第五节 光合作用

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1、第五节 光合作用1. 从有机物来源看生物种类根据生物体内的有机物是否来源于自身合成，把生物分为自养生物和异养生 物。（1）自养生物：能将二氧化碳和水等无机物合成有机物，供自身生长、发育和 繁殖的物质和能量的需要，这类生物称为自养生物。如绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水等无机物合成糖类等无 机物。蓝藻及光合细菌也能利用细胞中的光合色素及酶，利用光能把二氧化碳和 水等无机物合成有机物。这种自养方式称为光能自养。另外一些细菌，如硝化细 菌能利用分解无机物释放的化学能将二氧化碳和水合成糖类等有机物，这种自养 方式称为化能自养。（2）异养生物：不能利用无机物合成有机物，而是将从外界摄取的食物

2、中的有 机物转化为自身的有机物，即直接或间接依靠自养生物的光合产物生活的生物称 为异养生物。如人和动物，以及营寄生、腐生生活的植物和微生物都是异养生物。2. 光合作用概述（1）光合作用的概念光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成贮 存能量的有机物，并且释放出氧气的过程。（2）光合作用与呼吸作用的比较 光合作用和呼吸作用都是氧化、还原过程细胞呼吸是将葡萄糖中的碳氧化为二氧化碳，而将游离的氧气还原为水中 的氧。CH O +6O 酶6CO +6H O6 12 6 2 2 2光合作用氧化和还原的物质刚好相反，即将二氧化碳还原为糖，而将水中 的氧氧化为氧气。6H O +6CO 酶

3、、CH O +6O2 2 6 12 6 2 光合作用和呼吸作用都有能量的变化细胞呼吸是将贮存在葡萄糖中的化学能释放出来，供细胞的生命活动所利 用，它是一个放能过程。光合作用则是一个吸能过程，它利用太阳能将二氧化碳和水转变为糖，并 将能量贮存在糖分子中，即光合作用是一个将光能转化为化学能的过程。（3）光合作用的概述在有光照的条件下，绿色植物的叶绿体利用光能，将水氧化分解，放出氧 气，产生还原性氢和ATP,这个阶段称为光反应，然后在不需要光照的条件下， 二氧化碳被还原成糖类等有机物，ATP中的能量转化为糖分子中的化学能，这个 阶段称为碳反应。3. 光合作用的场所a.叶绿体的结构叶绿体外有双层生物膜

4、，内有基粒和基质，基粒是光反应的场所，由类囊体 构成，类囊体上分布有色素和光反应所需的酶，基质是暗反应的场所，分布有暗 反应所需的多种酶。在绿色植物的叶肉细胞中分布着许多叶绿体。在光学显微镜下，叶绿体呈球 形或扁平的椭球形。在电子显微镜下所见的结构如图所示。在类囊体的薄膜（基粒）结构上，分布着光合作用所需的各种素数和光反应 所需的酶，而碳反应所需的多种酶分布在叶绿体的基质中。b. 叶绿体中的色素（1）色素的提取和分离原理 提取：用无水乙醇、丙酮和石油醚 分离：叶绿体中的色素不止一种，它们都能溶解在层析液中，根据色素在层析液 中的溶解度的不同，溶解度大的在滤纸上的扩散速度快，反之则慢，因而可用纸

5、 层析法进行分离。结果 从上到下。色素种类颜色含量SV胡萝卜素橙黄色最少最咼最快叶黄素黄色较少较咼较快叶绿素a蓝绿色最多较低较慢叶绿素b黄绿色较多最低最慢（2）色素的种类及作用种类植物叶片呈绿色。镁离子是合成色数的必需元素。作用叶绿素中色素的作用是吸收、传递和转换光能。不同色素对光的吸收能力不同，吸收的可见光的波长也有所不同4. 光合作用的过程段、 -t目光反应阶段暗反应阶段所需条件必须有光、酶有光无光均可、酶进行场所基粒类囊体膜叶绿体内的基质中物质变化HO分解成0和H；2 2ADP和Pi形成ATP二氧化碳被C固定成C ； C被H还533原，最终形成糖类；ATP转化成ADP和Pi能量转换光能转

6、变为ATP中活跃化学能ATP中活跃的化学能转化为糖类中稳 定的化学能联系物质联系：光反应阶段产生的H，在暗反应阶段用于还原C3；能量联系：光反应阶段生成的ATP,在暗反应阶段中将其储存的化学能 释放出来，帮助C3形成糖类，ATP中的化学能则转化为储存在糖类中的 化学能。当其他条件不变：若突然停止光照，则C3增加，C5减少；若突然停止CO2供应，则C5增加，C3减少。“当光合作用的光反应过程被人为阻断，你认为暗反应会停止吗？反过来，当暗 反应过程被人为阻断，你认为光反应会怎样变化？”通过以上的分析可以看出，光合作用的光反应与暗反应是相互联系的，而它 们之间的联系纽带是还原力，即 ATP 和还原性

7、氢。当光反应停止时（如植物在黑 暗条件下），暗反应的ATP和还原性氢的来源被阻断，暗反应会停止；而反过来， 当暗反应停止时（如植物在气孔完全关闭，或无二氧化碳），光反应是不是也受 到影响呢？答案是肯定的，暗反应停止，光反应也会随之停止，因为光反应产生 的 ATP 和还原性氢没有被暗反应消耗，根据化学平衡的原理，相当于光反应的产 物浓度升高，化学平衡会向反向进行，从而光反应就停止了。你能利用光合作用原理，提出在农业生产中提高作物产量的具体措施吗？”对光合作用的影响在生产上的应有光光合作用是光化学反应，所以光合作用 随着光照强度的变化而变化。光照弱， 光合作用减慢，光照逐步增强时光合作 用随着加快

8、；但是光照增强到一定程 度，光合作用速度不再增加，另外，光 的波长也影响光合作用速度，通常在红 光下光合作用最快，蓝、紫光次之，绿 、【穴日.亠 光最差。延长光合作用时间；通过轮 作，延长全年内单位土地面积 上绿色植物进行光合作用的 时间，是合理利用光的一项重 要措施。增加光合作用面积，合理密植 是增加光合作用面积的一项 重要措施。温 度。C光合作用的暗反应是酶促反应，温度 低，酶促反应慢，光合速率降低，随着 温度提高，光合作用加快；温度过高时 会影响酶的活性，使光合作用速率降 低，一般植物的光合作用最适温度在 25-30 C 之间。适时播种：温室栽培植物时， 可以适当提高室内温度。一氧化碳

9、浓度一氧化碳是光合作用的原料，原料增 加，产物必然增加，大气中的二氧化碳 含量是0.03%，如果浓度提高到0.1%， 产量可提咼一倍。如果浓度提咼到一定 程度后，产量不再提高。如果二氧化碳 浓度降低到0.005%，光合作用就不能 正常进行。施用有机肥：温室栽培植物 时，可以适当提高室内的二氧 化碳浓度。总之，光合作用涉及的知识多、综合性强，在复习时要全面，特别是光合作 用的反应场所、总反应式、反应具体过程、条件、反应物、产物、释放能量、光 反应与暗反应之间的相互联系与区别、影响光合作用的诸多因素等方面做全面的 比较、总结，并注重这些知识能与生产生活等实际相联系，培养分析、综合、读 图、理论联系

10、实际的能力。卡尔文循环（Calvin Cycle）是光合作用的暗反应的一部分。反应场所为叶 绿体内的基质。循环可分为三个阶段: 羧化、还原和二磷酸核酮糖的再生。大部 分植物会将吸收到的一分子二氧化碳通过一种叫二磷酸核酮糖羧化酶的作用整 合到一个五碳糖分子1, 5-二磷酸核酮糖（RuBP）的第二位碳原子上。此过程称 为二氧化碳的固定。这一步反应的意义是，把原本并不活泼的二氧化碳分子活化， 使之随后能被还原。但这种六碳化合物极不稳定,会立刻分解为两分子的三碳化 合物3-磷酸甘油酸。后者被在光反应中生成的 NADPH+H 还原,此过程需要消耗 ATP。产物是3-磷酸丙糖。后来经过一系列复杂的生化反应

11、，一个碳原子将会被 用于合成葡萄糖而离开循环。剩下的五个碳原子经一些列变化,最后在生成一个 1， 5-二磷酸核酮糖，循环重新开始。循环运行六次，生成一分子的葡萄糖。5. 影响光反应的因素光合速率是指一定量的植物（如一定量的叶面积）在单位时间内进行多少光 合作用（如释放多少氧气，消耗多少二氧化碳）。光合速率受多种因素的影响，其中最重要的因素是光强度、温度、二氧化碳 浓度和水。课堂作业 光合作用典型例题例 1：下列是光合作用的几个步骤，它们发生反应的先后顺序是（ ）CO2的固定释放02叶绿素吸收光能H2O的分解C3被还原A. B.C.D.例2：将植物栽培在适宜的光照、温度和充足的CO2条件下。如果

12、将环境中CO2含量突然降 至极低水平，此时叶肉细胞内的C3化合物、C5化合物和ATP含量的变化情况依次是（ ）A. 上升；下降；上升B. 下降；上升；下降C. 下降；上升；上升D. 上升；下降；下降 课堂练习一. 单项选择题1对绿色植物光合作用最有效的一组光是（）A. 红光和黄绿色 B. 黄光和蓝紫光2下面关于叶绿体的叙述，错误的是（A.是植物细胞中最重要的一种质体C.内含的叶绿素等色素分布在基质中 质中3. 某科学家用含碳同位素 14C 的二氧化碳 可能的途径是（）A.二氧化碳一叶绿素一ADPC. 红光和橙光 D. 红光和蓝紫光）B. 是植物进行光合作用的细胞器D.光合作用所需的酶分布在类囊

13、体薄膜上和基踪光合作用中碳原子在下列分子中的转移，最B. 二氧化碳一叶绿素一ATPC. 二氧化碳一三碳化合物一葡萄糖 D. 二氧化碳一酒精一葡萄糖4. 右图在光合作用的暗反应中和化学过程是（）A.氧化，固定B.固定，还原C. 分解，氧化D.还原，氧化5. 光合作用光反应产生的物质有（ ）A. C H O 、H、 ATPB.H、 CO 、 ATP6 12 6 2C.H、 O 、 ATPD. C H O 、 CO 、 H O2 6 12 6 2 26. 下列选项中，对光合作用影响最小的是A.叶绿体色素的含量 B.五碳化合物的含量C.氮气的含量D.二氧化碳的含量 二.非选择题7下图为光照和CO2浓度

14、改变后，与光合作用有关的C5化合物和C3化合物在细胞内的变化下降的原因曲线。（ 1 ） 曲 线 a是；曲线b表示,在CO2浓度降低时含量下降的原因是。（2）由（1）得出光照强度和CO2浓度与光合作用的关系是：前者主要影响；后者主要影响。8下图是光合作用过程实验图解，请分析实验结果（1） 装置C中产生含碳有机物是由于在装置A中结构（）.进行了反应，为在结构（）.中进行的反应提供了等物质的缘故。（2） 装置B中不能产生含14C的有机物，主要是结构中缺少和。（3） 此实验说明叶绿体是进行光合作用完整的单位。（4） 适当增强，增加.，以及适当提高温度可提，从而提高含碳的有机物的产量，并能产生较多的。9.图甲、乙、丙分别表示某植物光合作用速率与光照强度之间的关系、温度与光合速率之 间的关系及叶绿体色素对不同波长光线的相对吸收量：（1）若甲图所示曲线为阴性植物，贝I阳性植物曲线与此相比较C点（填“上/下/左/右/ 不变”移，A点（填“上/下/左/右/不变”移（2）由乙图知，40C时，植物体（能/不能）显示生长现象；而5C时状态可用甲图中 （填“A/B/C”）点表示（3） 用玻璃大棚种植蔬菜时，应选择光强为 （填“A/B/C”、温度为C （填一个具体数值），及颜色（填透明或不透明）的玻璃。