专题28 植物的光合作用（课件）-山东省（春季高考）现代农艺类《植物生产与环境》考纲讲练测

专题28 植物的光合作用 山东省春季高考 现代农艺类 《植物生产与环境》 编写说明：本专辑为山东省（春季高考）现代农艺类《植物生产与环境考点讲练测》，严格依据山东省普通高校对口考试大纲（专业课）现代农艺类考试范围及要求编写，精准对标考纲，兼顾考点覆盖与实战应用。每套讲练测均贯穿九大核心环节：考点解读、思维导图、知识梳理、背诵环节、常考题、高考真题、课堂练习、课堂小结及课后测验，形成“讲-练-测-评”闭环式教学与复习逻辑，助力考生夯实基础、突破重难点。 考点解读 1.了解光合作用的场所。 2.了解光合作用的基本过程。 3.理解植物光能利用率的概念。 4.理解影响光合作用的因素。 5.理解光合作用的意义。 6.掌握光合作用在农业生产中的应用。 思维导图 知识梳理 光合作用是地球上规模最大的把太阳能转变为可贮存的化学能的过程，也是规模最大的将无机物合成有机物和从水中释放O2的过程。它是生物界获得能量、食物及O2的根本途径，故称“地球上最重要的化学反应”。 一、光合作用的概念 光合作用是绿色植物利用光能，将CO2和H2O合成有机物质，释放O2，同时把光能转变为化学能，贮藏在所形成的有机物中的过程。CO2、H2O为原料，光能为动力，绿色植物的叶绿体为反应场所，有机物（CH2O）、O2为产物。 知识梳理 二、光合作用的意义 1.把无机物转变成有机物 植物通过光合作用制造的有机物数量巨大。 2.将太阳能转化为可贮存的化学能 植物通过光合作用合成有机物，每年同时将3.2X1021J的日光能转化为化学能，贮存在有机物中。 3.维持大气中02和C02的平衡 植物通过光合作用吸收CO2，释放02，从而起到净化空气的作用;大气中一部分02转化为臭氧(O3)，O3对陆地生物有良好的作用。 知识梳理 三、光合作用的主要过程 光合作用的实质是将光能转变成化学能。光合作 用的产物有糖类、有机酸、氨基酸、蛋白质等， 主要为碳水化合物。根据能量转变的性质，可将 光合作用分为三个阶段： 第一步，通过原初反应，光能转变成电能。 第二步，通过电子传递和光合磷酸化，电能转变为活跃的化学能。 第三步，通过碳同化，活跃的化学能转变为稳定的化学能(糖类)。 知识梳理 原初反应和光合磷酸化在叶绿体的基粒片层上进行，需在有光条件下进行，又称光反应；而碳同化过程可以在光下，也可在黑暗中进行，称为暗反应，它是在叶绿体的基质中进行。 反应阶段 光反应 暗反应 反应步骤 原初反应 电子传递和光合磷酸化 碳同化阶段（CO2的固定） 能量转变部位 叶绿体的类囊体膜上 叶绿体的基质中 能量转变形式 光能（光量子）转变为电能（电子） 电能转变为活跃的化学能 活跃的化学能转变为稳定的化学能（糖类） 形成产物 O2、ATP和NADPH2 葡萄糖、蔗糖、淀粉 知识梳理 (一)原初反应 原初反应是光合作用的起点，是指叶绿素色素分子对光能的吸收、传递与转换过程，发生在叶绿体的类囊体膜上，由光合单位完成，与温度无关。原初反应包括色素对光能的吸收、光能在色素分子之间传递和受光激发的叶绿素分子引起的电荷分离。 光合单位是指结合在类囊体膜上进行光合作用的最小结构单位，由聚光色素系统和反应中心组成。反应中心由反应中心色素(P)、原初电子受体(A)和原初电子供体(D)细成。一个光合单位包括大约300个叶绿素分子及类胡萝卜素分子，但只有一个反应中心色素分子。 知识梳理 原初反应是连续不断进行的，必须经过一系列电子传递体传递电子，才能从最初电子供体到最终电子受体。高等植物的最终电子供体是水，最终电子受体是NADP+。 (二)电子传递和光合磷酸化 叶绿素分子放出高能电子后，被类囊体膜上传递电子的物质接受，这些物质将电子一个个地依次递送，最后传给NADP+。在电子传递的同时，水受光后分解成质子(H+)和O2。由于NADP+接受电子后本身带负电荷，于是吸收质子，O2就是在此阶段逸出的。 知识梳理 在电子传递过程中，一部分高能电子的能量被释放，其 中一些能量推动ADP转化为ATP，称为光合磷酸化作用。 通过以上过程可以看出，通过原初反应和电子传递便完 成光能的转化过程(即化学能)，并贮存于ATP和NADPH2中，从而为CO2同化、形成糖类创造了条件，因此ATP和NADPH2，也称同化力。 (三)碳同化 植物利用光反应中形成的NADPH2和ATP将CO2转化为稳定的糖类的过程，称为CO2同化或碳同化。主要有3条途径，分别称C3途径、C4途径、景天酸途径。 知识梳理 1.C3途径 这一途径也称卡尔文循环。CO2的受体是二磷酸核酮糖(RuBP)。RuBP接受CO2后，很快分解为磷酸甘油酸(PGA)。PGA在同化力的作用下，再经过一系列的变化形成蔗糖和淀粉，另一些物质又转化为RuBP继续参加循环。 凡在光合作用中，仅以卡尔文循环来同化碳元素，最初 产物是三碳化合物(3-磷酸甘油酸)的，这种反应途径称 为C3途径。利用C3途径进行光合作用的植物，称为C3植 物。如水稻、小麦、棉花、大豆等大多数植物都是C3植 物。 知识梳理 2.C4途径 CO2接受体是磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，生成的第一个产物是草酰乙酸和苹果酸等。以后草酰乙酸或苹果酸脱掉CO2转化为丙酮酸，又进一步转化为PEP继续循环下去，脱掉的CO2则进入C3途径而被固定。从而C4循环为C3循环提供了碳源。 凡在光合作用中，除了卡尔文循环以外，还 有以四碳化合物(草酰乙酸)为最初产物的反 应途径，称为C4途径。利用C4途径进行光合 作用的植物，称为C4植物。如玉米、高粱、 甘蔗等都是C4植物。 知识梳理 由于C4途径比C3途径多了一个固定CO2的循环，同时PEP羧化酶对CO2的亲和力比RuBP羧化酶活性高50～60倍，因此第一个循环就为第二个循环提供了较高浓度的CO2,故C4植物比C3植物的光合效率高。 3.景天酸途径 景天酸途径(简称CAM)是指景天科、仙人掌科等植物的碳同化途径。景天科、仙人掌科等植物如菠萝、剑麻、兰花、仙人掌、百合等由于适应干旱的环境,白天气孔关闭以减少水分蒸发，防止水分散失;夜间气孔开放，淀粉通过糖酵解形成PEP将不断扩散进来的CO2固定在草酰乙酸中，然后还原成苹果酸贮存在液泡内，从而表现夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液变酸。白天气孔关闭后，苹果酸 知识梳理 从液泡转移到细胞质脱氢脱酸，它放出的CO2进入C3途径，合成淀粉等物质。另一方面，它产生的丙酮酸则转移到线粒体，进一步氧化又释放出CO2，进入C3途径，从而表现为白天苹果酸减少，淀粉增加，细胞液pH升至6左右。不过在水分充足时，CAM植物的气孔白天也能开放，这时CO2直接进入C3途径。 CAM与C4途径有许多相似之处，但C4植物在叶肉细胞内固定CO2，在维管束鞘细胞内同化CO2，其光合速率很高。而CAM植物是在同一个细胞内，夜间固定CO2，白天同化CO2，其光合速率很低。 知识梳理 (四)光合作用的产物 光合作用的产物有糖类、有机酸、氨基酸、蛋白质等，主要为糖类。光合作用产物的种类与数量与植物种类、生育期、叶龄、光的波长及氮素营养有关。例如棉花、大豆、烟草的最初光合产物主要是淀粉，暂时存于叶片，夜间降解后输出。小麦、蚕豆等光合产物只要是蔗糖，并以此向外输出。嫩叶产生的蛋白中较多，成熟叶片产生的蛋白质较少；红光下植物合成的糖类较多，蓝紫光下合成的蛋白质较多；氮素营养增加，光合产物中的蛋白质较多。 知识梳理 四、影响光合作用的因素 植物的光合作用受多种因素影响，而衡量光合作用影响程度的常用指标有光合速率和光合生产率。光合速率又称光合强度，是指单位时间、单位叶面积的二氧化碳吸收量或氧气的释放量，常用单位是mg/(dm2·h)。光合生产率又称同化率，是指单位时间、单位叶面积积累的干物质克数，常用的单位是g/(m2·h)。 (一)光照度 光是光合作用的能量来源，也能影响光合作用的其他过程。光饱和点和光补偿点是植物光合特性的两个重要指标。在一定范围内，植物的光合速率随光照强度增高而相应增加，但当光照达到一定值时，光合速率不再增加，称为光饱和 知识梳理 现象，这时的光照强度称为光饱和点。不同植物的光饱和点不同，例如水稻、小麦的光饱和点在30000～50000lx，玉米可达100000lx。当光照强度低于一定数值时，光合作用吸收的二氧化碳与呼吸作用放出的二氧化碳处于平衡状态，此时的光照强度称为光补偿点。各种植物的光补偿点不同，如水稻、小麦为600～800lx，玉米为1500lx。 (二)CO2浓度 CO2是光合作用的主要原料，光合速率随CO2浓度增加而增大。植物吸收CO2也有饱和点和补偿点，各种植物的CO2饱和点和补偿点是不同的。玉米等C4植物的CO2补偿点为0～10μg/g，称低补偿点植物；小麦、水稻等C3植物的CO2补偿点 知识梳理 40～100μg/g，称高补偿点植物。多数植物的CO2饱和点为800～1800μg/g。生产上常通过施用有机肥料、通风等措施来增加CO2浓度。 (三)水分 水分是光合作用的原料之一，土壤水分含量对植物光合作用影响很大，如土壤干旱，光合作用受到抑制。叶片缺水也会影响光合作用正常进行。合理灌溉、耕作可保证适宜的土壤水分含量，从而保证光合作用的正常进行。 (四)温度 一般温带植物能进行光合作用的最低温度为0～5℃。在10～35℃范围内，光合作用能正常进行；35℃以上光合作用受阻，40℃以上光合作用完全停止。 知识梳理 (五)矿质元素 氮、镁、铁、锰、磷、钾、硼、锌等元素都会直接或间接对光合作用产生影响。如氮和镁是叶绿体的组成元素，铁和锰参与叶绿素的形成过程，磷、钾、硼能促进有机物质的转化和运输。因此，合理施肥才能保证光合作用顺利进行。 (六)植物内在因素 主要有叶龄、叶的结构和光合产物的输出等。光合速率随叶龄增长出现“低-高-低”的规律。C4植物的光合速率大于C3植物，这与叶的结构有关。光合产物（蔗糖）从叶片中输出速率也会影响光合作用。 知识梳理 五、光合作用与植物生产 1.实行间作套种，提高单位面积产量 在同一块农田上实行间作套种，通过挑选搭配等人工措施，以减轻竞争，创造作物的互利条件，可获得高产。 2.增施 CO2气肥，增加光合作用原料 保护地栽培中，通过施用有机肥、CO2气肥等措施，可以增强光合作用。 3.延长光合作用时间，增加光合作用产物的积累 知识梳理 改革耕作制度，提高复种指数，在温度允许的范围内，使一年中尽可能多的时间在农田里生长植物，如育苗移栽、设施栽培。 4.培育高光效作物品种，减少呼吸消耗 在筛选高光效品种的同时，还可用物理和化学方法抑制呼吸，可大幅度提高作物产量。 5.选育理想株型，充分利用光能制造光合作用产物 高产农田植物群体充分利用光能的结构趋势是植株 矮化、植物层薄。 6.避免或减轻植物“午休”期的影响 知识梳理 用少量水改善田间小气候和作物的水分状况，以减轻 光合“午休”现象，达到增加作物产量的目的。 7.应用生长调节物质，提高光合作用效率 DCPTA是迄今为止发现的第一种既能影响光合作用，又能增加产量的生物调节剂。 8.利用不同色光，改善光合作用产物品质 使用有色薄膜在农、林、园艺等绿色生产上达到不同的目的。如甜瓜、小麦、四季豆、辣椒应用红色地膜有明显增产效果;黄瓜和香菜应用蓝色地膜，维生素C的含量增加;用黄色薄膜栽培黄瓜、芹菜、莴苣、茶树等，增产效果明显;番茄、茄子、韭菜在紫膜下产量增加。用青色(蔚蓝色)薄膜进行水稻育秧效果很好。 背诵环节 1.简述光合作用的意义。 【答案】把无机物转变成有机物； 将太阳能转化为可贮存的化学能； 维持大气中O2和CO2的平衡。 2.简述光合单位的含义。 【答案】光合单位是结合在类囊体膜上进行光合作用的最小结构单位；由聚光色素系统和反应中心组成。 背诵环节 3.简述光合作用的概念。 【答案】绿色植物利用光能，将CO2和H2O合成有机物质，释放O2，同时把光能转变为化学能，贮藏在所形成的有机物中的过程。 4.简述C3途径的过程。 【答案】CO2受体RuBP结合CO2分解生成PGA；PGA利用同化力，经系列反应生成蔗糖、淀粉；部分产物再生RuBP参与循环。 常考题 【答案】D 1.光合作用过程中，电子传递和光合磷酸化发生的场所是（ ） A.线粒体 B.胞基质 C.叶绿体的基质 D.叶绿体的类囊体 2.植物光合作用碳同化途径分为C3途径和C4途径，其中C3途径中二氧化碳的受体是（ ） A.二磷酸核酮糖 B.磷敢甘油酸 C.磷酸甘油醛 D.葡萄糖 【答案】A 常考题 【答案】D 3.以下作物中CO2补偿点最低的是（ ） A.小麦 B.棉花 C.大豆 D.玉米 4.下列植物中光合效率较高的是（ ） A.水稻 B.小麦 C.大豆 D.玉米 【答案】D 常考题 【答案】B 5.植物光合作用的场所是（ ） A.线粒体 B.叶绿体 C.核糖体 D.细胞核 6.光合作用的动力是（ ） A.二氧化碳 B.水 C.光能 D.氧气 【答案】C 【答案】A 1.光合作用中将活跃的化学能转变为稳定的化学能为（ ） A.碳同化 B.原初反应 C.光合磷酸化 D.电子传递 2.植物光合作用C4途径中CO2的受体是（ ） A.二磷酸核酮糖 B.磷酸甘油酸 C.磷酸烯醇式丙酮酸 D.草酰乙酸 【答案】C 高考真题 【答案】B 3.下列作物中，二氧化碳同化途径为C4途径的作物是（ ） A.小麦 B.玉米 C.棉花 D.大豆 4.光合作用过程中，由活跃化学能转变为稳定化学能的阶段是（ ） A.原初反应 B.电子传递 C.光合磷酸化 D.光合碳同化 【答案】D 高考真题 【答案】A 5.植物光合作用过程中被称为同化力的是（ ） A.ATP和NADPH2 B.ADP和NADPH2 C.ATP和NADP D.ATP和NADP+ 6.C4植物的碳同化过程中，PEP固定CO2的场所是（ ） A.叶表皮细胞 B.叶肉细胞 C.叶维管束鞘细胞 D.叶维管束细胞 【答案】B 高考真题 【答案】A 7.植物光合作用过程中，电子的最终供体是（ ） A.H2O B.NADP+ C.NADP D.H+ 8.光合作用过程中，碳同化的发生场所是（ ） A.细胞质基质 B.线粒体 C.叶绿体基质 D.叶録体类囊体片层 【答案】C 高考真题 【答案】A 9.光合作用过程中，高等植物的最终电子供体是（ ） A.水 B.ATP C.NADP+ D.1,5-二磷酸核酮糖 10.下列选项中属于C4植物的是（ ） A.小麦 B.水稻 C.玉米 D.大豆 【答案】C 高考真题 课堂练习 【答案】B 1.被称为“地球上最重要的化学反应”是（ ） A.呼吸作用 B.光合作用 C.新陈代谢 D.蒸腾作用 2.单位时间、单位叶面积积累的干物质的克数称为（ ） A.光合速率 B.光合强度 C.呼吸强度 D.光合生产率 【答案】D 课堂练习 【答案】C 3.蓝紫光条件下植物合成较多的产物是（ ） A.糖类 B.淀粉 C.蛋白质 D.蔗糖 4.下列属于C3植物的是（ ） A.小麦 B.高粱 C.玉米 D.甘蔗 【答案】A 课堂练习 【答案】D 5.绿色植物进行光合作用的反应场所是（ ） A.线粒体 B.细胞核 C.液泡 D.叶绿体 6.光合作用中光能转变成电能发生在（ ） A.原初反应 B.电子传递 C.光合磷酸化 D.碳同化 【答案】A 课堂练习 【答案】B 7.光合作用中释放的氧气来自于（ ） A.CO2 B.H2O C.CO2 D.都不是 8.单位时间、单位叶面积的二氧化碳吸收量或氧气的释放量称为（ ） A.同化率 B.呼吸强度 C.光合强度 D.光合生产率 【答案】C 课堂练习 【答案】光照度；CO2浓度；水分；温度；矿质元素 植物内在因素：主要有叶龄、叶的结构和光合产物的输出等。 9.简述影响光合作用的因素。 课堂练习 【答案】(1)实行间作套种，提高单位面积产量； (2)增施 CO2气肥，增加光合作用原料； (3)延长光合作用时间，增加光合作用产物的积累； (4)培育高光效作物品种，减少呼吸消耗； (5)选育理想株型，充分利用光能制造光合作用产物； (6)避免或减轻植物“午休”期的影响； (7)应用生长调节物质，提高光合作用效率； (8)利用不同色光，改善光合作用产物品质。 10.简述光合作用在农业生产中的应用。 课堂小结 一、光合作用的概念 二、光合作用的意义 三、光合作用的主要过程 (一)原初反应 (二)电子传递和光合磷酸化 (三)碳同化 (四)光合作用的产物 四、影响光合作用的因素 (一)光照度 (二)CO2浓度 (三)水分 (四)温度 (五)矿质元素 (六)植物内在因素 五、光合作用与植物生产 $