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(共42张PPT)
五、光合作用将光能转化为化学能
导学2　光反应和碳反应、环境因素对光合作用的影响
细胞的代谢
第三章
知 识 点 一
知识点一　光反应和碳反应
1. 光反应将光能转化为化学能，并产生氧气
(1)场所：____________——光合膜。
(2)物质变化。
①水的裂解：水裂解为________________________。
②NADPH和ATP的合成：H＋和e－将_________还原为NADPH，并产生ATP。
类囊体膜
H＋、电子(e－)和O2　
NADP＋
(3)能量变化：光能转化为_________和_______中的化学能。
(4)产物去向及作用。
①光反应产生的______被释放到细胞外。
②光反应产生的______________是碳反应中将CO2还原为糖的____________，NADPH在碳反应中是__________。
NADPH
ATP
O2
ATP和NADPH
能源物质
还原剂
2. 碳反应将二氧化碳还原成糖
(1)场所：______________。
(2)卡尔文循环：二氧化碳还原为糖的一系列反应称为卡尔文循环。
①CO2被固定：1个CO2分子与__________结合→1个六碳分子→2个__________分子。
②三碳酸被还原：三碳酸分子接受来自NADPH和_______的能量→被NADPH还原形成__________(卡尔文循环中形成的第一个糖)。
叶绿体基质
五碳糖
三碳酸
ATP
三碳糖
③再生五碳糖：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。
(3)光合产物的利用：在叶绿体内，三碳糖能作为合成________、__________和________的原料。大部分三碳糖运至__________外，并且转变成________，供植物体所有细胞利用。
五碳糖
淀粉
蛋白质
脂质
叶绿体
蔗糖
【判断正误】
(1)在蓝细菌中，水的裂解发生在叶绿体的光合膜中。 (　 　)
(2)光反应必须在有光的条件下进行，碳反应的持续进行不需要光。 (　 　)
(3)卡尔文循环中碳的转移途径为CO2→三碳酸分子→五碳糖→三碳糖。 (　 　)
(4)在叶肉细胞的叶绿体中，三碳糖转变为蔗糖并运输到植物体各处。 (　 　)
(5)光合作用的碳反应受光反应的制约，但光反应不受碳反应的制约。 (　 　)
×
×
×
×
×
【例1】　将某植物栽培在适宜的光照、温度和CO2充足的条件下。如果将环境中的CO2含量突然降至极低水平，此时叶肉细胞内的三碳酸、五碳糖和ATP含量的变化情况(　 　)
A. 增多、减少、增多 B. 减少、增多、增多
C. 减少、增多、减少 D. 增多、减少、减少
B
【解析】 CO2含量的改变直接影响的是碳反应中CO2的固定过程。CO2含量降低时，CO2的固定过程减弱，则反应物(五碳糖)消耗减少，剩余的五碳糖相对增多，三碳酸生成量减少。由于三碳酸的生成量减少，三碳酸的还原反应减弱，则消耗的NADPH和ATP量减少，短时间内光反应强度不变，所以NADPH和ATP剩余的量增多，生成物三碳糖减少。所以ATP的含量增多、三碳酸的含量减少、五碳糖的含量增多，B正确。
【规律方法】　“过程法”分析各物质含量变化
如图所示，Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示三碳酸的还原。
当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：
知 识 点 二
知识点二　影响光合速率的环境因素
1. 光合速率(光合强度)
(1)含义：指一定量的植物(如一定的叶面积)在____________内进行的光合作用，如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳。
(2)表示方法：单位时间内释放的氧气量或________________。
单位时间
消耗的二氧化碳量
2. 影响光合速率的主要因素
(1)光强度：在一定范围内，光合速率随光强度的增加而________；当光强度升高到一定数值后，光强度再增加，光合速率______________，此时的光强度称为____________。
(2)温度：植物光合作用都有一个________温度。低于该温度，随着温度升高，光合速率________；超过该温度，酶的活性______________。
(3)CO2浓度：一定范围内，空气中CO2浓度的增加会使光合速率________。
增加
也不会增加
光饱和点
最适
加快
减弱或丧失
加快
3. 活动：探究光强度对光合作用的影响
(1)实验假设：一定范围内，光合速率随光强度的增加而_____。
(2)实验方案。
①组装如图所示的装置3套，分别编号为甲、乙、丙；
增加
②分别向3支试管内加入________的金鱼藻和5%的NaHCO3溶液；
③记录有色液滴的起始位置；
④取3只100 W灯泡，分别置于距甲、乙、丙10 cm、20 cm、50 cm处，照射一段时间后，记录液滴的位置。
等量
4. 影响光合作用的曲线分析
影响因素 曲线 曲线解读 在生产上的应用
光强度 A点：只进行细胞呼吸；AB段：随光强度增加，光合速率也逐渐增加；B点(光补偿点)：光合速率等于细胞呼吸速率；BC段：光强度不断加强，光合速率不断增加，C点对应的光强度为光饱和点 温室栽培时人工补光，延长光合作用时间；通过轮作，延长全年单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间
影响
因素 曲线 曲线解读 在生产上
的应用
CO2
浓度
①图1和图2都表示在一定范围内，光合速率随CO2浓度的增加而增加，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合速率不再增加；
②图1中A点表示光合速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点；图2中的A'点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。图1中的B点和图2中的B'点都表示CO2饱和点 施用有机肥；在温室栽培植物时，可以适当提高室内CO2浓度；大田生产“正其行，通其风”，即提高CO2浓度，增加产量
影响因素 曲线 曲线解读 在生产上
的应用
温度
温度主要通过影响与光合作用有关酶的活性来影响光合速率 增加昼夜温差，保证植物有机物的积累
【判断正误】
(1)光合速率受光强度、温度、CO2浓度、水分和矿质元素等因素的影响。 (　 　)
(2)在一定范围内，光合速率随光强度的增加而增加，在光强度达到全日照时，才刚达到光饱和点时的速率。 (　 　)
(3)温度通过影响酶的活性来影响光合速率。 (　 　)
(4)CO2浓度增加时，碳反应速率增加，而光反应速率不变。
(　 　)
√
×
√
×
【例2】 　如图所示的曲线为某植物在恒温30 ℃、CO2浓度一定时光合速率与光强度的关系。下列叙述中，错误的是 (　 　)
(　 　)
A. 与b点相比较，c点时叶肉细胞中三碳酸的含量降低
B. 若将CO2浓度降低，则叶绿体中NADPH合成速率将会变小，
c点向左下方移动
C. 当光强度为X时，叶肉细胞中产生ATP的场所有细胞溶胶、
线粒体和叶绿体
D. 已知该植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25 ℃和
30 ℃，在其他条件不变的情况下，将温度调节到25 ℃，图
中a点将向上移动，b点将向右移动
D
【解析】 与b点相比，c点时光强度增强，光反应产生的NADPH、ATP增多，此时CO2的固定速率不变，三碳酸的还原速率增强，所以c点时三碳酸含量降低，A正确；若CO2浓度降低，合成的三碳酸减少，随之消耗的NADPH、ATP减少，所以NADPH 合成速率将会变小，c点向左下方移动，B正确；当光强度为X时，叶肉细胞既进行光合作用，也进行需氧呼吸，所以此时叶肉细胞产生ATP的场所有细胞溶胶、线粒体和叶绿体，C正确；将温度由30 ℃调节到25 ℃时，光合作用速率增强、呼吸作用速率降低，所以a点向上移动，b点向左移动，D错误。
自 我 检 测
1. 研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列叙述中，正确的是(　 　)
A. 产生乙醇酸的场所相当于叶绿体的类囊体膜
B. 该反应体系需不断消耗CO2和水
C. 类囊体产生的ATP和NADPH参与CO2的固定
D. 与叶绿体相比，该反应体系不含光合色素
B
【解析】 乙醇酸是在光合作用碳反应中产生的，碳反应的场所在叶绿体基质，所以产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质，A错误；该反应体系中进行光合作用的整个过程，光反应需要消耗水，碳反应需要不断消耗CO2，B正确；类囊体产生的ATP和NADPH参与三碳酸的还原，不参与CO2的固定，C错误；该体系含有类囊体，类囊体膜上有光合色素，D错误。
2. 如图所示为大豆叶片叶肉细胞光合作用碳反应阶段的示意图。下列叙述中，正确的是(　 　)
(　 　)
A. CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为三碳酸中的化
学能
B. 卡尔文循环产生的三碳糖大部分运输到叶绿体外合成蔗糖
C. 光强度突然由强变弱导致光合速率下降，短时间内五碳糖含
量升高
D. 被还原的三碳酸在有关酶的催化作用下，可再形成五碳糖
D
【解析】 CO2的固定过程不消耗ATP，A错误；卡尔文循环过程中产生的三碳糖大部分用于再生五碳糖，而离开卡尔文循环的三碳糖大部分被运出了叶绿体用于合成蔗糖，B错误；光强度由强变弱，光反应速率减慢，NADPH和ATP的产生量减少，使碳反应阶段三碳酸的还原速率减慢，生成的五碳糖减少，而CO2的固定短时间内正常进行，消耗的五碳糖不变，导致五碳糖含量减少，C错误；在有关酶的催化作用下，三碳酸接受ATP水解释放的能量并且被NADPH还原，一些接受能量并被还原的三碳酸经过一系列变化形成糖类，另一些接受能量并被还原的三碳酸则经过一系列的化学变化又形成五碳糖，D正确。
3. (2025·杭州高一月考)用打孔器在某植物的叶片上打出多个圆片，并用气泵抽出叶片内气体直至沉底，然后将等量的叶圆片分别转移至含有等浓度的NaHCO3溶液的多个培养皿中，给予一定的光照，在相同且适宜的条件下，测量不同温度下的叶圆片全部上浮至液面所需时间的平均值，如图所示。下列说法中，正确的是 (　 　)
(　 　)
A. 上浮至液面所需的时间可反映净光合速率的相对大小
B. 在ab段，随着水温的升高，净光合速率逐渐减小
C. 叶片真正光合作用的最适温度一定位于bc段
D. 在cd段，主要是NaHCO3浓度下降，CO2减少导致上浮所需
时间延长
A
【解析】 根据分析叶圆片上浮的原理可知，叶圆片上浮至液面所需时间长短可反映净光合速率的相对大小，A正确；ab段，随着水温的增加，叶圆片上浮至液面所需时间缩短，说明氧气产生速率加快，净光合速率逐渐增大，B错误；叶圆片上浮至液面所需时间长短可反映净光合速率的相对大小，而真正光合速率=净光合速率＋细胞呼吸速率，由于温度变化也会影响与细胞呼吸有关酶的活性，所以叶片真正光合作用的最适温度不一定位于bc段，C错误；不同温度条件下的实验组中含有等浓度的NaHCO3溶液，所以在cd段是由于温度过高，光合作用相关酶的活性降低，导致叶圆片上浮所需时间延长，D错误。
4. 如图所示为有关环境因素对植物光合作用影响的关系图，下列叙述中，错误的是 (　 　)
(　 　)
A. 若图1表示植物阴天时的光合速率，则晴天时，a点左移，b
点右移
B. 图2中，若CO2浓度适当增大，则a点左移，b点右移
C. 图3中，CO2浓度由b点变为a点时，短时间内叶绿体中三碳
酸分子的含量增加
D. 图4中，当温度高于25 ℃时，光合作用制造的有机物的量开
始减少
D
【解析】 阴天时植物的光合作用强度较低，晴天时光强度增加，光合作用强度增加，故图1中b点(CO2饱和点)右移，a点(CO2补偿点)左移，A正确；图2中a点为光补偿点，b点为光饱和点，若CO2浓度适当增大，则光合作用强度也随之增强，所以a点左移，b点右移，B正确；图3中，CO2浓度由b点变为a点后，CO2浓度增加，碳反应过程中CO2固定形成三碳酸分子增加，故三碳酸
分子的含量相对增加，C正确；图4中光照下CO2的吸收量为植物净光合量(植物有机物积累量)，黑暗中CO2的释放量为植物细胞呼吸量，所以当温度高于25 ℃时，植物光合作用积累的有机物的量开始减少，而不是植物光合作用制造的有机物的量(植物总光合量)开始减少，D错误。
5. 研究发现，光照较弱时，绿色植物叶肉细胞中的叶绿体会汇集到细胞顶面(受光面)，以最大限度地吸收光能，保证光合作用的高效率，这种行为称为积聚响应；而光强度很高时，叶绿体会移动到细胞侧面，以避免强光的伤害，这种行为称为躲避响应。下列说法中，错误的是 (　 　)
(　 　)
A. 叶绿体在细胞中的移动可能是借助细胞质基质的流动实现的
B. 黑暗会影响叶绿素的合成
C. 将光强度很高的红光改成同等强度的绿光时，叶绿体会出现
躲避响应
D. 光强度超过光饱和点后，光合作用速率不变可能与叶绿体的
躲避响应有关
C
【解析】 叶绿体在细胞中的移动可能是借助细胞质基质的流动实现的，可以以叶绿体的运动作为细胞质流动的标志，A正确；叶绿素的合成需要光照，因此黑暗会影响叶绿素的合成，B正确；光合色素对绿光吸收很少，将光强度很高的红光改成同等强度的绿光，相当于降低光强度，叶绿体会出现积聚响应，C错误；光强度超过光饱和点后，叶绿体可能移动到细胞侧面，躲避强光的伤害，使得捕获的光能减少，导致光合作用速率不会随着光强度的增强而提高，D正确。
6. 为研究干旱对小麦产量的影响，科研人员以小麦品种JM47和YZ4110为实验材料进行相关实验，如图所示为实验结果。ATP合成酶(ATPase)可催化光反应中ATP的合成，其活性大小可反映小麦产量的高低。下列说法中，正确的是 (　 　)
(　 　)
A. 该实验的自变量是小麦品种和水分含量
B. 随着干旱程度的增加，ATPase的活性不断上升
C. 与灌浆后期相比，灌浆前期叶绿体基质中水分解的速率更快
D. 在干旱条件下，JM47的产量可能高于YZ4110的产量
D
【解析】 该实验的自变量是小麦品种、小麦发育时期和水分含量，A错误；随着干旱程度的增加，ATPase的活性不断降低，B错误；与灌浆后期相比，灌浆前期ATPase的活性高，则叶绿体的类囊体薄膜上水分解的速率更快，C错误；在干旱条件下，JM47中ATPase的活性高于YZ4110，则JM47的产量可能高于YZ4110的产量，D正确。

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