1第二单元生生 物物 的的 新新 陈陈 代代 谢谢第第 6 6 讲讲光光合合作作用用（必必修修、选选修修）2 【考纲搜索】(1)光合作用的发现；(2)叶绿体中的色素；(3)光合作用的过程(包括光能在叶绿体中的转换)；3(4)C3植物和C4植物的概念及叶片结构的特点(C4过程不作要求)；(5)光合作用的重要意义；(6)提高农作物的光能利用率。 【分析预测】光合作用是每年高考中各类试题的必考内容之一，是生物学的核心内容。其中光合作用的过程、光能在叶绿体中的转换，影响光合作用的外界因素、光合作用的实验探究是高考生物考查的重点、热点和难点。4近年来高考试题常以结构模式图、坐标曲线图、数据表格和实验探究等形式考查，使理解能力、实验与探究能力、获取信息能力、综合运用能力的考查落在实处。本专题内容在高考试题中往往以选修教材为主体，涵盖必修教材知识。联系结合呼吸作用综合考查生产生活实际，学以致用是本讲知识高考命题的显著特点。5一、知识概述一、知识概述光合作用的发现1.普里斯特利的实验实验过程及现象密闭玻璃罩绿色植物实验结论：绿色植物可以.蜡烛蜡烛不易熄灭不易熄灭小鼠小鼠不易窒息死亡不易窒息死亡更新空气更新空气62.萨克斯的实验实验过程及现象黑暗中饥饿一半曝光碘蒸气处理叶片呈深蓝色处理的绿叶一半遮光碘蒸气处理叶片颜色不变实验结论：绿色叶片在光合作用中产生了淀粉淀粉73.恩格尔曼的实验实验过程及现象水绵好氧细菌黑暗无空气极细的光束照射好氧细菌集中于 完全曝光好氧细菌分布于 实验结论：O2是由释放出来的叶绿体被光束照射到的部位叶绿体被光束照射到的部位叶绿体所有受光部位的周围叶绿体所有受光部位的周围叶绿体叶绿体84.鲁宾和卡门的实验实验过程：H218OCO2植物18O2H2OC18O2植物O2实验结论：光合作用释放的O2全部来自水叶绿体叶绿体中的色素中的色素叶绿素叶绿素类胡萝卜素类胡萝卜素叶绿素叶绿素a(蓝绿色蓝绿色) 主要吸收主要吸收叶绿素叶绿素b(黄绿色黄绿色) 蓝紫光和红橙光蓝紫光和红橙光胡萝卜素胡萝卜素(橙黄色橙黄色) 主要吸收主要吸收叶黄素叶黄素(黄色黄色) 蓝紫光蓝紫光9光合作用的过程1.光反应场所：叶绿体的上条件： 物质变化：水的光解：ATP的合成：能量变化：光能囊状结构的薄膜囊状结构的薄膜光、色素、酶光、色素、酶H2O 酶酶 O2HADPPi+能量能量 酶酶 ATPATP和和NADPH中活跃的化学能中活跃的化学能102.暗反应场所：叶绿体的中条件： 物质变化：CO2的固定：C3的还原：能量变化：基质基质酶、酶、H、ATPCO2C5 酶酶2C32C3H 酶酶 (CH2O)+C5+H2OATP和和NADPH中活跃的化学能中活跃的化学能有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能113.光能在叶绿体中的转换过程光能 (ATP和 NADPH中的化学能)4.光合作用的实质合成，储存电能电能活跃的化学能活跃的化学能有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能有机物有机物能量能量12C3和C4植物概念：在光合作用过程中，CO2中的C首先转移到C4中，然后再转移到C3中的植物，叫做C4植物，仅有C3的植物叫做C3植物C4植物光合作用的特点：既有C4途径，又有C3途径，C4植物能够利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2，所以比C3植物有更强的光合作用13叶片结构叶片结构C3植物植物：维管束鞘细胞维管束鞘细胞叶肉细胞叶肉细胞C4植物植物：围围绕绕维维管管束束的的两两圈圈细细胞胞呈呈“”，内内面面一一圈圈是是维维管管束束鞘鞘细细胞胞，比比较较大大，含含，外外面面一一圈圈是是部部分分叶叶肉细胞肉细胞不含叶绿体不含叶绿体排列疏松、含叶绿体排列疏松、含叶绿体花环型花环型无基粒的叶绿体无基粒的叶绿体14光合作用的意义物质方面：制造，维持大气中和的相对稳定 能量方面：将太阳能转化为进化方面：促进了生物的产生和发展；使水生生物开始在上生活氧气氧气O2CO2有机物中的化学能有机物中的化学能有氧呼吸有氧呼吸陆地陆地15延长光合作用时间增加光合作用面积提高光合作用效率概念概念的控制的控制措施措施的供应的供应的供应的供应光照强弱光照强弱二氧化碳二氧化碳必需矿质元素必需矿质元素提提高高光光能能利利用用率率16二、要点归纳光合作用过程1.光合作用过程图解要点要点1 1172.反应方程式及元素去向 3.叶绿体处于不同的条件下，C3、C5、H、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化当外界因素中光照强弱、CO2浓度骤然变化时，短时间内将直接影响光合作用过程中C3、C5、H、ATP及C6H12O6生成量，进而影响叶肉细胞中这些物质的含量，它们的关系归纳如下：CO2+H2O(CH2O)+O2光光叶绿体叶绿体18(1) 光照强弱 光反应 H减少CO2供应不变 减弱 ATP减少暗反应C3还原减弱 C3含量上升CO2固定仍正常进行 C5含量下降 C6H12O6 合成减少19(2)光照弱强 光反应 H增多CO2供应不变 增强 ATP增多暗反应 C3还原增强 C3含量下降 CO2固定仍正常进行 C5含量上升C6H12O6合成增加20(3)光照不变 暗反应CO2固定减弱减少CO2供应 C3还原仍正常进行 C3含量下降 H相对增加 C5含量上升 ATP相对增加C6H12O6合成量相对减少21(4)光照不变 暗反应增加CO2供应充足CO2固定增强C3含量上升C3还原仍正常进行 C5含量下降H相对减少C6H12O6合成量ATP相对减少相对增加以上各物质含量的变化是在外界条件改变后的短时间内发生的，且是相对含量的变化。224.光能在叶绿体中的转换反应反应阶段阶段进行场所进行场所能量转换过程能量转换过程结果结果光光反反应应叶绿体囊叶绿体囊状结构薄状结构薄膜上膜上光能光能电能电能活跃化活跃化学能学能暗暗反反应应叶绿体叶绿体基质基质活跃化活跃化学能学能稳定化稳定化学能学能23 注意：注意： 叶绿体中只有少数处于特殊状态的叶绿素a才能吸收转换光能，其他色素只能吸收、传递光能。在电子传递过程中NADP+是最终电子受体，H2O是最终电子供体。在ATP和NADPH中都储存着活跃化学能，都可为C3的还原提供能量；另外，NADPH还是还原C3的强还原剂。24要点要点2 2影响光合作用的因素及其在生产实践中的应用(1)内部因素对光合作用速率的影响同一植物的不同生长发育阶段光合作用速率不同曲线分析：在外界条件相同的情况下，光合作用速率由弱到强依次是幼苗期、营养生长期、开花期。应用：根据植物在不同生长发育阶段光合作用速率不同，适时地、适量地提供水肥及其他环境条件，以使植物茁壮成长。25同一叶片的不同生长时期光合作用速率不同曲线分析：随着幼叶发育为壮叶，叶面积增大，叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合速率增大；老叶内叶绿素被破坏，光合速率随之下降。应用：农作物、果树管理后期老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶，都是根据这个原理，可降低细胞呼吸对有机物的消耗。26(2)单因子外界因素对光合作用速率的影响光照强度27 曲线分析：在一定范围内，光合作用速率随光照强度增强而增加；但光照强度达到一定值后，光合作用速率不再增加。A点是光合作用速率等于细胞呼吸速率时的光照强度，称之为光补偿点，B点是光合作用速率达到最大值时的光照强度，称之为光饱和点。阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物低。 应用：适当提高光照强度、延长光合作用时间、增加光合作用面积或间作套种不同种类植物，都可提高光合作用率。28CO2浓度曲线分析：图1、图2都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度增大而增加，但当CO2达到一定浓度后，光合作用速率不再增加。29图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点；图2中的A点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。图1和图2中的B点和B点都表示CO2的饱和点。应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”、增施农家肥等措施适当增大CO2浓度，以提高光合作用效率。30必需矿质元素曲线分析：在一定浓度范围内，增加必需矿质元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物光合作用速率下降。应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时地、适量地增施肥料，可以提高农作物的光合作用率。31温度曲线分析：温度主要是通过影响光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率。应用：冬天温室栽培可适当提高温度；夏天温室栽培可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，夜晚适当降低温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累，提高产量。32光合作用速率的相关问题1.表示方法净光合速率常用O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量来表示。 真正(实际)光合速率常用O2产生量、CO2固定量或有机物的产生量来表示。要点要点3 3332.相互关系在不考虑光照强度对呼吸速率影响的情况下，OA段代表植物呼吸速率，OD段表示植物净光合速率，OA+OD段表示真正光合速率，它们的关系为：真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。343.测定方法(1)呼吸速率：将植物置于黑暗中，测定实验容器中CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。(2)净光合速率：将植物置于光下，测定实验容器中O2增加量、CO2减少量或有机物增加量。354.判定方法(1)若为坐标曲线形式，当光照强度为0时，CO2吸收值为0，则为真正(实际)光合速率，若是负值则为净光合速率。(2)若所给数值为有光条件下绿色植物的测定值，则为净光合速率。(3)有机物积累量一般为净光合速率，制造量一般为真正(实际)光合速率。36C3植物和C4植物 1.C3植物与C4植物的比较要点要点4 4 类型类型项目项目C3植物植物C4植物植物植物类植物类型举例型举例典典型型的的温温带带植植物物，如如水水稻稻、小小麦麦、大大麦麦、大大豆豆、烟烟草草、马铃薯等马铃薯等典典型型的的热热带带或或亚亚热热带带植植物物，如如玉玉米米、高高粱粱、甘甘蔗等蔗等叶叶片片的的解解剖剖结结构构维维管管束束鞘鞘及及周周围围无无“花花环环型型”的的解解剖剖结结构构，维维管管束束鞘鞘细细胞中不含叶绿体胞中不含叶绿体维维管管束束外外有有呈呈“花花环环型型”的的两两圈圈细细胞胞，内内层层有有维维管管束束鞘鞘细细胞胞，外外层层是是叶肉细胞叶肉细胞叶叶绿绿体体类型类型只只有有一一种种类类型型叶叶绿绿体体且且位位于于叶叶肉肉细细胞胞中，有基粒中，有基粒有有两两种种类类型型：有有基基粒粒的的叶叶绿绿体体位位于于叶叶肉肉细细胞胞中中；无无基基粒粒的的叶叶绿绿体体位于维管束鞘细胞位于维管束鞘细胞37 类型类型项目项目C3植物植物C4植物植物CO2的的固定途径固定途径C3途径途径既有既有C3途径又有途径又有C4途途径，它们在时间和空径，它们在时间和空间上是分开的间上是分开的CO2的的最初受体最初受体一种五碳化合一种五碳化合物物一种三碳化合物一种三碳化合物(PEP)CO2固定的固定的最初产物最初产物C3(3-磷酸甘油磷酸甘油酸酸)C4(草酰乙酸草酰乙酸)CO2的的利用率利用率较低较低较高能把空气中浓度较高能把空气中浓度很低的很低的CO2固定下来固定下来光合作光合作用效率用效率较低较低较高较高暗反应暗反应场所场所叶肉细胞的叶叶肉细胞的叶绿体中绿体中维管束鞘细胞的叶绿维管束鞘细胞的叶绿体中体中382. C3植物和C4植物的鉴别(1)同位素标记CO2转移途径方法鉴别C3植物：14CO214C3(14CH2O)C4植物：14CO214C414C3(14CH2O)(2)从植物形态方面鉴别制作植物叶片横切面临时装片，用显微镜主要通过观察以下两个方面判断：39叶肉细胞的排列排列疏松C3植物呈“花环型”排列C4植物维管束鞘细胞叶绿体的有无无C3植物有C4植物40(3)从生理学方面利用碳同化能力差异鉴别饥饿处理的生长健壮的C3、C4植物分别置于相同的低CO2浓度环境中(如玻璃罩下)培养观察植株生长状况或鉴定淀粉的生成量生长良好、淀粉合成量大C4植物生长状况差、淀粉合成量小C3植物41光能利用率与光合作用效率的关系1. 区别要点要点5 5 光能光能利用率利用率= 100%光合作用制造的有机物中的能量光合作用制造的有机物中的能量照射到该块土地上的所有太阳能照射到该块土地上的所有太阳能光合作用制造的有机物中的能量光合作用制造的有机物中的能量光合作用中吸收的光能光合作用中吸收的光能光合作光合作用效率用效率= 100% 422. 联系提高光能利用率：延长光合作用时间，如轮种增大光合作用面积，如套种、合理密植提高光合作用效率：光照强弱的控制CO2的供应必需矿质元素的供应注意：延长光合作用时间和增大光合作用面积，可提高光能利用率，但不能提高光合作用效率。凡是能提高光合作用效率的措施，都能提高光能利用率。43 (2010全国)光照条件下，给C3植物和C4植物叶片提供14CO2，然后检测叶片中的14C。下列有关检测结果的叙述，错误的是()A从C3植物的淀粉和C4植物的葡萄糖中可检测到14CB在C3植物和C4植物呼吸过程产生的中间产物中可检测到14CC随光照强度增加，从C4植物叶片中可检测到含14C的C4大量积累D在C3植物叶肉组织和C4植物叶维管束鞘的C3中可检测到14C例例1 144 本题综合考查光合作用和呼吸作用的过程及C3、C4植物的区别。无论是C3植物还是C4植物，光合作用的产物中碳原子的来源均为二氧化碳，光合作用产生的淀粉或葡萄糖，均可用于自身的呼吸作用，所以呼吸作用的中间产物中也会有14C的存在；对于C4植物来说，C4只是中间产物，应先升高后下降。 解析解析答案：答案：C45 (2009四川)大气中CO2浓度升高引起的温室效应，可能改变土壤水分状况和矿质元素含量。为探究有关生态因子的变化对植物的影响，有人用同一环境中生长的两种植物，在温度、光照和水分等适宜条件下做了模拟实验，测得数据如表。下列相关分析，不正确的是( )例例2 2项项 目目净光合速率净光合速率/molm-2s-1蒸腾比率蒸腾比率*/molmol-1物物 种种欧洲蕨欧洲蕨石楠石楠欧洲蕨欧洲蕨石楠石楠355molmol-1的的CO2不施磷肥不施磷肥2.181.371.400.25施磷肥施磷肥/20kghm-2a-13.746.762.370.66539molmol-1的的CO2不施磷肥不施磷肥3.625.432.220.71施磷肥施磷肥/20kghm-2a-15.8115.623.862.1046A.CO2浓度升高和施磷肥都能促进两种植物的光合作用，施磷肥的效果更明显B.两种CO2浓度下，施磷肥对石楠光合作用的促进作用都大于欧洲蕨C.由试验结果可推测，干旱对欧洲蕨光合作用的影响大于石楠D.两种植物光合作用的最适CO2浓度都高于355molmol-1*蒸腾比率：植物消耗1摩尔水，通过光合作用固定的CO2微摩尔数。47 由表中数据可知，在其他条件相同的情况下，在539molmol-1的CO2浓度下的净光合速率比355molmol-1的CO2浓度下的净光合速率高，施磷肥的净光合速率比不施磷肥的净光合速率高，施磷肥比不施磷肥的净光合速率的增加值大于CO2浓度升高的净光合速率的增加值，A正确。解析解析48施磷肥对石楠净光合速率的净增加量：6.76-1.37=5.39，15.62-5.43=10.19；施磷肥对欧洲蕨净光合速率的净增加量：3.74-2.18=1.56，5.81-3.62=2.19，而5.391.56，10.192.19，故B正确。植物消耗相同的水，通过光合作用固定的CO2越多，越适合在干旱环境中生存，由表中数据可知，欧洲蕨更能适应干旱环境，故C错误。两种植物在539molmol-1的CO2浓度下的净光合速率比在355molmol-1的CO2浓度下净光合速率高，即两种植物光合作用的最适CO2浓度都高于355molmol-1，D正确。答案：C解析解析