高中生物第2課時 光合作用的原理和應(yīng)用

第2課時光合作用的原理和應(yīng)用

"卅卅卅州"川卅卅勿州附卅卅"卅"/卅卅"/,|=|E3?血包?圖囪%"勿皿川卅卅加|卅勿勿用卅"卅"M"川勿WW"川

一、光合作用的概念［填圖］

二、光合作用的原理及探索

1.探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)

科學(xué)家實(shí)驗(yàn)過程或依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論

科學(xué)界普遍認(rèn)為，在光合作用

甲醛對植物有毒害作用，而且

中，co2分子的￡和2_被分開，

19世紀(jì)末甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化

。2被釋放，C與H2O結(jié)合成甲

成糖

醛，然后甲醛縮合成糖

離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)

在離體葉綠體的懸浮液中加

1937年英生水的光解、產(chǎn)生氧氣的化學(xué)

入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液

植物學(xué)反應(yīng)稱作希爾反應(yīng)。說明水的

中有水，沒有二氧化碳)，在

家希爾光解與糖的合成不是同一個

光照下可以釋放出氧氣

化學(xué)反應(yīng)

1941年美co2,8c?02

光合作用釋放的全部來自

科學(xué)家魯

18H2Q

賓和卡門：S-H2Og§-H2O

1954年美在光照下，葉綠體可合成ATP,

光照下葉綠體中發(fā)生的水的

科學(xué)家并發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的

光解過程伴隨ATP的產(chǎn)生

阿爾農(nóng)光解相伴隨

20世紀(jì)探明了COz中的碳在光合作用

40年代用"'C標(biāo)記C02中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途徑,

卡爾文即卡爾文循環(huán)

2.光合作用的過程

(1)過程及分析［據(jù)圖填空］

光反應(yīng)暗反應(yīng)

II

場所類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)

條件需光不需要光

2c3-C5+CO2

HO-[H]+O"pATP

物質(zhì)轉(zhuǎn)化22[H][

ADP+Pi—ATPZADP+Pi

(CH2O)

能量轉(zhuǎn)換光能一活躍化學(xué)能活躍化學(xué)能一穩(wěn)定化學(xué)能

⑵反應(yīng)式

三、光合作用原理的應(yīng)用

1.光合作用強(qiáng)度

(1)概念：植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量。

(2)影響因素和衡量指標(biāo)：

土壤中水分的多少

空氣中?的濃度

影響因素

光合作＜溫度的高低

用強(qiáng)度光照的長短與強(qiáng)弱以及光的成分

原料消耗的數(shù)量

衡量指標(biāo)

產(chǎn)物生成的數(shù)量

2.探究環(huán)境因素對光合作用強(qiáng)度的影響

實(shí)驗(yàn)流程：

取生長旺盛的綠葉.用直徑為1cm的打孔器打出

取材一

小圓形葉片30片

將小圓形葉片置于注射器內(nèi).并讓注射器吸入清

水；待排出注射器內(nèi)殘留的空氣后，用手指堵住注射

排氣一

器前端的小孔并緩慢拉動活塞.使小圓形葉片內(nèi)

的氣體逸出

V將小圓形葉片放入黑暗處盛有清水的燒杯中待

沉水一

用。葉片因細(xì)胞間隙充滿水.所以全部沉到水底

分細(xì)一|取3只小燒杯.分別倒入20mL富含C()2的清水

分別向3只小燒杯中各放入10片小圓形葉片.然

光照一

后分別對這3個實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行強(qiáng)、中、弱三種光照

觀察

I—I同一時間段內(nèi)各裝置中小圓形葉片浮起的數(shù)量

并出錄----------------------

，勿伽m川川川川川川州川川皿"川州"川I川川川川勿川川",E3E3?陶目?Fllal恤川川/州州川加州州川川加川川川川州州川"川川川,

i.判斷下列有關(guān)光合作用敘述的正誤

(1)光反應(yīng)階段發(fā)生在葉綠體內(nèi)膜和類囊體薄膜上()

(2)光反應(yīng)過程中合成了ATP,需要的能量來源于呼吸作用分解的有機(jī)物()

(3)光反應(yīng)的進(jìn)行不需要任何酶的參與()

(4)高等綠色植物白天進(jìn)行光反應(yīng)，夜晚進(jìn)行暗反應(yīng)()

⑸光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供［H］和ATP()

(6)暗反應(yīng)必須在無光的條件下進(jìn)行()

⑺暗反應(yīng)需要的ATP是由光合作用合成的糖經(jīng)過有氧呼吸產(chǎn)生的()

(8)在離體的葉綠體基質(zhì)中添加［田、ATP和CO?后，可以完成暗反應(yīng)()

(9)光反應(yīng)和暗反應(yīng)必須都在光照條件下才能進(jìn)行()

(10)光合作用產(chǎn)生的來自C0?和【似)中的0()

(11)綠色植物光合作用的反應(yīng)物是CO2和友0,產(chǎn)物是有機(jī)物和0式)

(12)綠色植物進(jìn)行光合作用的能量來源于光能()

(13)光合作用強(qiáng)度的影響因素有COz濃度、溫度、光照強(qiáng)度等外界因素()

(14)光照強(qiáng)度對光合作用強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)中，可以通過調(diào)節(jié)臺燈與實(shí)驗(yàn)裝置間的距離來

調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度()

(15)探究實(shí)驗(yàn)中，小圓形葉片浮起的原因是葉片進(jìn)行呼吸作用產(chǎn)生的二氧化碳導(dǎo)致的

()

答案：⑴X⑵X(3)X(4)X(5)V(6)X(7)X(8)V(9)X(10)X

(11)V(12)V(13)V(14)V(15)X

2.將下列生產(chǎn)實(shí)例和利用的光合作用原理連接起來

課堂互動探究案

【課程標(biāo)準(zhǔn)】

說明植物細(xì)胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)樘桥c氧氣

的過程中，轉(zhuǎn)化并儲存為糖分子中的化學(xué)能

探究不同環(huán)境因素對光合作用的影響

提取和分離葉綠體色素

【素養(yǎng)達(dá)成】

1.閱讀科學(xué)家對光合作用的探究過程，了解人們對光合作用認(rèn)識的過程。(科學(xué)思維)

2.結(jié)合實(shí)例及教材圖5—14,掌握光合作用的光反應(yīng)和暗反應(yīng)過程以及二者的關(guān)系。(科

學(xué)思維)

3.認(rèn)識生命活動不僅具有物質(zhì)基礎(chǔ)，還需要能量驅(qū)動，而能量的供應(yīng)和利用都離不開物

質(zhì)的變化，物質(zhì)是能量的載體，能量是物質(zhì)變化的動力，初步建立物質(zhì)和能量觀。(科學(xué)思維)

4.聯(lián)系日常生活實(shí)際，思考影響光合作用的環(huán)境因素以及光合作用原理的實(shí)踐應(yīng)用。(社

會責(zé)任)

同學(xué)們，詩中的“你”是指什么？為什么會給“我”生命的甘露、無窮的能量?

“川勿勿川皿冏川卅州“勿勿川勿勿加切勿/川州皿"卅勿"卅，目固?陶陶?白窗W卅勿卅4卅卅卅勿指冏川勿冏州州勿叫勿

探究點(diǎn)一光合作用的原理及探索

【師問導(dǎo)學(xué)】

一、光合作用原理的探索實(shí)驗(yàn)分析

1.實(shí)驗(yàn)一：1937年，英國劍橋大學(xué)的希爾用離體的葉綠體做實(shí)驗(yàn)。

他將離體的葉綠體加到具有H受體的水溶液中，在無CO?的條件下給予光照，發(fā)現(xiàn)葉綠體

中有。2放出。

由實(shí)驗(yàn)一?說明：o

答案：葉綠體在有II受體的水溶液中光照可產(chǎn)生Oz

2.實(shí)驗(yàn)二：科學(xué)家在黑暗時把葉綠體基粒放在pH=4的溶液中，讓基粒類囊體膜腔的pH

值下降至4,然后將基粒移入pH=8并含有ADP和Pi的緩沖溶液中（如圖）。一段時間后，有

ATP產(chǎn)生。

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基粒類囊體合成ATP的原因是膜內(nèi)外存在

據(jù)此推測，葉綠體在自然狀態(tài)下產(chǎn)生ATP的過程中，光能的作用是使水分解產(chǎn)生

使類囊體膜內(nèi)外之間產(chǎn)生

答案：H十梯度出卜濃度差）H+H上梯度田卜濃度差）

3.實(shí)驗(yàn)三：如圖是利用小球藻進(jìn)行光合作用實(shí)驗(yàn)的示意圖，圖中A物質(zhì)和B物質(zhì)的相對

分子質(zhì)量之比是多少？

AB

光照

十下的士-CO?

A小球

V藻懸,8

H2O

液

答案：8：9

4.實(shí)驗(yàn)四：1954年美國阿爾農(nóng)等用離體的葉綠體做實(shí)驗(yàn)。

在給葉綠體照光時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向反應(yīng)體系中供給ADP、Pi和H受體時，體系中就會有ATP

和［H］產(chǎn)生。

在黑暗條件下，只要供給了ATP和［H］,葉綠體就能將CO?轉(zhuǎn)變?yōu)樘恰?/p>

上述實(shí)驗(yàn)說明：。

答案：葉綠體照光條件下，反應(yīng)體系中有ADP、Pi和H受體存在下可產(chǎn)生ATP和［H］。在

黑暗條件下，有ATP和［H］時，葉綠體可將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)樘?/p>

5.實(shí)驗(yàn)五：20世紀(jì)40年代，卡爾文及其同事因在光合作用方面的研究成果，獲得了1961

年的諾貝爾化學(xué)獎?？栁膶⑿∏蛟逖b在一個密閉容器中，通過一個通氣管向容器中通入C02,

通氣管上有一個開關(guān)，可控制CO2的供應(yīng)，容器周圍有光源，通過控制電源開關(guān)可控制光照的

有無。

他向密閉容器中通入"C02,當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到5s時，“C出現(xiàn)在一種五碳化合物(G)和一種

六碳糖(G)中，將反應(yīng)時間縮短到0.5s時，“C出現(xiàn)在一種三碳化合物(C3)中，上述實(shí)驗(yàn)中卡

爾文等是通過控制來探究CO,中碳原子轉(zhuǎn)移路徑的，采用了等技術(shù)方法,

實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明C02中C的轉(zhuǎn)移路徑是(請用“一”表示)。

卡爾文及其同事們在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，在有光照和co?供應(yīng)的條件下，a和C5的濃度很快

達(dá)到飽和并保持穩(wěn)定。

但是，當(dāng)改變其中一個實(shí)驗(yàn)條件后，二者的濃度迅速出現(xiàn)了規(guī)律性的變化：停止COz供應(yīng)

時，a的濃度急速降低，嶷的濃度急速升高。

停止光照時，C3的濃度急速升高，a的濃度急速降低。

由此可見a和Cs之間的關(guān)系是(請用箭頭表示).

答案：反應(yīng)時間同位素示蹤法(同位素標(biāo)記法)coz-Cs-Cs、a

,4

CO2

,4,4

c6H12o6C5

二、結(jié)合光反應(yīng)過程與暗反應(yīng)過程回答下列問題

1.為什么暗反應(yīng)不能較長時間地在黑暗條件下進(jìn)行？

答案：因?yàn)楣夥磻?yīng)為暗反應(yīng)提供的［田、ATP是有限的。

2.試?yán)猛凰厥聚櫡?，分析光合作用過程中各元素的轉(zhuǎn)移途徑。

(1)用放射性同位素分別標(biāo)記ILO中的II和0,則能在光合作用的哪些物質(zhì)中檢測到放射

性？

(2)若標(biāo)記CO,中的“C,請寫出光合作用中HC的轉(zhuǎn)化途徑。

(3)試總結(jié)光合作用各元素的去向。

答案：(1)0可在釋放的a中檢測到；H可在產(chǎn)生的糖類中檢測到。

14

(2)“⑩+以一2c3(只有一個0一("CH2O)?

(3)光合作用總反應(yīng)式及各元素去向：

I

C(b+H?O一…A(CHJ))+(),

_?葉綠體「一

3.結(jié)合光反應(yīng)和暗反應(yīng)過程分析，若突然停止光照或停止C02供應(yīng)，葉綠體中C3和G相

對含量發(fā)生怎樣的變化？

答案：

①停止光照：C含量相對增加，C5含量相對減少。

②停止C0?供應(yīng)：C3含量相對減少，晨含量相對增加。

【智涂筆記】

(1)魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)的對照方式為相互對照(通過標(biāo)記不同的物質(zhì)：H「0與C%z)。

(2)魯賓、卡門和卡爾文用的實(shí)驗(yàn)方法為同位素標(biāo)記法(同位素示蹤法)。

(3)還原齊ij[H]是指還原型輔酶11(NADPH),由氧化型輔酶II(NADP+)接受電子和射形成。

(4)光合產(chǎn)物主要是糖類(蔗糖、淀粉)，蛋白質(zhì)、脂肪和有機(jī)酸也是光合作用的直接產(chǎn)物。

【師說核心】

1.魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)

(1)巧妙之處：兩組實(shí)驗(yàn)相互對照直觀地表現(xiàn)出氧氣來自水中的氧，而不是來自二氧化碳

中的氧。

(2)自變量為被標(biāo)記的仁論和Hg,因變量是02的放射性。

2.卡爾文循環(huán)

(1)探究方法一一同位素標(biāo)記法：

用"C標(biāo)記0)2,追蹤檢測放射性，探明了CO?中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途

徑。

(2)結(jié)論:

碳的轉(zhuǎn)化途徑："CO2+C5-"C3--("CILO)?

3.光合作用過程圖解

［WI能量轉(zhuǎn)換II物質(zhì)轉(zhuǎn)化I［W］

不.…光能一二;工

光I光

反I類囊體

應(yīng)活躍的薄膜上

￥化學(xué)能、

暗反應(yīng)穩(wěn)金的(C%。)爭種薛催貨’3

葉綠體基質(zhì)中

」一化學(xué)能7Gdo?

4.兩者的區(qū)別

比較項(xiàng)目光反應(yīng)暗反應(yīng)

實(shí)質(zhì)光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，并放出固定C02,形成有機(jī)物

時間長短短促較緩慢

需要條件色素、光照、酶不需要色素和光，需要多種酶

反應(yīng)場所葉綠體類囊體的薄膜上葉綠體的基質(zhì)中

①水的光解：水分解生成［H］和02；

①C02的固定：COz+Csf2c3；

物質(zhì)變化②ATP的合成：在相關(guān)酶的作用下ADP

ATP

②C3的還原:2c3+[H]——?(CH0)+C

和Pi形成ATP25

ATP中活躍的化學(xué)能一有機(jī)物中穩(wěn)定

能量變化光能一ATP中活躍的化學(xué)能

的化學(xué)能

相應(yīng)產(chǎn)物。2、ATP和[H]葡萄糖等有機(jī)物

5.兩者的聯(lián)系

(1)光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供［H］和ATP；暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP和Pi,即兩個反應(yīng)階段相

輔相成，密切聯(lián)系。

(2)沒有光反應(yīng)，暗反應(yīng)缺乏［H］和ATP,無法進(jìn)行；暗反應(yīng)受阻，光反應(yīng)因產(chǎn)物積累也不

能正常進(jìn)行。可見，二者相互制約。

6.當(dāng)外界條件改變時，光合作用中C3、Cs、［用、ATP含量的變化可以采用下圖分析:

(D改變光照條件

光照強(qiáng)一弱

CO?看應(yīng)不變

|先反應(yīng)減局

[H]、ATP減少

|暗反應(yīng)

（：3還原減弱

（：（%固定正常

C3含量上升

C$含量下降

（CHJ））合成量

相對減少

（2）改變C0?濃度

光照不變

減少co2供應(yīng)

|暗反應(yīng)

co?固定減弱

a還原仍正常進(jìn)行

Q含量下降

（X含量上升

[Hj、ATP相對增加

?：40）合成量

相對減少

【檢測反饋】

1.（合格必考）魯賓和卡門用H寅）和CO?作為原料進(jìn)行光合作用實(shí)驗(yàn)，下列符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果

的是（）

A.釋放的氧氣全是

B.釋放的氧氣一部分是一部分是“2

C.釋放的氧氣全是“2

18

D.釋放的氧氣大部分是,少部分是02

解析：魯賓和卡門用11「為和C02作為原料進(jìn)行光合作用實(shí)驗(yàn)，其目的是為了探究光合作

用釋放出的a的來源，通過放射性檢測，光合作用產(chǎn)生的&全部來源于水。

答案：c

2.（合格必考）光合作用包括光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個階段，參與暗反應(yīng)必需的物質(zhì)是（）

A.上0、COz、ADPB.C02、[H]、ATP

C.HQ、⑩、ATPD.[H],HQ、ADP

解析：暗反應(yīng)過程包括二氧化碳的固定和三碳化合物的還原，在此過程中需要CO”[H]

和ATP及多種酶參與反應(yīng)。

答案：B

3.（合格必考）光合作用的光反應(yīng)和暗反應(yīng)依次發(fā)生在（）

A.細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核中

B.葉綠體的外膜、內(nèi)膜上

C.葉綠體的類囊體薄膜上、葉綠體的基質(zhì)中

D.葉綠體的基質(zhì)中、葉綠體的類囊體膜上

解析：光反應(yīng)發(fā)生在葉綠體類囊體薄膜上，暗反應(yīng)發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中。

答案：C

4.（合格必考）正常生長的綠藻，照光培養(yǎng)一段時間后，用黑布迅速將培養(yǎng)瓶罩上，此后

綠藻細(xì)胞的葉綠體內(nèi)不可能發(fā)生的現(xiàn)象是（）

A.的產(chǎn)生停止

B.CO?的固定加快

C.ATP/ADP比值下降

D.NADPH/NADP*比值下降

解析：用黑布將培養(yǎng)瓶罩上，光反應(yīng)停止，氧氣的產(chǎn)生停止，A正確;同時NADPH和ATP

的產(chǎn)生停止，使暗反應(yīng)C3的還原速度減慢，從而導(dǎo)致二氧化碳的固定減慢，B錯誤；ADP生成

ATP減少,使ATP/ADP比值下降，C正確；NADPH的產(chǎn)生減少，NADPH/NADP*比值下降，D正確。

答案：B

5.（等級選考）玉蘭葉肉細(xì)胞在光照下進(jìn)行穩(wěn)定的光合作用時，如果將它移至暗室中，短

時間內(nèi)葉綠體中G與Cs相對含量的變化分別是（）

A.增多減少B.減少增多

C.增多增多D.減少減少

解析：葉肉細(xì)胞在光照下進(jìn)行穩(wěn)定的光合作用時，G和C,處于動態(tài)平衡狀態(tài)；移至暗室

后，短時間內(nèi)由于光反應(yīng)速度下降，ATP和［H］的合成減少，C3還原成Cs的過程受到影響，而

Cs仍能正常和CO,反應(yīng)生成故C：,增多，G減少。

答案：A

6.（等級選考）A.Benson與M.Calvin于1949年采用放射性同位素自顯影技術(shù)對光合作用

進(jìn)行研究。以下是他們研究過程的簡述：往小球藻培養(yǎng)液中通入“CO?后，分別給予小球藻不

同的光照時間后立即殺死小球藻。從培養(yǎng)液中提出產(chǎn)生的放射性物質(zhì)進(jìn)行分析。結(jié)果如下:

實(shí)驗(yàn)組別光照時間（S）放射性物質(zhì)分布

12012種磷酸化糖類

260除上述12種磷酸化糖類外，還有氨基酸、有機(jī)酸等

32大量3-磷酸甘油酸

請根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)資料分析，下列選項(xiàng)錯誤的是（）

A.本實(shí)驗(yàn)原料只有CO”暗反應(yīng)的產(chǎn)物是有機(jī)物

B.CO?進(jìn)入葉綠體后，最初形成的主要物質(zhì)是3-磷酸甘油酸

C.實(shí)驗(yàn)結(jié)果還說明光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物還包括氨基酸、有機(jī)酸等

D.從COZ進(jìn)入葉綠體到產(chǎn)生有機(jī)物的整個過程看，產(chǎn)生的有機(jī)物主要是磷酸化糖類

解析：光合作用所需要的原料除了二氧化碳還有水，A錯誤；從表中可以看出，放射性首

先出現(xiàn)在3-磷酸甘油酸中，B正確：60s后，放射性出現(xiàn)在除上述12種磷酸化糖類外，還有

氨基酸、有機(jī)酸等，C正確；從表中可以看出，產(chǎn)生的有機(jī)物主要是磷酸化糖類，D正確。

答案：A

7.(等級選考)[2019?東城高一期末]ATP作為細(xì)胞中的直接能源物質(zhì)為細(xì)胞生命活動直

接提供能量。為了研究ATP合成過程中的能量轉(zhuǎn)換機(jī)制，科學(xué)家利用提純的大豆磷脂、某種

細(xì)菌膜蛋白(I)和牛細(xì)胞中的ATP合成酶(II)構(gòu)建了ATP體外合成體系，如圖所示。請回答

問題：

(DATP在供能時，遠(yuǎn)離A的斷裂，將能量釋放出來。

(2)科學(xué)家利用人工體系模擬了ATP合成時的能量轉(zhuǎn)換過程。在葉綠體中此過程發(fā)生的場

所為________.

(3)科學(xué)家利用人工體系進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，如下表。

人工體系

H+通過H+通過

組別大豆磷脂ATP

I11I的轉(zhuǎn)運(yùn)II的轉(zhuǎn)運(yùn)

構(gòu)成的囊泡

1+++有有產(chǎn)生

2+一+無無不產(chǎn)生

3++一有無不產(chǎn)生

注：“+”、“一”分別表示人工體系中組分的“有”、“無”

①比較第1組和第2組的結(jié)果可知，I可以轉(zhuǎn)運(yùn)酎進(jìn)入囊泡。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，第1組

囊泡內(nèi)pH比囊泡外低1.8,說明囊泡內(nèi)的【廣濃度囊泡外。

②比較第1組和第3組的結(jié)果可知，伴隨圖中的的過程，ADP和Pi合成ATP。

(4)結(jié)合圖與實(shí)驗(yàn)分析，說明人工體系產(chǎn)生ATP的能量轉(zhuǎn)換過程是光能一-ATP

中的化學(xué)能。

解析：分析圖形，H+進(jìn)入囊泡通過I過程，需要光，說明該囊泡模擬的是葉綠體的類囊

體薄膜；1廣通過H出囊泡，形成ATP,說明模擬的是線粒體的內(nèi)膜。(DATP中遠(yuǎn)離A的高能

磷酸鍵斷裂，釋放能量，供給各項(xiàng)耗能的生命活動。(2)葉綠體中合成ATP的場所是類囊體薄

膜。(3)第1組囊泡內(nèi)pH比囊泡外低1.8,說明囊泡內(nèi)的「濃度高，大于囊泡外的肘濃度。

②比較第1組和第3組的結(jié)果可知，伴隨父通過II向囊泡外轉(zhuǎn)運(yùn)的過程，ADP和Pi合成ATP。

(4)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知人工體系產(chǎn)生ATP的能量轉(zhuǎn)換過程是：光能一H+電化學(xué)勢能一ATP

中的化學(xué)能。

答案：

(1)高能磷酸鍵(2)類囊體膜(囊狀結(jié)構(gòu)薄膜)

(3)①高于(大于)②H*通過II向囊泡外轉(zhuǎn)運(yùn)

(4)射電化學(xué)勢能。廣濃度梯度勢能)

探究點(diǎn)二光合作用原理的應(yīng)用

【師問導(dǎo)學(xué)】

1.光照強(qiáng)度對光合作用強(qiáng)度的影響

如圖表示光照強(qiáng)度對光合作用強(qiáng)度的影響曲線，分析曲線討論并回答:

(DA點(diǎn)時，光照強(qiáng)度為0,對應(yīng)的COz來源于哪些生理過程？其釋放量的含義是什么？

(2)B點(diǎn)時，所對應(yīng)的CO?吸收量和釋放量為0,試分析此時光合速率與細(xì)胞呼吸速率的關(guān)

系及B點(diǎn)的含義。

(3)C點(diǎn)時，C0,吸收量達(dá)到最高，請討論C點(diǎn)的含義并分析C0,吸收量達(dá)到最高前、后的

主要限制因素分別是什么？

答案：(DA點(diǎn)時?，光照強(qiáng)度為0,此時只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，其單位時間內(nèi)釋放的CO,量，可

表示此時的細(xì)胞呼吸速率。

(2)B點(diǎn)時，細(xì)胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用，即光合速率=呼吸速率，此點(diǎn)為光補(bǔ)

償點(diǎn)。

(3)當(dāng)達(dá)到C點(diǎn)后，光合作用不再隨光照強(qiáng)度的升高而增加，稱之為光飽和點(diǎn)。C0,吸收量

達(dá)到最高前的主要限制因素是光照強(qiáng)度，CO,吸收量達(dá)到最高后的主要限制因素為溫度和CO?

濃度。

2.結(jié)合細(xì)胞呼吸，人們用下面的曲線來表示光照強(qiáng)度和光合作用強(qiáng)度之間的關(guān)系，請分

析:

(1)圖中A、B、C各點(diǎn)代表的生物學(xué)意義分別是什么？

(2)/段的含義是什么？其大小主要受哪種環(huán)境因素的影響？

(3)DE段的含義是什么？如果此時想增加光合作用強(qiáng)度，可以采取哪些措施？

(4)若光合作用和呼吸作用的最適溫度分別為25℃和30℃,這是在25℃測得的曲線，

若溫度升至30℃,曲線中A點(diǎn)、B點(diǎn)將如何變化？

(5)通過實(shí)驗(yàn)測得一片葉子在不同光照強(qiáng)度下氣體吸收和釋放的情況如下圖所示。那么曲

線中AB段(不包括A、B兩點(diǎn))中哪些過程是存在的(用下圖字母表示)？

答案：

(DA點(diǎn)：光照強(qiáng)度為零，只進(jìn)行細(xì)胞呼吸。B點(diǎn)：光合作用強(qiáng)度等于呼吸作用強(qiáng)度，為

光補(bǔ)償點(diǎn)。C點(diǎn)：光合作用達(dá)到最大值時所需要的最小光照強(qiáng)度，即光飽和點(diǎn)。

(2)創(chuàng)段代表呼吸作用強(qiáng)度。其大小主要受溫度的影響。

(3)DE段光合作用強(qiáng)度達(dá)到飽和，不再隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而增加?？梢酝ㄟ^調(diào)整溫度和增

加CO2濃度等措施增加光合作用強(qiáng)度。

(4)A點(diǎn)下移，B點(diǎn)右移。

⑸c、d、e、

3.其他環(huán)境因素對光合作用的影響

(D溫度：溫度通過影響酶的活性來影響光合作用強(qiáng)度，據(jù)此請?jiān)谧鴺?biāo)系中畫出溫度和光

合作用強(qiáng)度的關(guān)系曲線(一般植物的適宜溫度在35c左右)。

(2)二氧化碳濃度

°co2濃度

在一定范圍內(nèi)，植物光合速率隨COz濃度的增大而但達(dá)到一定濃度時，再

增加CO2濃度，光合速率也____________。

(3)礦質(zhì)元素：缺少N會影響酶的合成，缺少P會影響的合成；缺少M(fèi)g會影響

________的合成。

答案：(1)如圖所示(2)增加不再增加(3)ATP葉綠素

4.科學(xué)家研究CO2濃度、光照強(qiáng)度和溫度對同一植物光合作用強(qiáng)度的影響，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)

果如圖，請據(jù)圖分析：

CO2濃度(0.04%)30^[

(j).o4%)2or^

co1濃度(6.01%)20、：E

0abe光照強(qiáng)度

(1)光照強(qiáng)度為a時，曲線I和II重合說明什么？此時造成曲線n和山光合作用強(qiáng)度差異

的原因是什么？

(2)光照強(qiáng)度為b時，造成曲線I和II光合作用強(qiáng)度差異的原因是什么？

(3)光照強(qiáng)度為c時，每條曲線都呈現(xiàn)水平狀態(tài)，說明什么？

答案：

(1)光照強(qiáng)度為a時，曲線I和H重合說明溫度不是限制因素，光照強(qiáng)度才是限制因素。

此時造成曲線II和III光合作用強(qiáng)度差異的原因是CO2濃度不同。

(2)溫度的不同。

(3)此時每條曲線都達(dá)到了光飽和點(diǎn)，光合作用不再上升。

【智涂筆記】

本實(shí)驗(yàn)中易產(chǎn)生的兩個認(rèn)識誤區(qū)

(D本實(shí)驗(yàn)中所測的數(shù)值并不代表光合作用的真實(shí)值，而是光合作用的凈產(chǎn)值，即光合作

用強(qiáng)度減去呼吸作用強(qiáng)度。

(2)葉片浮起之前并不是不進(jìn)行光合作用，而是光合速率小于呼吸速率或者是產(chǎn)生的氧氣

量較少。

［歸納拓展］關(guān)于環(huán)境因素影響光合速率的兩點(diǎn)提醒

(1)溫度改變對光合作用的影響：當(dāng)溫度改變時，不管是光反應(yīng)還是暗反應(yīng)都會受影響，

但主要是影響暗反應(yīng)，因?yàn)閰⑴c暗反應(yīng)的酶的種類和數(shù)量都比參與光反應(yīng)的多。

(2)CO/濃度對光合作用的影響：CO?濃度很低時，光合作用不能進(jìn)行，但CO?濃度過高時,

會抑制植物的細(xì)胞呼吸，進(jìn)而影響光合作用。

【師說核心】

一、探究環(huán)境因素對光合作用強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)原理

葉片含有空氣，上浮地氣葉片下沉當(dāng)籍用充滿細(xì)胞間隙，葉片上浮。

2.實(shí)驗(yàn)中沉水葉片的制備

(1)小圓形葉片的制備：用打孔器在生長旺盛的綠葉上打出小圓形葉片。

(2)沉水：用注射器抽出葉片內(nèi)氣體，放入黑暗處盛有清水的燒杯中，小圓形葉片全部沉

到水底。

(3)黑暗目的：防止光合作用的進(jìn)行。

3.實(shí)驗(yàn)裝置分析

(1)自變量的設(shè)置：光照強(qiáng)度是自變量，通過調(diào)整臺燈與燒杯之間的距離來調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度

的大小。

(2)中間盛水玻璃柱的作用：吸收燈光的熱量，避免光照對燒杯內(nèi)水溫產(chǎn)生影響，排除溫

度的影響。

(3)因變量是光合作用強(qiáng)度，可通過觀測單位時間內(nèi)被抽去空氣的小圓形葉片上浮的數(shù)量

或者是浮起相同數(shù)量的葉片所用的時間長短來衡量光合作用的強(qiáng)弱。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

(1)在黑暗情況下，植物葉片只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，吸收氧氣，產(chǎn)生的二氧化碳較易溶于水，

所以葉片沉在水底。細(xì)胞生理狀態(tài)如圖：

線粒體co,葉綠體

(2)在弱光下，此時的光合作用小于或等于細(xì)胞呼吸，葉片中仍然沒有足夠的氧氣，葉片

仍然沉在水底。細(xì)胞生理狀態(tài)如圖:

線粒體線粒體

葉綠體葉綠體

(3)在中、強(qiáng)光下，光合作用大于細(xì)胞呼吸，葉片中會有足夠的氧氣產(chǎn)生，從而充滿了細(xì)

胞間隙并釋放到外界一部分，使葉片浮起來。細(xì)胞生理狀態(tài)如圖：

二、環(huán)境因素對光合速率影響的分析

1.單因子變量對光合速率的影響

(1)光照強(qiáng)度(如圖)

①曲線分析:

項(xiàng)目對應(yīng)的生理

進(jìn)行的生理過程氣體轉(zhuǎn)移情況

曲線點(diǎn)狀態(tài)模型

I2f

吸收。2、

A點(diǎn)只進(jìn)行呼吸作用

釋放C02

呼吸作用、光合作用,2ca

吸收。2、

AB段同時進(jìn)行且呼吸作

釋放C02

用＞光合作用

呼吸作用、光合作用

不與外界進(jìn)

B點(diǎn)同時進(jìn)行且呼吸作用

行氣體交換喝

=光合作用

呼吸作用、光合作用______________CO2

吸收⑩、

B點(diǎn)以后同時進(jìn)行且呼吸作用

釋放良

V光合作用

②應(yīng)用：陰生植物的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)都較陽生植物低，如圖中虛線所示。間作套種

農(nóng)作物，可合理利用光能。

(2)C0z濃度

BCO?濃度

。A'B'CO?濃度

1圖2

①曲線分析：

圖1中A點(diǎn)表示CO2補(bǔ)償點(diǎn)，即光合速率等于呼吸速率時的COz濃度，圖2中A'點(diǎn)表示

進(jìn)行光合作用所需CO2的最低濃度?B和B'點(diǎn)都表示CO?飽和點(diǎn)。

②應(yīng)用：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可以通過“正其行，通其風(fēng)”，增施農(nóng)家肥等增大CO?濃度，提高

光合速率。

3溫度

①曲線分析：溫度主要通過影響與光合作用有關(guān)酶的活性而影響光合速率。

②應(yīng)用：冬季，溫室栽培白天可適當(dāng)提高溫度；晚上可適當(dāng)降低溫度，以降低細(xì)胞呼吸

消耗有機(jī)物。

A/...c\

o\~in_203040~~50溫度(至)

2.多因子變量對光合速率的影響

①

興

H米

a②

玲

ar玲b③

窿

窿

窿30

tC

>20r>糊

10

OTPQOTPQ

光照強(qiáng)度光照強(qiáng)度溫度

圖中：a.高CO?濃度b.中CO?濃度c.低CO2濃度

①高光強(qiáng)②中光強(qiáng)③低光強(qiáng)

1曲線分析：

P點(diǎn)：限制光合速率的因素應(yīng)為橫坐標(biāo)所表示的因子，隨著因子的不斷加強(qiáng)，光合速率不

斷提高

Q點(diǎn)：橫坐標(biāo)所表示的因素不再是影響光合速率的因子，影響因素主要為各曲線所表示的

因子。

(2)應(yīng)用：溫室栽培時，在一定光照強(qiáng)度下，白天適當(dāng)提高溫度，增加光合酶的活性，提

高光合速率，也可同時適當(dāng)增加CO2濃度，進(jìn)一步提高光合速率；當(dāng)溫度適宜時，可適當(dāng)增加

光照強(qiáng)度和COz濃度以提高光合速率。

三、光合作用與細(xì)胞呼吸的相關(guān)計(jì)算

下面圖中，3段表示植物呼吸速率，ftl段表示植物表觀光合速率（即凈光合速率），施十

加段表示真正光合速率（即實(shí)際光合速率或總光合速率），它們的關(guān)系為：真正光合速率=表

觀光合速率+呼吸速率。具體表述為：

1.光合作用消耗的CO,總量=從外界吸收的CO?量+呼吸作用產(chǎn)生的C（）2量。

2.光合作用產(chǎn)生的。2量=釋放到外界的量+呼吸作用消耗的量。

3.一晝夜有機(jī)物的積累量（用CO?量表示）=白天從外界吸收的CO?量一晚上呼吸作用釋放

的CO?總量。

【檢測反饋】

1.（合格必考）光合作用強(qiáng)度可以用多種指標(biāo)表示，以下不適合的是（）

A.植物體鮮重增加量

B.植物體干重增加量

C.釋放量

D.CO?吸收量

解析：植物光合作用消耗COz,產(chǎn)生有機(jī)物和O2,因此，光合作用強(qiáng)度的指標(biāo)可以是B、C、

D選項(xiàng)中的指標(biāo)。植物體鮮重增加量主要是水分的增加，不能作為光合作用強(qiáng)度的指標(biāo)。

答案：A

2.（合格必考）下列四個處理中，沉入底部的葉片小塊最先浮起的是（）

解析：葉片沉入水底是由于細(xì)胞間隙的空氣被抽取掉。所以哪一個葉片最先產(chǎn)生大量的

氧氣，充入到細(xì)胞間隙中，哪一個葉片就最先浮上來。由于自來水中含有C0z25℃的溫度較

為適宜，光照是光合作用必需的條件，所以C選項(xiàng)所示的葉片最先浮起來。

答案：C

3.（合格必考）如圖表示某種植物光照強(qiáng)度與光合作用強(qiáng)度的關(guān)系。P點(diǎn)的生物學(xué)含義是

A.無光合作用，有呼吸作用

B.光合作用與呼吸作用達(dá)到動態(tài)平衡

C.無呼吸作用，有光合作用

D.光合作用與呼吸作用都不進(jìn)行

解析：由曲線可看出，在一定的光照強(qiáng)度范圍內(nèi)，植物光合作用強(qiáng)度隨光照強(qiáng)度的增大

而增大，光照強(qiáng)度達(dá)到一定程度后，光合作用強(qiáng)度不再增加。圖中光照強(qiáng)度達(dá)到P點(diǎn)時，光

合速率與呼吸速率相等。

答案：B

4.（合格必考）下面是一位同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制的一組曲線，你認(rèn)為不正確的是（）

光

光

八

人

和

和

用

用

強(qiáng)

強(qiáng)

度

度

解析：溫度會通過影響光合作用中酶的活性來影響光合作用，高溫使酶失活而導(dǎo)致光合

作用強(qiáng)度下降，所以D選項(xiàng)應(yīng)該是一條先升高后下降的曲線。

答案：D

5.（等級選考）已知某植物光合作用和呼吸作用的最適溫度分別為25c和30℃,如圖

表示30℃時光合速率與光照強(qiáng)度的關(guān)系。若溫度降到25℃（原光照強(qiáng)度和二氧化碳濃度不

變），理論上圖中相應(yīng)點(diǎn)a、b、d的移動方向分別是（）

A.下移、右移、上移B.下移、左移、下移

C.上移、左移、上移D.上移、右移、上移

解析：圖中a、b、d三點(diǎn)分別表示細(xì)胞呼吸強(qiáng)度、光補(bǔ)償點(diǎn)和在光飽和點(diǎn)時的光合作用

速率。據(jù)題意，由于光合作用酶和細(xì)胞呼吸酶的最適溫度不同，當(dāng)溫度由30c降到25℃時,

細(xì)胞呼吸強(qiáng)度降低，a點(diǎn)上移；光合作用速率增大，d點(diǎn)上移。b點(diǎn)表示光合作用速率=細(xì)胞

呼吸速率，在25℃時細(xì)胞呼吸作用速率降低，在除光照強(qiáng)度外其他條件不變的情況下要使其

仍然與細(xì)胞呼吸速率相等，需降低光照強(qiáng)度以使光合作用速率減弱，即b點(diǎn)左移。

答案：C

6.(等級選考)［2019?豐臺高一期末］研究人員對名貴中藥鐵皮石斛的栽培條件進(jìn)行了相

關(guān)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

LL2L3

處理

Wiw2w3WIw2W3Wiw2w3

干重/g2.913.432.312.583.792.861.932.342.41

注：①L、L?和Ls分別代表光照強(qiáng)度為360、240和120umol/(m2?s-1)?

②聯(lián)、的和M分別代表基質(zhì)含水量為基質(zhì)最大持水量的100%、70%和40虬

(1)干重是植物光合作用有機(jī)物的積累量，如果用含有"C的二氧化碳來追蹤光合作用的

碳原子，這種碳原子的轉(zhuǎn)移途徑是(用漢字或化學(xué)符號及箭頭表

示)。

(2)該實(shí)驗(yàn)研究了對該植物光合作用的影響。

(3)據(jù)表分析，該植物在_______(用表格中的字母填空)條件下的生長狀況最好。

(4)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在土壤含水量低的情況下植物細(xì)胞內(nèi)可溶性糖的含量提高，表明植

株可以通過積累可溶性糖從而提高,這是植株的一種保護(hù)性反

應(yīng)。

(5)為保證該植物的產(chǎn)量，請?zhí)岢鲈趶?qiáng)光條件下的栽培建議：

解析：(1)“C標(biāo)記的COz是光合作用暗反應(yīng)的原料。在光合作用的暗反應(yīng)階段，“CO2和C5

結(jié)合形成氣/匕在ATP提供能量的前提下被［H］還原為Cs和糖類(CH#),其中"G轉(zhuǎn)移到糖類

中，即"C的轉(zhuǎn)移途徑為"COM二氧化碳)一"匕(三碳化合物)一糖類。(2)表中的L、L和1^分

別代表不同的光照強(qiáng)度，曲、M和M分別代表不同基質(zhì)含水量，