资源简介

高考要求
要求层次
具体要求
Ⅰ
Ⅱ
√
光合作用的探究历程
√
叶绿体中的色素及其作用
√
光合作用的定义、过程、实质和意义
√
影响光合作用速率的环境因素
√
色素的提取和分离实验
√
光合作用和呼吸作用的关系
√
生物的代谢类型
探究历程
种类
捕获光能的色素作用
实验：绿叶中色素的提取和分离
过程图解
光合作用过程光反应与暗反应的物质、能量变化
光反应与暗反应的联系
总反应式
本质及其意义
影响光合作用的因素及其应用
过程联系
光合作用与呼吸作用
相关计算
生物的基本代谢类型
一、光合作用
（一）光合作用的探究历程
年代科学家
实验和结论
18世纪中期以前
以为植物所需营养物质都从土壤中获得，与空气无关。
1771年普利斯特利（英）
植物可以更新空气。但是，有人重复该实验得出相反结论：植物跟动物一样能使空气变污浊。
1779年英格豪斯（荷兰）
普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功；植物体只有绿叶才能更新污浊的空气。但是，不了解植物吸收和释放的究竟是什么气体。
1785年
发现了空气的组成，明确绿叶在光下放出的气体是O2，吸收的是CO2。
1845年梅耶（德）
根据能量转化和守恒定律明确指出，植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来。但是，光能转换成化学能，贮存于什么物质中，这一问题迟迟未能解决。
1864年萨克斯（德）
实验：①把绿叶先在暗处放置几小时，目的是：消耗掉叶片中的营养物质。②让叶片一半曝光（作为对照组），另一半遮光（作为实验组）。③将叶片用热酒精脱色。④用碘蒸气处理叶片，结果：曝光的一半呈深蓝色；遮光的一半没有颜色变化。结论：光合作用的产物有淀粉。
1880年恩格尔曼（美）
实验一实验二实验一结论：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。实验二结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用，放出氧气。实验分析：①水绵作为实验材料，不仅具有细而长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状分布在细胞中，便于观察与分析研究。②将临时装片置于黑暗且无空气的环境中，排除了环境中光线和O2的影响。③选用极细的光束照射，并且用好氧细菌进行检测，从而能准确判断出水绵细胞中释放O2的部位。④进行黑暗和曝光的对比实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。⑤也可用厌氧细菌进行该实验。
1939年鲁宾和卡门（美）
实验方法：同位素标记法结论：光合作用释放的氧气来自水
20世纪40年代卡尔文（美）
实验方法：同位素标记法探明了CO2在光合作用中转化成有机物中碳的途径，这一途径称为卡尔文循环。CO2转化成有机物中碳的途径：14CO2→14C3→（14CH2O）
光合作用的定义：
光合作用是指，绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
（二）捕获光能的色素
叶绿素a（蓝绿色，含量占50%）
叶绿素（含量约占3/4）
叶绿素b（黄绿色，含量占25%）
1.种类
胡萝卜素（橙黄色，含量占8%）
类胡萝卜素（含量约占1/4）
叶黄素（黄色，含量占17%）
2.功能：吸收、传递、转换光能。
将提取出的叶绿体中的4种色素溶液，分别放在可见光光束和三棱镜之间，可以看到连续光谱中有些波长的光被吸收了。叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。这些色素吸收的光，用于光合作用。叶绿素a和叶绿素b对绿光的吸收量最少，正是因为如此，绿光被反射出来，叶绿体才呈现绿色。
光能的吸收：
当分子吸收光能的光子，分子中的电子就变成具能的，这就意味着电子将从低能量的原子轨道移向离原子核较远的高能轨道。此时有可能发生下列两种情况（如图）之一：原子重新回到基态，及所有的电子都是正常的低能状态。当电子回到基态时，它的能量或是以热或是以比吸收波长较长的波长发射出去，此时发射的光称为荧光。另外一种情况是：带能的电子离开原子并被电子受体分子接受，这样就发生光合作用。
光能的传递和转化为电能的过程：
天线色素：只吸收和传递光能（当某一色素分子吸收能量达到激发态，在其重新回到基态时，使另一色素分子变为激发态），不参与光化学反应，也叫集光色素。
反应中心色素：吸收光能或由天线色素传递而来的激发能后，发生光化学反应引起电荷分离，少数叶绿素a起到该作用。
3.实验：绿叶中色素的提取和分离
实验原理
色素的分离原理
绿叶中的各种色素都能溶解在层析液中，但是它们在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。从而使各种色素随着层析液在滤纸上的扩散而分离开
色素的提取原理
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，可用无水乙醇等有机溶剂提取绿叶中的色素
实验材料
新鲜的绿叶（如，菠菜的绿叶）
试剂
无水乙醇、层析液、二氧化硅、碳酸钙
实验用具
天平、剪刀、研钵、药勺、玻璃漏斗、尼龙布、试管、棉塞、试管架、干燥的定性滤纸、铅笔、毛细吸管、量筒（10mL）等
方法步骤
称取绿叶↓剪碎提取绿叶中的色素↓
研磨：加少许二氧化硅、碳酸钙和10mL无水乙醇↓
过滤：将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严
将滤纸剪成略小于试管长与直径的滤纸条↓制备滤纸条将滤纸条的一端剪去两角↓
在距这一端1cm处用铅笔画一条细的横线
用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线画滤液细线↓
滤液干后，再画一两次将适量的层析液倒入试管中分离绿叶中的色素↓将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插入层析液中，用棉塞塞紧试管口观察与记录：结果如图洗手
色素种类
色素颜色
色素含量
溶解度
扩散速度
胡萝卜素
橙黄色
最少
最高
最快
叶黄素
黄色
较少
较高
较快
叶绿素a
蓝绿色
最多
较低
较慢
叶绿素b
黄绿色
较多
最低
最慢
注意事项：
选材
应选取鲜嫩、颜色深绿、无浆汁的叶片，以保证含有较多的色素。
提取色素
①研磨要迅速，防止乙醇挥发和色素的破坏。②加入二氧化硅，有助于研磨的充分。若研磨不充分则色素不能充分提取出来，会导致色素提取液颜色呈淡绿色。③加入碳酸钙可以中和细胞中的有机酸，防止研磨中色素被破坏。若未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分破坏，会导致色素提取液颜色呈淡绿色。④称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小，提取液颜色呈淡绿色。⑤也可用丙酮等其他有机溶剂代替无水乙醇提取色素，但丙酮有毒，需采取措施减少蒸发。⑥可利用色素能溶于有机溶剂的特点可以用无水乙醇或汽油等洗去衣物上被绿叶污染的斑点。
制备滤纸条
①滤纸条的长与宽略小于试管：既能使滤纸条轻松地放入试管内，易于取出，也能防止滤纸条太小，弯曲塌陷在试管内。②剪去滤纸条两角的作用：保证滤纸能立在烧杯中；使层析液同时到达滤液细线，防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快而形成弧形色素带，保证滤纸上的滤液线能水平向上扩展。③1
cm：保证滤纸条有足够的长度泡在层析液中，又能使色素带不浸在层析液（分离液）中。④用铅笔，不能用签字笔、圆珠笔、画笔的原因：签字笔、圆珠笔、画笔的笔液色素也能溶于乙醇和层析液，污染从绿叶中提取的色素。
画滤液细线
①滤液线要细、直、均匀：保证滤液色素在同一起始点上。
②待滤液线干后再重复画线的原因：既保证了滤液线的色素量，也防止滤液线过宽。画的次数越多，色素量越多，越好随层析液扩散，色素带也就分得越开，越清楚。
分离光合色素
适量的层析液：既保证量足够用于色素的分离，又防止层析液浸没滤液线，也防止空气的污染（层析液易挥发、有毒），避免试剂的浪费。②注意不要让层析液触及滤液线，接触后会使大量滤液溶于层析液中，导致实验失败。③塞紧试管口的原因：层析液易挥发，且具一定的毒性。④为避免过多吸入层析液中的挥发性物质，本实验应在通风条件下进行。实验结束时及时用肥皂洗手。⑤也可以用小烧杯代替试管，用培养皿盖住小烧杯。⑥也可使用圆形滤纸，实验结束时在圆形滤纸上形成四个同心色素圆环，从内到外依次是：叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素。
（三）光合作用的过程
1.光合作用过程图解：
一个场所二个阶段三种能量四种物质变化
2.光反应阶段与暗反应阶段的比较和关系
项目阶段
光反应阶段
暗反应阶段
反应部位
叶绿体类囊体的薄膜上
叶绿体基质中
反应条件
光合色素、酶、光能
酶
反应时间
短促、以微秒计
较缓慢
反应物
H2O、ADP、Pi、NADP+
CO2、C5、ATP、NADPH（[H]）
物质变化
2H2O
4e
+
4H+
+O2ADP
+
Pi
+
能量
ATPNADP++
H++
2e
NADPH
CO2+
C5
2C3ATP
ADP
+
Pi2C3
C5+（CH2O）+
H2ONADPHNADP+
能量变化
光能转变为ATP、NADPH中活跃的化学能
ATP、NADPH中活跃的化学能转变为有机物中稳定的化学能
产物
O2、ATP、NADPH（[H]）
（CH2O）、
H2O、C5、ADP、Pi、NADP+
两阶段的关系
光反应阶段为暗反应阶段提供ATP、NADPH（[H]）；暗反应阶段为光反应阶段提供ADP、Pi、NADP+
实质
合成有机物，储存能量，释放氧气
总反应式
6CO2
+
12H2O
C6H12O6
+
6O2
+
6H2O
（C3
C5模型分析法）（例8）
方法1
模型法分析、等物质量的变化
1.分析方法
当外界条件改变时，光合作用中、及和含量变化可以采用如图分析：
⑴
停止光照射：光停，，，，，分析如下：
⑵
供应停止时：停，,，，，分析如下：
2．含量的变化
⑴
含量变化的比较
条件
光照由强到弱，供应不变
光照由弱到强，供应不变
供应由充足到不足，光照不变
供应由不足到充足，光照不变
含量
增加
减少
减少
增加
含量
减少
增加
增加
减少
条件
光照由强到弱，供应不变
光照由弱到强，供应不变
供应由充足到不足，光照不变
供应由不足到充足，光照不变
和ATP的含量
减少或没有
增加
增加
减少
的合成量
减少
增加
减少
增加
光合作用过程分析
光反应阶段：
第1步：光吸收与高能电子的激发（光能转变为电能）
在光反应中，固定1个光子大约需要300个叶绿素分子，也就是说叶绿素分子单枪匹马是不行的，必须由几百个叶绿素分子组成的功能单位才能进行光子的吸收。进行光吸收的功能单位是由叶绿素、类胡萝卜素、脂和蛋白质组成的复合物，即光系统。每一个光系统含有两个主要成分：捕光复合物和光反应中心复合物。
典型的捕光复合物是由几百个叶绿素分子、数量不等但都与蛋白质连接在一起的类胡萝卜素分子所组成。当一个光子被捕光复合物中的一个叶绿素或类胡萝卜素分子吸收时，就有一个电子被激活，激发状态从一个色素向另一个色素传递，直到传递给反应中心。
反应中心复合物是由几种与叶绿素a相关的多肽以及一些与脂相连的蛋白质所构成，它们的作用是作为电子供体和受体。一旦叶绿素a被由天线色素传来的光能所激发，它就会失去电子，脱离叶绿素a的电子将传递到电子受体，并作为高能电子被稳定下来，这一过程仅仅完成了光能向电能的转换；带正电荷的叶绿素a分子很快从电子供体中获取低能电子，从而回复到稳态。
而传递过程中有一系列的电子供体和电子受体，被称为电子传递链。
第2步：电子传递（电能转变成化学能）
光合作用的一系列电子载体位于类囊体膜上，将来自于H2O的电子最终传递给NADP+。
第3步：光合磷酸化
在叶绿体进行的光反应中，类囊体的膜在进行电子传递的同时，会在类囊体膜两侧建立质子(H+)梯度。类囊体膜两侧质子梯度的建立，主要有3种因素：①首先是水的光解，在释放4个电子、1分子O2的同时，释放4个H+，所以水的裂解导致类囊体腔中H+浓度的增加。②细胞色素复合物具有质子泵的作用，当光系统Ⅱ将电子传递给质体醌时，从基质中摄取了两个H+，并将摄取的H+泵入类囊体的腔，叶绿体腔中H+浓度降低的同时，类囊体腔中H+
浓度进一步提高。③当电子最后传递给NADP+
时，需从基质中摄取2个H+将NADP+还原成NADPH，这样又降低了基质中的H+质子的浓度，其结果使类囊体膜两侧建立了H+质子电化学梯度，驱使ADP磷酸化产生ATP，光合磷酸化的机制与线粒体的氧化磷酸化相似，同样可用化学渗透学说来说明。
暗反应（碳反应）阶段：
卡尔文循环是靠光反应形成的ATP及NADPH作为能源，推动CO2的固定、还原，每循环一次只能固定一个CO2，循环6次，才能把6个CO2分子同化成一个六碳糖分子。这种循环也称C3途径。
生活在干旱地区的植物，为了防止水分蒸发，会关闭气孔，CO2就不能进入叶中，没有稳定的CO2供给同化作用。为了不受恶劣环境的影响，保证光合作用的效率，生长在这些环境下的植物采用了不同的CO2固定方式。
①C4途径（如图）：C4植物的叶中有两种不同类型的光合作用细胞（叶肉细胞和维管束鞘细胞）。
由于PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）羧化酶的活性很高，所以转运到叶肉细胞中的CO2的浓度很高，大约是空气中的10倍。这样，即使在恶劣的环境中，也可保证高CO2浓度。
②某些生长在干热环境中的植物，用直接的方式提高CO2固定效率，而不需要两种不同类型的细胞参与。如肉质植物，含有厚厚的肉叶，主要是叶肉细胞组成的。肉质植物对CO2的固定方式很特别，最早发现于景天科植物，所以将CO2的这种代谢类型称为景天酸代谢（CAM）。
当天气炎热和干燥时，CAM植物遇到在白天如果打开气孔吸收CO2，就会损失过多的水分。与此相适，CAM植物主要是在夜间打开气孔。
CAM植物也是通过PEP羧化酶固定CO2，固定反应发生在胞质溶胶中，产生大量的四碳酸：苹果酸。夜间形成的苹果酸暂时储存在叶肉细胞的中央液泡中，到了白天，气孔关闭，PEP羧化酶暂时失活，苹果酸从液泡扩散到胞质溶胶中，然后被裂解释放CO2，进入卡尔文循环。到了夜间，气孔又打开，PEP羧化酶被激活，开始新的循环。
CAM植物与C4植物相似之处是CO2需要固定两次，不同之处是CAM植物不需要两种类型的细胞协同工作。
（四）光合作用的意义
1.制造有机物，将光能转化为化学能储存在有机物中，是自然界最基本的物质代谢和能量代谢。为包括人类在内的几乎所有生物的生存提供了物质来源和能量来源。
2.维持大气中O2和CO2含量的相对稳定。
3.对生物的进化具有重要作用。
①30~20亿年前，蓝藻制造O2，使进行有氧呼吸的生物得以发生和发展。
②O2可形成O3，可以滤去紫外线，减轻其对生物的伤害，使水生生物开始逐渐在陆地生活，进而形
成广泛分布的各种动植物。
（五）光合作用的影响因素及应用
影响因素
分析
农业生产上的应用
光照
光照强度
影响光反应阶段,制约ATP以及NADPH产生,进而制约暗访应
适当提高光照强度
光照时间
延长光合作用时间，增加有机物的积累量。
人工光照、套种、轮作
光照面积
增大光照面积，增加单位时间内有机物的生成量。
合理密植、间种、立体种植、改变株型
光质
相同光照强度，一般红光和蓝紫光下植物光合速率最大，绿光下光合速率最低。
温室大棚使用无色透明玻璃；使用有色玻璃降低光合作用
CO2浓度
影响暗反应阶段,制约C3的生成
①农田农作物：合理密植，确保良好的通风，使空气不断地流过叶面，有助于提供较多的CO2。②温室农作物：增施气肥（如NH4HCO3）、农家肥；或使用CO2发生器。
温度
主要通过影响有关酶的活性而影响光合速率。
①农田农作物：适时播种②温室农作物：可适当提高温度
水分
①水是光合作用的原料，缺水可直接影响光合作用。②缺水可导致气孔关闭，限制CO2的吸收，从而间接影响光合作用。
合理灌溉
必需矿质元素
①N、Mg、Fe、Mn等是叶绿素合成的必需元素。②K、P等缺乏影响糖类的转化和运输。③P参与叶绿体膜的构成，也是ATP的组成元素
合理施肥施用有机肥
内因
光合色素的种类和数量、相关酶的种类和数量等遗传因素
不同种类植物光合作用速率不同；同一植物不同器官光合作用速率不同；同一植物同一器官的不同发育时期（叶龄）光合速率不同。
选择优良品种，提高光合作用强度，从而提高粮食产量。
二、光合作用与细胞呼吸的关系
（一）光合作用和细胞呼吸比较和联系
光合作用
细胞呼吸
代谢类型
同化作用
异化作用
物质变化
把无机物CO2和H2O合成有机物（CH2O）
分解有机物产生CO2和H2O
能量变化
光能→化学能(储能)
化学能→ATP中的能量、热能（放能）
实质
合成有机物，储存能量
分解有机物、释放能量
场所
叶绿体
细胞质基质、线粒体
条件
只在光下进行
有光、无光都能进行
联系
（注：图示光合速率大于呼吸速率）
（二）光合作用和细胞呼吸的相关计算
（光照下测得值）（计算得值）（黑暗下测得值）
公式：净光合值＝
真光合值
－
有氧呼吸值
O2释放量
CO2吸收量
干重（C6H12O6）增加量
坐标图：
⑵
光补偿点和光饱和点
①植物光合作用所利用的与该温度条件下呼吸作用所释放的量达到平衡时的光照强度称为光补偿点。如图B点；
②当光照强度增加到一定值后，植物的光合作用强度不再随光照强度的增加而增加或增加很少时，这一光照强度就称为光饱和点。如图C点。
（欲使植物生长，必须使光照强度大于光补偿点）
（三）坐标曲线归类分析
1.横坐标为光照强度
（1）光照强度与CO2吸收、释放量的关系
光补偿点：指在一定光强时，光合作用吸收的CO2与呼吸作用放出的CO2等量的光照强度。光饱和点：指当达到某一光强时，光合速率就不再增加时的光强。无光照时植物只能进行呼吸作用，有光照时，随光照增强光合强度增强，但当达到光饱点后不再增强，此时限制光合强度的因素是CO2浓度或温度等。
应用：通过轮作，延长全年内单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间可提高粮食产量。
（2）植物在夏季一天内的变化
光照时间越长，产生的光合产物越多。C3植物在夏季的一天中：a点是由低温造成的。6~10时的光照不断增强，光合强度不断增强；12时左右气温高，蒸腾作用很强，部分气孔关闭，CO2供应减少，光合强度减弱；14~17时的光照减弱，所以光合强度不断减弱。
应用：①夏季中午农作物避免低温水浇灌；②光照过强的中午对农作物进行遮阴处理。
（3）光照强度对阳生植物、阴生植物的影响
一般阳生植物的光补偿点比阴生植物高。光饱和点也是阳生植物高于阴生植物。所以在栽培农作物时，阳生植物必须种植在阳光充足的条件下才能提高光合作用效率，增加产量；而阴生植物应当种植在阴湿的条件下，才有利于生长发育，光照强度大，蒸腾作用旺盛，植物体内因失水而不利于其生长发育，如人参、三七、胡椒等的栽培，就必须栽培于阴湿的条件下，才能获得较高的产量。
应用：阳生植物（如水稻、小麦）种植在阳光充足的地方，阴植物（如胡椒）种植在荫蔽的地方。
（4）光照强度对C3植物、C4植物的影响
在P点之前，不管是C3植物还是C4植物都随光照强度的增强光合作用强度不断增强，但达到各自的光饱和点后都不再增强，其限制因素主要是CO2浓度和温度。在Q点造成两曲线差异的原因主要是C4植物比C3植物光能利用率高，C3植物比C4植物更容易达到光饱和点。注意与CO2浓度对光合强度影响的区别：在同光照、较适宜、高浓度的CO2的情况下，C3植物的光合强度反而比C4植物高。
应用：C4植物宜种植在热带地区、C3宜种植在温带地区。
（5）光照强度与不同温度、不同CO2浓度对光合作用的影响
P点以前随光照强度的增加，光合强度增大，其限制因素是光强，但达到饱点Q以后不再增加，其限制因素是温度或CO2浓度。注意：曲线开始一段都是相同的。
应用：当光照强度达到饱和点后，提高农作物产量的方法：①适当提高温度；②提高CO2浓度：施放干冰；利用CO2发生器；施用农家肥，利用微生物发酵产生CO2等方法。
（6）光照强度与光质对光合作用的影响
光合强度由不同最后达到了相同，这说明不同的光质影响光反应，因此最初光合强度就有差异，但随光照的增强，最终都能达到光的饱和点。
应用：农作物宜种植在全光照下。大棚作物宜用无色塑料薄膜。
2.横坐标为CO2浓度
（1）外界CO2浓度对叶片光合强度的影响（注意：此图是外界CO2浓度对叶片光合强度的影响）
从图中看出：外界CO2浓度很低时，绿色植物叶不能利用外界的CO2制造有机物，只有当植物达到CO2补偿点后才利用外界的CO2合成有机物。随着CO2含量的继续提高，光合作用逐渐增强；当CO2提高到一定程度时，光合作用强度不再随CO2含量的提高而增强此时限制的主要因素是光照强度或温度。
应用：施用有机肥料；温室栽培植物时，可以适当提高CO2浓度。大田生产要“正其行，通其风”从而提高产量。
（2）CO2浓度对C3、C4植物的影响
由于C4植物叶肉细胞中含有PEP羧化酶，对CO2的亲和力很强，可以把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来，故C4植物能利用较低的CO2进行光合作用，CO2的补偿点低，容易达到CO2饱和点。而C3植物的CO2的补偿点高，不易达到CO2饱和点。故在较低的CO2浓度下（通常大气中的CO2浓度很低，植株经常处于“饥饿状态”）C4比C3植物的光合作用强度强（即P点之前）。一般来说，C4植物由于“CO2泵”的存在，CO2补偿点和CO2饱和点均低于C3植物。
应用：增施CO2更有利于C3植物的光合作用，有利提高产量。
3.横坐标为温度
（1）温度对光合作用作用的影响
它主要通过影响暗反应中酶的催化效率来影响光合作用的速率。在一定温度范围内，随着温度的升高，光合速率随着增加，超过一定的温度，光合速率不但不增大，反而降低。因温度太高，酶的活性降低。此外温度过高，蒸腾作用过强，导致气孔关闭，CO2供应减少，从而间接影响光合速率。
应用：①适时播种。②增加昼夜温差，白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用；晚上适当降低温度，以降低呼吸作用，保证植物有机物积累。
（2）温度与不同光强或不同CO2浓度对光合作用的影响
P点之前，限制光合速率的因素是温度，随温度的升高，其光合速率不断提高。Q点时是酶的最适温度，要提高光合速率，只有提高光强或CO2浓度。Q点后酶的活性随温度降低而降低，其光合速率也随之降低。
应用：当温度达到酶的最适温度时，可提高光照强度或提高CO2浓度来提高光合速率。
（3）温度对光合作用和呼吸作用的影响
温度：植物所有的生活过程都受温度的影响，因为在一定的温度范围内，提高温度可以提高酶的活性，加快反应速度。光合作用也不例外，在一定的温度范围内，在正常的光照强度下，提高温度会促进光合作用的进行。但提高温度也会促进呼吸作用。如左图所示。所以植物净光合作用的最适温度不一定就是植物体内酶的最适温度。
措施：白天适当提高温度，晚上适当降低温度。
4.密闭空间中植物光合作用和呼吸作用的变化
【例析】将某种植物栽培于玻璃罩内置于室外，用CO2浓度测定仪测定密闭玻璃罩内一昼夜CO2浓度的变化情况如下。
曲线描述
分析
ab段CO2持续增加
最初夜间无光照只有呼吸作用释放CO2；日出后开始有光合作用并逐渐增强，但光合作用吸收CO2量小于呼吸作用释放CO2量
b点CO2量最多
光合作用吸收CO2量等于呼吸作用释放CO2量
bc段CO2持续减少
光合作用吸收CO2量大于呼吸作用释放CO2量
c点CO2量最多
光合作用吸收CO2量等于呼吸作用释放CO2量
cd段CO2又持续增加
最初光合作用吸收CO2量小于呼吸作用释放CO2量；日落后光合作用消失，只有呼吸作用释放CO2
d点低于a点
该植物一昼夜间的光合作用总量大于呼吸作用总量
三、生物的基本代谢类型
同化作用：指生物体把从外界获取的营养物质转变成自身的组成成分，并储存能量的变化过程。
异化作用：指生物体能够把自身的一部分组成物质加以分解，释放出其中的能量，并且把分解的终产物排出体外的变化过程。
生物的基本代谢类型有：自养需氧型、自养厌氧型、异养需氧型、异养厌氧性。
光能自养型
自养型
同化作用类型化能自养型：如，硝化细菌
异养型
需氧型
异化作用类型
厌氧型
某同学做了下列有关叶绿体和光合作用的几个简单的小实验，相关叙述正确是（）A．叶绿体色素的丙酮提取液放于自然光和三棱镜之间，从三棱镜的一侧观察，连续光谱中变暗的区域是绿光区B．在温暖晴朗的一天下午，在某植物的向阳处采得一片叶，用酒精隔水加热脱色，并加碘液处理叶片，显微镜下观察到叶绿体被染蓝C．提取叶绿素时选用层析液的原因是色素可溶于有机溶剂D．晴朗的上午10时左右，以小块锡箔纸将一叶片夹住，下午3时取下该叶，酒精脱色后，碘液检验的结果是被遮盖部分为淡黄色而曝光部分为蓝色【答案】B
中国的饮食讲究“色香味”，颜色会影响消费。小李同学拟研发“绿色”食用色素，他以生长很快的入侵植物水葫芦为材料进行如下实验。I.提取叶绿素II.探究pH对叶绿素稳定性的影响取一些叶绿素粗产品，配成一定浓度的溶液，于室温（约25℃）下进行实验，方法和结果如下表。注：叶绿素被破坏后变成黄褐色。实验组号叶绿素溶液（mL）调pH至处理时间（min）溶液颜色①3.0Y10绿色②3.07.010绿色③3.06.010黄绿色④3.05.010黄褐色根据所学知识和实验结果，请回答：（1）提取食用叶绿素时加的X应该为，原因是。（2）表中Y应该为，原因是。（3）若用作食品色素，天然叶绿素色素不适用于食品，否则。【答案】（1）二氧化硅（SiO2）使研磨更加充分（2）8.0
以1.0作为pH梯度进行实验（3）
pH小于6.0
叶绿素会由于酸性pH值而被破坏
根据下面光合作用图解，判断下列说法不正确的是（）A．⑥过程发生于叶绿体基质中B．⑤过程发生于叶绿体类囊体薄膜上C．图示①～④依次为[H]、ATP、CO2、（CH2O）D．⑤过程产生的ATP不仅用于还原C3化合物，还可用于矿质离子吸收等【答案】D
下列物质转变过程属于光反应的是（）A．①③⑤⑦
B①②④⑧
C．②③⑦⑧
D．①④⑦⑧【答案】C
下图甲表示某种植物光合速率受光照强度影响的变化曲线。图乙表示某种植物光合速率在不同光照强度下，光合速率受CO2浓度影响的变化曲线。a点与c点相比较，c点时叶肉细胞中C3的含量，及b点与c点相比较，b点时叶肉细胞中C5的含量（）A．高、高
B．低、基本一致C．低、高
D．高、基本一致【答案】A
如图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图。下列有关叙述，正确的是（）A．t1→t2，叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加，基质中水光解加快、O2释放增多B．t2→t3，暗反应（碳反应）限制光合作用。若在t2时刻增加光照，光合速率将再提高C．t3→t4，光照强度不变，光合速率的提高是由于光反应速率不变、暗反应增强的结果D．t4后短暂时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3化合物还原后的直接产物含量降低【答案】D
下图表示夏季玉米地里，距离地面高度不同处CO2浓度不同，图中实线表示上午10时的测定结果，虚线表示夜晚22时的测定结果。下列相关叙述错误的是（）A．在富含有机肥的农田中，图中c点会右移B．上午10时玉米植株不同高度CO2的吸收量不同C．夜晚时，土壤中释放的CO2大多被玉米所固定D．图中b点所对应的是玉米植株叶面积较大处的高度【答案】C
下面是某植物叶肉细胞中光合作用和呼吸作用的物质变化示意简图，其中①～⑤为生理过程，a～h为物质名称，请回答：（1）物质a分布在叶绿体的　，提取该物质时加入CaCO3的目的是。（2）过程②③发生的场所是　　。（3）上述①～⑤过程中，能够产生ATP的过程是　。（4）较强光照下，①过程中d的移动方向是　　。（5）假如白天突然中断二氧化碳的供应，则在短时间内f量的变化是　　；假如该植物从光照条件下移到黑暗处，h量的变化是　　。【答案】（1）囊状结构的薄膜上防止叶绿体中的色素被破坏（2）叶绿体基质细胞质基质（3）①③④⑤（4）从叶绿体基质向囊状结构薄膜方向移动（5）增加增加
如图表示某植物细胞内的代谢过程，下列有关叙述正确的是(　
　)A．X、Y物质分别代表三碳化合物和五碳化合物B．①④过程可以产生ATP，②③过程需要消耗ATPC．①发生在线粒体基质中，②发生在叶绿体基质中D．①②③④四个过程既不消耗氧气也不产生氧气【答案】D
下图1表示8月份某一晴天一昼夜中某棉花植株CO2的吸收和释放曲线；图2表示该棉花叶肉细胞两种细胞器的四种生理活动状态。则图1中时间a、b、c、d依次发生了图2所示的哪项生理活动(　　)
A．①②③④　　　B．④③②①
C．③④①②D．③②④①【答案】B
如图所示农田一昼夜温度变化Ⅰ、光照强度变化Ⅱ和植物吸收CO2变化Ⅲ数据绘制成的曲线，则下列说法不正确的是(　　)A．在Ⅲ曲线与时间轴交点c和e时，光合作用吸收的CO2与细胞呼吸释放的CO2量相等B．a点的形成是由夜间的低温造成的C．从时间轴上的c点开始合成有机物，到e点有机物的合成停止D．增大曲线Ⅲ与时间轴所围成的正面积的措施包括提高光照强度、CO2浓度和充足的水分供应【答案】C
下图中的甲、乙两图为一昼夜中某作物植株对CO2的吸收和释放状况的示意图。甲图是在春季的某一晴天，乙图是在盛夏的某一晴天，请据图回答问题：（1）甲图曲线中点和点(外界环境中CO2浓度变化为零)处，植株处于何种生理活动状态？。（2）根据甲图推测该植物接受光照的时间是曲线中的段，其中光合作用强度最高的是点，植株积累有机物最多的是点。（3）乙图中段CO2吸收量逐渐减少是因为，以致光反应产生的和逐渐减少，从而影响了暗反应强度，使C5化合物数量减少，影响了CO2固定。（4）乙图曲线中间处光合作用强度暂时降低，可能是因为。【答案】（1）呼吸作用释放CO2的量等于光合作用吸收CO2的量（2）BF；
D；
E（3）光照强度逐步减弱；ATP；NADPH（4）温度高，蒸腾作用过强，气孔关闭，影响了CO2原料的供应
将某绿色植物放在特定的实验装置内，研究温度对光合作用与呼吸作用的影响（其余的实验条件都是理想的），实验以CO2的吸收量与释放量为指标，实验结果如下表所示：温度（℃）5101520253035光照下吸收CO2（mg/h）1.001.752.503.253.753.53.00黑暗中释放CO2（mg/h）0.500.751.001.502.253.003.50下列对该表数据的分析正确的是（）A．昼夜不停地光照，温度在35℃时该植物不能生长B．昼夜不停地光照，该植物最适宜的温度是30℃C．每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，温度均保持在20℃的条件下，该植物积累的有机物最多D．每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，温度均保持在30℃时，该植物积累的有机物是温度在10℃时的两倍【答案】C
晴朗夏季，将用全素营养液培养的植株放入密闭的玻璃罩内，室外继续培养。每隔一段时间用CO2浓度检测仪测定玻璃罩内CO2浓度，绘制成如图所示曲线（水平虚线：实验开始时玻璃罩内CO2浓度）。据图得出的正确判断是（）A．AD段表示光合作用大于呼吸作用
B．影响曲线BC段变缓的主要因素是温度C．FG段表明气孔关闭，不进行光合作用
D．体内的有机物在一昼夜内有所减少【答案】B
将一株绿色植物置于密闭锥形瓶中，如图甲所示。在连续60分钟监测的过程中，植物一段时间以固定的光照强度持续照光，其余时间则处于完全黑暗中，其他外界条件相同且适宜，测得瓶内CO2浓度变化结果如图乙所示。据此分析可知（）A．最初10min内，瓶内CO2浓度逐渐下降，说明植物的光合作用逐渐增强B．第20～30min内，瓶内植物光合作用逐渐减弱，呼吸作用逐渐增强C．第40～60min内，瓶内植物的光合作用速率与呼吸作用速率大致相等D．瓶内植物在照光时段内实际的光合作用速率平均为90ppmCO2/min
【答案】D
在下面曲线图中，有M、N、O、P、Q五个点，对它们的含义的叙述正确的是（）①M点时，植物既进行光合作用，也进行呼吸作用，且光合作用强度弱于呼吸作用强度。　②N点时，植物体只进行呼吸作用；O点时，植物体的光合作用强度等于呼吸作用强度。　③Q点时，光照强度不再是影响光合作用速率的主要因素。　④P点前，影响光合速率的主要因素是光照强度。A．①②
B．①③
C．③④
D.①④【答案】C
如图为某植物在适宜的自然条件下，CO2吸收速率与光照强度的关系曲线。下列判断不正确的是（）A.若温度降低，a点上移B.若植物缺Mg，b点左移C.若CO2升高，c点右移D.若水分不足，c点左移【答案】B
如图曲线表示在适宜温度、水分和一定的光照强度下，甲、乙两种植物叶片的CO2净吸收速率与CO2浓度的关系，下列说法正确的是（）A．CO2浓度大于a时，甲才能进行光合作用B．适当增加光照强度，a点将左移C．CO2浓度为b时，甲、乙总光合作用强度相等D．甲、乙光合作用强度随CO2浓度的增大而不断增强【答案】B
将玉米的PEPC酶基因导入水稻后，测得光照强度对转基因水稻和原种水稻的气孔导度及光合速率的影响结果，如下图所示。（注：气孔导度越大，气孔开放程度越高）（1）水稻叶肉细胞进行光合作用的场所是，捕获光能的色素中含量最多的是。（2）CO2通过气孔进入叶肉细胞后，首先与结合而被固定，固定产物的还原需要光反应提供。（3）光照强度低于8×102μmol·s-1时，影响转基因水稻光合速率的主要因素是；光照强度为10~14×102μmol·s-1时，原种水稻的气孔导度下降但光合速率基本不变，可能的原因是。（4）分析图中信息，PEPC酶所起的作用是；转基因水稻更适合栽种在环境中。【答案】（1）叶绿体叶绿素a
（2）C5
[H]和ATP
（3）光照强度光照强度增加与CO2供应不足对光合速率的正负影响相互抵消（或“CO2供应已充足且光照强度已达饱和点”）（4）增大气孔导度，提高水稻在强光下的光合强度强光
景天科植物A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，如下图一所示。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，如图二所示。十字花科植物B的CO2同化过程如图三所示，请回答下列问题。（1）白天，影响植物A光合作用强度的环境因素有____________________________________。（2）植物A夜晚能吸收CO2，却不能合成C6H12O6的原因是_____________________________，白天植物A进行光合作用所需的CO2的来源有__________________和________________。（3）在上午10∶00时，突然降低环境中CO2浓度后的一小段时间内，植物A和植物B细胞中C3含量变化的差异是_____________________________________。（4）植物A气孔开闭的特点，与其生活的环境是相适应的，推测其生活环境最可能是______。（5）实验室探究光照强度对植物B生理代谢的影响时，测得相关代谢数据为：黑暗条件下，CO2释放量为0.4
mol/cm2叶·小时；光饱和时的光照强度为2.5
klx；光照强度为3.0
klx时，光合作用释放O2量是1.0
mol/cm2叶·小时。当光照强度为2.5
klx时，B植物光合作用固定的CO2量是________mol/cm2叶·小时；如果光照强度不变，需要进一步提高光合速率，可采取的措施是_____________________________________________________________。【答案】（1）温度、光照强度、水分等　（2）没有光照，光反应不能正常进行，无法为暗反应提供所需的ATP、[H]　苹果酸经脱羧作用释放的　呼吸作用产生的（3）植物A基本不变，植物B下降（植物A细胞中CO2浓度没有变化，植物B吸收的CO2减少，C3的生成量减少，同时被还原成C5和C6H12O6）（4）炎热干旱　（5）1.4　增加二氧化碳浓度和适当提高温度
下列生物基本代谢类型的叙述，正确的是（）A.细菌都是异养型生物B.动物都是需氧型生物C.寄生生物都是厌氧型生物D.自养型生物不一定具有叶绿体【答案】D
同化作用和异化作用在生物一生的生命活动中，会发生一些变化。下面是对此问题的有关叙述，你认为不正确的是（）A.通常情况下，绿色植物白天同化作用大于异化作用，晚上异化作用大于同化作用B.人在青少年时期同化作用等于异化作用，在年老时异化作用大于同化作用C.正常成年人同化作用长期大于异化作用的人会肥胖D.在新陈代谢过程中，同化作用和异化作用是同时进行的【答案】B
硝化细菌可通过化能合成作用形成有机物，下列判断正确的是（）A．硝化细菌具有线粒体，可以进行有氧呼吸B．硝化细菌可以利用NH3氧化为HNO3放出的能量，合成有机物C．硝化细菌没有叶绿体，只能进行异养生活
D．硝化细菌的核膜上具有多种酶，有利于生化反应的进行【答案】B
下表中列出了四种生物生存所需的条件，其中与蛔虫代谢类型一致的是（）生物有机物CO2O2H2O光能A＋－＋＋－B－＋＋＋＋C＋－－＋－D－＋＋＋－注：“＋”表示需要，“－”表示不需要。【答案】C
如图表示生物体与外界环境之间进行物质交换和能量转换过程，请据图分析回答:（1）图中①所示生理活动所需要的酶存在于　　　　中，②所示生理活动所需要的酶存在于　　　　和　　　　中，④所示生理活动所需要的酶存在于　　　　中。（2）编号②和④生理活动所释放能量的直接去向是　　　　　　　、　。（3）进行③过程的生物，其同化作用的特点是：能够利用将NH3转化为HNO3过程中释放的　　　　能，把　合成为。【答案】（1）叶绿体　细胞质基质　线粒体　细胞质基质（2）合成ATP　以热能形式散失（3）化学　二氧化碳和水合成为储能的有机物
第6讲
光合作用
新课标剖析
知识网络
知识点睛
酶
酶
酶
酶
酶
光
叶绿体
易混易错
例题精讲

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