能量之源——光与光合作用 主讲人：晋城一中 郝媛

[基础回扣] 一、捕获光能的色素和结构 1．叶绿体 (1)模式图

③是 ：由类囊体堆叠而成，分布有 和与 有关的酶。 (3)功能：进行 的场所。 (2)结构 ①是叶绿体膜：双层膜。 ②是 ：含有与暗反应有关的酶。 ③是 ：由类囊体堆叠而成，分布有 和与 有关的酶。 (3)功能：进行 的场所。 (4)恩格尔曼的实验：好氧细菌只分布于___________被光束照射的部位。 基质 基粒 色素 光反应 光合作用 叶绿体

2．色素的种类和功能 叶绿素a 叶绿素b 黄 橙黄 色素 功能 叶绿素 ：蓝绿色 吸收蓝紫光和红光 ：黄绿色 类胡萝卜素 叶黄素： 色 叶黄素： 色 吸收蓝紫光 胡萝卜素： 色 叶绿素a 叶绿素b 黄 橙黄

3.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，植物在黑暗中叶呈黄色。 (2)温度：低温抑制叶绿素的合成，破坏已有的叶绿素分子，从而使叶片变黄。 (3)镁等无机盐：镁是构成叶绿素的成分，缺镁叶片变黄。 [解惑]　能进行光合作用的生物不一定含有叶绿体，如光合细菌、蓝藻等不含叶绿体，但能进行光合作用。

二、光合作用的过程 1．反应式：CO2＋H2O → (CH2O)＋O2。 2．过程 (1)区别 光能 叶绿体

(2)联系：光反应为暗反应提供 和 ；暗反应为光反应提供 、 。 ATP [H] (2)联系：光反应为暗反应提供 和 ；暗反应为光反应提供 、 。 ADP Pi

指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。可以用一定时间内原料的消耗量或产物的生成量来表示。 2．影响光合作用的因素 三、影响光合作用的因素及光合效率 1．光合作用强度 指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。可以用一定时间内原料的消耗量或产物的生成量来表示。 2．影响光合作用的因素 空气中 、光照强度、 、土壤中 的 等。 CO2浓度 温度 水分、矿质元素

3．不同颜色温室大棚的光合效率 (1) 光合作用效率是指绿色植物通过光合作用制造的有机物中所含有的能量与光合作用所吸收的光能的比值。农作物的光合作用效率与二氧化碳浓度、光质、温度、矿质元素等有密切关系。 (2)叶绿素对蓝紫光和红光吸收最多，对绿光吸收最少，因此蓝紫光和红光的光合作用效率较高，绿光光合作用效率较低。无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明的大棚光合效率最高。

[解惑]　绿色植物等进行光合作用的生物和硝化细菌等进行化能合成作用的生物代谢类型都是自养型，在生态系统的成分中都是生产者。

(3)植物呈现绿色是由于叶绿素能有效吸收绿光( ) (4)叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光( ) [优化落实] 考查一　捕获光能的色素和结构 1．[判一判] (1)叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素( ) (2)被叶绿素吸收的光可用于光合作用( ) (3)植物呈现绿色是由于叶绿素能有效吸收绿光( ) (4)叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光( ) (5)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值相同( ) √ √ × √ ×

(7)液泡中色素吸收的光能用于光合作用( ) (8)叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内( ) 提示 分布在类囊体的薄膜上。 √ (6)利用纸层析法可分离4种叶绿体色素( ) (7)液泡中色素吸收的光能用于光合作用( ) (8)叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内( ) 提示　分布在类囊体的薄膜上。 (9)光合作用需要的酶只分布在叶绿体基质中( ) 提示　类囊体的薄膜上和叶绿体基质中都有。 × × ×

(2)H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在基质中( ) (3)在叶肉细胞中，CO2的固定和产生场所分别是叶绿体基质、线粒体基质( ) 考查二　光合作用的过程 2．[判一判] (1)叶绿体是光合作用的主要场所( ) 提示　是全部场所。 (2)H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在基质中( ) (3)在叶肉细胞中，CO2的固定和产生场所分别是叶绿体基质、线粒体基质( ) (4)光合作用过程中光能转变为化学能，细胞呼吸过程中化学能转变为热能和ATP ( ) × × √ ×

(6)光照下叶绿体中的ATP主要是由光合作用合成的糖经有氧呼吸产生的( ) × (5)破坏叶绿体外膜后，O2不能产生( ) (6)光照下叶绿体中的ATP主要是由光合作用合成的糖经有氧呼吸产生的( ) (7)离体叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成碳(暗)反应( ) (8)CO2的固定发生在类囊体薄膜上( ) × √ ×

(1)叶肉细胞在光照下进行光合作用，不进行呼吸作用( ) (2)暗反应必须在无光条件下进行( ) 考查三　影响光合作用的因素及光合效率 3．[判一判] (1)叶肉细胞在光照下进行光合作用，不进行呼吸作用( ) (2)暗反应必须在无光条件下进行( ) (3)温度主要通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率( ) (4)冬季温室栽培可适当提高温度，来提高光合作用效率 ( ) × × √ √

(5)晚上适当降低温度，可以降低细胞呼吸消耗有机物，来增加有机物的积累( ) (6)无色透明塑料大棚比绿色塑料大棚光合作用效率高( ) (5)晚上适当降低温度，可以降低细胞呼吸消耗有机物，来增加有机物的积累( ) (6)无色透明塑料大棚比绿色塑料大棚光合作用效率高( ) √ √

考点　色素与光合作用过程 [关键点击] 1．色素 (1)色素的吸收光谱

(2)色素与叶片颜色 ①正常绿色 正常叶子的叶绿素和类胡萝卜素的比例为3∶1，且对绿光吸收最少，所以正常叶片总是呈现绿色。 ②叶色变黄 寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，显示出类胡萝卜素的颜色，叶子变黄。

③叶色变红 秋天降温时，植物体为适应寒冷，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶子呈现红色。 (3)色素的功能 吸收、传递光能，少数特殊状态的叶绿素a将光能转化为电能。

2．光合作用过程图解

5．条件骤变时，C3、C5、[H]、ATP的含量变化 (1)图示过程：

(2)变化分析： 条件 C3 C5 [H]和ATP 模型分析 光照由强到弱，CO2供应不变 增加 减少 减少或没有

条件 C3 C5 [H]和ATP 模型分析 光照不变，CO2由充足到不足 减少 增加 光照不变，CO2由不足到充足

[易错清零] 易错点1　若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用。甲：一直光照10分钟；乙：光照5秒，黑暗5秒，持续20分钟，则光合作用制造的有机物：甲<乙(暗反应时间长)。 易错点2　CO2中C进入C3但不进入C5，最后进入(CH2O)，C5中C不进入(CH2O)，可用放射性同位素标记法证明。 易错点3　光合作用光反应产生的ATP只用于暗反应阶段，不能用于其他生命活动，其他生命活动所需ATP只能来自细胞呼吸。

[演练提升] 3．如图表示叶绿体结构与功能示意图。下列说法错误的是(　　) A．结构A中的能量变化是光能转变为ATP中的化学能 B．供给14CO2，放射性出现的顺序为CO2→C3→甲 C．结构A释放的O2可进入线粒体中 D．结构A释放的O2可能来自CO2

解析　光合作用过程中，光能转化为ATP中活跃的化学能的场所是叶绿体基粒的类囊体薄膜上；CO2被固定后首先进入C3中，随后进入有机物中；叶绿体基粒类囊体薄膜产生的O2全部来自于水的光解，O2的去向有两个：一是进入线粒体内参与有氧呼吸过程，二是释放到细胞外。 答案　D

4. 进行正常光合作用的叶片，如果叶绿体中[H]的含量相对稳定，在a点时突然停止供给CO2，能表示叶绿体中[H]含量变化的曲线是(　　)

解析　突然停止供给CO2，暗反应受到抑制，消耗光反应产生的[H]的量减少，[H]积累增多，一段时间后处于稳定状态。 答案　B

【解题技巧】 (1)条件骤变时，C3、C5、[H]、ATP的含量变化，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)达到相对稳定时，C3化合物的浓度是C5化合物浓度的2倍。

光合作用的指标是光合速率,通常以每小时每平方分米叶面及吸收CO2毫克数表示。 点拨　光合作用和细胞呼吸之间的关系 　　光合作用的指标是光合速率,通常以每小时每平方分米叶面及吸收CO2毫克数表示。 　真正光合速率=表观(净)光合速率+呼吸速率 光合作用实际产O2量＝实测O2释放量＋呼吸作用耗O2量 光合作用实际CO2消耗量＝实测CO2消耗量＋呼吸作用CO2释放量 光合作用C6H12O6净生产量＝光合作用实际C6H12O6生产量－ 　　呼吸作用C6H12O6消耗量

净光合作用： CO2吸收量、 O2释放量、有机物积累量

例：对某植物测得如下数据： 30℃ 15℃ 一定强度的光照10h 黑暗下5h 黑暗5h CO2减少880mg O2减少160mg O2减少80mg 净光合 呼吸 呼吸 若该植物处于白天均温30℃，晚上均温15℃、有效日照15h环境下，预测该植物1天24h中积累的葡萄糖为A．315mg B．540mg C．765mg ．1485mg 净光合 答案：C

考点　影响光合作用的环境因素 [关键点击] 1. 光照强度 (1)光合作用强度随光照强度变化的曲线：

2. CO2浓度 (1)曲线分析：图中曲线与横坐标焦点表示CO2补偿点，即光合作用速率等于呼吸作用速率时的CO2浓度 (2)应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合作用速率。

(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用酶的活性，提高光合速率，也可同时充入适量的CO2进一步提高光合速率，当温度适宜时，要适当提高光照强度和CO2浓度以提高光合速率。

[易错清零] 易错点1　温度改变对光合作用的影响。温度改变时，不管是光反应还是暗反应均会受影响，但主要影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多。 易错点2　光照不但影响光反应，而且光是叶绿素合成的必要条件，因此植物在暗处呈黄色。 易错点3　温度不但影响光合作用过程中酶的活性，而且低温会抑制叶绿素的合成，甚至破坏原有的叶绿素分子，从而使叶片变黄。

[演练提升] 5. (2013·重庆卷，6)图中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

解析　水的光解、O2释放发生在叶绿体类囊体薄膜上，而不是叶绿体基质，A项错误；t2→t3，限制光合速率的因素为CO2浓度此时光照充足且恒定，若增加光照，光合速率不会提高，B项错误；t3→t4，暗反应增强，一定程度上加快ATP和ADP的转化，同时促进了光反应，C项错误；突然停止光照，光反应减弱甚至停止，类囊体薄膜上ATP合成受阻，ATP含量减少，ADP和Pi含量升高，被还原的C3化合物减少，直接产物含量降低，D项正确。 答案　D

6. 甲图和乙图表示某植物在适宜的CO2浓度条件下光合作用速率与环境因素之间的关系，下列相关描述中错误的是 (　　)

A．甲图中，在a′点限制光合作用速率的主要因素是光照强度，在b′点限制光合作用速率的主要因素是温度或CO2浓度 D．若光照强度突然由a变为b，短时间内叶肉细胞中C3的含量会增加

解析　甲图表示光照强度和温度对光合作用速率的影响，乙图表示温度对光合作用速率的影响。分析甲图中某点上的限制因素时，要看曲线是否达到饱和点。如果没有达到饱和点(如a′点)，则限制因素为横坐标表示的因素，即光照强度；当达到饱和点以后(如b′点)，则限制因素为横坐标表示的因素以外的其他因素，如温度或CO2浓度。当光照强度突然增强时，光反应速率加快，产生更多的[H]和ATP，短时间内C3的还原速率加快而CO2的固定速率不变，故C3的含量会减少。 答案　D

【解题技巧】 1. CO2浓度对光合作用的影响。CO2浓度很低时，光合作用不能进行；当CO2浓度大于某值时，光合作用才能进行。对于植物来说，也存在CO2的补偿点和饱和点，CO2浓度过大时，会抑制植物的呼吸作用，进而影响到光合作用。

2. 不同的植物的光补偿点和光饱和点不同： ①不同的植物的光补偿点不同，主要与该植物的呼吸作用强度有关，与温度也有关系。一般阳生植物的光补偿点比阴生植物高。 ②不同的植物的光饱和点不同。阳生植物的光饱和点高于阴生植物。

3．光合作用限制因素分析 (1)达到饱和点以前的限制因素，为横坐标表示的因素。 (2)达到饱和点以后的限制因素，为横坐标表示的因素以外的因素。

考点：密闭容器和自然环境中植物光合作用曲线

F 增加 C3 图为蔬菜大棚中测定的相关数据，请分析并回答： (1)甲图表示种植番茄的密闭大棚内，一昼夜空气中的CO2含量变化。其中A～B段CO2相对含量升高是因为植物的_______， 影响B～D段CO2相对含量下降的主要环境因素是_______，在一天当中，植物有机物积累量最多是在曲线的______点。 (2)乙图所示为叶绿体中色素的吸收光谱。如果将密闭大棚内的光照由550nm波长的光转为670nm波长后，其他条件不变，叶绿体类囊体膜上的ATP和NADPH产量将会________，碳反应中____量将会减少。 呼吸速率大于光合速率 光照强度 F 增加 C3

(3)一般的蔬菜大棚都是采用无色透明的塑料膜做遮盖物以提高光能利用率，同时还可以通过控制棚内的____ 来提高蔬菜的产量。 (3)一般的蔬菜大棚都是采用无色透明的塑料膜做遮盖物以提高光能利用率，同时还可以通过控制棚内的____ 来提高蔬菜的产量。 CO2浓度、温度(昼夜温差)

例题分析

将某种绿色植物的叶片，放在特定的实验装置中，研究其有10℃、20℃的温度条件下，分别置于5klx、10klx光照和黑暗条件下的光合作用和呼吸作用，结果如图所示。据图所作的下列推测，正确的是 A．该叶片在20℃、10klx的光照下，每小时光合作用固定的CO2量约是8.25mg B．该叶片在5klx光照下，10℃时积累的有机物比20℃时少 C．该叶片在10℃、5klx的光照下，每小时光合作用所产生的氧气量是3mg D．该叶片呼吸速率与温度和光照时间均成正比

请回答下列有关小麦细胞代谢的相关问题： （1）图甲曲线中，当光照强度为a点时，叶肉细胞中产生ATP的场所有          。当光照强度为600 lx时，光合作用过程中二氧化碳的同化总量为         umol/(m2.s)，当光照强度            （大于、小于、等于）200lx时，细胞会表现出乙图细胞的生理状态。大棚种植蔬菜时，白天应控制光强为甲图中的____      （a、b、c、d）点最为理想。

（2）图丙表示某小麦的非绿色器官在氧浓度为a、b、c、d时，CO2释放量和O2吸收量的关系图，在图丙a、b、c、d四种浓度中,最适合该器官储藏的氧浓度是    ；若细胞呼吸的底物是葡萄糖，则在氧浓度为b时，无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸消耗葡萄糖的量的     倍。  

__________________________________________________________ 温度（℃） 5 10 15 20 25 30 35 光照下吸收CO2（mg/h） 1.00 1.75 2.50 3.20 3.75 3.50 3.00 黑暗中释放CO2（mg/h） 0.50 0.75 1.50 2.25    （3）若将小麦放在特定的实验装置内研究温度对其光合作用与呼吸作用的影响（其余的实验条件都是理想的），实验以植物对CO2的吸收量与释放量为指标。实验结果如下表所示。 则昼夜不停地给予光照，该小麦生长的最适宜温度是________℃；每天交替进行12 h光照、12 h黑暗，温度均保持在30℃的条件下，该植物能否生长? ________，为什么? __________________________________________________________

(2015·郑州模拟)对农作物光合作用和细胞呼吸的研究，可以指导我们的农业生产。下面是某研究小组以番茄为材料所做的相关实验及其结果，请回答相关问题。

(1)由甲图可推知，与P点相比，Q点限制单株光合强度的外界因素是________(写出两种)，甲实验给我们的启示是，在栽培农作物时要注意________。 (2)种植番茄的密闭大棚内一昼夜空气中的CO2含量变化如图乙所示。C～F段，叶绿体内ADP含量最高的地方是________，叶绿体内O2的含量将________，一昼夜内植株是否显示生长现象？并说明理由________________________。 乙图给我们的启示是，在密闭大棚种植作物时要注意____________________________________________________。

(3)将对称叶片左侧遮光右侧曝光(如图丙)，并采用适当的方法阻止两部分之间的物质和能量的转移。在适宜光照下照射12小时后，从两侧截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为a和b(单位：g)。则b－a所代表的是____________________。 (4)装置丁(如图)可用来探究光照强度对光合作用强度的影响。根据该图的材料及设置，可以确定该实验的因变量应该是________，而自变量可以是______；无关变量有_________(写出两种)。

解析　(1)随种植密度增大，田间的通风、透光条件都变差，故与P点比，限制Q点光合作用强度的外界因素是光强、CO2浓度。(2)植物进行光合作用过程中，ATP在叶绿体基质中被消耗，故在叶绿体内基质中ADP含量最高。因大棚密闭，总碳量不变，经过一昼夜，棚内CO2含量降低，则有机物含量增加。(3)照光与不照光部分的生理过程中差别是光合作用是否进行，故右(总光合作用与细胞呼吸)－左(细胞呼吸)＝总光合作用。(4)该实验的自变量是光强，因变量应该是反映光合作用强度的指标——叶片上浮速率。而影响光合作用强度的其他因素都是无关变量。

答案　(1)光照强度、CO2浓度　合理密植 (2)叶绿体基质　逐渐升高　生长。因为一昼夜内大棚内的CO2浓度有所下降，说明光合作用产生的有机物有积累　经常补充CO2 (3)12小时内右侧截取部分光合作用制造的有机物总量 (4)单位时间上浮叶片的数量　光照强度(台灯与烧杯的距离)　温度、清水的量、CO2的含量等

0.06 2将一株植物置于密闭的容器中，用红外测量仪进行测量，测量时间均为1小时，测定的条件和结果如下表（数据均为标准状态下测得，单位mL） 在充分光照条件下 暗处 15℃ 25℃ CO2减少量 22.4 44.8 — CO2增加量 ­— 11.2 （1）在25 ℃条件下，若这株植物在充分光照条件下1小时积累的有机物都是葡萄糖，则1小时积累葡萄糖 g。 0.06

0.09 0.39 在充分光照条件下 暗处 15℃ 25℃ CO2减少量 22.4 44.8 — CO2增加量 ­— 11.2 （2）在25 ℃条件下，这株植物在充分光照下1小时总共制造葡萄糖 g。 （3）如果一天有10小时充分光照，其余时间在黑暗下度过，如果光照时的温度为25℃，黑暗时的温度为15℃，则一昼夜积累葡萄糖 g. 0.09 0.39

A （07年山东理综） 以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究 温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示。下列分析正确的是（ ） A．光照相同时间，35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃相等 B．光照相同时间，在20℃条件下植物积累的有机物的量最多 C．温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少 D．两曲线的交点表示光合作用制造的 与呼吸作用消耗的有机物的量相等 A

88 38 102.27 例4：（浦东新区2009学年度第一学期质量抽测35题） （6）将该绿色植物置于密闭玻璃罩内，在黑暗条件下，罩内CO2含量每小时增加了25mg；在充足光照条件下，罩内CO2含量每小时减少了50mg。据测定，在上述光照条件下，光合作用每小时共合成葡萄糖60mg。若呼吸底物和光合产物均为葡萄糖，请回答：（保留2位小数） ① 该植物在光照条件下通过光合作用每小时共消耗CO２ mg。则该植物在光照条件下呼吸作用每小时产生CO２ mg。 ② 若上述条件不变，该植物光照10小时，其余时间不给光照，则该植物一昼夜积累葡萄糖 mg。 88 38 102.27

2．实验程序

二、表观(净)光合速率的测定方法 (1)装置

[易错清零] 过程 注意事项 操作目的 提取色素 (1) 选新鲜绿色的叶片 使滤液中色素含量高 (2) 研磨时加无水乙醇 溶解色素 (3) 加少量SiO2和CaCO3 研磨充分和保护色素 (4) 迅速、充分研磨 防止乙醇挥发，充分溶解色素 (5) 盛放滤液的试管管口加棉塞 防止乙醇挥发和色素氧化 分离色素 滤纸预先干燥处理 使层析液在滤纸上快速扩散 滤液细线要直、细、匀 使分离出的色素带平整不重叠 滤液细线干燥后再画一两次 使分离出的色素带清晰分明 滤液细线不触及层析液 防止色素直接溶解到层析液中

[演练提升] 7. (2013·江苏卷)关于叶绿体中色素的提取和分离实验的操作，正确的是(　　) A. 使用定性滤纸过滤研磨液 B. 将干燥处理过的定性滤纸条用于层析 C．在画出一条滤液细线后紧接着重复划线2－3 次 D. 研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素

解析　过滤主要是将滤渣和滤液分开，要用吸水性差的纱布而不能用吸水性强的滤纸过滤研磨液，A错误；干燥处理定性滤纸是为了让层析液能够更快的上升，使色素更好地分离，B正确；画滤液细线，要等一次画完干燥后才能重复，防止滤液细线过粗，C错误；叶绿体中色素为脂溶性的，要用无水乙醇溶解，D错误。 答案　B

8. (2013·海南卷，8)关于叶绿素提取的叙述，错误的是(　　) A．菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料 B．加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏 C．用乙醇提取的叶绿体色素中无胡萝卜素 D．研磨时加入石英砂可使叶片研磨更充分

解析　菠菜绿叶富含叶绿素，可用作提取叶绿素的材料，A项正确；加入碳酸钙可避免研磨过程中液泡中的有机酸等物质对叶绿素的破坏，B项正确；用乙醇提取到的叶绿体色素含有胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，C项错误；研磨加石英砂的目的是为了研磨更充分，D项正确。 答案　C

【解题技巧】 叶绿体色素提取分离实验异常现象分析 (1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析 ①未加二氧化硅，研磨不充分。 ②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。 ③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。 ④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。

(2)滤纸条色素带重叠：滤纸条上的滤液细线画得不直、细、匀。 (3)滤纸条看不见色素带 ①忘记画滤液细线。 ②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。

谢谢大家！