【本讲教育信息】

一. 教学内容：

第二节 光合作用（二）

二. 学习内容：

光合色素作用和光合作用的反应过程

从生产实践的角度探讨影响光合作用的环境因素。

三. 学习目标：

概述光合作用的过程

举例说出影响光合作用的环境因素

四. 学习重点：

光合作用的过程

影响光合作用的环境因素

五. 学习难点：

光合作用的过程

六. 学习过程：

1. 光合作用分为光反应和暗反应两个阶段（根据反应过程是否需要光能）

（1）光反应

①发生在叶绿体的类囊体膜上

②必须在有光的条件下进行

③类囊体膜上的叶绿素等具有吸收、传递和转换光能的作用。

光能→色素分子→叶绿素a→激发态叶绿素a（释放出电子，带正电荷）

水中的氧成为最终电子供体，NADP^＋和H^＋成为电子受体，生成NADPH

Ⅰ 将水分子分解成氧（以气体的形式释放出去）和氢；

2H₂O→4H^＋＋O₂↑ H^＋＋e＋NADP^＋→NADPH〔H〕

Ⅱ 在有关酶的作用下，将光能转变为活泼的化学能储存在ATP和高能态的［H］中，参与暗反应。

ADP＋PiATP

（2）暗反应

①发生在叶绿体的基质中

②有光和无光的条件下都能进行

③在叶绿体中有关酶的作用下，利用光反应产生的高能态的［H］和ATP，将二氧化碳固定并还原成糖类等物质。活泼的化学能转变为稳定的化学能储藏在有机物中。

有关物质：

①C₃ ②C₅ ③C₆H₁₂O₆

④NADPH ⑤ADP ⑥ATP

Ⅰ A过程：CO₂的固定 RuDP＋CO₂→2C₃

Ⅱ B过程：C₃还原为糖类等有机物

2C₃（磷酸甘油酸）2C₃（磷酸甘油醛）

Ⅲ C₅的再生

（3）绿色植物通过叶绿体吸收光能，将CO₂和H₂O合成为有机物并释放出O₂，同时也将光能转化为化学能储存在糖类和其他有机物中，这一过程称为光合作用。

绿色植物的光合作用可以用下列总反应式来表示：

6CO₂＋12H₂OC₆H₁₂O₆＋6H₂O＋6O₂↑

科学实验表明，光合作用过程中释放的氧气来自水；绿色植物光合作用的产物除了（CH₂O）（代表糖类）和O₂外，还有蛋白质、脂质等。

（4）光反应和暗反应的联系

分析图解不难看出：

光反应为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供NADP^＋和ADP

充足的光照、水分和二氧化碳是增加光合产物的环境因素。

2. 影响光合作用的环境因素

（1）事实：1905年 布莱克曼 黑藻实验记录（测定部分因素对光合作用速率的影响）

①CO₂浓度保持不变时，在一定范围内，光合速率随光照强度的增加而增长，达到光饱和点以后，光照强度的增加，光合速率不再增长。

②光照强度保持不变时，光合速率随CO₂浓度的增加而增长，达到CO₂饱和点以后，CO₂浓度增加，光合速率不再增长。

③部分植物光合作用的温度适应范围和最适温度数据

最适温度数据

项目	烟草	薄荷	甘薯
温度适应范围	8～38℃	高于0℃	18~35℃
最适温度	25~28℃	20~30℃	23~33℃

结论：影响光合速率的环境因素主要有光照强度、CO₂浓度和温度。

（3）光合作用机理的应用——塑料大棚种植和养殖

①提高了光能利用率 延长了作物的生长时间，使作物大幅度增产。

②温度升降自如 塑料大棚使反季节栽培成为现实：作物在适宜的环境中不分季节地茁壮生长。

③智能大棚 可以调控温度、湿度、CO₂浓度等。

3. C₄植物

（1）20世纪50年代末，美国夏威夷甘蔗协会实验站利用¹⁴C示踪法，开展了甘蔗的光合作用的研究，发现C₄途径。

¹⁴CO₂→¹⁴C₄→¹⁴C₃

推测，四碳化合物中的¹⁴C是转移到三碳化合物中去了。

进一步的研究表明，在叶肉细胞中形成的四碳化合物是苹果酸或天冬氨酸。因此，这种光合作用的碳同化途径被称为C₄途径

（2）玉米、甘蔗、高粱等植物被称为C₄植物。

（3）C₄植物的碳同化过程

①CO_2＋磷酸烯醇丙酮酸→C₄（C₄叶肉细胞）

②C₄→丙酮酸＋CO₂ （进入维管束鞘细胞叶绿体）

③在维管束鞘细胞叶绿体中，以C₃ 途径合成有机物

（4）植物光合作用效率不受高温、强光、干旱影响

①磷酸烯醇丙酮酸羧化酶对CO₂的亲和力很强，有利于将CO₂集中到鞘细胞中去

②在高温、强光、干旱条件下C₃植物气孔关闭，不能进行光合作用。C₄植物通过C₄途径浓集CO₂，光合作用不受影响。

当环境中CO₂浓度低于5.0×l0^－5时，光合作用的C₃途径就要停止。在环境中的CO₂浓度只有5.0×l0^－6时，C₄植物仍然能正常进行光合作用。

【典型例题】

1. 光合作用的过程中，能量的转变过程是（ ）

A. 光能→ADP中活跃的化学能→稳定的化学能

B. 光能→叶绿体中活跃的化学能→稳定的化学能

C. 光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能

D. 光能→稳定的化学能→活跃的化学能

2. 下图为四种植物（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）在不同光照强度下光合作用速率的曲线，其中最适于在阴蔽条件下生长的植物是（ ）

A. Ⅰ B. Ⅱ C. Ⅲ D. Ⅳ

3. 下列关于外界条件对光合作用强度影响的叙述中，正确的是

A. 在相同光照条件下，各种植物的光合作用强度相同

B. 温室栽培时，在晴朗的白天适当提高温度，可增加作物的光合作用强度

C. 在相同光照和温度条件下，空气中CO₂的浓度越高，光合作用的强度就越大

D. 若土壤中缺乏N、P、Mg元素，农作物的光合作用强度不会受影响

4. 下图是某植物在一天内对CO₂吸收和释放的曲线图，请据图回答下列问题

（1）曲线表示 对光合作用和细胞呼吸的综合影响。

（2）在b～d段时 大于 速率。

（3）6点和18点时，呼吸速率 光合速率。

（4）曲线bcd围成的面积代表植物白天 量。

（5）c点的形成是由 等造成的。

5. 下图表示绿色植物周围空气中CO₂含量与光合作用强弱的关系。请据图回答：

（1）当CO₂浓度很低，小于A点的浓度时，绿色植物不能进行 ，随着CO₂浓度提高，光合作用 。

（2）在温度适宜时，CO₂含量如果超过B点时，如果增大 ，为暗反应提供更多的 ，可进一步提高光合作用的强度。

（3）我国北魏时期的农书《齐民要术》中记载着种植农作物时要“正其行，通其风”，其意义是 。

【模拟试题】（答题时间：40分钟）

1. 下图是不同温度条件下测定某种植物光合作用与呼吸作用强度绘成的曲线，试问在光强度相同时，对植物生长最有利的温度是（ ）

A. t₀～t_l B. t₁～t₂

C. t₂～t₃ D. t₃～t₄

2. 在光合作用的暗反应中，没有消耗的物质是（ ）

A. ［H］和ATP B. 五碳化合物和酶

C. ［H］和CO₂ D. 五碳化合物和三碳化合物

3. 在正常条件下进行光合作用的某植物，当突然改变某条件后，即可发现其叶肉细胞内五碳化合物的含量突然上升，则改变的条件是（ ）

A. 停止光照 B. 停止光照并降低CO₂的浓度

C. 升高CO₂的浓度 D. 降低CO₂的浓度

4. 下列可以作为光合强度指标的是（ ）

A. 单位时间内空气中二氧化碳的吸收量

B. 单位时间内空气中氧气的吸收量

C. 单位时间内水的散失量

D. 单位时间内ATP的生成量

5. 对某植物进行如下处理：①持续光照10 min；②光照5s后黑暗处理5s，如此连续交替进行20 min。若其他条件不变，则在两种情况下，植株所能制造的有机物总量（ ）

A. ①多于② B. ①少于② C. ①等于② D. 无法确定

6. 光合作用过程中，能够保证暗反应连续进行的是 （ ）

A. CO₂的固定 B. C₃的还原

C. 葡萄糖的产生 D. 五碳化合物的再生

7. （2004江苏高考卷）光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是（ ）

A. 叶绿体的类囊体膜上进行光反应和暗反应

B. 叶绿体的类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应

C. 叶绿体基质中进行暗反应，不进行光反应

D. 叶绿体基质中可进行光反应和暗反应

8. 下面是光合作用的图解，其中正确的是（ ）

9. （2004高考天津卷）某个春季低温潮湿、夏季高温干旱的地区生长着一种春、夏季叶型不同的植物，其叶型数据如下表。试推断（ ）

项目	甲型叶	乙型叶
表面积（mm^2）	292	144
体积（mm^3）	64	63
表皮厚度（μm）	14	24

A. 甲型叶生长在春季，利于光合作用

B. 乙型叶生长在春季，利于光合作用

C. 甲型叶生长在夏季，降低蒸腾作用

D. 乙型叶生长在夏季，增强蒸腾作用

10. 生态学家研究发现，植物群落中的类胡萝卜素和叶绿素的比率（黄—绿比率）与群落P（光合作用）／R（呼吸作用）比率呈现一定的关系。这种关系如下图所示，以下判断正确的是（ ）

A. 春暖花开的自然水域，黄—绿比率有增高趋向

B. 在作物收获季节，群落的P／R值可能在a点

C. 幼龄栽培植物的黄—绿比率可能在b点

D. 人工林的年平均黄—绿比率过高时，应进行适当采伐

11. （2005高考江苏卷,5）下图表示某植物光合作用强度与光照强度的关系，P点的生物学含义是（ ）

A. 无光合作用，有呼吸作用

B. 光合作用与呼吸作用达到动态平衡

C. 无呼吸作用，有光合作用

D. 光合作用与呼吸作用都不进行

12. 下图表示光合作用过程的部分图解，请据图分析完成问题：

（1）图示表示光合作用的 过程，其中B表示 。

（2）图示过程中，能量变化是 。

（3）如果用含¹⁴C的CO₂来追踪小麦光合作用过程中碳原子的转移途径，则¹⁴C首先出现在 中。

（4）叶绿体是进行光合作用的场所，在充足光照的条件下，ADP在叶绿体内的移动方向是 运动；如果将此植物由光照充足的条件下移至阴暗处，则［H］在叶绿体中的含量将 。

13. 下图表示改变光照强度和CO₂浓度时，与光合作用有关的五碳化合物和三碳化合物在细胞内的变化曲线。

（1）曲线a表示的化合物在无光时迅速上升的原因是什么?

。

（2）曲线b表示的化合物在CO₂降低时迅速上升的原因是什么?

。

（3）光照强度和CO₂对光合作用的影响有什么不同?

。

【试题答案】

1、C；2、B；3、D；4、A；5、B；6、D；

7、C；8、D；9、A；10、D；11、B；

12、（1）暗反应 三碳化合物的还原

（2）活跃的化学能转变成稳定的化学能

（3）C₃化合物

（4）从叶绿体基质向类囊体薄膜方向 减少

13、（1）曲线a表示C₃，在无光时因为缺少ATP和［H］不能被还原，而CO₂的固定却在进行。

（2）曲线b表示C₅，在缺少CO₂时，CO₂固定减少，而C₃的还原过程仍在进行。

（3）光照强度主要影响光反应阶段，而CO₂浓度主要影响暗反应阶段。