资源简介

(共51张PPT)
一、绿叶中色素的提取和分离
1.提取原理？ 2.分离原理？ 3.选材？
4.步骤、方法、原因:
①提取色素（研磨→过滤→收集滤液）
加SiO2的目的？ 加CaCO3的目的？ 研磨要迅速、充分，目的？ 过滤时要用单层尼龙布不用滤纸的原因？
②制备滤纸条：a.剪去两角的目的？ b.距剪角的一端1cm处用铅笔画一细线的目的？
③画滤液细线：a.滤液细线要细直齐 目的？b.怎样使滤液细线上积累较多的色素？c. 待滤液干后再画下一次，原因？
④分离色素：不能让滤液细线触及层析液，原因？ 层析时试管口塞严原因？
5.实验结果: 画出滤纸条上的色素带、颜色、主要吸收光谱
6.色素的功能？分类和含量？影响叶绿素合成的因素？叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础？叶绿体结构图？
二、光合作用的原理
1. 光合作用总反应式、过程图解
2.写出光反应阶段、暗反应阶段的：场所、物质变化、能量转化 ； 联系？
3.唯一不需要酶催化的反应？叶绿体中，NADPH、ATP、ADP的移动方向？NADPH的来源、去向、作用？ATP的作用？
光合作用过程中，可循环利用的物质？中间产物？ 判断：光反应、暗反应既有水的消耗，又有水的生成
4. C3、C5分别指什么？P104相关信息
5.（1）阴天时，短时间内NADPH、ATP、C3、C5、(CH2O)的量如何变化？
（2）夏季高温中午，短时间内NADPH、ATP、C3、C5、(CH2O)的量如何变化？
（3）NADPH、ATP变化始终相同，C3、C5变化始终相反。对吗？
6.分析反应物中C、O、H元素的去向？再加上有氧呼吸考虑呢？
7.影响光合作用的因素？（真正)光合速率的表示方法？光合速率与呼吸速率的关系？
判断：植物光合作用产生的ATP的量远大于细胞呼吸产生ATP量。
三：化能合成作用与光合作用相同点、区别
探究学习
1.提取原理：
2.分离原理：
3.选材：
4.步骤、方法、原因:
①提取色素（研磨→过滤→收集滤液）
加SiO2的目的：
加CaCO3的目的：
研磨要迅速、充分，目的：
过滤时要用单层尼龙布不用滤纸的原因：
收集滤液的试管口塞严：
②制备滤纸条：
a.剪去两角的目的：
b.距剪角的一端1cm处用铅笔画一细线的目的：
③画滤液细线：a.滤液细线要细直齐 目的？ 各色素扩散的起点相同
b.怎样使滤液细线上积累较多的色素？
c.画的时候注意待滤液干后再画下一次，原因：
④分离色素：
不能让滤液细线触及层析液，原因：
层析时试管口塞严：
绿叶中色素的提取和分离
色素功能：
吸收、传递、转化光能
5.实验结果：
1.提取原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。
2.分离原理：不同的色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快。
3.选材：应选取鲜绿（色素含量高）、含水量少（水多了不利于提取）的叶片。
4.步骤、方法、原因:
①提取色素（研磨→过滤→收集滤液）
加SiO2的目的：有助于研磨充分
加CaCO3的目的：防止研磨中色素被破坏
研磨要迅速、充分：迅速是为了防止无水乙醇挥发； 充分是使叶绿体充分被破坏，色素完全释放。
过滤时要用单层尼龙布不用滤纸的原因：a.色素分子较大，不易透过滤纸 b.滤纸易吸附色素，降低色素浓度
收集滤液的试管口塞严：防止乙醇挥发和色素氧化
②制备滤纸条：
a.剪去两角的目的：防止色素在滤纸条边缘扩散过快，使色素带平齐。
b.距剪角的一端1cm处用铅笔画一细线的目的：标记作用
③画滤液细线：a.滤液细线要细直齐 目的？ 各色素扩散的起点相同
b.怎样使滤液细线上积累较多的色素？待滤液干后，再重画一两次。
c.画的时候注意待滤液干后再画下一次，原因：防止滤液扩散使滤液细线过宽，影响分离效果
④分离色素：
不能让滤液细线触及层析液，原因：防止色素溶解在层析液中
层析时试管口塞严：防止层析液挥发
绿叶中色素的提取和分离
5.结果分析：
a.色素提取液呈淡绿色(颜色过浅)的原因分析：
①研磨不充分，色素未能充分提取出来
②选取的叶片颜色不是浓绿色 或 称取的绿叶过少 或 放置数天的菠菜叶，色素含量少
③加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏
b.色素带不明显(颜色过浅)的原因可能是什么？
上面的4条 再加上下面2条
⑤分离时试管口未用棉塞塞紧试管口，导致层析液挥发
⑥滤液细线未重复画，导致滤液细线中的色素量太少
c.滤纸条无色素带
①滤液细线触及到了层析液
②忘记画滤液细线
绿叶中色素的提取和分离
d.色素带不整齐\重叠，其原因有？
①画滤液细线，未做到细直齐
②滤纸条一端的两角剪得不对称
色素功能：
吸收、传递、转化光能
元素组成？
叶绿素： C H O N Mg
胡萝卜素：C H
叶黄素：C H O
思考
1.画出滤纸条上的色素带、颜色、主要吸收光谱、色素的功能
（1）可见光的范围？
（2）四种素色吸收光的波长差异？都能用于光合作用吗
（3）植物工厂为什么不用绿光源？
（4）适当遮光条件下，叶绿素会发生怎样的变化以适应遮光环境？
（5）影响叶绿素形成的因素？
（6）正常叶子为绿色、秋天叶片变黄、变红的原因？
（4）①叶绿素含量会升高，有利于吸收更多的光，以适应遮光环境。
②叶绿素a/叶绿素b的值会降低,因为遮阴环境中蓝光比例较大，叶绿素b比叶绿素a对蓝光的吸收峰值更高，
以适应遮光环境。
（5）光照、温度、无机盐（N、Mg等）
6）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，反射较多，所以正常叶片总是绿色
变黄：寒冷时，叶绿素合成受阻，同时叶绿素不稳定，在低温下易被破坏或降解，而类胡萝卜素较稳定，显示
出类胡萝卜素的颜色。
变红：秋天降温时，植物体为适应寒冷，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素在低
温下易被破坏或降解
拓展阅读——光质对光合作用的影响
二、探索叶绿体功能的实验
结论：
叶绿体见光部位有氧气产生。
叶绿体是植物进行光合作用的场所。
水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于好氧细菌在此分布
叶绿体功能：
①叶绿体是植物进行光合作用的场所。
②能够吸收特定波长的光
光合作用的场所只能是叶绿体吗？
结构基础？
线粒体 叶绿体（扁平的椭球形或球形）
亚显微结构模式图
分布 真核细胞中（蛔虫除外） 植物的绿色部分
结构 外膜、内膜、嵴、基质 外膜、内膜、基粒、基质
增大膜面积的方式 内膜向内腔折叠形成嵴 类囊体堆叠成基粒
功能物质的分布 有氧呼吸酶：线粒体基质、线粒体内膜 色素：类囊体 酶：叶绿体基质、类囊体膜
完成的生理过程 有氧呼吸二、三阶段 光合作用全过程
形成的ATP的去路 用于除光合作用以外的各项生命活动 用于暗反应中C3的还原
作用时间与生理功能 不停的发挥作用，有氧呼吸的主要场所 只有在光下才发挥作用，光合作用的场所
相同点 1.均具有双层膜结构 2.均具有能量转换功能 3.均既消耗水又产生水 4.均与自然界的碳循环有关 5.均具有少量的DNA和RNA（半自主性细胞器） 比较线粒体与叶绿体
1.希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），在光照下可以释放出氧气。像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。
思考：
1.希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？
不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发 水的光解,产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰,也没有直接观察氧元素的转移。
三、探索光合作用原理的部分实验
2.请你以小球藻为实验材料，利用同位素标记技术，设计实验证明光合作用产生的氧气中的氧全部来自于水，简要写出实验思路。
3.希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是用一个化学反应，理由是？
鲁宾、卡门
对比实验
证明了光合作用中O2的来源
四—卡尔文循环真实发现历程
美国加州大学放射化学实验室的卡尔文和本森等人采用了两项新技术：
①14C同位素标记与测定技术；②双向纸层析技术（能把光合产物分开）。
1.饲喂14CO2与定时取样。向正在进行光合作用的藻液中注入14CO2使藻类与14CO2接触，每隔一定时间取样，
并立即杀死。
2.浓缩样品与层析。用甲醇将标记化合物提取出来，将样品浓缩后点样于层析纸上，进行双向纸层析，使
光合产物分开。
3.鉴定分离物。照光30秒，发现放射性出现在3－磷酸甘油酸（PGA）、核酮糖－1,5－二磷酸（RuBP）、
葡萄糖（C6H12O6）等多种化合物上。
思考：（1）如何确定放射性首先出现在哪种化合物中呢？
（2）CO2 中碳元素的转移途径如何确定呢？
缩短光照时间
每隔一段时间，定时取样检测
说明：多次实验，将反应时间缩短到0.5s时，14C标记物首先出现在3－磷酸甘油酸（PGA） 即C3上，当反应进行到5s时，14C出现在核酮糖－1,5－二磷酸（RuBP）即 C5和一种六碳糖（C6）中。根据被14C标记的化合物出现时间的先后，推测生化过程。
四—卡尔文循环真实发现历程
光合作用的产物除了糖类外，还有氨基酸和脂类
卡尔文用小球藻做实验材料，将带有14C标记的CO2通入到盛有小球藻的玻璃器皿中，给予充足的光照。每隔一定时间取样，并将样品立即加入到煮沸的乙醇中，以杀死小球藻，终止酶的作用。用乙醇将标记化合物提取出来，再通过双向纸层析法分离，使光合产物分开，并通过一定的方法鉴定其成分。根据被14C标记的化合物出现时间的先后，推测暗反应生化过程。 结果发现：当照光30秒后，发现放射性出现在3－磷酸甘油酸（PGA）、核酮糖－1,5－二磷酸（RuBP）、葡萄糖（C6H12O6）等多种化合物上。将反应时间缩短到0.5s时，14C标记物首先出现在3－磷酸甘油酸（PGA）即C3上。当反应进行到5s时，14C出现在核酮糖－1,5－二磷酸（RuBP）即 C5和一种六碳糖（C6）中。
时间 、光合产物的种类及数量
吸收热量，避免扁圆形烧瓶中温度发生变化对实验造成影响
杀死小球藻，终止反应；溶解提取有机物
原理：在层析液中溶解度越大的物质，在滤纸上随层析液扩散速度越快，反之越慢
优点：将第一次层析重叠或距离较近的物质通过第二次层析彻底分离
1.该实验的自变量、 因变量？
2.图中水槽中水的作用？
3.乙醇快速煮沸的目的？
4.双向纸层析法的的原理及优点？


5.通入14CO2后，第一个出现放射性的物质是什么？
根据实验结果写出CO2中C的转移路径。
6.对实验结果分析时，卡尔文发现，短时间内放射
性14C不仅在糖类中积累，在氨基酸和脂类中也同样
积累，说明了什么？
思考
1.画出滤纸条上的色素带、颜色、主要吸收光谱
2.“色素的提取和分离”的实验中，不属于实验要求的是？ A.提取高等植物叶绿体中的色素
B.用纸层析法分离色素 C.了解各种色素的吸收光谱 D.验证叶绿体中所含色素的种类
3.植物细胞中的色素都分布在叶绿体中吗？
4.植物体吸收光能的色素，除存在于叶片的一些细胞中外，还存在于哪些部位的细胞中？
5.海洋中的藻类植物，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻。它们在海水中的垂直分布依次是浅、中、深，这与光能的捕获有关吗？
还存在于植物幼嫩的茎和果实等器官的一些含有光合色素的细胞中
不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光所形成的，即红藻反射红光，绿藻反射绿光，褐藻反射黄光；水对红橙光的吸收比对蓝绿光的吸收要多一些，即达到深水层的光是短波长的光；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红藻分布于海水深的地方
类囊体薄膜上
的色素
可见光
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
NADP+
酶
吸收
光解
能量
C5
2C3
多种酶
(CH2O)糖类、水
CO2
固定
还原
酶
光反应
暗反应
H+ e-
NADPH
酶
酶
能量
场所：类囊体薄膜
场所：叶绿体基质
1.光反应和暗反应的场所？物质变化和能量变化？光反应和暗反应的联系？
2.色素的作用？唯一不需要酶催化的反应？叶绿体中，NADPH、ATP、ADP的移动方向？
NADPH的来源、去向，作用？ ATP的作用？C3、C5分别指什么？
光合作用过程中，可循环利用的物质？中间产物？ 判断：光反应、暗反应既有水的消耗，又有水的生成
3.光合作用的产物有哪些？元素转移分析？
4.改变条件（阴天时、夏季高温中午），C3、C5、［H］、ATP、(CH2O)在短暂时间内的变化？
判断：NADPH、ATP变化始终相同，C3、C5变化始终相反。
三、光合作用过程
三、光合作用过程
思考：
1.唯一不需要酶催化的反应
2.叶绿体中，NADPH、ATP、ADP的移动方向？
3.NADPH的作用？
4.光合作用的产物：不只是糖类，也有氨基酸、脂肪等
5.既有水的分解也有水的生成
1.色素吸收光能
2.从类囊体薄膜到叶绿体基质 从类囊体薄膜到叶绿体基质
从叶绿体基质到类囊体薄膜
3.①活泼的还原剂；②储存部分能量供暗反应阶段利用
生理过程 场所 物质变化 能量变化 ？



蛋白质的功能？
H+的运输方式？
ATP的形成机理？
电子传递过程中的能量变化是什么？
电子的供体和受体？
深入思考
生理过程：光反应
场所：叶绿体类囊体薄膜
物质变化：水的光解、NADPH、ATP的合成
能量变化：光能→NADPH、ATP中活跃的化学能
吸收、传递、转化光能； 电子传递; H+的运输;
催化（催化水的光解、NADPH和ATP的合成）
PQ主动运输H+、ATP合酶协助扩散运输H+
在传递电子的同时，通过主动
运输建立膜两侧的H+浓度梯度，
H+由ATP合酶顺浓度梯度运输的
同时催化ATP的合成
光能→电能→NADPH、ATP中活跃的化学能
电子供体：H2O 电子受体NADP+
深入思考
ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成，合成ATP依赖于类囊体薄膜两侧的H+浓度差，图中使膜两侧H+浓度差增加的过程有:____________________________？
PQ将基质侧的H+转移到内腔；
水分子的光解产生H+；
NADPH形成消耗H+
氧气进入同一细胞的线粒体被
利用，需要穿过几层膜？ 5
3.改变条件，C3、C5、［H］、ATP在短暂时间内的变化
4.连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析
思考：减少CO2的供应，短暂时间内C3、 C5怎么变？原因是什么？
①C3减少，原因：减少CO2的供应，C3的合成速率减慢，而C3的消耗速率不变，所以C3的含量减少
②C5增多，原因：减少CO2的供应，C5的消耗速率减慢，而C5的合成速率不变，所以C5的含量增多
深入思考
变式训练
判断图中的虚线和实线各代表的是C3和C5中的哪种化合物，改变的条件是什么？
图一：
虚线：C3 实线：C5
改变的条件：降低光照强度或适当增加CO2浓度
图二：
虚线：C3 实线：C5
改变的条件：适当增加光照强度或降低CO2浓度
高 暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5化合物的含量稳定，根据暗反应的特点，此时C3化合物的分子数是C5化合物的2倍
思考：图二在低CO2浓度条件下，暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定时， C3的浓度将比C5的浓度 ，原因是？
4.连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析
深入思考
与A组相比，B组在单位光照时间内产生的有机物的量 ，依据： 。
高 B组只用了A组一半的光照时间，其光合产物相对含量却是A组的94％
（1）光反应为碳反应提供的[H]和ATP在叶绿体中有少量的积累,在光反应停止时,碳反应仍可持续进行一段时间,有机物还能继续合成。
（2）一直光照条件下,会造成[H]、ATP利用不充分;
光照和黑暗间隔条件下,[H]、ATP基本不积累,能够被充分利用; （间隔时间越短，制造有机物越多）
因此在光照时间相同的条件下,光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。
若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用,甲一直光照10分钟,黑暗处理10分钟;乙光照5秒,黑暗处理5秒,持续20分钟,则光合作用制造的有机物:甲 乙。
若将B组每次光照和黑暗时间设定为7.5毫秒，其他条件不变，则光合产物的相对含量 94%
三维设计P83T6
五、光合作用与呼吸作用的关系
三地五所
（一）物质上的联系：分析元素转移：O、C、H
（二）能量上的联系：
植物光合作用产生的ATP的量远大于细胞呼吸产生ATP量。
（一）物质上的联系：分析元素转移：O2、CO2、H2O
（二）考查光合作用与细胞呼吸中能量转化及利用
C
六、化能合成作用
1.概念：自然界中的某些细菌，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，这种合成作用称化能合成作用。
2.方程式：
硝化作用和化能合成作用
1.外因：
2.内因：
七、光合作用影响因素分析
①CO2浓度
②光照：光照强度、光照时间、光质、光照面积
③温度
④水分
⑤矿质元素
光合作用强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量
色素的数量、酶的数量和活性
有机物的积累
原理：影响酶的活性，主要制约暗反应。
【应用】a.适时播种；
b.温室：⑴晴天：白天适当升温，晚上适当降温以保持较高的昼夜温差
⑵连续阴雨天：白天和晚上均降温
【应用】适时地、适量地增施肥料
原理：（1）水是光合作用的原料，缺水可直接影响光合作用
（2）缺水→气孔开放程度降低→CO2进入受阻→间接影响光合作用
【应用】合理灌溉
1.A点含义：
2.限制B点的因素：
3.光照强度适当增强，A、B移动
1.A’点含义：
2.B’点含义：
3.限制B’点的因素：
光合作用开始所需的最低CO2浓度
光合作用强度最大时所需的最低CO2浓度
光照强度、温度
光合作用强度=呼吸作用强度
温度、光照强度
A点：左移
B点：右上方移
【应用】提高CO2的措施：
正其行，通其风”
增施有机肥：微生物分解有机物补充CO2并提供矿质元素
适当使用碳酸氢铵肥料
1.如何判断曲线图中纵坐标代表的是总的还是净值？
2.特殊区段分析：
（1）A、B、C点、AB段、BC段的含义？对应图2中的过程？
（2）C点前、后的主要限制因素？
（3）叶肉细胞A、B点产生ATP的场所？
3.判断某点氧气和二氧化碳流动方向？B点： C点： 。
4.改变条件，点的移动问题 三维P88
5.阴生植物与阳生植物
6.提高产量的措施？
7.图像变形
若适当提高CO2浓度，B、C？
B：左移 C：右上方移
在较长时间连续阴雨的环境中，生长受到显著影响的植物是？
阴生植物的适应性特征是什么？
阴生植物色素多的原因？
图2
【应用】①大棚阴雨天应补充光照②根据阳生、阴生植物对光照的不同要求，间作、套种农作物可合理利用光能。
①不过原点的曲线代表的是净值；
②题干交代“测定”的值——一定是净值
（4）判断：植物处于光补偿点，叶肉细胞光合=呼吸 叶肉细胞CO2的来源？
叶肉细胞处于光补偿点，植物光合=呼吸
整株植物光合＞呼吸，植物才能正常生长。
1.b1点时，叶肉细胞内产生ATP的场所
2.①b1点的含义
②d点的限制因素
③d点对应的气体的流动方向
④若适当增加CO2浓度，则d点的移动方向
细胞质基质、线粒体、叶绿体
光合作用强度=呼吸作用强度
CO2、温度
右下移
曲线图变形
光合作用中的几个关键指标
思考：
呼吸消耗量：
总光合作用量：
净积累量：
S1 + S3
S2 + S3
S2—S1
消耗的、利用的、制造的、产生的—— 值
吸收的、释放的、测定的、积累的—— 值
1.30℃和35℃光合作用制造的有机物的量关系？
2.哪个温度下，有机物的积累量最多？
对关键量的理解
C、E点意义：
接受光照时间：
光合作用强度最高的点：
积累有机物最多的点：
春季的某一晴天 盛夏的某一晴天
光合速率＝呼吸速率
B-F
E
甲
乙
F-G段CO2吸收量逐渐减少原因？
主要影响的阶段？
DE段光合作用强度降低，原因？
主要影响的阶段？
D
自然环境，一昼夜中某作物植株对CO2的吸收和释放状况的示意图
温度高，（蒸腾作用过强，）气孔开放程度减小，CO2吸收减小
晴朗夏季，密闭容器中一昼夜CO2浓度的变化曲线
AC段：无光照，植物只进行细胞呼吸。
BC段：温度降低，细胞呼吸减弱(曲线斜率下降)。
CD段：4时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度小于细胞呼吸强度。
D点：光合作用强度等于细胞呼吸强度。
DH段：光合作用强度大于细胞呼吸强度。其中FG段下降慢，是因为气孔关闭造成的。
H点：随光照减弱，光合作用强度下降，光合作用强度等于细胞呼吸强度。
HI段：光照继续减弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度，直至光合作用完全停止。
图中I点低于A点：一昼夜，密闭容器中CO2浓度减小，即光合作用大于细胞呼吸，植物生长
若I点高于A点：光合作用小于细胞呼吸，植物体内有机物积累量减少，植物不能生长
若I点等于A点：光合作用等于细胞呼吸，植物体内有机物积累量不变，植物不生长
分析比较各图中P点以前、PQ段、Q点以后的限制因素是什么？
影响光合速率的多因素综合分析
[注意] 各种因子的作用并不是同等重要的，其中起主要作用的因子为关键因子，因此在分析相关问题时，应抓关键因子。
1.探究光照强度对光合作用强度的影响——通过调整光源与烧杯距离实现对自变量的控制
2.探究二氧化碳浓度对光合作用强度的影响——通过限定吹气时间控制自变量，制成不同浓度的CO2水溶液
3.探究温度对光合作用强度的影响——各实验组的温度通过水浴保温进行控制
4.探究光质对光合作用强度的影响——用功率相同颜色不同的灯泡提供不同的光质
因变量？
同一时间段内各实验装置中被抽去空气的圆形小叶片浮起的数量
或 浮起相同数量的叶片所用的时间
影响光合作用强度的环境因素的控制 P105
也可配制不同质量分数的NaHCO3溶液作为CO2来源
用LED灯做光源
在白炽灯和植株之间增加一个盛满水的水槽，吸收热量，
避免光照对烧杯内水温产生影响
测定植物光合速率
1.原理
①瓶中NaHCO3溶液保证容器内CO2浓度恒定，满足光合作用需求
②植物光合作用吸收CO2（但恒定），释放O2，使液滴右移。
2.条件：置于光照下
3.对照组设置：
死亡植物+ 等量NaHCO3溶液（防止气压、温度等物理膨胀因素影响）
拓展
一、光呼吸
二、C4途径
三、景天酸代谢途径（CAM途径）
四、光合作用产物运输
拓展一、光呼吸
（2021·潍坊一模）光呼吸是O2/CO2偏高时与光合作用同时发生的生理过程，是经长期进化形成的适应机制。光呼吸和暗反应关系密切，机理如图所示。下列叙述错误的是（ ）
A．光呼吸可保证CO2不足时，暗反应仍能正常进行
B．光合作用的光反应强于暗反应容易导致光呼吸发生
C．光呼吸过程虽消耗有机物，但不产生ATP
D．抑制光呼吸能大幅度提高光合作用强度
绿色植物中RUBP酶(Rubisco)具有双重活性。在暗反应中，Rubisco酶能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会竞争Rubisco酶，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水，该反应称为光呼吸。光呼吸是一个高耗能的反应，正常生长条件下光呼吸就可损耗掉光合产物的25～30%。
光呼吸
Rubisco的催化方向取决于CO2与O2的浓度比，请推测具体的情况。
当CO2与O2的浓度比高时，Rubisco催化羧化反应增强（CO2的固定）
当CO2与O2的浓度比低时，Rubisco催化的加氧增强
2.研究发现，光合产物1/3以上要消耗在光呼吸底物上。生产实际中，常通过适当升高CO2浓度达到增产的目的，请分析并解释其原理。(从光合作用原理和Rubisco催化反应特点两个方面作答)
CO2浓度升高可促进光合作用暗反应的进行，进而提高光合作用强度；
同时还可以促进Rubisco催化更多的C5与CO2结合，减少与O2的结合，从而降低光呼吸速率。
3.根据图中光呼吸与光合作用暗反应的关系推测，抑制光呼吸对农作物生产的意义是？
①抑制光呼吸可以减少其对ATP和NADPH的消耗
②有利于植物进行卡尔文循环合成糖类，使农作物增产
4.植物在干旱天气和过强光照下，光呼吸的积极意义是什么？
在干旱高光强，叶片气孔关闭或外界CO2浓度降低时,光呼吸释放的CO2能被暗反应再利用,以维持CO2 浓度低时暗反应的运转碳循环的运转）
光照、叶肉细胞
消耗能量（NADPH ATP）
消耗氧气，放出CO2
（不定项）小麦体内只有一条固定CO2的途经，即卡尔文循环，也称为C3途经；甘蔗除了具有C3途经外，还有另外一条途经，即C4途经。比较甘蔗和小麦的叶片结构发现，小麦的维管束鞘细胞不含叶绿体，光合作用的全过程在叶肉细胞的叶绿体中完成。而甘蔗的叶肉细胞的叶绿体中基粒发达，维管束鞘细胞的叶绿体中无基粒。甘蔗细胞暗反应中CO2固定过程如下图所示，能有效利用较低浓度的CO2。下列叙述正确的是（ ）
A.干旱环境小麦光合作用速率比甘蔗大
B.甘蔗叶肉细胞不能通过卡尔文循环产生有机物
C.甘蔗、小麦光反应的场所都发生在叶肉细胞中
D.甘蔗、小麦暗反应过程中CO2的受体都是PEP和RUBP
拓展二、C4途径
C4途径
C4植物固定CO2的途径：
C4途径发生在：叶肉细胞的叶绿体内
C3途径发生在：维管束鞘细胞的叶绿体内
C4植物首先将CO2固定在C4中，C4经过一系列的变化后，又把CO2释放出来，这有什么意义呢？
C4途径中能够固定CO2的那种酶，对CO2具有很强的亲合力，可以促使PEP（C3）把大气中浓度很低的CO2固定下来，并且使C4集中到维管束鞘细胞内的叶绿体中，供维管束鞘细胞内叶绿体中的C3途径利用。科学家们把C4植物的这种独特作用，形象地比喻成“二氧化碳泵”。
同C3植物相比，C4植物大大提高了固定CO2的能力。在干旱的条件下，绿色植物的气孔关闭。这时，C4植物能够利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用，而C3植物则不能。这就是C4植物比C3植物具有较强光合作用的原因之一。
C4植物比C3植物光合作用强的原因:
C4植物PEPC(磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶)对对CO2的亲合力大，外界低CO2浓度（干旱）下，光合速率更高。（酶的角度）
C4植物暗反应在维管束鞘细胞中进行，有利于光合产物的就近运输，防止淀粉积累影响光合。（光合产物的角度）
C4植物将CO2泵入维管束鞘细胞，改变了CO2/O2比率，改变了Rubisico的作用方向，降低了光呼吸。（光呼吸的角度）
CO2的受体 CO2固定后的产物 CO2固定的场所 C3还原 的场所 ATP和NADPH的作用对象 暗反应途径
C3植物
C4植物
C3
C3（PEP）、
C5
C3
C3途径
C3
C4途径
C3途径
C4、
C3
C5
叶肉细胞的叶绿体
叶肉细胞的叶绿体
维管束鞘细胞的叶绿体
维管束鞘细胞的叶绿体
C3植物和C4植物光合作用比较
考点：C4植物与C3植物的不同，回答问题一定要全面
拓展三：CAM途径
11.（10分）景天科植物有一个很特殊的CO2同化方式：夜间气孔开放，吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中，白天气孔关闭，液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO2用于光合作用，其部分代谢途径如图1；将小麦绿色叶片放在温度适宜的密闭容器内，测量在不同的光照条件下容器内氧气量的变化，结果如图2，据图回答以下问题：
（1）植物气孔开闭的特点与其生活环境是相适应的，推测景天科植物生活环境最可能是　 　，从进化角度看，这种特点的形成是　 　的结果。该类植物夜晚吸收的CO2　 　（填“能”或“不能”）合成葡萄糖，原因是　 　。
（2）结合图1可知，景天科植物参与卡尔文循环的CO2直接来源于　 　过程。
（3）如果白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率变化是　 　（填“增加”或“降低”或“基本不变”）。
（4）图2曲线中a点以后的短时间内，叶片细胞内C3的量将　 　。在5～15min内，该容器内氧气量增加的速率逐渐减小，这是因为　 　。
（5）图2中如果叶片的呼吸速率始终不变，则在5～15min内，小麦叶片光合作用的平均速率（用氧气产生量表示）是　 　。
思考：
（1）景天科植物白天叶肉细胞进行卡尔文循环时所需要的CO2来自于 （答出两种）等物质的分解。叶肉细胞中能够同时进行多种化学反应，而不会互相干扰，从细胞结构上分析，原因是 。其叶肉细胞中，能够产生ATP的场所是 。ATP能够作为细胞中绝大多数生命活动的直接能源物质，原因是 。
（2）景天科植物在夜晚黑暗条件下____（填“能”或“不能”）制造 O2，理由是 。
（3）景天科植物在夜晚黑暗条件下____（填“能”或“不能”）制造有机物，理由是 。
（4）植物气孔开闭的特点与其生活环境是相适应的，推测景天科植物生活环境最可能是______，从进化角度看，这种特点的形成是______的结果。
（5）若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。（简要写出实验思路和预期结果）
（1）苹果酸、丙酮酸 由于细胞内具有生物膜系统，使各个具膜细胞器成为相对独立的小室，故能够同时进行多种化学反应，而不会互相干扰。 叶绿体、线粒体和细胞质基质 P86
（2）不能 O2是光反应阶段产生的，夜晚没有光照，不能进行光反应
（3）不能 没有光照，光反应不能进行，无法为暗反应提供ATP和NADPH （4）炎热干旱 自然选择

景天科植物
在干旱条件下，白天和晚上每隔一段时间检测植株甲液泡中的PH值
预测结果：白天PH升高，晚上PH降低
（2021·潍坊一模）景天科植物具有独特的昼夜节律，在晚上植物体内苹果酸含量升高，糖分含量下降；白天则相反，酸度下降，糖分增多；相应的代谢途径被称为CAM途径，具有此类代谢途径的植物称为CAM植物。图Ⅰ为一昼夜大叶落叶生根（一种CAM植物）CO2吸收速率变化情况，图2为相同时间段内该植物净光合速率的变化情况。
（1）据图推测，CAM植物的气孔在______________（填“白天”或“晚上”）开放，细胞中________很可能是临时储存CO2的载体。
（2）研究发现，CAM植物细胞中的CO2最早被磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）固定，生成草酰乙酸（OAA），再进一步被还原并大量积累于液泡中。为保证CAM途径的持续进行，物质______________（填英文字母简称）应通过一定化学反应不断重新生成并释放到细胞质中。该途径可通过_________________法追踪C元素的转移路径加以证实。
（3）分析图中信息推测，CAM途径是对_______________（填“干旱”或“湿润”）环境的适应；该途径除维持光合作用外，对植物的生理意义还表现在___________________。
（4）假设昼夜温度不变，若要利用图2信息计算大叶落叶生根上午10时的实际光合速率，计算的思路是_________。
(1)晚上 苹果酸
(2)PEP 同位素标记
(3)干旱 有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失 (4)将晚上的呼吸速率与上午10时的净光合速率相加即为上午10时的实际光合速率
4． (2022·海南三亚模拟)磷酸丙糖不仅是光合作用中最先产生的糖，也是光合作用产物从叶绿体运输到细胞质基质的主要形式。下图为某植物光合作用产物的合成与运输示意图。下列相关说法正确的是(　　)
A．a表示的物质是ATP，它也可以在叶绿体基质中合成
B．磷酸丙糖应该是一种五碳化合物
C．磷酸丙糖是暗反应产物，在细胞质基质中合成淀粉
D．若图中表示的磷酸转运器活性受抑制，会导致光合作用速率下降
拓展四、光合作用产物运输
磷酸转运器的活性受抑制：磷酸丙糖不能被运出，
①叶绿体基质内磷酸丙糖浓度增加，抑制暗反应
②淀粉积累，光合作用减弱
③从叶绿体外转运进的磷酸减少，抑制光反应；
光合作用的产物

展开更多......

收起↑