专题八 光合作用.docx
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专题八光合作用
专题八光合作用
一、叶绿体和叶绿体色素
1、叶绿体的结构和功能
（1）结构：
①一般呈扁平的椭球形或球形，外表具有双层膜，内有基粒和基质，基粒是由类囊体堆叠而成的。
②吸收光能的色素分布于类囊体薄膜上，与光合作用有关的酶分布在叶绿体基质和类囊体薄膜上。
（2）功能
叶绿体是进行光合作用的场所
2、叶绿体色素的种类及吸收光谱
3、色素的分布、功能及特性
（1）分布：
叶绿体类囊体的薄膜上
（2）功能：
吸收光能、传递光能（四种色素）、转化光能（只有少量叶绿素a）。
叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，这两种光的光合作用效率最高，而绿光的光合效率最低。
（3）特性：
不溶于水，能溶于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂。
4、影响叶绿素合成的因素：
（1）光照：
光是叶绿素合成的必要条件，植物在黑暗中不能合成叶绿素，因此呈现黄色。
（2）温度：
温度可影响与叶绿素合成的有关酶的活性，进而影响叶绿素的合成。
叶绿素形成的最低温度为2~4℃，最适宜温度为30℃，最高温度为40℃。
秋天叶片变黄，是由于低温抑制叶绿素合成，同时原有的叶绿素遭破坏分解。
（3）无机盐：
氮、镁是构成叶绿素的成分，缺氮、镁时叶绿素合成受阻；铁、锰、铜、锌等是叶绿素形成过程中某些酶的辅酶成分，因此缺少铁、锰、铜、锌等化学元素时，也不能合成叶绿素。
二、叶绿体色素的提取和分离试验
1、实验原理
（1）叶绿体色素能溶解在有机溶剂（如无水乙醇）中形成色素溶液，使色素从生物组织中脱离出来。
（2）叶绿体色素都能溶解在层析液中，但四种色素分子在层析液中的溶解度不同。
溶解度大的色素分子随层析液在滤纸上扩散的快，反之则慢，所以不同色素可以在滤纸上因扩散速度不同而分开，四种色素分子在滤纸条上可以形成不同的色素带。
2、实验流程图示
3、实验成败的关键
（1）选材：
选取新鲜、颜色深绿的叶片，如菠菜叶，目的是提取到较多的色素。
（2）提取绿叶中的色素：
①叶绿素不稳定，易被破坏，因此研磨要迅速、充分以保证提取较多的色素。
②滤液收集后，要及时用棉塞将试管口塞紧，以防止滤液挥发。
③称取绿叶的质量和加入无水乙醇的体积要适当，以保证提取液的浓度。
（3）分离绿叶中的色素：
①画滤液细线：
用力要均匀，快慢要适中。
滤液细线要细、直，而且干燥后重复画一两次，使滤液细线既有较多的色素，又使各色素的扩散的起点相同。
②滤纸上的滤液细线不能触及（或没入）层析液，否则会使滤液中的色素溶解于层析液中，滤纸条上得不到色素带，使实验失败。
4、色素提取液呈淡绿色的原因分析：
（1）研磨不充分，色素未能充分提取出来；
（2）称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小；
（3）未加入碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。
5、实验中几种化学物质的作用
①无水乙醇作为提取液，可溶解绿叶中的色素。
②层析液用于分离色素。
③二氧化硅破坏细胞结构，使研磨充分。
④碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏
经典透析：
右图中①代表新鲜菠菜叶的光合色素纸层析结果，则右图②所示结果最有可能来自于
A．水培的洋葱叶B．生长的柳树幼叶
C．培养的衣藻D．秋冬的银杏落叶
三、光合作用的原理
1、光合作用概念
绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存能量的有机物，并释放出O2的过程。
2、总反应式：
叶绿体
3、光合作用过程
暗反应阶段
光反应阶段
（CH2O）
C5
多种酶
参加催化
定
固
原
还
CO2
2C3
酶
供氢
供能
酶
ADP+Pi
ATP
[H]
O2
H2O
解
分
下
光
在
水
光能
叶绿体
中的色素
4、物质转移
6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O
5、光反应和暗反应的比较
光反应
暗反应
条件
光、色素、酶
CO2、[H]、ATP、酶
场所
类囊体的薄膜
叶绿体的基质
过程
①水的光解
2H2O光4[H]+O2
②ATP的合成
ADP+Pi+光能酶ATP
①CO2的固定
CO2+C5酶2C3
②C3的还原
2C3+[H]ATP酶（CH2O）+C5
实质
光能化学能，释放O2
同化CO2，形成（CH2O）
总式
CO2+H2O（CH2O）+O2或6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O
物质变化
无机物CO2、H2O有机物（CH2O）、O2
能量变化
光能ATP中活跃的化学能有机物中稳定的化学能
光反应与暗反应的联系
（1）光反应为暗反应提供[H]、ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi，如图：
（2）没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。
总之，光反应是暗反应的物质和能量的准备阶段，暗反应是光反应的继续，是物质和能量转化的完成阶段。
二者是光合作用全过程的两个阶段，是相辅相成的。
四、光照和CO2浓度变化对植物细胞内C3、C5、[H]、ATP和O2及（CH2O）含量的影响
[H]
ATP
O2产生量
C3
C5
（CH2O）
光照强→弱
CO2供应不变
减少
减少
减少
上升
下降
减少
光照弱→强
CO2供应不变
增多
增多
增多
下降
上升
增加
光照不变
CO2供应减少
相对增加
相对增加
减少
下降
上升
相对减少
光照不变
CO2供应增加
相对减少
相对减少
增加
上升
下降
相对增加
【注意】
（1）以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量
的变化，而非长时间。
（2）以上各物质变化中，C3和C5含量的变化是相反的，[H]和ATP含量变化是一致的。
经典透析：
【例1】在其他条件适宜的情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内叶绿体中C3和C5化合物含量的变化时（）
A.C3和C5都迅速减少
B.C3和C5都迅速增加
C.C3迅速增加，C5迅速减少
D.C3迅速减少，C5迅速增加
答案：
C
【例2】（2012·杭州检测）下图为高等绿色植物光合作用图解，以
下说法正确的是
A．①是光合色素，分布在叶绿体和细胞质基质中
B．②是氧气，可参与有氧呼吸的第三阶段
C．③是三碳化合物，能被氧化为（CH2O）
D．④是ATP，在叶绿体基质中生成
答案：
B
【例3】（2011·池州模拟）把离体叶绿体加入到含ADP、磷酸、NADP＋等物质的溶液中，用图所示的条件进行光合作用，实验后绘成曲线，该曲线表示（ ）
A．有机物合成量 B．O2释放量
C．ATP、NADPH的数量D．CO2吸收量
答案：
C
【例4】在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0．003%的环境中，其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。
回答问题：
（1）图中物质A是______（C3化合物、C5化合物）
（2）在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是_______；将CO2浓度从1%迅速降低到0．003%后，物质B浓度升高的原因是______________。
（3）若使该植物继续处于CO2浓度为0．003%的环境中，暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的________（低、高）。
（4）CO2浓度为0．003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的_______（高、低），其原因_______。
五、影响光合作用的因素及其在农业生产中的应用
1、影响光合作用的内部因素
（1）内部因素主要包括叶绿体中色素含量、酶的含量及活性等。
（2）应用：
①可根据植物在不同生长发育阶段光合作用速率的不同，适时、适量地提供水肥及其他环境条件，以使植物茁壮成长。
②可根据老叶光合作用速率下降的原理，在农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶，以减少细胞呼吸消耗的有机物，增加产量。
2、影响光合作用的外部因素
（1）光
①光照强度（如图）
a.曲线分析
在一定范围内，光合作用速率随光照强度的增加而增加，但当光照强度增加到一定值时，光合作用速率不在增加。
b.关键点分析及变化
光补偿点表示光合作用的速率等于呼吸作用速率，光饱和点表示光合作用速率达到最大值时的最低光照强度。
若改变某一因素（如CO2浓度），使光合作用速率增大（减小），而呼吸作用不受影响时，光补偿点应左移（右移），光饱和点应右移（左移）；若改变某一因素（如温度），使呼吸作用速率增大（减小），则光补偿点应右移（左移）。
c.不同植物关键点的比较
一般阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物低，即在弱光下阴生植物光合作用速率大于阳生植物，在强光下，阳生植物的光合作用速率大于阴生植物。
②光质：
复合光（白光）下，光合作用速率最快；单色光中，蓝紫光下，光合作用速率最快，红橙光次之。
应用：
适当提高光照强度；延长光合作用时间；合理密植，增加光合作用面积；温室大棚使用无色玻璃或薄膜。
（2）CO2浓度
光合作用强度
CO2是植物进行光合作用的原料，只有当环境中的CO2达到一定浓度时，植物才能进行光合作用。
植物能够进行光合作用的最低CO2浓度称为CO2补偿点，即在此CO2浓度条件下，植物通过光合作用吸收的CO2与植物呼吸作用释放的CO2相等。
环境中的CO2低于这一浓度，植物的光合作用就会低于呼吸作用，消耗大于积累，长期如此植物就会死亡。
一般来说，在一定的范围内，植物光合作用的强度随CO2浓度的增加而增加，但达到一定浓度后，光合作用强度就不再增加或增加很少，这时的CO2浓度称为CO2的饱和点。
应用：
生产上施用有机肥，有机肥可在微生物作用下产生CO2；提高温室CO2浓度；使田间通风良好，供应充足的CO2等。
（3）温度
①曲线分析
影响酶的活性。
在一定范围内，植物光合作用速率随温度的升高而加快，温度过高会使酶的活性下降，从而使光合作用速率下降。
②关键点分析
A、C两点光合作用速率都较低，但原因不同，A点是由于低温抑制酶的活性，C点是由于高温使部分酶失活；B点是光合作用速率的最大值，但不一定是植物积累有机物的最适温度。
因为提高温度也会促进呼吸作用。
如图所示。
所以植物体内光合作用酶的最适温度不一定就是植物净光合作用的最适温度。
应用：
生产上白天适当升温，增强光合作用，晚上适当降低室温，抑制呼吸作用，以积累有机物。
经典透析：
【例1】（2011·新课标全国卷）番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降，原因是（ ）
A．光反应强度升高，暗反应强度降低
B．光反应强度降低，暗反应强度降低
C．光反应强度不变，暗反应强度降低
D．光反应强度降低，暗反应强度不变
答案：
B
【例2】（2012·菏泽检测）在冬季的人工大棚中种植蔬菜，需要确定适宜的光照强度，因为光照不充分会降低产量，而提供多余的光照会浪费资源。
某生物小组利用黑藻和台灯进行实验，初步探究适宜的光照强度，实验结果如下图所示，下列表述正确的是（ ）
A．该实验中要控制的无关变量为光照强度、CO2浓度、温度、黑藻数量等
B．实验记录的氧气量是光合作用实际产生的氧气量
C．结果表明，随着光照强度的不断增强，光合作用产生的氧气量也在增加
D．为确定适宜的光照强度，应在100～500W光照强度范围内设置多组梯度进行实验
答案：
D
【例3】下列四种现象中，可以用右图表示的是
A．在适宜条件
下光合作用强度随CO2含量的变化
B．条件适宜、底物充足时反应速率随酶量的变化
C．一个细胞周期中DNA含量随时间的变化
D．理想条件下种群数量随时间的变化
答案：
A
【例4】某研究性学习小组采用盆栽实验，探究土壤干旱对某种植物叶片光合速率的影响。
实验开始时土壤水分充足，然后实验组停止浇水，对照组土壤水分条件保持适宜，实验结果如下图所示。
下列有关分析正确的有：
A．叶片光合速率随干旱时间延长而呈下降趋势
B．叶片光合速率下降先于叶片叶绿素含量下降
C．实验2～4天，光合速率下降是由叶片叶绿素含量下降引起的
D．实验2～4天，光合速率下降可能是由叶片内CO2浓度下降引起的
答案：
ABD
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