能量之源-光与光合作用

1、2.4能量之源能量之源光与光合作用光与光合作用金山中学生物组 李林（一）场所（一）场所：叶绿体叶绿体色素种类：色素种类：叶绿素 ：叶绿素a、叶绿素b类胡萝卜素：胡萝卜素、叶黄素注：某些特殊状态的叶绿素a也称为：反应中心色素中心色素，在光合作用中起到关键作用，其他色素称为天线色素天线色素，起到辅助作用。（个别题目会隐晦的涉及此点）（二）光合作用的过程1光反应阶段光反应阶段场所：场所：叶绿体类囊体薄膜。囊体薄膜。条件：条件：叶绿体色素、酶、光能。反应：反应：水的光解、ATP的合成。 H2OH +O ADP+Pi +能量能量ATP能量变化：能量变化：光能转变为（电能再转化为）ATP中的活跃的化学能。

2、注意：H的实质是还原性辅酶，即NADPH。光光叶绿体叶绿体2暗反应阶段暗反应阶段场所：场所：叶绿体基质。条件：条件：酶、ATP、H。反应：反应：CO2的固定、C3的还原。 CO2+C52C3 2 C3C5+（CH2O）（需要H提供还原力、ATP提供能量） ATPADP+Pi +能量能量能量变化：能量变化：ATP中的活跃的化学能活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能稳定的化学能。酶酶酶光合作用过程图解：光合作用过程图解： 总反应式：定性：定性：CO2+H2O（CH2O）+O2定量：定量：12H2O + 6CO2C6H12O6+ 6O2 + 6H2O能量变化：能量变化： 光能（电能）ATP中活跃的

3、化学能有机物中稳定的化学能注意与有氧呼吸的比较：C6H12O6+ 6O2 + 6H2O 12H2O + 6CO2光叶绿体光叶绿体巩固记忆叶绿体类囊体薄膜叶绿体类囊体薄膜H+OH+O2 2ATPATP叶绿体基质叶绿体基质COCO2 2+C+C5 5(CH(CH2 2O)+CO)+C5 5ADP+PiADP+Pi稳定化学能稳定化学能比较项目比较项目光反应光反应暗反应暗反应区区别别场所叶绿体类囊体的薄膜上叶绿体基质中叶绿体基质中条件色素、光和酶不需色素和光，需多种酶不需色素和光，需多种酶反应产物H、O2、ATP有机物（有机物（CH2O）、）、ADP、Pi反应性质光化学反应酶促反应酶促反应光的影响 必

4、须在光下进行 有光无光都能进行有光无光都能进行 物质变化 H2OH +O2 ADP+Pi +能量ATPCO2+C52C3 2 C3C5+（CH2O） ATPADP+Pi +能量能量能量变化光能ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能中活跃的化学能糖类等有机物中糖类等有机物中稳定的化学能稳定的化学能实质光能转化为化学能，放出O2同化同化CO2生成有机物（生成有机物（CH2O）联系联系光反应和暗反应是一个整体，二者紧密联系。光反应是暗反应的基础，光反应和暗反应是一个整体，二者紧密联系。光反应是暗反应的基础，光反应阶段为暗反应阶段提供能量（光反应阶段为暗反应阶段提供能量（ATP）和还原剂（）和还原剂

5、（H），暗反），暗反应产生的应产生的ADP和和Pi为光反应合成为光反应合成ATP提供原料。提供原料。光反应和暗反应总结：光反应和暗反应总结：注意：（1）光反应为暗反应提供H、ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi。没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。总之，光反应是暗反应的物质和能量的准备阶段，暗反应是光反应的继续，是物质和能量转化的完成阶段。二者相辅相成二者相辅相成、缺一不可缺一不可。（2）从反应速度上，光反应比暗反应快，以下案例可说明这一问题：2015 新课标新课标 29（9分）分） 为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、

6、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135s。处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下： A组：先光照后黑暗，时间各为各为67.5s；光合作用产物的相对含量为50%。 B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为各为7.5s；光合作用产物的相对含量为70%。 C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75ms（毫秒）；光合作用产物的相对含量为94%。 D组（对照组）：光照时间为135s；光合作用产物的相对含量为100%。 回答下列问题：考察题型一：光合作用基本过程

7、题考察题型一：光合作用基本过程题例题：例题：（双选）下图是绿色植物体内能量供应及利用的示意图，下列说法有误的是（）Aa中合成ATP的部位在基粒类囊体薄膜上Bb中的ATP用于CO2的固定Ca、c中合成ATP所需的能量来源相同Dd中能量的去向是用于耗能的生命活动考察题型二：考察题型二：C3、C5变化规律题变化规律题例题：例题：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浓度 C升高CO2浓度 D降低CO2浓度注意：（1）有关分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化，长时间处于此状态下，C3

8、和C5将恢复平衡。（2）以上各物质变化中，C3和C5含量的变化是相反的，H和ATP含量变化是一致的。了解光合作用的探究历程 背景：海尔蒙特的柳树实验更新空气更新空气 光下光下 化学能化学能 淀粉淀粉 水水 有机物有机物 同位素标记法 1880年恩格尔曼氧气是由叶绿体释放的，且叶绿体吸收红光和蓝光。实施者实施者实验过程及现象实验过程及现象实验结论实验结论普利斯普利斯特利特利 点燃的蜡烛与绿色植物，密闭点燃的蜡烛与绿色植物，密闭蜡烛不易熄灭蜡烛不易熄灭小鼠与绿色植物，密闭小鼠与绿色植物，密闭小鼠不易窒息小鼠不易窒息 植物能更新空气植物能更新空气( (提醒：提醒：更新何种气体当时不知道更新何种气体当

9、时不知道) ) 萨克斯萨克斯 绿叶绿叶 曝光曝光 深蓝色深蓝色 遮光遮光 无颜色变化无颜色变化 绿叶光合作用绿叶光合作用产生淀粉产生淀粉/ /需要光需要光（用显微镜观察叶（用显微镜观察叶片变成蓝色部分的装片，片变成蓝色部分的装片，可以看出，变成蓝色的只可以看出，变成蓝色的只是叶绿体）是叶绿体）几小时几小时黑暗黑暗碘蒸气碘蒸气碘蒸气碘蒸气 实施者实施者实验过程及现象实验过程及现象实验结论实验结论恩格尔曼恩格尔曼 水绵水绵/ /好氧细菌好氧细菌 极细光束极细光束 完全曝光完全曝光O O2 2是叶绿体释放出来的，叶绿体是叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所是光合作用的场所 鲁宾和鲁宾和卡门卡门

10、向植物提供向植物提供 H H2 21818O O、COCO2 2释放释放1818O O2 2 H H2 2O O、C C1818O O2 2释放释放O O2 2 光合作用释放的氧气全部来自水光合作用释放的氧气全部来自水无空气无空气黑暗黑暗/ /好氧细菌只分布在叶绿体好氧细菌只分布在叶绿体被光束照射部位的周围被光束照射部位的周围好氧细菌分布在叶绿体所有好氧细菌分布在叶绿体所有受光部位受光部位 注意问题(1)萨克斯实验中暗处理的目的：消耗掉叶片中原有的淀粉。曝光与遮光形成对照，检验试剂为碘蒸气，检验前用酒精水浴加热处理，目的是溶解色素。(2)恩格尔曼选用水绵做实验材料的好处：叶绿体大，呈螺旋式带状

11、，便于观察；所用细菌异化作用类型为需氧型，用好氧细菌可确定释放氧气多的部位；没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果(3)鲁宾、卡门用的实验方法为同位素标记法。(4)卡尔文选用小球藻做实验，用同位素标记法揭示了暗反应过程。（三）（三）光合作用速率的影响因素及应用光合作用速率的影响因素及应用（1）光合作用）光合作用强度强度：概念概念：植物在单位时间单位时间内通过光合作用制造糖类制造糖类的数量。指标指标：一定时间内，原料消耗的数量原料消耗的数量或产物生成的数量产物生成的数量。（一般

12、以CO2消耗量、O2生成量、有机物积累量为指标）（2）影响光合作用的环境因素有光照强度光照强度、CO2浓度浓度、水分水分、光光照照的长短与强弱强弱及光的成分、温度温度的高低等1.光照强度光照强度 光照强度对光合作用强度的影响如右所示： 曲线分析：曲线分析： A点点：光照强度为：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段段：光照强度增大，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全部用于光合作用）。（此时光合作用和呼吸作用的反应式恰好是相

13、反的且相等的） BC段段：随着光照强度不断加强，光合作用不断加强，光合作用大于呼吸强度强度，到C点不再加强，称C点对应的光照强度为光饱和点。 环境因素的改变会影响饱和点和补偿点位置的移动。（例析：如温度升高到呼吸作用最适温度时）阳生植物阳生植物拓展分析：曲线与线粒体、叶绿体的关系A点：只有ef；AB段，有cdef；B点：只有cd；BC段：有abcd相关概念：相关概念：总光合速率：总光合速率：植物单位叶面积单位时间光合作用光合作用（叶绿体）实际吸收的二氧化碳量，也称为真正真正光合速率。一般表述为：叶绿体“固定”CO2量；叶绿体“产生”O2量；叶绿体“产生或制造”葡萄糖量。净光合速率：净光合速率：

14、植物单位叶面积单位时间光合作用测得叶片测得叶片吸收二氧化碳量，亦等于总光合速率减去呼吸作用释放的二氧化碳量之差值，也称为表观表观光合速率。一般表述为：植物（叶片）“吸收”CO2量或实验容器内CO2的减少量。植物（叶片）“释放”O2量或实验容器内O2的增加量；植物（叶片）“积累”葡萄糖量或植物重量（有机物）增加量。两者关系如下：两者关系如下：总光合速率净光合速率呼吸速率总光合速率净光合速率呼吸速率应用应用：适宜的光照强度可以增加光合作用强度，从而增加产量，光照不足时产量降低，因此阴天和夜晚可以适当补充光照。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

15、配置，需要考虑阳生植物和阴生植物相互搭配，合理利用光源。研究净光合速率与植物生长的关系研究净光合速率与植物生长的关系（1）当净光合速率0时，植物积累有机物而生长。（2）当净光合速率=0时，植物不能生长不能生长，但可以生存可以生存。（光补偿点）（3）当净光合速率0时，植物不能生长，长时间处于此状态时，将会死亡（不能生存）。拓展：拓展：净光合速率、总光合速率和呼吸速率实际表现：总光合速率净光合速率呼吸速率总光合速率净光合速率呼吸速率此关系式用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：（1）光合作用产氧量=氧气释放量+细胞呼吸耗氧量（2）光合作用固定CO2量=CO2吸收量+细胞呼吸释放CO2量（3）光合作用

16、葡萄糖产生量=葡萄糖积累量（增重部分）+细胞呼吸消耗葡萄糖量考察题型三：净光合速率和总光合速率考察题型三：净光合速率和总光合速率 例题：例题：在一定实验条件下，测得某植物光合作用速率与光照强度之间的关系、呼吸作用与氧气浓度之间的关系及光合作用速率、呼吸速率与温度之间的关系如图所示，对该图解释正确的是（ ） A影响图甲中曲线上的A点上下移动的主要外界因素是光照强度 B图乙中的数据需在适宜光照条件下测量 C图丙中，若大棚内的温度始终处于37.5的恒温，每日光照12h，植物体干重将减少 D用大棚种植该蔬菜时，白天应控制光照为C点对应的光照强度，温度为35最佳呼吸速率与光合速率的一些拓展呼吸速率与光合

17、速率的一些拓展夏季植物夏季植物CO2气体吸收与释放典型曲线分析气体吸收与释放典型曲线分析曲线的各点含义及形成原因分析如下：Oa段段：凌晨34时，温度降低，细胞呼吸强度减弱，CO2释放减少；b点点：上午6时左右，太阳出来，开始进行光合作用；bc段段：光合作用强度小于细胞呼吸强度；c点点：上午7时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度；ce段段：光合作用强度大于细胞呼吸强度；d点：点：温度过高，部分气孔关闭，出现“午休午休”现象现象；e点：点：下午6时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度；ef段段：光合作用强度小于细胞呼吸强度；fg段段：太阳落山，光合作用停止，只进行细胞呼吸。午休现象：午休现象：由于中

18、午气温过高，植物失水过多，为避免失水，植物关闭气孔，同时导致CO2减少、光合作用受阻的现象。有机物产生与消耗情况的分析：有机物产生与消耗情况的分析：有机物产生与消耗情况的分析：有机物产生与消耗情况的分析： 积累有机物时间段：积累有机物时间段：ce段段。c点和e点时，光合作用强度与细胞呼吸强度相等，ce由于光照强度的增强，光合作用强度大于细胞呼吸强度，故不断积累有机物。 制造有机物时间段制造有机物时间段：bf段。b点大约为早上6点，太阳升起，有光照，开始进行光合作用；f点大约为下午6点，太阳落山，无光，停止光合作用。 消耗有机物时间段：消耗有机物时间段：Og段段。一天24小时，细胞的生命活动时刻

19、在进行，即不停地消耗能量，故细胞呼吸始终进行。 一天中有机物积累最多的时间点一天中有机物积累最多的时间点：e点。白天，光合作用强度大于细胞呼吸强度，积累有机物；e点后，随着光照的减弱，细胞呼吸强度大于光合作用强度，故e点时积累的有机物最多。 一昼夜有机物的净积累量表示：一昼夜有机物的净积累量表示：SP-SM-SN。SP表示白天的净积累量，SM和SN表示夜晚的净消耗量，故SP-（SM+SN）为一昼夜的净积累量。密封大棚（钟罩）内密封大棚（钟罩）内CO2总量变化典型曲线图分析总量变化典型曲线图分析密封大棚（钟罩）内密封大棚（钟罩）内CO2总量变化典型曲线图分析总量变化典型曲线图分析 A点：起始点点

20、：起始点，对应时间为午夜十二点。 AC段：段：夜晚无光合作用，呼吸作用使密闭空间的CO2含量不断上升。 BC段：段：由于是凌晨温度减低，呼吸作用减弱，CO2浓度增加减慢。 C点：点：开始光合作用，由早晨温度较低、光照较弱，光合作用小于呼吸作用，CO2依然不断增加。 D点点：曲线切线斜率为0，CO2增速为0（此时CO2既不增加也不减少），故此点光合作用等于呼吸作用。 DH段：段：白天光照强烈的时间段，光合作用大于呼吸作用，二氧化碳浓度不断减少。 FG段：段：发生午休现象午休现象 H点之后：点之后：光照减弱，光合小于呼吸，CO2浓度增加。 经过一天经过一天24小时后小时后，CO2总浓度降低，说明植

21、物积累了有机物。两图两图区别：区别：（1）注意区分两图纵坐标的含义，前者表示细胞吸收或释放二氧吸收或释放二氧化碳的量化碳的量，后者表示容器内二氧化碳浓度容器内二氧化碳浓度，两者实际生理过程相同，但变量不同。（2）图二中曲线的坡度表示反应速率的大小，坡度越大，表明光合作用或呼吸作用速率越大。（3）此图中的点D、H是曲线的拐点，表明光合作用强度等于细胞呼吸强度，分别对应于图1中的c、e点。考察题型四：一天中植物光合呼吸的综合分析类题目。考察题型四：一天中植物光合呼吸的综合分析类题目。例题：例题：（2011福建高考）下图是夏季晴朗的白天，玉米和花生净光合速率（单位时间、单位叶面积吸收CO2的量）的变

22、化曲线，下列叙述错误的是A在9：3011：00之间，花生净光合速率下降的原因是暗反应过程减缓B在11：0012：30之间，花生的单位叶面积有机物积累量比玉米的多C在17：00时，玉米和花生的单位叶面积释放O2速率相同D在18：30时，玉米既能进行光反应，也能进行暗反应2CO2浓度、含水量和矿质元素：浓度、含水量和矿质元素：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

23、，可促进叶片面积增大，提高酶的合成速率，增加光合作用速率。3温度：温度：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。曲线分析：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1035下正常进行光合作用，其中AB段（1035）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。4多因子对光合作用速率影响的分析多因子对光合作用速率影响的分析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

24、不断提高。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。（2）应用：提高光合作用时，考虑多因子的共同作用，如温室栽培时，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。总结：光合作用和呼吸作用的区别总结：光合作用和呼吸作用的区别光合作用有氧呼吸物质变化无机物（合成）有机物有机物（分解）无机物能量变化光能稳定的化学能（储能）稳定的化学能ATP中活跃的化学能、热能（放能）实质合成有机物，储存能量分解有机物、释放能量，供细胞利用场所叶绿体活细胞（主要在线粒体）条件只在光下进行有光、无光都能