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第2课时　光合作用的过程与影响光合作用的环境因素
1．说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转化并储存为糖分子中的化学能。 2．探究不同环境因素对光合作用的影响。 1．从物质与能量视角，探索光合作用与呼吸作用，阐明细胞生命活动过程中贯穿着物质与能量的变化。(生命观念、科学思维) 2．基于探究不同环境因素对光合作用的影响厘清探究的思路。(科学思维、科学探究)
一、光合作用的过程
光合作用分两个阶段进行。第一阶段是直接需要光的，称为光反应；第二阶段不需要光直接参加，是二氧化碳转变成糖的过程，称为碳反应，也称暗反应。
1．光反应将光能转化为化学能，并产生氧气
光反应发生在类囊体膜——光合膜中。在这个阶段，叶绿体利用光能使水裂解产生氧，同时生成ATP和NADPH，NADPH是辅酶Ⅱ，它是氢的载体。
光反应过程有多步反应，主要变化包括光合膜上光合色素吸收光能，光能将水裂解为H＋、电子(e－)和O2，H＋和e－将NADP＋还原为NADPH，并产生ATP，O2被释放到细胞外。这样，光能就转化为ATP和NADPH中的化学能。
光反应产生的ATP和NADPH是碳反应中将二氧化碳还原为糖的能源物质，NADPH在碳反应中是还原剂。
2．碳反应将二氧化碳还原成糖
叶绿体基质中有许多种酶是将二氧化碳还原为糖所必需的。碳反应在叶绿体基质中进行。二氧化碳还原为糖的一系列反应称为卡尔文循环。
卡尔文循环从1个五碳糖开始。在酶的催化作用下，1个CO2分子与五碳糖结合，形成1个六碳分子，这个六碳分子随即分解成2个三碳酸分子。然后，三碳酸分子接受来自ATP和NADPH的能量，被NADPH还原形成三碳糖。这是CO2分子进入卡尔文循环后形成的第一个糖，是这个循环中的关键步骤，这样光能就转化为糖分子中的化学能了。在三碳糖形成后，卡尔文循环中的许多反应，都是为了再生五碳糖，以保证此循环不断进行。
NADPH和ATP在完成了还原反应之后，又回到NADP＋和ADP的状态，在光反应中可以重新形成NADPH和ATP。所以，卡尔文循环虽然不直接需要光，但只有在有光的条件下才能一轮一轮地循环。卡尔文因发现这个循环而获得诺贝尔化学奖。
三碳糖的形成标志着光合作用合成糖的过程已经完成。在叶绿体内，三碳糖作为原料用于淀粉、蛋白质和脂质的合成。大部分三碳糖运至叶绿体外，并且转变成蔗糖，供植物体所有细胞利用。
二、光合作用受环境因素的影响
1．活动　探究环境因素对光合作用的影响
探究问题
影响光合作用的环境因素有哪些？这些因素又是如何影响光合作用的？
活动提示
(1)根据同学们已有的生物学知识和人们的生产、生活经验，以小组为单位，列出影响光合作用的环境因素。
(2)选择其中一种因素，分析这种因素是如何影响光合作用的，并提出假设。
(3)根据假设，设计单因子对照实验方案。
①实验时可供选用的材料用具有哪些？
②实验中，可变因素是什么？
③实验中，可变因素是如何变化的？
④实验中，通过什么方法控制可变因素的变化？
⑤实验中，通过什么方法测量光合速率？
⑥设计的实验方案是什么？
(4)根据实验设计方案，设计实验数据记录表。
(5)实验预期。
(6)根据实验设计方案进行实验。
2．光合速率与影响光合速率的因素
(1)光合速率或光合强度的含义：是指一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行的光合作用，如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳。
(2)小资料　表观光合速率与真正光合速率
在光照条件下，人们测得的CO2吸收量是植物从外界环境吸收的CO2总量，称为表观光合速率，又称净光合速率。
真正光合速率是指植物在光照条件下，从外界环境中吸收的CO2的量，加上细胞呼吸释放的CO2的量，即植物实际所同化的CO2的量，又称总光合速率。表观光合速率小于真正光合速率。
(3)影响光合速率的因素
①光强度
光合速率随光强度的增加而增加，但在强度达到全日照之前，光合作用已达到光饱和点时的速率，即光强度再增加，光合速率也不会增加。因为在光饱和点的光强度下，光合作用的光反应已达到最快的速率，所以光强度再增加也不能使光合速率增加。
光强度对光合速率的影响
②温度
光合作用是酶促反应，其速率受温度影响，一定范围内随温度的升高而加快。光合作用对温度比较敏感，温度过高则酶的活性减弱或丧失，所以光合作用有一个最适温度。光合作用的最适温度因植物种类而异。
温度对光合速率的影响
③CO2浓度
CO2直接影响碳反应速率。空气中CO2浓度的增加会使光合速率加快。目前大气中CO2的浓度约为0.035%，当这一浓度增加至1%以内时，光合速率会随CO2浓度的增加而增加。
光强度、温度和CO2浓度对光合作用的影响是综合性的。在温度较高(如曲线1)或CO2浓度较高(如曲线2)的情况下，光强度对光合速率的影响就比较显著，而任何一个因素的减弱都可能限制光合作用。
多种环境因素对光合速率的综合影响
(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．光反应发生在叶绿体基质中，利用光能使水裂解产生氧，同时生成ATP和NADH。 (　　)
2．三碳糖的形成标志光合作用合成糖的过程已经完成。 (　　)
3．光合强度是指一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行的光合作用，如产生多少氧气。 (　　)
4．我们观测到的光合作用O2的产生量，是植物光合作用实际产生的总O2量。
(　　)
5．一般温带植物的最适温度常在25 ℃左右。 (　　)
提示：1．×　光反应发生在类囊体膜的光合膜中，光能使水裂解产生氧，同时生成ATP和NADPH。
2．×　葡萄糖的形成标志光合作用合成糖的过程已经完成。
3．×　如释放多少氧气。
4．×　是植物净光合作用产生的O2量。
5．√
　光合作用的原理
1．光反应和碳反应的比较
(1)区别
项目 光反应 碳反应
实质 光能转化为化学能，并释放出O2 同化CO2，合成有机物
反应时间 短促 较缓慢
需要条件 外界条件：光照； 内部条件：色素、酶 不需要光照； 内部条件：酶
反应场所 类囊体膜—光合膜中 叶绿体基质内
物质变化 ①水的光解：水分解成O2和NADPH ②ATP的合成：在相关酶的作用下，ADP和Pi形成ATP ①CO2的固定：CO2＋C52C3 ②C3的还原：2C3(CH2O)＋C5
能量变化 光能―→活跃的化学能 ATP中活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能
相应产物 O2、ATP和NADPH 糖类等有机物
(2)联系：如图所示
1．观察下面的光反应阶段图解，回答下列问题：
(1)说出光反应阶段需要哪些能量和物质条件？
提示：光照、水、酶、色素等。
(2)水的光解与ATP的形成有怎样的相关性？
提示：水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。在电子经传递过程中伴随着ATP的形成。
(3)NADPH的中文名称叫什么？具有怎样的作用？
提示：还原型辅酶Ⅱ(NADPH)。NADPH作为活泼的还原剂，参与碳反应阶段的化学反应，同时也储存部分能量供碳反应阶段利用。
(4)光反应阶段中物质和能量发生了怎样的变化？
提示：①物质变化：水光解，产生O2和H＋；②能量变化：光能转变为储存在ATP和NADPH中的化学能。
2．观察下面的碳反应阶段图解，回答下列问题：
(1)美国科学家卡尔文用什么实验方法探明了CO2中的碳是如何转变成糖类的？
提示：用经过14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向。
(2)简述卡尔文循环。
提示：绿叶通过气孔从外界吸收的CO2，在特定酶的作用下，与C5(一种五碳化合物)结合，这个过程称作CO2的固定。一分子的CO2被固定后，很快形成两分子的C3。在有关酶的催化作用下，C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。随后，一些接受能量并被还原的C3，在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列变化，又形成C5。这些C5又可以参与CO2的固定。这样，碳反应阶段就形成从C5到C3再到C5的循环，可以源源不断地进行下去。
3．说出光反应和碳反应在物质变化和能量转换方面存在什么联系？
提示：在光反应阶段，光能被叶绿体内类囊体膜上的色素捕获后，将水分解为O2和H＋等，形成ATP和NADPH，从而使光能转换成ATP中的化学能；NADPH和ATP驱动在叶绿体基质中进行的碳反应，将CO2转化为储存化学能的糖类。
1．如图所示为叶绿体中色素蛋白等成分在膜上的分布，下列相关叙述正确的是(　　)
A．生物膜为叶绿体内膜
B．可完成光合作用的全过程
C．发生的能量转换是光能→电能→化学能
D．产生的ATP可用于植物体的各项生理活动
C　[图中显示出：在光照、色素等条件下完成了水的光解、ATP的合成和还原剂氢的产生。由此可判断出此过程是光合作用的光反应过程，发生在叶绿体的基粒膜上即类囊体膜上。光合作用包括光反应和碳反应两个阶段，光反应阶段将光能转变成电能(水光解不断失去电子形成电子流)，再将电能转变成ATP和[H]中的活跃的化学能，光反应所产生的ATP只能用于碳反应，而用于植物其他生命活动的ATP全部来自细胞的呼吸作用。故选项C正确。]
2．用14C标记参加光合作用的二氧化碳，可以了解光合作用的哪一过程(　　)
A．光反应必须在有光条件下进行
B．碳反应不需要光
C．二氧化碳被还原成糖的过程
D．光合作用中能量的传递过程
C　[二氧化碳是光合作用的碳反应阶段的原料，碳反应的主要产物是糖类，因此用14C标记参加光合作用的二氧化碳，可以了解光合作用的二氧化碳被还原为糖的过程，无法探究光反应的条件及能量的传递过程。综上所述，ABD不符合题意，C符合题意。]
3．其他条件适宜的情况下，供试植物正常进行光合作用时突然停止CO2的供应，并立即开始连续取样分析，在短时间内叶绿体中三碳酸和五碳糖含量的变化是(　　)
A．都减少
B．都增加
C．三碳酸减少，五碳糖增加
D．三碳酸增加，五碳糖减少
C　[根据光合作用光反应和碳反应可以知道，在供试植物正常进行光合作用时突然停止二氧化碳的供应，三碳化合物继续转化为五碳糖，但二氧化碳的固定(三碳酸的生成)停止，因此三碳酸的量减少，五碳糖增加。]
　光合作用物质含量变化的判断
(1)光照强度变化
(2)CO2浓度变化
①图1中曲线甲表示C3(三碳酸)，曲线乙表示C5(五碳糖)、[NADPH]、ATP。
②图2中曲线甲表示C5(五碳糖)、[NADPH]、ATP，曲线乙表示C3(三碳酸)。
③图3中曲线甲表示C5(五碳糖)、[NADPH]、ATP，曲线乙表示C3(三碳酸)。
④图4中曲线甲表示C3(三碳酸)，曲线乙表示C5(五碳糖)、[NADPH]、ATP。
　影响光合作用的因素
1．多因素对光合作用强度的影响
(1)综合分析三图，可知：在P点之前，限制光合速率的因素为横坐标所表示的因素，随着其不断增大，光合速率不断提高。
(2)在Q点之后，若想提高光合速率，可适当提高除横坐标之外的其他因素。
2．表观光合速率与真正光合速率
(1)真正光合速率＝表观光合速率＋呼吸速率。
(2)CO2吸收量在C点前的主要限制因素是光照强度，在C点后的主要限制因素为温度和CO2浓度等。
1．下图为光照强度与绿色植物光合作用强度的关系曲线，分析该图并回答下列问题：
(1)图中A、B、C点分别代表的意义。
提示：A点：光照强度为0，植物不进行光合作用，此时CO2的释放量可表示细胞呼吸速率；B点：光补偿点，呼吸作用释放到外界的CO2量为0，光合作用从外界吸收的CO2量也为0，此时光合作用强度等于呼吸作用强度；C点：光饱和点。
(2)分析A→B、B→C′区间细胞呼吸和光合作用的强度大小。
提示：A→B：呼吸作用强度大于光合作用强度；B→C′：光合作用强度大于呼吸作用强度。
(3)C′点前后限制光合作用的主要因素。
提示：C′点之前：光照强度；C′点之后：主要是温度和CO2浓度等。
(4)晴天无云而太阳光照射强烈时，光合作用强度便形成双峰曲线：一个高峰在上午，一个高峰在下午。中午前后光合速率下降，呈现“午休”现象，请解释原因。
提示：原因是缺水导致气孔关闭，限制CO2进入叶片。
2．下图为CO2浓度对光合作用强度的影响
(1)根据上图描述CO2浓度对光合作用强度的影响。
提示：在一定范围内，植物光合作用强度随CO2浓度的增加而增强，但达到一定浓度时，再增加CO2浓度，光合作用强度也不再增强。
(2)分析CO2浓度为A时，对应纵坐标的CO2表现为既不吸收也不释放的原因。
提示：A点时，细胞进行光合作用吸收的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量。
(3)若在B点后适当增加光照强度，曲线会怎样变化？
提示：B点后CO2充足，适当增加光照强度，光合作用强度会增大，曲线会在原曲线上方。
3．下图为温度对光合作用强度的影响
(1)温度影响光合作用强度的实质是什么？
提示：是通过影响植物体内与光合作用有关的酶的活性进而影响光合作用强度的。
(2)从温度方面考虑，如何能有效提高大棚蔬菜的产量？
提示：白天适当提高温度，保证光合速率较大；晚上适当降低温度，来适当降低蔬菜呼吸速率，从而保证有机物积累较多，提高蔬菜的产量。
1．如图所示为研究光照强度和CO2浓度对某植物光合作用速率的影响。下列有关叙述中错误的是(　　)
A．曲线中a点转向b点时，光反应增强，碳反应增强
B．曲线中b点转向d点时，叶绿体中C5浓度降低
C．在一定范围内增加光照和CO2浓度，有利于提高光合速率
D．曲线中c点产生的限制因素可能是叶绿体中酶的数量
B　[曲线中a点转向b点时，光照强度增强，光反应产生的NADPH和ATP增加，促进碳反应还原三碳酸，碳反应增强，A正确；曲线中b点转向d点时，CO2浓度降低，CO2与五碳糖固定生成三碳酸的反应减弱，因此叶绿体中五碳糖浓度升高，B错误；在一定范围内增加光照和CO2浓度，有利于提高光合速率，C正确；曲线中c点产生的限制因素可能是叶绿体中酶的数量，D正确。]
2．科研人员研究温度对甲、乙两种植物净光合速率的影响，得到实验结果如图。据图推测合理的是(　　)
A．甲植物和乙植物在30 ℃时，光合作用生成的有机物量相等
B．温度长时间保持在45 ℃时，甲植物和乙植物都可以正常生长
C．50 ℃之前，限制乙植物净光合速率的主要外界因素是CO2浓度
D．若将甲、乙植物同置于凉爽地带，则受影响较大的是甲植物
B　[在30 ℃时，甲植物和乙植物净光合速率相等，由于不确定两种植物呼吸速率的大小关系，因此没办法确定光合作用生成的有机物的总量是否相等，A错误；温度长时间保持在45 ℃时，甲植物和乙植物净光合速率都大于0，表明有机物有积累，此温度下甲植物和乙植物都可以正常生长，B正确；50 ℃之前，限制乙植物净光合速率的主要外界因素是温度，C错误；由题图可知，50 ℃之前，乙植物的净光合速率不断升高，而甲植物在30 ℃之前净光合速率相对稳定，30 ℃之后净光合速率下降，说明乙植物喜高温，若将甲、乙植物同置于凉爽地带，则受影响较大的是乙植物，D错误。]
3．甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。
回答下列问题。
(1)当光照强度大于a时，甲、乙两种植物中，对光能的利用率较高的植物是________________。
(2)甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，那么净光合速率下降幅度较大的植物是________，判断的依据是_____________________________________。
(3)甲、乙两种植物中，更适合在林下种植的是_____________________________。
(4)某植物夏日晴天中午12∶00时叶片的光合速率明显下降，其原因是进入叶肉细胞的________________(填“O2”或“CO2”)不足。
解析：据图可知，甲植物的净光合速率变化幅度明显大于乙植物，因此可以得出甲植物对光能的利用率明显高于乙植物。且乙植物的光饱和点和光补偿点都比较低，属于阴生植物，甲植物属于阳生植物。(1)由图分析可知，当光照强度大于a时，相同光照强度下，甲植物的净光合速率大于乙，有机物的积累较多，对光能的利用率较高。(2)甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，植株接受的光照强度相对较弱，光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大，因此种植密度过大，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大。(3)从图中可以看出，乙植物的光饱和点以及光补偿点都比甲植物低，适合在光照强度相对更弱的环境中生长，林下的光照强度更低，因此更适合在林下种植的是植物乙。
(4)夏日晴天中午12：00时，植物为了减少蒸腾作用对水分的散失，叶片上的部分气孔会关闭，导致细胞间的二氧化碳的含量下降，从而引起光合速率下降。
答案：(1)甲　(2)甲　光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大，种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大　(3)乙　(4)CO2
在甘蔗、玉米等植物的叶肉细胞中，叶绿体固定CO2的最初产物是含4个碳的草酰乙酸，然后转化为苹果酸进入维管束鞘细胞的叶绿体中释放CO2(简称C4途径)，再进行卡尔文循环(C3途径)。C4途径起到CO2泵的作用，提高了C4植物利用CO2的能力。
如图所示：
通过材料和图例的分析可知C4途径和C3途径的关系，由此可形成科学思维的学科素养。
(1)甘蔗、玉米等植物中CO2固定形成的产物是什么？(科学思维)
提示：CO2首先进入叶肉细胞的叶绿体中，经固定形成初步产物：含4个碳的草酰乙酸，CO2通过C4途径后进入C3途径，固定形成三碳化合物。
(2)据图推测，叶肉细胞中的叶绿体能进行碳反应吗？(科学思维)
提示：不能。缺乏碳反应相关的酶。
(3)在炎热的夏季，C4植物有哪些优势？(科学思维)
提示：利用CO2的能力强，光合作用速率高。
[课堂小结]
1．光合作用分两个阶段进行。第一阶段是直接需要光的，称为光反应；第二阶段不需要光直接参加，是二氧化碳转变成糖的过程，称为碳反应，也称暗反应。
2．光反应过程主要变化包括光合膜上光合色素吸收光能，光能将水裂解为H＋、电子(e－)和O2，H＋和e－将NADP＋还原为NADPH，并产生ATP，O2被释放到细胞外。这样，光能就转化为ATP和NADPH中的化学能。光反应产生的ATP和NADPH是碳反应中将二氧化碳还原为糖的能源物质，NADPH在碳反应中是还原剂。
3．碳反应在叶绿体基质中进行。卡尔文循环从1个五碳糖开始。在酶的催化作用下，1个CO2分子与五碳糖结合，形成1个六碳分子。这个六碳分子随即分解成2个三碳酸分子。然后，三碳酸分子接受来自ATP和NADPH的能量，被NADPH还原形成三碳糖。在三碳糖形成后，卡尔文循环中的许多反应，都是为了再生五碳糖，以保证此循环不断进行。
4．三碳糖的形成标志着光合作用合成糖的过程已经完成。在叶绿体内，三碳糖作为原料用于淀粉、蛋白质和脂质的合成，大部分三碳糖运至叶绿体外，并且转变成蔗糖，供植物体所有细胞利用。
5．光合速率或称光合强度是指一定量的植物(如一定的叶面积)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。在光照条件下，人们测得的CO2吸收量是植物从外界环境吸收的CO2总量，称为表观光合速率，又称净光合速率。真正光合速率是指植物在光照条件下，从外界环境中吸收的CO2的量，加上细胞呼吸释放的CO2的量，即植物实际所同化的CO2的量，又称总光合速率。表观光合速率小于真正光合速率。
6．光合速率受到多种环境因素的影响，其中最重要的因素是光强度、温度和空气中的CO2浓度。
1．下列有关光合作用的叙述中，正确的是(　　)
A．光反应不需要酶，碳反应需要酶
B．光反应在光下进行，碳反应在黑暗中进行
C．光反应固定CO2，碳反应还原CO2
D．光反应产生ATP，碳反应消耗ATP
D　[光反应和碳反应均需要酶的催化，A错误；光反应必须有光，碳反应有光无光均可，B错误；二氧化碳的固定和三碳酸的还原均发生在碳反应阶段，C错误；光反应中，光照转化为ATP中活跃的化学能，碳反应阶段，ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能，D正确。]
2．光合作用碳反应中，与CO2固定有关的物质是(　　)
A．水　　 B．NADPH
C．ATP D．五碳糖
D　[水是光反应的原料，不能与二氧化碳固定，A错误；NADPH、ATP是光反应的产物，二者参与碳反应中三碳化合物的还原，B、C错误；碳反应中二氧化碳和五碳糖反应生成两分子三碳化合物，D正确。]
3．正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是(　　)
A．O2的产生停止
B．CO2的固定加快
C．ATP/ADP比值下降
D．NADPH/NADP＋比值下降
B　[用黑布将培养瓶罩上，光反应停止，氧气的产生停止，A正确；同时NADPH和ATP的产生停止，使碳反应三碳酸的还原速度减慢，从而导致二氧化碳的固定减慢，B错误；ADP生成ATP减少，使ATP/ADP比值下降，C正确；NADPH的产生减少，NADPH/NADP＋比值下降，D正确。]
4．将一盆栽植物连同花盆一起置于密闭的玻璃钟罩内(内有充足的二氧化碳且浓度恒定，温度等条件适宜，植物和花盆未经消毒)，测得光照强度与钟罩内氧气的释放速率关系如图所示。下列有关该图的分析正确的是(　　)
A．a点表示植物的光合作用速率与呼吸作用速率相同
B．光照强度为a时叶肉细胞内光合速率大于呼吸速率
C．bc段限制植物光合速率的因素不可能是光合色素和酶的含量
D．某光照强度下测得的氧气增加量就是该植物光合作用总产氧量
B　[将一盆栽植物连同花盆一起置于密闭的玻璃钟罩内，其中既有植物的光合作用和呼吸作用，也有花盆土壤中小动物和微生物的呼吸作用。光照强度为a时，植物的光合速率等于植物、小动物和微生物的呼吸速率之和，A错误；由A项解析可知，a点时植物的光合速率大于呼吸速率，B正确；bc段氧气释放速率随光照强度的增强不再增加，影响光合速率的因素除了光照强度、CO2浓度、温度外，其他都有可能，C错误；某光照强度下测得的氧气增加量就是该植物光合作用O2产生总量减去呼吸消耗总量，D错误。]
5．为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：
A组：先光照后黑暗，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50%。
B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70%。
C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94%。
D组(对照组)：光照时间为135 s；光合作用产物的相对含量为100%。
回答下列问题：
(1)单位光照时间内，C组植物合成有机物的量________(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是________________________；C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要________，这些反应发生的部位是叶绿体的________。
(2)A、B、C三组处理相比，随着________________的增加，使光下产生的__________________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
解析：(1)光合作用的过程依据是否必须有光的参与可以划分为光反应和碳反应，光反应发生在类囊体膜中，其物质变化包括水的光解和ATP的合成，生成NADPH和ATP，用于叶绿体基质中碳反应。C组光照时间为67.5 s，D组光照时间为135 s，即C组只用了D组一半的光照时间，但光合产物的相对含量却是D组的94%，由此可推知C组合成的有机物量高于D组合成的有机物量。(2)本题探究不同光照处理下对植物光合作用的影响。在其他条件和处理相同的情况下，A、B、C三组实验的自变量是光照与黑暗交替的频率，因变量是光合产物的相对含量。由A、B、C三组实验结果可看出，随着光照与黑暗交替频率的增加，光合作用产物相对含量增加。C组光照与黑暗交替频率较高，光反应所生成的NADPH和ATP能够及时地利用及时地再生。
答案：(1)高于　C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%　光照　基质　(2)光照和黑暗交替频率　ATP和还原型辅酶Ⅱ(NADPH)
课时分层作业(15)　光合作用的过程与影响光合作用的环境因素
题组一　光合作用的过程
1．下列与光合作用有关的化学物质的叙述，正确的是(　　)
A．叶绿素全部分布在类囊体膜上
B．光合作用的酶只参与碳反应过程的催化
C．光反应产生的氧气全部来自水的光解
D．CO2中的碳的转移途径是CO2→C5→C3→(CH2O)
C　[类囊体是叶绿体内的结构，原核生物含有叶绿素、但无叶绿体，A错误；光反应也需要酶的催化，B错误；光反应产生的氧气全部来自水的光解，C正确；CO2中的碳的转移途径是CO2→C3→(CH2O)，D错误。]
2．光合作用的光反应和碳反应依次发生在(　　)
A．细胞质、细胞核中
B．叶绿体的类囊体膜上、叶绿体的基质中
C．叶绿体的外膜、内膜上
D．叶绿体的基质中、叶绿体的类囊体膜上
B　[光反应的场所是叶绿体的类囊体膜，碳反应的场所是叶绿体基质。综上所述，ACD不符合题意，B符合题意。]
3．如图所示为叶绿体中的某种结构及其上发生的物质和能量变化，下列叙述错误的是(　　)
A．图中的①表示水分子
B．与光合作用有关的色素都分布在结构②上
C．光能转变为ATP中的化学能
D．NADPH、O2和ATP都能用于碳反应
D　[图中的结构表示类囊体膜，①表示水分子，A正确；与光合作用有关的色素都分布在结构②类囊体膜上，B正确；该膜上发生的是光反应，可以将光能转变为ATP中的化学能，C正确；NADPH和ATP都能用于碳反应，氧气用于需氧呼吸的第三阶段，D错误。]
4．下列关于植物光合作用碳反应的叙述中，错误的是(　　)
A．碳反应要消耗光反应产生的ATP
B．碳反应是只在暗处进行的反应
C．三碳酸的还原要消耗光反应产生的NADPH
D．碳反应过程中有五碳糖的再生
B　[碳反应要消耗光反应产生的ATP，A正确；碳反应有光无光均可，B错误；三碳酸的还原要消耗光反应产生的NADPH和ATP，C正确；碳反应过程中有五碳糖的再生和二氧化碳的固定，D正确。]
5．在叶绿体中，NADPH和NADP＋的运动方向是(　　)
A．NADPH与NADP＋同时由囊状结构的薄膜向叶绿体基质运动
B．NADPH与NADP＋同时由叶绿体基质向囊状结构的薄膜运动
C．NADPH由囊状结构的薄膜向叶绿体基质运动，NADP＋则是向相反方向运动
D．NADP＋由囊状结构的薄膜向叶绿体基质运动，NADPH则是向相反方向运动
C　[NADPH在类囊体薄膜上合成转移到叶绿体基质中为三碳酸的还原提供还原剂，NADP＋方向相反，ABD错误，C正确。]
6．突然停止光照后，植物叶肉细胞中短时间内物质含量变化正确的是(　　)
A．三碳酸增多，五碳糖减少
B．三碳酸减少，五碳糖增多
C．ADP和NADP＋减少
D．ATP和NADPH增多
A　[若突然停止光照，短时间内，光反应停止，光反应产生的NADPH和ATP会减少，ADP和NADP＋会增多，三碳酸的还原减慢，三碳酸增多，五碳糖减少。]
7．下列关于卡尔文循环的叙述，错误的是(　　)
A．该循环是从一个五碳糖开始的
B．该循环是二氧化碳氧化为糖的一系列反应
C．三碳糖是该循环的产物
D．再生五碳糖能保证该循环继续进行
B　[卡尔文循环是从一个五碳糖与二氧化碳结合开始的，A正确；该循环是二氧化碳还原为糖的一系列反应，B错误；碳反应的产物是三碳糖，C正确；部分三碳糖经过一系列复杂变化再生为五碳糖，保证了碳反应的继续进行，D正确。]
题组二　影响光合作用的因素
8．科学家研究环境因素对某植物光合速率的影响如下图，据图判断下列叙述错误的是(　　)
A．光强度超过a时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合速率差异的原因是CO2浓度不同
B．曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表明，光合速率受光强度、温度和CO2浓度的综合影响
C．曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表明，改变温度和CO2浓度对植物的光饱和点有影响
D．光强度为0～a时，适当提高CO2浓度和温度对光合速率有促进作用
D　[光强度超过a时，同一光照强度下，曲线Ⅱ和Ⅲ的光合速率不同，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合速率差异的原因是CO2浓度不同，A正确；图示表明，影响光合作用的因素主要有光照强度、温度和二氧化碳浓度等，B正确；曲线Ⅰ和Ⅱ对照说明，适当提高温度可以提高光合速率，曲线Ⅱ和Ⅲ对照说明，适当提高二氧化碳浓度可以提高光合速率，由图示可知，改变温度和CO2浓度对植物的光饱和点有影响，C正确；光强度为0～a时，三条曲线重合，曲线处于上升阶段，此时影响光合作用的主要因素是自变量光照强度，D错误。]
9．在封闭的温室内栽种农作物，以下措施不能提高作物产量的是(　　)
A．适当增加光照强度　　 B．增加室内CO2浓度
C．增大室内昼夜温差 D．采用绿色玻璃盖顶
D　[适当增加光照强度可以提高光合作用强度，可以提高产量，A不符合题意；增加室内CO2浓度可以提高光合作用强度，B不符合题意；增大室内昼夜温差，晚上降低细胞呼吸消耗，可以提高产量，C不符合题意；采用绿色玻璃盖顶会降低光合速率，D符合题意。]
10．图甲表示某绿色植物进行光合作用的示意图，图乙为外界因素对光合作用影响的关系图。请分析回答下列问题。
甲　　　　　　　　　　乙
(1)图甲C的中文名称是________________，该生理过程中的ADP移动方向为________________。
(2)经研究发现，该植物夜晚虽然能吸收CO2，却不能合成D，原因是___________________________________________________________________。
(3)图乙中，如果X代表土壤中Mg2+浓度，则X可通过影响________________(填物质)的合成来影响光合速率；当曲线达到拐点后，限制其升高的主要外界因素有_________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
解析：(1)光反应能产生ATP和NADPH，用于碳反应三碳酸化合物的还原，所以图甲中C的中文名称是还原型辅酶Ⅱ，ADP是碳反应的产物，光反应的原料，碳反应的场所是叶绿体基质，光反应的场所是类囊体膜，所以该生理过程中的ADP移动方向是从叶绿体基质到类囊体膜。(2)由分析可知，D是碳反应的产物(CH2O)，由于夜晚没有光照，不能进行光反应，不能为碳反应提供NADPH和ATP，所以该植物夜晚虽然能吸收CO2，却不能合成(CH2O)。(3)Mg2+是组成叶绿素的重要组成成分，所以如果X代表土壤中Mg2+浓度，则X可通过影响叶绿素的合成来影响光合速率；影响光合作用的外界因素有光照强度、二氧化碳浓度等，当自变量为光照强度时，曲线达到拐点后，限制其升高的主要外界因素为二氧化碳浓度，而当自变量为二氧化碳浓度时，曲线达到拐点后，限制其升高的主要外界因素为光照强度。综上分析，当曲线达到拐点后，限制其升高的主要外界因素有光照强度、二氧化碳浓度。
答案：(1)还原型辅酶Ⅱ(NADPH)　从叶绿体基质到类囊体膜(或者叶绿体基粒)　(2)没有光照，不能进行光反应，不能为碳反应提供NADPH和ATP　(3)叶绿素　光照强度、CO2浓度等
11．图甲是某同学“探究在温度为30 ℃时影响植物光合速率的因素”的实验装置图。图乙表示该植物某叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时，单位时间内叶肉细胞CO2释放量和叶绿体O2产生总量的变化。请分析回答下列问题。
(1)图甲装置中在灯与试管之间放了盛水玻璃柱，目的是____________________
___________________________________________________________________。
(2)图甲中，为了改变光照强度有两种措施，具体是a________________，b________________。
(3)光反应产生的并能够为碳反应利用的物质是________________。
(4)图乙中光照强度为b时，该叶肉细胞光合作用速率________________(填“＜”“＝”或“＞”)细胞呼吸速率；光照强度为c时，单位时间内该叶肉细胞可释放________________单位的氧气。
(5)已知该叶肉细胞光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，在其他条件不变的情况下，将温度调节到25 ℃，则图乙中c对应的柱状体向________________(填“左”或“右”)平移。
解析：(1)图甲装置中在灯与试管之间放了盛水玻璃柱，目的是吸收灯光照射的热量，排除光照引起的温度变化对实验的影响。(2)图甲中，光照强度为变量，可通过移动灯泡来改变试管与光源之间的距离来改变光照强度或相同距离用不同功率的灯泡照射。(3)光反应产生能够为碳反应利用的物质是ATP和NADPH。(4)图乙中光照强度为b时，该叶肉细胞CO2释放量大于0，说明此时光合作用速率＜细胞呼吸速率；光照强度为c时，单位时间内该叶肉细胞产生O2量为6单位，由a点对应的状态分析可知，细胞呼吸需要的O2量也为6单位，则可释放0单位的氧气。(5)根据题干可知，当温度调节到25 ℃，细胞呼吸的酶活性减弱，光合作用的酶活性增强，细胞呼吸减弱，因此光补偿点时需要的光照强度将减弱；而图乙中c表示光补偿点时的光照强度，因此c点对应柱状体将向左平移。
答案：(1)吸收灯光照射的热量，排除光照对试管内水温的影响　(2)移动灯泡，改变试管与光源之间的距离　相同距离用不同功率的灯泡照射　(3)ATP和NADPH　(4)＜　0　(5)左
12．对光合作用的研究发现：叶绿体接受光照后，类囊体腔内的pH明显下降。下列有关该现象的原因叙述正确的是(　　)
A．NADPH分解释放H＋引起
B．大量CO2进入叶绿体基质引起
C．与ATP水解后产生磷酸有关
D．该现象与H2O的光解有关
D　[光反应在类囊体膜上合成ATP和NADPH，NADPH作为还原剂，在叶绿体基质中还原三碳化合物，其中的H参与构成有机物，不会释放出H＋，A错误。CO2进入叶绿体后，参与碳反应，在叶绿体基质中进行，最终被还原为糖类等有机物，不会进入类囊体腔内导致pH值下降，B错误。光反应产生的ATP参与碳反应，ATP水解发生在叶绿体基质中，不发生在类囊体腔内，C错误。光反应过程，H2O在光下分解产生H＋和氧气，H＋可以使类囊体腔内的pH值明显下降，D正确。]
13．取某种植物生长状态一致的新鲜叶片，用打孔器打出若干圆片，平均分成四组各置于相同的密闭装置内，在其他条件相同且适宜的情况下，分别置于四种不同的温度下(t1＜t2＜t3＜t4)。测得光照相同时间后各装置内O2的增加值及黑暗条件下各装置内O2的消耗值，结果如图所示，下列相关叙述错误的是(　　)
A．在实验温度范围内，呼吸作用强度随着温度的升高而升高
B．在四种温度下，植物在t3温度时光合作用生成的O2总量最多
C．t4温度下，将装置置于光下8 h后，再置于黑暗中8 h后装置内O2总量不变
D．光下叶肉细胞中O2浓度最高的场所是叶绿体的类囊体上
B　[黑暗中氧气的消耗值代表呼吸作用强度，据图可知，在实验温度范围内，呼吸作用强度随着温度的升高而升高，A正确；光合作用生成O2总量＝光照下O2的增加值＋黑暗下O2的消耗值，由图可知，植物在t4温度时光合作用生成O2总量最多，B错误；表格显示，t4温度下，光照下O2的增加值＝黑暗下O2的消耗值，故该温度下将装置置于光下8 h后，再置于黑暗中8 h后装置内O2总量不变，C正确；光反应的场所是类囊体膜，氧气是光反应的产物，故光下叶肉细胞中O2浓度最高的场所是叶绿体的类囊体上，D正确。]
14．如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。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，CO2供应增加
D．从D→E主要原因是光照减弱，气温下降
B　[从A→B主要原因是光照增强，气温上升，光合作用强度增强，A正确；从B→C主要原因是温度过高，蒸腾作用过强，气孔关闭，二氧化碳的供应减少，使光合作用强度减弱，B错误；从C→D主要原因是气孔逐渐打开，CO2供应增加，光合作用强度增强，C正确；从D→E主要原因是光照减弱，气温下降，光合作用强度减弱，D正确。]
15．图甲表示O2浓度对某种蔬菜产生CO2的影响，图乙表示当其他条件均适宜时，该种蔬菜在不同温度和不同光照强度条件下的光合速率变化情况。下列叙述正确的是(　　)
图甲
图乙
A．图甲中影响A点位置高低的主要环境因素是温度
B．图乙中若降低CO2浓度，则P点向下移动
C．图甲中B点所代表的含义与图乙中曲线与横坐标相交点的含义相同
D．图乙中与15 ℃相比，25 ℃条件下该植物的光照强度较高，导致光合速率较大
A　[A点氧浓度为0，此时该植物器官只进行厌氧呼吸，场所是细胞溶胶，影响厌氧呼吸的外界因素为温度，A正确；若降低CO2浓度，光合速率将下降，达到光饱和点需要光照强度降低，故P点向左下方移动，B错误；图甲中B点时，该种蔬菜细胞呼吸释放的CO2量最少，说明消耗有机物最少，图乙中曲线与横坐标中的交点表示CO2释放量为0，即细胞呼吸等于光合作用，C错误；与15 ℃相比，25 ℃条件下该植物的光合作用相关酶的活性较高，导致光合速率较大，D错误。]
易错点　对总光合速率、净光合速率与呼吸速率区分不清
16．某科研所研究了温度和光照等因素对刚毛藻光合作用的影响，结果如下图所示。回答下列问题。
图1　温度(℃)对刚毛藻光合作用的影响
图2　光照(lx)对刚毛藻光合作用的影响
(注：虚线代表总产氧速率，实线代表净产氧速率)
(1)刚毛藻的光合色素分布在叶绿体的__________上，功能是________________。
(2)分析图1可知，在实验温度范围内，刚毛藻的呼吸速率变化趋势是先增加后几乎不变，理由是_____________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)从实验应遵循的原则可知，图2所示的实验是在________℃下进行的。当光照大于______ lx时，限制刚毛藻产氧速率的环境因素不再是光照强度。
解析：(1)刚毛藻的光合色素分布在叶绿体的类囊体膜上，色素的功能是捕获光能。(2)分析图1可知，虚线代表总产氧速率，实线代表净产氧速率，相同温度下总产氧速率与净产氧速率的差值为呼吸速率，根据两条曲线可知差值开始时增加，后几乎不变，故在实验温度范围内，刚毛藻的呼吸速率变化趋势是先增加后几乎不变。(3)从实验应遵循的原则可知，图2自变量为光照强度，温度为无关变量，在温度为20 ℃时总产氧速率和净产氧速率都达到最大，所示的实验是在20 ℃下进行的。据图2可知，当光照大于6 000 lx时，继续增加光照强度，总产氧速率和净产氧速率不再增加，限制刚毛藻产氧速率的环境因素不再是光照强度。
答案：(1)类囊体膜　捕获光能
(2)相同温度下总产氧速率与净产氧速率的差值为呼吸速率，根据两条曲线可知差值开始时增加，后几乎不变
(3)20 ℃　6 000
6/26第2课时　光合作用的过程与影响光合作用的环境因素
1．说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转化并储存为糖分子中的化学能。 2．探究不同环境因素对光合作用的影响。 1．从物质与能量视角，探索光合作用与呼吸作用，阐明细胞生命活动过程中贯穿着物质与能量的变化。(生命观念、科学思维) 2．基于探究不同环境因素对光合作用的影响厘清探究的思路。(科学思维、科学探究)
一、光合作用的过程
光合作用分两个阶段进行。第一阶段是直接需要光的，称为________；第二阶段不需要光直接参加，是二氧化碳转变成糖的过程，称为________，也称暗反应。
1．光反应将光能转化为化学能，并产生氧气
光反应发生在类囊体膜——光合膜中。在这个阶段，叶绿体利用光能使水裂解产生________，同时生成__________，________是辅酶Ⅱ，它是________。
光反应过程有多步反应，主要变化包括________上光合色素吸收光能，光能将水裂解为H＋、电子(e－)和O2，________将NADP＋还原为NADPH，并产生________，O2被释放到细胞外。这样，光能就转化为__________中的化学能。
光反应产生的ATP和NADPH是碳反应中将二氧化碳还原为糖的________，NADPH在碳反应中是________。
2．碳反应将二氧化碳还原成糖
叶绿体基质中有许多种________是将二氧化碳还原为糖所必需的。碳反应在__________中进行。二氧化碳还原为糖的一系列反应称为卡尔文循环。
卡尔文循环从1个________开始。在酶的催化作用下，1个CO2分子与五碳糖结合，形成1个六碳分子，这个六碳分子随即分解成2个________分子。然后，三碳酸分子接受来自________和________的能量，被NADPH还原形成________。这是CO2分子进入卡尔文循环后形成的________，是这个循环中的关键步骤，这样光能就转化为糖分子中的________了。在三碳糖形成后，卡尔文循环中的许多反应，都是为了再生________，以保证此循环不断进行。
NADPH和ATP在完成了还原反应之后，又回到__________的状态，在光反应中可以重新形成NADPH和ATP。所以，卡尔文循环虽然不直接需要光，但只有在有光的条件下才能一轮一轮地循环。卡尔文因发现这个循环而获得诺贝尔化学奖。
________的形成标志着光合作用合成糖的过程已经完成。在叶绿体内，三碳糖作为原料用于淀粉、蛋白质和脂质的合成。大部分三碳糖运至叶绿体外，并且转变成蔗糖，供植物体所有细胞利用。
二、光合作用受环境因素的影响
1．活动　探究环境因素对光合作用的影响
探究问题
影响光合作用的环境因素有哪些？这些因素又是如何影响光合作用的？
活动提示
(1)根据同学们________________和人们的生产、生活经验，以小组为单位，列出影响光合作用的环境因素。
(2)选择其中一种因素，分析这种因素是如何影响光合作用的，并________。
(3)根据假设，设计单因子对照实验方案。
①实验时可供选用的材料用具有哪些？
②实验中，________是什么？
③实验中，可变因素是如何变化的？
④实验中，通过什么方法控制________的变化？
⑤实验中，通过什么方法测量________？
⑥设计的实验方案是什么？
(4)根据实验设计方案，设计________________。
(5)实验预期。
(6)根据实验设计方案进行实验。
2．光合速率与影响光合速率的因素
(1)光合速率或光合强度的含义：是指一定量的植物(如一定的叶面积)在________内进行的________，如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳。
(2)小资料　表观光合速率与真正光合速率
在光照条件下，人们测得的CO2吸收量是植物从________________，称为表观光合速率，又称净光合速率。
真正光合速率是指植物在光照条件下，________中吸收的CO2的量，加上________释放的CO2的量，即植物实际所同化的CO2的量，又称________。表观光合速率________真正光合速率。
(3)影响光合速率的因素
①光强度
光合速率随光强度的增加而增加，但在强度达到全日照之前，光合作用已达到________时的速率，即光强度再增加，光合速率也不会增加。因为在光饱和点的光强度下，光合作用的________反应已达到最快的速率，所以光强度再增加也不能使光合速率增加。
光强度对光合速率的影响
②温度
光合作用是________反应，其速率受温度影响，一定范围内随温度的_______。光合作用对温度比较敏感，温度过高则酶的活性减弱或丧失，所以光合作用有一个________。光合作用的最适温度因植物____________________________________________________________________而异。
温度对光合速率的影响
③CO2浓度
CO2直接影响________反应速率。空气中CO2浓度的增加会使光合速率________。目前大气中CO2的浓度约为0.035%，当这一浓度增加至________以内时，光合速率会随CO2浓度的增加而增加。
光强度、温度和CO2浓度对光合作用的影响是__________性的。在温度较高(如曲线1)或CO2浓度较高(如曲线2)的情况下，光强度对光合速率的影响就比较____________，而任何一个因素的减弱都可能限制光合作用。
多种环境因素对光合速率的综合影响
(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．光反应发生在叶绿体基质中，利用光能使水裂解产生氧，同时生成ATP和NADH。 (　　)
2．三碳糖的形成标志光合作用合成糖的过程已经完成。 (　　)
3．光合强度是指一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行的光合作用，如产生多少氧气。 (　　)
4．我们观测到的光合作用O2的产生量，是植物光合作用实际产生的总O2量。 (　　)
5．一般温带植物的最适温度常在25 ℃左右。 (　　)
　光合作用的原理
1．光反应和碳反应的比较
(1)区别
项目 光反应 碳反应
实质 光能转化为化学能，并释放出O2 同化CO2，合成有机物
反应时间 短促 较缓慢
需要条件 外界条件：光照； 内部条件：色素、酶 不需要光照； 内部条件：酶
反应场所 类囊体膜—光合膜中 叶绿体基质内
物质变化 ①水的光解：水分解成O2和NADPH ②ATP的合成：在相关酶的作用下，ADP和Pi形成ATP ①CO2的固定：CO2＋C52C3 ②C3的还原：2C3(CH2O)＋C5
能量变化 光能―→活跃的化学能 ATP中活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能
相应产物 O2、ATP和 NADPH 糖类等有机物
(2)联系：如图所示
1．观察下面的光反应阶段图解，回答下列问题：
(1)说出光反应阶段需要哪些能量和物质条件？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(2)水的光解与ATP的形成有怎样的相关性？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(3)NADPH的中文名称叫什么？具有怎样的作用？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(4)光反应阶段中物质和能量发生了怎样的变化？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2．观察下面的碳反应阶段图解，回答下列问题：
(1)美国科学家卡尔文用什么实验方法探明了CO2中的碳是如何转变成糖类的？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(2)简述卡尔文循环。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
3．说出光反应和碳反应在物质变化和能量转换方面存在什么联系？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1．如图所示为叶绿体中色素蛋白等成分在膜上的分布，下列相关叙述正确的是(　　)
A．生物膜为叶绿体内膜
B．可完成光合作用的全过程
C．发生的能量转换是光能→电能→化学能
D．产生的ATP可用于植物体的各项生理活动
2．用14C标记参加光合作用的二氧化碳，可以了解光合作用的哪一过程(　　)
A．光反应必须在有光条件下进行
B．碳反应不需要光
C．二氧化碳被还原成糖的过程
D．光合作用中能量的传递过程
3．其他条件适宜的情况下，供试植物正常进行光合作用时突然停止CO2的供应，并立即开始连续取样分析，在短时间内叶绿体中三碳酸和五碳糖含量的变化是(　　)
A．都减少
B．都增加
C．三碳酸减少，五碳糖增加
D．三碳酸增加，五碳糖减少
　光合作用物质含量变化的判断
(1)光照强度变化
图1　　　　　　　图2(2)CO2浓度变化
图3　　　 　　　　　　图4
①图1中曲线甲表示C3(三碳酸)，曲线乙表示C5(五碳糖)、[NADPH]、ATP。
②图2中曲线甲表示C5(五碳糖)、[NADPH]、ATP，曲线乙表示C3(三碳酸)。
③图3中曲线甲表示C5(五碳糖)、[NADPH]、ATP，曲线乙表示C3(三碳酸)。
④图4中曲线甲表示C3(三碳酸)，曲线乙表示C5(五碳糖)、[NADPH]、ATP。
　影响光合作用的因素
1．多因素对光合作用强度的影响
(1)综合分析三图，可知：在P点之前，限制光合速率的因素为横坐标所表示的因素，随着其不断增大，光合速率不断提高。
(2)在Q点之后，若想提高光合速率，可适当提高除横坐标之外的其他因素。
2．表观光合速率与真正光合速率
(1)真正光合速率＝表观光合速率＋呼吸速率。
(2)CO2吸收量在C点前的主要限制因素是光照强度，在C点后的主要限制因素为温度和CO2浓度等。
1．如图为光照强度与绿色植物光合作用强度的关系曲线，分析该图并回答下列问题：
(1)图中A、B、C点分别代表的意义。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(2)分析A→B、B→C′区间细胞呼吸和光合作用的强度大小。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(3)C′点前后限制光合作用的主要因素。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(4)晴天无云而太阳光照射强烈时，光合作用强度便形成双峰曲线：一个高峰在上午，一个高峰在下午。中午前后光合速率下降，呈现“午休”现象，请解释原因。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2．如图为CO2浓度对光合作用强度的影响
(1)根据右图描述CO2浓度对光合作用强度的影响。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(2)分析CO2浓度为A时，对应纵坐标的CO2表现为既不吸收也不释放的原因。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(3)若在B点后适当增加光照强度，曲线会怎样变化？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
3．如图为温度对光合作用强度的影响
(1)温度影响光合作用强度的实质是什么？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(2)从温度方面考虑，如何能有效提高大棚蔬菜的产量？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1．如图所示为研究光照强度和CO2浓度对某植物光合作用速率的影响。下列有关叙述中错误的是(　　)
A．曲线中a点转向b点时，光反应增强，碳反应增强
B．曲线中b点转向d点时，叶绿体中C5浓度降低
C．在一定范围内增加光照和CO2浓度，有利于提高光合速率
D．曲线中c点产生的限制因素可能是叶绿体中酶的数量
2．科研人员研究温度对甲、乙两种植物净光合速率的影响，得到实验结果如图。据图推测合理的是(　　)
A．甲植物和乙植物在30 ℃时，光合作用生成的有机物量相等
B．温度长时间保持在45 ℃时，甲植物和乙植物都可以正常生长
C．50 ℃之前，限制乙植物净光合速率的主要外界因素是CO2浓度
D．若将甲、乙植物同置于凉爽地带，则受影响较大的是甲植物
3．甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。
回答下列问题。
(1)当光照强度大于a时，甲、乙两种植物中，对光能的利用率较高的植物是
___________________________________________________________________。
(2)甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，那么净光合速率下降幅度较大的植物是________，判断的依据是___________________________________________________________________。
(3)甲、乙两种植物中，更适合在林下种植的是___________________________________________________________________。
(4)某植物夏日晴天中午12∶00时叶片的光合速率明显下降，其原因是进入叶肉细胞的____________(填“O2”或“CO2”)不足。
在甘蔗、玉米等植物的叶肉细胞中，叶绿体固定CO2的最初产物是含4个碳的草酰乙酸，然后转化为苹果酸进入维管束鞘细胞的叶绿体中释放CO2(简称C4途径)，再进行卡尔文循环(C3途径)。C4途径起到CO2泵的作用，提高了C4植物利用CO2的能力。如图所示：Ｋ
通过材料和图例的分析可知C4途径和C3途径的关系，由此可形成科学思维的学科素养。
(1)甘蔗、玉米等植物中CO2固定形成的产物是什么？(科学思维)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(2)据图推测，叶肉细胞中的叶绿体能进行碳反应吗？(科学思维)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(3)在炎热的夏季，C4植物有哪些优势？(科学思维)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
[课堂小结]
1．光合作用分两个阶段进行。第一阶段是直接需要光的，称为光反应；第二阶段不需要光直接参加，是二氧化碳转变成糖的过程，称为碳反应，也称暗反应。
2．光反应过程主要变化包括光合膜上光合色素吸收光能，光能将水裂解为H＋、电子(e－)和O2，H＋和e－将NADP＋还原为NADPH，并产生ATP，O2被释放到细胞外。这样，光能就转化为ATP和NADPH中的化学能。光反应产生的ATP和NADPH是碳反应中将二氧化碳还原为糖的能源物质，NADPH在碳反应中是还原剂。
3．碳反应在叶绿体基质中进行。卡尔文循环从1个五碳糖开始。在酶的催化作用下，1个CO2分子与五碳糖结合，形成1个六碳分子。这个六碳分子随即分解成2个三碳酸分子。然后，三碳酸分子接受来自ATP和NADPH的能量，被NADPH还原形成三碳糖。在三碳糖形成后，卡尔文循环中的许多反应，都是为了再生五碳糖，以保证此循环不断进行。
4．三碳糖的形成标志着光合作用合成糖的过程已经完成。在叶绿体内，三碳糖作为原料用于淀粉、蛋白质和脂质的合成，大部分三碳糖运至叶绿体外，并且转变成蔗糖，供植物体所有细胞利用。
5．光合速率或称光合强度是指一定量的植物(如一定的叶面积)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。在光照条件下，人们测得的CO2吸收量是植物从外界环境吸收的CO2总量，称为表观光合速率，又称净光合速率。真正光合速率是指植物在光照条件下，从外界环境中吸收的CO2的量，加上细胞呼吸释放的CO2的量，即植物实际所同化的CO2的量，又称总光合速率。表观光合速率小于真正光合速率。
6．光合速率受到多种环境因素的影响，其中最重要的因素是光强度、温度和空气中的CO2浓度。
1．下列有关光合作用的叙述中，正确的是(　　)
A．光反应不需要酶，碳反应需要酶
B．光反应在光下进行，碳反应在黑暗中进行
C．光反应固定CO2，碳反应还原CO2
D．光反应产生ATP，碳反应消耗ATP
2．光合作用碳反应中，与CO2固定有关的物质是(　　)
A．水　　 B．NADPH
C．ATP D．五碳糖
3．正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是(　　)
A．O2的产生停止
B．CO2的固定加快
C．ATP/ADP比值下降
D．NADPH/NADP＋比值下降
4．将一盆栽植物连同花盆一起置于密闭的玻璃钟罩内(内有充足的二氧化碳且浓度恒定，温度等条件适宜，植物和花盆未经消毒)，测得光照强度与钟罩内氧气的释放速率关系如图所示。下列有关该图的分析正确的是(　　)
A．a点表示植物的光合作用速率与呼吸作用速率相同
B．光照强度为a时叶肉细胞内光合速率大于呼吸速率
C．bc段限制植物光合速率的因素不可能是光合色素和酶的含量
D．某光照强度下测得的氧气增加量就是该植物光合作用总产氧量
5．为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：
A组：先光照后黑暗，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50%。
B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70%。
C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94%。
D组(对照组)：光照时间为135 s；光合作用产物的相对含量为100%。
回答下列问题：
(1)单位光照时间内，C组植物合成有机物的量________(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是________________________；C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要________，这些反应发生的部位是叶绿体的________。
(2)A、B、C三组处理相比，随着__________________的增加，使光下产生的__________________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
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