高中生物 竞赛辅导资料 专题五 光合作用 新人教版

1 专题五 光合作用专题五 光合作用 竞赛要求竞赛要求 1 光合作用的概念及其重大意义 2 光合作用的场所和光合色素 3 光合作用的全过程 光系统 I 和光系统 II 4 C3和 C4植物的比较 光呼吸 5 外界条件对光合作用的影响 饱和点 补偿点 6 光合作用的原理在农业生产中的应用 知识梳理知识梳理 一 光合作用概述 光合作用是指绿色植物吸收阳光的能量 同化二氧化碳和水 制造有机物质并释放氧 气的过程 1 光合作用的重要性可以概括为把无机物变成有机物 蓄积太阳能量和环境保护为三 方面 2 叶绿体和光合色素 叶绿体是进行光合作用的细胞器 在显微镜下观察 高等植物的叶绿体大多数呈椭球 形 一般直径约为 3 6um 厚约为 2 3um 其结构可分为外膜 内膜 基粒和基质四部分 内膜具有控制代谢物质进出叶绿体的功能 基粒是光反应进行的场所 基质是暗反应进行 的场所 叶绿体具有由许多片层组成的片层系统 称为类囊体 每个基粒是由 2 个以上的 类囊体垛叠在一起形成的 这样的类囊体称为基粒类囊体 有一些类囊体较大 贯穿在两 个基粒之间的基质中 称为基质类囊体 光合作用的光能转换功能是在类囊体膜上进行的 所以类囊体膜亦称为光合膜 光合色素就位于类囊体膜中 其种类 颜色和吸收的可见光段如下 应注意吸收光谱只说明光合色素吸收的光段 不能进一步说明这些被吸收的光段在光 合作用中的效率 要了解各被吸收光段的效率还需研究光合作用的作用光谱 即不同波长 光作用下的光合效率称为作用光谱 荧光现象 叶绿素溶液在透射光下呈绿色 而在反射光下呈红色的现象 磷光现象 叶绿素在去掉光源后 还能继续辐射出极微弱的红光 用精密仪器测知 的现象 3 光合作用的发现 光合色素 叶绿素 主要吸收蓝光和红光 类胡萝卜素 主要吸收蓝光 叶绿素 a 蓝绿色 叶绿素 b 黄绿色 胡萝卜素 橙黄色 叶 黄 素 黄 色 2 17 世纪 van Helmont 将 2 3kg 的小柳树种在 90 8kg 干土中 雨水浇 5 年后 小柳 树重 76 7kg 而土仅减少 57g 因此 他认为植物是从水中取得所需的物质 1771 年 Joseph Priestley 密闭容器中蜡烛燃烧污染了空气 使放于其中的小鼠窒 息 若在密闭容器中放入一支薄荷 小鼠生命就可得到挽救 他的结论是 植物能净 化空气 1779 年 Jan Ingenhousz 确定植物净化空气是依赖于光的 1782 年 J Senebier 证明植物在照光时吸收 CO2并释放 O2 1804 年 N T De Saussure 发现 植物光合作用后增加的重量大于吸收 CO2和释放 O2 所引起的重量变化 他认为是由于水参与了光合作用 1864 年 J Sachs 观察到照光的叶绿体中有淀粉的积累 显然这是由光合作用产生的 葡萄糖合成的 20 世纪 30 年代 von Niel 提出光合作用的通式 1937 年 R Hill 用离体叶绿体培养 证明 光合作用放出的 O2 来自 H2O 将光合作用分为两个阶段 第一阶段为光诱导的 电子传递以及水的光解和 O2的释放 又称希尔反应 这一阶段之后才是 CO2的还原 和有机物的合成 1940 年代 Ruben 等用 18O 同位素示踪 更进一步证明光合作用放出的 O2 来自 H2O 二 光合作用的过程 1 光反应和暗反应 根据需光与否 可笼统的将光合作用分为两个反应 光反应和暗反应 光反应发生 水的光解 O2的释放和 ATP 及 NADPH 还原辅酶 II 的生成 反应场所是叶绿体的类囊体 膜中 需要光 暗反应利用光反应形成的 ATP 和 NADPH 将 CO2还原为糖 反应场所是叶绿 体基质中 不需光 从能量转变角度来看 光合作用可分为下列 3 大步骤 光能的吸收 传递和转换过程 通过原初反应完成 电能转化为活跃的化学能过程 通过电子传递和 光合磷酸化完成 活跃的化学能转变为稳定的化学能过程 通过碳同化完成 前两个 步骤属于光反应 第三个步骤属于暗反应 1 光能的吸收 传递和转换 原初反应 为光合作用最初的反应 它包括光合色素对光能的吸收 传递以及将光 能转换为电能的具体过程 图 5 1 H2O AAH2 1 2O2 6CO2 2H2O C6H12O6 6H2O 6O2 6CO2 6H2OC6H12O6 6O2 光 绿色细胞 CO2 2H2A CH2O 2A H2O 3 参加原初反应的色素 光合色素按功能可分为两类 一类具有吸收和传递光能的作用 包括绝大多数的叶绿 素 a 以及全部的叶绿素 b 胡萝卜素和叶黄素 另一类是少数处于特殊状态的叶绿素 a 这种叶绿素 a 能够捕获光能 并将受光能激发的电子传送给相邻的电子受体 在类囊体膜 中 上述色素并非散乱地分布着 而是与各种蛋白质结合成复合物 共同形成称做光系统 的大型复合物 图 5 2 图图 5 1 原初反应图解原初反应图解 图图 7 2 光系统示意图光系统示意图 4 光系统 由光合色素组成的特殊功能单位 每一系统包含 250 400 个叶绿素和其他色 素分子 分光系统 I 和光系统 II 2 个光系统之间有电子传递链相连接 光系统 I PSI 作用中心色素为 P700 P700 被激发后 把电子供给 Fd 光系统 II PSII 作用中心色素为 P680 P680 被激发后 电子供给 pheo 去镁叶绿素 并与水裂解放氧相连 原初反应的基本过程 D P A D P A D P A D P A D P A 为光系统或反应中心 D Donor 原初电子供体 P Pigment 作用中心色素 A Acceptor 原初电子受体 2 电能转化为活跃的化学能 水的光解 H2O 是光合作用中 O2来源 也是光合电子的最终供体 水光解的反应 2H2O O2 4H 4e 光合电子传递链 光合链 概念 光合链是指定位在光合膜上的 一系列互相衔接的电子传递体组成的电子传递 的总轨道 由于各电子传递体具不同的氧化还原电位 负值越大代表还原势越强 正值越大代表 氧化势越强 据此排列呈 Z 形 又称为 Z 方案 图 5 3 光合电子传递的类型 非环式电子 传递 环式电子传递 假环式电子传递 光合磷酸化 光合磷酸化的概念 叶绿体在光下把无机磷酸和 ADP 转化为 ATP 形成高能磷酸键的过 程 光合磷酸化与光合电子传递相偶联 同样分为三种类型 即非环式光合磷酸化 环式 光合磷酸化 假环式光合磷酸化 图图 5 3 Z 方案方案 5 光合磷酸化的机理 化学渗透学说 即在光合电子传递体中 PQ 经穿梭在传递电子的 同时 把膜外基质中的 H 转运至类囊体膜内 PS 光解水时在膜内释放 H PS 引起 NADP 的还原时 进一步引起膜外 H 浓度降低 这样膜内外存在 H 浓度差 pH 同时膜内外 电荷呈现 内正外负 引起电位差 pH 和 合称质子动力势 H 顺着浓度梯度返 回膜外时释放能量 在 ATP 酶催化下 偶联 ATP 合成 3 活跃的化学能转变为稳定的化学能 碳同化 植物利用光反应中形成的 NADPH 和 ATP 将 CO2转化成稳定的碳水化合物的过 程 称为 CO2同化或碳同化 碳同化的途径 A 卡尔文循环 又叫 C3途径 CO2的受体是一种戊糖 核酮糖二磷酸 RuBP 故又称 为还原戊糖磷酸途径 RPPP 二氧化碳被固定形成的最初产物是一种三碳化合物 3 磷 酸甘油酸 故称为 C3途径 是卡尔文等在 50 年代提出的 故称为卡尔文循环 The Calvin cycle 卡尔文循环具有合成淀粉等有机物的能力 是所有植物光合碳同化的基本途径 大致 可分为三个阶段 即羧化阶段 还原阶段和再生阶段 C3途径的总反应式 3CO2 5H2O 3RuBP 9ATP 6NADPH PGAld 6NADP 9ADP 9Pi 可见 要产生 1molPGAld 磷酸丙糖分子 需要消耗 3mol CO2 9mol ATP 和 6mol NADPH B C4途径 又叫 Hatch Slack 途径 有些起源于热带的植物 如甘蔗 玉米等 除 了和其它植物一样具有卡尔文循环以外 还存在一条固定 CO2的途径 按 C4途径固定 CO2的 植物称为 C4植物 现已知被子植物中有 20 多个科近 2000 种植物中存在 C4途径 C3和 C4叶的结构的不同 绿色植物的叶片中有由导管和筛管等构成的维管束 围绕着 维管束的一圈薄壁细胞叫做维管束鞘细胞 C3植物叶片中的维管束鞘细胞不含叶绿体 维 管束鞘以外的叶肉细胞排列疏松 但都含有叶绿体 图 5 4 图图 5 4 C3植物叶片植物叶片 6 C4植物的叶片中 围绕着维管束的是呈 花环型 的两圈细胞 里面的一圈是维管束 鞘细胞 外面的一圈是一部分叶肉细胞 C4植物中构成维管束鞘的细胞比较大 里面含有 没有基粒的叶绿体 这种叶绿体不仅数量比较多 而且个体比较大 叶肉细胞则含有正常 的叶绿体 图 5 5 固定 CO2的最初产物是四碳二羧酸 草酰乙酸 故称为 C4 二羧酸途径 C4 dicarboxylic acid pathway 简称 C4途径 也叫 Hatch Slack 途径 C4循环和 C3 循环的关系见图 5 6 图图 5 65 6 C C4 4循环和循环和 C C3 3循环的关系循环的关系 C4途径中的反应基本上可分为 羧化反应 在叶肉细胞中磷酸烯醇式丙酮酸 PEP 与 HCO3 在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 PEPC 催化下形成草酰乙酸 OAA 图图 5 5 C4植物叶片植物叶片 7 还原或转氨作用 OAA 被还原为苹果酸 Mal 或经转氨作用形成天冬氨酸 Asp 脱羧反应 C4酸通过胞间连丝移动到 BSC 在 BSC 中释放 CO2 CO2由 C3 途径同化 底物再生 脱羧形成的 C3酸从 BSC 运回叶肉细胞并再生出 CO2受体 PEP C4植物具较高光合速率的因素有 C4植物的叶肉细胞中的 PEPC 对底物 HCO3 的亲和力极高 细胞中的 HCO3 浓度一般 不成为 PEPC 固定 CO2的限制因素 C4植物由于有 CO2泵 浓缩 CO2的机制 使得 BSC 中有高浓度的 CO2 从而促进 Rubisco 的羧化反应 降低了光呼吸 且光呼吸释放的 CO2又易被再固定 高光强又可推动电子传递与光合磷酸化 产生更多的同化力 以满足 C4植物 PCA 循 环对 ATP 的额外需求 鞘细胞中的光合产物可就近运入维管束 从而避免了光合产物累积对光合作用可能 产生的抑制作用 但是 C4植物同化 CO2消耗的能量比 C 植物多 也可以说这个 CO2泵 是要由 ATP 来开动的 故在光强及温度较低的情况下 其光合效率还低于 C3植物 可见 C4途径是植物光合碳同化 对热带环境的一种适应方式 C 景天科酸代谢途径 CAM 干旱地区的景天科 仙人掌科 菠萝等植物有一个特殊 的 CO2同化方式 晚上气孔开放 吸进 CO2 再 PEP 羧化酶作用下 与 PEP 结合 形成 OAA 进一步还原为苹果酸 积累于液泡中 白天气孔关闭 液泡中的苹果酸便运到胞质溶 胶 在依赖 NADP 苹果酸酶作用下 氧化脱羧 放出 CO2 参与卡尔文循环 形成淀粉等 这类植物体内白天糖分含量高 而夜间有机酸含量高 具有这种有机酸合成日变化类型的 光合碳代谢称为景天科酸代谢 植物的光和碳同化途径具有多样性 这也反映了植物对生态环境多样性的适应 但是 C3途径是最基本 最普遍的途径 也只有该途径才可以生成碳水化合物 C4和 CAM 途径都 是 C3途径的辅助形式 只能起固定 运转 浓缩 CO2的作用 单独不能形成淀粉等碳水化 合物 4 光呼吸 光呼吸 植物绿色细胞在光下吸收 O2 释放 CO2的过程称为光呼吸 一般生活细胞的呼 吸在光暗条件下都可以进行 对光照没有特殊要求 可称为暗呼吸 光呼吸与暗呼吸在呼 吸底物 代谢途径以及光呼吸速率等方面均不相同 光呼吸的全过程需要由叶绿体 过氧化物酶体和线粒体三种细胞器协同完成 光呼吸 的底物是乙醇酸 O2的吸收发生在叶绿体和过氧化物酶体 CO2的释放发生在线粒体 光呼 吸时 每氧化 2 分子乙醇酸放出 1 分子 CO2 碳素损失 25 光呼吸的意义 消除乙醇酸的毒害 乙醇酸的产生在代谢中是不可避免的 光呼吸 可消除乙醇酸的毒害作用 维持 C3途径的运转 在叶片气孔关闭或外界 CO2浓度降低时 光呼吸释放的 CO2能被 C3途径再利用 以维持 C3途径的运转 防止强光对光合机构的破 坏 在强光下 光反应中形成的同化力会超过暗反应的需要 叶绿体中 NADPH NADP 的比值 增高 最终电子受体 NADP 不足 由光激发的高能电子会传递给 O2 形成超氧阴离子自由基 O2 O2 对光合机构具有伤害作用 而光呼吸可消耗过剩的同化力 减少 O2 的形成 从而 8 保护光合机构 氮代谢的补充 光呼吸代谢中涉及多种氨基酸 甘氨酸 丝氨酸等 的形 成和转化过程 对绿色细胞的氮代谢是一个补充 光合作用主要反应概要 反 应主要事件需要的物质最终产物 1 光反应 类囊体膜 光化学反应 电子传递 化学渗透 利用光能使水光解 合成 ATP 和还原 NADP 即 NADPH 叶绿素激发 反应中心将高能电子传递给 电子受体 电子沿着类囊体膜上的电子传递链传递 并最终还原 NADP 水的光解提供的 H 积 累于类囊体内 质子穿越类囊体膜进入类囊体 在类囊体 和基质间形成质子梯度 质子通过由 ATP 合成酶复合物构成的特殊通道回到基质中 ATP 生成 光能 光合色 素 电子 NADP H2O 质子梯度 ADP Pi 电子 NADPH H O2 H ATP 2 暗反应 基质 CO2固定 即 CO2与一有机化合物结合二磷酸核酮糖 CO2 ATP NAD PH H 糖 ADP Pi NADP 2 影响光合作用的因素 1 外部因素 A 光强 光补偿点 当叶片的光合速率与呼吸速率相等 净光合速率为零 时的光照强度 称 为光补偿点 光饱和点 在一定条件下 使光合速率达到最大时的光照强度 称为光饱和点 出现光饱和点的原因 强光下暗反应跟不上光反应从而限制了光合速率 一般来说 光补偿点高的植物其光饱和点也高 如 草本植物的光补偿点与光饱和点 木本植物 阳生植物的 阴生植物 C4植物的 C3植物 光补偿点低的植物较耐荫 适于和 光补偿点高的植物间作 如豆类与玉米间作 光抑制 光能过剩导致光合效率降低的现象称为光合作用的光抑制 光抑制现象在自然条件下是经常发生的 因为晴天中午的光强往往超过植物的光饱和 点 如果强光与其它不良环境 如高温 低温 干旱等 同时存在 光抑制现象更为严重 B 光质 对光合作用有效的是可见光 红光下 光合效率高 蓝紫光次之 绿光的效果最差 红光有利于碳水化合物的形成 蓝紫光有利于蛋白的形成 9 CO2补偿点 当光合速率与呼吸速率相等时 外界环境中的 CO2浓度即为补偿点 凡是 能提高 CO2浓度差和减少阻力的因素都可促进 CO2流通从而提高光合速率 如改善作物群体 结构 加强通风 增施 CO2肥料等 CO2饱和点 当光合速率开始达到最大值 Pm 时的 CO2浓度被称为 CO2饱和点 凡是能提高 CO2浓度差和减少阻力的因素都可促进 CO2 流通从而提高光合速率 如改善 作物群体结构 加强通风 增施 CO2肥料等 光合作用有温度三基点 即光合作用的最低 最适和最高温度 低温抑制光合的原因 主要是 低温导致膜脂相变 叶绿体超微结构破坏以及酶的钝化 高温会引起膜脂和酶蛋 白的热变性 加强光呼吸和暗呼吸 在一定温度范围内 昼夜温差大 有利于光合产物积累 用于光合作用的水只占植物吸收水分的 1 因此 水分缺乏主要是间接的影响光合作 用 具体地说 缺水使气孔关闭 影响二氧化碳进入叶内 使光合产物输出减慢 使光合 机构受损 光合面积减少 水分过多也会影响光合作用 土壤水分过多时 通气状况不良 根系活力下降 间接影响光合作用 直接或间接影响光合作用 N P S Mg 是叶绿体结构中组成叶绿素 蛋白质和片层膜 的成分 Cu Fe 是电子传递体的重要成分 Pi 是 ATP NADPH 以及光合碳还原循环中许多 中间产物的成分 Mn Cl 是光合放氧的必需因子 K Ca 对气孔开闭和同化物运输具有调 节作用 因此 农业生产中合理施肥的增产作用 是靠调节植物的光合作用而间接实现的 引起光合 午睡 的原因 大气干旱和土壤干旱 引起气孔导度下降 CO2浓度降低 光合产物淀粉等来不及运走 反馈抑制光合作用 光呼吸增强 光合 午休 造成的损失 可达光合生产的 30 以上 2 内部因素 不同部位 以叶龄为例 幼叶净光合速率低 需要功能叶片输入同化物 叶片全展后 光合速率 达最大值 叶片光合速率维持较高水平的时期 称为功能期 叶片衰老后 光合速率下 降 不同生育期 一般都以营养生长期为最强 到生长末期就下降 3 提高光能利用率的途径 光能利用率 单位土地面积上植物光合作用积累的有机物所含的化学能 占同一期间 入射光能量的百分率称为光能利用率 作物光能利用率很低 即便高产田也只有 1 2 1 延长光合时间 措施有提高复种指数 延长生育期 如防止功能叶的早衰 补 充人工光照等 2 增加光合面积 措施有合理密植 改变株型等 10 3 增强光合作用效率 措施主要有增加二氧化碳浓度 降低光呼吸等 三 光合作用与人类社会 1 人类活动引起全球变暖 2 臭氧层的保护 典型例题典型例题 例例 1 1 从海的不同深度采集到 从海的不同深度采集到 4 4 种类型的浮游植物 种类型的浮游植物 I I 和和 测定了每种类型的 测定了每种类型的 光合作用 如右图所示 在最深处采集到的是哪种类型光合作用 如右图所示 在最深处采集到的是哪种类型 的浮游植物 的浮游植物 A B C D 答案 D 解析 深海处的光强是极其微弱的 长期生活在深海处的浮游植物必然已适应这种环境 因此在较低光强下即达到光饱和点 而在较高光强下其光合速率仍然是很低的 例例 2 2 取相同体积的培养液 分别放入透光瓶和不透光瓶中 分别加入等量的小球藻 置于 取相同体积的培养液 分别放入透光瓶和不透光瓶中 分别加入等量的小球藻 置于 相同温度及光照下培养一段时间后 测得透光瓶中产生氧气的量为相同温度及光照下培养一段时间后 测得透光瓶中产生氧气的量为 0 3g 0 3g 不透光瓶中消耗氧不透光瓶中消耗氧 气的量为气的量为 0 lg 0 lg 则透光瓶中小球藻光合作用制造氧气的量是则透光瓶中小球藻光合作用制造氧气的量是 A 0 4g B 0 3g C 0 2g D 0 lg 答案 A 解析 此题中透光瓶中产生氧气的量应为光合作用制造的减去呼吸作用消耗的之后净剩的 氧气的量 不透光瓶消耗氧气的量应为瓶中小球藻呼吸作用消耗氧气的量 在其他条件相 同时 透光瓶中小球藻光合作用制造氧气的量应为净剩的氧气量加上呼吸作用消耗的氧气 量 例例 3 3 在严寒的冬天 利用温室进行蔬菜种植 可以提高经济效益 但需要调节好温室的光 在严寒的冬天 利用温室进行蔬菜种植 可以提高经济效益 但需要调节好温室的光 照 湿度 气体和温度 以提高产品的质量和品质 下列措施及方法正确的是照 湿度 气体和温度 以提高产品的质量和品质 下列措施及方法正确的是 由于温室内外温差大 在温室薄膜 或玻璃 上结成一层水膜 要及时擦干 以防 止透光率降低 适当地增加光照 以补充冬季阳光的不足 尽量增加空气湿度 以降低植 物的蒸腾作用 向温室内定期施放二氧化碳气体 以增加光合作用强度 向温室内定期施 放氧气 以降低呼吸作用强度 冬季温室内温度尽量维持恒定 A B C D 答案 A 解析 此题考察了影响光合作用的外界因素 主要有光照 二氧化碳 温度 水分 矿质元 素及光合速率的日变化 正确的 水膜不擦干会导致透光率降低影响光合作用 适当 地增加光照 可以补充冬季阳光的不足 补充二氧化碳可以增加光合作用强度 错误的 温室内由于植物的蒸腾作用 空气湿度本来就相对较高 所以不用再增加空气湿度来降 11 低植物的蒸腾作用了 光合作用就会释放氧气 不需要额外施放氧气来降低呼吸作用强 度了 为了多积累有机物 温度应控制为日温高夜温低 例例 4 4 对植物进行暗处理的暗室内 安装的安全灯最好是选用 对植物进行暗处理的暗室内 安装的安全灯最好是选用 A 红光灯 B 绿光灯 C 白炽灯 D 黄色灯 答案 B 解析 植物叶片中光合色素对绿光吸收 利用最少 即绿光对植物的光合作用不起作用 因此绿光也称为生理无效光 例例 5 5 在光合环运转正常后 突然降低环境中的 在光合环运转正常后 突然降低环境中的 COCO2 2浓度 则光合环的中间产物含量会发生浓度 则光合环的中间产物含量会发生 哪种瞬时变化 哪种瞬时变化 A RuBP 量突然升高而 PGA 量突然降低 B PGA 量突然升高而 RuBP 量突然降低 C RuBP 和 PGA 均突然升高 D RuBP 和 PGA 的量均突然降低 答案 A 解析 RuBP 是碳同化过程中直接与 CO2结合的物质 而且 RuBP 在光合环中是不断再生的 当突然降低环境中的 CO2浓度后 用于结合 CO2而消耗的 RuBP 少了 但 RuBP 再生过程仍然 进行 因此此时 RuBP 量突然升高 PGA 是碳同化过程中产生的三碳化合物 当环境中的 CO2浓度降低后 同化的 CO2少了 产生必然也就少了 例例 6 6 连接光反应和暗反应的关键物质是 连接光反应和暗反应的关键物质是 A ADP 和 NADPH B ATP 和 NADPH C CO2和 C3 D 丙酮酸和 H 答案 B 解析 光反应是植物体将光能转化为活跃的化学能贮存在 ATP 和 NADPH 中 用于暗反应中 CO2的同化和还原 ATP 和 NADPH 合称同化力 因此 ATP 和 NADPH 是将光暗反应联系起来的 关键物质 例例 7 7 如果做一个实验测定藻类植物是否完成光反应 最好是检验其 如果做一个实验测定藻类植物是否完成光反应 最好是检验其 A 葡萄糖的形成 B 淀粉的形成 C 氧气的释放 D CO2的吸收量 答案 C 解析 葡萄糖的形成 淀粉的形成和 CO2的吸收这三个现象都是要暗反应完成后才能发生 如果光反应完成了 必然要发生水的光解放出氧气 而且在水中测定氧气的释放这一现象 是很方便的 而其它三项的的测定较复杂 例例 8 8 C C4 4植物同植物同 C C3 3植物相比植物相比 A C4植物能在弱光下生长更好 B C4植物能在低 C02浓度下生长更好 C C4植物利用高光合速率补偿高光呼吸带来的损失 12 D C4植物光合速率受高温抑制相对较小 答案 B D 解析 在生理上 C4植物一般比 C3植物具有较强的光合作用 这是与 C4植物的 PEP 羧化酶 活性较强 光呼吸很弱有关 PEP 羧化酶对 CO2的 Km 值 米氏常数 是 7 mol 核酮糖二磷 酸 RuBP 羧化酶的 Km 值是 450 mol 前者比后者对 CO2的亲和力大得很多 试验证明 C4 植物的 PEP 羧化酶的活性比 C3植物的强 60 倍 因此 C4植物的光合速率比 C3植物快许多 尤其是在二氧化碳浓度低的环境下 相差更是悬殊 由于 C4植物能利用低浓度的 CO2 当外 界干旱气孔关闭时 C4植物就能利用细胞间隙里的含量低的 CO2 继续生长 C3植物就没有 这种本领 所以 在干旱环境中 C4植物生长比 C3植物好 C4 之所以光呼吸很弱是因为 1 C4植物的光呼吸代谢是发生在维管束鞘细胞 BSC 中 由于 C4途径的脱羧使 BSC 中 CO2浓 度提高 这就促进了 Rubisco 的羧化反应 抑制了 Rubisco 的加氧反应 2 由于 C4植物 叶肉细胞中的 PEP 羧化酶对 CO2的亲和力高 即使 BSC 中有光呼吸的 CO2释放 CO2在未跑 出叶片前也会被叶肉细胞中的 PEP 羧化酶再固定 C4植物适应于高光强 光饱和点明显高于 C3植物 相应的 C4植物全年干物质积累量近 40 吨 公顷 C3植物约 22 吨 公顷 C4植物光合作用的最适温度 30 47 C3植物适宜温 度在 20 30 之间 C4植物的高光合速率是付出代价的 它在同样的条件下要比 C3植物消 耗更多的能量 C4植物每同化一分子 CO2要比 C3植物多消耗 2ATP 腺苷三磷酸 在能量 上是不经济的 所以 在光照强 气温高的地区 C4植物生长比 C3植物好 而在光强 温 度较低的地区 C4植物的光合效率就不一定比 C3植物高 例例 9 9 右图表示在 右图表示在 7575 的全日照下两种植物的叶片在不同的全日照下两种植物的叶片在不同 COCO2 2浓度下浓度下 COCO2 2净吸收速度 下列净吸收速度 下列 叙述正确的是 叙述正确的是 A 植物 A 是 C4 4植物 因为它在高 CO2 2浓度下有较高的 CO2 2净吸收速度 B 在 CO2 2净吸收速度等于 0 时 A 和 B 没有光合作用和呼吸作用 C 如果光照强度保持恒定 CO2 2浓度进一步增加 则 A 的 CO2 2净吸收速度将达到饱和点 D 在 CO2 2浓度为 200 10 6时 B 比 A 有较高的光能利用效率 答案 C D 解析 A 在高 CO2 2浓度下有较高的 CO2 2净吸收速度并不能说明该植物是 C4植物 C4植物具 有特殊的叶片结构 即具有花环结构 可作为判定 C4植物的一个标准 另外 C4植物一般应 具有较低的 CO2补偿点和较高的 CO2羧化效率 B 在 CO2 2净吸收速度等于 0 时 植物的光合 作用吸收 CO2量与呼吸作用放出 CO2量相等 是一种动态平衡 C 如果光照强度保持恒定 13 CO2 2浓度进一步增加 从图可看出植物 A 的 CO2 2交换速度将为一恒定值 此时的 CO2 2浓度称 为该植物的 CO2 2饱和点 D 从图可看出 相同光强下 在 CO2 2浓度为 200 10 6时 植物 B 比植物 A 的 CO2 2交换速度快 因此 B 比 A 有较高的光能利用效率 例例 1010 在昼夜周期条件下 维持植物正常生命活动所需要的最低光照强度应 在昼夜周期条件下 维持植物正常生命活动所需要的最低光照强度应 A 大于光补偿点 B 等于光补偿点 C 小于光补偿点 D 大于或等于光补偿点 答案 A 解析 光合作用吸收的 CO2与呼吸作用释放的 CO2相等时 即表观光合速率为零时的光照强 度称为光补偿点 当光照强度低于光补偿点时 呼吸作用释放的 CO2就会大于光合作用吸收 的 CO2的量 这样植物体内有机物就会被慢慢消耗尽 因此 要维持植物正常生命活动 光 照强度应大于光补偿点 例例 1111 下面有关光系统 下面有关光系统 IIII 的论述是正确的的论述是正确的 A 在受光激发后 作用中心色素分子 P680失去电子 B P700是 P680的氧化态形式 C 每一个吸收的光子可以导致两个电子传递 D 放氧过程产生的质子可以用于 ATP 合成 E 光系统 II 仅在叶绿体存在 答案 A D 解析 B P700是光系统 I 的作用中心色素分子 代表光能吸收高峰在 700nm P680是光系统 II 的作用中心色素分子 代表光能吸收高峰在 680nm C 每 1 个吸收的光子导致 1 个电子 传递 D 根据化学渗透学说 放氧过程产生的质子在传递过程中造成类囊体膜内外质子梯 度 可以作为驱动 ATP 合成的动力 E 红藻 蓝藻等原核生物中没有叶绿体 但仍有光系 统 II 例例 1212 气孔的开闭影响绿色植物的哪些生理活动 气孔的开闭影响绿色植物的哪些生理活动 A 光合作用 B 离子转运 C 呼吸作用 D 水的转运 答案 ABCD 解析 气孔是水分散失的主要通道 如果气孔关闭就会使水分散失减少 从而影响水分的 吸收和转运 离子是溶于水中进行转运的 由于水分散失减少也会使离子转运受影响 气 孔也是气体交换的主要通道 气孔开闭影响 CO2进出叶片 从而影响光合作用和呼吸作用 例例 1313 为探究光合作用放出了氧气 某同学设计了下图所示的实验装置 为探究光合作用放出了氧气 某同学设计了下图所示的实验装置 14 1 请说明他该如何检验试管内收集到的是否是氧气 2 能利用这套装置探究植物光合作用最有效的波长吗 请写出实验思路 3 再给你一只秒表 蒸馏水 小苏打 天平 同样利用这套装置 你能探究二氧化碳对光 合作用效率的影响吗 4 设计一个实验数据记录表 答案 1 让氧气排出试管里所有的水 小心地取下试管 用手指堵住试管口 用火柴点 燃一根薄木条 然后吹灭木条上的火 移开堵在试管口上的手指 迅速地把灼热的木条伸 到试管里 如果木条能够复燃 证明产生的是氧气 2 设置同样的装置若干套 分别置于不同波长的光下 用秒表记录试管中所收集到 的气体达到刻度线所需的时间 时间最短者 光合作用的效率最高 依次类推 可测出不 同波长的光对植物光合作用于的影响大小 3 写出方法步骤 通过添加不同量的小苏打 使蒸馏水碳酸化 如可以用浓度是 O 50 O 75 1 0 2 0 和 3 0 的溶液进行比较实验 通过测量试管中所收集到的气 体达到刻度线所需的时间长短 可以测量不同二氧化碳浓度对光合作用的速率的影响 注 意 一定要设立一个对照组 这样就可以计算出所收集的气体中 有多少是苏打水中的二 氧化碳 解析 1 收集气体的方法有排水法和排空气法 根据氧气的物理性质 应采用排水法 一般用使带火星的木条复燃的方法检验氧气 2 探究植物光合作用最有效的波长可用不同波长的光照射此装置 检测指标可以是产生 相同氧气量的时间长短 也可以是测量相同时间产生氧气量的多少 3 用小苏打来调节蒸馏水中 CO2的含量 通过测量试管中所收集到的气体达到刻度线所 需的时间长短 可以测量不同二氧化碳浓度对光合作用的速率的影响 以上两个实验设计 都应设计对照组 例例 1414 将某一绿色植物置于密闭的玻璃容器中 在一定条件下不给光照 将某一绿色植物置于密闭的玻璃容器中 在一定条件下不给光照 COCO2 2的含量每小时的含量每小时 增加增加 8mg8mg 如给予充足的光照后 容器内 如给予充足的光照后 容器内 COCO2 2的含量每小时减少的含量每小时减少 36mg36mg 据实验测定上述光照 据实验测定上述光照 条件下光合作用每小时能产生葡萄糖条件下光合作用每小时能产生葡萄糖 30mg30mg 请回答 请回答 1 上述条件下 比较光照时呼吸作用的强度与黑暗时呼吸作用强度是 2 在光照时该植物每小时葡萄糖的净生产量是 15 3 若一昼夜中先光照 4 小时 接着处置在黑暗的情况下 20 小时 该植物体内有机物 含量的变化是 答案 1 相同 2 24 5454 3 减少 解析 1 影响呼吸作用的因素有温度 氧和二氧化碳等 光照不是影响因素 因此给光 与否不影响呼吸作用 2 呼吸每小时产生 CO2 8mg 即消耗葡萄糖 180 8 6 44 5 4545 光合每小时产生葡萄糖 30mg 净产生葡萄糖量则应为 30 5 4545 24 5454 3 从题中可知 光下每小时光合消耗 36mg CO2 光照 4 小时则消 耗 144mg 黑暗下每小时呼吸放出 8mg CO2 20 小时则放出 160mg 因此植物体内有机物含 量应减少 例例 1515 有人设计了一个研究光合作用的实验 实验前在溶液中加入破损了外膜和内膜的叶 有人设计了一个研究光合作用的实验 实验前在溶液中加入破损了外膜和内膜的叶 绿体及一定量的绿体及一定量的 ATPATP 和和 NADPHNADPH 然后分连续的然后分连续的 两个阶段 按图示的控制条件进行实验两个阶段 按图示的控制条件进行实验 请回答 请回答 1 根据光合作用原理 在上图中绘出糖类合成速率的两条可能的曲线 2 除糖以外 阶段积累的物质是 ADP Pi NADP 三碳化合物 阶段积累的物 质是 ATP NADPH 五碳化合物 答案 1 2 ADP Pi NADP 三碳化合物 ATP NADPH 五碳化合物 解析解析 1 由于加入了 ATP 和 NADPH 在黑暗有 CO2的情况下 会进行暗反应的全过 程 所以糖的合成速率升高 但一段时间后 外加的 ATP 和 NADPH 被消耗掉 暗反应停止 糖类合成速率下降至停止 再给以光照 又会产生 ATP 和 NADPH 利用前一阶段剩余的 CO2 使暗反应继续进行 糖的合成速率再次升高 随着 CO2被消耗 糖类合成速率再次下降 2 阶段 ATP 被消耗产生 ADP 和 Pi NADPH 被利用产生 NADP CO2和 C5化合物结合产生 16 三碳化合物 阶段光反应产生 ATP 和 NADPH 由于糖类合成时再生出五碳化合物 而此时 缺乏 CO2 再生出的五碳化合物不能与 CO2结合 从而导致五碳化合物积累 智能训练智能训练 1 光强度增加 光合作用速率不再增加时 外界的光强度为 A 光补偿点 B CO2饱和点 C CO2补偿点 D 光饱和点 2 植物光反应的最终电子受体和氧化磷酸化中最初电子受体依次是 A NADP 和 NAD B H2O 和 O2 C FAD 和 FMN D NAD 和 FAD 3 下列论述哪项是对的 A 暗反应在叶绿体的基粒片层上进行 B 光反应在叶绿体的基质中进行 C 暗反应不需要光 但在阳光下也能进行 D 暗反应只有在黑暗中才能进行 4 光合作用的过程中 二氧化碳被 H 还原 这个 H 来源于 A 固定 CO2的五碳化合物 B 水被光解后产生的 C 体内有机物氧化产生的 D 吸收大气中的氢 5 C4 植物维管束鞘细胞的特点 A 细胞较大 叶绿体没有基粒 B 细胞较大 叶绿体有基粒 C 细胞较小 叶绿体没有基粒 D 细胞较小 叶绿体有基粒 6 下列对叶绿素分子功能的叙述 正确的是 A 吸收光能 B 传递光能 C 储藏光能 D 转化光能 7 一个光合单位包括 A 天线色素系统和反应中心色素分子 B ATP 酶复合物和电子传递体 C 电子传递体和 NADPH D ATP 酶复合物和 P700 8 光合作用过程中在叶绿体类囊体腔中完成的反应步骤有 A 三碳化合物的形成 B 水的光解和氧的释放 C NADP 的还原 D ATP 的生成 9 所有进行光合放氧的生物都具有哪种色素 A 叶绿素 a 叶绿素 b B 叶绿素 L 叶绿素 c C 叶绿素 a 类胡萝卜素 D 叶绿素 a 藻胆素 10 以下哪些参与光合磷酸化 A P680 P700 P450 B P680 P700 去镁叶绿素 C P680 P700 叶绿素 b D 细胞色素 c 细胞色素 b NADH 11 哪些特征使得景天科植物适应在炎热荒漠环境生长 A 维管束的排列方式特异 B 具有 C4代谢途径 C 白天气体交换少 D 储存酸性物质可以抗虫 12 光合作用中 C02固定和同化一定需要 A Rubisco B NADPH C ATP D 放出氧气 13 一个分子自叶绿体类囊体内到达线粒体基质必须穿过的层膜数是 17 A 3 B 5 C 7 D 9 14 一种 C3植物和一种 C4植物在光下一起放在一个密封的玻璃钟罩中 在这个钟罩内 CO2 浓度如何变化 A 没有变化 B 增加 C 下降到 C4植物的 CO2补偿点 D 下降到 C3植物的 CO2补偿点 E 下降到 C4植物的 CO2补偿点以下 15 光合产物主要以什么形式运出叶绿体 A 丙酮酸 B 磷酸丙糖 C 蔗糖 D G 6 P 16 叶绿体中所含的脂除叶绿体色素外主要是 A 真脂 B 磷脂 C 糖脂 D 硫脂 17 将叶绿素提取液放到直射光下 则可观察到 A 反射光为绿色 透射光是红色 B 反射光是红色 透射光是绿色 C 反射光和透射光都是红色 D 反射光和透射光都是绿色 18 光合作用中蔗糖的形成部位 A 叶绿体间质 B 叶绿体类囊体 C 细胞质 D 叶绿体膜 19 维持植物正常生长所需的最低日光强度 A 等于光补偿点 B 大于光补偿点 C 小于光补偿点 D 与日光强度无关 20 类胡萝卜素属于萜类化合物中的 A 倍半萜 B 三萜 C 双萜 D 四萜 21 Hill 反应的表达方式是 A CO2 2H2O CH2O H2O O2 光 叶绿体 B CO2 2H2A CH2O A2 H2O 光 C ADP PATP H2O 光 光合膜 D 2H2O 2A2AH2 O2 光 叶绿体 22 高能磷酸键 中的 高能 是指该键 A 健能高 B 活化能高 C 水解释放的自由能高 D A B 和 C 都是 23 绿色植物在白天光合作用旺盛时 多数气孔常开放着 随着光合作用的减弱 越来越 多的气孔逐渐关闭 影响气孔开闭的主要内因是保卫细胞内部的 A 氧气的浓度 B 淀粉的浓度 C 水解酶的浓度D 酸碱度 pH 值 24 C3植物光合作用时 CO2的受体是 A 磷酸甘油醛 B 磷酸甘油酸 C 丙酮酸 D l 5 二磷酸核酮糖 25 阳光经三棱镜分光照在丝状绿藻上 在哪些频率范围内聚集着最多的好气性细菌 A 红光和蓝紫光 B 黄光和蓝紫光 C 红光和绿光 D 蓝紫光和绿光 26 下列各个作用中 哪些是与光合作用的光反应相联系的 18 NADPNADPH2 ATPADP CO2 C6H12O6 激发的叶绿素叶绿素 A 1 3 6 B 2 4 5 C 2 3 6 D 1 4 6 27 在光合作用中 光化学反应的中心分子是 A 全部叶绿素 a 的各种状态分子 B P700和 P680的叶绿素 a 的分子 C 与光合作用有关的酶分子 D 全部叶绿素和类胡萝卜素分子 28 正常状态下 光合作用过程中 限制光合作用速度的步骤是 A 光能的吸收 B 高能电子的传递 C CO2的固定 D 以上都是 29 天气晴朗的早晨 摘取一植物叶片甲 于 100 下烘干 称其重量 黄昏时 再取同一 株上着生位置与叶片形状都与甲基本相同的叶片乙 同样处理 称其重量 其结果是 A 甲叶片比乙叶片重 B 乙叶片比甲叶片重 C 两叶片重量相等 D 不一定 30 光合磷酸化过程发生的场所是 A 叶绿体内膜上 B 叶绿体基质中 C 类囊体膜的外侧 D 类囊体膜的内侧 31 下列哪组色素是叶绿体和有色体都含有的 A 叶绿素和类胡萝卜素 B 叶绿素和叶黄素 C 叶绿素和胡萝卜素 D 叶黄素和胡萝卜素 32 绿色植物的保卫细胞与表皮细胞在生理功能上的主要区别是 A 含有叶绿体 B 能进行光合作用 C 能进行呼吸作用 D 能吸水 失水 33 下列生理活动中 不产生 ATP 的是 A 暗反应 B 有氧呼吸 C 光反应 D 无氧呼吸 34 影响光合作用速度的环境因素主要是 A 水分 B 阳光 C 温度 D 空气 35 光合电子传递链位于 A 叶绿体内膜上 B 叶绿体类囊体膜上 C 叶绿体间质中 D 叶绿体类囊体膜内 36 下列有关光合作用的叙述 哪项不正确 A 能进行光合作用的生物细胞都含有叶绿素 B 能进行光合作用的植物细