2026届高三生物一轮复习课件第16讲光合作用的原理及应用

第三单元 细胞的能量供应和利用 第16讲 光合作用的原理及应用 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） 一轮复习：必修1 分子与细胞 光合作用的原理与应用 光合作用 捕获光能的色素和结构 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 1 2 SZ-LWH 第16讲 光合作用的原理及应用 考 点 探索光合作用原理的部分实验 光合作用的过程 影响光合作用的因素及应用 3 4 5 第16讲 光合作用的原理及应用 考 点 资料1：19世纪末，科学界普遍认为，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。 CO2 O2 C + H2O 甲醛 (CH2O) 初步判断： 氧来自 的可能性较小，较可能来源于 。 资料2：1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用；甲醛不能通过光合作用转化成糖 CO2 H2O 1 、探索光合作用原理的部分实验 考点三：探究光合作用原理的部分实验 资料3：1937年，英国科学家希尔。 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。 离体的叶绿体悬浮液 希尔反应 4Fe3+ （或其他氧化剂）+ 2H2O 4Fe2+ + 4H+ + O2 光能 叶绿体 1 、探索光合作用原理的部分实验 考点三：探究光合作用原理的部分实验 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。 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。 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。 1 、探索光合作用原理的部分实验 考点三：探究光合作用原理的部分实验 O N Cl Cl OH NH Cl Cl OH OH 氧化型(蓝色) 还原型(无色) 2,6-二氯酚靛酚 希尔反应中加入的人工氧化剂(A)称为Hill 试剂，其中一种是2，6-二氯酚靛酚，当被氧化时为蓝色,而还原后就变成无色了。 H2O O2 离体叶绿体的悬浮液(没有CO2) A 2 2 + 光照 AH2 2 + 当加有这种染料的叶片提取物受光照时,染料从_____色转变为_____色,并且有02产生。 蓝 无 1 、探索光合作用原理的部分实验 考点三：探究光合作用原理的部分实验 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 考点三：探究光合作用原理的部分实验 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： H2O＋C18O2→植物→O2 H218O＋CO2→植物→18O2； 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 1 、探索光合作用原理的部分实验 思考：如何检测试管中释放的是18O2还是O2？ 通过检测相对分子质量判断：O2(32)、18O2(36) 资料4: 考点三：探究光合作用原理的部分实验 资料5：1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验： 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 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。 1 、探索光合作用原理的部分实验 考点三：探究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。 1 、探索光合作用原理的部分实验 考点三：探究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 1 、探索光合作用原理的部分实验 考点三：探究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 1 、探索光合作用原理的部分实验 考点三：探究光合作用原理的部分实验 2 、光合作用过程 CO2 + H2O (CH2O) + O2 光能 叶绿体 (1)概念: 氧气 叶绿体 二氧化碳和水 绿色植物通过 ，利用光能将 转化成储存着能量的有机物，并且释放出 的过程。 (3)光合作用的实质： 合成有机物，储存能量。 (2)反应式： 考点四：光合作用的过程 14 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。 2、光合作用过程 考点四：光合作用的过程 光反应 场所 类囊体膜（光合膜） 条件 光合色素、酶、水 物质转变 水的光解 ATP的合成 NADPH的合成 能量 转换 光能 ATP、NADPH中活跃的化学能 2H2O→O2 +4H+ H++NADP+ +2e-→NADPH ADP＋Pi ＋能量→ATP 2、光合作用过程 酶 光 酶 考点四：光合作用的过程 场所 叶绿体基质 条件 酶、CO2、ATP、NADPH 物质转变 能量 转换 ATP、NADPH中活跃的化学能 CO2的固定 C3的还原 糖类等有机物中稳定的化学能 暗反应 CO2＋C5 2C3 酶 2C3 (CH2O)+C5 酶 ATP、NADPH 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)。 ①在C3的还原中作还原剂； ②为C3的还原提供能量 思考:NADPH的作用？ 2、光合作用过程 光反应产生的ATP的作用？ 主要用于暗反应，也可以用于叶绿体中的生命活动 考点四：光合作用的过程 问题3：分析ATP、NADPH、ADP、NADP+等物质在叶绿体中移动的方向？ ATP和NADPH：从叶绿体的类囊体薄膜 叶绿体基质； ADP和NADP+：从叶绿体基质 类囊体薄膜。 问题1：光反应和暗反应的关系： 光反应能为暗反应提供ATP、NADPH； 暗反应为光反应提供ADP、NADP+，两者紧密联系，缺一不可。 问题2：总结光合作用过程中的能量的转移途径？ ATP和NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 光能 2、光合作用过程 考点四：光合作用的过程 5. 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 2、光合作用过程 考点四：光合作用的过程 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 葡萄糖 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) 2、光合作用过程 拓展：碳反应过程中C3的去向有哪些？ 考点四：光合作用的过程 拓展：暗反应过程中C3的去向有哪些？ C3的去路 大多数 少数 仍然留在卡尔文循环中，用于C5的再生 离开卡尔文循环 大多数 少数 运至叶绿体外，合成蔗糖供植物细胞利用 留在叶绿体内，作为淀粉、脂质和蛋白质的合成原料 （蔗糖可以进入 ，再通过韧皮部运输到植株各处。） 筛管 总结：淀粉和蔗糖的合成场所分别是____________、____________。 叶绿体基质 细胞质基质 2、光合作用过程 考点四：光合作用的过程 比较项目 光反应阶段 暗反应阶段 区别 物质变化 2H2O 2H＋＋O2＋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 考点四：光合作用的过程 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： 考点四：光合作用的过程 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 6.元素的转移途径 注意： ①叶绿体中光合色素吸收的光能，一方面用于H2O分解产生氧和NADPH；一方面用于ATP的合成。 ②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既可作还原剂，又可为暗反应提供能量。 2、光合作用过程 考点四：光合作用的过程 7.环境改变时短时间内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 2、光合作用过程 考点四：光合作用的过程 7.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 2、光合作用过程 考点四：光合作用的过程 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模型构建法： 7.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 2、光合作用过程 规律：C3与C5总是相反的，C5和ATP、NADPH是相同变化的。 考点四：光合作用的过程 8.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。 2、光合作用过程 考点四：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。 化能合成作用 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 3、化能合成作用 考点四：光合作用的过程 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 3、化能合成作用 考点四：光合作用的过程 指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 用一定时间内原料消耗或产物生成量来定量表示。 ②固定CO2的量 ①制造或产生有机物（糖类）量 ③产生O2的量 表示方法 （1）概念： O2 CO2 O2 CO2 （可以测得） （可以测得） 1、光合作用强度 植物光合作用制造的糖类会全部积累下来吗？ 光合作用制造的糖类 呼吸作用消耗的糖类 植物细胞积累的糖类 （通常用光合速率表示） 考点五：影响光合作用的因素及应用 真正（总）光合速率= 净（表观）光合速率 + 呼吸作用速率 光合作用制造的糖类 呼吸作用消耗的糖类 植物细胞积累的糖类 总光合速率：是指植物在光下实际把CO2转化成有机物的量，即在单位时间、叶面积从外界吸收和自身呼吸释放CO2的量。又叫真光合速率 净光合速率：不算呼吸作用放出的CO2量，只算从外界吸收的CO2量，即是在光下测定的CO2的吸收量。也叫表观光合速率 有机物的制造量 CO2量固定或消耗量 O2的产生量 有机物的积累量 CO2的吸收量 O2的释放量 有机物的消耗量 黑暗下CO2的释放量 黑暗下O2的吸收量 考点五：影响光合作用的因素及应用 测定植物的光合速率： O2 CO2 O2 CO2 光合作用产生的O2 = 光合作用消耗的CO2 = 探究CO2和O2的变化情况（相对数量关系） 释放到空气中的O2 + 呼吸作用消耗的O2 吸收空气中的CO2 + 呼吸作用产生的CO2 总光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率 考点五：影响光合作用的因素及应用 33 （1）实验原理： 叶片含有气体, 上浮 叶片下沉 充满细胞间隙, 叶片上浮 光合作用 产生O2 抽气 ①利用抽气法排出叶片细胞间隙中的______，使其沉入水中。 ②光合作用的过程中产生______的多少与光合作用强度密切相关，O2积累在细胞间隙从而使下沉的叶片______。因此可依据一定时间内_______________________，来比较光合作用强度。 ③为确保溶液中CO2含量充足，圆形小叶片可以放入___________溶液中。 气体 O2 上浮 小圆形叶片上浮的数量 NaHCO3 2、探究环境因素对光合作用强度的影响 在光照下，绿色植物通过光合作用产生O2。 考点五：影响光合作用的因素及应用 实验装置分析 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、溶液的量 或使用相同距离，不同瓦数的台灯 或浮起相同数量的叶片所用的时间长短 中间盛水的玻璃柱的作用：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。（改进措施） NaHCO3缓冲液的作用是：维持装置中CO2浓度的稳定，为光合作用提供CO2 (2)实验设计： 考点五：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。 考点五：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 考点五：影响光合作用的因素及应用 深度思考 灯泡发热造成的温度变化对实验的影响 应在灯泡和烧杯之间加一玻璃水柱进行隔温处理 ②实验时叶片一定会出现上浮吗？ 在黑暗或弱光下，此时细胞只进行细胞呼吸或者细胞的光合作用强度小于或等于细胞呼吸强度，叶片中仍然没有足够的O2，叶片仍然沉在水底。 ③打孔时应注意什么？ 要避开大的叶脉，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。 ④NaHCO3溶液浓度太高，使叶片渗透失水，不利于光合作用。 ⑤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。 2、探究环境因素对光合作用强度的影响 ①在该实验中，若用普通灯泡（灯会产生热量，距离越近，热量越多）作为光源，应注意什么，怎样改进？ 考点五：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。 延伸思考 考点五：影响光合作用的因素及应用 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 ①酶的种类、数量、叶绿素含量 ③遗传特性（阴生、阳生植物） 叶绿素、酶的合成、细胞失水 环境中CO2浓度、叶片气孔导度 内因 外因 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 影响 因素 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？ 考点五：影响光合作用的因素及应用 【单位：勒克斯（lx）】 ①原理：光照强度通过影响植物的 反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速率 ，产生的 增多，使暗反应速率加快，从而使光合作用产物增加。 光 加快 1．外部因素 ①光照强度 NADPH和ATP （1）单因子变量对光合速率的影响 3、 影响光合作用的因素及应用 考点五：影响光合作用的因素及应用 E点： BC段：光合作用强度 呼吸作用强度。 B点： AB段：光合作用强度 呼吸作用强度。 A点：光照强度为 ，只进行 。 光合作用强度达到与呼吸作用强度相等时，所对应的光照强度 光补偿点 光饱和点 光合作用强度达到最大时，所对应的最小光照强度 （2）分析 OA段表示呼吸作用强度 （光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长） 0 呼吸作用 ＜ 光补偿点(光合作用=呼吸作用) ＞ 光饱和点 E C点以前限制光合速率的主要因素是？ 光照强度 C点以后限制光合速率的主要因素是？ CO2浓度、温度等 (光照强度达到E点后，光合作用强度不再随光照强度增强而增强)。 考点五：影响光合作用的因素及应用 D “关键点”移动分析: 光补偿点 光饱和点 细胞呼吸增强，A点_______； 细胞呼吸减弱，A点_______。 A点： B点： C和D点： ①细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，光补偿点(B点)应______，反之______。 ②细胞呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率增强时，光补偿点(B点)应_______，反之________。 右移 左移 下移 上移 左移 右移 条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时，光饱和点(D点)_________，C点_______________；反之，移动方向相反。 右移 上移的同时右移 ①光照强度 考点五：影响光合作用的因素及应用 43 光照强度 CO2吸收量 CO2释放量 A B C A点：（黑暗时）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 解读：曲线与细胞图示相结合 思考：（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 植物体大部分细胞不能光合作用，只能进行呼吸作用。 考点五：影响光合作用的因素及应用 M D S1 S3 S2 S1+S2 净光合作用的量： =S AMC 呼吸作用总的量: 总光合作用的量： S3－S1+(S1+S2)= S2+S3 S3： B点之后净光合作用的量 S3－S1 呼吸速率 净光合速率 面积分析: ①光照强度 考点五：影响光合作用的因素及应用 45 净光合速率与植物生长的关系 当净光合速率>0,植物因积累有机物而生长。 当净光合速率=0,植物没有有机物的积累，不能生长。 当净光合速率<0,植物不能生长，长期如此，植物将死亡。 应用：欲使植物生长，必须使光照强度大于光补偿点。温室生产中，适当增加光照强度，可以提高光合速率，使作物增产。 考点五：影响光合作用的因素及应用 温室大棚一般选 色透明塑料薄膜 遇到阴雨天时给温室补充光照应当给予 光。 ▶应用 ➊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 1.光照强度 无 红光或蓝紫 考点五：影响光合作用的因素及应用 ▶应用 ➋阴生植物的光补偿点和光饱和点都较低，农业生产上一般______。 （1）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。 （2）两种植物高矮结合，充分利用了不同层次的阳光 玉米--大豆 间作 通过将不同株高、根系深度和生长周期的作物组合种植 从群落的垂直结构、立体农业角度，回答间作的优点： 考点五：影响光合作用的因素及应用 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。【连作：在同一块地上长期连年种植一种作物】 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。 考点五：影响光合作用的因素及应用 水稻，蘑菇轮作 49 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 考点五：影响光合作用的因素及应用 50 ②CO2浓度 (1)原理：CO2影响 反应阶段，制约 的形成。 暗 C3 (2)曲线分析： B点和B' ： A′段： A点： 曲线分析: 光合作用强度达到与呼吸作用强度相等时，所对应的CO2浓度。 CO2补偿点(光合作用=呼吸作用) 光合作用强度达到最大时，所对应的最小CO2浓度 CO2饱和点 表示进行光合作用所需CO2 的 浓度。 最低 考点五：影响光合作用的因素及应用 2.CO2浓度 (1)原理：CO2影响 反应阶段，制约 的形成。 暗 C3 (2)曲线分析： B点以前限制光合速率的主要因素是？ 光照强度、温度等 B点以后限制光合速率的主要因素是？ CO2浓度 【常考知识--移动问题】 当植物缺Mg时，A点、B点如何移动。 A点右移、B点左下移 考点五：影响光合作用的因素及应用 2.CO2浓度 大田中通风，提供较多的CO2，提高光合作用强度，使作物增产。 温室中增施有机肥，以增大CO2浓度。 温室栽培农作物可以投放干冰或与鸡舍相连； 应 用 考点五：影响光合作用的因素及应用 ③温度 （1）原理：温度通过影响 影响光合作用。 酶的活性 分析： AB段 在B点之前，随着温度升高，光合速率 ； B点 酶的 温度，光合速率最大 BC段 随着温度升高， 下降，光合速率减小。50°C左右光合速率___________。 增大 最适 酶的活性 气孔关闭 对光反应和暗反应都有影响，但主要影响暗反应 几乎为0 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。 考点五：影响光合作用的因素及应用 “午休”现象 盛夏的中午，温度高，气孔大多关闭，植物因为缺少CO2而光合作用强度下降 应用：农作物增产措施 a. 适时播种: b. 温室栽培： Ⅰ 晴 天： Ⅱ 连续阴雨天： 增加昼夜温差 白天和晚上均降温 ③温度 考点五：影响光合作用的因素及应用 ④水分 水是光合作用的 ，缺水直接影响光合作用；水是体内各种化学反应的 。 缺水又会导致叶片 关闭，限制 进入叶片 缺水 气孔关闭 限制CO2进入叶片 光合作用受影响 原料 介质 气孔 CO2 应用：施肥的同时，往往适当浇水，小麦的光合速率会更大，此时浇水的原因是：肥料中的矿质元素只有溶解在水中，以离子形式存在，才能被作物根系吸收。同时可以保证小麦吸收充足的水分，保证叶肉细胞中CO2的供应。 考点五：影响光合作用的因素及应用 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。 ⑤矿质元素 考点五：影响光合作用的因素及应用 （2）多因子变量对光合速率的影响（常考点） 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点时，限制光合速率的因素应为 ，随该因子的不断加强，光合速率 。 Q点时，横坐标所表示的因子 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。 横坐标所表示的因子 不断提高 不再 考点五：影响光合作用的因素及应用 如图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况，除各图中所示因素外，其他环境因素均控制在最适范围内。下列分析正确的是(　　) A. 乙图中D点与C点相比，相同时间内叶肉细胞中C5的生成量较少 B. 图中M、N、P点的限制因素分别是CO2浓度、温度、光照强度 C. 丙图中，随着温度的继续升高，曲线走势将稳定不变 D. 甲图中A点的限制因素可能是叶绿体中色素的含量 M、N、P点的限制因素分别是光照强度、光照强度、温度 乙图中D点与C点相比温度相同，但D点光照强，光反应产生较多的ATP和NADPH，C3的还原加快，叶肉细胞中C5的生成量较多 温度上升到一定程度与光合作用有关的酶变性失活，光合速率会下降 D 练习与应用 ①植物自身的遗传特性 （如植物品种不同） 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。 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称阳性植物 光补偿点： 光饱和点： 呼吸强度： 阳生植物>阴生植物 阳生植物>阴生植物 阳生植物>阴生植物 应用：间作套种 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 3、 影响光合作用的因素及应用 2. 内部因素 考点五：影响光合作用的因素及应用 A点之后： OA段： 随着叶龄增大，叶面积______，色素含量_______, 酶的含量和活性_______，光合速率_______。 叶龄 光合速率 0 A 随着叶龄增大，色素、 酶的含量_______, 酶的活性_____，光合速率_______。 增大 增加 增大 加快 减少 减弱 减慢 曲线分析: 应用：适时摘除老叶。 ②植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶 3、 影响光合作用的因素及应用 2. 内部因素 考点五：影响光合作用的因素及应用 ③叶面积指数 分析： </m> 段：随叶面积指数的增大，光合作用实际量不断 ，A点为光合作用的 。超过A点，由于叶的遮挡，光合作用实际量 。 <m></m> 段：在一定范围内，干物质量随叶面积指数增加而 。B点以后随叶面积指数增大而 。 E点：表示光合作用实际量与呼吸量 ，干物质积累量为 。 增大 饱和点 不再增大 增加 减少 相等 零 （单位土地面积上植物叶片总面积占土地面积的倍数) 应用：适当摘除林冠下层叶；合理密植，增加光合面积 3、 影响光合作用的因素及应用 2. 内部因素 考点五：影响光合作用的因素及应用 1.夏季自然环境中一昼夜植物叶肉细胞CO2吸收速率的变化曲线 凌晨，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少；a点可能是呼吸作用最低的时刻； a点： b点： 有微弱光照，植物开始进行光合作用； bc段： 光合作用强度小于细胞呼吸强度； c点： 早晨7时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度； 4、补充：光合作用相关习题 考点五：影响光合作用的因素及应用 光合作用强度大于细胞呼吸强度； ce段： d点： 温度过高（蒸腾作用增强），部分气孔关闭（ CO2供应不足），（光合速率降低）出现“午休”现象； e点： 下午6时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度； ef段： 光合作用强度小于细胞呼吸强度； fg段： 没有光照，光合作用停止，只进行细胞呼吸； 1.夏季自然环境中一昼夜植物叶肉细胞CO2吸收速率的变化曲线 4、补充：光合作用相关习题 考点五：影响光合作用的因素及应用 1.夏季自然环境中一昼夜植物叶肉细胞CO2吸收速率的变化曲线 1、光合作用开始点： 消失点： 2、只进行呼吸作用的时间段 3、光合等于呼吸的时间段 4、光合小于呼吸的时间段 5、光合大于呼吸的时间段 6、积累有机物的时间段 7、制造有机物的时间段 8、有机物积累最多的时间点 b f 0b、fg c、e bc、ef ce ce bf e 4、补充：光合作用相关习题 考点五：影响光合作用的因素及应用 2.密闭容器中一昼夜单细胞绿色植物CO2浓度的变化曲线 无光照，植物只进行细胞呼吸； AB段： BC段： 温度降低，细胞呼吸减弱(曲线斜率下降)；呼吸作用的最小值可能出现在该段； CD段： 4时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度小于细胞呼吸强度； D点： 随光照增强，光合作用强度等于细胞呼吸强度； DH段： 光合作用强度大于细胞呼吸强度；其中FG段表示“午休”现象； 4、补充：光合作用相关习题 考点五：影响光合作用的因素及应用 2.密闭容器中一昼夜单细胞绿色植物CO2浓度的变化曲线 随光照减弱，光合作用强度下降，光合作用强度等于细胞呼吸强度； H点： HI段： 光照继续减弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度，直至光合作用完全停止； I点低于A点： 一昼夜，密闭容器中CO2浓度减小，减少的CO2转化成有机物积累在植物体内,植物可以正常生长(若I点高于A点，植物不能正常生长) 4、补充：光合作用相关习题 考点五：影响光合作用的因素及应用 2.密闭容器中一昼夜单细胞绿色植物CO2浓度的变化曲线 1、光合作用开始点： 消失点： 2、只进行呼吸作用的时间段 3、光合等于呼吸的时间段 4、光合小于呼吸的时间段 5、光合大于呼吸的时间段 6、积累有机物的时间段 7、制造有机物的时间段 8、有机物积累最多的时间点 C HI之间 AC、HI后段 D、H CD、HI前段 DH DH C-HI之间 H 4、补充：光合作用相关习题 考点五：影响光合作用的因素及应用 1．（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 C 实际光合作用强度=净光合作用强度+呼吸作用强度，用化学传感器监测光照时O2浓度变化，只可计算出净光合作用强度，无法得知呼吸强度，无法计算出实际光合作用强度 高考真题演练 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 考点六：光合作用与细胞呼吸的关系 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 1、光合作用与呼吸作用的强弱关系 考点六：光合作用与细胞呼吸的关系  光合作用与细胞呼吸联系 2、光合作用和细胞呼吸元素去向 CO2 丙酮酸 (CH2O) H2O O2 CO2 考点六：光合作用与细胞呼吸的关系 (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 = + 考点六：光合作用与细胞呼吸的关系 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 3、光合速率的测定方法 考点六：光合作用与细胞呼吸的关系 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 考点六：光合作用与细胞呼吸的关系 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 考点六：光合作用与细胞呼吸的关系 “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 考点六：光合作用与细胞呼吸的关系 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。　 考点六：光合作用与细胞呼吸的关系 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 考点六：光合作用与细胞呼吸的关系 微专题　光系统及电子传递链， C3途径、C4途径和CAM途径及光呼吸 复习与提高 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+ 光系统及电子传递链 复习与提高 1．光系统及电子传递链 光系统是由蛋白质和叶绿素等光合色素组成的复合物，具有吸收、传递和转化光能的作用，包括光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)。   注：图中虚线表示该生理过程中电子(e－)的传递过程。 位于类囊体薄膜 叶绿体基质 类囊体腔侧 类囊体薄膜 （1）光系统Ⅱ进行水的光解，产生O2和H＋和自由电子(e－) 光系统Ⅰ主要介导NADPH的产生。 （2）电子(e－)经过电子传递链：质体醌→细胞色素b6f复合体→质体蓝素→光系统Ⅰ→铁氧还蛋白→NADPH。　 光反应 叶绿体基质 类囊体腔侧 类囊体薄膜 （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）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合酶顺浓度梯度流出，而ATP合酶利用质子顺浓度梯度流出时产生的能量来合成ATP。 1. 此图中光合磷酸化的场所是 。 2. 同一个细胞，水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过 层膜。 3. 电子传递链中电子供体是 ；最终电子受体是 。 4. PQ传递质子的运输方式为 ，H+通过ATP合酶的运输方式为 。 5. ATP合酶的功能： 。 6. O2是水光解的产物，其中需要的光能是通过 (填“PSⅠ”或“PSⅡ”)吸收利用的。NADPH和ATP中都有化学能，NADPH中的化学能来自____________________（填光系统名称）吸收和转换的光能。 叶绿体类囊体薄膜 5 H2O NADP+ 主动运输 协助扩散 运输H+、催化ATP合成 PSⅡ PSⅠ和PSⅡ A 1．(2021·重庆选择考)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，至少要穿过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 1. 此图中氧化磷酸化发生在细胞的 。 2. 此图中电子传递链中电子供体是 ；最终电子受体是 。 3. ATP合酶的功能： 。 NADH O2 线粒体内膜 电子传递链和氧化磷酸化 氧化磷酸化：是通过电子传递链的氧化作用与ADP磷酸化生成ATP的偶联反应。这一过程依赖于膜结构和质子梯度的建立。 运输H+、催化ATP合成 有氧呼吸第三阶段 2．C3途径、C4途径和CAM途径 不同的植物，暗反应的过程不同，叶片的解剖结构也不相同。这是植物对环境适应的结果。C3途径、C4途径和CAM途径是因CO2的固定这一过程的不同而划分的。 (1)C3途径：C3途径是碳同化的基本途径，也称为卡尔文循环，可合成糖类、淀粉等多种有机物。 C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成光合产物等。 通过C3途径固定CO2的植物称为C3植物。C3植物属于高光呼吸植物类型，光合速率较低，其种类多，分布广，多生长于暖湿条件下，如大多数树木、粮食类植物、烟草等。 (2)C4途径：通过C4途径固定CO2的植物称为C4植物，主要生长于干旱热带地区。在这种环境中，植物若长时间开放气孔吸收CO2，会导致水分通过蒸腾作用散失过快。所以，植物只能短时间开放气孔，CO2的摄入量必然少。植物必须利用这少量的CO2进行光合作用，合成自身生长所需的物质。 C4植物对CO2的两次固定在空间上是分开的：在叶肉细胞内固定CO2，在维管束鞘细胞内同化CO2。 1. C4植物光反应发生在 细胞的 。 2. C4植物完成CO2的固定的场所 。 3. CO2固定后的产物有 。 4. 叶肉细胞中丙酮酸转变为PEP的过程属于 (吸能反应/放能反应）。 5. 低CO2环境下，C4植物富集CO2的机制是在 酶的作用下将低浓度CO2合成 ，并转运到 ，分解为 。 叶绿体类囊体薄膜上 叶肉 (有类囊体，无Rubisco) (无类囊体，有Rubisco) 叶肉细胞的叶绿体、维管束鞘细胞的叶绿体 C4植物 C3、C4 吸能反应 PEP羧化 C4 维管束鞘细胞 CO2和丙酮酸 5．有研究表明，大气中CO2浓度上升会提高C3植物(如小麦、水稻等)的光合速率，但对C4植物(如玉米、甘蔗等)的光合速率未产生明显的促进作用。当光照强度持续增加时， C3植物的光合速率不再增加， C4植物的光合速率仍可增加(注：进行光合作用时，CO2首先被固定在C4中，然后才转移到C3中，这类植物称为C4植物，CO2直接固定在C3中的植物称为C3植物)。下图为C4植物光合作用过程示意图。回答下列问题。 (1)植物光合作用的光反应在叶肉细胞的 (填具体部位)上发生，产生的 (填具体物质)为卡尔文循环提供能量。 类囊体薄膜 ATP和NADPH (2)根据题干推测，在一般条件下，C4植物的CO2饱和点(光合速率不再随CO2浓度增加而增加时的CO2浓度)________(填“大于”“等于”或“小于”)C3植物的，其光饱和点(光合速率不再随光照强度增加而增加时的光照强度)________(填“大于” “等于”或“小于”)C3植物的。 (3)大气中CO2浓度上升能够提高C3植物的光合作用效率，但对C4植物无明显影响。据上图分析可能的原因是______________________________。 (4)有人认为干旱环境对C4植物光合作用的影响比C3植物的小，请设计实验验证这一结论，写出实验思路和预期结果(检测方法不做要求)。 实验思路：______________________________________________________________________________________________________________________。 预期结果：__________________________________________。 小于 大于 PEP含量少或将PEP转化为C4的酶活性较低 将长势相同的C3植物与C4植物置于同样的干旱环境中培养，一段时间后检测两种植株的生长情况 C4植物的生长量大于C3植物的 (3)景天酸代谢：CAM途径。CAM途径指生长在热带或亚热带干旱及半干旱地区的一些肉质植物所具有的一种光合固定CO2的附加途径。具有这种途径的植物称为CAM植物。 CAM植物气孔只有晚上开放，将CO2生成苹果酸等进行固定；白天气孔关闭，苹果酸等则由液泡转入叶绿体中再释放CO2，通过卡尔文循环转变成糖。这是植物对干旱环境的适应。 CAM植物对CO2的两次固定在时间上是分开的：在晚上固定CO2，在白天同化CO2。 1. 从进化角度看，这种气孔开闭特点的形成是自然选择的结果。夜晚该类植物_____（能/不能）合成葡萄糖，原因是 。 2. 如果白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率 （变/不变）。 3. 夜间苹果酸进入液泡的生理意义： 。 4. 景天科植物参与CO2转化的细胞器有： 。 5. 景天科植物光合作用所需的CO2的来源： 。 3.景天科植物 不能 夜晚没有光反应，不能为暗反应提供ATP和NADPH 不变 避免苹果酸降低细胞质基质的pH；促进CO2的吸收 叶绿体、线粒体、液泡 呼吸作用产生、苹果酸的分解 PEP羧化酶 2．原本生活在干旱地区的多肉植物， 经研究发现其CO2固定过程非常特殊， 被称为景天酸代谢途径。其光合作用 产生的中间产物苹果酸在CO2的固定 和利用过程中起重要作用，过程如下 图所示。据图分析，下列叙述错误的 是(　　)  A．进行景天酸代谢的植物白天进行光反应，积累ATP和NADPH，晚上进行暗反应合成有机物 B．图示的代谢方式可以有效地避免植物由蒸腾过度导致的脱水，从而使该类植物适应干旱环境 C．与常见的C3代谢途径植物相比，夜间更适于放置在室内的是进行景天酸代谢途径的植物 D．多肉植物在其原生地环境中，其液泡中的pH会呈现白天升高、晚上降低的周期性变化 A 4．光呼吸 光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco。在暗反应中，Rubisco能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光照下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会竞争Rubisco，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。 光呼吸是一个高耗能的反应，正常生长条件下光呼吸就可损耗掉光合产物的25%～30%。过程如下图所示： 光呼吸对生物体有一定的危害。首先，在较强光下，光呼吸加强，使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。其次，光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的损耗。其实光呼吸和卡尔文循环是一种动态平衡，适当的光呼吸对植物体有一定积极意义：光呼吸可以回收碳元素，防止强光对叶绿体造成破坏。 【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 复习与提高 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 命题情境创设 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 3．(2025·肇庆高三调研)大豆、玉米等植物的叶绿体中存在一种名为Rubisco的酶，参与卡尔文循环和光呼吸。在较强光照下，Rubisco以五碳化合物(RuBP)为底物，在CO2/O2值高时，使RuBP结合CO2发生羧化；在CO2/O2值低时，使RuBP结合O2发生氧化进行光呼吸，具体过程如下图所示。下列有关说法正确的是(　　) A．大豆、玉米等植物的叶片中消耗O2的场所有叶绿体、线粒体 B．光呼吸发生在叶肉细胞的细胞质基质和叶绿体中 C．有氧呼吸和光呼吸均产生ATP D．在干旱、晴朗的中午，叶肉细胞中光呼吸强度会比通常条件下低 A 4．植物消耗氧气，将RuBP(C5)转化成CO2的过程称作光呼吸。RuBP羧化酶/加氧酶(Rubisco)不仅能催化CO2与RuBP进行羧化反应，还能催化氧气与RuBP的氧化反应，相关过程如下图所示。回答下列问题。 (1)Rubisco催化RuBP的羧化反应发生在真核细胞的 (填具体部位)，这一过程称作 ，反应形成的产物被 还原为糖类。 (2)当CO2与O2的比值 (填“较高”或“较低”)时，更有利于植物进行羧化反应。对农作物的研究表明甲醇可以抑制光呼吸，已知植物细胞的光呼吸与乙醇酸氧化酶活性呈正相关，结合题干信息推测，甲醇抑制光呼吸的机制是_______________________________________________________________________。 叶绿体基质 CO2的固定 NADPH(还原型辅酶Ⅱ) 较高 通过抑制乙醇酸氧化酶的活性来抑制光呼吸 (3)在小麦、水稻等C3作物中，光呼吸导致光合作用的转化效率降低20%～50%，根据Rubisco的特性，改良作物的措施有_________________________________________ ________________________________________(答出2点即可)。 改造Rubisco，使其具有更高的CO2亲和力和催化效率；改进植物浓缩CO2的机制，提升Rubisco附近的CO2浓度 C3植物 C4植物 CAM植物 总结： 考点三：探究光合作用原理的部分实验 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 命题情境创设 复习与提高 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 复习与提高 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）。 命题情境创设 光合作用与光呼吸的关系 复习与提高 命题情境创设 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）。 复习与提高 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。 命题情境创设 复习与提高 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。 命题情境创设 复习与提高 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 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)。 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)) 。 $