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光合作用
高中生物·一轮复习·第10讲
SW生老师
考点要求 考查形式 2025年 2024年 2023年
绿色中色素的提取与分离 选择题 非选择题 河北卷T5,2分 四川卷T16,10分 贵州卷T3,2分 江苏卷T12,2分
光合作用的原理 选择题 非选择题 浙江1月卷T22,11分 福建卷T11，2分 山西卷T5,6分
光合作用的影响因素及其应用 选择题 非选择题 河南卷T17,10分 天津卷T15,10分 湖北卷T11,2分
考情分析 1．从命题题型和内容上看，试题以非选择题为主，是常考内容，也会在选择题中出现。主要从以下几方面考查：色素的种类与作用、叶绿体色素的提取与分离、光合作用的过程、影响光合作用的因素等。
2．从命题思路上看，从以下几个方面进行考查
(1)以文字描述、过程图解等形式呈现，要求考生准确阐述相关过程，或分析某一环节受阻对整个光合作用的影响；
(2)引入大学教材中光合作用过程的文字或图解、光呼吸等内容，以信息题的形式考查考生对新知识的理解和应用能力。
复习目标 1.通过绿叶中色素的提取和分离实验，提高实验操作能力和对实验结果的分析能力。(科学探究)
2.通过分析光反应和暗反应中物质和能量的变化，理解物质与能量观。(生命观念)
3．理解C3、C5等物质的变化和光合作用的相关曲线。(科学思维)
4.通过分析光合作用与细胞呼吸的关系，形成结构与功能相适应、物质与能量相互依存的生命观念。(生命观念)
5．分析影响光合作用的因素的曲线模型，理解环境因素对光合作用的影响。(科学思维)
6．通过探究环境因素对光合作用强度的影响实验，培养实验设计和分析能力。(科学探究)
绿叶中色素的提取和分离
PART 01
2.实验原理
（2）分离：
（1）提取：
不同色素在层析液溶解度不同，在滤纸条上的扩散速度不同。
溶解度高的色素随着层析液在滤纸上扩散得快，反之扩散的慢。
纸层析法
绿叶中的色素能溶解于有机溶剂无水乙醇中
1.实验目的
（1）进行绿叶中色素的提取和分离。
（2）探究绿叶中含有几种色素。
3.材料用具
新鲜的绿叶(如菠菜的绿叶)
干燥的定性滤纸，试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管，剪刀，药匙，量筒(10mL)，天平等。
无水乙醇（也可用体积分数为95%的乙醇+适量无水碳酸钠来代替）
层析液（由20份在60~90℃下分馏出来的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成）
二氧化硅和碳酸钙
毛细吸管
1.色素提取时所用试剂及作用？
无水乙醇：
二氧化硅：
碳酸钙：
2.研磨时应注意什么？为何？
迅速：防止乙醇挥发
充分：保证色素释放得更加充分
3.过滤时尼龙布能否用滤纸替代
不能。因为滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低
溶解色素
使研磨更加充分
防止色素被破坏
4.实验步骤：
提取绿叶中的色素
分离绿叶中的色素
1.制备滤纸条时为什么要减去两角？
2.滤液细线的划线原则是什么？待滤液干后，再重画一到两次的目的是什么？
减少边缘效应，使层析液同时到达滤液细线，使得滤纸上扩散出的色素带整齐。
画滤液细线的原则是细、直、齐。
待滤液干后，再重画1-2次可以增加滤液细线中色素的含量。
3.为何滤液细线不能触及层析液？
防止色素溶解在层析液中，而不能在滤纸上扩散。
插滤纸条
层析液
培养皿
⑤观察与记录
记录色素带的数目、颜色和宽窄
排序和宽窄不同说明？
二氧化硅：有助于研磨充分
碳酸钙：防止色素被破坏
无水乙醇：溶解色素
观察与记录
记录色素条的数目、颜色和宽窄
5.分析实验结果
上
下
色素 色素 滤纸上 在层析液中的
种类 含量 扩散速度 溶解度
胡萝卜素（橙黄色） 最少 最快 最高
叶黄素（黄色） 较少 较快 较高
叶绿素a（蓝绿色） 最多 较慢 较低
叶绿素b（黄绿色） 较多 最慢 最低
叶绿素
类胡萝卜素
（约3/4）
（约1/4）
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
绿叶中的色素
6.实验结论
7.注意事项
（1）提取色素
选新鲜绿色叶片：
去除主叶脉：
研磨迅速、充分：
过滤时，不能用滤纸，要用单层尼龙布：
⑤收集滤液的试管管口加棉塞：
滤纸会吸附色素，降低绿叶中色素的含量，使实验效果不明显
单层尼龙布能过滤叶脉和SiO2等研磨液中的杂质
主叶脉不含光合色素，但会占一定质量，影响色素提取
新鲜绿叶绿色含量较高
防止乙醇挥发，并使色素充分溶解
防止乙醇挥发和色素氧化
（2）分离色素
滤纸预先干燥处理：
将滤纸一端剪去两角：
滤液细线要细、直、匀：
滤液细线干燥后再画1-2次：
滤液细线不触及层析液：
试管加棉塞（或小烧杯加盖）：
防止色素直接溶解于层析液中而无法分离
使层析液同步达到滤液细线，防止色素带不整齐
使分离出的色素带平整，不重叠
增加色素含量，使分离后色素带清晰分明
干燥滤纸透性好、吸收滤液多，使层析液在滤纸上快速扩散
防止层析液挥发
8.误差分析
（1）滤纸条上基本上没有色素带的可能原因：
忘记画滤液细线
滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中
未加SiO2，研磨不充分
材料过少/无水乙醇过多，色素溶液浓度小
画滤液细线次数偏少
（3）叶绿素a和叶绿素b色素带较浅或者没有的可能原因
（2）色素带较浅的可能原因：
选取的叶片是嫩黄叶或老叶
未加CaCO3，叶绿素部分被破坏
色素提取液放置过久，导致叶绿素分解
提出问题：
这4种色素对光的吸收有什么差别？
实验探究：
阳光(白光)在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。
实验探究：
由图可知，光合色素主要吸收
对照组
实验组
红光和蓝紫光
光谱
9.光合色素的吸收光谱分析
(1)一般情况下,光合色素只吸收 ，不吸收红外光和紫外光。
可见光(400-760nm)
(3)类胡萝卜素：
主要吸收 ，对 吸收很少，不吸收 。
(2)叶绿素：
主要吸收 ，对 吸收很少。
蓝紫光(430-470nm)和红光（640-680nm）
绿光
蓝紫光
绿光
红、黄光(大于550nm)
吸收、传递、转化光能
吸收、传递光能又可以叫做捕获光能
(4)光合色素的功能：
注意：
少数叶绿素a才能转化光能其他色素只能吸收、传递光能
有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。
思考：为什么不用发绿光的光源？
绿色光源发出绿色的光，这种波长的光线很少被光合色素吸收，因此无法用于光合作用中制造有机物。
蓝紫光照射下生长：脂肪和蛋白质含量会增加
红光照射下生长：糖类会增加
拓展1：色素与叶片的不同颜色
现象 原因
正常绿色
叶色变黄
叶色变红
正常绿叶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，所以正常叶片总呈绿色
秋天时，低温和植物体内积累的可溶性糖有利于花青素的形成，花青素在酸性的叶肉细胞中变成红色储存在液泡，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶子呈红色，如红枫、红叶李。
寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，叶片显示出类胡萝卜素的颜色，叶片变黄
花青素，是自然界一类广泛存在于植物液泡中的色素。水果、蔬菜、花卉中的主要呈色物质大部分与之有关。在植物细胞液泡不同pH条件下，花青素使花瓣、果实等呈现五彩缤纷的颜色。
(1)光照：
光是影响叶绿素合成的主要因素，一般在黑暗中植物不能合成叶绿素，因而叶片发黄。
(2)温度：
温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏而使叶片变黄。
(3)矿质元素：
叶绿素中含N、Mg等元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶片变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶片变黄。
影响叶绿素合成的因素
叶绿体的功能
PART 02
色素　 酶
1.分布：
2.形态：
3.结构：
②基粒：由两个以上的类囊体堆叠而成，类囊体薄膜上含有光合色素和光合作用所需的酶
③基质：含光合作用所需的酶，及少量DNA、RNA和核糖体
①内、外膜：透明，利于光线透过
4.功能：
光合作用的场所
主要存在于绿色植物叶肉细胞
一般呈扁平的椭球形或球形
一、叶绿体的结构适于进行光合作用
水绵是丝状绿藻，真核生物
每条水绵由许多个结构相同的长筒状细胞连接而成。
特点：叶绿体呈螺旋带状
二、叶绿体的功能
材料 水绵 +需氧细菌 水绵 +需氧细菌
步骤 将临时装片放在没有空气的黑暗小室中，用极细光束照射水绵。观察需氧细菌的分布。 将临时装片放在光下，观察需氧细菌的分布。
现象
结论 恩格尔曼第一个实验
需氧细菌集中在叶绿体被光束照射的部位，在未被光束照射的部位分布较少
需氧细菌分布在叶绿体所有受光部位
O2是叶绿体进行光合作用释放出来的，叶绿体是水绵进行光合作用的场所
无空气 黑暗
无空气 完全曝光
无空气 黑暗
思考：该实验需要设置对照组吗？
答：不需要，实验一中叶绿体可分为光照多和光照少的部位（相当于对比实验）
恩格尔曼第二个实验
用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在 。
实验结论：
叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用释放氧气
红光区和蓝紫光区
恩格尔曼的实验直接证明：叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气结合其他的实验证据，科学家们得出结论：叶绿体是光合作用的场所
思考：恩格尔曼在选材、实验设计上的巧妙之处　
巧选实验材料：选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位。
巧妙排除干扰因素：没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。
巧妙设计对比实验：用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；
临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。
光合作用的原理
PART 03
绿色植物通过 ，利用 ，将 转
化成 ，并且释放出 的过程。
1.概念：
叶绿体
光能
二氧化碳和水
储存着能量的有机物
氧气
2.反应式：
注：（CH2O）表示糖类，
光合作用产物一部分是淀粉，一部分是蔗糖
CO2 + H2O （CH2O)+O2
光能
叶绿体
叶绿体是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？
光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？
资料1：19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。
CO2
O2
C + H2O
甲醛
(CH2O)
1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。
初步判断：
氧来自二氧化碳的可能性较小，较可能来源于水。
1、探究光合作用的部分实验
离体的叶绿体
悬浮液
资料2：希尔反应
1937年，英国植物学家希尔发现，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。
O2
H+
不能。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。
讨论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？
能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。
讨论2. 希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？
资料3：鲁宾和卡门实验
相互对照（即对比实验）；
该实验采用了什么实验方法？如何对照？可以得出什么结论？
同位素标记（示踪）法；
光合作用释放的氧全部来自水，而并不来源于CO2。
资料4：
讨论4.尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
H2O O2 + H+ + 能量
光照
叶绿体
ADP+Pi ATP
1954年，美国科学家阿尔农(D. Arnon)发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。
1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
光照
ATP
水
光解
O2
根据是否需要____________，这些化学反应可以概括地分为____________和_____________（现在也称为碳反应）两个阶段。
光能
光反应
暗反应
2、光合作用的过程
1.光反应
类囊体薄膜
的色素分子
可见光
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
NADP+
酶
吸收
光解
H+
NADPH
酶
（氧化型辅酶Ⅱ）
（还原型辅酶Ⅱ）
条件：
光、色素、多种酶
场所：
类囊体薄膜
物质转化
水的光解：
ATP的合成：
H2O O2 + H+ + e-
光
光能
能量转化:
ATP、NADPH中活跃的化学能
ADP + Pi + 能量 ATP
酶
NADPH的合成：
NADP+ + H+ + 2e- NADPH
酶
1946年开始，美国的卡尔文等用放射性同位素14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为卡尔文循环。
资料5：卡尔文实验
光合产物中有机物的碳来自CO2。
结论：
固定
2.暗反应
ADP+Pi
ATP
NADP+
能量
C5
2C3
多种酶
(CH2O)糖类
CO2
还原
酶
NADPH
酶
能量
条件：
场所：
叶绿体基质中
有光无光都可以，多种酶等
CO2的固定：
C3的还原：
2C3 (CH2O)+C5
酶
ATP、NADPH
有机物中稳定的化学能
CO2＋C5 2C3
酶
物质转化
ATP、NADPH中活跃的化学能
能量转化：
光合作用的全过程
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
1.NADPH和ATP的移动途径是什么？
2.NADP+和ADP的移动途径呢？
3.NADPH的作用？
从类囊体薄膜到叶绿体基质。
从叶绿体基质到类囊体薄膜。
①在C3的还原中作还原剂；②为C3的还原提供能量
光合作用中元素的转移
CO2 + H2O
光能
叶绿体
（CH2O）+ O2
3.光反应与暗反应的比较
反应阶段
反应部位
反应条件
物质变化
能量变化
产 物
联 系 光合作用实质 光反应
暗反应
类囊体薄膜上
叶绿体基质
必须有光、光合色素、酶
有光或无光均可，多种酶
光能→ATP和NADPH中活跃的化学能
ATP和NADPH中活跃的化学能→稳定的化学能
NADPH、ATP、O2
ADP、Pi 、NADP+（CH2O ） 、C5
光反应为暗反应提供ATP和NADPH，暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+
把无机物转变成有机物，把光能转变成化学能贮存起来
条件骤变对光合作用中各物质的影响
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
NADP+
NADPH
酶
可见光
CO2浓度不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
光照减弱 减少 增加 减少 减少
光照增强 增加 减少 增加 增加
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
NADP+
NADPH
酶
可见光
光照不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
CO2浓度减少 增加 减少 增加 减少
CO2浓度增加 减少 增加 减少 增加
条件骤变对光合作用中各物质的影响
探究环境因素对光合作用的影响
PART 04
1.实验原理：
根据单位时间小圆形叶片浮起的数量的多少，探究光照强度与光合作用强度的关系。
叶片含有空气，上浮
抽气
叶片下沉
叶片上浮
光合作用产生O2
O2充满细胞间隙
2.材料用具：
打孔器、5W LED台灯、米尺、烧杯、绿叶等
3.方法步骤：
0.6cm的打孔器打孔
打出圆形小叶片30片
黑暗保存叶片
叶片置于注射器内
抽出叶片的气体
叶片均分为3组
1.取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）
向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片
2.分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照
强光
中等光
弱光
3.观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量。
或上浮相同数量的小圆形叶片各实验装置所用时间。
【LED灯作为光源（冷光源，排除温度干扰），分别用不同光照强度（调节
光源与烧杯的距离）去照射叶片。】
方法步骤：
4.实验结果：
5.实验结论：
在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增加而增强
光合作用速率的测定
PART 05
CO2＋H2O （CH2O）＋O 2
光能
叶绿体
固定CO2的量
制造或产生有机物（糖类）量
产生O2的量
单位时间内光合作用
光合作用强度的表示方式
线粒体
叶绿体
产生O2
释放O2
（可以测得）
叶肉细胞
CO2
吸收CO2
（可以测得）
测量到的光合作用指标是净光合作用速率，称为表观光合速率。
光合作用速率的测定
光合作用强度的测定装置
真正（总）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
=
=
=
+
+
+
影响光合作用强度的因素
PART 06
CO2浓度
水分
光
光质
光照强度
光照时间
光照面积
酶
色素
温度
矿质元素
气孔开闭情况
（1）光照强度
光照强度
0
CO2吸收速率
CO2
释放
速率
A
B
C
呼吸速率
光补偿点
光饱和点
净光合速率
总光合
速率
B：光合作用=呼吸作用
D：光合速率开始达到最大时对应的光照强度
D
AB：呼吸作用>光合作用
BC：光合作用>呼吸作用
呼吸
速率
A:只进行呼吸作用
讨论：1、C点之前和之后限制光合作用因素分别是？
C点前：光照强度
C点后：CO2浓度、温度等
2、能否在图中找出总光合速率？
A:只进行呼吸作用
B：光合作用=呼吸作用
细胞呼吸释放的CO2
全部用于光合作用
BC：光合作用>呼吸作用
AB：光合作用<呼吸作用
解读：曲线与细胞图示相结合
光照强度
0
A
B
C
阳生植物
呼吸速率
光补偿点
光饱和点
阴生植物
A1
B1
C1
D
提示：
阴生植物的呼吸作用较弱，光补偿点B1在B点左侧；对光的利用能力也不强，最大光合速率C1往左下移。
应用：
合理密植、间作套种、适当剪枝
讨论：若该曲线表示的是阳生植物的光合速率，阴生植物的曲线该如何画？据此生产上有哪些应用？
CO2吸收速率
CO2
释放
速率
（2）CO2浓度
CO2浓度
A
B
吸收速率
CO2
C
释放速率
CO2
D
A点：
对应的CO2浓度为能进行光合作用的最低CO2浓度。
CO2补偿点
光合作用速率＝呼吸作用速率
最大光合速率
B点：
C点：
应用：
1.多施有机肥或农家肥；
2.大田中还要注意通风透气。
讨论：C点之后光合速率的限制因素有哪些？（提示：外因、内因）
外因：主要为光照强度和温度，
内因：酶的数量和活性。
对应的D点为CO2饱和点
为什么？
（3）温度
O
温度
A
光合速率
B
C
原理：
温度通过影响 影响光合作用主要制约 反应。
应用：
适时播种；温室中,白天适当提高温度,晚上适当降温，从而提高作物产量（有机物积累量）。
酶的活性
暗
温度过高，为减少蒸腾作用，
气孔关闭，CO2供应不足，
光合速率下降，出现“午休”
现象
时间
光合
作用强度
BC段：
光照强度不断减弱
AB段：
光照强度不断增大
DE段：
【典型曲线分析】
光照强度、温度
从图中可以看出，限制光合作用的因素有 。
提出提高光合作用强度的合理措施 。
补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等
①N、Mg、Fe等是叶绿素合成的必需元素，若这些元素缺乏，会影响__________的合成从而影响光合作用。
②水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，也参与光合作用过程中反应物和生成物的运输；水还会影响__________，从而影响CO2进入植物体，间接影响光合作用。
叶绿素
气孔开闭
(4)水及矿质元素
应用：
在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料；合理灌溉可以提高作物的光合作用效率。
(5)多因子对光合速率的影响
提高
提醒　①不同因素的作用具有互补效应。如当光照强度降低时,可通过增加CO2浓度补偿。②不同条件下关键影响因素不同。如其他条件适宜,CO2达到饱和点,此时限制因素最可能是五碳化合物的含量。
1.光合作用曲线中的“关键点”移动
(1)CO2(或光)补偿点和饱和点的移动方向:有左移、右移之分,其中CO2(或光)补偿点B是曲线与横轴的交点,CO2(或光)饱和点C则是最大光合速率对应的最低CO2浓度(或光照强度),位于横轴上。
核心突破
①呼吸速率增加,其他条件不变时,CO2(或光)补偿点B应右移,反之左移。
②呼吸速率基本不变,相关条件的改变使光合速率下降时,CO2(或光)补偿点B应右移,反之左移。
③若改变某一外界因素(如温度),使光合作用与呼吸作用均受影响,则补偿点移动要视具体情况而定。例如,提高温度,光合速率的增加值小于呼吸速率增加值,则B点右移,反之左移。
④若外界因素改变,导致植物最大光合速率减小,达到最大光合速率所需的CO2浓度(或光照强度)也会降低,C点左移,反之右移。
⑤阴生植物与阳生植物相比,CO2(或光)补偿点和饱和点都应向左移动。
(2)其他点的移动也要分情况。例如,呼吸速率基本不变,相关条件的改变使光合速率下降时,曲线上的A点不动,D点向左下方移动,反之,向右上方移动。
2.影响光合作用强度的因素
(1)外因:光照强度、温度、CO2浓度等。
(2)内因:酶的活性和数量、色素的种类和数量、五碳化合物的含量等。
影响因素 产生的影响 影响过程
光照强度 影响水光解后产生NADPH的过程,影响ATP的形成 主要是光反应阶段
CO2浓度 影响C3的合成 主要是暗反应阶段
温度 影响光合作用酶的活性 主要是暗反应阶段
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的合成作用。例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
硝化细菌
2HNO2+O2 2HNO3+能量
硝化细菌
CO2+H2O （CH2O)+ O2
能量
讨论：进行化能合成作用的生物属于自养还是异养生物？
异养生物：只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。
自养生物：以无机物转变成为自身的组成物质。
拓展：化能合成作用
光系统是由蛋白质和叶绿素等光合色素组成的复合物，具有吸收、传递和转化光能的作用，包括光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)。

注：图中虚线表示该生理过程中电子(e－)的传递过程。
拓展：光系统及电子传递链
(1)光系统Ⅱ进行水的光解，产生O2、H＋和自由电子(e－)，光系统Ⅰ主要介导NADPH的产生。
(2)电子(e－)经过电子传递链：H2O→光系统Ⅱ→PQ(质体醌)→细胞色素b6f复合体→PC(质蓝素)→光系统Ⅰ→Fd(铁氧还蛋白)→NADPH。　
(3)电子传递过程是从高电势到低电势(光系统Ⅱ和光系统Ⅰ中的电子由于光能的作用，从而逆电势传递，这是一个吸能的过程)，因此，电子传递过程中释放能量，PQ利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度梯度从叶绿体基质侧泵入类囊体腔侧，从而建立了质子浓度(电化学)梯度。当然，光系统在类囊体腔侧进行水的光解产生质子(H＋)以及在叶绿体基质侧将H＋和NADP＋结合形成NADPH的过程，为建立质子浓度(电化学)梯度也有所贡献。
(4)类囊体薄膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度梯度流出产生的能量来合成ATP。
光合作用与细胞呼吸的综合运用
PART 07
1.光合作用与细胞呼吸的关系
(1)图解光合作用与细胞呼吸过程中的物质转化关系。
(2)光合作用和细胞呼吸的比较。
比较项目 光合作用 细胞呼吸
代谢类型 合成作用(或同化作用) 分解作用(或异化作用)
发生范围 含叶绿体的植物细胞; 　 　　、光合细菌等 所有活细胞
发生场所 叶绿体(真核生物);细胞质 (原核生物) 有氧呼吸:___________________
(真核生物);细胞质(原核生物)
无氧呼吸:细胞质基质
蓝细菌
细胞质基质、线粒体
发生 条件 只在光下进行 有光、无光都能进行
物质 变化 无机物 有机物 有机物 无机物
能量 变化 光能→化学能 化学能→热能、ATP中活跃的化学能
实质 无机物 有机物;储存能量 有机物 无机物(或简单有机物);释放能量
能量转化的联系
元素转移的联系 C:CO2 (CH2O)→　　 　→CO2
O:H2O O2→　 　
H:H2O H+→NADPH (CH2O)→[H]→H2O
过程联系
光反应
暗反应
热能
丙酮酸
H2O
2.辨析真正光合速率、净光合速率与呼吸速率的关系
(1)结合曲线辨析。
提醒　当植株净光合速率为0时,叶肉细胞的净光合速率大于0;当叶肉细胞中净光合速率为0时,植株的净光合速率小于0。
(2)绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率(A点)。
(3)绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行,测得的数据为净光合速率。
(4)真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。
(5)植物“三率”的判断方法。
①根据坐标曲线判定:当光照强度为0时,若CO2吸收值为负值,该值绝对值代表呼吸速率,该曲线代表净光合速率;当光照强度为0时,若CO2吸收值为0,该曲线代表真正光合速率。
②根据关键词判定。
检测指标 呼吸速率 净光合速率 真正(总)光合速率
CO2 释放量(黑暗) 吸收量 利用量、固定量、消耗量
O2 吸收量(黑暗) 释放量 产生量
有机物 消耗量(黑暗) 积累量 制造量、产生量
3.微观辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系(以光合速率大于呼吸速率为例)
项目 表示方法 呼吸 速率 线粒体释放CO2量(m1);黑暗条件下细胞(植物体)释放CO2量(葡萄糖消耗量) 线粒体吸收O2量(n1);黑暗条件下细胞(植物体)吸收O2量
净光合 速率 细胞(植物体)吸收的CO2量(m2);植物(叶片)积累葡萄糖量 细胞(植物体)释放的O2量(n2)
真正光 合速率 叶绿体固定CO2量[m3(或m1+m2)];植物(叶绿体)产生葡萄糖量 叶绿体产生O2量[n3(或n1+n2)]
1.自然环境与密闭环境中一昼夜内光合速率曲线的比较
核心突破
2.植物的总光合速率、净光合速率和呼吸速率关系常考图形分析
(1)
(2)
(3)以“测定的CO2吸收量与释放量”为指标。
3.光合速率与植物生长的关系
(1)当净光合速率>0时,植物因积累有机物而生长。
(2)当净光合速率=0时,植物不能生长。
(3)当净光合速率<0时,植物不能生长,长时间处于此种状态,植物将死亡。
光合速率的测定方法
PART 08
1.“液滴移动法”——测定装置中O2的变化
提醒　①真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。②物理误差的校正:为防止气压、温度等物理因素所引起的误差,应设置对照实验,即用死亡的绿色植物分别进行上述实验,根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
2.“黑白瓶法”——测溶氧量的变化
提醒　①黑白瓶法常用于水生生态系统光合速率和呼吸速率的测 定。②在没有初始值m0时,可利用计算出真正光合速率。
3.“半叶法”——测定光合作用有机物的产生量
提醒　①本方法又叫半叶称重法,即测定单位时间、单位叶面积干物质的产生总量,常用于大田农作物光合速率的测定。②本方法的要点是一半叶片遮光,另一半叶片照光,同时开始实验。③可选择对称于主脉的多组叶圆片,烘干称重,分别求出WA和WB的平均值,以减小实验误差。
(2)叶圆片称重法——测定单位时间、单位面积叶片中有机物生成量
①操作示意图

②结果分析
a．净光合速率＝(z－y)/2S(S为叶圆片面积，下同)。
b．呼吸速率＝(x－y)/2S。
c．总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
光呼吸、C4植物等特殊代谢类型
PART 9
1．光呼吸
光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco。在暗反应中，Rubisco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，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。
(1)光呼吸过程
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%。过程如下图所示：
(2)意义
光呼吸对生物体有一定的危害。如果在较强光下，光呼吸加强，使C5氧化分解加强，一部分碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。其次，光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的损耗。其实光呼吸和卡尔文循环是一种动态平衡，适当的光呼吸对植物体有一定积极意义，光呼吸可以回收碳元素，防止强光对叶绿体的破坏。
2．CO2固定的三条途径
(1)C3途径：C3途径是碳同化的基本途径，也称为卡尔文循环，可合成糖类等多种有机物。C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成光合产物等。
通过C3途径固定CO2的植物称为C3植物，C3植物属于高光呼吸植物类型，光合速率较低，其种类多，分布广，多生长于暖湿条件下，如大多数树木、粮食类植物、烟草等。
(2)C4途径：通过C4途径固定CO2的植物称为C4植物，它们主要是生活在干旱热带地区的植物。在这种环境中，植物若长时间开放气孔吸收CO2，会导致水分通过蒸腾作用过快散失。所以，植物只能短时间开放气孔，CO2的摄入量必然少。植物必须利用这少量的CO2进行光合作用，合成自身生长所需的物质。
C4植物的两次固定在空间上分开：在叶肉细胞内固定CO2，在维管束鞘细胞中同化CO2。
(3)景天酸代谢：CAM途径
①指生长在热带或亚热带干旱及半干旱地区的一些肉质植物所具有的一种光合固定CO2的附加途径。具有这种途径的植物称为CAM植物。
②该途径的特点是CAM植物气孔晚上开放，将CO2生成苹果酸等进行固定；白天气孔关闭，苹果酸等则由液泡转入叶绿体中释放CO2，再通过卡尔文循环转变成糖。这是植物对干旱环境的适应。
③CAM植物两次固定在时间上分开：在晚上固定CO2，在白天同化CO2。
能力提升
PART 10
一、教材知识链接
1.提取色素的原理是 ，分离色素的原理是 。
2.色素提取和分离实验中几种药品的作用：无水乙醇： ；
SiO2： ；CaCO3： 。
3．叶绿素a和叶绿素b主要吸收 光和 光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收 光。这些色素吸收的光都可用于光合作用。（P99）
4．叶绿体增大膜面积的方式： 。光合色素分布于 。（P100）
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中
色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散的速度越快
提取色素
使研磨更充分
防止色素被破坏
蓝紫
红
蓝紫
类囊体堆叠形成基粒
类囊体薄膜上
5．色素的功能： 。
6．光反应的场所是 ，包括 和 。暗反应的场所是 ，包括 和 。
7．将光反应和暗反应联系起来的物质是 ，光反应的产物
是 。
8．总光合作用可用O2的 或CO2的 或光合作用 的有机物量表示。净光合作用可用CO2的 或O2的 或光合作用 的有机物 量表示。
吸收、传递、转化光能
类囊体薄膜
水的光解
ATP的合成
叶绿体基质
CO2的固定
C3的还原
ATP和NADPH
ATP、NADPH、O2
产生量
消耗量（固定量）
制造
吸收量
释放量
积累
3．缺镁时叶片发黄的原因：_______________________________________________________
__________________________________________________________________________________
4．黑暗中培养的幼苗叶片黄化的原因：___________________________________________
_______________________________________________________________________________
5．鲁宾和卡门实验的思路：_______________________________________________________
_________________________________________________________________________________
6．某种树木树冠下层叶片比上层叶片光合作用强度低的主要原因：
___________________________________________________________________________________
镁是叶绿素的组成元素，缺镁使叶绿素合成受阻，
故叶片呈现类胡萝卜素的颜色。
最终显现出较稳定的类胡萝卜素的黄色。
黑暗中叶绿素无法合成，而且会逐渐被分解，
最终产生含18O标记的氧气只来自标记水的那一组
用18O分别标记二氧化碳和水，再分别培养两组植物，
由于上层叶片对阳光的遮挡，导致下层叶片接受的光照强度较弱，光合作用强度低
7．某种植物在夏日晴朗的中午13点左右时叶片的光合速率明显下降的原因：
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
8．干旱初期，水稻光合作用速率明显下降，其主要原因：
___________________________________________________________________________________
9．萌发种子干重减少的原因：
___________________________________________________________________________________
夏日晴朗的中午气温过高，植物为了减少蒸腾作用对水分的散失，叶片部分气孔会关闭，导致细胞吸收的二氧化碳减少，因而引起光合速率下降。
为减少蒸腾作用散失水分，叶片气孔大量关闭，二氧化碳吸收量减少
种子细胞呼吸消耗有机物，且不能进行光合作用合成有机物。
10．光下培养密闭容器中的植物，容器中二氧化碳浓度先下降后不变的原因：
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
11．在农业生产实践中，常施用农家肥的优点：
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
开始时，光合作用吸收二氧化碳量大于细胞呼吸释放二氧化碳量，随着容器中二氧化碳浓度降低，光合作用减弱，直至光合作用吸收的二氧化碳量与细胞呼吸释放的二氧化碳量达到动态平衡
农家肥中的有机肥可被微生物分解产生二氧化碳，有利于植物光合作用，同时产生矿质元素可为植物提供养料等。
12．将光反应和暗反应联系起来的物质是 ，光反应的产物是作用吸二氧化碳和能进行二氧。
13．突然停止光照，相关物质的量变化情况为：NADPH、ATP 、C3 、C5 。
14．突然停止CO2，相关物质的量变化情况为：NADPH、ATP 、C3 、C5 。
15．总光合作用可用O2的 或CO2的 或光合作用 的有机物量表示。净光合作用可用CO2的 或O2的 或光合作用 的有机物量表示。
ATP和NADPH
ATP、
NADPH、O2
下降
增加
下降
增加
下降
增加
产生量
消耗量（固定量）
制造
吸收量
释放量
积累
16.整个植株表现为单位时间内CO2吸收量为0时，该植株叶肉细胞的光合作用强度大于(填“大于”“等于”或“小于”)叶肉细胞的细胞呼吸强度，原因是。病毒尽管没有细胞结构，但病毒必须寄生在活细胞中，依靠细胞中的物质来合成自身需要的物，离开了细胞，病毒 。
17.若将某种植物放在无O2、但其他条件适宜的密闭小室中，照光培养一段时间后，发现植物的有氧呼吸增加，原因是寄生在活细胞中，依靠细胞中的物质来合成自身需要的物质在活细胞中，依靠细胞中的物质来合成自身需要在活细胞中，依靠细胞中的物质来合成自身需要 。
18．物的叶面积与产量关系密切。叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物
该条件下叶肉细胞的光合速率等于整个植株的细胞呼吸速率，因此叶肉细胞的光合速率大于叶肉细胞的呼吸速率
该植物在光下进行光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加，而O2与有机物分解产生的[H]发生作用生成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2增多时，有氧呼吸会增加
群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知，当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率均增加。当叶面积系数超过b时，群体干物质积累速率降低，其原因是基本上每个细胞都要进行细胞呼吸消耗氧气和释放二氧化碳，而绿色植物 。.....。
群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，故群体干物质积累速率降低
调节气孔开闭的因素
(1)光：植物气孔一般是按昼夜节律开闭：白天打开气孔进行光合作用，晚上通过关闭气孔来减少水分损失。
(2)CO2浓度：低浓度CO2气孔开启，高浓度CO2气孔关闭。
(3)含水量：干旱或蒸腾过强，失水多气孔关闭，雨后水分过饱和气孔也会关闭(保卫细胞膨胀过度)。
(4)植物激素：细胞分裂素促进气孔开放，而脱落酸却引起气孔关闭。
(5)开闭原理
二氧化碳固定方式的多样性及光呼吸
(1)比较C4植物、CAM植物固定CO2的方式
相同点：都对CO2进行了两次固定；
不同点：C4植物两次固定CO2在空间上错开；
CAM植物两次固定CO2在时间上错开。
1．C3植物、C4植物和CAM植物固定CO2方式的比较
(2)比较C3、C4、CAM途径
C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。
2．光呼吸
(1)发生条件
①干旱、炎热条件下，气孔关闭，
阻止CO2进入叶片和O2逸出叶片。
②Rubisco具有两面性(或双功能)。
(2)过程
(3)发生场所：叶绿体、过氧化物酶体、线粒体。
(4)不利影响：光呼吸消耗掉暗反应的底物C5，导致光合作用减弱，农作物产量降低。
(5)有利影响
①光呼吸是进行光合作用的细胞为适应高光照及高O2低CO2的条件下，提高抗逆性而形成的一条代谢途径；
②在干旱和高辐射等环境中，气孔关闭，胞间CO2浓度降低，会导致光抑制。此时光呼吸释放CO2，用于光合作用，减少碳损失；消耗高光强产生过多的NADPH和ATP，保护光合结构。
(6)二氧化碳的猝发：指在光照突然停止之后释放出大量的二氧化碳的现象。是光合作用停止而光呼吸还在进行造成的。
(7)光呼吸与细胞呼吸的区别
反应条件不同：光呼吸的强度大致和光强度成正比。只有在光照下，CO2浓度降低，O2浓度增高时才进行。
产能情况不同：光呼吸虽然能使有机物分解为CO2，却不产生ATP或NADPH。

真题练习
PART 11
1.（2025·云南·高考真题）云南省是著名的鲜花产地，所产鲜花花色鲜艳与其独特的自然环境息息相关。花青素苷是决定被子植物色彩呈现的主要色素物质，花冠中糖类或被紫外光激活的紫外光受体均可促进相关基因表达，从而增加花青素苷的合成。下列说法错误的是（　　）
A．云南平均海拔高，紫外光强，能够促进花青素苷的合成
B．鲜切花中花青素苷会缓慢降解，在浸泡液中添加适量糖可延缓鲜花褪色
C．云南平均海拔高，昼夜温差大，有利于呈色
D．鲜花中花青素苷的含量，与紫外光受体基因表达水平呈负相关
D
2．（2025·全国卷·高考真题）在一定温度下，生长在大田的某种植物光合速率（CO2固定速率）和呼吸速率（CO2释放速率）对光照强度的响应曲线如图所示。下列叙述错误的是（ ）

A．光照强度为a时，该植物的干重不会增加
B．光照强度从a逐渐增加到b时，该植物生长速率逐渐增大
C．光照强度小于b时，提高大田CO2浓度，CO2固定速率会增大
D．光照强度为b时，适当降低光反应速率，CO2固定速率会降低
C
3．（2025·河北·高考真题）对绿色植物的光合作用和呼吸作用过程进行比较，下列叙述错误的是（ ）
A．类囊体膜上消耗H2O、而线粒体基质中生成H2O
B．叶绿体基质中消耗CO2，而线粒体基质中生成CO2
C．类囊体膜上生成O2，而线粒体内膜上消耗O2
D．叶绿体基质中合成有机物，而线粒体基质中分解有机物
A
4．（2025·山东·高考真题）“绿叶中色素的提取和分离”实验操作中要注意“干燥”，下列说法错误的是（ ）
A．应使用干燥的定性滤纸
B．绿叶需烘干后再提取色素
C．重复画线前需等待滤液细线干燥
D．无水乙醇可用加入适量无水碳酸钠的95%乙醇替代
B
5．（2025·安徽·高考真题）关于“探究光照强度对光合作用强度的影响”实验，下列叙述错误的是（ ）
A．用打孔器打出叶圆片时，为保证叶圆片相对一致应避开大的叶脉
B．调节LED灯光源与盛有叶圆片烧杯之间的距离，以进行对比实验
C．用化学传感器监测光照时O2浓度变化，可计算出实际光合作用强度
D．同一烧杯中叶圆片浮起的快慢不同，可能与其接受的光照强度不同有关
C

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