高中生物 第三节 光能的捕获和利用名师导航 中图版

1、第三节光能的捕获和利用【思维激活】1有人说早上早起到小树林中去呼吸更多的氧气，这种说法对吗？那么你读了光合作用后，认为是早练好，还是晚练好？答案：这种说法不对。植物在晚上只进行呼吸作用，消耗氧气，产生二氧化碳，使空气中的二氧化碳增加，氧气减少。光合作用只能在光下进行，白天光合作用吸收空气中的二氧化碳，产生氧气，使空气中的二氧化碳减少，氧气增加。所以一天中早上二氧化碳浓度最高，氧气浓度最低，傍晚二氧化碳浓度最低，氧气浓度最高，最好是晚练好。2在伸手不见五指的夜晚，把一个绿色的叶片放在暗处，叶片是什么颜色？为什么？答案：黑色，或者没有颜色（若能看到绿色他的眼是猫眼）。原因是叶片中有叶绿体，叶绿体中

2、有叶绿体色素，在光下，吸收红光和蓝紫光，不吸收绿光，绿光被反射【自主整理】1.光合作用的发现（1）1642年布鲁塞尔的医生海尔蒙特认为植物体内全部营养物质，都是从水中获得（2）1771英国普利斯特利的蜡烛和小白鼠分别与绿色植物在一起的实验证明植物可以更新空气；荷兰的英格豪斯证实，只有在光下绿色植物才能更新空气。（3）德国萨克斯的实验：暗处处理几小时的绿叶一半曝光一半遮阴，然后用碘液处理，结果 说明了光合作用产生淀粉。（4）1864年美国恩吉尔曼证明叶绿体光照时释放O2，证明了植物光合作用的场所是叶绿体；（5）美国鲁宾、卡门证明光合作用的氧气全部来自水，所用的实验方法同位素标记法。2.叶绿体的结

3、构（1）形态：叶绿体一般呈扁平的椭球或球形。（2）结构：包括内、外 两层膜，内部有许多基粒，基粒是由许多类囊体构成，类囊体有色素和光合作用的酶。基粒之间充满了基质，基质中有与光合作用有关的酶和少量DNA和RNA。3.叶绿体色素（1）种类：叶绿素类胡萝卜素叶绿素a：蓝绿色吸收红光和蓝紫光叶绿素b：黄绿色叶黄素：黄色吸收蓝紫光胡萝卜素：橙黄色叶绿体色素（2）功能：吸收、传递和转化光能的作用，用于光合作用。4.光合作用的过程：光合作用的全过程包括光反应和暗反应两个阶段。（1）光反应阶段：场所是类囊体，既能捕获光能又能将光能转化为电能的色素是叶绿素。过程：一是将水分解成氧分子和质子H，氧以分子形式释放

4、出去，质子H作为活泼的还原剂。二是在有关酶的作用下，NADP+得到两个电子和一个质子H+就形成了NADPH，这样一部分电能就转化成活跃的化学能储存在NADPH中；同时，另一部分能量，将ADP与P¡发生化学反应，转化成ATP，这部分电能就转化为储藏在ATP中的活跃化学能。光反应阶段必须在光下才能进行。（2）暗反应阶段：场所：是叶绿体基质过程：绿叶通过气孔吸收的CO2先与植物体内的五碳化合物结合，生成三碳化合物，这个过程叫做二氧化碳的固定。其次，在有关酶的作用下，一些C3接受ATP并且被NADPH还原，经过一系列复杂的变化，形成糖类，此过程叫做C3的还原。另一些C3又经过复杂的变化重新形

5、成五碳化合物，再次参与CO2的固定。5.光合作用的总反应式：CO2 + H2O (CH2O) + O26.概念：绿色植物通过叶绿体吸收光能，将二氧化碳和水合成有机物并释放氧气，同时也将光能转变成化学能储存在糖类和其他有机物中，这一过程叫光合作用。7.实质：把无机物合成储存能量的有机物；把光能转变为活跃的化学能再转变成稳定化学能储存在糖类和其他有机物。8影响光合作用的因素光照强度、CO2浓度和温度、叶龄等都对光合作用具有一定的影响。农业生产中主要通过延长光照时间、增加光照面积和增强 光合作用效率 等途径提高光能利用率。【高手笔记】1.叶绿体色素有四种，吸收红光和蓝紫光是叶绿素a、b，吸收蓝紫光的

6、胡萝卜素和叶黄素。2.光合作用光反应产物ATP和NADPH是暗反应的必要条件，暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP。3.叶绿体光合作用发生了能量转化是光能转化为电能然后转化为活跃的化学能再转变成稳定化学能。【名师解惑】1. 影响光合作用的因素有哪些？剖析：（1）光：光照强弱直接影响光反应；（2）温度：温度高低会影响酶的活性； （3）CO2浓度：CO2是光合作用的原料，直接影响暗反应；（4）水分：水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，特别地，水分还影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体；（5）矿质元素：矿质元素是光合作用产物进一步合成许多有机物所必需的物质如叶绿素、酶等。（6）

7、光照、CO2浓度、温度与光合速率基本关系见下图3219：3219（7）叶龄：一定范围内随叶龄增加，光合作用的面积增加，光合作用增强，超过一定叶龄，由于叶绿体的减少，光合作用降低。2. 提高作物产量的途径有哪些：剖析：途径措施或方法延长光时补充光照增大光合作用面积间作、合理密植提高光合作用效率控制适宜光强、提高CO2浓度（如通风）、合理施肥（供应适量必需矿质元素）提高净光合作用速率维持适当昼夜温差（白天适当升温，晚上适当降温）3.如何理解自然界中植物叶片颜色与叶绿体的关系？ 剖析：植物叶片呈现的颜色是叶子内各种色素的综合表现，其中主要是绿色的叶绿素和黄色的类胡萝卜素两大类色素之间的比例。高等植物

8、叶子所含各种色素的数量与植物种类、叶片老嫩、生育期及季节有关。一般来说，正常叶子的叶绿素和类胡萝卜素的分子比为31，叶绿素a和叶绿素b的分子比也约为31，叶黄素和胡萝卜素约为21。由于绿色的叶绿素比黄色的类胡萝卜素多，占优势，所以正常的叶子总是呈现绿色。秋天，条件不正常或叶片衰老时，叶绿素容易被破坏或降解，数量减少，而类胡萝卜素比较稳定，所以叶片呈现黄色。至于红叶，因秋天降温，体内积累较多糖分以适应寒冷，体内可溶性糖多了，就形成较多的花青素（红色），叶子就呈现红色，枫树叶子秋季变红，就是这个道理。4.光合作用光反应和暗反应有什么区别和联系？剖析：比较项目光反应暗反应场所囊状结构薄膜上叶绿体的基

9、质条件色素、光、酶、水多种酶、CO2、ATP、H反应产物H、O2、ATP有机物、ADP、Pi、水物质变化2H2O4HO2ADPPi能量ATPCO2的固定：CO2C52C3CO2的还原：（CH2O）C5H2O能量变化光能电能ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能糖类等有机物中稳定的化学能实质光能转变为化学能，水光解产生O2和H同化CO2形成(CH2O)联系光反应为暗反应提供H和能量ATP暗反应产生的ATP和Pi为光反应合成ATP提供原料5.如何进行光合作用图表曲线解读剖析：本节坐标曲线较多，由于表示环境因子对光合作用的影响，或光合作用的日变化或光合作用速率与呼吸速率的综合变化。下图3220即为

10、上述第三种情况。图3220从图中可解读以下信息：曲线表示温度、光照强度随时间变化对光合作用和细胞呼吸的综合影响；在bd段时光合作用速率大于细胞呼吸速率；6点和18点时，呼吸速率已超过光合速率；曲线bcd围成的面积代表植物白天净积累的有机物量；c点形成是由光照过强和温度过高等造成的。【讲练互动】【例题1】（2006北京卷，2）夏季，在晴天、阴天、多云.高温干旱四种天气条件下，猕猴桃的净光合作用强度（实际光合速率与呼吸速率之差）变化曲线不同，表示晴天的曲线图3221是 A B C D图3221【解析】夏季晴天太阳从6点光合作用大于呼吸作用表现为净积累有机物增加，随光照强度的增加光合作用增强，达到一

11、定值时，由于温度升高，蒸腾作用增强，植物为了保持体内水分，气孔逐渐关闭，二氧化碳不能进入，光合作用降低。随光照强度的降低气孔开放二氧化碳进入光合作用增强，但是随着光照强度的逐渐降低，光合作用强度降低。【答案】B【绿色通道】光合作用强度大于呼吸作用强度，植物净积累有机物增加，光合作用强度等于呼吸作用强度，植物净积累有机物量为零，光合作用强度小于呼吸作用强度植物净积累有机物量为负值，。【变式训练】生长于较弱光照下的植物,当提高 C02浓度时, 其光合作用速度并未随之增加,主要限制因素是 () A.呼吸作用和暗反应B.光反应C. 暗反应D. 呼吸作用【解析】 考查光反应与暗反应之间的相互联系。光合作

12、用过程可以分为两个阶段 ,即光反应和暗反应。光反应的进行必须在光下才能完成,并且在一定范围内随着光照强度的增加而增强。暗反应在有光、无光的条件下都可以进行。但是暗反应的进行必须有光反应为其不断提供 ATP 和 H 。生长于较弱光照下的植物,由于它们的光反应较弱,产生的ATP 和 H 较少, 此时即使提高暗反应所需的CO2的浓度,由于暗反应缺少能量和还原剂的供应, 暗反应中C02的还原较弱,有机物合成仍然较少。所以,此时限制光合作用速度的主要因素是光反应。【答案】B 【例题2】（2006 四川卷，4）将川芎植株的一叶片置于恒温的密闭小室，调节小室 CO2 浓度，在适宜光照强度下测定叶片光合作用的

13、强度（以 CO2 吸收速率表示），测定结果如下图3222。下列相关叙述，正确的是 图3222A如果光照强度适当降低，a 点左移，b 点左移 B如果光照强度适当降低，a 点左移，b 点右移 C如果光照强度适当增强，a 点右移，b 点右移 D如果光照强度适当增强，a 点左移，b 点右移【解析】由图中曲线不难看出，二氧化碳浓度过低，光合作用不能进行，若适当增加光照强度，光反应产生的【H】和ATP增加，暗反应吸收的二氧化碳增加，光合作用增强，所以a点应该左移，b点应该右移。【答案】D【绿色通道】光反应的产物ATP和H是暗反应的必要条件。影响光合作用的条件有二氧化碳浓度、光照强度、温度等。【变式训练】光

14、合作用过程中,不需要酶参与的过程是 ()A.CO2的固定B.叶绿素吸收光能C 三碳化合物的还原D.ATP 的形成【解析】考查光合作用各阶段进行必须具备的条件。绿色植物的光合作用是一个非常复杂的过程,可分为光反应和暗反应两个阶段。在光反应过程中,叶绿体中的色素利用吸收的光能,一方面在酶的作用下与 ADP 和磷酸结合形成 ATP,另一方面将水分解为氧和氢, 叶绿素等色素吸收光能的过程不需要酶的参与。在暗反应中, 绿叶从外界吸收来的CO2首先在酶的作用下与植物体内的一种五碳化合物结合,形成两个三碳化合物分子, 这个过程就是C02的固定。三碳化合物在 ATP 和多种酶的作用下,接受光反应过程产生的氢被

15、还原,然后经过一系列复杂的变化,形成葡萄糖,这个过程就是三碳化合物的还原。由此可见,在光合作用过程中 ,A、C、D 三个方面的进行都需要酶的参与 ,B 过程不需要酶的参与。【答案】B【例题3】（2006江苏卷，15）在开展生物学实践活动时，对照实验设计应遵循单一变量的原则为了研究光对大豆生长的影响，某小组设计了如下实验：在两只花盆里分别种相同数量的大豆苗，并进行如下处理花盆光温度水甲光亮处20充足乙黑暗处20不充足 在这一实验设计中，有一处不正确，需要改正为（ ）A乙花盆放在光亮处 B甲花盆放在黑暗处C甲花盆的温度高于20 D乙花盆浇充足的水 【解析】设计实验应该遵循的原则是单一变量原则、对照

16、原则和等量原则。该实验的变量是光和暗，其他量应该相同而且等量。【答案】D【黑色陷阱】该题的易错之处是找不清实验的变量是什么，设计过程不遵循单一变量原则、对照原则和等量原则。【变式训练】如果在光合作用的实验所用的水中有 0.2% 的水分子含有18O,所用的CO2中有0.68%的分子含有180,那么,光合作用释放的O2中含有180的比例是 () A.0 .2%B.0.48%C.0.68%D.0.88%【解析】光合作用产生的氧只来自光反应阶段水中的氧。【答案】A【例题4】(2005年广东卷，23)叶绿体色素的纸层析结果显示，叶绿素b位于层析滤纸的最下端，原因是（）A.在层析液中的溶解度最小B.在层析

17、液中的溶解度最大C.分子量最小D.分子量最大【解析】叶绿体中的色素在层析液中的溶解度不同；溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；溶解度低的随层析液中滤纸上扩散得慢。这样，几分钟之后，叶绿体中的色素就在扩散过程中分离开来。【答案】A【绿色通道】本题考查的是叶绿体色素层析的原因。在层滤纸上，从下往上依次是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素。【变式训练】某同学在做完“叶绿体色素的提取与分离”实验后，画出了四种色素在滤纸条上分布的模式图3223，以此主要表示色素的含量及间隔距离的大小，其中比较能显示真实情况的是（）图3223【答案】A【例5】光合作用分光反应和暗反应两个阶段。影响光反应的主要因素是光，

18、影响暗反应的主要因素是CO2浓度。当光照或CO2条件改变时，都将影响光合作用的正常进行，叶肉细胞内C3、C5含量将发生不同变化。试分析下列条件改变时，C3、C5含量的变化。植物由强光环境转移到弱光环境时：C3含量变化：；C5含量变化：；降低实验容器内CO2浓度时：C3含量变化：；C5含量变化：。【解析】光反应与暗反应的关系可表示如下：当由强光弱光时，产生的ATP、H数量减少，此时C3还原过程减弱，而CO2仍在短时间内被一定程度的固定，因而C3含量上升，C5含量下降，(CH2O)的合成率也降低。CO2浓度降低时，CO2固定减弱，因而产生的C3数量减少，C5的消耗量降低，而细胞内的C3仍被还原着，

19、同时再生C5，因而此时，C3含量降低，C5含量上升。【答案】C3含量变化C5含量变化直接影响的过程强光弱光上升下降光反应CO2浓度降低下降上升暗反应(CO2固定)【绿色通道】暗反应中的CO2的固定和还原受CO2浓度和光反应的产物H和ATP的影响。CO2的固定：CO2C52C3；由此可知当CO2浓度降低时，对式来说生成的C3少，CO2与C5结合得少，剩余的C5多；当光由强光弱光时，光反应产生的H和ATP少，对于式来说，反应消耗的C3少，剩余的C3多，生成的C5少，大部分的C5存在于C3中，所以C5下降。【变式训练】光照增强，光合作用增强，但夏季的中午却又因叶面的气孔关闭而使光合作用减弱，这主要是由于（）A.水分解产生的氧数量不足 B.色素利用光能合成ATP不足C.暗反应中C3产生的数量太少D.暗反应中还原剂H的量不足【解析】考查光合作用的条件，属理解层次。一般情况下光照增强，蒸腾越旺盛，以降低植物体温度。但夏天的中午，光照太强，蒸腾作用若继续增强，就会出现水的供需矛盾，这时部分气孔关闭以利保水。因部分气孔关闭，暗反应需CO2的供给减少，影响暗反应的进行。【答案】C【体验探究】【问题】（2006全国理科卷，30）为了验证叶片在光合作用和呼吸作用过程中有气体的产生和消耗，请用所提供的实验材料与用具，在给出的实验步骤和预测实验结果的基础上，继续完成实验步骤的设计和预测实验结果，并对