备战高考生物一轮复习优质课件 第09讲 光合作用与能量转化

这是一份备战高考生物一轮复习优质课件 第09讲 光合作用与能量转化，共60页。PPT课件主要包含了光合作用的过程，提取原理，实验原理，分离原理，无水乙醇，层析液，纸层析法，分离的方法，材料用具，方法步骤等内容，欢迎下载使用。
绿叶中色素的提取和分离
影响光合作用的因素及应用
光合作用与细胞呼吸的综合
C3植物、C4植物和CAM植物及光呼吸
绿叶中色素的提取与分离
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。
可见，叶片中的色素与光能的捕获有关。绿叶中有哪些色素呢？
可以用体积分数95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来替代。
用 提取色素（色素能溶解在有机溶剂中）。
用 分离色素。
绿叶中的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。这样，绿叶中色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。
新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶：色素含量高）、干燥的定性滤纸、研钵、无水乙醇、层析液、二氧化硅、碳酸钙等。
（1）制备滤纸条 （2）画滤液细线（3）分离绿叶中的色素
①称取5g的绿叶，剪碎，放入研钵中。
②放入少许二氧化硅和碳酸钙，再放入10mL 无水乙醇，迅速、充分地研磨。
SiO2CaCO3无水乙醇讯速充分
叶绿体能够被充分破坏，使得色素能充分被释放出来
③将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。
④将滤液收集到试管中， 及时用棉塞将试管口塞严。
用单层尼龙布过滤，过滤叶脉及二氧化硅等并且不吸附色素。
盛放滤液的试管用橡胶塞塞紧，防止无水乙醇的挥发。
2.分离色素——纸层析法
避免层析液在边缘扩散过快（边缘效应），使其同步到达细线
为了积累更多的色素使分离色素带更明显。
用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线画一条细线（可将滤液倒入培养皿，再用盖玻片蘸取滤液，在横线处按压出均匀的细线）。
★注意：细齐直，待滤液干后，再画一两次。
防止色素溶解在层析液中
防止层析液挥发，因其易挥发且有毒。
将适量的层析液倒入烧杯中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）插入层析液（细线不能浸入）中，观察色素带及其颜色并记录。
0.5 秒延迟符，无意义，可删除.
色素含量(色素带宽度):
叶绿素a＞叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素
胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a＞叶绿素b
色素的颜色是由其反射的光所决定
（1）收集到的滤液绿色过浅的原因分析
a.未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。b.使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。c.一次加入大量的无水乙醇提取浓度太低 (正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。d.未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
1.绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：
没经干燥处理，滤液线不能达到细、齐的要求，使色素扩散不一致造成的。
a.忘记画滤液细线。b.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。
忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
(2)滤纸条色素带重叠：
(3)滤纸条看不到色素带
五、光合色素的吸收光谱
阳光是由不同波长的光组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。
色素的吸收光谱实验结果
A.叶绿素主要吸收红光和蓝紫光B.叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同
C.类胡萝卜素主要吸收蓝紫光， 不吸收红光
P一99，学科交叉：叶绿体中的色素只吸收 ， 而对红外光和紫外光等不吸收。
五、光合色素的吸收光谱——实验验证
恩格尔曼实验——示意图
1881年,德国科学家恩格尔曼(T. Engelmann,1843-1909)做了这样的实验。
水绵(叶绿体呈螺旋带状分布)
色素吸收用于光合作用的光都是 ，吸收蓝紫光最多，红光次之，绿光最少。
可见光的波长是400-760nm
吸收、传递（四种色素）、转化（只有少数特殊状态的叶绿素a）光能
叶绿素a: C55H72O5N4Mg叶绿素b: C55H70O6N4Mg胡萝卜素：C40H56叶黄素：C40H56O2
影响叶绿素合成的三大因素
(1)光照 光照是影响叶绿素合成的主要因素，植物在黑暗中一般不能合成叶绿素，因而叶片发黄。(2)温度 温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成；另外，低温时叶绿素分子易被破坏，因而秋天叶片变黄。(3)矿质元素 叶绿素中含N、Mg等矿质元素，若缺乏将导致叶绿素无法合成，老叶先变黄；Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也会导致叶绿素合成受阻，幼叶先变黄。
红苋菜：炒菜菜汤出色，因为是水溶性的花青素。胡萝卜：炒菜菜汤不出色，因为是脂溶性的胡萝卜素。
银杏的叶秋季为什么变黄了？
秋季，叶片的叶绿素分子在低温下易被破坏，而类胡萝卜素较稳定，所以显出类胡萝卜素的颜色。
秋天枫叶变红色的原因是什么？
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，叶片呈现红色。
正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例为3∶1，且对绿光吸收最少，所以正常叶片总是呈现绿色。
选无色透明的塑料薄膜，为了让各种波长的太阳光都穿过塑料薄膜，即让植物吸收更多的光能；大棚内照明灯在功率相同的情况下，最好选红光和蓝紫光。
红光是长波更容易被吸收。
1.如图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置，下列与之有关的叙述中，错误的是(　　)A.应向培养皿中倒入层析液B.应将滤液滴在b处，而不能滴在a处C.实验结果应是得到四个不同颜色的同心圆D.实验得到的若干个同心圆中，最大的一个圆呈橙黄色
教材深挖：新教材P一101，拓展应用1
海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻、红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象是如何造成的？
扩展：藻类都必须含有的光合色素是叶绿素a,因为叶绿色a是转化 光能的色素。其他色素主要是吸收和传递光能。
海洋中的藻类垂直分布是海洋群落垂直结构的体现，有效的避免的竞争，充分利用了光能。
水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多,即到达深水层的光线是短波长的光,因此,吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层,吸收蓝紫光和绿光较多的褐藻分布于海水中层，吸收蓝紫光较多的红藻分布于海水的深层。
这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位？
七、叶绿体的结构适于进行光合作用
1.叶绿体的形态(光镜下)
一般呈扁平的椭球形或球形。
2.叶绿体的结构(电镜下)
光合作用的酶分布在基粒的类囊体薄膜上和基质中。
众多的基粒和类囊体，极大得扩展了受光面积，扩大色素和酶的附着位点。
八、叶绿体功能的实验验证
叶绿体除了吸收光能以外，还有什么功能吗？
易于观察，作为释放氧气的观察指标。
注：水绵的叶绿体呈螺旋 带状分布，细菌为需 氧菌，可以运动。
好氧细菌集中于叶绿体被光束照射的部位
好氧细菌分布于叶绿体所有受光部位
结论：叶绿体光合作用释放氧气，叶绿体是进行光合作用的场所。
选用黑暗并且没有空气的环境， 可排除光线和氧的干扰。
结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光
综合上述两个实验可以得出：
叶绿体主要吸收红光与蓝紫光用于光合作用放出O2。
实验分析——恩格尔曼实验设计的巧妙之处
①实验材料的选择：选择水绵——具有细而长的螺旋带状叶绿体 便于观察。②排除干扰的方法：没有空气的黑暗环境排除了环境中氧气和光 的干扰。③观察指标的设计：通过检测需氧细菌的分布，准确地判断出释 放氧气的部位。④实验对照的设计：用极细的光束照射，获得光照部位和无光照 部位的对照实验；进行黑暗条件下局部光照 和完全暴露在光下的对照实验，明确实验结 果是由光照引起的。
捕获光能的结构——叶绿体
主要在叶肉细胞，少数分布在幼嫩的茎、果实中。
可根据光照强弱来改变自己的状态
外界光照较强，叶绿体以侧面接收光照
外界光照较弱，叶绿体以正面接收光照
保证接收到充分的光照，又可避免被强光灼伤。
扩展了膜的受光的面积，扩大色素和酶的附着位点，是光反应的场所。
1.植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是(　　)A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示D.叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
2.(2021·辽宁，2)植物工厂是通过光调控和通风控温等措施进行精细管理的高效农业生产系统，常采用无土栽培技术。下列有关叙述错误的是（ ）A.可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度B.应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同C.合理控制昼夜温差有利于提高作物产量D.适时通风可提高生产系统内的CO2浓度
3..如图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况,以下说法正确的是(　　)A.色素乙在滤纸上的扩散速度最快B.提取色素时加入乙醇是为了防止叶绿素分解C.水稻在开花时节,叶片中色素量是(甲+乙)甲　　B. 甲=乙=丙　　C. 丙>乙>甲　　D. 甲>乙>丙
光反应停止后，暗反应还会继续进行一段时间，设光反应停止后，暗反应继续进行3s。
暗反应时间越长，（CH2O）含量越多。
连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析
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。
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。
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。
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。
光合作用与化能合成作用
无机物氧化释放的能量
都能将CO2和H2O等无机物合成有机物
教材隐性知识：①源于必修1 P104“相关信息”：光合作用的产物有一部分是_____，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入 ，再通过韧皮部运输到植株各处。
人、动物、真菌、大多数细菌等
光能自养型（光合作用）
化能自养型（化能合成作用）
1.判断常考语句，澄清易混易错(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， 可完成暗反应过程(　　)(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暗反应强度 都降低(　　)
2.下图为光合作用暗反应的产物磷酸丙糖的代谢途径，研究表明，磷酸丙糖转移蛋白(TPT)的活性是限制光合速率大小的重要因素，CO2充足时，TPT活性降低。下列有关叙述错误的是（ ）A.Pi输入叶绿体减少时，磷酸丙糖　从叶绿体输出减少B.暗反应中磷酸丙糖的合成需要　消耗光反应产生的ATPC.叶肉细胞的光合产物主要是以蔗糖形式运出细胞的D.农业生产上可通过增加CO2浓度来提高作物中蔗糖的含量
3.(2021·广东，12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisc，下列叙述正确的是（ ）A.Rubisc存在于细胞质基质中B.激活Rubisc需要黑暗条件C.Rubisc催化CO2固定需要ATPD.Rubisc催化C5和CO2结合
4.下图是番茄植株的叶肉细胞中进行光合作用的示意图，PSⅡ和PSⅠ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。下列叙述错误的是( )
A.自然界中能发生光合作用的生物，　不一定具备PSⅡ和PSⅠ系统B.光反应过程将吸收的光能转换为活　跃的化学能全部储存在ATP中C.在ATP合成酶的作用下，H＋顺 浓度梯度转运提供分子势能，促进ADP和Pi合成ATPD.PSⅡ中的色素吸收光能后，将H2O分解为O2和H＋，产生电子传递 给PSⅠ将NADP＋和H＋结合形成NADPH
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。
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。
3.电子传递过程是高电势到低电势(光系统Ⅱ和Ⅰ中的电子传递由于光能的作用，从而逆电势传递，这是一个吸能的过程)，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＋)逆浓度从类囊体的基质侧泵入到囊腔侧，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的水的光解产生质子(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。
1.下图所示生理过程中，P680和P700表示两种特殊状态的叶绿素，M表示某种生物膜，其中乙侧的H＋浓度远高于甲侧，在该浓度差中储存着一种势能，该势能是此处形成ATP的前提。据图分析，下列说法正确的是（ ）A.乙侧的H＋完全来自甲侧B.生物膜M是叶绿体类囊体薄膜，属于叶绿体内膜C.CF0和CF1与催化ATP的合成、　转运H＋有关，很可能是蛋白质D.该场所产生的NADPH和ATP将参与暗反应中CO2的固定
一、探究环境因素对光合作用强度的影响
（1）叶片含有空气，上浮
O2充满细胞间隙，叶片上浮
（2）根据单位时间小圆形叶片浮起的数量的多少， 探究光照强度与光合作用强度的关系。
打孔器、注射器、5W LED台灯、米尺、烧杯、绿叶。
（1）打孔：用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片， 打孔时避开大叶脉。
因为大叶脉部分含有的叶绿体少。该实验中所取的叶片大小和生理状态应该是相同的，打孔时要取叶片的相同部位。
（2）将圆形小叶片置于注射器内，注射器内吸入清水，待排出 注射器内残留的空气后，用手指堵住注射器前端的小孔并 缓慢地拉动活塞，使圆形小叶片内的空气逸出。重复2～3 次。处理后的叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到 水底。
（3）将处理过圆形小叶片放入清水中，黑暗保存，小圆形叶片 全部沉到水底。
（4）取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水。 （1%~2%的NaHCO3溶液）
（5）分组实验：分别将10片叶圆片投入3只盛20mLNaHCO3的小烧 杯中并调整5W台灯距离（10、20、30cm）。
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。
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。
(1)叶片上浮的原因是：(2)打孔时要避开 ，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。(3)为确保溶液中CO2含量充足，圆形小叶片可以放入 溶液中。
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。
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。
通过调节LED灯与实验装置间的距离来决定
单位时间内被抽去空气的圆形小叶片上浮的数量
光合作用强度（产氧速率）
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。
1.如图表示测定金鱼藻光合作用强度的密闭实验装置，氧气传感器可监测O2量的变化。已知光饱和点是指植物光合速率达到最大时的最小光照强度。下列叙述错误的是（ ）A.NaHCO3溶液可以为金鱼藻光合作用提供CO2B.单色光照射时，相同光照强度下一定时间内用红光比用绿光测到的O2量多C.氧气传感器测到的O2量就是金鱼藻 光合作用产生的O2量D.拆去滤光片，改变光照强度，并将所得数据绘制成曲线可推知其光饱和点
2.(2022·昆明高三期末)某实验小组为验证KHCO3对某植物幼苗光合作用的影响，进行了甲、乙两组不同处理的实验，甲组用差速离心法制备叶绿体悬液进行实验，乙组将等量植物幼苗叶片切割成1 mm2的叶小片进行实验，然后在适宜光照、20 ℃恒温条件下用氧电极测量这两组植物的O2释放速率，结果如图所示。下列相关叙述正确的是（ ）
A.本实验的自变量是KHCO3的浓度， 无关变量为适宜光照、20 ℃恒温条件B.KHCO3浓度为0.05 ml·L－1时，两组实验 的O2释放速率存在差异的原因是光合速率不同C.由该实验可推断，随着KHCO3浓度的增大， 小叶片的O2释放速率会一直增大D.加入清水组的小叶片中无O2释放，原因可能是光合作用产生的 O2通过呼吸作用被消耗了
可用单位时间内CO2的消耗量，或单位时间内O2的产生量来表示。
是光合作用反应强弱的指标。一般用植物在单位时间内单位面积通过光合作用制造糖类的量（即光合作用速率，是化学中的一种反应速率）来衡量。
植物在进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。实际测量到的光合作用指标是净光合作用速率，称为表观光合速率。
光合作用产生的O2=释放到空气中的O2+呼吸作用消耗的O2
总光合作用 = 净光合作用 + 呼吸作用
有机物的制造量CO2固定或消耗量O2的产生量
有机物积累量CO2吸收量O2的释放量
有机物的消耗量CO2的释放量O2的吸收量
测定方法： ①先将植物置于黑暗中，测量呼吸速率 。 ②在有光条件下，测定净光合速率。 ③计算：真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
①对象：叶绿体：直接总光合。②对象：植株、叶片、细胞：见下表
利用量、固定量、消耗量
三、影响光合作用的因素及应用
主要因素（外因：“三度”）： 光照强度、温度、CO2浓度
环境中CO2浓度、叶片气孔导度
（1）光照强度【单位：勒克斯（lx）】
限制因素：CO2浓度、温度、酶含量等
A点：只进行细胞呼吸，CO2释放量 表明此时的呼吸强度。
AB段：光合作用呼吸作用
C点：光合作用强度最 大。C点之前限 限制光合作用因 素是光照强度。
D点：光饱和点， 增加光照强度 光合作用强度 不再增加。
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V呼吸。
思考2：在图甲中,呼吸作用消耗有机物的量可表示为　 　　,净光合作用量可表示为 ，光合作用产生有机物的量可表示为　　 　。(用S1、S2、S3和数学符号表示) 
（1）光照强度【单位：勒克斯（lx）】——应用
①温室生产中，适当增强 ，以提高光合速率， 使作物增产；
温室大棚一般选无色透明塑料薄膜
遇到阴雨天时给温室补充光照应当给予红光或蓝紫光。优先选择红光。
②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较低农业生产上一般间作。
原因是：a.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。b.两种植物高矮结合，充分利用了不同层次的阳光。（与P选二25，群落的垂直结构联系，P选二32，立体农业联系）
③延长光合作用时间，通过轮作或套作。
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】
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。
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。
④光合作用与P选二24种间关系的联系
2020年广东省高三上学期联考2（12分）轮作是指在同一田块上有顺序地季节间和年度间轮换种植不同作物的种植方式。豆科植物苜蓿是优良的牧草，农民将其引入小麦的作物体系形成草田轮作系统，可以减少化肥的使用和增加农作物产量，回答以下问题∶（2）研究发现，施氮肥对苜蓿--小麦轮作系统的冬小麦光合速率的增强效果并不明显，原因是_________________;由此可见，该轮作系统可以减少农田氮肥的使用。
苜蓿是豆科植物，根系共生的固氮生物具有生物固氮作用，增加了土壤中氮含量(3分)
1.多施有机肥或农家肥；2.温室栽培植物时还可使用CO2发生器等；3.大田中还要注意通风透气。
C点：CO2补偿点光合作用速率=细胞呼吸速率
D点：CO2饱和点，E点后限制因素为光照强度和温度、酶的数量和活性等
B点 ：进行光合作用所需 CO2的最低浓度。
AB：只进行细胞呼吸。
分解者将有机肥分解为二氧化碳和无机盐
图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B点和B′点对应的浓度都表示CO2饱和点。
最适温度下植物光合作用最大，植物体内的酶最适温度在40~50℃之间。温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。
1.适时播种2.温室中,白天适当提高温度,晚上适当降温3.植物“午休”现象（气孔关闭）
N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分P：NADP+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
①在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可______光合作用速率， 但当超过一定浓度后，植物光合作用速率 。
②土壤中矿质元素溶液浓度过高，植物光合作用速率下降的原因可能是: 。
溶液浓度过高，导致植物吸水困难甚至失水
应用：合理浇灌、预防干旱
a.水是光合作用的原料
b.水是体内各种化学反应的介质
图1表明在农业生产中，可根据作物的需水规律，合理灌溉。图2曲线中间E处光合作用强度暂时降低，是因为温度高，蒸腾作用过强，气孔关闭，影响了 的供应。
①大棚颜色：让相同强度的日光照射（大棚问题）（能让同色光透过） 白色透明>红色>蓝紫色>绿色②用相同强度光源照射（灯泡问题） 红光>蓝紫光>白光 >绿光
说明：虽然四种光合色素都能吸收蓝紫光， 但它是短波，没有红光容易吸收。
多因子对光合速率的影响及应用
光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用
P点及P点之前：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子 的不断加强，光合速率不断 。Q点：横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，影响因素主要 为各曲线所表示的因子。
应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶 的活性，提高光合速率，也可同时适当增加 ，进一步 提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加 和CO2浓度 以提高光合速率。
(1)停止供水后，光合速率下降。这是由于水既是 的原料，又是光合产物在植物体内 的主要介质。
1.某植物在停止供水和恢复供水条件下，气孔开度(即气孔开放程度)与光合速率的变化如图所示。请回答下列问题：
(2)在温度、光照相同的条件下，图中A点与B点相比，光饱和点低的是___点，其主要原因是 。
气孔开度降低，CO2吸收减少
(3)停止供水一段时间后，叶片发黄，原因是 。此时类囊体结构被破坏，提供给暗反应的 减少。
叶绿素合成速度变慢或停止(或叶绿素分解)，类胡萝卜素的颜色显露出来
（1）植物自身的遗传特性
阴生植物呼吸作用较弱，对光的利用能力也不强
阳生植物是指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。
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。
（2）植物叶片的叶龄、叶绿素含量、酶的活性和数量、 有机物的输出情况 、气孔导度等
生产实践中，可适时喷施植物激素中的脱落酸，起到调节气孔开度的作用。
叶片的有机物输出越多，其光合速率越快。若将一株植物的果实去除，则去除的果实越多，其光合速率________，两片相邻的叶片，若一片遮光，则另一片叶子的光合速率会________。
（4）光合作用产物积累对光合作用强度的影响
光合产物（蔗糖）从叶片中输出的速率会影响叶片的光合速率。光合产物积累到一定的水平后会影响光合速率的原因有∶ 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含量增加，从而景响CO2的固定; 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。
影响因素：光照、温度、二氧化碳、 水分、矿质元素
1. 在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是（　　　）A. 红光，ATP下降 B. 红光，未被还原的C3上升C. 绿光，NADPH下降 D. 绿光，C5上升
2. 图示适宜条件下，甲、乙两种植物叶片的CO2净吸收速率与CO2浓度的关系，下列说法正确的是（　　　）
　　A. CO2浓度大于a时，甲才能进行光合作用 　　B. 适当增加光照强度，a点将左移　　C. CO2浓度为b时，甲、乙总光合作用强度相等 　　D. 甲植物体内NADPH的含量在CO2浓度为b时比在a时高
3.(2021·北京，3)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是( )A.两组植株的CO2吸收速率最大值接近B.35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等C.50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能D.HT植株表现出对高温环境的适应性
4.(2021·广东，15)与野生型拟南芥WT相比，突变体t1和t2在正常光照条件下，叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图1所示)，造成叶绿体相对受光面积的不同(图2所示)，进而引起光合速率差异，但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下，下列叙述错误的是( )A.t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)B.t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)C.三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关D.三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大
5.下图是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答：（1）7～10时的光合作用强度不断增强原因：（2）12时左右的光合作用强度明显减弱原因：（3）14～17时的光合作用强度不断减弱原因：
光照不断减弱，光合作用强度不断减弱。
光照不断增强，光合作用强度不断增强。
温度很高，蒸腾作用很强，气孔关闭，二氧化碳供应减少，光合作用强度明显减弱。
6.下图是在一定的CO2浓度和温度下，某阳生植物CO2的吸收量和光照强度的关系曲线，据图回答：
⑴该植物的呼吸速率为每小时释放CO2___mg/dm2。
⑵b点表示：
⑶若该植物叶面积为10dm2，在光照强度为25Klx条件下光照1小时，则该植物进行光合作用时叶绿体吸收CO2 ____mg。　　
⑷若白天光照强度较长时期为b该植物能否正常生长？为什么？　
光合作用与呼吸作用速率相等
不能正常生长。白天光照强度为b时，无有机物积累，而夜间消耗有机物，从全天来看，有机物的消耗多于积累，不能正常生长。
7. 如图表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时，其他条件不变且适宜的情况下，单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化，下列有关说法错误的是（　　　）
A.光照强度由a到b时， 叶肉细胞净光合速率增加B.光照强度为b时， 光合速率等于呼吸速率C.若光照强度长期为c， 该绿色植物不能正常生长D.光照强度为d时， 单位时间内细胞从周围吸收2个单位的CO2
光合作用与呼吸作用过程示意图
光合作用的产物为细胞呼吸提供了物质基础——有机物和氧气；细胞呼吸产生的二氧化碳可被光合作用所利用。
绿色植物的光合作用与有氧呼吸的比较
光能转变为化学能储存在有机物中
将有机物中的能量释放出来，一部分转移到ATP中
二、光合作用与细胞呼吸物质及能量转化
1.光合作用和细胞呼吸中各种元素的去向
1.（2022，原创）下图是发生在动植物体内的部分生理过程示意图，相关叙述错误的是（ ）
A.消耗ATP的生理过程有③⑤⑧B.消耗【H】的生理过程有③④⑦C.产生和消耗等量葡萄糖，过程①生成的ATP数量多于过程④D.只发生在动物细胞内的生理过程有⑤⑦⑧⑨
2.下图表示植物叶肉细胞光合作用和细胞呼吸过程中氢元素的转移途径，下列相关叙述不正确的是（ ）A.过程①④在生物膜上进行B.光合作用的原料H2O中的氧可以依次经过①②③④转移到细胞呼吸的产物H2O中C.植物体光补偿点时，叶肉细胞内的过程③④中合成的ATP少于过程①合成的ATPD.过程①②③④都有能量的转化
2.光合作用和有氧呼吸的能量联系
三、光合速率与植物生长
①当净光合速率＞0时，植物因积累有机物而生长。②当净光合速率＝0时，植物不能生长。③当净光合速率＜0时，植物不能生长，长时间处于此种状态，植物将死亡。
（1）当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值绝对值代表呼吸速率，该曲线代表净光合速率；（2）当光照强度为0时，若CO2吸收值为0，该曲线代表真正光合速率。
3.下图是在一定的CO2浓度和温度下，某阳生植物CO2的吸收量和 光照强度的关系曲线，据图回答：
⑴该植物的呼吸速率为每小时释放 CO2___mg/dm2。
⑶若该植物叶面积为10dm2，在光照强度为25Klx条件下光照1小时， 则该植物进行光合作用时叶绿体吸收CO2 mg。　　
⑷若白天光照强度较长时期 为b该植物能否正常生长？ 为什么？　
四、光合作用与细胞呼吸的“关键点”移动
1.曲线中补偿点和饱和点的移动规律
CO2(或光)补偿点（B）和饱和点（C）的移动方向：一般有左移、右移之分
（2）呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时， CO2(或光)补偿点B应右移，反之左移。
（3）阴生植物与阳生植物相比，CO2(或光)补偿点（B）和饱和点 (C)都应向左移动。
（1）呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点B应右移， 反之左移。
在外界条件的影响下，通过分析光合速率和呼吸速率的变化，进而对曲线上某一点的纵、横坐标进行具体分析，确定横坐标左移或右移，纵坐标上移或下移，最后得到该点的移动方向。
2.曲线上其他点(补偿点之外的点)的移动方向
呼吸速率不变，相关条件的改变使光合速率下降时，曲线上的A点不动，其他点(D)向 移动，反之向右上方移动。
4.已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃，如图表示30 ℃时光合作用与光照强度的关系。若温度降到25℃(原光照强度和二氧化碳浓度不变)，理论上图中相应点a、b、d的移动方向分别是（ ）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
五、自然环境及密闭容器中植物光合作用曲线及分析
细胞呼吸产生CO2，曲线上升
出现光照且逐渐增强，此时光合速率小于呼吸速率
CO2释放速率减小，曲线上升缓慢
CO2释放量达到最大（C点）
装置中CO2含量最小（G点）
光照逐渐减弱，光合速率大于呼吸速率
光照进一步减弱，光合速率小于呼吸速率
净光合速率大于0，即c-g（不含c、g点）
曲线下降时，即C-G（不含C、G点）
计算：P -( M + N )是否大于0
比较I点时CO2浓度是否比A点时低
光照培养阶段，密闭装置中CO2浓度变化量应为光合作用强度与呼吸作用强度间的“差值”，切不可仅答成“光合作用消耗”导致装置中CO2浓度下降。
5.如图是大棚番茄在24小时测得CO2含量和CO2吸收速率的变化曲线图，下列有关叙述错误的是( )A.a点CO2释放量减少可能是由温度降低导致细胞呼吸强度减弱B.番茄通过光合作用合成有机物的时间是c～e段C.由P点条件变为d点，C5生成减少D.植物干重最大的时刻是e点
六、三率测定的6种实验模型
1.气体体积变化法（液滴移动法）——测定光合作用O2增加的体积或CO2消耗的体积
（1）测定呼吸速率①装置烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液用于吸收CO2。②玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用干扰。③置于适宜温度环境中。④红色液滴向左移动(单位时间内左移距离代表呼吸速率)。
(2)测定净光合速率①装置烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液，用于保证容器内CO2 浓度恒定，满足光合作用需求。②必须给予足够光照处理，且温度适宜。③红色液滴向右移动(单位时间内右移距离代表净光合速率)。(3)物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物、烧杯中放入蒸馏水分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
6.某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组，在室温25 ℃下进行了一系列的实验，下列对实验过程中装置条件及结果的叙述错误的是(　　)
A.若X溶液为CO2缓冲液并给予光照， 液滴移动距离可表示净光合作用强度大小B.若要测真光合强度，需另加设一装置遮光 处理，X溶液为NaOH溶液C.若X溶液为清水并给予光照，光合作用大于细胞呼吸时，液滴右移D.若X溶液为清水并遮光处理，消耗的底物为脂肪时，液滴左移
2.黑白瓶法——测溶氧量的变化
黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，瓶中生物只进行细胞呼吸，而白瓶中的生物既能进行光合作用又能进行细胞呼吸，所以黑瓶(无光照的一组)测得的为细胞呼吸强度值，白瓶(有光照的一组)测得的为表观(净)光合作用强度值，综合两者即可得到真正光合作用强度值。
设初始值为x，白瓶现有量为M白，黑瓶现有量为M黑，则：总光合量=？【解析】净光合量 = M白 – x，呼吸量 = x - M黑总光合量 = 净光合量 + 呼吸量 =（M白 - x） + （x - M黑）= M白 - M黑
①若有初始值，可推出 呼吸量和净光合量；②无论是否有初始值， 均可用白瓶现有量- 黑瓶现有量算出总光 合量。
7.研究小组从池塘不同深度采集水样，分别装入大小相同的黑白瓶中（白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布包裹的玻璃瓶）并封闭。然后将黑白瓶对应悬挂于原水样采集位置。24h后，测定各黑白瓶中溶氧量。若测得白瓶溶氧量为Amg•L﹣1，黑瓶溶氧量为Bmg•L﹣1。下列说法正确的是（ ） A.该方法可以在未测得呼吸作用的条件下，测得实际光合作用的强度 B.B可表示在24h内黑瓶呼吸作用强度的大小 C.（A﹣B）可表示24h内白瓶中的净光合作用强度的大小 D.该实验设计缺少对照组，无法测得光合作用的强度
将叶片一半遮光，一半曝光，遮光的一半测得的数据变化值代表细胞呼吸强度值，曝光的一半测得的数据变化值代表表观(净)光合作用强度值，综合两者可计算出真正光合作用强度值。需要注意的是该种方法在实验之前需切断左右叶片间的联系，以防止有机物的运输。计算可参考黑白瓶法：总光合量 = MB - MA
8.（2021·江西省会昌中学高一月考）现采用如图所示方法测定植物叶片光合作用强度，将对称叶片的一半遮光（A），另一半不遮光（B），并采用适当的方法阻止A、B间物质和能量的转移。在适宜光照和温度下照射一段时间，在A、B中截取对应部分相等面积的叶片，烘干称重，分别记作m1和m2，单位mg/·（dm2·h）。下列说法正确的是（ ） A.该方法在未测出细胞呼吸强度的条件下，能得出实际光合作用的强度 B.（m2-m1）表示B叶片被截取的部分在光照时间内有机物的积累量 C.m2表示被截取的部分在光照时间内净光合作用的大小 D.m1表示被截取的部分在光照时间内细胞呼吸的大小
4.叶圆片称重法——测定有机物的变化量
(1)操作图示 本方法通过测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。
(2)结果分析净光合速率＝(z－y)/2S；呼吸速率＝(x－y)/2S；总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
5.叶圆片上浮法——定性检测O2释放速率
本方法通过利用真空技术排出叶肉细胞间隙中的空气，充以水分，使叶片沉于水中；在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小而在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮。根据在相同时间内上浮叶片数目的多少(或者叶片全部上浮所需时间的长短)，即能比较光合作用强度的大小。
9.利用装置甲，在相同条件下分别将绿色植物E、F的叶片制成大小相同的叶圆片，抽出空气，进行光合作用速率测定。图乙是利用装置甲测得的数据绘制成的坐标图。下列叙述正确的是(　　)
A.从图乙可看出，F植物适合在较强光照下生长B.光照强度为1 klx时，装置甲中放置植物E的叶圆片进行测定时，液滴不移动C.光照强度为3 klx时，E、F两种植物的叶圆片产生氧气的速率相等D.光照强度为6 klx时，装置甲中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短
6.间隔光照法——比较有机物的合成量
光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行，由于催化暗反应的酶的催化效率和数量都是有限的，因此在一般情况下，光反应的速率比暗反应快，光反应的产物ATP和NADPH不能被暗反应及时消耗掉。持续光照，光反应产生的大量的NADPH和ATP不能及时被暗反应消耗，暗反应限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行，则黑暗间隔有利于充分利用光照时积累的光反应的产物，持续进行一段时间的暗反应，因此在光照强度和光照时间不变的情况下，制造的有机物相对多。
一、C3植物、C4植物和CAM植物
自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同可以分为C3、C4和CAM三种类型。
1.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。常见C3植物有大麦、小麦、大豆、菜豆、水稻、马铃薯等。
2.C4途径：某些植物叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2在PEP羧化酶的作用下被整合到C4化合物中，随后C4化合物被运输进入维管束鞘细胞，维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，在维管束鞘细胞中，C4化合物分解释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物。
C4植物具有耐高温、光照强烈、干旱的能力，原因是：PEP羧化酶与CO2亲和力大且不与O2亲和，它提高了C4植物固定CO2的能力，并且无光合午休现象。常见C4植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。
3.CAM途径 CAM植物夜间气孔开放吸进CO2，CO2经一系列反应转化为苹果酸储存在液泡中。白天气孔关闭，苹果酸经一系列反应转化为CO2，进入C3途径合成淀粉； 常见的CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等，可适应干旱炎热的环境。
3.CAM途径：CAM植物夜间吸进CO2，淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化下，CO2与PEP结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中。从而表现出夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降。而白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以形成PEP再还原成三碳糖，最后合成淀粉或者转移到线粒体，进一步氧化释放CO2，又可进入C3途径。从而表现出白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升。常见的CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等。
如：水稻、小麦、棉花、大豆等大多数植物。
如甘蔗、玉米、高粱等。
如:菠萝、龙舌兰、仙人掌和兰花等。
C3途径是碳同的基本途径，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。
C3植物与C4植物对CO2浓度的响应
①C4植物CO2补偿点低， 几乎接近0。
②C3植物CO2补偿点高
③C4植物CO2饱和点低，说明C4植物具有有效的CO2浓缩机制。
④C3植物CO2饱和点高，因为RuBP羧化酶固定CO2能力弱。
从以上分析可知，C4植物能够利用低CO2浓度进行光合作用，因此，目前大气CO2浓度不断增加，对C3植物有利，对C4植物益处不大。
1.百合以气孔白天关闭、夜间开放的特殊方式适应高温干旱环境。 下面为百合叶肉细胞内的部分代谢示意图， 据图分析错误的是（ ）A.图中B物质可能是葡萄糖B.线粒体和细胞质基质均能产生CO2C.PEP、RuBP均能与CO2结合D.夜间细胞液pH可能会下降
1955年科学家德柯尔用红外线气体分析仪测定烟草光合速率时发现正在进行光合作用的烟草叶片在光照停止后会快速释放CO2，这种现象称为“二氧化碳的猝发”
（1）A表示光下净光合速率。
（2）B和C表示光下时植物呼吸速率。
（3）B表示无论是光下还是暗处都可进行的呼吸速率。
（4）C表示只有光下才有的呼吸速率。即光呼吸现象。
（1）卡尔文循环中CO2固定的酶(Rubisc)具有两面性(或双功能)
（2）Rubisc即RuBP羧化加氧酶
①高CO2浓度、低O2时，进行羧化
②低CO2浓度、高O2时，进行加氧
3.卡尔文循环与光呼吸
光照强度增强↓产生的O2增多↓光呼吸增强
（1）如果在较强光下，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。（2）光呼吸过程中消耗了ATP和还原氢，即造成了能量的损耗。
防止强光对叶绿体的破坏 强光时，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和还原氢，这些物质积累会产生自由基，尤其是超氧阴离子，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和还原力，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。
6.光呼吸与细胞呼吸的比较
1.研究者用仪器检测拟南芥叶片在光-暗转换条件下CO2吸收量的 变化，每2S记录一个实验数据并在图中以点的形式呈现。
（1）在开始检测后的200s内，拟南芥叶肉细胞利用光能分解______， 同化CO2。而在实验的整个过程中，叶片可通过__________将储藏在有机物中稳定的化学能转化为___________________和热能。
ATP中的活跃的化学能
（2）图中显示，拟南芥叶片在照光条件下，CO2吸收量在___________μml.m-2s-1范围内，在300s时CO2________达到2.2μml.m-2s-1。由此得出，叶片的总（真实）光合速率大约是___________μml CO2.m-2s-1。（本小题所填数值保留到小数点后一位）
（3）从图中还可看出，在转入黑暗条件下100s以后，叶片的CO2释放_________，并达到一个相对稳定的水平，这提示在光下叶片可能存在一个________________________过程。
（4）为证明叶片在光下呼吸产生的CO2中的碳元素一部分来自叶绿体中的五碳化合物，可利用________________________技术进行探究。
放射性14C同位素示踪