5.4光合作用与能量转化 课件 2025—2026学年高一上学期生物人教版必修1

该高中生物学课件聚焦光合作用与能量转化，涵盖色素提取分离、光合作用过程及原理、影响因素等核心内容。以植物工厂问题导入，通过玉米白化苗实验引出色素作用，结合实验探究与叶绿体结构分析，构建从现象到本质的学习支架。 其亮点在于强化探究实践（如色素提取分离实验及异常分析）和科学思维（经典实验逻辑推理、模型法分析物质变化），渗透结构与功能观的生命观念。学生能提升实验操作与分析能力，教师可借助丰富案例优化教学，提升课堂效率。

第4节 光合作用与能量转化(第1课时) 第5章 细胞的能量供应和利用 ？ 问题探讨 你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。 1、靠人工光源生产蔬菜有什么好处？ 2、为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？ 用人工光源可以避免由于自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而造成的减产。同时，人工光源的强度和不同色光是可以调控的，可以根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。 二氧化碳浓度、营养液和温度是影响植物生长的重要外部条件，因此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。 在植物工厂里，人工光源可以为植物的生长源源不断地提供能量；在自然界，则是万物生长靠太阳； 太阳光能的输入、捕获和转化是生物圈得以维持运转的基础；光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径； 因此，有人称光合作用是地球上最重要的化学反应 地球表面上的绿色植物每年大约制造4400亿吨有机物 地球表面上的绿色植物每年储存的能量约7.11×1018KJ,这个数字约相当于240000个三门峡水电站所发出的电力 那么植物捕获光能的特定物质和结构分别是什么？ 玉米（白化苗） 玉米（正常苗） 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。 捕获光能的色素 这说明光合作用需要色素去捕获光能。 白化苗不能进行光合作用，无法制造有机养料 正常幼苗能进行光合作用制造有机养料 那绿叶中有哪些色素呢？ 4 目的要求： *进行绿叶中色素的提取与分离 *探究绿叶中含有几种色素 一、 捕获光能的色素和结构 （一）探究实践：绿叶中色素的提取和分离 不同的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的色素随层析液在滤纸上的扩散速度就快，反之则慢。 原理： *提取色素的原理 绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。 *分离色素的原理： 无水乙醇 层析液 *成分: 20份__________________________、 2份_____和1份___混合而成； 在60-90℃下分馏出来的石油醚 丙酮 苯 二氧化硅 *有助于研磨得充分； 碳酸钙 *防止研磨中色素（主要保护叶绿素）被破坏； *作用：溶解色素、提取色素； *可用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来代替 材料用具 *作用：分离色素 防止溶剂挥发和色素分子被氧化 滤纸、纱布会吸收色素 方法步骤 1、提取色素：称取5g左右的绿叶，剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中。加少许的二氧化硅和碳酸钙，再加入5~10ml无水乙醇，迅速、充分地进行研磨(二氧化硅有助于研磨的充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏)。将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（漏斗基部放一块单层尼龙布）进行过滤。将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。 2.制备滤纸条： 干燥的定性滤纸，剪成宽度略小于试管直径、长度略小于试管长度的滤纸条 色素的分离（纸层析法） 1cm 铅笔线 要剪去两角 防止色素在滤纸条边缘扩散太快，使分离出的色素带平齐 层析法是利用待分离物质中不同组分的某些理化性质的差异而建立起来的一种分离技术。 3.画滤液细线 ★要求画线细、直、齐： ★待滤液干后，再画一两次： 为防止色素带重叠而影响分离效果 用毛细吸管吸取少量滤液，沿着铅笔线均匀地画出一条细线 积累更多的色素，使分离出的色素带明显 或将滤液倒入培养皿，再用盖玻片蘸取滤液，在横线处按压出均匀的细线 4.分离色素： 层析液 培养皿 （防止层析液挥发，因其易挥发且有毒） 将滤纸条有滤液细线的一端插入层析液。 防止色素溶解于层析液中而无法分离 注意：不能让滤液细线触及层析液 为何要盖上培养皿或者用棉塞塞紧试管口？ 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 5.观察与记录 （黄绿色） （橙黄色） （黄 色） （蓝绿色) *色素带的条数和颜色可以表示色素种类， *色素带的宽窄可以表示色素的含量！！ 溶解度从高到低依次为：胡黄ab 从上往下依次是：胡 黄a b 绿叶中色素的提取和分离 拓展实验 如果在圆形滤纸的中央点开始，对叶绿体的色素进行层析，会看到什么现象？ 会出现四个同心圆的色素带，从外往里依次为____________________________________________； 胡萝卜橙黄、叶黄黄、a蓝绿、b黄绿 异常现象的分析 优化113页 若色素提取液呈淡绿色的，其原因有 ①选取的叶片颜色不是浓绿色或称取的绿叶过少或放置数天的菠菜叶，色素含量少 ②加入的无水乙醇过多，色素溶液稀释后浓度减小 ③未加碳酸钙或加入的过少，色素分子部分破坏 ④研磨不充分，色素未能充分提取出来 若滤纸条上色素带颜色较浅，其原因有 ⑤划滤液细线的次数太少，滤纸条上的色素含量少 ⑥层析时，部分滤液细线已触及层析液 同上4点 提取液 色素带 捕获光能的色素 类胡萝卜素 叶绿素 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b (占1/4) (占3/4) （橙黄色） （黄色） （蓝绿色） （黄绿色） 叶绿体中的色素： 最窄 最宽 知识拓展 光是一种电磁波； 可见光的波长是400-760nm； 不同波长的光，颜色不同； 波长小于400nm的光是紫外光； 波长大于760nm的光是红外光； 一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光； 色素的吸收光谱 叶绿素溶液 类胡萝卜素溶液 思考 树叶为什么是绿色？ 因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片才呈现绿色。 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 光谱 叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱 叶绿素a和叶绿素b主要吸收 ； 胡萝卜素和叶黄素主要吸收 。 蓝紫光和红光 蓝紫光 绿叶中的色素的功能：吸收、传递、转化光能。 分别让不同颜色的光照射色素溶液，就可以得到色素溶液的吸收光谱。 总结：捕获光能的色素 叶绿素 类胡萝卜素 胡萝卜素 叶黄素 蓝绿色 叶绿素a 叶绿素b 黄绿色 橙黄色 黄 色 占3/4 主要吸收蓝紫光和红光 主要吸收蓝紫光 占1/4 捕获光能的色素 叶片中的叶肉细胞 绿叶 叶肉细胞 亚显微结构模式图 叶绿体亚显微 结构模式图 捕捉光能的色素存在于细胞中的什么部位？ 基粒 外膜 内膜 基质 色素 与光反应有关的酶 与暗反应有关的酶 （二）叶绿体的结构适于进行光合作用 众多的基粒和类囊体极大地扩展了受光的面积，有利于吸收光能。 (类囊体堆叠而成)其上分布 叶绿体除了吸收光能外，还有什么功能呢？ 1881年恩格尔曼的实验 没有空气 黑暗，用极细光束照射 完全暴露在光下 水绵和需氧细菌的装片 有关叶绿体的功能的实验： （1）恩格尔曼第一实验的结论是什么？ 氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所，光合作用需要光照。 （2）恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？ 水绵： 叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。 需氧细菌： 确定释放氧气的部位。 无空气黑暗环境： 排除氧气和光的干扰。 极细光束： 叶绿体上可分为有光照和黑暗部位， 相当于一组对照实验。 暴露于光下： 验证实验结果。 （3）在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和 蓝紫光区域，为什么？ 因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光， 在此波长光照射下，叶绿体会释放氧气，适于好氧细菌 在此区域分布。 （4）综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？ 叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。 思考：光合作用的场所只能是叶绿体吗？ 蓝细菌没有叶绿体也能进行光合作用。 基粒 外膜 内膜 基质 色素 与光反应有关的酶 与暗反应有关的酶 （二）叶绿体的结构适于进行光合作用 众多的基粒和类囊体极大地扩展了受光的面积。 (类囊体堆叠而成)其上分布 以上结构是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。 第4节 光合作用与能量转化(第2课时) 第5章 细胞的能量供应和利用 二、光合作用的原理 一般来说，光合作用是指绿色植物通过 ，利用 ，把 转化成储存着能量的 ，并且释放 的过程。 叶绿体 光能 二氧化碳和水 有机物 氧气 1、光合作用的概念 光合作用的实质： 合成有机物，储存能量 2、光合作用的反应式： CO2+H2O (CH2O)+O2 光能 叶绿体 19世纪末，科学家普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C和H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。 1928年，科学家发现甲醛(CH2O)对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。 1937年，希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液（悬浮液中有H2O，没有CO2）中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可以释放出氧气。 3. 光合作用原理的探究历程 离体的叶绿体在适当的条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。 1.希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中氧元素全部都来自水？ 不能说明，希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气，该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。 2.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？ 能够说明。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相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。 同位素示踪法探究的问题： ①3H标记亮氨酸--探究分泌蛋白的合成、加工、运输与分泌过程。 ②18O标记H218O---探究光合作用产生的O2的来源。 ③14C标记14CO2----探究光合作用中CO2中碳转化成有机物的过程。 绿藻 绿藻 H218O H2O C18O2 CO2 H2O H218O O2 18O2 （一） （二） 1941年 美国科学家 鲁宾、卡门 结论：光合作用释放的氧气中的氧元素来自水。 光照射下的 小球藻悬液 相互对照 同位素示踪的方法（P51） 20世纪40年代，科学家开始用放射性同位素14C来研究光合作用。 卡尔文 卡尔文循环 1954年，美国科学家阿尔农发现，光照下，叶绿体可以合成ATP。 1957年，他发现这一过程总与水的光解相伴随。 光合作用释放的氧气中的氧元素来自H2O ，水的光解产生氧气和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。 上述实验表明： 结论：在光照下，叶绿体中水的光解时合成ATP。 划分依据:反应过程是否需要光能 光反应 暗反应（碳反应） 4.光合作用过程 两个阶段 35 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 光反应过程 H+ NADPH 酶 （1）光反应阶段 条件： 光、色素、酶、 水、ADP、Pi、NADP+ 场所： 类囊体薄膜上 物质转化 水的光解： ATP的合成： H2O 1/2O2+2H++2e- 光 色素 ADP+Pi+能量 ATP 酶 NADPH的合成： NADP++H++2e- NADPH 酶 光能 能量转变： ATP、NADPH中活跃的化学能 主要产物： O2、ATP、NADPH 氧化型辅酶Ⅱ 还原型辅酶Ⅱ 孔隆教育 http://mykonglong.taobao.com 孔隆教育 http://mykonglong.taobao.com 36 1.光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气和H＋和自由电子(e－)， 光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。 光系统及电子传递链 PSⅠ和PSⅡ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，是吸收、传递、转化光能的光系统。 电子传递链用于传递电子，逐步释放能量。 37 2.类囊体膜两侧的质子浓度(电化学)梯度主要靠以下途径建立 ①电子传递过程中释放能量，利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度 从类囊体的基质侧泵入囊腔侧。 ②光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行 的水的光解产生质子(H＋)。 ③在类囊体的基质侧H＋ 和NADP＋形成NADPH。 光系统及电子传递链 38 3.类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。 光系统及电子传递链 39 （3）30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。 弄清了CO2转化成有机物过程： CO2 C3 (CH2O) C5 卡尔文循环 1946年开始，美国的卡尔文等用14CO2研究了CO2转化为糖的途径：向反应体系中充入一定量的14CO2,给予光照 （1）光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物（C3）中。 （2）在5秒钟光照后，卡尔文等检测到含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6). 所以暗反应过程也称为卡尔文循环 ADP+Pi ATP NADP+ 能量 C5 2C3 多种酶 (CH2O)糖类 CO2 固定 还原 酶 暗反应过程 NADPH 酶 能量 (2)暗反应阶段 叶绿体基质中 （卡尔文循环） 条件： 有没有光都可以，需多种酶、C5、CO2、ATP、NADPH 场所： 叶绿体基质中 物质转化 CO2的固定: C3的还原: CO2＋C5 2C3 酶 2C3 (CH2O)+C5 酶 ATP、NADPH ATP、NADPH中活跃的化学能 能量转变: 糖类中稳定的化学能 主要产物: C5 、（CH2O）、ADP 、Pi、NADP+ 说明: C3是三碳化合物，即3-磷酸甘油酸； C5是五碳化合物，即核酮糖-1，5-二磷酸； 光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。 孔隆教育 http://mykonglong.taobao.com 孔隆教育 http://mykonglong.taobao.com 41 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 能量 C5 2C3 多种酶 (CH2O)糖类 CO2 固定 还原 酶 光反应 暗反应 光合作用的过程 H+ NADPH 酶 酶 能量 场所：类囊体薄膜 场所：叶绿体基质 NADPH和ATP的移动途径是？ 从类囊体薄膜到叶绿体基质； NADP+和ADP、Pi的呢？ 从叶绿体基质到类囊体薄膜； NADPH的作用？ 1.活泼的还原剂；2.储存部分能量供暗反应阶段利用 孔隆教育 http://mykonglong.taobao.com 孔隆教育 http://mykonglong.taobao.com 42 反应阶段 反应部位 反应条件 物质变化 能量变化 产 物 两阶段相同点 光合作用实质 联 系 光反应 暗反应 叶绿体类囊体的薄膜上 叶绿体基质 叶绿体色素、酶、光能 酶 H2O NADPH +O2 酶 ADP+Pi+能量 ATP 酶 CO2被固定C3被还原形成糖类 等有机物 光能→活跃的化学能 活跃的化学能→稳定的化学能 NADPH、ATP、O2 ADP、Pi、(CH2O)、NADP+C5 都包括物质变化和能量变化 把无机物转变成有机物，把光能转变成化学能贮存起来 光反应与暗反应的比较 ATP → ADP+Pi+能量 酶 光反应 暗反应 暗反应 光反应 NADPH、ATP ADP、Pi、NADP+ 整个光合作用过程中的物质变化和能量变化分别是什么？ 物质变化： 无机物 能量变化： 转变 光合作用的实质：合成有机物，储存能量。 有机物 特别说明：光合作用的产物除糖类和氧外，还有氨基酸、脂肪等有机物 光能 ATP和NADPH中活跃的化学能 (CH2O)中稳定的化学能 思 考 1、停止光照后，暗反应能否长期进行？ 2、如果暗反应受到抑制，光反应会不会受影响？ 条件骤变时物质含量的变化 CO2浓度不变 光反应 NADPH ATP C3 C5 (CH2O) 光照减弱 光照增强 H2O CO2 NADPH O2 酶 多种酶 ADP+ Pi ATP C5 2C3 （CH2O） 水的光解 形成ATP CO2的固定 C3的还原 积累、增加 消耗、减少 条件骤变时物质含量的变化 光照不变 暗反应 C3 C5 (CH2O) ATP NADPH CO2浓度减少 CO2浓度增加 H2O CO2 NADPH O2 酶 多种酶 ADP+ Pi ATP C5 2C3 （CH2O） 水的光解 形成ATP CO2的固定 C3的还原 积累、增加 消耗、减少 模型法：环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 优化设计124页 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 光照不变，停止CO2供应 暗反应 C3含量下降 C5含量上升 NADPH、ATP增加 O2产量减少 仍可进行 ：CO2 + C5 → 2C3 酶 停止 2C3 +NADPH (CH2O)+C5 酶 ATP 光反应停止 H2O →2 NADPH + 1/2O2 + Pi + 光能 ATP 酶 ADP 没有暗反应光反应也不能进行 2C3 +NADPH (CH2O)+C5 停止光照，CO2供应不变 光反应停止 NADPH、ATP、O2产生减少 暗反应 仍正常进行 停止 C3含量上升 C5含量下降 (CH2O)合成量减少 H2O →2 NADPH+ 1/2O2 + Pi + 光能 ATP 酶 ADP 酶 ATP ：CO2 + C5 → 2C3 酶 暗反应停止 没有光反应就没有暗反应 NADPH 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。 因为，光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。 连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析 思考：甲组植物连续光照1h后黑暗处理1h,乙组植物光照和黑暗交替处理，总光照时间、总黑暗时间与甲组相同，请问哪组有机物的积累量要多？ 所以，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，比连续光照后连续黑暗处理有机物的积累量要多。 51 碳原子的转移途径： 14CO2 14C3 （14CH2O） 氧原子的转移途径： C18O2 C3 （CH218O） 18O2 H218O H的转移： H2O → NADPH → (CH2O ) 5. 原子的转移途径 (1)若有机物为(CH2O): (2)若有机物为C6H12O6: （1）制造有机物，为自身及异养生物提供营养物质。 （2）转化并储存太阳的光能，为生命活动提供能量。 （3）为有氧呼吸的生物提供氧气；维持大气中O2和CO2的平衡，从而缓解温室效应。 光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。 （4）形成臭氧（O3），吸收紫外线，保护地球生物。 （5）对生物的进化有重要的作用。（为好氧生物的出现提供了氧气） 6. 光合作用的意义 54 1.同化作用的定义: 2.异化作用的定义： 生物体把从外界环境中获取的营养物质转变成自身的组成物质，并且储存能量的变化过程。分为 ：自养型、异养型、 生物体能够把自身的一部分组成物质加以分解，释放出其中的能量，并且把分解的终产物排出体外的变化过程。 分为 ：需氧型、厌氧型、兼性厌氧型 三. 化能合成作用 自养型：能够直接把从外界环境摄取的无机物转变成为自身组成物质，并储存能量一类生物 同 化 作 用 类型 异养型：不能直接利用无机物制成有机物，只能把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的组成物质，并储存能量的一类生物 例如：人、动物、真菌、大多数细菌 光能自养型： 化能自养型： 自养型 如：植物、蓝藻、光合细菌 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 以硝化细菌为例： 化能合成作用 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 硝化细菌 2HNO2+O2 2HNO3+能量 硝化细菌 CO2+H2O （CH2O）+O2 能量 酶 同化作用类型 需氧型 厌氧型 异化作用类型： 新陈代谢类型： 兼性厌氧型 自养型 异养型 自养需氧型 异养需氧型 异养厌氧型 异养兼性厌氧型 同化作用类型+异化作用类型 自养厌氧型 简单地说，就是指植物在__________内通过光合作用__________的数量，也叫光合速率； （一）光合作用强度 1.概念： 单位时间 制造糖类 2.表示方法 单位时间内光合作用产生__________的量； 单位时间内光合作用产生__________的量； 单位时间内光合作用利用__________的量； 糖类 O2 CO2 四.影响光合作用的因素及实践应用 内部因素的影响（植物自身因素） 同一植物在不同部位的叶片（叶龄不同） 同一植物在不同的生长发育阶段 植物种类不同 光合强度不同 酶的数量、活性不同 色素的数量不同 3.影响光合作用强度的因素 原料 条件 产物 CO2浓度 水 分 光 照 矿质元素（Mg合成叶绿素） 温 度 CO2 + H2O （CH2O） + O2 光能 叶绿体 外部因素对光合作用的影响（环境因素的影响） 案例： 探究光照强弱对光合作用强度的影响 一. 实验原理 自变量: 光照强度 因变量: 光合作用强度 检测方法: 无关变量: 如温度、CO2等，要求相同且适宜 控制方法: 小烧杯与光源的距离来调节光照强度 ①观察同一时间内装置中叶片浮起的数量， ②观察不同光照强度下浮起相同数量叶片所需的时间 叶片中含有空气，放入水中会上浮 →→→→叶片下沉→→→→→O2充满细胞间隙，叶片上浮。 抽气 光合作用产生O2 二. 方法步骤: 1.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。（避开大的叶脉） 2. 将圆形叶片置于注射器内，并让注射器吸入清水，待排出注射器内残留空气后，用手堵住注射器前端的小孔并缓缓拉动活塞，使小圆形叶片内的气体逸出。这一步骤可重复2-3次。处理过的小叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底。 3.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。 避免光合作用产生O2，使叶片上浮 4.取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水(事先可用吹气的方法补充CO2，也可以用质量分数为1%~2%的NaHCO3溶液来提供CO2)。 5.向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片，然后分别置于强、中、弱三种光照下。实验中，可用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，如远、中、近。 光源会产生热量，导致温度不同，所以为了保证单一变量，应该加一个盛水玻璃柱，排除温度对实验结果的影响。也可选择冷光源 6.观察并记录结果。 甲 乙 丙 叶片浮起数量多 叶片浮起数量中 叶片浮起数量少 强 中 弱 三、实验结论 在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。 实验原理 让白光透过不同颜色的玻璃纸，与玻璃纸相同颜色的光才能通过，获得不同颜色（光质）的光。 变式：探究不同光质对光合作用强度的影响 根据同一时间内烧杯内小叶圆片上浮数量的差异，从而判断不同光质对光合作用强度的影响。上浮的数量越多，表明光合作用强度越大，反之则小。 其余操作方法同上。 分别用不同颜色的光（光质）去照射叶片。 编 号 1组 2组 3组 4组 5组 光 质 （自变量） 白光 紫光 蓝光 绿光 红光 对照组 实验组 光合作 用强度 （因变量） 以小圆叶 片浮起数 量为指标 第1次 10 8 4 0 10 第2次 10 8 3 0 9 第3次 10 9 3 0 9 第4次 10 8 2 0 9 第5次 10 8 3 0 9 平均值 10 8.2 3 0 9.2 某同学的实验结果（表格记录） 小圆叶片浮起数量/片 不同光质的光 白光 紫光 蓝光 绿光 红光 0 2 4 6 8 10 10 8.2 3 0 9.2 不同光质对菠菜小圆叶片浮起数量的影响 实验结果转化为柱形坐标图 植物在进行光合作用的同时，还会进行呼吸作用。我们观测到的光合作用指标，如O2的释放量，是植物光合作用实际产生的总O2量吗？ 思考： O2的产生量 呼吸作用O2的消耗量 O2的释放量 →实际观测的 所以 O2的产生量 =细胞呼吸O2的消耗量 + 实际观测O2的释放量 糖类产生量 =细胞呼吸糖类的消耗量+实际观测糖类的积累量 CO2的吸收量 呼吸作用CO2的产生量 CO2的固定量 同理 CO2的固定量=细胞呼吸CO2的产生量+实际观测CO2的吸收量 ← 真正/实际/总光合速率=呼吸速率+净光合速率 真正/实际/总光合（速率）=呼吸（速率）+ 净光合（速率） 测 量 计 算 速率 CO2 O2 糖类 实际/总/真正光合 固定、消耗、 产生 制造、生成 表观/净 （光下测量植物体） 吸收 释放 积累 呼吸 （黑暗中测量） 释放/产生 吸收 消耗 净光合（速率）=总光合（速率）— 呼吸（速率） 速率 表观/净（光下测量植物体) 实际/总/真正光合 呼吸 （黑暗中测量） 糖类 积累 制造、生成 消耗 CO2 吸收 固定 释放、产生 O2 释放 产生 吸收 净光合速率 总光合速率 呼吸速率 = + 有机物积累量、 CO2吸收量、 O2的释放量 合成有机物的总量 固定或消耗CO2总量 产生O2的总量 黑暗中 消耗有机物的量、 CO2的释放量、 O2的吸收量 常表示为： 常表示为： 常表示为： 外部因素1: 光照强度 光照强度 CO2吸收量 CO2释放量 A B C A点：只呼吸不光合 O c O2 CO2 AB段：呼吸＞光合 B点： C点：光饱和点(光照强度达到C点后，光合作用强度不再随光照强度增强而增强) 呼吸＝光合（光补偿点） 光饱和点 （二）各因素影响光合速率图像解析及应用 BC段：光合＞呼吸 C点之后: 光合速率的限制因素不再为光照强度， 外因主要为CO2浓度和温度，内因为色素的数量和酶的数量和活性等 76 阳生植物 阴生植物 【应用】 1.阴生植物的光补偿点和光饱和点低于阳生植物， 如图中虚线所示。 2.间作套种时农作物的种类搭配，林带树种的配置，冬季温室栽培等都与光补偿点有关。 3.温室大棚适当提高光照强度可增加光合作用强度 4.农业生产上温室大棚一般选 薄膜 5.在农业生产上遇到阴雨天时给温室补充光照应当给予 光。 无色透明 红光或蓝紫 【拓展一】 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 【拓展二】 当条件改变时，曲线中几个关键点的移动规律 ①A点: 与呼吸强度相关，呼吸强度增加或减少，A点相应下移或上移。 ③C点: 与光合速率相关，若环境改变（如CO2浓度降低）使暗反应速率降低，光合作用对光照的需求降低，则C点左移，D点左下移动；反之则C点右移，D点右上移动。 ②B点: 此时光合速率等于呼吸速率。若环境改变（如CO2浓度降低）使光合速率低于呼吸速率，则B点右移，通过增强光合强度以提高光合速率，反之则B点左移。 外部因素2: CO2浓度 CO2吸收量 CO2释放量 CO2浓度 A B C O D b d CO2启动点 CO2饱和点 CO2补偿点 净光合速率 总光合速率 80 B点含义： 对应的CO2浓度(b)为能进行光合作用的最低CO2浓度。 光合作用速率＝呼吸作用速率； 该点对应的CO2浓度（即d点）为CO2饱和点（植物达到光合作用最大值所需要的最小CO2浓度）； d点之后光合速率的限制因素不再为CO2浓度，外因主要为光照强度和温度，内因为酶的数量和活性色素的数量； C点含义：CO2补偿点 D点含义： 应用： （1）正其行，通其风； （2）增施有机肥（利用有机肥微生物呼吸作用释放的CO2 ）； （3）温室栽培农作物可以投放干冰或使用CO2发生器； CO2吸收量 CO2释放量 CO2浓度 B C O D b d CO2启动点 净光合速率 总光合速率 CO2饱和点 CO2补偿点 A 外部因素3: 温度（温度通过直接影响酶活性来影响植物的光合作用。） 温度 光合 速率 一定范围内，光合速率随温度升高而升高，最适温度下植物光合作用最大 温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱 应用: (1)适时播种； (2)温室栽培时，白天适当提高温度，提高净光合速率，夜间适当降温，降低呼吸速率，降低有机物的消耗，保证植物有机物的积累； 82 外部因素4: 水分 （1）水分作为植物光合作用的原料 （2）缺水：植物部分 关闭，影响 进入叶肉细胞，从而间接影响植物的光合作用。 （3）缺水，叶片淀粉水解减弱，糖类堆积，光合产物 （输出/输入）减慢，光合产物积累，间接抑制了植物的光合作用 【应用】合理灌溉 气孔 CO2 输出 如: 夏天中午，气温高，为了防止蒸腾作用过强，蒸发过多水分，部分气孔关闭，导致 吸收量减少，光合速率 。 CO2 降低 外部因素5: 矿质元素 N: 可参与形成的物质：光合作用相关的色素、酶、磷脂、NADPH和ATP、核酸 P: 类囊体膜、NADPH、ATP、核酸的重要组分 K: 促进光合产物向贮藏器官运输 Mg: 叶绿素的重要组分 过多: 应用： 合理施肥 过少： 矿质元素过多，可导致土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫。 84 光合作用强度的多因素影响 限制光合速率的因素为横坐标所示的因素，随该因素的不断加强，光合速率不断提高 P点之前: Q点: 横坐标所示的因素不再是限制光合速率的因素，影响因素为坐标图中所标示出的其他因素 85 内部因素1: 物种 各种植物的光合速率变化 光合速率 光照强度 阴生苔藓 阴生草木 阳生草木 小麦 玉米 高粱 O 阳生植物：在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽或弱光条件下生长发育不良的植物。 阴生植物：在较弱的光照条件下能够生长良好的植物叫阴生植物。 86 A 光照强度 O 吸收 CO2 阳生植物 阴生植物 光补偿点 光饱和点 光补偿点、光饱和点 ： 阳生植物＞阴生植物 D 应用：应根据植物的生活习性因地制宜种植植物。间作、套种时农作物的种类搭配、林带树种的配置、合理采伐、冬季温室栽培等都与光补偿点有关。 内部因素2: 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，酶的数量和活性增大，光合速率强度不断加快。B点以后，色素和酶的数量减少，酶的活性降低，光合速率减慢。 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。 88 内部因素3: 叶面积指数 物 质 量 叶面积指数 （单位土地面积上，植物的总叶面积） 在一定的范围内，随叶面积不断增大，光合作用强度不断增加，超过一定范围后，光合作用强度不再增加。当叶面积增加到一定限度后，呼吸作用加强，净光合产量反而下降。 总光合量 净光合量 A B C 呼吸量 应用: 适当修苗，合理施肥、浇水，避免枝叶徒长，封行过早。温室栽培植物时，可通过合理密植来增加光合作用面积。 89 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（甘油醛-3-磷酸）含量增加，从而影响CO2的固定。 内部因素4: 光合作用产物积累对光合作用强度的影响 ②淀粉粒的影响 叶肉细胞中蔗糖的积累会促进叶绿体基质中淀粉的合成与淀粉粒的形成，过多的淀粉粒一方面会压迫与损伤类囊体，另一方面，由于淀粉粒对光有遮挡，从而直接阻碍光合膜对光的吸收。 内部因素4: 光合作用产物积累对光合作用强度的影响 特殊曲线：夏季一天中CO2吸收量和释放量变化曲线 (1)ob段:因为无光，只进行 。 a点: 凌晨3时~4时， ，呼吸作用减弱，CO2释放减少 (2)b点: 早上6点左右，太阳出来，开始进行 。 (3)bc段: 光合作用 呼吸作用 (4)c点: 上午7点左右，光合作用强度 呼吸作用强度 呼吸作用 温度降低，呼吸酶活性弱 光合作用 小于 等于 (5)ce段，光合作用强度 呼吸作用强度。 (6)d点: 温度过高，植物体部分气孔关闭，导致植物从外界吸收的CO2减少，出现“午休”现象 (7)e点: 下午6点左右，光合作用强度 呼吸作用强度，故植物一天中有机物积累最多是在 点。 (8)ef段: 光合作用强度 呼吸作用强度 (9)fg段: 直到太阳落山，没有了光照，停止光合作用，只进行呼吸作用 一天中积累有机物总量是？ 大于 e 等于 小于 特殊曲线：密闭容器及自然环境中植物光合作用曲线分析 (1)AB段: 无光照，植物只进行 。 (2)BC段: 温度降低， 。 (3)CD段: 4时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用 呼吸作用。 (4)D点: 随光照增强，光合作用强度 呼吸作用强度 呼吸作用 呼吸酶活性低，呼吸作用减弱，斜率降低 小于 等于 (5)DH段: 光照继续增强，光合作用 呼吸作用。其中FG段表示“光合午休”现象。 (6)H点: 随光照减弱,光合作用下降，光合作用 呼吸作用。 (7)HI段：光照继续减弱，光合作用 呼吸作用，直至光合作用完全停止。 (8)从图像上看，植物一昼夜 (是/否)有机物积累 ？ 是 大于 等于 小于 CO2缓冲液 黑暗 CO2缓冲液 （三）光合作用强度的测定 光照下O2的释放量代表净光合速率 黑暗条件下O2的吸收量代表细胞呼吸速率 96 项目 放置环境 烧杯中的溶液及各自作用 预测红墨水滴移动方向 原因分析 测定植物呼吸作用速率 测定植物净光合作用强度 测定植物叶片真正光合速率的实验 1、气体体积变化法 优化设计126页 植物只进行呼吸作用，植物进行有氧呼吸消耗O2，而释放的CO2气体被装置烧杯中NaOH溶液吸收，导致装置内气体、压强减小，红色液滴向左移动 遮光、黑暗 光线充足、温度适宜 NaOH溶液；（用NaHCO3溶液也行） NaHCO3溶液； CO2缓冲液 作用：吸收CO2 ； 作用：维持容器中CO2的浓度； 左移 右移 NaHCO3缓冲溶液维持装置中的CO2浓度；植物光合作用强度超过呼吸作用强度，释放O2，导致装置内气体量增加，红色液滴向右移动 ； 若在测定植物光合作用强度时，若要排除物理因素对实验结果造成的干扰，则应该增设一个怎样的对照组？ 缓冲溶液 丙装置 死的相同绿色植物 即: 将丙装置中的植物改为死的同种绿色植物，其他条件相同 2. “黑白瓶法”测定光合速率与呼吸速率 黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，只有呼吸作用 白瓶既能进行光合作用又能进行呼吸作用 所以用黑瓶(无光照的一组)测得的为呼吸作用强度值 用白瓶(有光照的一组)测得的为净(表观)光合作用强度值 综合两者即可得到总(真正)光合作用强度值 【检测2】取三个玻璃瓶，两个黑布包上，并包以锡箔，记为A、B瓶，另一个玻璃瓶不做处理，记为C瓶，其中B、C瓶中放入生长状况相同且良好的同种植物。从待测的水体深度取水并装入三个瓶中，保留A瓶以测定水中原来的溶氧量。将B、C瓶沉入取水深度，经过一段时间，将其取出，并进行溶氧量的测定。下列叙述错误的是(　　) A. B瓶中氧气的减少量表示呼吸作用量 B. C瓶中氧气的增加量表示净光合作用量 C. C瓶中测得的现有氧气量与B瓶中测得的现有氧气量之和表示总光合作用量 D. C瓶中测得的现有氧气量与B瓶中测得的现有氧气量之差表示总光合作用量 C 设测定的溶氧量为: A瓶: Ma B瓶: Mb C瓶: Mc 总光率＝净光率+呼率 呼率＝Ma－Mb 净光率＝Mc－Ma 总光率＝(Mc－Ma)+(Ma－Mb) ＝Mc－Mb 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a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作用强度，其单位是mg/(dm2·h)。 问题： （1）可用什么方法阻止两部分叶片 的物质和能量转移？ （2）a小时内上述B部位截取的叶片 光合作用合成有机物的总量（M）为__________。 可先在中央大叶脉基部用热水、或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理 M=MB-MA 3、干物质量的积累法——半叶法 五、真核生物光合作用与有氧呼吸的关系 (1)区别 光 合 作 用 有 氧 呼 吸 物质 变化 能量 变化 实质 场所 条件 合成 无机物 有机物 分解 有机物 无机物 光能→化学能（储能） 化学能→ATP中活跃的化学能、热能（放能） 叶绿体 分解有机物、释放能量，合成ATP 合成有机物，储存能量 细胞质基质、线粒体 只在光下进行 有光、无光都能进行 (2)光合作用与有氧呼吸的联系： (3)联系 绝大多数生命活动 微专题　 光呼吸植物、光抑制、C4植物、CAM等特殊代谢类型 光呼吸是所有进行光合作用的细胞(该处“细胞”包括原核生物和真核生物，但并非所有这些细胞都能进行完整的光呼吸)在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。该过程以光合作用的中间产物为底物，吸收氧、释放二氧化碳。 (1)植物体为什么会发生光呼吸呢？主要原因是在生物体的进化过程中产生了一种具有双功能的酶，该酶叫作RuBP羧化/加氧酶，可以缩写为Rubisco（读鲁比斯科）。 1.光呼吸过程 考点一 光呼吸 (2)二氧化碳和氧气竞争性地与Rubisco结合，当二氧化碳浓度高时，Rubisco催化RuBP与二氧化碳形成两分子C3进行卡尔文循环；当氧气浓度高时，Rubisco催化RuBP与氧气形成1分子C3和1分子磷酸乙醇酸(C2)，其中C3进入卡尔文循环，而磷酸乙醇酸脱去磷酸基团形成乙醇酸，乙醇酸通过叶绿体膜上的转运蛋白转运到过氧化物酶体，后续在过氧化物酶体、线粒体中完成光呼吸的系列反应，最终生成C3回收部分碳，并释放CO2。光呼吸过程中消耗ATP和NADPH。 考点一 光呼吸 1. 叶绿体中乙醇酸的生成 Rubisco催化RuBP加氧反应，生成1分子3-磷酸甘油酸和1分子2-磷酸乙醇酸；2-磷酸乙醇酸在叶绿体基质中被磷酸酶水解，脱去磷酸基团生成乙醇酸。 2. 乙醇酸的转运与过氧化物酶体反应 乙醇酸通过叶绿体膜上的转运蛋白离开叶绿体，进入过氧化物酶体；在过氧化物酶体中，乙醇酸被乙醇酸氧化酶催化氧化，生成乙醛酸和H₂O₂；H₂O₂随即被过氧化氢酶分解为H₂O和O₂，避免细胞受到氧化损伤；乙醛酸再经转氨基作用生成甘氨酸。 3. 线粒体中的甘氨酸脱羧反应 甘氨酸从过氧化物酶体转运至线粒体；在线粒体内，2分子甘氨酸在甘氨酸脱羧酶复合体等酶的作用下，发生脱羧、脱氢反应，生成1分子丝氨酸，同时释放CO₂和NH₃（NH₃会被回收利用合成氨基酸消耗NADPH）。 4. 丝氨酸的再循环与碳回收 丝氨酸从线粒体返回过氧化物酶体，经转氨基和脱羧反应生成羟基丙酮酸，再被还原为甘油酸；甘油酸离开过氧化物酶体进入叶绿体，在叶绿体中被磷酸化生成3-磷酸甘油酸消耗ATP，重新进入卡尔文循环参与碳固定，完成光呼吸的碳回收流程。 过氧化物酶体是一种单层膜包被的细胞器，广泛存在于真核生物的细胞中，核心功能是分解代谢过程中产生的过氧化氢（H₂O₂） 并参与特定的氧化反应。 1. 结构特点 过氧化物酶体的膜为单位膜，内部基质中富含多种酶类，其中过氧化氢酶是标志性酶，可将代谢产生的有毒H₂O₂分解为无毒的水和氧气；此外还含有各类氧化酶（如乙醇酸氧化酶）。 2. 核心功能 - 在植物细胞的光呼吸中，过氧化物酶体是乙醇酸氧化分解的关键场所，催化乙醇酸生成乙醛酸，并产生H₂O₂，随即被过氧化氢酶分解。 - 在动物细胞中，可参与脂肪酸的β-氧化、嘌呤代谢等过程，同时清除细胞内的活性氧，起到保护细胞的作用。 (3)由图可见，光呼吸和光合作用的关系密切，它们之间的关系可以作一形象的理解：糖工厂内(进行光合作用的细胞，特别是植物)的葡萄糖生产线(光合作用)因一部机器(Rubisco)构造不完善，一部分原材料(C5)不断被错误加工，产出次品(磷酸乙醇酸)，虽然有一补救措施，可将次品重加工并再次投入生产线，但是整个过程却是非常费时费力的。这个错误加工和补救的过程就是光呼吸。 考点一 光呼吸 如果在较强光照下，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。其次，光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的损耗。 2.光呼吸的危害 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，这也许是进化过程中形成光呼吸的原因。光呼吸的主要生理意义如下： 3.光呼吸的意义 考点一 光呼吸 (1)回收碳元素。2分子的C2形成1分子的C3和1分子的CO2，那1分子C3通过光呼吸过程又返回到卡尔文循环中，不至于全部流失掉。即通过光呼吸回收了3/4的碳元素。 (2)防止强光对叶绿体的破坏。在干旱天气和过强光照下，由于光反应速率大于暗反应速率，因此，叶肉细胞中会积累ATP和NADPH，这些物质积累会产生自由基，尤其是超氧阴离子自由基(O2-)，这些自由基能损伤叶绿体，而强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的ATP和NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害。当然植物体还有很多避免强光下损伤叶绿体的机制，光呼吸算是其中之一。 (3)消除乙醇酸对细胞的毒害。 考点一 光呼吸 4.光呼吸与有氧呼吸的比较 考点一 光呼吸 项目 光呼吸 有氧呼吸 与光的关系 只在光下进行 光下、黑暗中都可进行 反应条件 光照、高O2、低CO2环境 O2 底物 C5化合物和O2 通常是葡萄糖、H2O和O2 产物 CO2 CO2和水 发生部位 叶绿体、线粒体 途经过氧化物酶体 细胞质基质、线粒体 考点二 光抑制 当光能过剩时，叶肉细胞内因NADP+不足，e-传递给O2，从而生成超氧阴离子自由基(O2-)等一系列光有毒物质，破坏PSⅡ中叶绿素及D1蛋白，光合速率下降，这种现象称为光抑制。 考点三 C4植物和C3植物 1.C3植物和C4植物的含义 根据光合作用碳元素同化的最初光合产物(三碳化合物、四碳化合物)的不同，把高等植物分成C3、C4植物两类，常见的C4植物有甘蔗、玉米、高粱等。 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RuBP(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。 2.光合作用C4途径产生的原因 热带植物为了防止水分过度蒸发，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。 考点三 C4植物和C3植物 3.C4光合作用机制 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(对CO2有很强的亲和力)，可把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来。 C4途径（叶肉细胞）：细胞质基质中，CO₂与PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）结合，生成草酰乙酸（C4化合物），草酰乙酸随后在叶肉细胞叶绿体中转化为苹果酸等稳定形式。 卡尔文循环（维管束鞘细胞）：苹果酸被转运到维管束鞘细胞的叶绿体中，分解释放高浓度CO₂；CO₂与C₅结合进入卡尔文循环，最终合成有机物（糖类）。 叶肉细胞的叶绿体有类囊体、PEP羧化酶而无Rubisco酶，仅进行光反应和C4途径，维管束鞘细胞的叶绿体无基粒，仅能进行卡尔文循环。 考点三 C4植物和C3植物 4.C3和C4植物光合用途径的比较 项目 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 C4植物 C5(RuBP) PEP(C3) C5(RuBP) C3(PGA) OAA(C4) C3 (PGA) 叶肉细胞叶绿体基质 叶肉细胞细胞质基质、维管束鞘细胞叶绿体基质 叶肉细胞叶绿体基粒 叶肉细胞叶绿体基粒 叶肉细胞叶绿体基质 维管束鞘细胞叶绿体基质 在CAM植物中，碳捕获和固定的反应在时间上是分离的。首先，在晚上(此时蒸腾速率低)利用PEP羧化酶将PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）与CO2结合，生成草酰乙酸，然后转变成苹果酸存储在液泡中。到了白天，气孔关闭，苹果酸脱羧，使得叶绿体中Rubisco周围CO2浓度升高。大量的苹果酸存储需要更大的液泡和细胞，因此CAM植物一般具有肉质的茎叶。常见的CAM植物有仙人掌、芦荟、龙舌兰、长药景天、菠萝等。 考点四 CAM植物 CAM植物夜间合成草酰乙酸所需的PEP（磷酸烯醇式丙酮酸），其碳源来自白天叶绿体中储存的淀粉水解产物，具体过程分为两步： 1. 白天的淀粉储存 CAM植物白天气孔关闭，叶绿体正常进行卡尔文循环固定CO₂，合成的一部分光合产物会转化为淀粉，储存在叶绿体基质中，这是为夜间碳固定储备的碳源。 2. 夜间的PEP生成 到了夜间，气孔开放，叶绿体中储存的淀粉会被水解为葡萄糖，葡萄糖再经过糖酵解途径的部分反应，逐步转化为磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）；PEP会被转运到叶肉细胞的细胞质基质中，作为PEP羧化酶的底物，与夜间吸收的CO₂结合生成草酰乙酸。 这个过程实现了CAM植物碳固定的时间分离（白天储碳、夜间固碳），以此适应干旱环境下的水分保存。 特征 C3植物 C4植物 CAM植物 植物类型 典型温带植物 典型热带或亚热带植物 典型干旱地区植物 主要CO2固定酶 Rubisco PEP羧化酶、Rubisco PEP羧化酶、 Rubisco CO2 固定的时间 发生CO2固定的细胞 叶肉细胞 归纳总结 C3植物、C4植物和CAM植物的比较 白天 白天 叶肉细胞 白天和夜晚 叶肉细胞和 维管束鞘细胞 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 最初CO2接受体 PEP 光下：RuBP(C5)； 暗中： PEP CO2固定的最初产物 C3 C4 光下：C3； 暗中：草酰乙酸 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。 RuBP(C5) 练习： 高温、干旱和强光等非生物胁迫是影响植物光合作用的主要因素，自然界的植物丰富多样，对环境的适应也有差异；自卡尔文发现光合作用中碳元素的行踪后，又有科学家发现碳元素行踪的其他路径。请据图回答下列问题。 (1)图中是C4植物和CAM植物利用CO2途径的示意图，由图可知，C4植物进行CO2的固定的场所有是 （填具体场所），而CAM植物进行 CO2固定的场所是 （填具体场所）。两种植物固定CO2的酶比C3植物多一种__________酶，从该酶功能的角度推测这两类植物更能适应高温、干旱的环境的原因是____________________________________________。 (4)典型的CAM植物如仙人掌在夜晚吸收的CO2不能立即用于C3途径，可能的原因是________________________________________________________________________________________。 叶肉细胞细胞质基质和维管束鞘细胞叶绿体基质 叶肉细胞细胞质基质和叶绿体基质 PEP羧化 该酶与CO2的亲和力高于Rubisco 没有光照无法进行光反应，无法为暗反应提供充足的ATP和NADPH Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.42 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $