备课素材：利用化学平衡的原理解决外界因素影响光合作用的速率 高一上学期

利用化学平衡的原理解决外界因素影响光合作用的速率光合作用专题难点有多个，如光补偿点的移动、表观光合速率和真光合速率等，其中的难点之一是环境因素影响光合作用，特别是光照强度改变、CO2浓度改变（气孔的开闭）引起的某种光合产物的变化。这方面问题的解决对选科没有选化学的学生来说难度大，因为这些问题的解决可能用化学平衡知识来解决更容易一些，例、光合作用受外界因素影响时会引起某些物质的含量发生变化。下列相关分析中正确的是(

)A．中断CO2供应，会暂时引起C5/C3的值减小B．将红光改为绿光，会暂时引起C5/C3的值增大C．中断CO2供应，会暂时引起ATP/ADP的值增大D．将绿光改为红光，会暂时引起ATP/ADP的值减小解析：中断CO2供应，二氧化碳固定生成的C3减少，消耗的C5减少，即C3减少，C5增多，因此会暂时引起C5/C3的值增大，A错误；将红光改为绿光，光反应减弱，其合成的NADPH和ATP减少，C3的还原减慢，C3增多，C5减少，会暂时引起C5/C3的值减小，B错误；中断CO2供应，CO2固定形成的C3减少，C3还原时消耗的ATP减少，因此会暂时引起ATP/ADP的值增大，C正确；将绿光改为红光，光反应增强，合成ATP增多，会暂时引起ATP/ADP的值增大，D错误。化学平衡是指在一定条件下，‌一个可逆反应达到平衡状态后，‌如果反应条件（‌如温度、‌压强，‌以及参加反应的化学物质的物质的量浓度）‌改变了，‌原来的平衡就会被破坏，‌平衡混合物里各组分的百分含量也随着改变，‌从而在新的条件下达到新的平衡。‌这个过程被称为化学平衡移动。反应物CO2浓度和生成物浓度的影响：‌在其他条件不变时，‌增大反应物浓度或减小生成物浓度，‌平衡将向正反应方向移动；‌反之，‌减小反应物浓度或增大生成物浓度，‌平衡将向逆反应方向移动。‌这是因为增加反应物的浓度可以提供更多的反应物分子，‌从而加快反应速率，‌使得反应更倾向于向生成更多产物的方向进行。同样，迁移到水分缺少引起气孔关闭就是CO2浓度下降，气孔导度下降就是CO2浓度下降。至于生成物浓度影响乐合速率，可以通过降低生成物的浓度有利于反应的进行去理解，如下图中有利于磷酸丙糖从吉绿体运输出去，就有利于叶绿体内光合作用的进行。同样，考试中经常出现的贮存器官摘除，不利于叶片光合产物的运输，从而降低光合速率。光照强度的影响：光照强度的影响要通过ATP和NADPH浓度增加来影响暗反应的进行。例如，增加CO2浓度，五碳糖（RuBP）和CO2固定生成的三碳酸（3－磷酸甘油酸）增加。又如，光照强度增加，ATP和NADPH浓度增加，三碳酸的还原加快，三碳酸的浓度下降。同样迁移到不同波长的光影响光合作用速率，红光和蓝紫光有利于光合作用的进行，绿光不利于光合作用的进行。但是，值得注意的是“物质的含量”和“合成速率”含义不同。例如，光照强度增强，三碳酸的含量下降，导致CO2和五碳糖（RuBP）固定合成三碳酸的速度是加快的，理由是降低生成物三碳酸的浓度，该反应是加快的。温度的影响：‌温度的改变也会影响化学平衡。‌升高温度会使平衡向吸热反应的方向移动，‌而降低温度则会使平衡向放热反应的方向移动。‌这是因为温度的变化会影响反应的活化能，‌从而影响反应的正逆速率。按照这个化学平衡理论，光合作用是吸能反应，在一定范围内升高温度有利于光合作用的进行。因此，从化学平衡的角度来看，‌温度的变化会影响反应的平衡状态，但是，光合作用是一个复杂的生物化学过程，‌光合作用过程主要分为三步反应：‌原初反应、‌电子传递和光合磷酸化、‌碳同化。我们平时写的是一个总反应式，涉及到多种酶促反应。有的是吸能反应，有的是放能反应。‌因此，尽管温度对光合作用的影响主要体现在两个方面：‌一是直接影响光合作用中相关酶的活性，‌二是影响光合作用过程中的反应速率。‌在高中生物学中解决光合作用速率问题一般是通过前者考虑问题，即直接影响酶的活性来考虑问题。催化剂酶的影响：‌催化剂能够同等程度地改变正、‌逆反应速率，‌因此对化学平衡没有影响。‌催化剂可以加快反应速率，‌但不会改变平衡位置。另外，压强的影响一般就不考虑了（尽管对于涉及气体的反应，‌压强的改变也会影响化学平衡），因为在自然情况下大气压不变，况且在实验密闭条件下，氧气和二氧化碳是等摩尔的，反应前后气压不变。综上所述，‌应用化学平衡原理可以帮助我们更