【本讲教育信息】

一、教学内容

光合作用

1. 自养、异养两类生物。

2. 光合作用的概念、反应式、阶段、场所、产物。

3. 色素的种类、颜色和吸收光谱。

4. 光反应的过程及光系统的作用。

5. 碳反应的过程。

6. 分析外界因素对光合速率的影响。

7. 比较细胞呼吸和光合作用的异同。

二、教学重、难点：

光合作用的概念、反应式、阶段、场所、产物 光反应的过程及光系统的作用

碳反应的过程

三、全面突破

知识点1：自养、异养生物

思考：绿色植物是怎样获得各种营养物质的？

一般把能以二氧化碳和水为原料，合成有机物质，供给其自身生长、发育和繁殖所需的物质和能量的生物都称为自养生物。

绿色植物是通过光合作用自身合成有机物的，所以绿色植物是自养生物。

思考：人和动物是怎样获得各种营养物质的？

人和动物、营腐生或寄生生活的真菌、大多数种类的细菌都是依靠摄取外界环境中的有机物来获得各种营养物质的，这样的生物都称为异养生物。

知识点2：光合作用的概念及光合作用的发现

1. 光合作用的概念

绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO₂和H₂O合成储存能量的有机物，并且释放出氧气的过程，叫做光合作用。

2. 光合作用的发现

（1）17世纪比利时 海尔蒙特柳苗栽培实验

公元前3世纪，古希腊学者亚里士多德曾经提出，植物生长在土壤中，土壤是构成植物体的原材料。这一观点长期被奉为经典，直到17世纪初布鲁塞尔的医生Van Helmont做了一个简单而有意义的实验，才把这个观点推翻了。Van Helmont将一株2.3kg重的小柳树种在重 90.8 kg的干土中，用雨水浇灌 5年，小柳树长成重 76.7kg的植株，而土壤重量只比实验开始时减少 57g。他由此得出结论，即植物是从水中取得生长所需的物质的。现在看来，他只说对了一半。

结论：植物的物质积累不是来自于土壤，而是完全来自于水。

（2）1771年，英，普里斯特利的实验

结论：植物可以更新空气。

（3）1779年，荷，英根豪斯的实验

结论1：只有在光下，植物才能更新空气。

结论2：植物体的绿叶在光下才能更新空气。

（4）1864年，德，萨克斯的实验

结论：绿色叶片在光合作用下产生了淀粉。

（5）1880年，美，恩吉尔曼的实验

结论：氧是叶绿体所释放的，叶绿体是绿色植物光合作用的场所

（6）20世纪30年代，美，鲁宾和卡门的实验

结论：光合作用释放的氧全部来自于水

知识点3：光合作用的场所

1. 叶绿体：分布于叶肉细胞（主要）、保卫细胞、幼嫩茎的皮层细胞、某些果实的表皮细胞等。

酶：分布于基粒（类囊体）和基质

色素：分布于基粒（类囊体）上

2. 色素的种类和主要吸收的可见光区域

色素分叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素分叶绿素a和叶绿素b；类胡萝卜素分胡萝卜素和叶黄素。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光

知识点4：光合作用的过程

1. 光反应

（1）场所：类囊体膜上

（2）光反应过程由光系统Ⅱ和光系统Ⅰ组成。

光系统Ⅱ：水的光解；ATP的合成

光系统Ⅰ：NADPH的合成

光反应发生的物质和能量变化有：

①水在光下裂解为H⁺、O₂和电子

②光能被吸收并转化为ATP中的化学能

③水中的氢（ H⁺ + e^－）在光下将 NADP⁺还原为NADPH

2. 碳反应

知识点5：光反应和暗（碳）反应的比较

知识点6：外界因素对光合速率的影响

1. 概念：光合速率或称光合强度，是指一定量的植物（如一定的叶面积）在单位时间内进行了多少光合作用（如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳）。

2. 影响因素：光强度、温度、空气中的二氧化碳浓度

（1）温度：主要是影响酶的活性

（2）CO₂浓度

CO₂浓度太低，农作物消耗光合产物；随CO₂的浓度增加，光合作用强度增强；CO₂浓度再增加，光合作用强度仍保持不变；CO₂浓度超过一定限度，将引起原生质体中毒或气孔关闭，抑制光合作用。

（3）矿质营养

N：光合酶及NADP⁺和ATP的重要组分；

P：NADP⁺和ATP的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能；

K：促进光合产物向贮藏器官运输；

Mg：叶绿素的重要组分。

（4）水

水作为反应物能影响光合作用，但作为原料的水仅占到了植物所吸收的水的1%~5%。绝大部分的水以蒸腾作用散失掉。当蒸腾作用过强而令水分散失时，可使叶片上的气孔关闭，从而影响CO₂的进入，降低光合作用。

（5）光照强度

真正光合速率= 表观光合速率+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

【典型例题】

例1、对绿色植物光合作用最有效的一组光是（ ）

A. 红光和黄绿光 B. 黄光和蓝紫光

C. 红光和橙光 D. 红光和蓝紫光

分析：绿叶中的色素有四种，叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素，叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。

答案：D

例2、光合作用碳反应阶段中直接利用的物质是（ ）

A. O₂和C₃化合物 B. 叶绿体色素

C. O₂和H₂O D. [H]和ATP

分析：光合作用的碳反应包括两个过程：一是CO₂的固定，二是三碳化合物的还原。CO₂的固定过程是CO₂+C₅ 2C₃，三碳化合物的还原过程是2C₃（CH₂O）+ C₅，其中[H]和ATP是由光反应提供的。

答案：D

例3、一般来说，光照强度增强，光合作用增强，但夏季光照最强的中午，光合作用反而下降。其原因是（ ）

A. 蒸腾作用太强，体内水分不足

B. 酶的活性降低

C. 气孔关闭，氧释放不出来，抑制光反应

D. 气孔关闭，CO₂供应不足

分析：一般情况下光照增强，蒸腾作用也随之增强，以降低叶片的温度。但在夏季光照最强的中午，由于光照过强，植物为了防止体内水分的过度散失，造成萎蔫、干枯，通过植物进行适应性调节，气孔关闭。虽然光反应产生了足够的氢和ATP，但因气孔关闭造成碳反应所需二氧化碳的供给不足，从而影响碳反应的进行，光合作用减弱。

答案：D

例4、光合作用光反应产生的物质有 （ ）

A. C₆H₁₂O₆、NADPH、ATP B. NADPH、CO₂、ATP

C. NADPH、O₂、ATP D. C₆H₁₂O₆、CO₂、H₂O

分析：选项A、D有葡萄糖。葡萄糖是光合作用最终的产物。选项B中有CO₂，CO₂是光合作用的原料。在光反应阶段，反应的生成物是氧气、NADPH和ATP。

答案：C

例5、离体的叶绿体在光照下进行稳定光合作用时，如果突然中断CO₂气体的供应，短暂时间内叶绿体中C₃化合物与C₅化合物相对含量的变化是 （ ）

A. C₃化合物增多、C₅化合物减少

B. C₃化合物增多、C₅化合物增多

C. C₃化合物减少、C₅化合物增多

D. C₃化合物减少、C₅化合物减少

分析：按光合作用过程的图解，突然中断CO₂气体的供应，短暂时间内叶绿体中C₃化合物的含量会减少，C₅化合物的含量会增加。因为在碳反应阶段，一个主要的变化过程是一个CO₂分子与一个C₅化合物结合，形成两个C₃化合物。如果中断了CO₂气体的供应，C₅化合物不消耗，其相对含量就会增加，C₃化合物不形成，其相对含量就会减少。

答案：C

例6、把载有新鲜水绵和细菌的临时装片，置于显微镜载物台上观察。光线从反光镜反射上来后，可看到细菌从分散状态逐渐向水绵方向运动，水绵附近细菌的密度增加。如果在反光镜上方放置一个三棱镜，使七种不同颜色的光束照射水绵的不同部位，这时看到细菌逐渐聚集成明显的两堆，如图所示。

请回答：

（1）根据上述实验可以判断这类细菌的细胞呼吸类型是 。

（2）放置三棱镜后，细菌聚集成两堆的原因是____ _____。

分析：光合作用吸收CO₂，放出O₂，根据异化作用类型，题目中提到的这类细菌应该属于需氧型。叶绿体被红光和蓝紫光照射部位的光合作用最强，放出的氧气最多，需氧细菌就聚集在这里。

答案：（1）需氧呼吸型 （2）叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，叶绿体被红光和蓝紫光照射部位光合作用较强，放出的氧气多。

例7、温室栽培可不受季节、地域限制，为植物的生长发育提供最适宜的条件，有利于提高作物品质和产量。在封闭的温室内栽种农作物，以下哪种措施不能提高作物产量 （ ）

A. 增加室内CO₂浓度 B. 增大室内昼夜温差

C. 增加光照强度 D. 采用绿色玻璃盖顶

分析：从温度入手作答：光合作用制造有机物，呼吸作用分解有机物。若增大室内昼夜温差，白天温度高，作物的光合作用明显增强，合成的有机物就多，而夜晚温度低，呼吸作用分解的有机物就会减少，作物积累的有机物就多。CO₂是光合作用的原料，增加室内CO₂浓度，有利于增强光合作用，也就有利于增加产量。光是光合作用的动力，增强光照同样可以加强光合作用而提高产量。再从光与色素的关系作分析：绿色植物之所以是绿色的，是因为对绿光的吸收少而将绿光反射回来。所以，绿光的光合作用效果较差。同样，绿色玻璃盖顶吸收的绿光也很少，而吸收其他的光较多，可能会与绿色植物争夺其他颜色的光。对B项也可联想到昼夜温差大的地区粮食产量比较高和新疆的哈密瓜比较甜等常识。

答案：D

例8、下面是有关光合作用的问题。

（1）下图1表示的反应过程进行的场所是__________。

（2）请据图回答：

①在有光条件下，停止供给CO₂时，二磷酸核酮糖的浓度变化如图2的_________；磷酸甘油酸的浓度变化如图2的_________。

②在CO₂存在条件下，将植物从暗处移到明处后，磷酸甘油醛的浓度变化如图2的_________。

分析：（1）图1虽然出现了磷酸甘油酸等未见过的化合物名称，但是同时也标出了含有的碳原子数，可以看出它表示的是光合作用的碳反应过程。光合作用碳（暗）反应进行的场所是叶绿体基质。

（2）①在有光的条件下，可以进行光反应，产生NADPH和ATP，进一步完成还原过程，消耗磷酸甘油酸（C₃），形成二磷酸核酮糖（C₅）。停止供应CO₂后，不能完成固定过程，不消耗二磷酸核酮糖（C₅），也不形成磷酸甘油酸（C₃）。这样，在短时间内，二磷酸核酮糖（C₅）的来源不变，去路减少，浓度将在较低的水平上急剧上升。观察图2中表示浓度上升的有B、D，B中表示停止供应CO₂前，浓度为0，显然不符合实际情况，而D无论在停止供应CO₂之前还是之后，都符合实际情况，所以选D。同理，磷酸甘油酸（C₃）的去路不变，来源减少，浓度下降。在图2中表示浓度下降的有A、C，两者的区别是停止供应CO₂后浓度是否立即下降，显然应该选C。

②在CO₂存在的条件下，植物可进行CO₂的固定，产生磷酸甘油酸（C₃），但因缺乏光反应提供的NADPH和ATP，不能形成磷酸甘油醛（C₃），原有的磷酸甘油醛（C₃）又不断被消耗，使之含量极少。将植物从暗处移到明处后，植物开始进行光反应，产生NADPH和ATP，形成磷酸甘油醛（C₃），浓度从0开始逐渐增大，后因光反应与碳反应的正常进行而使磷酸甘油醛（C₃）的含量上升并保持在正常水平，所以选B。

答案：（1）叶绿体基质 （2）①D C ②B

例9、下图表示某种植物光照强度与光合作用强度的关系。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

分析：光合作用吸收CO₂，呼吸作用释放CO₂，若在同一时间光合作用强于呼吸作用，则光合作用将呼吸作用所释放的CO₂全部利用后还不够，会从外界环境中去吸收CO₂，从曲线上看，表现为吸收CO₂。同样，当呼吸作用的强度大于光合作用的时候，呼吸作用放出的CO₂光合作用用不完，会释放到外界环境中，在曲线上表现为释放CO₂。若两者的强度相等，意味着光合作用吸收的CO₂和呼吸作用放出的CO₂相等，在曲线上表现为不吸收也不释放CO₂。P点的含义正显示了两者相等的情况。

答案：B

例10、森林群落中，下层植物较上层植物光合作用强度低，是因为下层 （ ）

A. 光照强度较弱 B. 红光及蓝紫光比例较高

C. 湿度较高 D. 温度较高

分析：根据实际经验，森林下层植物所受到的光照强度较弱。阳光照射到森林群落的树冠上，上层植物叶片光合作用吸收大量的红光和蓝紫光，因此，透过上层植物的树冠到达下层植物的叶片时，红光和蓝紫光相对较少。

在森林群落中，上层植物直接受阳光照射，温度较高；下层植物由于所处环境隐蔽，气候凉爽，故蒸腾作用强度较低。因此，森林下层的温度较上层低，湿度较上层高。湿度对光合作用的影响较小，在一定范围内，湿度高对光合作用有利，但湿度较高不是下层植物光合作用强度低的原因。

答案：A

【超前思维】

下一讲我们将学习《活动：“光合色素的提取和分离”和“探究环境因素对光合作用的影响”》，请大家从以下两方面进行预习：

1. 光合色素的提取和分离。

2. 探究环境因素对光合作用的影响。

重点导学

1. 叶绿体中的色素能溶解于有机溶剂中，可用 提取叶绿体中的色素。叶绿体中的四种色素在层析液中的 不同，层析液的主要成分是石油醚，叶绿体中的四种色素在石油醚中的溶解度不同：溶解度最高的是 ，它随层析液在滤纸上扩散得最快；叶黄素和叶绿素a的溶解度次之； 的溶解度最低，扩散得最慢。这样，几分钟后，四种色素就在扩散过程中分离开来。

2. 空气中 的浓度，土壤中 的多少，光照的长短与强弱及温度的高低等都是影响光合作用的环境因素，选择其中一种因素，通过实验，可分析它对光合作用的影响。

光合作用的强度可通过一定时间内原料的 量或产物的 量来研究。如：可用排水法收集一定时间内黑藻经光合作用产生的氧气量，也可以用精密pH试纸测定在密闭系统中黑藻经光合作用后溶液的pH改变来推算出 浓度的变化。

【模拟试题】（答题时间：25分钟）

一、选择题：

1. 有一种蓝色的染色剂DCPIP被还原后成为白色，下列条件中能使DCPIP产生最大程度颜色变化的是

A. 分离的叶绿体，置于黑暗中 B. 分离的叶绿体基粒，置于光下

C. 叶绿体提取液，置于黑暗中 D. 叶绿体基质提取液，置于光下

2. 阳光通过三棱镜能显示出七种颜色的连续光谱。如果将一瓶叶绿素提取液放在光源和三棱镜之间，连续光谱就会出现一些黑色条带，这些条带应位于

A. 绿光区 B. 红光区和绿光区

C. 蓝紫光区和绿光区 D. 红光区和蓝紫光区

3. 对叶绿体成分进行分析，发现某部位的磷脂含量较高，该部位最可能是

A. 外膜 B. 内膜 C. 基粒 D. 基质

*4. 下图为某绿色植物在25℃时光照强度与氧气释放速度之间的关系，下列叙述不正确的是

A. 在500lx下，此植物不进行光合作用

B. 在1000lx下，此植物每小时氧气的释放量为0mL

C. 在1500lx下，光合作用产生氧气的速度为15mL/h

D. 在4000lx下1h，此植物氧气的净释放量为15mL

5. 线粒体和叶绿体都是进行能量转换的细胞器。下列相关叙述错误的是

A. 两者都能产生ATP，但最初的能量来源不同

B. 需氧型生物的细胞均有线粒体，植物细胞都有叶绿体

C. 两者都含有磷脂、DNA和多种酶，叶绿体中还含有色素

D. 两者都有内膜和外膜，叶绿体基质中一般还有基粒

6. 对三株大小、长势相同的植株分别进行如下处理：甲连续光照5h，再在黑暗中5h；乙先光照5s，再在黑暗中5s，连续交替共10h。在其他条件相同的情况下，实验结束时它们体内有机物的含量是

A. 甲>乙 B. 甲=乙 C. 乙>甲 D. 甲≥乙

7. 现有取自玉米植株不同部位的三个活细胞，在适宜的光照、温度等条件下，测得甲细胞只释放O₂而不释放CO₂；乙细胞只释放CO₂而不释放O₂；丙细胞既不释放O₂也不释放CO₂。以下推测正确的是

A. 甲不可能取自茎 B. 乙不可能取自叶肉

C. 丙不可能取自茎 D. 丙可能取自根

8. 将长势相同的三盆麦苗分别置于钟罩内，如下图所示。若干天后，与丙盆相比，甲、乙盆麦苗长势如何（ ）

A. 甲、乙与丙长势相近

B. 甲与丙长势相近，乙比丙长势差

C. 乙与丙长势相近，甲比丙长势差

D. 甲、乙长势都比丙好

9. 下图是植物细胞内的部分物质代谢简图，由b过程生成物质A所需的物质条件是

A. 酶、CO₂ B. 酶、CO₂、ATP

C. 酶、［H］、ATP D. 酶、CO₂、［H］、ATP

10. 对叶绿体成分进行分析，发现某部位的磷酸含量较高，该部位最可能是

A. 基质 B. 基粒 C. 外膜 D. 内膜

11. 将一组经暗处理的叶片中部的叶脉切断，照光2h，用碘蒸气处理叶片，发现下半部叶片呈蓝色，而上半部叶片没发生颜色变化，这是因为切断的叶脉：（ ）

A. 阻断了CO₂的运输 B. 阻断了有机物质的运输

C. 阻断了水分的运输 D. 影响了上半部叶片的呼吸作用

12. 下列曲线是在不同温度条件下测得的光合（作用）效率与光照强度之间的关系曲线，曲线所给出的正确信息是：（ ）

A. 当温度一定时，光合效率随光照强度的增加而增加

B. 当光照强度一定时，光合效率随温度的升高而增加

C. 当光照强度大于Ｑ时，温度是限制光合效率的非生物因素

D. 当光照强度小于Ｐ时，温度是限制光合效率的非生物因素

13. 下图表示3株脱淀粉（经充分“饥饿”处理）的同种相似植株放在不同的钟罩内，以下关于本实验目的的叙述中最准确的是：（ ）

A. 证明光合作用的速率随CO₂浓度的增大而增大

B. 证明光合作用的必需条件是CO₂

C. 证明过多的CO₂阻碍光合作用

D. 证明NaOH能促进光合作用

14. 如图表示一农田中一昼夜温度变化I，光照强度变化Ⅱ， 植物吸收CO₂的变化Ⅲ的数量关系。下列叙述中，不正确的是：

A. Ⅲ与时间轴交点c、e预示光合作用吸收的CO₂等于呼吸作用释放的CO₂

B. a点的数值变化主要与夜间的低温有关

C. 从c点开始合成有机物，至e点有机物合成停止

D. 增大曲线Ⅲ与时间轴所围成的正面积的措施包括提高光照强度，CO₂浓度，适宜的温度和充足的水分供应等

二、非选择题：

15. 下图中图一表示A、B两种植物光合效率随光照强度改变的变化曲线，图二表示将A植物放在CO₂的浓度不同环境条件下，A植物光合效率受光照强度影响的变化曲线，请分析回答：

（1）在较长时间连续阴雨的环境中，生长受到显著影响的植物是___________。

（2）图一中的“a”点表示________ 。

（3）在c点时，叶绿体中ADP的移动方向是____________________________。

（4）e点与d点相比较，e点的叶肉细胞中C₃的含量____ ___；e点与f点相比较，e点的叶肉细胞中C₃的含量_____ ___。（填“高”、“低”、“基本一致”）。

（5）增施农家肥可以提高光合效率的原因是：①___________ ②_________ _________________。

16. 下图表示高等植物有关生理作用与环境因素的关系，其中四条曲线的环境条件见下图，请据图分析回答：

（1）下列关于图中各曲线的叙述，正确的是（ ）

A. 曲线ⅠCD段影响光合作用强度的主要因素是温度

B. 曲线AB段植物只进行呼吸作用，B点以后开始合成有机物

C. F点以后，光合作用强度不再增加是受暗反应速度的限制

D. 各曲线表明随光照强度增加，光合作用增强，呼吸作用减弱

（2）曲线Ⅲ、Ⅳ表明：在0.03%CO₂和较强光照条件下，当温度从20℃升至30℃时，CO₂吸收量并不随之增加，原因是 。若温室栽培农作物时遇此情况，可采取 等措施，以提高作物产量。

（3）当作物处于曲线Ⅱ代表的环境条件时，在E点对应的光照强度下，可采取＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿这一措施来提高大棚蔬菜的产量。

【试题答案】

一、选择题

1. B 2. D 3. C

4. A（提示：注意读图，从图中可看出当光照强度为1000lx时，该植物光合作用强度等于细胞呼吸强度。）

5. B 6. C

7. B（提示：甲细胞只释放O₂而不释放CO₂说明光合作用强度大于细胞呼吸强度；乙细胞只释放CO₂而不释放O₂，说明细胞呼吸强度大于光合作用强度；丙细胞既不释放O₂也不释放CO₂，说明光合作用强度等于细胞呼吸强度或是死细胞。）

8. C 9. C 10. A 11. C 12. C 13. A 14. C

二、非选择题

15. （提示：图中a表示只进行细胞呼吸；b表示光合作用强度等于细胞呼吸强度；c表示光合作用已达到饱和。）（1）A （2）无光条件下，A植物只有呼吸作用，没有光合作用，a代表呼吸作用强度 （3）从叶绿体基质向类囊体薄膜方向移动 （4）低 高 （5）①土壤微生物分解有机物产生植物光合作用所需原料CO₂ ②土壤微生物分解有机物产生植物所需矿质元素。

16.（1）C；（2）CO₂浓度太低 增施农家肥料、使用CO₂发生器、投放干冰；

（3）适当提高温度。