
①高光强,②中光强,③低光强。
(1)P点之前,限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子,依次为__________、__________和温度。
光照强度
光照强度
2.外部因素
多因素对光合速率影响的分析
O
光照强度
光合速率
P
Q
30℃
20℃
10℃
O
光照强度
光合速率
P
Q
a
b
c
O
温度
光合速率
P
Q
①
②
③
知识点2 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
知识点3 光合作用与细胞呼吸联系
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
NADPH
NADP+
ATP
ADP+Pi
214C3
14C5
14C6H1218O6
214C3H4O3+6H218O
24[H]+618O2
少量能量
214C2H518OH+214C18O2
214C3H618O3
大量能量
少量能量
光能
ATP中活跃的化学能
有机物中稳
定化学能
有氧呼吸
(彻底氧化分解)
大部分以热能散失,少部分38ATP中
无氧呼吸
(不彻底氧化分解)
大部分储存在乳酸、酒精中
释放出的能量:大部分热能散失、少部分ATP中
H2180
H+ e-
614C18O2
14C18O2
12H218O
214C3H418O3
光反应
暗反应
18O2
类囊体
类囊体
类囊体
类囊体
类囊体
逐步释放
还原型型辅酶ⅰ
辅酶ⅱ
还原型辅酶ⅱ
C3
的
还
原
CO2
的
固
定
4NAD+ 4NADH
氧化型辅酶ⅰ
20NAD+ 20NADH
场所:类囊体薄膜
场所:叶绿体基质
知识点3 光合作用与细胞呼吸联系
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
光合作用和细胞呼吸元素去向
CO2
丙酮酸
(CH2O)
H2O
O2
CO2
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
A:只进行呼吸作用
B:光合作用=呼吸作用
细胞呼吸释放的CO2 全部用于光合作用
BC:光合作用>呼吸作用
AB:光合作用<呼吸作用
光照强度
0
CO2吸
收
CO2
释
放
A
B
C
呼吸速率
光合作用与呼吸作用的强弱关系
知识点4 光合速率的测定方法
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
方法一:“液滴移动法”——测定装置中O2的变化
为探究光照强度对光合作用的影响,某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组,在25 ℃条件下进行了一系列实验
(1)在无光条件下,液滴向 移动
(2)有光条件下,绿色植物既进行细胞呼吸消耗O2,又进行光合作用产生O2,若光合作用>呼吸作用,液滴 移,若光合作用=呼吸作用,液滴 移动,若光合作用<呼吸作用,液滴 移
左
右
不
左
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
细胞呼吸速率的测定 光合速率的测定
(1)装置甲中NaOH溶液的作用是吸收细胞呼吸所产生的CO2, 红墨水滴移动的距离代表生物材料有氧呼吸吸收O2的量。
(2)装置乙中红墨水滴移动的距离代表生物材料无氧呼吸产生CO2的量。
(1)测呼吸速率:①小烧杯中放适宜浓度NaOH溶液吸收CO2。②遮光以排除光合作用干扰。③置适宜温度环境中。④测定单位时间内红色液滴向左移动距离,代表呼吸速率。
(2)测净光合速率:①小烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液,维持CO2浓度恒定,满足植物光合作用需求。②适宜光照处理,温度适宜。③测定单位时间内红色液滴向右移动的距离,代表净光合速率。
为防止气压、温度等物理因素所引起的误差,设置对照实验,用死亡的绿色植物分别进行上述实验,根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
①真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。
为防止气压、温度等物理膨胀因素所引起的误差,设置对照,杀死的等量同种生物材料
知识点4 光合速率的测定方法
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
方法二:“黑白瓶法”测定溶氧量的变化
通常,对于一个水生生态系统来说,可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量,可在该水生生态系统中的某一水深处取水样,将水样分成三等份,一份直接测定O2含量(A);另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中,密闭后放回取样处,若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题。在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下,本实验中C与A的差值表示这段时间内_______________________________________;C与B的差值表示这段时间内___________________________________;A与B的差值表示这段时间内_________________________________________。
生产者净光合作用的放氧量
生产者光合作用的总放氧量
生产者呼吸作用的耗氧量
知识点4 光合速率的测定方法
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
“黑瓶”不透光,可测定有氧呼吸量;“白瓶”给予光照,可测定净光合作用量。总光合作用量(强度)=净光合作用量(强度)+有氧呼吸量(强度)。
(1)有初始值的情况下,黑瓶中O2的减少量(或CO2的增加量)为有氧呼吸量;白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量;二者之和为总光合作用量。
(2)在没有初始值的情况下,白瓶中测得的现有量-黑瓶中测得的现有量=总光合作用量。
“黑白瓶法”测定溶氧量的变化
知识点4 光合速率的测定方法
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
方法三:“半叶法”——测定光合作用有机物的产生量
某研究小组采用“半叶法”对番茄叶的光合速率进行测定。将对称叶片的一部分(A)遮光,另一部分(B)不做处理,并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后,在A、B的对应部位截取同等面积的叶片,烘干称重,分别记为MA、MB,获得相应数据,则可计算出该叶片的光合速率,其单位是mg/(dm2·h)。请分析回答下列问题:
(1)MA表示6小时后叶片初始质量—呼吸作用有机物的消耗量;MB表示6小时后_____________________+__________________________-呼吸作用有机物的消耗量。
(2)若M=MB-MA,则M表示____________________________ ______________________。
(3)总光合速率的计算方法是_____________________________ ___________________。
(4)本方法也可用于测定叶片的呼吸速率,写出实验设计思路。
叶片初始质量
光合作用有机物的总产量
B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量
M值除以时间再除以面积,即M/(截取面积×时间)
将从测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分为两组:一组立即烘干称重,另一组在暗中保存几小时后再烘干称重,根据两组干重差即可计算出叶片的呼吸速率。
知识点4 光合速率的测定方法
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
本方法又叫半叶称重法,即检测单位时间、单位叶面积干物质产生总量,常用于大田农作物的光合速率测定。在测定时,叶片一半遮光,一半曝光,分别测定两半叶的干物质重量,进而计算叶片的真正光合速率、呼吸速率和净光合速率。
提醒 在实验之前需对叶片进行特殊处理,以防止有机物的运输。
“半叶法”——测定光合作用有机物的产生量
知识点4 光合速率的测定方法
知识夯基
考向研析
考点三 影响光合作用的因素及应用
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)。
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。
方法三:叶圆片称重法——测定有机物的变化量
知识点1 探究环境因素对光合作用强度的影响
考点三 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
1.如图为“探究影响植物光合速率的因素”实验装置图,下列关于该图的说法正确的是( )
A.用盛水玻璃柱吸收灯光
热量是使光均匀照射水藻
B.向光源方向移动试管,试管
内的水温不会有显著变化
C.该实验装置测出的植物光合速率为总光合速率
D.改变盛水玻璃柱与灯的距离可以用来探究光照强度对光合作用的影响
B
用盛水玻璃柱吸收灯光热量是避免光照对试管内水温的影响
该实验装置测出的植物光合速率为净光合速率
改变试管与灯的距离可以用来探究光照强度对光合作用的影响
知识点1 探究环境因素对光合作用强度的影响
考点三 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
2.某小组为了探究适宜温度下 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 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、 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, 溶液中叶圆片光合速率最高
D.若在 条件下进行本实验,则各组叶圆片上浮所需时长均会缩短
浓度属于自变量
考向二 影响光合作用的因素及应用
考点三 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
1、甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时,单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化。图乙表示蓝藻光合速率与光照强度的关系,下列说法正确的是( )
A.图甲中,光照强度为b时,光合速率等于呼吸速率
B.图甲中,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
C.图乙中,当光照强度为x时,细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体
D.图乙中,限制e、f、g点光合作用速率的因素主要是光照强度
B
考向二 影响光合作用的因素及应用
考点三 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
2.某植物光合作用、呼吸作用与温度的关系如图所示。则有关叙述错误的是( )
A.25 ℃时该植物积累有机物最快
B.在0~30 ℃范围内,温度对光合
作用有关酶的影响相对于呼吸作用
有关酶的影响更大
C.45 ℃时叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率
D.春季大棚栽培该植物白天适当提高温度可提高产量
C
45 ℃时整个植物的光合速率等于呼吸速率,因为还存在非光合作用的细胞,所以叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率
考向二 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
2.下图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率,下列假设条件中能使图中结果成立的是( )
A.横坐标是CO2浓度,甲表示较高温度,
乙表示较低温度
B.横坐标是温度,甲表示较高CO2浓度,
乙表示较低CO2浓度
C.横坐标是光波长,甲表示较高温度,
乙表示较低温度
D.横坐标是光照强度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度
D
考点三 影响光合作用的因素及应用
考向二 影响光合作用的因素及应用
考点三 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
3.光合作用强度受环境因素的影响。车前草的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如图所示。据图分析不能得出( )
A.低于最适温度时,光合速率温度升高而升高
B.在一定的范围内,CO2浓度升高可使光合作用最
适温度升高
C.CO2浓度为200 μL/L时,温度对光合速率影响小
D.10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高
D
考向二 影响光合作用的因素及应用
考点三 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
C
4.下图甲表示水稻的叶肉细胞在光合作用最适温度下,光照强度分别a、b、c、d时,单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化,乙表示水稻叶肉细胞在相同条件下CO2吸收量与光照强度的关系。下列有关说法正确的是( )
A.光照强度为a时,产生ATP的细胞器
为线粒体和叶绿体
B.图乙中限制g点CO2吸收量的主要因
素是光照强度
C.甲中的c对应的光照强度应等于乙中
f点对应的光照强度
D.若提高温度,则所测得的g点要往右上方移动
线粒体
CO2浓度
图示是在光合作用最适温度下进行的,若提高温度,则光合速率下降,所测得的g点要往左下方移动
考向二 影响光合作用的因素及应用
考点三 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
5.某同学将一种高等植物幼苗分为4组(a、b、c、d),分别置于密闭装置中照光培养,a、b、c、d组的光照强度依次增大,实验过程中温度保持恒定。一段时间(t)后测定装置内O2浓度,结果如图所示,其中M为初始O2浓度,c、d组O2浓度相同。回答下列问题。
考向二 影响光合作用的因素及应用
考点三 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
(1)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成,其中高等植物光合作用利用的光主要是 ,原因是__________________________________ _______________________________________。
(2)光照t时间时,a组CO2浓度 (填“大于”“小于”或“等于”)b组。
(3)若延长光照时间,c、d组O2浓度不再增加,则光照t时间时a、b、c中光合速率最大的是 组,判断依据是__________________________________
。
(4)光照t时间后,将d组密闭装置打开,并以c组光照强度继续照光,其幼苗光合速率会 (填“升高”“降低”或“不变”)。
红光和蓝紫光
光合色素中的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
大于
b
密闭装置中O2浓度不再增加时光合速率等于呼吸速率,仅b组光合速率大于呼吸速率
升高
考向二 影响光合作用的因素及应用
考点三 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
6.气孔是指植物叶表皮组织上两个保卫细胞之间的孔隙。植物通过调节气孔大小,控制CO2进入和水分的散失,影响光合作用和含水量。科研工作者以拟南芥为实验材料,研究并发现了相关环境因素调控气孔关闭的机理(图1)。已知ht1基因、rhc1基因各编码蛋白甲和乙中的一种,但对应关系未知。研究者利用野生型(wt)、ht1基因功能缺失突变体(h)、rhc1基因功能缺失突变体(r)和ht1/rhc1双基因功能缺失突变体(h/r),进行了相关实验,结果如图2所示。
图1
图2
考向二 影响光合作用的因素及应用
考点三 影响光合作用的因素及应用
知识夯基
考向研析
回答下列问题。
(1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外,导致保卫细胞 (填“吸水”或“失水”),引起气孔关闭,进而使植物光合作用速率 (填“增大”“不变”或“减小”)。
(2)图2中的wt组和r组对比,说明高浓度CO2时rhc1基因产物 (填“促进”或“抑制”)气孔关闭。
(3)由图1可知,短暂干旱环境中,植物体内脱落酸含量上升,这对植物的积极意义是 。
(4)根据实验结果判断:编码蛋白甲的基因是 (填“ht1”或“rhc1”)。
失水
减小
促进
使气孔关闭,减少水分的散失
rhc1
真题感知·命题洞见
A 、类囊体膜上进行水的光解消耗H2O,而线粒体内膜上进行有氧呼吸第三阶段生成H2O,线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段不生成H2O,A错误;
B、叶绿体基质中进行暗反应,消耗CO2进行二氧化碳的固定,线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段,涉及丙酮酸和水反应生成CO2,B正确;
C、类囊体膜上进行水的光解生成O2,线粒体内膜上进行有氧呼吸第三阶段,消耗O2和NADH生成水,C正确;
D、叶绿体基质中进行暗反应,合成葡萄糖等有机物,线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段,分解有机物(丙酮酸),生成CO2和NADH,D正确。
1.(2025·河北·高考真题)对绿色植物的光合作用和呼吸作用过程进行比较,下列叙述错误的是( )
A.类囊体膜上消耗H2O、而线粒体基质中生成H2O
B.叶绿体基质中消耗CO2,而线粒体基质中生成CO2
C.类囊体膜上生成O2,而线粒体内膜上消耗O2
D.叶绿体基质中合成有机物,而线粒体基质中分解有机物
A
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基础满分练
能力高分练
素养提升练
真题感知·命题洞见
A、肌肉收缩通过肌球蛋白与肌动蛋白相互作用,需要ATP水解供能,A不符合题意;
B、光合作用暗反应中C3的还原需要消耗ATP(来自光反应产生的ATP),B不符合题意;
C、ATP为主动运输供能时载体蛋白空间结构发生变化,Ca²⁺载体蛋白磷酸化需ATP水解提供磷酸基团和能量,C不符合题意;
D、水的光解发生在光反应阶段,由光能驱动,不消耗ATP,反而生成ATP,D符合题意。
2.(2025·河北·高考真题)ATP是一种能为生命活动供能的化合物,下列过程不消耗ATP的是( )
A.肌肉的收缩 B.光合作用的暗反应
C.Ca2+载体蛋白的磷酸化 D.水的光解
D
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基础满分练
能力高分练
素养提升练
真题感知·命题洞见
A、光合色素分离实验需要使用干燥的定性滤纸,水分会影响层析液在滤纸条上扩散从而影响色素的分离,A正确;
B、提取光合色素可以使用新鲜的绿叶,B错误;
C、重复画线前需等待滤液细线干燥,否者会导致滤液细线变粗,最终导致分离的色素条带不清晰,C正确;
D、提取光合色素一般用无水乙醇,若没有无水乙醇,可以用加入适量无水碳酸钠的95%乙醇替代,D正确。
3.(2025·山东·高考真题)“绿叶中色素的提取和分离”实验操作中要注意“干燥”,下列说法错误的是( )
A.应使用干燥的定性滤纸
B.绿叶需烘干后再提取色素
C.重复画线前需等待滤液细线干燥
D.无水乙醇可用加入适量无水碳酸钠的95%乙醇替代
B
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基础满分练
能力高分练
素养提升练
真题感知·命题洞见
A、MPC功能减弱会抑制丙酮酸进入线粒体,就会有更多的丙酮酸在细胞质基质中进行无氧呼吸,从而导致产生更多的乳酸,动物细胞中乳酸积累将会增加,A正确;
B、结合图示可知,丙酮酸分解形成丙酮酸根和H+,两者共同与MPC结合使MPC构象改变,从而运输丙酮酸根和H+,B正确;
C、结合图示可知,H+会协助丙酮酸根进入线粒体,pH的变化受H+浓度的影响,因此线粒体内外膜间隙pH变化影响丙酮酸根转运速率,C正确;
D、丙酮酸根的运输需要丙酮酸转运蛋白(MPC)的参与,且需要H+电化学梯度(H+浓度差),因此丙酮酸根的运输效率不仅受丙酮酸根浓度影响,也受MPC的数量及H+浓度的影响,因此并不是线粒体内膜两侧的丙酮酸根浓度差越大其转运速率越高,D错误。
C
4.(2025·安徽·高考真题)关于“探究光照强度对光合作用强度的影响”实验,下列叙述错误的是( )
A.用打孔器打出叶圆片时,为保证叶圆片相对一致应避开大的叶脉
B.调节LED灯光源与盛有叶圆片烧杯之间的距离,以进行对比实验
C.用化学传感器监测光照时O2浓度变化,可计算出实际光合作用强度
D.同一烧杯中叶圆片浮起的快慢不同,可能与其接受的光照强度不同有关
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能力高分练
素养提升练
真题感知·命题洞见
5.(2025·黑吉辽蒙卷·高考真题)Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶。科研人员将Rubisco基因转入某作物的野生型(WT)获得该酶含量增加的转基因品系(S),并做了相关研究。实验结果表明,这一改良提高了该作物的光合速率(如下图)和产量潜力。
回答下列问题。
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基础满分练
能力高分练
素养提升练
(1)Rubisco在叶绿体的 中催化 与
CO2结合。部分产物经过一系列反应形成
(CH2O),这一过程中能量转换
是 。
(2)据图分析,当胞间CO2浓度高于B点时,曲线
②与③重合是由于 不足。A点之前曲线
①和②重合的最主要限制因素是 。胞间CO2浓度为300μmol·mol-1时,曲线①比②的光合速率高的具体原因是
。
(3)研究发现,在饱和光照和适宜CO2浓度条件下,S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。使用同位素标记的方法设计实验直接加以验证,简要写出实验思路。
真题感知·命题洞见
基质
C5
ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物(CH2O)中稳定的化学能
光照强度
CO2浓度
曲线①光照强度高,光反应速率快,产生更多的ATP和NADPH,使暗反应速率加快,光合速率高。
用14C标记CO2,分别将S植株与WT植株置于相同的饱和光照和适宜14CO2浓度条件下,定时检测C3放射性强度,比较S植株与WT的C3生成速率。
真题感知·命题洞见
(1)Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶,暗反应的场所是叶绿体基质,因此Rubisco在叶绿体基质中催化C5与CO2结合生成C3。在C3的还原过程中需要ATP和NADPH提供能量,部分产物经过一系列反应形成(CH2O),这一过程中能量转换是ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物(CH2O)中稳定的化学能。
(2)①②曲线的自变量是有无补光(光照强度),②③曲线的自变量是有无转入Rubisco基因(Rubisco的含量)。据图分析,当胞间CO2浓度低于B点时,曲线②高于③,是因为②中Rubisco的含量多,固定CO2的能力强,当胞间CO2浓度高于于B点时,曲线②与③重合,说明Rubisco的量已经不是限制光合速率的因素,而曲线①的光合速率高于曲线②③,曲线①的有较高的光照强度,因此曲线②与③重合是由于光照强度不足。曲线①的光照强度高于②,但是A点之前曲线①和②重合,光照强度不是限制因素,此时最主要限制因素是CO2浓度。胞间CO2浓度为300μmol·mol-1时,曲线①比②的光合速率高的具体原因是曲线①光照强度高,光反应速率快,产生更多的ATP和NADPH,使暗反应速率加快,光合速率高。
(3)研究发现,在饱和光照和适宜CO2浓度条件下,S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。要验证此结论,实验思路为:用14C标记CO2,分别将S植株与WT植株置于相同的饱和光照和适宜14CO2浓度条件下,定时检测C3放射性强度,比较S植株与WT的C3生成速率。
真题感知·命题洞见
6.(2024·辽宁·高考真题)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3;当CO2/O2比值低时,C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。
光呼吸将已经同化的碳释放,且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。
真题感知·命题洞见
(1)反应①是 过程。
(2)与光呼吸不同,以葡萄糖为反应物的有氧呼
吸产生NADH的场所是 和 。
(3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某
种农作物野生型植株(WT),得到转基因株
系1和2,测定净光合速率,结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外,还可来自 和 (填生理过程)。7—10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异,原因是 。据图3中的数据 (填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率,理由是 。
(4)结合上述结果分析,选择转基因株系1进行
种植,产量可能更具优势,判断的依据是
。
CO2的固定
细胞质基质
线粒体基质
光呼吸
呼吸作用
随着光照增强,光呼吸增强,转基因株系1和2降低了光呼吸,净光合速率比Wt更高
不能
总光合速率=净光合速率+光呼吸速率+细胞呼吸速率,无法获得株系1准确的光呼吸、细胞呼吸产生 CO,的速率,不能计算株系1的总光合速率
与株系2与WT相比,转基因株系1的净光合速率最大
不能
真题感知·命题洞见
(1)在光合作用的暗反应过程中,CO2在特定酶的作用下,与C5结合形成两个C3,这个过程称作CO2的固定,故反应①是CO2的固定过程。
(2)有氧呼吸的第一、二、三阶段的场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。有氧呼吸第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和NADH,合成少量ATP;第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳和NADH,合成少量ATP,以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是细胞质基质、线粒体基质。
(3)由图1可知,在线粒体中进行光呼吸的过程中,也会产生二氧化碳,因此植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外,还可来自光呼吸、呼吸作用。净光合速率=总光合速率-呼吸速率-光呼吸速率,7—10时,随着光照强度的增加,光呼吸增强,与WT相比,株系1、株系2降低了光呼吸,净光合速率比Wt更高。总光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率+光呼吸速率,随着CO2浓度增加,光合速率增加,光呼吸速率减弱,图3中有净光合速率,该参数已知。当CO2浓度为0时,不能进行光合作用,只能进行呼吸作用,此时净光合速率是个负值,取正后相当于呼吸速率,图3曲线虽然没有与纵轴相交,但稍微延长即可见其与纵轴将交于-10的点,因此呼吸速率也可以大致确定。但公式中的最后一项参数光呼吸速率随CO2的变化完全未知,导致总光合速率无法计算。
(4)由图2、图3可知,与株系2与WT相比,转基因株系1的净光合速率最大,因此选择转基因株系1进行种植,产量可能更具优势。
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1.(必修1 P98正文拓展)入秋后,叶片逐渐变黄,试解释其原因。
提示: 入秋后,气温逐渐降低,低温可导致叶绿素被破坏,而类胡萝卜素比较稳定,叶片中叶绿素含量减少,类胡萝卜素含量相对增加,导致叶片变黄。
2.(必修1 P99旁栏思考)温室或大棚种植蔬菜时,不选用绿色光源的原因
是 ;最好选用 的玻璃或塑料薄膜,因为它可以使各种颜色的 光通过;补充光源可选
择 ,因为____________________________________
。
光合色素几乎不吸收绿光
无色透明
红光或蓝紫光
这种颜色的光植物光合作用吸收利用
较多,更有利于植物进行光合作用
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3.(必修1 P100思考·讨论)分析恩格尔曼实验设计存在的巧妙之处
(1)实验材料选得妙:实验材料选择水绵和需氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋带状,便于观察;利用需氧细菌可确定 的部位。
(2)排除干扰的方法妙:没有空气的黑暗环境,排除
了 。
(3)观测指标设计得妙:用极细的光束点状投射,叶绿体上可分
为 ,相当于一组对照实验。
(4)实验对照设计得妙:进行黑暗(局部光照)和曝光对照实验,明确实验结果完全是由 引起的。
释放氧气多
空气中氧气和光的干扰
获得光照多和光照少的部位
光照
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2H2O
O2
4H+
e-
e-
e-
e-
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
NADPH
+ NADP+
e-
ATP
ADP+Pi
类囊体膜
类囊体腔
光
光
光系统Ⅰ
光系统Ⅱ
ATP合酶
H+
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光系统及电子传递链
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光合作用中的光反应涉及两种不同类型的光系统:PSⅠ和PSⅡ。光系统是由蛋白质和光合色素等组成的复合物。如图是PSⅠ、PSⅡ和ATP合成酶复合体中的电子和H+传递途径。
注:图中虚线表示该生理过程中电子(e-)的传递过程。
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(1)PQ、细胞色素b6f、PC是传递电子的蛋白质,PQ在传递电子的同时利用电子传递过程中释放的能量将H+运输到类囊体腔中。
(2)处于特殊状态的少数叶绿素分子在光能激发下失去高能e-,失去e-的叶绿素分子能够从水分子中夺取e-,使水分解为氧和H+;电子(e-)由水释放出来后,经电子传递链最终传递给NADP+(电子的最终受体)合成NADPH。PSⅠ和PSⅡ吸收的光能储存在NADPH和ATP中。
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(3)电子传递过程是从高电势到低电势,因此,电子传递过程中释放能量,质体醌(PQ)利用这部分能量将质子(H+)逆浓度梯度从类囊体的基质侧泵入囊腔侧,从而建立了质子浓度(电化学)梯度。当然,光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H+)以及在类囊体的基质侧H+和NADP+形成NADPH的过程,为建立质子浓度(电化学)梯度也有所贡献。
(4)由于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梯度运输的能量来合成ATP。
1.根据以上情境素材中的信息,光合作用过程中水的光解发生在____________,其上发生的反应产物有____________。叶绿素a接受光的照射后被激发,释放高势能的电子,电子的最终供体是________,水的光解造成膜内外质子势能差,而高势能的电子沿电子传递链传递时又促进H+的转运,进一步加大了质子势能差,导致质子势能差加大的另一个原因是_________________________________
___________________________________________________________________________,
NADPH在暗反应中的作用是_________________________________________
___________________________________________________________________。
类囊体腔内
O2、H+和e-
水
氧化型辅酶Ⅱ与H+、e-结合形成还原型辅酶Ⅱ时消耗叶绿体基质中的H+
既能为暗反应提供能量,又能为暗反应提供还原剂
142
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光合作用C4途径
1.光合作用C4途径基本概念
C4途径是有一些植物对外界吸收的CO2的固定反应是在叶肉细胞的胞质溶胶中进行的,在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的催化下将CO2连接到磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)上,形成四碳酸:草酰乙酸(OAA),这种固定CO2的方式称为C4途径。
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(1)羧化:叶肉细胞的细胞质中的磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)在PEP羧化酶作用下,把CO2固定为草酰乙酸(OAA);
(2)还原:草酰乙酸(OAA)被还原氢(NADPH)还原后转变为C4酸(苹果酸或天冬氨酸)
HOOCCHOHCH2COOH(C4H6O5)
HO-CO-CO-CH2-COOH(C4H4O5)
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(3)转移:C4酸经胞间连丝从叶肉细胞转移到维管束鞘细胞;
(4)脱羧:维管束鞘细胞中的C4酸脱羧释放CO2,CO2参与卡尔文循环生成糖类;
(5)再生:C4酸脱羧形成的C3酸(丙酮酸或丙氨酸)再经过胞间连丝运回叶肉细胞再生成PEP。
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4.光合作用C4途径产生的原因
因为C4植物中含有能固定CO2为C4的相关酶,即磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶,简称为PEP羧化酶(与CO2有很强的亲和力)。可促使PEP把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来。C4植物这种独特的作用,被形象的比喻成“二氧化碳泵”
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不同生物固定CO2的方式
1.C3途径:也称卡尔文循环,在叶绿体基质中进行,整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化生成C3开始,到RuBP(C5)再生结束,可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。这种固定CO2的途径称为C3途径。常见的C3植物如小麦、水稻、大豆、马铃薯等。
2.C4途径:在玉米的光合作用中,CO2中的碳首先转移到含有四个碳原子的有机物(C4)中,然后才转移到C3中,这种固定二氧化碳的途径就是C4途径(如图2所示),常见C4植物有高粱、玉米、甘蔗等。C4植物的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列,叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周,形成花环状结构
命题情境创设
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(如图1)。与C3植物相比,C4植物叶肉细胞的细胞质基质具有一种特殊的PEP羧化酶,它催化如下反应:C3(PEP)+CO2→C4(苹果酸)。C4进入维管束鞘细胞,生成CO2用于暗反应,再生出的C3(PEP)回到叶肉细胞中,进行循环利用。PEP羧化酶对CO2的亲和力比Rubisco高出60多倍,有利于玉米等植物在叶肉细胞中把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来,因此C4植物比C3植物具有更强的固定CO2(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)的能力,并且无光合午休现象。
图1
图2
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C3植物与C4植物叶片结构比较
C3植物叶片中维管束鞘细胞较小,其内不含叶绿体,其叶肉细胞内含有典型的叶绿体,即可进行光反应又可进行暗反应。
C4植物叶片有“花环形结构”的两圈细胞,内层为维管束鞘细胞,含有叶绿体,只能进行暗反应。叶肉细胞中含典型叶绿体,能进行光反应,通过C4途径固定CO2。
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①在光反应阶段完全相同。
②C4植物:在光合的暗反应先在叶肉细胞中经C4途径将吸收的CO2固定在苹果酸(C4)中,然后C4转移到维管束细胞释放CO2,CO2进入卡尔文循环(C3途径)。
③C3植物:C3植物只利用卡尔文循环中1,5-二磷酸核酮糖直接固定CO2。一个CO2被一个五碳化合物(1,5-二磷酸核酮糖,简称RuBP)固定后形成两个三碳化合物(3-磷酸甘油酸,PGA),即CO2被固定后最先形成的化合物中含有三个碳原子。
C3和C4植物光合途径的比较
C3和C4植物光合途径的比较
项目
种类 CO2受体 CO2固定后产物 CO2固定场所 光反应场所 暗反应场所
C3植物 RuBP(C5) PGA(C3) 叶肉细胞
叶绿体 叶肉细胞
叶绿体基粒 叶肉细胞
叶绿体基质
C4植物 PEP(C3)
RuBP(C5) OAA(C4)
PGA(C3) 叶肉细胞
细胞质基质、
维管束细胞
叶绿体 叶肉细胞
叶绿体基粒 维管束细胞
叶绿体基质
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C4植物具有较高光合速率的因素
(1)C4植物的叶肉细胞中的PEP羧化酶(PEPC)对底物CO2溶解产物HCO3-的亲和力极高,使细胞中有高浓度的CO2,从而促进暗反应,降低了光呼吸,且光呼吸释放的CO2又易被再固定;
(2)高光强可产生更多的[H]和ATP,以满足C4植物C4循环对ATP的额外需求;
(3)鞘细胞中的光合产物可就近运入维管束,从而避免了光合产物累积对光合作用可能产生的抑制作用。
这些都使C4植物可以具有较高的光合速率。
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光合作用CAM途径
1. 光合作用CAM途径基本定义
景天属植物是一大类肉质植物,景天酸代谢(crassulacean acid metabolism,CAM)首先就是在这类植物中发现。景天属植物夜间将吸收的CO2固定在苹果酸(C4)中,白天苹果酸分解释放CO2参与光合作用。
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2. 光合作用CAM途径过程解读
(1)羧化:夜晚气孔开放,吸进CO2,在PEP羧激酶作用下,与PEP结合,形成草酰乙酸(OAA);
(2)还原:草酰乙酸(OAA)被还原氢(NADH)还原后转变为苹果酸(C4),积累于液泡中;
(3)脱羧:白天气孔关闭,液泡中的苹果酸便运到胞质溶胶,在NADP-苹果酸酶作用下,氧化脱羧生成丙酮酸,放出CO2。CO2参与卡尔文循环,形成淀粉等。丙酮酸转化生成淀粉等;
(4)再生:夜晚淀粉分解产生的丙糖磷酸通过糖酵解过程,形成PEP,再进一步循环。
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光合作用CAM途径特点
(1)CAM途径的形成,是与植物适应干旱地区有关。白天缺水,气孔关闭,植物便利用前一个晚上固定的CO2进行光合作用。
(2)植物体在夜晚的有机酸含量十分高,而糖类含量下降;白天则相反,有机酸下降,而糖分增多。
(3)由于利用的CO2含量有限,CAM途径光合作用强度较低,生物产量通常较低。
C3植物
C4植物
CAM植物
总结:
序号 特征 C3植物 C4植物 CAM植物
1 植物类型 典型温带植物 热带亚热带植物 干旱地区植物
2 叶绿素a/b 2.8 3.9 2.5
3 CO2固定酶 RuBP羧化酶 PEP羧化酶
RuBP羧化酶 PEP羧化酶
RuBP羧化酶
4 CO2固定途径 C3途径(卡尔文循环) 不同空间内分别进行C3途径和C4途径 不同时间下分别进行C3途径和C4途径
5 CO2最初受体 C5(RuBP) C3(PEP) 光下:C5
暗中:C3
C3植物、C4植物和CAM植物比较
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序号 特征 C3植物 C4植物 CAM植物
6 CO2固定
最初产物 C3 C4 光下:C3
暗中:C4
7 CO2补偿点 高 低 更低
8 气孔张开 白天 白天 晚上
9 光呼吸 高,易测出 低,难测出 低,难测出
1.无论是哪种植物,最终都是通过卡尔文循环来产生光合产物。
2.C4植物和CAM植物只是在C3途径前增加了C4途径,由于C4途径可以利用低CO2浓度,因此,C4途径是后来逐渐进化而来的。
3.C4植物和CAM植物都要进行C4途径和C3途径,C4植物是在不同空间里分别进行C3途径和C4途径,而CAM植物是在不同时间里分别进行C3途径和C4途径。
C3植物、C4植物和CAM植物比较
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光呼吸
1. 光呼吸基本定义
植物的叶肉细胞在光下有一个与呼吸作用不同的生理过程,即在光照条件下,叶肉细胞中 O2与 CO2 竞争性结合 RuBP(C5),O2与 RuBP结合后经一系列反应释放 CO2的过程。这种反应在光照下进行,与有氧呼吸类似,故称光呼吸。
由于光呼吸过程中几种主要化合物如乙醇酸、乙醛酸、甘氨酸等都是二碳化合物,因此光呼吸也称C2循环(C2 cycle)。
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光合作用与光呼吸的关系
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2. 光呼吸过程解读
(1)场所:整个光呼吸碳氧化循环在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体三种细胞器中完成。
(2)过程:
①叶绿体中:光呼吸的最初反应是在叶绿体基质中RuBP(C5)被氧化成磷酸乙醇酸,磷酸乙醇酸被磷酸酶催化脱去磷酸生成乙醇酸。
②过氧化物体中:乙醇酸从叶绿体转移到过氧化物体中,在过氧化物酶催化下氧化为乙醛酸,经转氨基作用形成的甘氨酸进人线粒体。
③线粒体中:两分子甘氨酸形成一分子丝氨酸,并脱去CO2。
④C3生成:丝氨酸返回过氧化物体,经转氨基和还原形成甘油酸,再返回叶绿体在甘油酸激酶催化下形成3-磷酸甘油酸(C3)。
3.光呼吸产生的原因
(1)内因:Rubisco是一种兼性酶,具有催化羧化反应(C5+CO2→2C3)和加氧反应(C5+O2→C3+C2)两种功能。
(2)外因
①CO2/O2比值:Rubisco酶催化反应的方向决定于CO2/O2比值。比值增大,羧化反应增强,进行光合作用;比值减小,加氧反应增强,进入C2途径。因此,高O2环境下,光呼吸会明显加强,而提高CO2浓度可明显抑制光呼吸。
②温度:当温度升高时,提高了Rubisco与O2的亲和力,O2的吸收增加,表现光呼吸增加。
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4.光呼吸的生理意义
(1)不利影响:光呼吸消耗掉暗反应的底物C5,导致光合作用减弱,农作物产量降低。
(2)有利影响:
①消除乙醇酸对细胞的不利影响
乙醇酸对细胞有毒害作用,它的产生在代谢中是不可避免的。光呼吸是消除乙醇酸的代谢,使细胞免受伤害。
②氮代谢的补充
光呼吸代谢中涉及多种氨基酸(甘氨酸、丝氨酸等)的形成和转化过程,可为蛋白质合成提供部分原材料,它对绿色细胞的氮代谢是一个补充。
③防止强光对光合机构的破坏
在强光下,光反应中形成的NADPH和ATP会超过暗反应的需要,叶绿体中NADPH/NADP、ATP/ADP的比值增高,由光激发的高能电子会传递给O2,形成超氧阴离子自由基O2-,O2-对光合机构具有伤害作用,而光呼吸可消耗过剩的同化力和高能电子,减少O2-的形成,从而保护光合机构。
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【归纳总结】
项目 细胞呼吸 光呼吸
对光的要求 光下、黑暗下均可进行,只在光下与光合作用同时进行 只在光下与光合作用同时进行
底物 糖、脂肪、蛋白质、 乙醇酸有机酸
进行部位 活细胞的细胞质→线粒体 叶绿体→过氧化物酶体→线粒体
呼吸历程 葡萄糖氧化分解 乙醇酸循环(C2循环)
能量状况 产生能量 消耗能量
细胞呼吸(暗呼吸)与光呼吸的区别
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2026年高考一轮复习
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①C:CO2eq \o(――→,\s\up15(暗反应))有机物eq \o(――→,\s\up15(有氧呼吸),\s\do15(第一阶段))________eq \o(――→,\s\up15(有氧呼吸),\s\do15(第二阶段)) 。
②H:H2Oeq \o(――→,\s\up15(光反应))[H]eq \o(――→,\s\up15(暗反应))_______eq \o(――→,\s\up15(有氧呼吸),\s\do15(第一、二阶段))[H]eq \o(――→,\s\up15(有氧呼吸),\s\do15(第三阶段)) 。
③O:H2Oeq \o(――→,\s\up15(光反应)) eq \o(――→,\s\up15(有氧呼吸),\s\do15(第三阶段))H2Oeq \o(――→,\s\up15(有氧呼吸),\s\do15(第二阶段)) eq \o(――→,\s\up15(暗反应))(CH2O)。
$$