2023届新高考生物冲刺精准复习：光合作用的原理、影响因素及其应用

2023届新高考生物冲刺精准复习

光合作用的原理、影响因素及其应用

1.说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化

［丽碳和水转变为糖与氧气的过程中，转化并储存为糖分子中的化学能

要求］2.探究光照强度、CO2浓度对光合作用强度的影响；关注光合作用和

农业生产及生活的联系

1.光合作用的过程（示意图）及场所

2.光反应的物质变化和能量变化；暗反应的物质变化和能量变化；

3.光照环境下，CO2下降，c5.Q的变化；CO2不变，光照强度增加，C5,C3的变化；

说明光反应与暗反应的联系；

4.举例说明影响光合作用的内部因素有哪些？在农业生产及生活有哪些应用？

5.举例说明影响光合作用的环境因素有哪些？在农业生产及生活有哪些应用？

光照强度一

二氧化碳浓度—

温度-

影响

水分一瓶

作用

矿质元素—

的因

多因子影响一素及

应用

遗传特性:阳生、阳生一

叶龄、叶绿素、酶的数量一一内因一

叶®树嬲」

光合速率的测定

化能合成作用

光合作用

指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量

的有机物，并且释放出氧气的过程。

CO2+H2o^r(CH2O)+O2

•叶绿体是如何将光能转化为化学能？

•又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？

•光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢?

科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和。被分开，。2被释放，

19世纪末

C与电0结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖

科学家发现甲醛对植物有毒害作用，且甲醛不能通过光合作用转化成

1928年

糖

在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有电0,没

1937年希尔

有C()2),在光照下可以释放出氧气

1941年用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，H0+C02T植

鲁宾.卡门物为0+6802T植物一。2，得出光合作用释放的氧全部来自水

1954年阿尔农在光照下，叶绿体可合成ATP,这一过程总是与水的光解相伴随

20世纪40年代用小球藻通过同位素研究光合作用的暗反应。发现了C3等一系列中间

卡尔文产物，阐明了暗反应阶段的反应过程——卡尔文循环。

资料1:1937年，英国植物学家希尔将植物细胞破碎，获得离体叶绿体。发现，在光

照下，在离体叶绿体的悬浮液中加入足量的铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有匕0,没

有CO?），离体叶绿体虽然不能合成有机物，但Fe3+被还原为Fe2+,同时离体的叶绿

体释放出像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反

应称作希尔反应。

希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？

能，因为悬浮液中没有C02,糖类合成时需要C02中的碳元素。

希尔反应是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全都来自水？

不能，反应体系中可以还存在其他氧元素供体。

桀索光合作用原理的部分实验

资料2:1941年，为了确定光合作用释放的。2的来源，美国科学家鲁宾和卡门用

18。作为标记物，制备出出18。和0802。

co2鲁宾和卡门的实验说明？

植物光合作用产生的

氧气中全部都来自水。

―光照射下的

小球藻悬液同位素标记方法

即80对比实验的方法

资料3:1954年,美国科学家阿尔农（D.Arnon）发现,在光照下，叶绿体可合

成ATP。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。

一、探索光合作用原理的部分实验

资料4:20世纪50年代，美国生物化学家卡尔文开始用小球藻悬液研究光合作用的暗反

应。卡尔文给小球藻提供持续的光照和CO?,一段时间后，加入放射性同位素标记的

1482,在不同时段（间隔3s、5s、10s等）内将细胞悬液迅速倾入煮沸的乙醇中以杀

死细胞，使酶失活。最后，使用双相纸电泳和放射自显影分离等方法分析产物，发现了

C3等一系列中间产物，最终阐明了暗反应阶段的反应过程——卡尔文循环。

14co2-一（14cH2。）

注意：C3是指3-磷酸甘油酸；C5是指RuBP

光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。

蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。

（取0）一蔗糖

对传练习

卡尔文因发现光合作用合成己精（葡蕾糖）反应中CO2的固定途径获得诺贝尔奖。

卡尔文将14co2注入小球藻悬浮液，给予实例置不同时间（0<G<12Vt3V

t4<t5）的光谑，分析14co2去向，结果见下表，据表分析正确的是（C）

光照时间0「213「5

分离出的放射性化合物无①①②①②③①②③④⑤①②③④⑤⑥

注：表中①〜⑥依次代表3-磷酸甘油酸、1,3-二磷酸甘油酸、3-磷酸甘油醛、己

糖、C5.淀粉

A不同时间的产物为本实验的自变量

B.J时，①中的3个碳原子都具有放射性

Cl4c的转移途径为14co2一①一②一③一④⑤一⑥

D.只做光照时间为t5的实验，也能确定出放射性化合物出现的先后顺序

2-2C3

「CO2的固定：c+co

暗5

反ATPADP+Pi

应03的还原£3被还原的C3

+

NADPHNADPJ

糖

lC5的再生：被还原的C3一C§

+

〔水的光解：HO光能十1/2O+2H+2e-

22

光反

*rm

+1

=L?

NADPH的形成:NADP*+2H+2e--

」NADPH

应

IATP的合成：ADP+Pi+能量国》ATP

基顺（低H♦浓度）

+系统H细胞色素复合物光系统INADP*

\4H+［光

2网＞中

NADPH

类囊体腔，高H•浓度

1b

6yz脑可融Calvin

Cycle

•Thylakoid

membraneATP

合酶

基质（低H'浓度）

ADP

A

［注意］

⑴术是所有过程都需要酶

的催化，色素吸收光能不需

要酶的催化。

(2)NADPH的作用：作为

暗反应的还原剂；储备部分

能量供暗反应利用

(3)光反应产生的ATP只用

于叶绿体中C3的还原等叶

绿体内的生命活动。

光反应与暗反应的联系：

①光反应为暗反应提供NADPH、ATP;暗反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi;

②没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成。

二、光合作用的过程光合作用反应式及元素去向分析

&sa^m

i光能i“

C?+H2O^^(号中？)+6

华+胃0C61p6+6吊+6。2

18

光反应H2O——>1802

〔0

元1818

暗反应08()2皿?的固匡》c3c3的还壁(CH2O)+H2O

素

去

工气02蛆气34的还原AHo)

向c02lrC2

〕

—H20fNADPH一(CH2O)+H2O

二、光合作用的过程环境改变时各物质含量变化

光-I--变--弱---->[H]|.ATP|

变

C/肖耗减少，合成暂不变

弱

ni减弱[―---------------------------->C

消耗暂不变，合成成少「

n暂不变-I~:----------......

-AC5v

◎Q合成减少，消耗暂不变、

供n减弱------------------------------C“

1消耗减少，合成暂不变八

市川物不变

-----------------------------45

减

川随后减弱

少[H][、ATP1

I暂不变’

对位练习

1.光合作用通过密切关联的两大阶段一一光反应和暗反应实现。对于改

变反应条件而引起的变化，说法正确的是（）B

A.突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值减小

B.突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大

C.突然将红光改变为绿光，会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小

D.突然将绿光改变为红光，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小

对位练习

2.下图是各种环境因素影响黑藻光合速率变化的示意图。下列相关叙述

正确的是

A.若在匕前充CO2，则暗反应速率将显

著提高

B4一，2,光反应速率显著提高而暗反

应速率不变

C心f。，叶绿体基质中NADPH的消耗

速率提高

D4后短暂时间内，叶绿体中C3/C5比值下降注：箭头所指为处理开始时间

对位练习_______________________

步步高P74T4.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、B、C、D四组实验。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：

⑴单位光照时间内，C组植物合成有机物的量宣王(填“高于”“等于"

或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是c组只用了D组一半的光照

时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%；C组和D组的实验结

果可表明光合作用中有些反应不需要邢。

⑵比较A、B、C三组处理可以推知，随着光照和黑暗交替频率的增加,

使光下产生的ATP和NADPH能够及时利用与及时再生,从而提高了光合

作用中CO?的同化曼

•光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，在光反应停

止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。

•在总光照时间相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积

累量要多。

对位练习

2.在光照等适宜条件下，将培养在CO?浓度为现环境中的某植物迅速转移

到CO2浓度为003%的环境中，其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度

的变化趋势如下图。回答问题：

(1)图中物质A是一C3化合物(C3化合物、C5化合物)。图

隹

⑵在82浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是量

_暗反应谏率在该环境中派到稳定，即C和G化合物含量稳定.

根据暗反应的特点，此时Q化合物的分子前呈J化合物的2倍

时间/S

(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.。。3%的环境中，暗反应中C3和C5化合物

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CO?浓度为

1%时的低(高、低)，其原因浓度低时，暗反应强度低，所需ATP和［H］少

光合作用

二光合用的过程

物

光5文应能

质

量

变

变

化

化

光合作用概念

模型示意图

二.光合作用的过程补充：C4途径

叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，没有Rubisco,

不进行暗反应。CO?在PEP段化酶的作用下整合到C4化合

物中，随后进入维管束鞘细胞，维管束鞘细胞的叶绿体没

有类囊体。有Rubisco。C4化合物释放CO?参与卡尔文循环,

进而生成有机物。

鞘细胞

叶肉细胞的叶绿体维管束鞘细胞的叶绿体

（有类囊体，没有Rubisco）（没有类囊体,有RubisCo）

PEP段化酶被称为“CO?泵”，它提高了C4植物

co2----7"^C।-----♦C,C°2V^2C3NADPH固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有较强光

〔PEP酶/Rubisco\合作用（特别是在高温、光照强烈、干旱条件下）

9多种酶

磷酸烯醇式能力，并且无光合午休现象。常见植物有玉米、

丙酮酸厂；一丙酮酸\C4

ATP

（PEP）ADP?(CH2O)*^甘蔗、高粱、觉菜等。

+Pi；

二.光合作用的过程补充：CAM途径

:CAM植物夜间吸进CO2，在猴化酶催;

：化下，CO2与PEP结合，生成草酰乙酸，;

［进一步还原为苹果酸储存在液泡中。!

，从而表现出夜间淀粉减少，苹果酸增，

:加，细胞液pH下降。［

［白天气孔又闭，笨果酸需移到细胞面;

，中脱疑，放出C02，进入C3途径合成淀;

:粉。常见的CAM植物有菠萝、芦荟、；

；兰花、百合、仙人掌等。!

思考：①黑夜，植物能进行卡尔文循环吗？②白天，植物进行光合作用

CO2来源？③白天，降低大气CO2浓度，植物的光合作用怎么变化？

亲爱的XXX同学：

你好！我是一名农民，在耕种过程中遇到了一些困惑，希望得到你的帮助：

困惑①：一年中会经常碰到光照强度很弱，甚至是阴雨的天气，这时该怎么做

才能不影响产量呢？

困惑②：我家大棚一直都是施化肥，有人建议增施农家肥，这是为什么呢？

困惑③：晴天中午，经常看到有的塑料大棚的薄膜一角会被卷起，这是为什么?

困惑④：听说新疆番茄产量高、个头大、含有机物也多，要是我家的番茄也能

这样该多好啊？

<A

内因：色素、酶的数量和活性

■

外因：光照、浓度、温度

光合作用的过程CO+HO-^->(CHO)+OCO2

2222矿质元素、水分等

叶绿体

水的光解JC02的固定

IATP的合成1C3的还原

室.影响光合作用的因舞1.内部因素

(1)植物自身的遗传特性，如植物品种不同，以阴生植物、阳生植物为例

光率■阳生植物曲线厂补偿点A'A

一,一阴生植物叵7L饱和点B：B

B’解读

0

光照强度

座此间作套种

(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量、酶的活性和数量.有机物的输出情况.气孔导度等

光合速率［物质总光合量

L叶片的有机物输出越多，其光合速率越

诲吸量快。若将一株植物的果实去除，则去除

的果实越多，其光合速率就越慢

干物质量

生产实践中，可适时喷施植物激素中的

00叶面积指激

A叶龄脱落酸，起到调节气孔开度的作用。

割阻#i月蓝的口同-2.光合速率的表示方法

项目表示方法测定方法

净光合速率单位时间。2的释放量、光照下测定植物单位时间内

（表观光合速率）单位时间CO?的吸收量、

单位时间有机物的积累量C02吸收量或。2释放量

单位时间5的产生量、

真正光合速率单位时间CO2的固定量、不能直接测得

（总光合速率）单位时间有机物的制造量

单位时间的释放量、

CO?黑暗卜测定植物单位时间内

呼吸速率单位时间5的吸收量、

单位时间有机物的消耗量CO2释放量或。2吸收量

注意：叶绿体吸收的CO2#植物体吸收的劣2彳叶肉细胞吸收的

工探究环境因素对光合作用强度的影响

【实验原理】本实验利用了绿色植物通过叶绿体进行光合作用产生氧气的原理。

叶片抽气沉底光合作用产生氧气排水叶片上浮

观察同一时间内装置中叶片浮起的数量，或者浮起相同数量叶片所需的时间来探

究环境因素（如光照强度、温度、C02浓度等）对光合作用强度的影响。

【实验仪器和试剂】

【实验步骤】

①取材用打孔器制备30片圆形小叶片

②排气用注射器抽取叶片内的空气（真空

渗水法）

③沉水放置黑暗处，让细胞沉入烧杯底部

取只烧杯，分别倒入。缓冲

④分组320mle2

液，放入1。片小叶圆片

⑤光照分别对这三组迸行强、中、弱光的

照射处理

⑥观察记录记录相同时间内各组装置中小圆叶

片上浮的数量

三、影响光合作用的因素3.探究环境因素对光合作用强度的影响

【实验结果及结论】不同光照强度处理下叶片漂起的状况（室温：25℃）

台灯灯泡的功率（W）404040

台灯与烧杯的距离（cm）102030

5min000

lOmin989

叶片漂起的

15min1099

数量

20min131010

25min131011

光照强度对光合作用强度有影响在一定的范围内,随着光照强度的不断增强，光合作用也不断增强。

光合作用强度不

t当

3近NaHCOs溶液浓度太

国高，使叶片渗透失水,

画不利于光合作用。

光照强度NaHCC）3溶液浓度

泡明福ii■P4.外因1——光照强度

①光照强度【光照时间、光质（光的颜色或光的波长）】

八（限制因冬色素'酶、9浓度'温度等）光补偿点：植物达到光合速率

C02等于呼吸速率时，所对应的光

吸收照强度。

量

净光合

光合作用光饱和点：植物达到最大光合

强度二呼＞速率总（真）速率所需要的最小光照强度

作用强度光合速率

B光饱和点

光照强黄思考：若浓度适当升高，、、

O补偿点cCO2BCD

•呼吸速率点将如何移动？

点左移，点右移，点右上移）

A（BCD

CO2A:光合作用为0,只进行呼吸作用

释放

量（植物体）在B点时，那么它的叶肉细胞的光合作用强度呼吸作用强度。（大于、等于、小于）

三.影响光合作用的因素4.外因1——光照强度

①温室生产中,适当增强光照强度,以提高光合速率，使作物增产；

②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较低，农业生产上间作。

③延长光合作用时间，通过轮作或套作。

___________________对传练习_______________________

1.2020,全国1卷（3）农业生产常采用间作（同一生长期内，在同一块农田上间隔种植两种

作物）的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物，在正常条件下生长能达到的株高和

光饱和点（光合速率达到最大时所需的光照强度）见下表，从提高光能利用率的角度考虑,

最适合进行间作的两种作物是驯G。选择这两种作物的理由是o

作物ABCD

株高/cm1706559165

光饱和点/umo卜m-2sl12001180560623

作物A光饱和点高且长得高，可利用上层光照进行光合作用；作物C光饱

和点低且长得矮，与作物A间作后，能利用下层的弱光进行光合作用。

步步高P80.T3.下图甲表示某种植物叶肉细胞光合作用强度与光照强度

的关系，图乙表示该植物叶肉细胞的部分结构（图中M和N代表两种气

体）。据图判断，下列说法正确的是（注：不考虑无氧呼吸）

B

A.图甲中的纵坐标数值即为图乙中的in,

B.图甲中c点时，图乙中有mi=ni=m4=n4

C.图甲中e点以后，图乙中也不再增加，其主要原因是曲值太低

D.图甲中a、b、c>d、e任意一点，图乙中都有m]=ni>0,m2=n2>0

对位练习

步步高P80T5.下图为CO?吸收量与光照强度关系的坐标图，当光合作用相

关因素改变后，a、b、c点的移动描述不正确的是

co?吸收量

A.若植物体缺M片+,则对应的b点将向左移

de

B.已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别

是25℃和30℃,则温度由25℃上升到30℃时,

/b,光照强度

对应的a点将下移，b点将右移a/

C若原曲线代表阳生植物，则阴生植物对应的a点、b点、c点将分别向上移、

左移、左移

D.若实验时将光照由白光改为蓝光（光照强度不变），贝lib点将向左移

对位练习_______________________

2•在适宜温度和大气CO2浓度条件下；测得某森林中四种主要乔木幼苗

叶片的生理