专题7 光合作用教师版

这是一份专题7 光合作用教师版，共30页。
专题7光合作用 Ⅰ
[考试标准]
知识内容
必考要求
加试要求
光合作用
(1)光合作用的概念、阶段、场所和产物
(2)色素的种类、颜色和吸收光谱
(3)光反应和碳反应的过程
(4)活动：光合色素的提取与分离
b
a
b
b
b
a
b
b

一、 光合作用概述
1、自养生物和异养生物
（1）自养生物：生产者 无机物有机物 植物、藻类、部分化能合成细菌 。
（2）异养生物：消费者 分解者 有机物有机物 动物、大部分微生物、真菌 。
2、光合作用的概念和反应式
（1）概念：绿色植物、藻类等通过利用光能，经过光反应和碳反应，把二氧化碳和水转化为有机物，并释放氧气的过程。
叶绿体
（2）总反应式：6CO2＋12H2OC6H12O6＋6H2O＋6O2
（3）光合作用的场所——叶绿体
①结构模式图：
②结构：外表：①双层膜（外膜、内膜）。
内部：②基质：液态，内含有与碳反应有关的酶。
决定
③基粒：由类囊体堆叠而成，其膜可称为 光合膜 ，
膜上分布有色素和与光反应有关的酶。
③功能：进行光合作用的场所。
（4） 光合作用的研究——氧气的产生
利用同位素示踪法，证实光合作用释放的氧气来自参与反应的水。
①C18O2 短时间：C6H12O6 H2O ②H218O 短时间：O2 ③ 14CO2——C3——C6H12O6
长时间：C6H12O6 H2O O2 长时间：C6H12O6 H2O O2 CO2

（5） 阶段
光合作用分：光反应和碳反应两阶段。
光反应在光合膜上 原核生物：质膜 真核生物：叶绿体的类囊体膜
碳反应 原核生物：质膜 真核生物：叶绿体基质
二、 活动：叶绿素的提取与分离
1、 原理：提取色素：色素易溶于有机溶剂不溶于水，所以可用无水乙醇（或丙酮）提取色素。
分离色素：不同种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，从而使各种色素相互分离开来。
2、 取材：新鲜的菠菜叶（或刺槐叶等）
3、 步骤：
（1） 提取色素：洗净、烘干（40~50℃）粉碎、添加①95%的乙醇（2-3mL）
②CaCO3③SiO2充分、迅速研磨并用单层尼龙布过滤。
（2） 制备滤纸条（1x10cm2）：在距剪去两角的滤纸条的一端1cm处用铅笔
画一条细的横线。
（3） 画滤液细线：用毛细吸管吸取色素滤液，沿铅笔线画一条均匀细直的
线，干后再画共3-4次。
（4）分离色素：将适量层析液倒入大试管→插入滤纸条→软木塞塞紧试管口。
或见P88实验装置图
（5） 观察结果：滤纸条上呈现4条颜色、宽度不同的色素带。
（6） 知识拓展
①从色素带的宽度可知色素含量依次：叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素
②从色素带的位置可知色素在层析液中溶解度的大小依次：胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b
③相邻色素带距离最远：胡萝卜素和叶黄素 最近：叶绿素a和叶绿素b
4、提高实验效果的方法或措施及目的
实验过程
方法或措施
目的
提
取
色
素
①
新鲜叶片，40~50℃烘干
使滤液中色素含量高
②
研磨时加入2~3mL95%的乙醇
溶解叶片中的色素
③
加入少许的二氧化硅和碳酸钙
研磨充分和保护叶绿素
④
迅速、充分研磨 用尼龙布过滤
防止溶剂挥发和充分溶解色素 尼龙布不会吸附色素
⑤
盛放滤液的小试管口加棉塞
防止溶剂挥发和色素分子被氧化
分
离
色
素
①
滤纸条预先干燥处理
使层析液在滤纸条上的扩散速度快
②
滤纸条的一端减去两角
防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快，使液体均匀上升
③
滤液细线要直、细、齐
使分离的色素带平齐、不重叠
④
滤液细线干燥后重复画2~3次
增加色素量，使分离的色素带清晰，便于观察
⑤
滤纸细线不能触及层析液
防止色素直接溶解到试管中的层析液中
碳酸钙：研磨时会破坏溶酶体，溶酶体里的有机酸会流出来而与色素中的Mg反应，碳酸钙能与酸反应，防止酸和镁反应，破坏了叶绿素。


5、叶绿体中色素
色素种类
类胡萝卜素（约1/4）
叶绿素（约3/4）
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
颜色
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
分布
叶绿体的类囊体薄膜上
吸收光谱
主要吸收蓝紫光
主要吸收红光、蓝紫光
化学组成
碳氢链组成的分子
含Mg的有机分子
化学特性
不溶于水，能溶于乙醇、丙酮等有机溶剂
分离方法
纸层析法
色
素
和
叶
片
色
正常绿色
正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例约为3：1，且对绿光吸收最少，所以叶片呈绿色。
叶色变黄
寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，显示出类胡萝卜素的颜色，叶子变黄
叶色变红
秋天降温时，植物体为适应寒冷环境，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶子呈现红色。
在光能转换中的作用
吸收、传递光能
绝大多数的叶绿素a，全部叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素
吸收、转换光能
少数处于特殊状态的叶绿素a
光是叶绿素合成的必要条件，植物在黑暗中不能合成叶绿素，因此呈黄色。

6、叶绿体中的色素及色素的吸收光谱
由图可以看出：
(1)叶绿体中的色素只吸收 可见光 ，而对红外光和紫外光等不吸收。
(2)叶绿素对 红光和蓝紫光 的吸收量大，类胡萝卜素对 蓝紫光 的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。

[诊断与思考] ①
1．判断下列叙述的正误
(1)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中(　×　)
(2)叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素(　√　)
(3)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同(　√　)
(4)植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光(　×　)
(5)叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多(　×　)
2．为什么叶片一般呈现绿色？
提示　因为叶绿素对绿光吸收很少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。
3．为什么无色透明的大棚中植物的光合效率最高？
提示　无色透明大棚能透过日光中各种色光，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以无色透明的大棚中植物的光合效率最高。
4．如图是恩格尔曼实验装置改装示意图，光线先通过三棱镜再通过叶绿体色素提取液后照射玻片上的水绵，一段时间后，水绵周围好氧细菌分布无显著变化，请分析其原因。
提示　三棱镜将光分为七色光，叶绿体色素提取液主要吸收红光和蓝紫光，故透过三棱镜再通过叶绿体色素提取液后照射到水绵上的光，没有红光和蓝紫光，使水绵不同部位的光合作用变化不大，产生氧气的量大致相同，因此水绵周围好氧细菌分布无显著变化。

题组一　根据吸收光谱确定光合色素的功能
1．如图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。据图判断，以下说法不正确的是(　　)
A．由图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500nm波长的光
B．用450nm波长的光比600nm波长的光更有利于提高光合作用强度
C．由550nm波长的光转为670nm波长的光后，叶绿体中三碳酸分子的量增加
D．土壤中缺乏镁时，植物对420～470nm波长的光的利用量显著减少
解析　类胡萝卜素主要吸收400～500nm波长的光，A正确；据图可知，用450nm波长的光比600nm波长的光更有利于提高光合作用强度，B正确；由550nm波长的光转为670nm波长的光后，色素吸收光能增强，光反应增强，三碳酸分子还原加速，叶绿体中三碳酸分子的量将减少，C项错误；叶绿素b主要吸收420～470nm波长的光，缺镁时叶绿素合成减少，所以此波段的光的利用量显著减少，D正确。答案　C
2．将可见光通过三棱镜后照射到绿色植物叶片的某种色素提取液上，可获得该吸收光谱(图中的数字表示光的波长，单位为nm，暗带表示溶液吸收该波长的光后形成的光谱)。则该色素是(　　)
A．类胡萝卜素 B．叶黄素
C．胡萝卜素 D．叶绿素a
解析　叶绿体中的色素包括叶绿素和类胡萝卜素。其中，叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b，主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素，主要吸收蓝紫光。从图中可以看出，该色素主要吸收了红光和蓝紫光，所以该色素为叶绿素a。答案D
题组二　叶片颜色与其色素的相关性分析
3．某研究小组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析(从上至下)，与正常叶片相比，实验结果是(　　)
A．光吸收差异显著，色素带缺第2条 B．光吸收差异不显著，色素带缺第2条
C．光吸收差异显著，色素带缺第3条 D．光吸收差异不显著，色素带缺第3条
解析　胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，所以缺少叶黄素时对红光的吸收差异不显著；叶绿体中色素层析后色素带从上到下依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，所以本题正确答案为B。答案B
4．红枫是一种木本观赏植物，在生长季节叶片呈红色，下列关于该植物的叙述，正确的是(　　)
A．红枫叶片不含叶绿素 B．红枫叶片呈红色是因为吸收了红光
C．红枫叶片能吸收光能进行光合作用 D．液泡中色素吸收的光能用于光合作用
解析　红枫叶片含叶绿素，可进行光合作用，红枫叶片呈红色是因液泡中含有花青素，花青素是不能吸收光能进行光合作用的。答案C
[深度思考] ②
(1)为什么需要选用新鲜绿色的叶片做实验材料？
提示　新鲜绿色的叶片中色素含量高，从而使滤液中色素含量较高，实验效果明显。
(2)为什么研磨时要迅速？为什么研磨时要加入少量的CaCO3和SiO2?
提示　叶绿素不稳定，易被破坏，因此研磨要迅速、充分，以保证提取较多的色素。二氧化硅破坏细胞结构，使研磨更充分。碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏。
(3)为什么盛放滤液的试管管口加棉塞？
提示　防止乙醇挥发和色素氧化。
(4)滤纸为什么需预先干燥处理？在制备滤纸条时，为什么将一端的两个角剪掉？
提示　干燥处理的目的是使层析液在滤纸上快速扩散；剪掉两角的目的是防止层析液沿滤纸边缘扩散过快，从而保证色素带分离整齐。
(5)为什么画滤液细线要直、细、匀，而且待滤液细线干燥后再重复画一两次？
提示　画滤液细线要直、细、匀的目的是使分离出的色素带平整不重叠；滤液细线干燥后再重复画一两次，使分离出的色素带清晰分明。
(6)在层析时，为什么不能让滤液细线触及层析液？
提示　滤纸条上的滤液细线触及层析液，会使色素直接溶解到层析液中，结果使滤纸条上得不到色素带。
(7)分析滤纸条上色素带宽窄不同的原因。
提示　不同种类的色素在绿叶中的含量不同，含量多的色素带宽，反之色素带窄。
(8)图是实验得到的色素在滤纸条上的分布图示，分析比较各色素的含量及其在层析液中的溶解度的大小。
提示　①色素含量：叶绿素a＞叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素。
②溶解度大小：胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a＞叶绿素b。

题组一　光合色素的提取与分离的实验分析
1．在做“光合色素的提取和分离”实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为(　　)
试剂
甲
乙
丙
丁
无水乙醇
－
＋
＋
＋
水
＋
－
－
－
CaCO3
＋
＋
－
＋
SiO2
＋
＋
＋
－

A．①②③④ B．②④①③ C．④②③① D．③②①④
解析　解答本题首先要知道表格中各种试剂的作用，然后再分析每位同学所加的试剂。其中乙同学操作完全正确，其他同学与该同学进行对比，分析缺少的试剂并根据该试剂的作用分析可能出现的实验结果。无水乙醇为提取剂，色素提取过程不需要水，若加入水会使色素提取液颜色变浅；SiO2的作用是使研磨更充分；CaCO3能保护叶绿素分子。甲同学由于没有加入提取剂无水乙醇，所以提取液中不会出现色素，色素分离的结果是②；乙同学操作正确，色素分离后得到的色素带有四条，与④情况相符；丙同学由于未加CaCO3，所以叶绿素含量减少，所得到的色素带中两条叶绿素带比正常的色素带要窄，对应①；丁同学由于未加SiO2，导致叶片研磨不充分，最终导致各种色素的含量均减少，对应③。答案　B
2．下列对提取光合色素，进行纸层析分离的实验中各种现象的解释，正确的是(　　)
A．未见色素带，原因可能为材料是黄化叶片
B．色素始终在滤纸上，是因为色素不溶于层析液
C．提取液呈绿色是由于其含有叶绿素a和叶绿素b
D．胡萝卜素处于滤纸条最前方，是因为其在提取液中的溶解度最高
解析　叶绿素a呈蓝绿色、叶绿素b呈黄绿色，所以光合色素提取液呈绿色。未见色素带，可能的原因是没有提取出色素或滤液细线浸入层析液使色素溶解在层析液里等。若材料为黄化叶片，操作正确应见到胡萝卜素、叶黄素的色素带。胡萝卜素处于滤纸条最前方，是因为其在层析液中的溶解度最高。答案　C
题组二　光合色素的提取与分离的实验操作与探究
3．关于光合色素的提取与分离实验的操作，正确的是(　　)
A．使用定性滤纸过滤研磨液 B．将干燥处理过的定性滤纸条用于层析
C．在画出一条滤液细线后紧接着重复画线2～3次 D．研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素
解析　色素易被滤纸吸附，故用单层尼龙布过滤，A错误；每次重复画色素滤液细线时，需等干燥后再进行，C错误；由于叶绿体中的色素不溶于水，因此研磨叶片时需用无水乙醇或丙酮，D错误。答案　B
4．植物的生长发育需要根从土壤中吸收水分和各种矿质元素，科学实验发现土壤中缺磷，会导致植株矮小，叶色暗绿。依据叶色变化判断可能是缺少类胡萝卜素，试设计实验探究叶色暗绿是否是因为缺磷造成类胡萝卜素缺乏所致。
实验所需主要用具、试剂：烧杯、漏斗、试管、研钵、完全培养液、仅缺磷的完全培养液、无水乙醇、SiO2、CaCO3、层析液等。
实验材料：正常生长的黄瓜幼苗。
实验假设：________________________________________________________________________________。
实验步骤：
第一步：取两个烧杯编号为A、B，各放入同样数量、___________________________________的黄瓜幼苗。
第二步：A烧杯中加入完全培养液，B烧杯中加入等量____________________，置于相同且适宜的条件下培养，培养到两组黄瓜幼苗叶片出现颜色差异为止。
第三步：分别从A、B两组中选取____________，用____________提取叶片色素，用________法分离色素，观察比较__________________________________________________________________________________。
实验结果预测：
(1)A、B两组类胡萝卜素色素带宽度和颜色一致，说明缺磷导致的叶色暗绿，不是由类胡萝卜素缺乏所致。
(2)________________________________________________________________________________________。
答案　实验假设：缺磷导致类胡萝卜素缺乏，引起叶色暗绿
实验步骤：第一步：同一品种且长势相近、苗龄相同
第二步：仅缺磷的完全培养液
第三步：等量叶片　无水乙醇　纸层析　A、B两组色素带中类胡萝卜素色素带的宽度和颜色的深浅
实验结果预测：
(2)A组比B组类胡萝卜素色素带宽度大、颜色深(或B组缺少类胡萝卜素色素带)，说明缺磷导致的叶色暗绿，是由于类胡萝卜素缺乏所致
解析　根据题中的实验目的，可确定该实验的假设为：缺磷导致类胡萝卜素缺乏，引起叶色暗绿。利用溶液培养法来培养黄瓜幼苗，实验时要遵循对照原则和单一变量原则。等到完全培养液中和缺磷的完全培养液中黄瓜叶片出现颜色差异时进行色素的提取和分离实验，最终比较色素带的宽度和颜色的深浅来确定假设是否成立。
光合色素的提取与分离实验异常现象分析
(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析
①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
②使用放置数天的叶片，滤液色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
(2)滤纸条色素带重叠：滤纸条上的滤液细线接触到层析液。
(3)滤纸条看不见色素带
①忘记画滤液细线或没有提取出色素。
②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
三、光合作用的过程

1、光反应
主要变化：
（1）光能被吸收并转化为ATP和NADPH中的化学能。
（2）水在光下裂解为H+、O2和电子。
（3）水中的氢（H++e-）在光下将NADP+还原为NADPH。
即：（1）水的光解：H2O2H＋＋2e－＋O2
（2）ATP的生成：ADP＋Pi＋能量ATP
（3）NADPH的生成：NADP＋＋H＋＋2e－NADPH
总结：①光反应场所：叶绿体基粒的 类囊体膜 上
②条件： 叶绿体色素、酶、光、水
③产物： H+、e－、O2、ATP、NADPH
④能量转化：光能→电能→ ATP和NADPH中（活跃的）化学能
⑤实质：光能转变为活跃的 化学能 ，并释放出 O2
⑥NADP+被 氢（H++e-） 还原成NADPH
⑦水在光照下可裂解为： H+、e－、O2
⑧光反应为碳反应提供： ATP、NADPH
⑨ATP为碳反应提供： 能量、磷酸基团
⑩NADPH为碳反应提供： 能量、H+
2、碳反应（卡尔文循环）
主要过程：
（1） CO2的固定：一个CO2被一个五碳分子（RuBP：核酮糖二磷酸）固定，形成一个六碳分子，随即又分解成2个三碳酸分子（3—磷酸甘油酸）。
（2） 三碳酸分子的还原：三碳酸分子接受NADPH中的氢和ATP中的磷酸基团和能量，被还原成三碳糖，这是碳反应形成的产物。（完成光能转变为化学能）
酶
（3） RuBP的再生：每三个CO2进入此循环，可以形成6分子的三碳酸分子，再被还原为6分子三碳糖，其中5个三碳糖分子在此循环中再生为RuBP，另一个三碳糖分子则离开循环，或在叶绿体内合成淀粉、蛋白质或脂质，或者运出叶绿体，转变成蔗糖。
酶
酶
即：（1）CO2＋RuBP2个三碳酸分子 （2）2个三碳酸2个三碳糖
（3）5个三碳糖3个RuBP
总结：①场所：叶绿体基质
②条件：酶、ATP、NADPH、CO2
③产物：三碳糖
④能量转换：ATP和NADPH中活跃的化学能→糖分子中稳定的化学能
⑤数量关系：3CO2→1个三碳糖（产物） 5个三碳糖→3个RuBP 循环3次→1个三碳糖
⑥碳反应为光反应提供： ADP、Pi、NADP+
⑦三碳酸还原生成的三碳糖主要用于： RuBP的再生
⑧产物三碳糖主要运出叶绿体外，转化为： 蔗糖



3、知识小结和理解深化
(1)写出光合作用的总反应式及各元素的去向

(2)完善光合作用的过程















(3)光照与CO2浓度变化对植物细胞内三碳酸、RuBP、NADPH、ATP、三碳糖合成量的影响
项目
直接影响
ATP
NADPH
三碳酸
三碳糖
RuBP
光强度 ↑
光反应
↑
↑
↓
↑
↑
光强度 ↓
光反应
↓
↓
↑
↓
↓
CO2浓度 ↑
碳反应
↓
↓
↑
↑
↓
CO2浓度 ↓
碳反应
↑
↑
↓
↓
↑
此表变化是短时间内各物质的相对变化，不是长时间。↑ 表上升，↓ 下降。

[诊断与思考]
1．判断下列叙述的正误
(1)细胞中不能合成ATP的部位是叶绿体中进行光反应的膜结构(　×　)
(2)H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体基质中(　×　)
(3)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成碳反应过程(　√　)
(4)番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降的原因是光反应强度和碳反应强度都降低(　√　)
(5)在其他条件适宜情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内，叶绿体中三碳酸分子和RuBP的含量都迅速增加(　×　)
2．光反应与碳反应的区别与联系
项目
光反应
碳反应
条件
需色素、光、酶
不需色素和光，需要多种酶
场所
叶绿体的类囊体膜
叶绿体基质
物质转化
①水光解：
H2O2H＋＋2e－＋O2
②ATP的合成：
ADP＋Pi＋能量ATP
③NADPH的生成：
NADP＋＋H＋＋2e－NADPH
①CO2的固定：
CO2＋RuBP2三碳酸分子
②三碳酸分子的还原：
三碳酸分子三碳糖
③RuBP的再生和其他有机物的形成：

能量转换
光能→活跃的化学能，并贮存在ATP和NADPH中
ATP和NADPH中的活跃化学能→有机物中稳定的化学能

3.根据提供的物质和能量，利用箭头构建光反应和碳反应的关系模型(光能、NADPH、ATP、ADP＋Pi、H2O、O2、CO2、三碳糖)。
提示　如图所示
4．光照和CO2浓度变化对光合作用物质变化的影响
变化条件
三碳酸分子
RuBP
NADPH和ATP
三碳糖
CO2供应不变
光照强→弱
增加
减少
减少
减少
光照弱→强
减少
增加
增加
增加
光照不变
CO2充足→不足
减少
增加
增加
减少
CO2不足→充足
增加
减少
减少
增加


题组一　分析光合作用的过程
1．根据下面光合作用图解，判断下列说法正确的是(　　)
A．⑤过程发生于叶绿体基质中
B．⑥过程发生于叶绿体类囊体膜上
C．图示①～④依次为NADPH、ATP、CO2、三碳糖
D．②不仅用于还原三碳酸分子，还可促进③与RuBP的结合
解析　根据光合作用的过程判断①②③④⑤⑥分别表示NADPH、ATP、CO2、三碳糖、光反应和碳反应。光反应发生在叶绿体的类囊体膜上，碳反应发生在叶绿体的基质中。三碳酸分子的还原过程中需要ATP，CO2固定过程中不需要ATP。答案　C
2．为研究光反应中ATP产生的原理，有科学家进行如下实验：将叶绿体类囊体置于pH为4的琥珀酸溶液后，琥珀酸进入类囊体腔，腔内的pH下降为4；然后把悬浮液的pH迅速上升为8，此时类囊体内pH为4，类囊体外pH为8，在有ADP和Pi存在时类囊体生成ATP，对实验条件和结论分析正确的是(　　)
A．黑暗中进行，结果表明：H＋能通过扩散进出类囊体膜
B．光照下进行，结果支持：合成ATP的能量直接来自色素吸收的光能
C．黑暗中进行，结果支持：光反应使类囊体内外产生H＋浓度差，推
动ATP合成
D． 光照下进行，结果表明：光反应产生的NADPH参与碳反应中三碳
酸分子的还原
解析　H＋能通过主动转运进出类囊体膜，A项错误；光照下进行，题干信息无法得出合成ATP的能量直接来自色素吸收的光能，B项错误；黑暗中进行，类囊体内pH为4，类囊体外pH为8，合成ATP，说明ATP的合成与H＋浓度梯度有关，C项正确；光反应产生的NADPH参与碳反应中三碳酸分子的还原，碳反应的场所是叶绿体基质，不是叶绿体类囊体，D项错误。答案C
3．在光合作用中，RuBP羧化酶能催化CO2＋RuBP→三碳酸分子。为测定RuBP羧化酶的活性，某学习小组从菠菜叶中提取该酶，用其催化RuBP与14CO2的反应，并检测产物中14C的放射性强度。下列分析错误的是(　　)
A．菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质
B．RuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行
C．测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法
D．单位时间内含14C的三碳酸分子生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高
解析　RuBP羧化酶催化上述反应即为二氧化碳的固定，属于碳反应，其场所是叶绿体基质，A正确；碳反应不需要光，有光和无光条件下都可进行，B错误；实验中利用14C标记CO2并检测产物放射性强度，即采用同位素标记法，C正确；单位时间内产物生成量可代表化学反应的催化效率，酶对化学反应的催化效率即可反映酶活性，D正确。答案　B
题组二　分析条件骤变对光合作用物质含量变化的影响
4．正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是(　　)
A．O2的产生停止 B．CO2的固定加快 C．ATP/ADP比值下降 D．NADPH/NADP＋比值下降
解析正常生长的绿藻，照光培养一段时间，说明绿藻可以正常进行光合作用，用黑布遮光后，改变了绿藻光合作用的条件，此时光合作用的光反应停止，光反应的产物O2、ATP和NADPH停止产生，所以A、C、D项所叙述现象会发生；光照停止后，碳反应中三碳酸分子的还原受影响，RuBP减少，CO2的固定减慢，B项所叙述现象不会发生。答案B
5.如图为大豆叶片光合作用碳反应阶段的示意图。下列叙述正确的是(　　)
A．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为三碳酸分子中的化学能
B．CO2可直接被NADPH还原，再经过一系列的变化形成糖类
C．被还原的三碳酸分子在相关酶的催化作用下，可再形成RuBP
D．光强度由强变弱时，短时间内RuBP含量会升高
解析　ATP中的能量转化到有机物中，成为稳定的化学能的过程，不参与CO2的固定，A项错误；在碳反应中，绿叶通过气孔从外界吸收进来的二氧化碳，不能直接被还原。它首先与RuBP结合，形成三碳酸分子，三碳酸分子接受ATP释放的能量并被NADPH还原，再经一系列变化形成糖类，另一部分形成RuBP，B项错误；三碳酸分子被NADPH还原后可再形成RuBP，此过程中需要酶参与，C项正确；光强度由强变弱时，会造成NADPH和ATP在短时间内减少，RuBP的合成速率下降，而其分解速率不变，所以RuBP的含量会下降，D项错误。答案C
6．下图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图。下列有关叙述，正确的是(　　)
A．t1→t2，叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加，基质中水光解加快、O2释放增多
B．t2→t3，碳反应限制光合作用。若在t2时刻增加光照，光合速率将再提高
C．t3→t4，光强度不变，光合速率的提高是由于光反应速率不变、碳反应增强的结果
D．t4后短暂时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，三碳酸分子还原后的直接产物含量降低
解析　水的光解、O2释放发生在叶绿体类囊体薄膜上，而不是叶绿体基质中，A项错误；t2→t3，限制光合速率的因素为CO2浓度，此时光照充足且恒定，若增加光照，光合速率不会提高，B项错误；t3→t4，碳反应增强，一定程度上加快ATP和ADP的转化，同时促进了光反应，C项错误；突然停止光照，光反应减弱甚至停止，类囊体膜上ATP合成受阻，ATP含量减少，ADP和Pi含量升高，被还原的三碳酸分子减少，直接产物含量降低，D项正确。答案　D

1．利用光合作用简图理解光反应和碳反应之间的关系

(1)光反应为碳反应提供NADPH、ATP，碳反应为光反应提供ADP和Pi。
(2)没有光反应，碳反应无法进行；没有碳反应，有机物无法合成，光反应也会受到抑制。
2．模型法分析物质的量的变化

特别提醒　(1)以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化，而非长时间。
(2) 以上各物质变化中，三碳酸分子和RuBP含量的变化是相反的，NADPH和ATP含量变化是一致的。
四、产物三碳糖的去向
一个三碳酸分子接受来自NADPH的氢和来自ATP的磷酸基团，形成一分子三碳糖，这是CO2进入卡尔文循环后形成的第一个糖。多数三碳糖以后的许多反应，是为了再生成RuBP，以保证循环的进行。离开卡尔文循环的三碳糖，大部分运至叶绿体外转变成蔗糖，只有小部分在叶绿体内作为合成淀粉、脂质和蛋白质的原料(如图所示)：













专题7光合作用 Ⅱ
[考试标准]
知识内容
必考要求
加试要求
光合作用
(1)环境因素对光合速率的影响
(2)光合作用与细胞呼吸的异同
(3)活动：探究环境因素对光合作用的影响


c
c
b
c

一、影响光合速率的因素
1、光合速率的概念
（1）光合速率（又称光合强度）：指一定量的植物（如一定的叶面积）在单位时间内进行多少光合作用（如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳）。
（2）表示方法：产生氧气量/单位时间或 消耗二氧化碳量 /单位时间。
（3）表观光合速率：指植物从外界环境吸收的CO2总量。
（4）真正光合速率：指在光照条件下，植物从外界环境中吸收的CO2的量，加上细胞呼吸释放的CO2的量，即植物实际所同化的CO2的量。
2、影响光合速率的因素
内因：①植物种类不同，光合速率不同
②同一植物在不同的生长发育阶段，光合速率不同
③同一植物在不同部位的叶片，光合速率不同
④叶龄
⑤叶绿素含量
⑥酶的含量、活性
外因：①光强度（光的波长、光照时间、光照强度）：在一定的范围内，光合速率随光强度的增大而增大，在光强度达到一定值时，光合速率达到最大值，此时的光强度称为光饱和点。
②温度：通过影响光合作用的有关酶的活性而影响光合速率。
③CO2的浓度：在一定的范围内，光合速率随CO2浓度的增加而增大，在CO2浓度达到一定值时，光合速率达到最大值。
④水：如光合午休的影响。
⑤必需矿物质：N、P、K、Mg（Mg组成叶绿素的必需成分）
光合作用的光合速率是由光强度、温度、CO2浓度等共同影响的，其中任何一个因素都可以成为限制光合作用的因素。
3、详细读解几点影响因素及在生产上的应用
（1）叶龄
①规律：叶片由小到大的过程中，叶面积逐渐增大，叶肉细胞中叶绿体逐渐增多，光合效率逐渐增强。生长到一定程度，叶片面积和光合色素含量等达到稳定状态，光合效率也基本稳定。随着叶片的衰老，部分色素遭到破坏，光合效率下降。(如图1和图2)


②对农业生产的启示：在农业生产中，通过合理密植、适当间苗、修剪以增加有效光合作用面积，提高光能利用率；作物后期，适当摘除老叶、残叶，降低呼吸。
③补充：叶面积指数：单位土地面积上植物的总叶面积占
土地面积的比值。
在一定的范围内，作物的产物随叶面积指数的增大而提高。
当叶面积增加到一定限度后，呼吸作用加强，净产量反而随
叶面积的增大而下降。原因是有很多叶被遮光，光照不足。
因此要“合理密植”。
（2）光强度
①光强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。植物的光合速率在一定范围内随着光强度的增加而增加，但当光强度达到一定程度时，光合速率不再随着光强度的增加而增加。

(此时限制光合速率的主要因素为CO2浓度，详见图)
②对农业生产的启示
增加光合作用强度的措施：
1)温室大棚适当提高光强度。
2)延长光合作用时间(延长光照)。
3)增加光合作用面积(合理密植)。
4)温室大棚采用无色透明玻璃。
（3）CO2浓度
①CO2是光合作用的原料，通过影响碳反应来影响光合速率。植物的光合速率在一定范围内随着CO2浓度的增加而增加，但当CO2达到一定浓度时，光合速率不再增加。如果CO2浓度继续升高，光合速率不但不会增加，反而要下降，甚至引起植物CO2中毒而影响它正常的生长发育。
②对农业生产的启示：温室栽培植物时适当提高温室内CO2的浓度，如放一定量的干冰或多施有机肥。
（4）温度
①温度对光合作用的影响规律：温度直接影响光合作用所需酶的
活性，对光合作用的影响很大。在低温条件下，植物酶促反应速
率下降，限制了光合作用的进行；在高温条件下，叶绿体的结构
会遭到破坏，叶绿体中的酶发生钝化甚至变性。低温会影响光合
酶的活性，植物表观光合速率较低；较高温度使呼吸作用加强，
表观光合速率下降。(详见图)
②对农业生产的启示
1) 适时播种。
2)温室栽培植物时，白天适当提高温度，晚上适当降低温度。
（5）多因子对光合速率的影响常见坐标曲线图

甲 乙 丙
(1)关键点的含义
P点：此点之前，限制光合速率的因素为横坐标所表示的因子，随着该因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：此时横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的主要因子，影响因素为坐标图中三条曲线所标示出的其他因子。
(2)对农业生产的启示：温室栽培时，在一定光强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，可提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光强度或CO2浓度以提高光合速率。总之，可根据具体情况，通过增加光强度、调节温度或增加CO2浓度来充分提高光合速率，以达到增产的目的。
二、光合速率及其测定方法
1、光合速率
（1）光合速率的表示方法：通常以单位时间内CO2等原料
的 消耗量 或O2等产物的 生成量 表示。
（2） 真正光合速率：常用一定时间内O2 释放量 、CO2
吸收量 或有机物 制造量（产生量） 表示。
（3） 真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率。如图：在不
考虑光强度对呼吸速率影响下，OA：呼吸速率，OD：
表观光合速率，真正光合速率=OA+OD。
2、光合速率的测定方法
（1）以气体体积变化为测量指标
①测定方法
光合作用速率可用如图所示装置进行测定， NaHCO3可以维持瓶内空间CO2浓度稳定，小液滴的移动量表示植物放氧量(表观光合量)。

②物理实验误差的校对
为了防止气压、温度等非光合作用因素所引起的误差，应设置对照实验，将所测的生物材料灭活(如死的幼苗)，其他条件均不变。利用装置进行光合速率的测定，测出的结果是净光合速率，要得到真正的光合速率，还需要在黑暗环境中测出其呼吸速率，二者相加即为真正光合速率。


（2）以有机物变化量为测量指标——半叶法

如图，可在同一片叶主脉两侧对称位置取等大的两部分A、B。
若给B照光，A不照光，将A取下并放置在与B温度、湿度等条件相同，但无光的环境中保存，一段时间后，与取下的B同时烘干、称重，重量差值与时间的比值表示真正的光合速率，假设最初A、B初始重量为X克，实验处理t时间后A、B称重分别为
WA、WB，则(X-WA)表示呼吸消耗量，(WB-X)表示净光合量，真正光合量=(WB-X)+(X-WA)，真正光合速率=(WB-WA)/t。
若先将A取下烘干称重，B照光一段时间后再取下烘干称重，则重量差值与时间比值表示净光合速率(A、B初始干重相等，故WB-WA表示有机物积累量)。


三、图形分析
（1） 全天积累量=SP-(SM+SN) （白天吸收外界CO2—晚上呼吸释放CO2）

全天积累量大于0植物才能正常生长。白天日照长，昼
夜温差大，有机物积累多。（如新疆的哈密瓜特别甜）
A点：凌晨3—4点时，温度降低，呼吸作用减弱，
CO2释放减少。
B点：早上6点左右，太阳出来，开始进行光合作用。
BC段：光合速率呼吸速率。
EF段：光合速率