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第3课时
第5节 光合作用将光能转化为化学能
1.阐明光合作用受环境因素的影响
2.概述光合作用与呼吸作用的关系
【学习目标】
叶绿体
中的色素
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
光反应
暗反应
NADP+
NADPH
光能→ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
酶
类囊体薄膜
叶绿体基质
可见光
光合速率（光合强度）
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。
真正光合速率 = 净光合速率 + 呼吸作用速率
合成有机物的量
固定或消耗CO2量
产生O2的量
有机物积累量
CO2吸收量
O2的释放量
消耗有机物的量
黑暗下CO2的释放量
黑暗下O2的吸收量
=
+
=
+
=
+
光合作用受环境因素的影响
线粒体
叶绿体
O2
CO2
CO2
O2
真正光合速率 = 表观光合速率 + 呼吸速率
CO2
O2
产生氧气量
释放氧气量
光合>呼吸
0
O2释
放
O2吸收
A
B
C
光强度
呼吸速率
表观光合速率
真正光合速率
CO2吸
收
CO2释
放
光补偿点
光饱和点
真正光合速率 = 表观光合速率 + 呼吸速率
为什么光照到达C点后，光合强度就不再增强
C点后的主要限制因素：CO2浓度、温度等
A点:
AB段：
B点：
BC段：
仅呼吸
光合<呼吸
光合>呼吸
光合=呼吸
阳生植物光饱和点 阴生植物光饱和点
>
A
B
光照强度
光合速率
O
阳生植物
阴生植物
阴生植物与阳生植物
阴生
植物
阳生
植物
阴生植物是指在弱光条件下比强光条件下生长良好的植物。
阳生植物是指在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽和弱光条件下生长发育不良的植物称阳性植物。
a
b
c
d
e
f
g
h
光合作用
开始点
光合=呼吸
光照强度增强
蒸腾强，失水，气孔关闭
气孔重开，CO2吸收增多
光照强度减弱
CO2
吸收量
CO2
释放量
时间
NADPH、ATP ADP、NADP+ 三碳酸 五碳糖 三碳糖
光照↓
CO2↓
↓
↑
↑
↓
↑
↓
↓
↑
↓
↓
温度
通过影响酶的作用影响光合作用
O
温度
A
光合速率
B
C
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。
应用：
1.适时播种
2.温室中，白天适当提高温度，晚上适当降温
3.植物“午休”现象
CO2浓度
直接影响碳反应速率
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。
大气中的二氧化碳的浓度约为0.035%，当着一浓度增加至1%以内时，光合速率会随二氧化碳浓度的增加而增加，超过后植物不但不会增加，反而要下降，甚至引起植物CO2中毒而影响植物正常的生长发育。
CO2浓度
光合速率
O
光强度、温度和 CO2 浓度对光合作用的影响是综合性的
P点：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
Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子
提高农作物光合强度的措施
1.适当提高光照强度、延长光照时间
2.合理密植
3.适当提高CO2浓度（施农家肥，通风，用CO2发生器）
4.适当提高温度（白天升温，晚上降温）
5.适当增加植物体内的含水量（合理浇水）
6.适当增加矿质元素的含量（合理施肥）
条件 三碳酸 C5 NADPH、ATP 糖类合成量
停止光照、 CO2供应不变
突然光照、 CO2供应不变
光照不变、 停止CO2供应
光照不变、 CO2供应增加
光照和CO2不变、三碳糖输出受阻
长期光照/CO2供应不足
增加
减少
减少
减少
减少
增加
增加
增加
减少
增加
增加
减少
增加
减少
减少
增加
增加
减少
增加
减少
减少
减少
减少
减少
拓展提升
——光合作用的早期研究
早在18世纪，科学家就已发现了光合作用。发现光合作用的是英国科学家普利斯特利，但他当时并不知道光是必需的。荷兰的英格豪斯几年后证明了光合作用必须在光下才能发生。此后，许多科学家对光合作用进行了多方面的研究，取得了一些成就，但对光合作用实质的认识进展不大。
拓展提升
——光合作用的早期研究
对光合作用实质的认识开始于20世纪初期，那时的研究方法只是在各种不同条件下进行光合速率的测定。英国科学家伯莱克曼在这方面做出了突出的贡献。他在做了大量测定之后，发现温度对光合作用的影响与光强度有很大关系。光强度高时，光合速率在一定温度范围内随温度的升高而增加；光强度低时，光合速率与温度似乎无关。由此他推断出光合作用包括一个依赖于光的反应和一个与光无关的反应，也就是说，光合作用包括光反应和碳反应。
拓展提升
——光合作用的早期研究
在伯莱克曼的启发下，德国的瓦尔堡设法把光合作用的光反应、碳反应分开。他的办法是在“间歇光”下测定光合作用。间歇光是一种人工光源，能够实现极短时间的照光与极短时间的黑暗轮番交替，光和暗的时间均为十分之几或百分之几秒。结果发现；一定量的光，间歇照射比连续照射的效率要高。以后的实验证明，光反应的速率比碳反应的速率快得多，而且光反应与温度无关。光合作用中存在光反应和碳反应的发现对于之后的研究产生了深远的影响。
拓展提升
——光合作用的早期研究
19世纪，人们虽然已认识到叶绿体是发生光合作用的场所，但证据并不充分。1937年，英国的科学家希尔（R.Hill，1899-1991）用分离的叶绿体进行实验，证明在有氧化剂（如高铁盐）存在时，水可在光照条件下被氧化为O2。这个实验不仅直接证明了叶绿体是光合作用的细胞器，而且证明了光合作用所释放的氧来自于水。
20世纪40年代，利用氧同位素的示踪技术证明了光合作用中所释放的氧来自于水，而水的光氧化才是光合作用的光反应。
光照射下的小球藻悬液
C18O2
CO2
H2O
H218O
O2
18O2
拓展提升
——光合作用的早期研究
1945年以后，碳的放射性同位素14C被发现，于是卡尔文想到，如果让植物以14C标记的二氧化碳为原料进行光合作用，然后寻找14C转变的途径，就可以解决光合作用中的重要问题了。于是他和同事们进行研究，经过多年的努力，于1954年完全阐明了光合作用中碳的转变途径，即卡尔文循环。
光合作用中产生ATP的机制、光系统Ⅰ和光系统Ⅱ、光呼吸、C-4植物等，都是20世纪70年代以后的研究成果。目前的研究热点之一是光系统的细微结构。希望在不久的将来，人类可以进一步阐明光合作用的机理。
1.在我国西北地区，夏季日照时间长，昼夜温差大，那里出产的瓜果往往特别甜。这是因为（ ）
A.白天光合作用微弱，晚上呼吸作用微弱
B.白天光合作用微弱，晚上呼吸作用强烈
C.白天光合作用旺盛，晚上呼吸作用强烈
D.白天光合作用旺盛，晚上呼吸作用微弱
D
2.研究人员把某绿色叶片先在暗处放置几小时，然后让叶片一半曝光，对称的另一半遮光，并设法阻止两部分的联系，一段时间后，用碘蒸气处理该叶片。关于该实验的结果，下列分析错误的是（ ）
A.若观察到曝光部分呈深蓝色，遮光部分不显蓝色，可证明光合作用的产物有淀粉
B.若观察到遮光部分呈现出浅蓝色，原因可能是叶片在暗处放置的时间过短
C.若观察到曝光部分没有颜色变化，原因可能是光照强度较弱或CO2浓度较低
D.若曝光部分干重增加量等于遮光部分干重减少量，则表明曝光部分光合速率是呼吸速率的3倍
D
3.某生物兴趣小组利用如图的实验装置来探究绿色植物的呼吸作用和光合作用，排除物理因素（如环境温度和气压等）的影响（装置三中的CO2缓冲液可维持瓶内CO2浓度的恒定）。下列说法错误的是（ ）
A.装置一在遮光条件下能检测植物是否进行了有氧呼吸
B.遮光条件下装置一中的红色液滴静止不动、装置二中的红色液滴右移，表明植物只进行无氧呼吸
C.若黑暗条件下，装置三的红色液滴向右移动，则植物进行了有氧呼吸
D.若要测得总光合速率，可选择黑暗条件下的装置一和光照条件下的装置三
C
4.如图为温度对光合作用的影响曲线，下列叙述错误的是（ ）
A.呼吸作用的最适温度高于光合作用
B.温度等于25℃时，光合作用积累的有机物j的量在增加
C.温度高于35℃时，净光合速率增大
D.温度为30℃时，光合作用产生O2的速率约为6.50mL/h
C
5.光合作用过程包括光反应和碳反应，光反应与碳反应有非常紧密的联系。判断下列叙述不正确的是（ ）
A.光反应为卡尔文循环提供ATP和NADPH
B.停止光照，短时间内叶绿体中ATP和NADPH含量下降
C.停止光照，短时间内叶绿体中三碳酸含量上升
D.停止CO2供应，短时间内叶绿体中五碳糖含量下降
D

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