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1、第4节 能量之源光与光合作用,一、捕获光能的色素和叶绿体的结构 1.叶绿体 (1)结构示意图,暗反应,色素,与光反应有关的酶,光合作用,叶绿体,2.色素的种类和功能,叶绿素,叶绿素a,叶绿素b,蓝紫光和红光,类胡萝卜素,黄,橙黄,蓝紫光,【点拨】叶绿体和液泡中都有色素，但只有叶绿体中的色素参与光能的捕获。 叶绿体中的色素只存在于光反应部位叶绿体类囊体薄膜上，与光合作用有关的酶存在于两个部位叶绿体类囊体薄膜上和叶绿体基质中。,二、光合作用的探究历程 请将科学家和其相关实验的结论连起来,三、光合作用的过程 1.光反应与暗反应,2.总反应式：_ 四、影响光合速率的环境因素 1.空气中_ 2.土壤中_
2、 3.光照的_以及光的成分 4._等,CO2的浓度,水分的多少,长短与强弱,温度的高低,【思维判断】 1.叶绿体中的色素分布在类囊体腔内。( ) 【分析】叶绿体的色素分布在类囊体薄膜上。 2.能进行光合作用的生物一定含有叶绿体。( ) 【分析】不一定，如蓝藻没有叶绿体也能进行光合作用。 3.植物体自身的遗传特性可以影响光合速率。( ) 【分析】影响光合速率的因素很多，既有内部因素也有外界环境因素，植物体自身的遗传特性(如阴生植物、阳生植物)是内部因素之一。,4.暗反应必须在无光条件下进行。( ) 【分析】光合作用的暗反应不需要光，但在有光条件下仍能正常进行。 5.无色透明塑料大棚比绿色塑料大棚
3、光合作用效率高。( ) 【分析】无色透明塑料大棚中各色光均能透过，绿色大棚主要透过绿色光，其他光被吸收，所以用无色透明大棚的光合作用效率高。,光合作用,1.光反应与暗反应的比较,必须在光下,叶绿体类囊体薄膜,叶绿体基质,有光、无光都可以,光能ATP中活跃的化学能有机物中稳定的化学能,光反应为暗反应提供H、ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi，如图,2.光合作用过程中元素去向 6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O2 (1)氧元素 (2)碳元素：CO2 C3 (CH2O) (3)氢元素：H2O H (CH2O),H2O O2 CO2 (CH2O),3.条件骤变时物质量的变化,【高
4、考警示钟】 1.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。 2.CO2中的C先进入C3然后进入(CH2O)。,【典例训练1】(2011新课标全国卷)在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势如图，回答问题：,(1)图中物质A是_(C3、C5)。 (2)在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A低，原因是_； 将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是_。 (3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%
5、的环境中，暗反应中C3和C5浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的_(低、高)。 (4)CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的_(高、低)，其原因是_。,【解题指南】 1.知识储备：(1) CO2浓度改变直接影响CO2的固定，CO2浓度降低，暗反应速率会减慢。 (2)光反应为暗反应提供ATP、H，直接影响C3的还原过程。 2.解题关键：根据CO2的含量变化正确判断图解中曲线A、B的名称。当暗反应中C3和C5浓度达到稳定时，根据CO2的固定和C3还原的反应式可知，C3的分子数比C5的分子数多。,【解析】(1)由图可以看出，当CO2浓度由1%降低到0.
6、003%时， 在短时间内，暗反应中发生的反应是CO2+C5 2C3，所以CO2 浓度降低时，C3含量降低，故物质A是C3。 (2)在CO2浓度为1%时，由于CO2+ C5 2C3，一个C5生成两 个C3，所以C3分子数是C5的两倍，故物质B浓度比A浓度低。当 CO2浓度从1%降到0.003%时，C5的合成速率不变，消耗速率却 减慢，导致C5积累。,(3)CO2浓度为0.003%时，C3和C5的浓度达到稳定后，暗反应保持稳定，此时仍根据暗反应中CO2的固定的反应式确定，C3的量应是C5的量的2倍。故持续在CO2浓度为0.003%的环境中，A浓度比B浓度高。 (4)CO2浓度低时，意味着暗反应强度
7、降低，所需要的ATP及H少。,答案：(1)C3 (2)暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5的含量稳 定。根据CO2+C5 2C3知，此时C3的分子数是C5的2倍，因 此B的浓度比A低 当CO2浓度突然降低时，C5的合成速率 不变，消耗速率却减慢，导致C5积累 (3)高 (4)低 CO2浓度低时，暗反应的强度低，所需ATP 和H少,【变式训练】如图为光合作用过程示意图，在适宜条件下栽培小麦，如果突然将c降低至极低水平(其他条件不变)，则a、b在叶绿体中含量的变化将会是( ) A.a上升、b下降 B.a、b都上升 C.a、b都下降 D.a下降、b上升,【解析】选B。由图解分析，c是CO2，
8、a和b是H、ATP，若在其他条件不变的情况下，将c降低至极低水平，CO2的固定减弱，C3还原减慢，消耗H和ATP减少，则a、b在叶绿体中含量的变化将会是都上升。,光合作用速率的影响因素及应用 1.单因子对光合作用速率影响的分析 (1)光照强度(如图所示)：,CO2 吸收,CO2 释放,0,B,C,光照强度,表示增大,A,曲线分析： A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，CO2释放量表明此时的呼吸强度。 AB段：光照强度加强，光合作用逐渐加强，CO2的释放量逐渐减少(有一部分用于光合作用)，此段细胞呼吸强度大于光合作用强度。 B点：光补偿点,即光合作用强度=细胞呼吸强度(细胞呼吸释放的CO2全
9、部用于光合作用)。 BC段：随着光照强度不断加强，光合作用不断加强，到C点不再加强，称C点为光饱和点。,应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，如图中虚线所示。间作套种时农作物的种类搭配，林带树种的配置，冬季温室栽培等都与光补偿点有关。 (2)CO2浓度、含水量和矿质元素(如图所示)：,曲线分析：CO2和水是光合作用的原料，矿质元素直接或间接影响光合作用。在一定范围内，CO2、水和矿质元素越多，光合作用速率越快，但到A点时，即CO2、水、矿质元素达到饱和时，就不再增加了。 应用：“正其行，通其风”，温室内充CO2，即提高CO2浓度，增加产量的方法。合理灌溉、施肥，可促进叶片面积增大，提高酶的
10、合成速率，增加光合作用速率。,(3)温度(如图所示)：,曲线分析：光合作用是在酶催化下进行的，温度直接影响酶的活性。一般植物在10 35 下正常进行光合作用，其中AB段(10 35 )随温度的升高而逐渐加强，B点(35 )以上光合酶活性下降，光合作用开始下降，50 左右光合作用停止。 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，以提高光合作用；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保证有机物的积累。,2.多因子对光合作用速率影响的分析(如图所示),曲线分析： P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。
11、Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。 应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。,【技巧点拨台】 对于有饱和点(平衡点)的坐标曲线，分析其限制因素的时候要分两部分： (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。,【典例训练2】(2012衡阳模拟)如图表示某植物光合作用强度与环境因素之间的关系。据图回答：,(1)甲图表示在光照较弱的
12、情况下，光合作用强度随_的增加而增加。这种情况下，主要影响的是光合作用过程的_ _阶段。在光照超过某一强度时，光合作用的强度不再增加，此时主要是光合作用的_阶段受到限制。 (2)乙图中C点对应的温度为植物光合作用的_。出现CD段的原因是_。 (3)其他条件适宜，若温度升高至50 ，请在甲图上绘出相应曲线。,【解题指南】 1.考查实质：本题主要考查温度和光照强度对光合作用的影响。 2.解题关键 (1)分析坐标图明确甲图中A、B点的主要限制因素； (2)注意乙图中50 对光合作用的影响大小在20 和30 之间。,【解析】(1)据图示可知，在光照强度较弱时，光合作用强度随光照强度的增加而增加，此时光
13、反应阶段提供的H和ATP是限制光合作用强度的主要因素。当光照强度超过某一数值时，光合作用强度不再增加，此时光反应阶段提供的H和ATP充足，限制光合作用强度的因素是温度(影响酶的活性)或二氧化碳的浓度对光合作用暗反应阶段的影响。 (2)乙图中C点对应的温度下，光合作用强度最大，此时的温度称为植物光合作用的最适温度。当温度超过最适温度时，部分酶变性失活，光合作用强度下降。 (3)据乙图可知，当温度升高到50 时，光合作用强度小于 30 时，大于20 时。,答案：(1)光照强度 光反应 暗反应 (2)最适温度 随温度的升高，酶活性降低，光合作用强度降低 (3),【变式训练】为探究影响光合作用强度的因
14、素，将同一品种玉米苗置于25 条件下培养，实验结果如图所示。以下说法正确的是( ),A.施肥与CO2吸收量无关 B.与A点相比，B点条件下限制CO2吸收量的主要因素是光照强度 C.与D点相比，限制C点玉米苗吸收CO2的主要因素是土壤含水量 D.与C点相比，A点施肥过少，限制了CO2吸收量 【解析】选C。据图示可知，当土壤含水量介于40%60%时，在光照强度相同的条件下，施肥后CO2吸收量比未施肥时明显增多，A错；图中A、B是在光照强度相同的条件下获得的CO2吸收量，因此A、B的不同与光照强度无关，从图中可以看出，A、B的不同是因为土壤含水量不同所致，B错；同时根据对B项的分析，可知C项是对的；
15、A、C两点CO2吸收量不同的原因是光照强度不同，与施肥无关，D错。,【变式备选】光照强度和CO2浓度是影响光合作用的两个主要外界因素，下列图像是北方夏季某一晴天中棉花叶片光合作用强度的变化曲线，其中正确的图解是( ),【解析】选C。夏季晴天中，光照强度会发生变化，光合作用强度也会随之变化。夏季中午12时左右光照最强，温度升高，蒸腾过旺，导致气孔关闭，CO2供应不足，光合作用强度降低。,光合作用与有氧呼吸的关系 1.区别,光能化学能（储能）,化学能ATP中活跃的化学能、热能（放能）,叶绿体,分解有机物、释放能量，供细胞利用,合成有机物，储存能量,活细胞（主要在线粒体）,只在光下进行,有光、无光都能进行,2.联系,【技巧点拨台】 光合速率与呼吸速率 (1)曲线：,(2)曲线解读： 呼吸速率：可用黑暗实验装置中CO2增加量、O2减少量或有机物减少量表示。 净光合速率：用有光条件下实验装置中O2增加量、CO2减少量或有机物增加量来表示。,(3)净光合速率和真正光合速率的判定方法： 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。 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。 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。,【典例训练3】（2012安庆模拟）如图表示在适宜的光
