1、小專題5光合作用的基本原理及應用 1光合作用基本過程圖解。光合作用基本過程圖解。2光合作用和呼吸作用的關系圖解光合作用和呼吸作用的關系圖解1葉綠體中的色素葉綠體中的色素 葉綠體中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中，所以，可以用無水乙醇提取綠葉中的色素。各種色素在層析液中的溶解度不同：溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快；反之則慢葉綠素葉綠素a和葉綠素和葉綠素b主要吸收藍紫光藍紫光和和紅光紅光，胡蘿卜胡蘿卜素和葉黃素素和葉黃素主要吸收藍紫光藍紫光。葉綠素的合成易受光照、溫度、Mg2+等的影響。2光合作用中光反應和暗反應的比較光合作用中光反應和暗反應的比較3植物光合作用和有氧呼吸的比較植物光合作用和

2、有氧呼吸的比較光合作用光合作用有氧呼吸有氧呼吸場所葉綠體活細胞(細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體)條件只在光下進行有光、無光都能進行ATP來源 產(chǎn)生于光反應階段有氧呼吸的三個階段ATP去向用于暗反應中C3的還原可用于各項生命活動的能量供應H來源來自光反應中水的光解來自第一、二階段H去向可作為還原劑用于暗反應階段還原C3兩階段所產(chǎn)生的H均被用于第三階段還原O2，產(chǎn)生H2O，釋放大量能量影響因素光照、溫度、CO2濃度等O2濃度、溫度、CO2濃度等物質(zhì)變化將無機物合成有機物 將有機物分解為無機物能量變化光能化學能化學能ATP、熱能實質(zhì)合成有機物，儲存能量(合成代謝或同化作用)分解有機物，釋放能量(分解代謝或異化作

3、用)聯(lián)系1進行光合作用的細胞是否都含葉綠體？色素是否進行光合作用的細胞是否都含葉綠體？色素是否都在葉綠體中？都在葉綠體中？ 藍藻屬于原核生物，沒有葉綠體，但含有葉綠素和藻藍素，能進行光合作用。如藍球藻、顫藻、發(fā)菜。某些細菌(光合細菌)在有光照、缺氧的環(huán)境中也能進行光合作用，利用光能生產(chǎn)有機物。與綠色植物不同的是，它們的光合作用的原始供氫體不是水，而是H2S(或一些有機物)，因而光合作用不產(chǎn)氧。如綠硫細菌和紫硫細菌。 對于高等植物而言，植物色素包括脂溶性的葉綠體色素和水溶性的細胞液色素，前者存在于葉綠體中，與光合作用有關，如葉綠素等；后者存在于液泡中，特別是與花朵的顏色有關，如花青素。 2光合作

4、用過程中條件的改變引起的物質(zhì)變化光合作用過程中條件的改變引起的物質(zhì)變化 3環(huán)境影響光合作用速度的曲線分析及應用環(huán)境影響光合作用速度的曲線分析及應用 (1)光照強度4光合作用與細胞呼吸的計算光合作用與細胞呼吸的計算(1)光合作用速率表示方法：通常以一定時間內(nèi) CO2等原料的消耗或O2、(CH2O)等產(chǎn)物的生成量來表示。(2)呼吸速率：將植物置于黑暗中，光照強度為0時，實驗容器中CO2增加量、O2減少量或有機物減少量。(3)凈光合速率又稱表觀光合速率，植物真正光合速率凈光合速率呼吸速率。如下圖所示：(4)光合作用實際產(chǎn)氧量實測的氧氣釋放量呼吸作用耗氧量。光合作用實際二氧化碳消耗量實測二氧化碳消耗量

5、呼吸作用二氧化碳釋放量。(5)一晝夜有機物的積累量(用CO2量表示)可用下式表示：積累量白天從外界吸收的CO2量晚上呼吸釋放的CO2量。5不同光照強度下植物葉肉細胞與外界環(huán)境的氣不同光照強度下植物葉肉細胞與外界環(huán)境的氣 體交換體交換 植物細胞可只進行呼吸作用，也可同時進行光合作用和呼吸作用。植物細胞進行光合作用時，優(yōu)先利用呼吸作用產(chǎn)生的CO2，當這部分CO2不足以滿足需要時，才會從外界吸收CO2。圖：圖：該圖顯示葉綠體不吸收CO2，即植物不進行光合作用，只有細胞呼吸(處于暗處)，此時，植物釋放的CO2線粒體釋放的CO2。圖：圖：該圖表示植物細胞的呼吸作用光合作用，即線粒體所釋放的CO2，除一部

6、分被葉綠體捕獲用于光合作用外，還有一些CO2將釋放到外界。圖：圖：表示光合作用強度細胞呼吸強度，此時植物在外觀上表現(xiàn)為既不吸收CO2也不釋放CO2，既不吸收O2也不釋放O2。圖：圖：該圖表示葉綠體中吸收的CO2除來自線粒體外還來自外界，此時應為光合作用呼吸作用。【熱點考向【熱點考向1】光合作用暗反應中光合作用暗反應中C3和和C5化合物含量化合物含量 變化的分析變化的分析【例【例1】下圖為光合作用聯(lián)系示意圖，如在適宜條件下栽培的小麥，突然將c降至極低水平(其他條件不變)，則a、b在葉肉細胞中的含量將()Aa上升、b下降 Ba、b都將上升 Ca、b都將下降 Da下降、b上升【解析】【解析】此圖呈現(xiàn)

7、的是光合作用過程。對于此類問題，必須準確掌握光合作用暗反應的機理(“卡爾文循環(huán)”)，并注意光反應與暗反應是有機統(tǒng)一的整體，抓住三類物質(zhì)量的變化，即光反應產(chǎn)物(H和ATP)、CO2及(CH2O)。結合右圖可準確判斷。圖中的a、b【答案】【答案】B代表水光解生成的H和ATP，c代表CO2，CO2突然降至極低水平(其他條件不變)，則C5固定CO2生成C3的量將減少，故C3還原成(CH2O)所消耗的H和ATP將減少，而光反應生成H和ATP正常進行，故葉肉細胞中的H和ATP的含量都將上升。【變式【變式1】(2011全國新課標卷全國新課標卷)在光照等適宜條件下，將培養(yǎng)在CO2濃度為1%環(huán)境中的某植物迅速轉

8、移到CO2濃度為0.003%的環(huán)境中，其葉片暗反應中C3和C5化合物微摩爾濃度的變化趨勢如下圖。(1) 圖中物質(zhì)A是_ (C3化合物、C5化合物)。(2) 在CO2濃度為1%的環(huán)境中，物質(zhì)B的濃度比A的低，原因是_將CO2濃度從1%迅速降低到0.003%后，物質(zhì)B濃度升高的原因是_C3化合物的含量穩(wěn)定。根據(jù)暗反應的特點，此時C3化合物的含量是C5化合物的2倍。暗反應速率在該環(huán)境中已達到穩(wěn)定，即C3和C5化合物的含量穩(wěn)定。根據(jù)暗反應的特點， 當CO2濃度突然降低時，C5化合物的合成速率不變，消耗速率卻減慢，導致C5化合物積累。(3) 若使該植物繼續(xù)處于CO2濃度為0.003%的環(huán)境中，暗反應中C

9、3和C5化合物濃度達到穩(wěn)定時，物質(zhì)A的濃度將比B的_ (低、高)。(4) CO2濃度為0.003%時，該植物光合速率最大時所需要的光照強度比CO2濃度為1%時的_ (高、低)，其原因CO2濃度低，暗反應的強度低，所需ATP和H少。低高【解析】【解析】本題主要考查光合作用的影響因素的相關知識及識圖能力。(1) CO2濃度降低后，直接影響暗反應中CO2的固定，導致C3化合物的量減少，確定物質(zhì)A是C3化合物，物質(zhì)B是C5化合物。(2) CO2濃度為1%時，暗反應速率在該環(huán)境中已達到穩(wěn)定，即C3和C5化合物的含量穩(wěn)定，根據(jù)暗反應的特點，此時C3化合物的分子數(shù)是C5化合物的2倍；當CO2濃度突然降低時，

10、C5化合物的合成速率不變，消耗速率卻減慢，導致C5化合物積累。【解析】【解析】 (3) CO2濃度為0.003%時，C3和C5化合物的濃度保持穩(wěn)定后，暗反應保持穩(wěn)定，此時仍根據(jù)暗反應中CO2的固定的反應式確定，C3化合物的量應是C5化合物的量的2倍。(4) CO2濃度降低，達到最大光合速率時所需的光照強度降低，因為暗反應減弱，所需的ATP和H減少，光反應強度減弱。【熱點考向【熱點考向2】多因子變量對光合作用的影響分析多因子變量對光合作用的影響分析 【例【例2】在下面曲線圖中，有M、N、O、P、Q五個 點，對它們的含義的敘述正確的是()M點時，植物既進行光合作用，也進行呼吸作用，且光合作用強度弱

11、于呼吸作用強度N點時，植物體只進行呼吸作用；O點時，植物體的光合作用強度等于呼吸作用強度Q點時，光照強度不再是影響光合速率的主要因素P點前，影響光合速率的主要因素是光照強度A BC D【解析】【解析】 M點時，光照強度為零，無光合作用，只有呼吸作用。N點為光補償點，其光合作用強度等于呼吸作用強度。O點在N、P之間，光合作用強度大于呼吸作用強度。故均錯誤。 【答案】【答案】C【變式【變式2】(2011湖南師大附中月考湖南師大附中月考)下圖為綠色植物體內(nèi)某些代謝過程中物質(zhì)變化的示意圖，甲、乙、丙分別表示不同代謝過程，X表示某種物質(zhì)；圖和圖表示不同外界環(huán)境因素對光合速率的影響。請回答下列問題： (1

12、)圖中的物質(zhì)X為_。植物體內(nèi)既可進行甲過程又可進行丙過程的細胞是_。(2)圖甲、乙、丙中既有水參加又有水生成的是_，圖中O2如果被18O標記，則圖中最終會出現(xiàn)的具有放射性的物質(zhì)有_ATP葉肉細胞丙H2O、CO2、C6H12O6(3)高溫干旱初期，小麥光合作用速率下降，主要原因是限制了圖中的_過程，此原因可用圖_ (填或)來說明，原因是_，光合作用速率下降。(4)圖中的P點，限制小麥光合作用速率的因素為_，該因素限制了圖中的_過程。除上述圖和圖顯示的因素外，_ (答出一點即可) 也是影響光合作用速率的主要因素之一。乙氣孔關閉，CO2供應不足光照強度甲光質(zhì)、必需礦質(zhì)元素【熱點考向【熱點考向3】關于

13、總關于總(真正真正)光合與凈光合與凈(表觀表觀)光合的分析光合的分析【例例3】以測定的CO2吸收量與釋放量為指標，研究溫度對某綠色植物光合作用和呼吸作用的影響，結果如下圖所示。下列分析正確的是()A15 時每小時光合作用消耗的CO2量為3.5 mgB圖中最有利于植物積累有機物的溫度為20 C兩曲線的交點表示光合作用制造的有機物量與呼吸作用消耗的有機物量相等D溫度高于25 時，光合作用制造的有機物量開始減少【解析】【解析】如圖虛線代表光照下CO2的吸收量，應為實測的凈光合速率。實線代表黑暗下CO2的釋放量，就是呼吸速率。所以15 時每小時光合作用消耗的CO2量為凈光合速率呼吸速率即2.51.03

14、.5 mg。圖中最有利于有機物積累的溫度應為虛線的最高點即25 。兩曲線的交點代表有機物的凈積累量與呼吸作用消耗的有機物量相等。溫度高于25 時，光合作用的有機物凈積累量開始減少，而制造的有機物量為兩曲線之和，在溫度高于35 開始減少。【答案】【答案】A 【變式【變式3】(2011湖南師大附中月考湖南師大附中月考)有一種測定葉片光合速率的方法半葉干重法，實驗過程如下： 注：注：1.光合速率是單位面積葉片在單位時間內(nèi)固定 CO2的量或合成有機物的量。 2總光合速率凈光合速率呼吸速率。步驟一：步驟一：選擇同一植株上生長狀況良好、發(fā)育程度相近的葉片若干，葉片主脈兩側對稱；步驟二：步驟二：在葉柄處進行

15、適當處理使篩管的運輸功能受阻、導管功能正常，保證實驗中葉片呼吸作用和光合作用正常進行；步驟三：步驟三：剪取葉主脈右半部分的葉片，立即保存于暗處(簡稱暗葉)，另一半葉片同主脈保留在枝上給予正常光照(簡稱光葉)，控制光葉和暗葉的溫度、濕度一致，開始記錄時間；步驟四：步驟四：數(shù)小時后剪下光葉，從光葉和暗葉上各切取相同大小的葉塊，立即烘干至恒重，分別用分析天平稱重，將結果記錄在下表中：測 量光 葉暗 葉差 值干重(mg)(1)分析上述實驗方法并回答問題：步驟一中選擇同一植株上生長狀況良好和發(fā)育程度相近的葉片作為實驗材料的理由是葉片的發(fā)育狀況不同，它的_作用不同；步驟二中阻止篩管運輸功能的目的_，如果處

16、理不當使導管也受阻，葉片將會出現(xiàn) _現(xiàn)象；光合作用和呼吸防止葉片合成的有機物向外運輸萎蔫步驟三中，光葉與暗葉的呼吸速率_步驟四中，光葉與暗葉干重出現(xiàn)差異的原因是_.(2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，按照公式：X ，可以計算出X值。葉塊干重差的含義是_，X的單位是_。沒有明顯差異；基本相同或進行呼吸作用) 。光葉進行光合作用，暗葉不進行光合作用(或暗葉只質(zhì)量(或合成有機物量)mgcm2 h1葉片光合作用制造的干物在計算葉片光合作用中固定的CO2量時，還要利用光合作用反應式得到一個系數(shù)a，之后用X乘以a計算得出。系數(shù)a的值為_ (保留一位小數(shù))。上述計算測得的光合速率為_ (總光合速率、凈光合速率)的值。1.5

17、總光合速率【解析】【解析】此題以實驗題的形式考查了總光合作用與凈光合作用的關系。重點理解干重差的含義。暗葉只進行呼吸作用，質(zhì)量減少。光葉既進行光合作用也進行呼吸作用，其干重是凈積累的有機物量(總光合作用呼吸作用)，這樣光葉與暗葉的干重差就是實際光合作用中制造的有機物量，即總光合作用。【熱點考向【熱點考向4】關于光合作用強度日變化的問題分析關于光合作用強度日變化的問題分析【例【例4】 (2011湖南師大附中月考湖南師大附中月考)將一植物放在密閉的玻璃罩內(nèi)，置于室外進行培養(yǎng)，假定玻璃罩內(nèi)植物的生理狀態(tài)與自然環(huán)境中相同。用CO2濃度測定儀測得了該玻璃罩內(nèi)CO2濃度的變化情況，繪制成如下圖的曲線，下列

18、有關說法正確的是()ABC段較AB段CO2濃度增加減慢，是因為植物開始進行光合作用消耗CO2BCO2濃度下降從DE段開始，說明植物進行光合作用是從D點開始的 CD點表明植物光合作用強度和呼吸作用強度相等 DH點CO2濃度最低，說明此時植物對CO2的吸收速率最快【解析】【解析】在一天(24小時)中，植物一直進行呼吸作用，在有光照時還可以進行光合作用，從而引起密閉玻璃罩內(nèi)CO2濃度的變化。BC段較AB段CO2濃度增加減慢，是因為夜間低溫使呼吸作用減弱。CD段CO2濃度增加減慢，是因為植物開始進行光合作用消耗CO2，但此段光合作用弱于呼吸作用，表現(xiàn)為CO2增加，D點對應光合作用吸收的CO2等于呼吸作

19、用釋放的CO2。H點之后一段時間光照很弱，依然能進行光合作用，但光合作用強度弱于呼吸作用，表現(xiàn)為密閉裝置中CO2濃度增加。【答案】【答案】C【變式【變式4】(2011廣州高三五校聯(lián)考廣州高三五校聯(lián)考)將一長勢良好的健壯植株在密閉玻璃罩內(nèi)培養(yǎng)，并置于室外 。用CO2測定儀測定玻璃罩內(nèi)CO2濃度某一天的變化情況，繪成曲線如下圖甲所示。下圖乙表示該植株處于光照下的葉肉細胞，a表示該細胞的線粒體進行細胞呼吸放出的CO2量，b表示該細胞的葉綠體進行光合作用吸收的CO2量。回答下列問題：(不考慮這一天內(nèi)植株生長對細胞呼吸和光合作用的影響)(1)如圖甲所示，BC段較AB段CO2濃度增加速率減慢的原因是_。從

20、16時到18時，葉綠體內(nèi)ATP合成速率的變化是_。(2)如圖乙所示，在氧氣不足條件下，線粒體內(nèi)丙酮酸氧化分解的速率將會_。適宜光照條件下，光反應產(chǎn)生的并能夠為暗反應所利用的能源物質(zhì)是_，若光照突然停止而其他條件不變，則短時間內(nèi)葉綠體中三碳化合物(C3)的合成速率將會_ (填“變大”、“不變”或“變小”)。減少溫度降低，細胞呼吸(呼吸作用)減弱減慢ATP和NADPH變小【熱點考向【熱點考向5】光合作用的測定裝置光合作用的測定裝置【例【例5】下圖是探究綠色植物光合作用速率的實驗示意圖，裝置中的碳酸氫鈉溶液可維持瓶內(nèi)的二氧化碳濃度。該裝置放20 環(huán)境中。實驗開始時，針筒的讀數(shù)是0.2 mL，毛細管內(nèi)

21、的水滴在位置X。30分鐘后，針筒的容量需要調(diào)至0.6 mL的讀數(shù)，才能使水滴仍維持在X的位置。據(jù)此實驗回答下列問題：(1)以釋放出的氧氣量來代表光合作用速率，該植物的光合作用速率是_mL/h。(2)用這一方法測量光合作用速率，比實際的光合速率低，原因是_。(3)假若將該植物的葉的下表皮涂上一層凡士林，光合作 用 的 速 率 將 會 大 幅 度 下 降 ， 原 因 是_。(4)如果在原實驗中只增加光照強度，則針筒的容量仍維持在0.6 mL讀數(shù)處。在另一相同實驗裝置中，若只將溫度提升至30 ，針筒容量需要調(diào)至0.8 mL讀數(shù)，才能使水滴維持在X的位置上。比較兩個實驗可以得出什么結論？【解析】【解析

22、】植物光合速率的測定通常也選用細胞呼吸作用所使用的裝置(如右圖所示)，但需用綠色植物作為被研究的生物，且將NaOH溶液更換成NaHCO3溶液，同時給予適宜的光照。裝置中綠色植物光合作用產(chǎn)生的O2可使玻璃管內(nèi)的紅色液滴右移。實驗過程中NaHCO3溶液持續(xù)釋放CO2，排除了因CO2量的變化而對實驗結果造成的干擾。【解析】【解析】(1)針筒的起始讀數(shù)是0.2 mL,30分鐘后終點讀數(shù)為0.6 mL，則O2釋放量為0.4 mL，所以每小時釋放0.8 mL O2。(2)用這一方法測定的是光合作用凈產(chǎn)氧量，即凈產(chǎn)氧量總產(chǎn)氧量呼吸耗氧量，故凈光合速率低于真正的光合速率。【答案】【答案】 (1)0.8(2)植

23、物同時進行呼吸作用，消耗了氧氣(3)凡士林阻塞部分氣孔，使供應葉的二氧化碳減少，限制光合作用的暗反應(4)在光照充足的條件下，提高溫度可提高光合作用速率【解析】【解析】(3)凡士林能封閉氣孔，阻止葉片的CO2供應，從而影響到CO2的固定，C3生成受阻，C3還原也降低，暗反應速率降低。(4)由題意可知，光照強度已處于光飽和點，因此不成為限制光合速率的因素，而實驗環(huán)境溫度為20 ，酶活性還未達到最高，因此可通過適當提高溫度來加快光合速率。【變式【變式5】下圖所示裝置中的NaHCO3溶液可為植物提供CO2，則下列有關敘述錯誤的是( )A若將此裝置用來驗證CO2是光合作用的原料，則增加的對照組應將NaHCO3溶液替換成等量的NaOH溶液B若用18O標記水槽中的H2O，則一段時間后，玻璃鐘罩壁的水珠和罩內(nèi)的O2都具有放射性C若將這個裝置培養(yǎng)水稻，給水稻植株提供14C標記的CO2,14C首先出現(xiàn)在C3中D若突然停止光照，則植物細胞內(nèi)C3含量會下降【解析】【解析】驗證CO2是光合作用的原料，則CO2的有無是本實驗的自變量，NaHCO3溶液提供CO2作為實驗組，NaOH溶液吸收裝置中的CO2作為對照組。標記HO，則通過蒸騰作用，玻璃鐘罩壁上的H2O具有放射