光合作用 讲义

光合作用一、光合作用的概念：光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并释放出氧气的过程。光合作用总反应式：二、叶绿体的结构和功能绿叶中色素的提取和分离【实验原理】a、实验中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇(丙酮，汽油，苯等)中，所以，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。b、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的快；反之则慢。【实验步骤】（1）提取色素：研磨（碳酸钙、二氧化硅、95%乙醇），过滤（单层尼龙布）。（2）制备滤纸条：剪去两角（防止两边滤液扩散速度太快），画铅笔线。（3）点样:画滤液细线,细、直、齐，重复几次。（4）分离：用层析液，液面不能淹没滤液细线。【实验结果】 【注意事项】在研磨绿叶时，加入少许SiO2是为了使研磨更充分，加入少许的CaCO3是为了防止研磨过程中色素受到破坏，加入10ml无水乙醇是使色素溶解在其中，便于提取。三、光合作用的过程光反应暗反应 条件光、色素、酶 H、ATP、酶时间短促较缓慢场所叶绿体类囊体薄膜上叶绿体基质 物质变化 水的光解：2H2O4H+O2ATP的合成：ADP+Pi+光能ATPCO2的固定：CO2+C52C3 CO2的还原：2C3+H（CH2O）能量变化光能ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能有机物中稳定的化学能 联系1、光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应的进行提供NADPH和ATP2、暗反应是光反应的继续，暗反应水解ATP生成ADP和Pi为光反应的物质(ATP)合成提供原料光合作用的实质通过光反应把光能转变成活跃的化学能，通过暗反应把二氧化碳和水合成有机物，同时把活跃的化学能转变成稳定的化学能贮存在有机物中。 光合作用的意义制造有机物，实现物质转变，将CO2和H2O合成有机物，转化并储存太阳能；调节大气中的O2和CO2含量保持相对稳定； 生物生命活动所需能量的最终来源；注：光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。四、叶绿体处于不同的条件下， C3 、C5、 NADPH、ATP和(CH2O)合成量的动态变化五、影响光合作用速率的因素内部因素 不同部位、不同生长期外部因素 光、CO2、温度、水分、矿质元素等 (1)单因子对光合作用速率影响的分析1.光照强度(如图所示)曲线分析：A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放CO2量表明此时的呼吸强度。AB段表明光照强度加强，光合作用逐渐加强，CO2的释放量逐渐减少，有一部分用于光合作用；而到B点时，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度=细胞呼吸强度，称B点为光补偿点(植物白天的光照强度在光补偿点以上，植物才能正常生长)。BC段表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强了，称C点为光饱和点。应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，如上图虚线所示。间作套种时农作物的种类搭配，林带树种的配置，冬季温室栽培避免高温等都与光补偿点有关。2. CO2浓度、含水量和矿质元素(如图所示)N：酶及NADP+和ATP的重要组分P：NADP+和ATP的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能K：促进光合产物向贮藏器官运输Mg：叶绿素的重要组分曲线分析：CO2和水是光合作用的原料，矿质元素直接或间接影响光合作用。在一定范围内，CO2、水和矿质元素越多，光合作用速率越快，但到A点时，即CO2、水、矿质元素达到饱和时，就不再增加了。应用：“正其行，通其风”，温室内充CO2，即提高CO2浓度，增加产量的方法.合理施肥可促进叶片面积增大，提高酶的合成速率，增加光合作用速率。3.温度(如图所示)曲线分析：光合作用是在酶催化下进行的，温度直接影响酶的活性。一般植物在1035下正常进行光合作用，其中AB段(1035)随温度的升高而逐渐加强，B点(35)以上光合酶活性下降，光合作用开始下降，50左右光合作用完全停止。应用：冬天温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用：晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保证有机物的积累。(2)多因子对光合作用速率影响的分析（如图所示）曲线分析：P点时，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，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。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，也可同时适当充加CO2，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。总之，可根据具体情况，通过增加光照强度，调节温度或增加CO2浓度来充分提高光合速率，以达到增产的目的总结:光合作用在现实生活中提高农作物产量：延长光合作用时间、增大光合作用面积：合理密植 ， 改变植物种植方式：轮作、间作、套作提高光合作用速度使用温室大棚 使用农家肥、化肥 “正其行，通其风” 大棚中适当提高二氧化碳的浓度 补充人工光照六、计算 真光合作用速率=净光合作用速率+细胞呼吸作用速率CO2吸收净光合作用真光合作用=净光合作用+呼吸作用BDO A C呼吸作用 光照强度ECO2释放光合作用制造的有机物=光合作用积累的有机物+细胞呼吸消耗的有机物解析：制造的就是生产的总量，其中一部分被储存起来，就是积累的，另一部分被呼吸消耗光合作用利用二氧化碳的量=从外界吸收的二氧化碳的量+细胞呼吸释放的二氧化碳的量解析：光合作用利用CO2的量有两个来源，一个是外界吸收的，另一个是自身呼吸放出的，二者都被光合作用利用。七、比较光合作用和细胞呼吸作用 光合作用呼吸作用反应场所绿色植物（在叶绿体中进行）所有生物（主要在线粒体中进行）反应条件光、色素、酶等酶（时刻进行）物质转变无机物CO2和H2O合成有机物（CH2O）分解有机物产生CO2和H2O能量转变把光能转变成化学能储存在有机物中释放有机物的能量，部分转移ATP实质合成有机物、储存能量分解有机物、释放能量、产生ATP联系有机物、氧气能量、二氧化碳 光合作用 呼吸作用 八、化能合成作用自然界中少数种类的细菌，虽然细胞内没有色素，不能进行光合作用，但是能够利用体外环境中某些无机物氧化时释放的能量来制造有机物，这种合成作用叫做化能合成作用。例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。下图为硝化细菌的化能合成作用进行光合作用和化能合成作用的生物都是自养型生物；而只能利用环境中现成的有机物来维持自身生命活动的生物是异养型生物。极采取防护措施。 课时作业一、选择题(共13小题，每小题5分，共65分)1(2011绍兴质量调测)下列有关叶绿素的说法正确的是()A叶绿素在高等植物体内有两种，叶绿素a呈黄绿色，叶绿素b呈蓝绿色B叶绿体的囊状结构薄膜和基质中均含有与光合作用有关的色素和酶C叶绿体色素提取和分离实验中，在滤纸条上叶绿素a比叶绿素b扩散得慢D叶绿素是光合作用中最重要的物质，能吸收光能2下列属于光反应和暗反应共有的一组条件是()AATP合成酶、能量B色素、光C光、酶 D水、能量3(2012安徽皖南联考)叶绿体是植物进行光合作用的场所。下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是()A叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内BH2O在光下分解为H和O2的过程发生在基质中CCO2的固定过程发生在类囊体薄膜上D光合作用的产物淀粉是在基质中合成的4(2011上海)将等量甲、乙两种植物的不同器官在不同颜色的光下照8小时，测得的数据见下表。据表分析，决定光合作用是否发生的因素是()A.植物种类B光的颜色C温度 D植物器官5(2012高邮模拟)利用小球藻培养液进行光合作用实验时，发现在其中加入抑制暗反应的药物后，在同样的光照条件下释放氧气的速率下降。原因主要是()A叶绿素吸收光能的效率下降BH的积累，水的光解减慢CATP合成所需的酶的活性受到抑制D暗反应中生成的水减少，使得光反应的原料不足6(2012江苏百校样本分析)下图表示植物光合作用的一个阶段，下列各项叙述正确的是()A该反应的场所是叶绿体的类囊体BC3生成C6H12O6需要H、ATP和多种酶C提高温度一定能促进C6H12O6的生成D无光条件有利于暗反应进行7(2012衡水调研)影响光合作用强度的因素主要有光照强度、CO2浓度、温度和矿质营养、水分等。据图分析下列有关这些因素的影响说法正确的是()A由甲图可知，限制AB段光合作用速度的因素一直是光照强度和温度B由甲图可知，强光照下因光反应阶段受到限制导致光合作用速度不再增加C由乙图可知，CD段光合作用速度下降的原因是气孔关闭，二氧化碳供应不足，影响C3化合物的还原D综合两图可知，在光照强度为B、温度为30时，再适当提高温度，光合作用速度仍会提高8(2010海南高考)光反应为暗反应提供的物质是()AH和H2O BH和ATPCATP和CO2 DH2O和CO29(2012衡水调研)下列关于细胞代谢的叙述，错误的是()A酶和ATP是细胞代谢的重要条件，无论是光合作用还是细胞呼吸都与酶和ATP有关B只有具有叶绿体的细胞才能进行光合作用，只有具有线粒体的细胞才能进行有氧呼吸C如果有氧呼吸的底物是葡萄糖，则消耗的O2体积与释放的CO2体积相等D叶肉细胞在一定强度的光照下，可能既不吸收气体也不释放气体10(2011安徽二模)下列对月季在正常代谢条件下体内物质移动的描述中，错误的是()A叶肉细胞中，ADP不断地由叶绿体的基质向类囊体薄膜移动B顶芽合成的吲哚乙酸能直接透过一系列细胞膜的磷脂双分子层向侧芽扩散C形成层的细胞内ATP可由线粒体移向核糖体D根细胞内的丙酮酸和H不断进入线粒体11(2012宁夏银川一中第六次月考)下面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提取色素时加入碳酸钙是为了防止滤液挥发B水稻在收获时节，叶片中色素量的关系是(甲乙)(丙丁)C四种色素都能溶解在层析液中，乙色素的溶解度最大D四种色素中，丙和丁主要吸收红光12(2011合肥二模)如图表示温度对某种藻的光合作用、呼吸作用的影响，下列相关叙述中不正确的是()A测定净光合产氧速率时，各温度条件下CO2的浓度必须相同B测定呼吸耗氧速率时，必须在无光条件下进行且供O2充足C若连续光照，则35时该藻的净光合作用速率最大D若连续光照而温度保持在40，则该藻有可能死亡13(2011广东深圳调研)如图为光合作用过程示意图，在适宜条件下栽培的小麦，如果突然将c降低至极低水平(其他条件不变)，则a、b在叶绿体中的含量变化将会是()A. a上升、b下降Ba、b都上升Ca、b都下降 Da下降、b上升二、非选择题(共2小题，共35分)14(15分)(2011北京房山期末)下图所示均与植物光合作用有关，图甲表示A、B两种植物光合作用效率随光照强度改变的变化曲线；图乙表示将A植物放在不同浓度CO2环境条件下，光合效率受光照影响的变化曲线；图丙代表植物的一个叶肉细胞内的结构及其相关生理过程示意图。请据图回答：(1)图甲中在a点时，气体进出叶绿体的状况是_。(2)图甲中在c点时，结构M内ATP与ADP的流向是_。(3)e点与d点相比较，e点时叶肉细胞中C3的含量_，与f点比较，C3的含量_。(填“高”“低”或“基本一致”)(4)将某绿色植物放在特定的实验装置内，研究温度对光合作用与呼吸作用的影响(其余的实验条件都是理想的)，实验以CO2的吸收量与释放量为指标。实验结果如下表所示。温度()5101520253035光照下吸收CO2(mg/h)1.001.752.503.253.753.53.00黑暗中释放CO2(mg/h)0.500.751.001.502.253.003.50昼夜不停地光照，温度在35时该植物能否生长？_15(20分)(2011江苏百校联考一)2010年5月1日10月31日，世博会在上海举行，很多国家(地区)的场馆给人们留下了深刻印象。瑞士馆的造型是一个想象中未来世界的轮廓，顶部是一片青葱的植物，观众可在十分钟内乘坐环状缆车从底楼到顶楼；而法国馆以“感性城市”为主题，顶部也是一片绿色植物，屋顶的植物可以进行光合作用，对改善城市生态系统和生态农业工业化有重要意义。为了提高屋顶植物的生态效益，有人做了相关实验，绘出下列四图。请回答有关问题。(1)图甲中若光照不变、CO2供应突然停止，a、b物质的生成是否受影响？_。(2)图乙表示在CO2充足的条件下，某植物光合速率与光照强度和温度的关系。当温度为20时，光照强度由4 klx瞬时上升至12 klx，此刻该植株叶绿体内C5的含量将_。当温度为30、光照强度小于12 klx时，限制该植株光合速率的因素是_。(3)图丙表示某植物的非绿色器官在氧浓度为a、b、c、d时，CO2释放量和氧气吸收量的关系图，在a、b、c、d四种浓度中，只从有机物消耗角度考虑最适合该植物器官储藏的氧浓度是_。(4)图丁表示在适宜的条件下，一定时间内某无机离子从大麦幼根不同部位向茎叶的输出量和在大麦幼根相应部位积累量的变化。大麦对该无机离子吸收量在_处达到最大值。只依据“幼根相应部位积累量”变化的曲线不能确定幼根在2060 mm部位对该无机离子的吸收量，理由是_。参考答案1、答案D解析A错误：叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色。B错误：基质中有与光合作用有关的酶而无叶绿素。C错误：滤纸条上叶绿素a比叶绿素b扩散得快。2、答案D解析暗反应是分解ATP的过程，不需要ATP合成酶；光反应需要色素，暗反应不需要；光反应需要光，暗反应有光无光都可以；光反应和暗反应都需要水和能量。3、答案D解析叶绿体中的色素主要分布在类囊体薄膜上；水的光解发生在类囊体薄膜上；CO2的固定和糖类的合成发生在叶绿体基质中。4、答案D解析叶的光合作用强弱与光的颜色有关，光合作用能否发生与器官有关。5、答案B解析光照条件相同，光反应速率基本不变，故叶绿素分子吸收光能的速率不变，ATP合成酶的活性不变；加入抑制暗反应的药物后，暗反应减弱，消耗的三碳化合物、H、ATP减少，剩余的H、ATP、三碳化合物增多，故H积累，水的光解减慢。6、答案B解析图示的光合作用阶段为光合作用暗反应，该反应发生的场所是叶绿体基质，该过程在有光、无光的条件下均会进行，该过程的物质变化为CO2的固定和C3的还原，其中C3还原需要光反应提供H和ATP，此外还需多种酶的参与。温度通过影响该过程中酶的活性影响C6H12O6的生成，因此，在最适温度以上，提高温度不能促进C6H12O6的生成。 7、答案D解析甲图中限制AB段光合作用速度的因素，稳定以前是光照和温度，稳定以后是温度不是光照。由甲图可知，强光照下因暗反应阶段受到限制光合作用速度不再增加乙图CD段光合作用速度下降的原因不是气孔关闭，而是温度过高，酶活性降低。8、答案B解析光合作用的光反应包括水的光解和ATP的合成，产生的H和ATP用于暗反应中C3的还原。H2O是光反应的原料而不是产物，CO2是暗反应的原料不是光反应的产物。9、答案B解析酶是生物催化剂，ATP是直接供能物质，二者都是细胞代谢的重要条件，在光合作用和细胞呼吸中都有酶和ATP的参与。如果有氧呼吸分解的有机物是葡萄糖，则消耗的O2体积与释放的CO2体积相等。在一定强度的光照下，光合作用强度等于细胞呼吸强度，则叶绿体和线粒体之间的气体交换达到平衡状态，整个叶肉细胞既不吸收气体也不释放气体。一些原核细胞中无叶绿体或线粒体，但可以进行光合作用和有氧呼吸，所以B项错。10、答案B解析在类囊体薄膜上需消耗ADP合成ATP，而且消耗的ADP主要由叶绿体基质供给；吲哚乙酸通过主动运输方式透过细胞膜；核糖体合成蛋白质要消耗ATP；根细胞进行细胞呼吸时，有氧呼吸第一阶段产生的丙酮酸和H可不断进入线粒体。11、答案B解析甲色素扩散距离最短，是叶绿素b；乙色素扩散距离次之，且含量最多，是叶绿素a；丁色素扩散距离最长，是胡萝卜素；丙色素是叶黄素。提取色素时加入碳酸钙是为了保护色素，A错误。水稻在收获时节，叶片变黄，是因为胡萝卜素和叶黄素之和多于叶绿素a和叶绿素b之和，B正确。四种色素都能溶解在层析液中，丁色素扩散距离最大，说明丁色素溶解度最大，C错误。丙和丁主要吸收蓝紫光，D错误。12