浙科版高中生物必修一课堂讲义：第3章 第5节 光合作用（二）

第五节光合作用(二)

1.说明光合作用的概念、反应式、阶段、场所、产物。

2.概述光反应发生的变化和碳反应的过程。(重难点)

3.分析外界因素对光合速率的影响。(重难点)

4.比较细胞呼吸和光合作用的异同。

5.活动：探究环境因素对光合作用的影响。

光合作用概述与光反应、碳反应

1.光合作用概述

(1)光合作用的概念

项目内容

场所绿色植物的叶绿体中

反应物CO2+H2O

能量来源太阳能

产物有机物+02

实质合成有机物,贮存能量

(2)光合作用的场所——叶绿体的结构

①外膜,②内膜,③基粒(由类囊体构成)，④基质。

(3)光合作用的总反应式

6co2+12比0―<6Hi2O6+6H2O+6O2.

(4)光合作用中光反应与碳反应的关系图解

2.光反应

⑴过程：

①光能被吸收并转化为迎和NADPH中的化学能。

②水在光下裂解为史、和电子。

光+1

+

H2O——-2H+zO2+2e-

色素

③水中的氢(H*+e一)在光下将NADP'还原为NADPH。

(2)场所：类囊体膜中。

(3)反应物：旦应、ADP、Pi、NADP.等。

(4)生成物：6、NADPH、ATP等。

(5)条件：色素、光、陶。

(6)能量变化：光能一ATP与NADPH中的化学能。

3.碳反应

⑴过程

①C02的固定：CO2+RuBP(C5)一2三碳酸。

还原

②2三碳酸(C3)一一^2三碳糖。

(2)场所：叶绿体基质。

(3)反应物：C02>ATP.NADPH等。

(4)产物：各种有机物。

(5)能量变化：ATP、NADPH中的化学能一三碳糖中的化学能。

［合作探讨］

探讨碳反应必须在无光条件下才能进行吗？

提示：光反应必须在光下进行，而碳反应有光无光都能进行，但不能较长时

间在黑暗条件下进行。

探讨2：为什么碳反应不能较长时间地在黑暗条件下进行？

提示：因为光反应为碳反应提供的［NADPH］、ATP是有限的。

探讨3：不给小球藻提供CO2,只给予光照，小球藻能独立地进行光反应吗？

为什么？

提示：不能，因为没有碳反应，光反应的产物积累，使光反应被抑制。

探讨4：结合光反应和碳反应过程分析，若突然停止光照或停止CO2供应，

叶绿体中C3和C5相对含量发生怎样的变化？

提示：①停止光照：C3含量相对增加，C5含量相对减少。

②停止C02供应：C3含量相对减少，C5含量相对增加。

探讨5：一天中是早晨空气中02浓度高，还是傍晚空气中。2浓度高？

提示：傍晚空气中02浓度高。因为植物在白天进行光合作用，吸收C02产

生02；晚上只进行细胞呼吸，吸收释放C02。

［思维升华］

1.光反应与碳反应的比较

比较项目光反应碳反应

场所类囊体薄膜叶绿体基质

时间短促，以微秒计较缓慢

多种酶、CO2、NADPH、

条件光、色素、酶、水

ATP

利用光能使水光解产生

将CO2还原为糖的一系列

过程O,同时产生ATP和

2反应称为卡尔文循环

NADPH

①CCh的固定：

光

①水的光解：H2O——►酶

叶绿体CCh+RuBP——>2个三碳

2H*+2e+拉分子

②三碳酸的还原：2个三碳

②ATP的合成：ADP+

物质变化ATP、NADPH

酶酸一一>2个三碳

Pi+能量——>ATP酶

③NADPH的合成：分子

酶③RuBP的再生：三碳糖

NADP++H++2e-——*

酶

NADPH——-RuBP

光能一"ATP、NADPH活跃的化学能一有机物

能量变化

中活跃的化学能中稳定的化学能

Ch释放、ATP和NADPH

完成标志糖类等有机物的生成

的生成

光反应能为碳反应提供ATP、NADPH,碳反应为光反

联系

应提供ADP、Pi、NADPL二者紧密联系，缺一不可

示意图

2.光照和CO?浓度变化对光合作用物质含量变化的影响

当外界条件改变时，光合作用中CK或三碳糖）、C5（或五碳糖或RuBP）、［H］（或

NADPH）、ATP含量的变化可以采用如图分析:

条件和模型分析

C3c5[H]ATP

光照由强物光照光照

增减减少或质强冽一C

的------1

1

到弱C027_CsJHWP

加少没有

供应不变（）时向

光照由弱陶菖

减增S

g一驾HG»、【HkATP

到强CO2增加

少加---------c»

供应不变时间

光照不变

|COJCO

减增幽:硬2一CsJHkATP

CO2由充增加

少加

足到不足

光照不变

COMC6无足。

增减不用，J-Q

的1

CO2由不减少fit

加少CiJHMTP

足到充足C时间

⑴以上各物质的变化是相对含量的变化，不是合成速率，且是在条件改变

后的短时间内发生的。

（2）在以上各物质的含量变化中：C3和C5含量的变化是相反的，即C3增力口,

则C5减少；NADPH和ATP的含量变化是一致的，都增加，或都减少。

1.光合作用光反应的产物有（）

A.ATP和NADPHB.和糖

C.ATP和CChD.Ch和CCh

【解析】光合作用光反应的产物有ATP、NADPH和02，A正确。

【答案】A

2.如图表示光合作用的碳反应过程。下列叙述错误的是（）

A.①是3-磷酸甘油酸

B.②和③在类囊体膜上产生

C.⑤是核酮糖二磷酸

D.⑥可在叶绿体内转变为氨基酸

【解析】题图表示光合作用的卡尔文循环，①是3-磷酸甘油酸；②和③分

别是ATP和NADPH,在类囊体膜上产生；⑤是三碳糖分子，可再生为核酮糖二

磷酸；⑥是离开循环的三碳糖分子，可在叶绿体内转变为氨基酸，故选C。

【答案】C

3.图甲是菠菜叶肉细胞中的叶绿体亚显微结构示意图，其中I、H、IH表

示不同的部位；图乙是光合作用的碳反应过程示意图，其中①②表示物质。请回

答下列问题：

【导学号：】

甲乙

（1）利用新鲜菠菜叶片进行“光合色素的提取和分离”活动。在菠菜叶片研

磨过程中，加入95%乙醇的作用是_________；分离色素的过程中，应注意滤纸上

的滤液细线要高于的液面；分离后，在滤纸条上会呈现四条色素带，其

中离滤液细线最远的色素是________（填相应的色素名称）。

（2）光合色素存在于图甲的［］中，其中叶绿素主要吸收红光和

光。图乙过程发生在图甲的［］中。（在［］内填写图中的

相应编号）

（3）图乙中，物质①是,该物质在光反应产物的作用下形

成物质②。若3个CO?分子进入卡尔文循环可形成6个物质②分子，其中有

个物质②分子经过一系列变化再牛成RuBP,其余的离开循环，可在叶

绿体内作为合成、蛋白质和脂质等大分子物质的原料。

【解析】（1）在提取菠菜叶片色素过程中，加入95%乙醇的作用是溶解色

素；分离色素的过程中，应注意滤纸上的滤液细线要高于层析液的液面；分离后，

在滤纸条上会呈现四条色素带，从上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、

叶绿素b。（2）光合色素存在于图甲的光合膜中，其中叶绿素主要吸收红光和蓝紫

光；图乙过程是光合作用碳反应过程，发生在图甲的叶绛体基质中。（3）图乙中，

物质①是由RuBP和CO2形成的三碳酸(3-磷酸甘油酸)，其在ATP和NADPH作

用下形成物质②三碳糖；6个三碳糖分子有5个经过一系列变化再生成RuBP,1

个离开循环，在叶绿体内作为合成淀粉、蛋白质、脂质等大分子物质的原料。

【答案】(1)作为提取色素的溶剂层析液胡萝卜素

(2)111,光合膜蓝紫II,基质

(3)3-磷酸甘油酸ATP和NADPH5淀粉

环境因素影响光合速率

1.光合速率概念

是指一定量的植物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.影响光合速率的因素

(1)光强度：在一定范围内，光合速率随光强度的增加而增加；当光强度升

高到一定数值后，光强度再增加，光合速率也不会增加,此时的光强度称为光饱

和点。

(2)温度：每种植物光合作用都有一个最适温度。低于该温度，随着温度升

高，光合速率加快;超过该温度，酶的活性减弱或丧失。

(3)二氧化碳浓度：一定范围内，空气中二氧化碳浓度的增加会使光合速率

加快。

［合作探讨］

探讨炎热的夏季，成团的水绵为什么漂浮在水面上？

提示：光合作用旺盛，释放氧气使水绵团上浮。

探讨2：夏季中午，光照强、温度高，但植物的光合作用强度反而减弱，原

因是什么？

提示：光照过强一气孔关闭-CCh供应不足一光合作用下降。

探讨3：光照强度、CCh浓度分别直接影响光合作用的什么过程？

提示：光照强度直接影响光合作用的光反应过程。CO?浓度直接影响光合作

用的碳反应过程。

［思维升华］

影响光合作用的因素

(1)光照强度

①光照强度与光合作用强度的关系曲线分析

A点：光照强度为0,此时只进行细胞呼吸，释放的CO?量可表示此时细胞

呼吸的强度。

AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少,

这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于

光合作用强度。

B点：细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼

吸强度（光照强度只有在B点以上时，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点以后

不再加强。限制C点以后光合作用强度不再增加的内部因素是色素含量、酶的

数量和最大活性，外部因素是COz浓度等除光照强度之外的环境因素。

②应用：阴雨天适当补充光照，及时对大棚除霜消雾。

浓度

（2）CO2

①曲线分析：A点是进行光合作用所需的最低CO2浓度，B点是CO2泡和

点；B点以后，随着CO?浓度的增加光合作用强度不再增加。

②应用：温室中适当增加CCh浓度，如投入干冰等，大田中“正其行，通

其风”，多施有机肥来提高CCh浓度。

度

3温

光

度

一

。

①B点是最适温度，此时光合作用最强，高于或低于此温度光合作用强度都

会下降，因为温度会影响酶的活性。

②应用：温室栽培时白天适当提高温度，夜间适当降低温度。

1.如图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线困。

下列有关光合作用强度变化原因的分析中，错误的是（）

A.从A-B主要原因是光照增强，气温上升

B.从B-C主要原因是温度过高，酶失活

C.从C-D主要原因是气孔逐渐打开，C02供应增加

D.从D-E主要原因是光照减弱，气温下降

【解析】根据光照强度随时间变化规律及曲线的变化分析可知，A-B主

要原因是光照增强，气温上升，酶活性增加，光合速率加快；B-C段由于光照

强度强，蒸腾作用旺盛，叶片气孔关闭，导致缺乏C02，光合速率降低；C-D

段时，光照强度降低，蒸腾作用减弱，气孔逐渐打开，C02供应增加，光合速率

又加快；D-E段的变化主要原因是光照减弱，气温下降，光合速率下降。

【答案】B

2.（2016•全国乙卷）为了探究生长条件对植物光合作用的影响，某研究小组

将某品种植物的盆栽苗分成甲、乙两组，置于人工气候室中，甲组模拟自然光照,

乙组提供低光照，其他培养条件相同。培养较长一段时间（Q后，测定两组植株

叶片随光照强度变化的光合作用强度（即单位时间、单位叶面积吸收CO2的量），

光合作用强度随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题：

（1）据图判断，光照强度低于。时，影响甲组植物光合作用的限制因子是

（2地光照强度下，要使甲组的光合作用强度升高，可以考虑的措施是提高

（填"CO?浓度”或浓度”）。

（3）播种乙组植株产生的种子，得到的盆栽苗按照甲组的条件培养了时间后,

再测定植株叶片随光照强度变化的光合作用强度，得到的曲线与甲组的相同。根

据这一结果能够得到的初步结论是________o

【解析】（1）根据图示信息，对于甲组植物而言，当光照强度低于。时，

随光照强度的增加，光合作用强度逐渐升高，说明限制其光合作用强度的主要因

素为光照强度。（2）根据图示信息，对于甲组植物而言，当光照强度高于b时，

随光照强度的增加，光合作用强度不变，说明受其他环境因素的限制。由于光合

作用需要不断消耗环境中的CO2，故提高CO2浓度可使b光照强度下甲组的光

合作用强度升高。（3）由题目信息可知，乙组和甲组是同一种植物，只是环摩中

的光照强度不同，虽然乙组植物在低光照环境中的光合作用强度低，但其子代在

模拟自然光照下其光合作用强度仍然能够升高，说明乙组光合作用强度与甲组的

不同是由环境因素低光照引起的，而非遗传物质的改变造成的。

【答案】（1）光照强度（2）CCh浓度（3）乙组光合作用强度与甲组的不同

是由环境因素低光照引起的，而非遗传物质的改变造成的

1.下列关于光合作用强度的叙述，正确的是（）

A.在相同的光照条件下，各种植物的光合作用强度相同

B.光合作用强度由遗传物质决定，所以是固定不变的

C.森林中，植株上部的叶片和下部的叶片光合作用强度有差异

D.叶片从幼到老，光合作用强度不变

【解析】在相同光照条件下，不同植物的光合作用强度还受温度、二氧化

碳浓度以及色素含量等因素的影响，因此不同植物的光合作用强度不同，A错误；

光合作用强度既由植物基因决定，同时也受周围环境因素的影响，B错误；森林

或农田中植株上部叶片接受的光照更多，而下部叶片接受到的光照少，因此光合

作用强度有差异，C正确；植物叶片从幼到老，光合作用强度是先增加后减弱，

这主要和叶片中的色素含量有关，D错误。

【答案】C

2.下面关于光合作用的有关叙述，错误的是（）

【导学号：】

A.光反应产生的NADPH也是碳反应中将CCh还原为糖的直接能源物质

B.三碳酸分子除了需要接受能量之外，还需要接受ATP和NADPH提供的

物质，才能形成三碳糖

C.以三碳糖为原料在叶绿体内合成淀粉、蛋白质以及脂质所需能量来自光

反应

D.在碳反应中，有3个CCh分子进入卡尔文循环，形成6个三碳糖，其中

只有1个三碳糖离开卡尔文循环，然后在叶绿体内或运到叶绿体外而被利用

【解析】光反应产生的NADPH和ATP都是碳反应中将CCh还原为糖的

直接能源物质，A正确；三碳酸分子除了需要接受能量之外，还需要接受ATP

和NADPH提供的物质，才能形成三碳糖，B正确；以三碳糖为原料在叶绿体内

合成淀粉、蛋白质以及脂质所需能量来自ATP,光反应产生的NADPH和ATP

只能用于三碳酸还原成三碳糖，C错误；在碳反应中，有3个CCh分子进入卡尔

文循环，形成6个三碳糖，其中只有1个三碳糖离开卡尔文循环，然后在叶绿体

内或运到叶绿体外而被利用，D正确。

【答案】C

3.植物的光合作用受光强度、C02浓度等环境因素的影响（如图）。下列叙述

错误的是（）

A.a点条件下NADPH的合成速率大于b点

B.b点条件下RuBP的再生速率小于c点

C.X一般大于大气中COz浓度

D.a点对应的光强度一般大于全天最强光照

【解析】a点光照强度大于b点，光反应强，NADPH的合成速率也较大，

A正确；b点CCh浓度小于c点，碳反应较弱，RuBP的再生速率较小，B正确；

C02为X浓度下植物光合速率较大，因此X一般大于大气中CCh浓度，C正确；

a点对应的光强度一般小于全天最强光照，故选Do

【答案】D

4.甲图表示光合作用部分过程的图解，乙图表示改变光照后，与光合作用

有关的五碳分子和三碳分子在细胞内含量的变化曲线，请据图回答问题：

甲乙

⑴甲图中A表示的物质是,它是由

_____________________________________产生的，其作用主要是

______________________________________________________________O

(2)甲图中ATP形成所需的能量最终来自于。若用放射性同位

,414

素C标记CO2,则C最终进入的物质是_______o

(3)乙图中曲线a表示的化合物是________,在无光照时，其含量迅速上升

的原因是：__________________________________________________________

(4)曲线b表示的化合物是,在无光照时，其含量下降的原因是

【解析】(1)光反应为碳反应提供的物质是NADPH和ATP,由此可确定A

是NADPH,NADPH是由H2O分解后经一系列过程产生的，其作用主要是用于

三碳分子的还原。(2)光反应中，光能转化为活跃的化学能储存于ATP中，McCh

I4

的同化途径为14co2一久3(即三碳分子)一-(CH2O)O(3)(4)题干中已明确a、b

表示三碳分子和五碳分子的含量变化，光照停止后，光反应停