2026届高三一轮复习生物：光合作用的原理及影响因素课件

第14讲　 光合作用的原理及影响因素 问题: 叶绿体中的光合色素捕获光能将通过什么方式转化为什么物质呢？ 1.光合作用的概念及反应式： 光合作用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。 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。 (呼吸作用实质：分解有机物，释放能量) 一、光合作用的原理 或6CO2 + 12H2O C6H12O6+6O2+ 6H2O 光能 叶绿体 思考: 光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳？ 叶绿体是如何将光能转化为化学能？ 又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？ 接下来我们一起来分析科学家做过的一些实验，来解决这些问题。 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 2.探索光合作用原理的部分实验： ——19世纪末 一、光合作用的原理 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。 4 2.探索光合作用原理的部分实验： 1937年 英国植物学家希尔 + 氧化剂 离体叶绿体悬浮液 加铁盐或其他氧化剂，不通入CO2；给予光照 叶绿体 材料 处理 结果 有O2释放 希尔反应 4Fe3+ （或其他氧化剂）+ 2H2O 4Fe2+ + 4H+ + O2 光能 叶绿体 叶绿体中H2O光解产生氧气 推测： ——1937年，希尔 一、光合作用的原理 2.探索光合作用原理的部分实验： 1937年 英国植物学家希尔 + 氧化剂 离体叶绿体悬浮液 加氧化剂，不通入CO2；给予光照 叶绿体 材料 处理 结果 有O2释放 ——1937年，希尔 问题1: 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？ 问题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？ 是，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。 否，反应体系中还可能存在其他氧元素供体。 一、光合作用的原理 1941年 美国科学家鲁宾和卡门 甲组 乙组 同位素标记法 18O H218O C18O2 C18O2 H2O O2 H218O CO2 18O2 2.探索光合作用原理的部分实验： ——1941年，鲁宾和卡门 问题3: 该实验采用了什么实验方法？如何对照？可以得出什么结论？ 相互对照（即对比实验） 光合作用释放的氧全部来自水，而并不来源于CO2。 一、光合作用的原理 微信公众号：中学生物科学，欢迎关注！ 2.探索光合作用原理的部分实验： ——1954年，阿尔农 1954年 美国科学家阿尔农 1954年，美国科学家阿尔农发现， 在光照下，叶绿体可合成ATP。 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 一、光合作用的原理 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 该过程总是与水的光解相伴 2.探索光合作用原理的部分实验： 9 9 光合作用的探究历程中的实验分析 3. 光合作用的原理是很多科学家通过实验发现的，光合作用探索历程中的部分经典实验的分析及拓展如图1、2所示。下列相关叙述正确的是（　　） A. 图1所示实验的目的是探究光合产物中O2的来源，其中乙组为对照组 B. 卡尔文探究暗反应的过程与图1所示的实验均采用了同位素示踪法 C. 图2所示实验中需氧细菌主要分布于接受光照的水绵细胞各个部位 D. 图2所示实验需要把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在含有空气的黑 暗环境中 √ 4. 光合作用的发现是众多科学家不断努力的结果。1937年，英国植物学家 希尔首次获得了离体叶绿体悬浮液，将此悬浮液（含水，不含CO2）与黄 色的高铁（Fe3＋）盐混合，照光后发现叶绿体有气泡放出，溶液由黄色变 为浅绿色（Fe2＋）。在遮光下，则没有气泡产生，也没有颜色变化。下列 叙述错误的是（　　） A. 实验过程中可以检测到糖的生成 B. 实验表明氧气是叶绿体在光照的条件下产生的 C. 溶液颜色变化的原因是叶绿体在光照条件下生成的还原剂将Fe3＋还原为 Fe2＋ D. 与恩格尔曼的水绵实验相比，希尔的实验排除了细胞内其他结构的影响 √ 问题7: 光合作用分为哪几个阶段？分类依据是什么？ 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。 二、光合作用的过程 1.光反应阶段： 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)过程： ①水的光解： ③ATP的形成： H2O O2 + H+ 光 色素 NADP＋＋H+ +2e- →NADPH ADP+Pi ATP 光、酶 色素 (2)能量转化： 光能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能 二、光合作用的过程 ②NADPH的合成： 解读：曲线与细胞图示相结合 1.光反应阶段： 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 (3)条件： 光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+ (4)场所： 叶绿体类囊体薄膜上 (5)主要产物： O2、ATP、NADPH 二、光合作用的过程 2.暗反应阶段： 暗反应 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就如何转变为糖类的? CO2 C3 （CH2O） 同位素标记法 20世纪40年代美国科学家卡尔文 1、向小球藻类培养液中加14CO2 2、连续60s取样，将藻类细胞置于热酒精中 3、分离溶解物中的分子 4、进行放射性显影，以确定放射性的部位 二、光合作用的过程 2.暗反应阶段： (1)过程： (2)能量转化： ①CO2的固定： ②C3的还原： CO2＋C5 2C3 酶 ATP、NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 二、光合作用的过程 2C3 C5 NADPH ADP + Pi （CH2O） ATP 多种酶 参加催化 酶 CO2 还原 固定 供能 NADP+ 供能 酶 ATP 2C3 (CH2O)+C5 酶 NADPH 2.暗反应阶段： (3)条件： (4)场所： (5)主要产物： 有没有光都可以，需多种酶、CO2、ATP、NADPH 叶绿体基质中 （CH2O）、ADP 、Pi、NADP+ 二、光合作用的过程 2C3 C5 NADPH ADP + Pi （CH2O） ATP 多种酶 参加催化 酶 CO2 还原 固定 供能 NADP+ 供能 酶 光合作用的过程（视频） 二、光合作用的过程 1.下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题： ①图中A是______,B是_______,它来自于______的分解。 ②图中C是____ ，它被传递到叶绿体的_____部位，用于_________ 。 ③图中D是____，在叶绿体中合成D所需的能量来自______。 ④图中G__________,F是____________,J是________。 ⑤图中的H表示_______， I表示________，H为I提供__________。 光 H2O B A C D E+Pi F G CO2 J H I Ｏ2 水 DADPH 基质 用作还原剂，还原C3 ATP 光能 光反应 NADPH和ATP 色素 C5化合物 C3化合物 糖类 暗反应 练习巩固 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和NADPH中活跃的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能 →有机物中稳定的化学能 酶 总结 光反应阶段 暗反应阶段（碳反应） 场所 条件 物质变化 能量变化 联系 项目 叶绿体类囊体薄膜上 叶绿体基质 光、色素、酶 有无光都可、酶、NADPH、ATP、CO2 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 光反应为暗反应提供ATP和NADPH 暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+等原料 过程 色素、酶 2H2O O2 + 4H+ 光 ADP + Pi + 能量 ATP 酶 酶 NADP+ + H++ 2e- NADPH 酶 CO2＋C5 2C3 2C3 (CH2O)+C5 酶 ATP、NADPH 3.光反应和暗反应比较： 二、光合作用的过程 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 讨论：进行化能合成作用的生物属于自养还是异养生物？ 异养生物：只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。 自养生物：以无机物转变成为自身的组成物质。 4.化能合成作用 光能自养生物：绿色植物、蓝藻、光合细菌等 自养生物 异养生物：人、动物、真菌及大多数的细菌 同化作用 异化作用 需氧型：人、动物、醋酸菌等 厌氧型：破伤风芽孢杆菌、乳酸菌、蛔虫等 兼性厌氧型：酵母菌 代 谢 类 型 化能自养生物：硝化细菌、铁细菌、硫细菌 思考：光合作用和化能合成作用的异同点？ 相同处： 不同处： 都是将无机物转化成有机物，并储存能量 能量来源不同 光合作用： 化能合成作用： 光能 无机物氧化时释放的化学能 22 5.光合作用中元素的转移： CO2 + H2O 光能 叶绿体 （CH2O）+ O2 （1）O的转移： （2）C的转移： （3）H的转移： H2O → NADPH→ (CH2O ) CO2 → C3 →（CH2O） CO2 → C3 →（CH2O） H2O → O2 二、光合作用的过程 光合作用和细胞呼吸元素转移分析 （1）如果用18O标记土壤中的水，那么植物产生的二氧化碳和氧气是否含有18O？如果有，写出18O的转移途径。 （2）给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，分析其最可能的转移途径是什么？ 拓展提升 三维大本第103页 （3）如果用3H标记土壤中的水，在小球藻合成的有机物中检测到了13H？如果有，写出3H的转移途径。 2. 科研人员用适宜光照条件下正常生长的水稻植株，进行同位素标记实 验。下列有关叙述错误的是（　　） A. 提供 O，一段时间后，能在CO2中检测到18O B. 提供 O，一段时间后，不能在有机物中检测到18O C. 提供14CO2，则根细胞在缺氧状态下可能出现14C2H5OH D. 提供14CO2，叶绿体中14C的转移途径大致是14CO2→14C3→（14CH2O） √ 　（必修1 P103图5－14）（1）光照停止后暗反应短时间仍然能够持续， 但无法长时间正常进行，原因是什么？ 提示：暗反应中C3的还原需要光反应提供ATP和NADPH。停止光照使光反 应停止，但叶绿体中仍有少量ATP和NADPH积累，能使暗反应持续进行一段时间；过了这段时间后，暗反应因缺少ATP和NADPH而无法进行。 （2）CO2不足暗反应减弱后光反应也无法正常进行，原因是什么？ 提示：光反应需要暗反应提供的ADP、Pi和NADP＋，CO2不足使暗反应减 弱后，光反应在缺少原料的情况下无法正常进行。 光合作用过程中物质含量的变化分析 1.光合作用过程中物质含量的变化分析 3. 光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于改变 反应条件而引起的变化，下列相关说法正确的是（　　） A. 突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值减小 B. 突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增加 C. 突然将红光改为绿光会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小 D. 突然将绿光改为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小 √ 拓展提升 ②“模型法”表示C3和C5的含量变化 注：C3的起始值高于C5，约是其2倍。 拓展提升 光合作用过程中物质含量的变化分析 （2）为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，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。每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下： A组：先光照后黑暗，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50％。 B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70％。 C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms（毫秒）；光合作用产物的相对含量为94％。 D组（对照组）：光照时间为135 s；光合作用产物的相对含量为100％。 拓展提升 比较A、B、C三组处理可以推知，单位光照时间内植物合成有机物的量逐渐增多，请分析原因。 提示：随着光照和黑暗交替频率的增加，使光下产生的ATP和NADPH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。 连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析 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积累量要多。 拓展提升 叶绿体进行能量转换依靠光系统（指光合色素与各种蛋白质结合形成的大 型复合物，包括PSⅠ和PSⅡ）将光能转换为电能。光系统产生的高能电子沿 光合电子传递链依次传递促使NADPH的形成，同时驱动膜内的质子泵在膜 两侧建立H＋梯度，进而驱动ATP的合成。 注：类囊体膜上主要有光系统Ⅰ（PSⅠ）、光系统Ⅱ（PSⅡ）、细胞色素b6f蛋白复合体和ATP酶复合体四类蛋白复合体，参与光能吸收、传递和转化，电子传递H＋输送及ATP合成等过程。 拓展提升 光反应中电子传递与光合磷酸化 （1）少数处于特殊状态的叶绿素a（P680和P700）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，经过一系列的传递体形成电子流，最终 传递给NADP＋。在此过程中电子的最终供体（供给电子的物质） 是 　　　　，电子的最终受体（接收电子的物质）是 　　　　。若CO2浓 度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图中电子传 递速率会 　　　　（填“加快”或“减慢”）。 提示： 水　NADP＋　减慢 （2）图中ATP合成酶的作用是 　　　　　　　　　　　　　　　　。合成 ATP依赖于 　　　　　　　　　　 　　　　形成的电化学势能。据图分析，增加膜两侧的H＋浓度差的生理过程有  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　（共3点）。 提示： 运输H＋和催化ATP的合成　类囊体膜两侧的H＋浓度差　水的 光解产生H＋、PQ蛋白将H＋从A侧运输到B侧、合成NADPH消耗H＋　 （3）除草剂二溴百里香醌（DBMIB）是质体醌（PQ）的类似物，可充当 PQ的电子受体。DBMIB能够和细胞色素b6f特异性结合，阻止光合电子传 递到细胞色素b6f。若用该除草剂处理无内外膜的叶绿体，会导致ATP含量 显著下降，其原因可能是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 提示： 二溴百里香醌（DBMIB）阻断电子传递，会抑制水光解产生 H＋，使膜内外H＋的浓度差减小甚至消失 2. （2021·重庆高考6题）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 √ 考查光合作用的原理和过程 1. 小麦是我国最主要的粮食作物之一，其产量直接关系到国家的粮食安全。小麦的光反应过程包括多个反应，其中最重要的是发生在两种叶绿素蛋白质复合体（称为光系统Ⅰ和光系统Ⅱ）中的电子被光激发的反应，具体如图。下列叙述正确的是（　　） A. 叶绿素蛋白质复合体的作用是吸收、传递光能，并将光能直接转化为 ATP和NADPH中的活跃化学能 B. 光系统Ⅱ位于叶绿体内膜上，被光激发后逐渐释放能量，传递至类囊体 膜上的光系统Ⅰ再次被光激发 C. 光系统Ⅱ中丢失的电子由水中的电子补充，电子传递过程的最终受体为 NAD＋ D. 若降低周围环境的CO2浓度，则会导致单位时间内高能电子的产生量下 降 √ 12班讲完 2. （2024·江苏南通模拟）下图是叶绿体淀粉合成的调节过程示 意图，光下TPT活性受到限制。相关叙述正确的是（　　） A. TPT分布在叶绿体外膜中，具有专一性和饱和性 B. 白天光合速率快，叶绿体中3-磷酸甘油酸/Pi的值低 C. 细胞质基质中的Pi浓度升高时，丙糖磷酸运出叶绿体受抑制 D. 白天叶绿体基质中有大量淀粉的合成 √ 1. 叶绿体和线粒体中物质和能量的转移 下图表示叶肉细胞中部分代谢途径，研究发现，叶肉细胞中存在“苹果酸/ 草酰乙酸穿梭”和“苹果酸/天冬氨酸穿梭”，可实现叶绿体和线粒体中物 质和能量的转移。请据图回答问题： 三维大本第102页 （1）光合作用时，CO2与C5结合产生三碳酸，继而还原成三碳糖（C3）， 为维持光合作用持续进行，部分新合成的C3必须用于再生 　　　　；运到 细胞质基质中的C3可合成蔗糖，运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定 了 　　　　个CO2分子。 提示：C5　12 （2）当Pi缺乏时，丙糖磷酸从叶绿体中输出 　　　　（填“增多”或“减 少”）。离开卡尔文循环的丙糖磷酸，绝大多数离开叶绿体并 在 　　　　　　中合成蔗糖，运出细胞。若蔗糖合成或输出受阻，则卡尔 文循环减速，原因是 　　　　　　　　。 提示：减少　细胞质基质　进入叶绿体的Pi数量减少，光合产物（或者丙 糖磷酸）积累于叶绿体中，限制了卡尔文循环的进行 （3）光合产物以蔗糖的形式较稳定的进行长距离运输，其原因 是 　　　　　　　。 提示：蔗糖是非还原糖，化学性质稳定 （4）光照过强时，光反应产生的NADPH量大于暗反应的消耗量，细胞必 须耗散掉叶绿体吸收的过多光能，从而有效缓解强光对植物细胞内光系统 的损伤。由图可知，“苹果酸/草酰乙酸穿梭”加快的意义是减 少 　　　　　　　　　积累，避免对叶绿体的伤害。再通过“苹果酸/天冬 氨酸穿梭”运入线粒体，主要在 　　　　　　　　　　处转化为ATP中的 化学能。 提示：NADPH　线粒体内膜 三.探究环境因素对光合作用强度的影响 1.实验材料 探究光照强度对光合作用的影响 实验 自变量 不同_________ 控制自变量 调节 进行控制 因变量 _____________ 检测因变量 同一时间段内_____________ 对无关变量进行控制 等保持一致 光照强度 光源与烧杯的距离 光合作用强度 叶片浮起数量 叶片大小、NaHCO3溶液的浓度 NaHCO3→Na2CO3+H2O+CO2，维持装置中CO2浓度的稳定，为光合作用提供CO2。 3.变量分析： 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.实验原理： 探究光照强度对光合作用的影响 实验 注射器的作用： 排出圆形小叶片中的气体 44 01 打孔 取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片。打孔时要避开大的叶脉。 02 排气 将圆形小叶片置于吸入清水的注射器内，用手指堵住注射器前端小孔拉动活塞，使叶片内气体逸出。 03 沉水 将处理过的圆形小叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。 04 实验 分别将10片叶圆片投入3只20mlNaHCO3的小烧杯中并调整40W台灯距离（10、20、30CM） 4.实验步骤 探究光照强度对光合作用的影响 实验 5.实验结果： 不同光照强度处理下叶片漂起的状况（室温：25 ℃） 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。 6.实验结论： 注意：光照强度增加到一定强度时，光合速率不再加快，甚至降低(细胞灼伤) 探究光照强度对光合作用的影响 实验 46 问题1：实验前需要将处理过的圆形小叶片放在黑暗环境中，请在下图绘出黑暗条件下CO2和O2的产生及消耗情况。并说出黑暗条件下可用哪些指标表示呼吸速率？ CO2 O2 只进行呼吸作用 呼吸速率的表示方法： 黑暗条件下O2的吸收量 黑暗条件下CO2的释放量 有机物消耗量 探究光照强度对光合作用的影响 实验 47 问题2：在5min时，弱光和中等光强度下，叶片仍然没有上浮，在这两种光照强度下，是叶片没有产生O2吗？如果不是，请在下图绘出在这两种光照下CO2和O2的产生及消耗情况。 （左图为，右图为中等光强度） O2 O2 呼吸速率＞光合速率 CO2 CO2 O2 CO2 呼吸速率=光合速率 弱光照射 中等光强照射 探究光照强度对光合作用的影响 实验 48 O2 CO2 O2 CO2 （可以测得） （可以测得） 真/总光合速率 （实际光合速率） 呼吸速率 净光合速率 （表观光合速率） + = 有机物： 产生量 消耗量 积累量 = + CO2： 固定量 产生量 吸收量 = + 02： 产生量 消耗量 释放量 = + （空气中CO2的减少量） （空气中O2的增加量） 问题3：根据以上分析绘出在较强光条件下CO2和O2的产生及消耗情况。 光合速率＞呼吸速率 探究光照强度对光合作用的影响 实验 三维大本第104页 49 如何探究CO2浓度对光合作用的影响 数量相同的叶圆片置于烧 杯底部等距离（10cm）置于40W 的光源下 1 蒸馏水 2 2% NaHCO3溶液 3 10% NaHCO3溶液 如何探究温度 对光合作用的影响 1 低温 2% NaHCO3溶液 2 常温 2% NaHCO3溶液 3 高温 2% NaHCO3溶液 水浴控制温度数量相同的叶圆片置于烧杯底部等距离（10cm）置于40W 的光源下 思维拓展 50 1. （必修1 P105探究·实践）台灯距离越近（功率越大）热量越高，从而影 响装置溶液的温度，请你提出改进措施。 提示：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。 2. （必修1 P105探究·实践）NaHCO3溶液浓度过高会导致叶片上浮缓慢， 原因是 　　　　　　　　。 提示：在高浓度的无机盐溶液中，植物细胞失水，代谢减弱 光合作用强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量 单位时间内光合作用 ③固定CO2的量 ①产生有机物（糖类）量 ②产生O2的量 表示方法 四.光合作用原理的影响因素及应用 CO2浓度 水分 光 光质（光的颜色） 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 影响 因素 四.光合作用原理的影响因素及应用 2.影响因素： 1.植物自身因素 因酶的数量、活性不同，色素的数量不同，使光合强度不同。 （1）、影响光合作用的因素及应用（内部因素） 阳生植物：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。 阴生植物：在弱光条件下比强光条件下生长良好的植物。 光照强度 CO2 吸收量 CO2 释放量 O 阴生植物 阳生植物 通常，阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物的低，由此可 以区分判断阴生植物和阳生植物。 2.叶面积指数 段：随叶面积指数的增大，光合作用实际量不断增大，超过A点，由于叶的遮挡，光合作用实际量不再增大。 <m>段：干物质量随叶面积指数增加而增加。B点以后随叶面积指数增大而减少。 E点：光合作用实际量与呼吸量相等，干物质积累量为零。 （1）、影响光合作用的因素及应用（内部因素） 55 实践应用 增加光合作用面积，如合理密植、间作和套种。 适当间苗、修剪、避免徒长。 （1）、影响光合作用的因素及应用（内部因素） 56 3.叶龄 光合 作用强度 叶龄 幼 成熟 老 在一定范围内，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用强度不断增加。 O A B C 应用： 农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶保证植物及时换新叶，同时可降低其呼吸作用消耗有机物。 （1）、影响光合作用的因素及应用（内部因素） 57 2. 影响光合作用强度的外部因素及应用 （1）单因子变量对光合速率的影响 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 光合作用=呼吸作用 光合速率开始达到最大时外界的光照强度 C点之后： 、 等 D 光合作用<呼吸作用 光合作用>呼吸作用 呼吸 只进行呼吸作用 C点之前限制光合作用的因素是 。 A 点 ： AB段： B 点 ： BC段： D 点 ： 光照强度 CO2浓度 色素、酶 真正光合速率（总光合速率）=净光合速率+呼吸速率 四.光合作用原理的影响因素及应用 外部因素 ①：光照强度 58 光照强度 CO2吸收量 CO2释放量 A B C A点：只呼吸不光合 光补 偿点 光饱 和点 O c b O2 CO2 AB段：呼吸＞光合 B点：呼吸＝光合 BC段：光合＞呼吸 直接影响光反应阶段，制约NADPH和ATP的生成，进而影响暗反应阶段。 外部因素 ①：光照强度 解读：曲线与细胞图示相结合 间作套种，提高光能利用率 合理密植，增加光合作用面积 阴雨天补充红光或蓝紫光 应用 外部因素①：光照强度 60 CO2浓度 A B 吸收速率 CO2 C 释放速率 c A点： 对应的CO2浓度为能进行光合作用的最低CO2浓度。 CO2补偿点 光合作用速率＝呼吸作用速率 B点： C点： 最大光合速率，对应的c点为CO2饱和点 影响暗反应阶段，与C3的生成有关。 外因②：CO2浓度 CO2饱和点 CO2补偿点 CO2 A′点： CO2补偿点 B′点：表示CO2饱和点 C点之后： 、 等 C点之前限制光合作用的因素是 。 CO2浓度 光照强度 色素、酶 CO2 浓度——应用 CO2发生器 施用有机肥或农家肥，微生物分解有机物产生CO2、无机盐等（缓释肥） “正其行，通其风。” 保持一定的行距和株距,使植物受到充足的阳光照射,使流动的空气送进农田的各个角落 62 随温度的升高而逐渐加强。 AB段（10℃～35℃）： B点（35℃）以上： 低温主要是影响酶活性使光合速率变低，高温主要是因为高温使植物失水过多，影响气孔开闭，减少了CO2进入细胞的量。 酶活性下降（主要是暗反应的酶），光合作用开始下降，50℃左右光合作用停止。 温度通过影响 影响光合作用。 酶的活性 外因③：温度 应用：农作物增产措施 a 适时播种: b 温室栽培： 缺水 气孔关闭 限制CO2进入叶片 光合作用受影响 水是光合作用（光反应）的原料； 缺水会导致叶片部分气孔关闭，限制CO2进 入叶片，从而间接影响光合作用（暗反应）； 缺水会使糖类堆积，光合作用产物输出缓慢。 外因④：含水量 “午休”现象 1. （必修1 P106拓展应用）下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题： （1）10～12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是什么？ 提示：此时温度很高，蒸腾作用过强，导致气孔大量关闭，CO2无法进入叶片组织，致使光合作用暗反应受到限制。 （2）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。 提示：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。 N：光合酶及NADPH和ATP的重要组分 P： 类囊体膜和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 合理施肥可促进叶片面积增大，促进叶绿素合成，促进光合产物的运输和转化等，提高光合作用强度 应 用 P～Q的形成原因： 矿质元素过多、土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水萎蔫。 外因④：矿质元素 自变量1 自变量1 自变量1 自变量2 温度 自变量2 光照强度 自变量2 CO2浓度 P点前，限制光合速率的因素应为 所表示的因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提高。 横坐标 Q点时，横坐标所表示的因子不再影响光合速率，要想提高光合速率，可适当提高除横坐标所表示的因子之外的其他因子。 （2）多因子对光合速率的影响 2. 影响光合作用强度的外部因素及应用 67 光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动 光照强度(忽略光照强度对细胞呼吸的影响) 光照强度降低： ①OA为细胞的呼吸速率，A不动。 ②B点：CO2补偿点。光合＝呼吸。降低光照强度，使光合＜呼吸。想再次使光合＝呼吸，只能增加CO2浓度。B向右移。 CO2的吸收速率 O A B 强光照 B’ C C’ D D’ 弱光照 CO2的释放速率 CO2浓度 ③C点：CO2饱和点。降低光照强度，导致植物对CO2的利用能力降低，达到CO2饱和点时对应的的CO2浓度会降低。C向左移。 ④D点为最大光合速率。降低光照强度，光合作用速率降低，D下移；同时，CO2饱和点左移。D向左下方移动。 拓展延伸 三维大本第99页 68 制造有机物： 积累有机物： 一天中有机物最多的时间点： 一天中有机物最少的时间点： 一昼夜有机物积累量＝SⅡ－(SⅠ＋SⅢ)。 ac段： b点：温度降低， 减弱，CO2释放减少。 c点：开始进行 。 cd段：光合作用 细胞呼吸。 d点：光合作用 细胞呼吸。 dh段：光合作用 细胞呼吸。 呼吸 光合作用 小于 等于 大于 无光照，只进行 。 f点： 过高，部分气孔关闭， CO2供应量下降，出现“午休现象”。 e点：光合作用 强度最大。 ef段：光合作用 细胞呼吸。 h点：光合作用 细胞呼吸。 温度 小于 呼吸作用 ci段 dh段 h点 d点 等于 自然环境中一昼夜植物光合作用曲线 拓展延伸 AC段：只进行 。 B点：温度最低 CD段：光合作用 细胞呼吸。 D点：光合作用 细胞呼吸。 DH段：光合作用 细胞呼吸。 其中EF段出现“光合午休”现象。 H点：光合作用 细胞呼吸。 HJ段：光合作用 细胞呼吸。 直至光合作用完全停止 小于 等于 大于 等于 呼吸作用 J点：CO2浓度大小跟A点相比减小，减少的CO2转化成 积累在植物体内。 说明有 有机物的积累,植物能正常生长。 密闭容器中一昼夜CO2浓度的变化曲线 有机物 小于 拓展延伸 70 自然环境与密闭环境中一昼夜光合速率的变化 2. （2024·湖北武汉模拟）研究人员对密闭蔬菜大棚中的黄瓜植株进行了一昼夜的光合作用和呼吸作用调查，结果如图所示，SM、SN、Sm分别表示图中相应图形的面积。下列叙述错误的是（　　） A. E点时密闭大棚中CO2浓度最高，O2浓度最低 B. C点过后光照降低，短时间内叶绿体中C3含量升高 C. B点和D点时黄瓜植株光合作用速率等于呼吸作用速率 D. 一昼夜后，黄瓜植株有机物的增加量可表示为Sm－SM－SN √ 三维大本第105页 1. （2024·湖南长沙模拟）科研人员研究了温度对人工种植的蒲公英光合作用与呼吸作用的影响，其他条件相同且适宜，实验结果如图所示： 据图分析，下列说法正确的是（　　） A. 在光照条件下，30 ℃环境中蒲公英的实际光合速率比25 ℃环境中小 B. 昼夜时间相同且温度不变，则适合蒲公英生长的最适温度是25 ℃ C. P点时，叶表皮细胞产生ATP的场所为细胞质基质和线粒体 D. 一直处于光照条件下，P点时蒲公英无法正常生长发育 √ 三维大本第105页 光合作用与细胞呼吸的物质转化 1. （2024·山西模拟）如图表示植物叶肉细胞中光合作用和细胞呼吸的相 关过程，其中①～⑤表示代谢过程，A～F表示代谢过程中产生的物质。下 列相关叙述错误的是（　　） A. 过程①③④⑤都可以产生ATP B. 过程①和过程③在生物膜上进行 C. 物质C的元素只来自水 D. 物质A、B、D、E、F中都含H √ 1. （2024·广东实验中学联考）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O2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 √ 光合速率的测定方法 2. （2024·湖南雅礼中学模拟）某生物科研小组从鸭绿江的某一深度取得 一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得初始溶解氧的含量为10 mg·L－1，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于 六种不同的光照条件下（a＜b＜c＜d＜e），温度保持不变，24 h后，实测 获得六对黑白瓶中溶解氧的含量。请根据其记录数据（如下表）判断，下 列选项错误的是（　　） 光照强度/klx 0（黑暗） a b c d e 白瓶溶氧量/（mg·L－1） 3 10 16 24 30 30 黑瓶溶氧量/（mg·L－1） 3 3 3 3 3 3 A. 黑瓶中的生物呼吸消耗氧气，但没有光照，植物不能进行光合作用产 生氧 B. 光照强度为a时，白瓶中溶解氧的含量与初始溶解氧量相等，说明此光 照强度下植物仍然不能进行光合作用 C. 当光照强度为c时，白瓶中植物产生的氧气量为21 mg·L－1 D. 当光照强度为d时，再增加光照强度，白瓶中植物的光合速率不再增加 √ 3. （2024·山东菏泽一模）图1为通气法测定植物叶片的光合作用强度，装置中通入的气体CO2浓度可以调节。将适量叶片置于同化箱中，在一定的光照强度和温度条件下，让空气沿箭头方向缓慢流动，并用CO2分析仪测定A、B两处气体CO2浓度的变化。图2为“半叶法”测定番茄叶片的光合作用强度，将对称叶片的一部分（C）遮光处理，另一部分（D）不做处理，且阻断两部分的物质和能量转移。在适宜光照条件照射1小时后，在C、D的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重为MC和MD。下列说法错误的是（　　） A. 图1中可通过A、B两处气体的CO2浓度高低推测出叶片是否积累有机物 B. 图1中可通过控制同化箱内的CO2浓度和光照强度来调控B处气体CO2浓 度 C. 图2中D叶片所截取部分每小时光合作用积累的有机物总量为MD D. 图2中D叶片所截取部分每小时光合作用合成的有机物总量为MD－MC √ 8. （2024·山东济宁三模）为研究某种植物光合速率和呼吸速率对生长发 育的影响，研究者做了以下实验，将长势相同的该植物幼苗均分成7组， 分别置于不同温度下，先暗处理1 h，再光照1 h，其他条件相同且适宜， 测其干重变化，结果如图所示。下列说法正确的是（　　） A. 光照下26 ℃和32 ℃时该 植物的净光合速率不相等 B. 若光照强度突然增加，叶 绿体基质中C3的含量将会增加 C. 30 ℃条件下，一昼夜光照时 间超过8 h，该植物幼苗才能生长 D. 温度达到34 ℃时，该植物幼苗在光照条件下不能进行光合作用 √ 4. （2025·湖北襄阳模拟）实验小组将某绿色植物置于密闭、透明的容器 中，在T1时刻前后，分别给予X1、X2不同光照强度，容器内CO2浓度的变 化情况如图所示。下列有关说法正确的是（　　） A. D点相对于A点，植物体中有机物减少 B. 光照强度由X1到X2短时间内叶绿体中C3减少 C. C～D段不再下降只受光照强度的限制 D. B～D段叶肉细胞产生[H]的场所有叶绿体、线粒 体、细胞质基质 √ 二、非选择题 9. （2024·山东模拟）科学家为研究不同波长的光对光合速率的影响，以 某绿色蔬菜为材料在密闭的玻璃温室内进行了补光实验，所补光源的光照 强度均为150 lx，CO2吸收速率的单位为μmol·m－2·s－1，补光时间为上午 7：00～10：00，温度及其他条件均适宜，得到了图1所示实验结果。请回 答下列问题： （1）7：00时580 nm补光组的绿色蔬菜叶肉细胞内能产生ATP的细胞器 是 ，此时绿色蔬菜叶肉细胞的光合速率 （填 “大于”“等于”或“小于”）呼吸速率。 叶绿体和线粒体 大于 （2）有同学认为白光对照组从13：00到17：00时间段，该植株的有机物 积累量在逐渐减少。你是否赞同该观点，并说明理由： ⁠ ⁠ ⁠。 不赞同，该时间 段CO2的吸收速率下降意味着有机物的积累速率变慢，但CO2吸收速率仍大 于0，即有机物的积累量仍在增加 （3）若光照过强，植物吸收的光能过剩可导致植物光合作用强度下降， 该过程被称为“光抑制”。为研究某植物激素B对光抑制的影响机制，研 究人员将长势相同的同种植物幼苗进行分组和处理，如表所示，其中试剂 M会影响光反应关键蛋白P的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条 件下用强光照射，实验结果如图2所示。 分组 甲 乙 丙 处理 清水 ？ B＋M ①表中的“？”应为加入 的处理。 ②与甲组相比，乙组处理后的光抑制 （填“增强”或“减 弱”）；乙组与丙组相比，说明试剂M对合成蛋白P的生理过程所起的作用 是 （填“促进”或“抑制”）。 解析： ①研究某植物激素B对光抑制的影响机制，试剂M会影响光反 应关键蛋白P的合成，因此表中的“？”应为加入等量的B。②与甲组相 比，乙组处理后光合作用相对值减弱幅度变小，因此与甲组相比，乙组处 理后的光抑制减弱；乙组与丙组相比，丙组的光合作用相对值减小，说明 M抑制蛋白P合成。 （激素）B 减弱 抑制 7. （2024·黑龙江哈尔滨模拟）为探究何种色膜有利于棉花叶的光合作 用，研究人员首先测定了不同遮光环境下的光照强度，然后将长势一致的 棉花植株随机均分为A、B、C、D四组，通过不同遮光处理一周后，测得 结果如下表所示。下列分析正确的是（　　） 处理 光照强度（μmol· m－2·s－1） 叶绿素含量 （mg·g－1） 净光合速率 （μmol CO2· m－2·s－1） 无遮光处理（A组） 1 292.7 40.9 25.4 红色透光膜（B组） 410.3 40.0 10.7 蓝色透光膜（C组） 409.9 39.6 13.2 黄色透光膜（D组） 930.7 42.1 21.2 A. 导致四组棉花叶片净光合作用不同的环境因素主要是光的波长 B. A、B、C、D四组棉花中，D组棉花光合速率最高 C. 将处理后的四组棉花同时置于红色透光膜下，叶绿体中生成NADPH最 多的是C组 D. 雾霾天气下，选择黄色人工光源进行补光比红光和蓝光更适合棉花的 生长 √ 8. （2024·山东济南模拟）某科研所为提高蔬菜产量进行了相关生理活动的研究，在最适温度下进行相关实验（图1实 验是在黑暗中进行的），结果如图。下列相关分析正确的是（　　） A. 图1中呼吸底物为葡萄糖且O2浓度为a时，O2的吸收量等于CO2的释放量 B. 植物细胞进行有氧呼吸和无氧呼吸时，分解葡萄糖时释放的能量中大部 分以热能的形式散失 C. 在光合作用最适温度下适当升温，若细胞呼吸速率增大，光补偿点可能 右移 D. 图2中g点时甲的叶肉细胞叶绿体产生的葡萄糖进入线粒体进行呼吸作用 √ 6. （2024·四川成都期末）研究发现，正在进行光合作用的叶片突然停止光照后，短时间内会释放出大量的CO2，（这一现象被称为“CO2的猝发”）。如图为适宜条件下某植物叶片遮光前CO2吸收速率和 A. 突然遮光以后，短时间内叶绿体中C5的含量会上升 B. 除细胞呼吸外，叶肉细胞可能还有其他途径产生CO2 C. 遮光之前，该植物固定CO2的速率为7 μmol·m－2·s－1 D. 若降低光照强度，则图中A、B区域的面积均会变小 √ 遮光后CO2释放速率随时间变化的曲线，单位：（μmol·m－2·s－1）。下列叙述正确的是（　　） Lavf58.76.100 Lavf58.76.100 $