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高二生物光合作用辅导讲义

授课主题

光合作用

1.了解光合作用的探索历程；

教学目的

2.掌握光合作用的基本过程；

3.影响光合作用的因素及应用

教学重难点

光合作用的基本过程及其影响因素

教学内容

知识点一：光合作用的探索历程

知识点讲解：

光合作用的探究历程：

年代

1648 1771 1779 1845 1864 1880 1939 科学家

海尔蒙特

普利斯特利

英格豪斯

R.梅耶

萨克斯

恩格尔曼

鲁宾

、卡门

结论

建造植物体的原料是水分

植物可以更新空气

只有在光照下植物可以更新空气

植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来

绿色叶片光合作用产生淀粉

氧由叶绿体释放出来。叶绿体是光合作用的场所

光合作用释放的氧来自水。

光合产物中有机物的碳来自CO2

20世纪40代

卡尔文

1.1771年普利斯特莱实验

本实验的缺点:缺乏空白对照,实验结果的说服力不强。

2.1864年萨克斯实验

1

(1)本实验中黑暗处理的目的:消耗掉叶片中原有的淀粉,避免干扰。

(2)本实验为自身对照,自变量为是否照光(一半曝光,另一半遮光),因变量为叶片是否制造出淀粉,表观因变量为是否出现颜色变化(出现深蓝色)。

3.1880年恩格尔曼实验

(1)本实验的实验组为极细光束照射处的叶绿体,对照组为黑暗处的叶绿体和完全曝光的叶绿体。

(2)本实验为自身对照,自变量为光照(照光处与不照光处;局部光照与完全曝光),因变量为好氧细菌分布。

4.1940年鲁宾、卡门实验

(1)本实验方法为同位素标记法。

(2)本实验为相互对照,自变量为标记物质（H2O与CO2

）,因变量为O2的放射性。

方法技巧

恩吉尔曼实验方法的巧妙之处

(1)实验材料选得妙:用水绵作为实验材料。水绵不仅具有细而长的带状叶绿体,而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中,便于观察和分析研究。

(2)排除干扰的方法妙:实验成功的关键之一在于控制无关变量和减少额外变量,恩吉尔曼将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中,排除了环境中光线和氧的影响,从而确保实验能够正常进行。

(3)观测指标设计得妙:通过好氧细菌的分布进行检测,从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位。

(4)实验对照设计得妙:进行局部光照和完全曝光的对照实验,从而说明实验结果不同是由光照条件不同引起的。

光合作用的意义：（是生物界最基本的物质代谢和能量代谢）

①把无机物合成有机物，生物界中有机物的来源。

②将光能转换成化学能，贮存在有机物中，生物生命活动所需能量的最终来源。

③调节大气中氧气和二氧化碳的含量，维持了大气成分的基本稳定。

④生物进化史上，促进臭氧层形成，水生生物得以登陆。

1818例题：美国科学家鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2中的氧，证明了光合作用 （ ）

A．制造了有机物 B．利用了根系吸收的水分

2

C．释放的氧气来自H2O D．释放的氧气来自CO2

巩固练习：

1.德国科学家恩格尔曼利用一极细小光束，照射在水绵上，结果发现被照部位有大量的好氧细菌聚集。该实验不能证明的是 （ ）

A．光合作用的过程是在叶绿体上进行的 B．光合作用的过程中有氧气释放出来

C．光合作用的过程中，CO2是必需的原料 D．光合作用的过程中必须要有光照

2.恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,惊奇地发现大量的好氧细菌聚集在红光和蓝光区域,该实验能得出的结论主要是(

) A.好氧细菌没有线粒体也能进行有氧呼吸 B.光合作用释放氧气的部位是叶绿体的类囊体

C.叶绿素主要吸收红光和蓝光 D.叶绿体主要吸收红光和蓝光用于光合作用,放出氧气

3.如图表示德国科学家萨克斯的实验，在叶片光照24小时后，经脱色并用碘液处理，结果有锡箔覆盖的部分呈棕色，而不被覆盖的部分呈蓝色。本实验证明 （ ）

①光合作用需要二氧化碳

②光合作用需要光

③光合作用需要叶绿素

④光合作用放出氧气

⑤光合作用制造淀粉

A．①② B．③⑤ C．②⑤ D．①③

知识点总结：

知识点二：光合作用的基本过程

知识点讲解：

3

光反应：

场所：叶绿体的囊状结构（类囊体）薄膜

条件：光、色素、酶

过程：水的光解：2H2O ---光、色素--- O2+4[H] ATP的形成：ADP+Pi + 能量----酶--- ATP （活跃化学能） 暗反应：

场所：叶绿体的基质中

条件：多种酶、[H ]、ATP 物质变化：CO2的固定：CO2＋C5 --酶--2C3

C3的还原：2C3 酶 （CH2O）+ C5

能量变化：ATP和NADPH中活跃的化学能转变为糖类等

元素去向分析

(1)氧元素

H2O→O2

CO2→(CH2O)(2)碳元素:CO2→C3→(CH2O) (3)氢元素:H2O→[H]→(CH2O)

光反应与暗反应的比较

光反应

暗反应

有光、无光都可以

叶绿体基质

条件

必须在光下

场所

叶绿体类囊体薄膜

①水的光解

4[H]+O2

物质

2H2O转化

②ATP的合成

ADP+Pi+光能ATP

能量

光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能

转化

4

光反应

暗反应

光反应为暗反应提供[H]、ATP,暗反应为光反应提供ADP和Pi,如图: 联系

例题：光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，参与暗反应必需的物质是（ ）

A．H2O、CO2、ADP B．CO2、[H]、ATP C．H2O、CO2、ATP D．[H]、H2O、ADP

知识拓展

光照和CO2浓度变化对光合作用物质含量变化的影响

外界条件改变后,短时间内,光合作用过程中C3、C5、[H]、ATP的含量变化可以采用下图分析。

(1)图示

（2）分析

条件

光照由

强到弱, CO2供

应不变

光照由

弱到强, CO2供

应不变

过程变化

①过程减弱, ②③过程减弱, ④过程正常进行

①过程增强, ②③过程增强, ④过程正常进行

[H]和

C3

C5

模型分析

ATP

减少增

减

或

加

少

没有

减

增

增加

少

加

条件

光照不

变,CO2

由充足

到不足

光照不

变,CO2

由不足

到充足

过程变化

④过程减弱, 随C3减少,②③过程减弱,①过程正常进行

④过程增强, 随C3增加,②③过程增强,①过程正常进行

[H]和

C3

C5

模型分析

ATP

减

增

增加

少

加

增

减

减少

加

少

失分警示

辨析光合作用过程

(1)光合作用光反应产生的ATP只用于暗反应阶段,不能用于其他生命活动,其他生命活动所需ATP只能来自细胞呼吸。

5

(2)CO2中的C先进入C3(不进入C5),再进入(CH2O),可用放射性同位素标记法证明。

(3)若同一植物处在两种不同情况下进行光合作用: 第一种情况是一直光照10 min;第二种情况是光照5 s,黑暗5 s,持续20 min,则光合作用制造的有机物:前者<后者(暗反应时间长)。

例题：睡莲叶片的上表皮上的气孔数目多于下表皮，此特点有利于睡莲与外界环境进行气体交换。气孔关闭会导致睡莲叶片光合作用速率下降，其表现在 （ ）

A．水光解产生[H]的量不足 B．光反应中产生的ATP数量减少

C．暗反应过程中[H]的数量不足 D．暗反应过程中产生的三碳化合物数量减少

巩固练习：

1.科学家用含有C的二氧化碳来追踪光合作用中的碳原子，这种碳原子的转移途径是

（ ） A．二氧化碳→叶绿素→ADP

B．二氧化碳→乙醇→糖类

C．二氧化碳→叶绿体→ATP

D．二氧化碳→三碳化合物→糖类

2.菠菜被誉为十大养颜美肤食物之一，颇受健美人的青睐。如图表示菠菜叶光合作用的一个阶段。下列各项叙述正确的是 （ ）

A．该阶段的化学反应在叶绿体类囊体薄膜上进行

B．C3生成（CH2O）需要[H]、ATP和多种酶

C．提高温度一定能促进（CH2O）的生成

D．无光条件有利于暗反应进行

3.在置于黑暗条件下叶绿体悬浮液中加入适量NaHCO3溶液，再给予瞬时光照。下列说法正确的是

（ ）

①黑暗条件下，叶绿体基质中不存在C3和C5

②黑暗条件下，叶绿体悬浮液不能合成ATP和[H]

③瞬时光照后， C3出现放射性比（CH2O）早

④光照瞬间，C3含量迅速增加而C5含量迅速减少

A．①② B．②③ C．③④ D．①④

4.右图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是( ) A.CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能

6

1414

B.CO2可直接被[H]还原,再经过一系列的变化形成糖类

C.被还原的C3在有关酶的催化作用下,可再形成C5

D.光照强度由强变弱时,短时间内C5含量会升高

知识点总结：

知识点三：影响光合作用强度的因素及应用

1.影响光合作用的内部因素

(1)阳生植物与阴生植物光能利用能力

应用:由图示看出,阴生植物光补偿点与光饱和点均小于阳生植物,即B < B',C < C'。因此当图中光照大于C点所对应的强度时,提高光照强度对阳生植物更有利。

(2)自身叶面积指数、叶片生长状况对光能利用能力

①甲图像分析:OA段表明随叶面积的不断增大,光合作用实际量不断增大,叶面积指数大于A点对应的数值时,随叶面积增大,光合作用实际量不再增加,原因是有很多叶被遮挡,光照不足。

OB段表明干物质量随光合作用增加而增加,但由于叶面积指数大于A点对应的数值时,光合作用实际量不再增加,而叶片的呼吸量随叶面积的不断增加而增大,所以干物质积累量不断降低(BC段)。

②甲图像应用分析:适当间苗、修剪,合理施肥、浇水,避免徒长。

③乙图像应用分析:农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶,都是根据该图原理,降低细胞呼吸,减少有机物的消耗。

7

2.影响光合作用的外部因素

(1)光照强度

①原理分析:光照强度通过影响光反应阶段影响光合速率,制约ATP和[H]的产生,进而制约暗反应阶段。

②图像分析:A点时只进行细胞呼吸;AB段随着光照强度的增强,光合作用强度也增强,但是仍然小于细胞呼吸强度;B点时的代谢特点为光合作用强度等于细胞呼吸强度;BC段随着光照强度的增强,光合作用强度也增强;C点对应的光照强度为光饱和点,限制C点的环境因素可能是温度、二氧化碳浓度等。

③应用分析:欲使植物正常生长,则必须使光照强度大于B点对应的光照强度;适当提高光照强度可增加大棚作物产量。

(2)CO2浓度

①原理分析:CO2浓度通过影响暗反应阶段,制约C3生成。

②曲线分析:图1中A点表示CO2补偿点,即光合作用速率等于呼吸作用速率时的CO2浓度,图2中A'点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B和B'点都表示CO2饱和点。

8

③应用:在农业生产上可以通过“正其行,通其风”、增施农家肥等增大CO2浓度,提高光合作用速率。

(3)温度

①原理分析:温度主要通过影响与光合作用有关的酶的活性而影响光合作用速率。

②曲线分析:低温使酶的活性降低,导致植物的光合作用速率降低;在一定范围内随着温度的升高,酶活性升高,进而导致光合速率增强;温度过高会使酶活性降低,导致植物光合速率减小。

③应用:冬季,温室栽培可适当提高温度;晚上可适当降低温度,以降低细胞呼吸消耗有机物。

(4)矿质元素

①曲线分析:在一定浓度范围内,增大必需矿质元素的供应,可提高光合作用速率,但当超过一定浓度后,会因土壤溶液浓度过高使植物吸水困难,而导致光合作用速率下降。

②应用:在农业生产上,根据植物的需肥规律,合理施肥,可以提高作物的光合作用。

(5)温度、光照强度、CO2浓度综合因素对光合速率的影响

关键点含义:P点时,限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子,随该因子的不断加强,光合速率不断提高。当到Q点时,横坐标所表示的因子,不再是影响光合速率的因素,要想提高光合速率,可采取适当提高其他因子的措施。

易错易混

外界因素对光合作用影响的实质

影响因产生影响

素

光照强影响水的光解产生[H],影响ATP的度

形成

CO2浓影响C3的合成

度

温度

影响光合作用酶的活性

9

影响过程

主要是光反应阶段

主要是暗反应阶段

例题：

下图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况,除各图中所示因素外,其他因素均控制在最适范围。下列分析错误的是( )

A.图甲中A点的限制因素可能是叶绿体中酶的数量

B.图乙中D点与C点相比,相同时间内叶肉细胞中C3的生成量多

C.图中M、N点的限制因素是光照强度,P点的限制因素是温度

D.图丙中,随着温度的升高,曲线走势将稳定不变

巩固练习：

1.下列有关农业生产的做法和原理，不正确的是

（ ）

A．不同作物对无机盐的吸收具有差异性，轮作有利于植物对无机盐的合理利用

B．水稻要定期排水，主要是防止根系无氧呼吸积累酒精而烂根

C．“正其行，通其风。”其蕴含的科学道理是通风有利于为植物提供足够的CO2

D．大棚蔬菜种植时最好使用红色或蓝紫色的透明塑料薄膜，原因是绿叶中的色素主要吸收红光和蓝紫光

2.为探究CO2浓度和光照强度对植物光合作用的影响，某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组，利用缓冲液维持密闭小室内CO2浓度的相对恒定，室温25℃进行了一系列的实验，对相应装置准确测量的结果如下表所示，下列说法错误的是 （ ）

组别

1

2

3

4

5

光强（lx）

0

800

1000

1000

1500

实验条件CO2（%）

0.05

0.03

0.03

0.05

0.05

液滴移动（mL/h）

左移2.24

右移6.00

右移9.00

右移11.20

右移11.20

10

6

1500

0.03

右移9.00

A．1组中液滴左移的原因是植物有氧呼吸消耗了氧气

B．6组中液滴右移的原因是植物光合作用产生氧气量小于有氧呼吸消耗氧气量

C．与3组比较可知，限制2组液滴移动的主要环境因素是光照强度

D．与4组比较可知，限制3组液滴右移的主要环境因素是CO2浓度

3.下面与玉米的代谢有关的曲线，正确的是（ ）

4.某研究小组研究了不同供水处理对青蒿净光合速率的影响，结果如图所示，下列相关叙述正确的是（

）

A.当土壤含水量为10%时,青蒿细胞中ATP的产生场所是细胞质基质和线粒体

B.当土壤含水量为10%时，针对青蒿所有能进行光合作用的细胞来说，单位时间内叶绿体消耗的CO2量等于细胞呼吸产生的CO2量

C.分析图示可知，土壤含水量为10%～90%时，青蒿净光合速率随土壤含水量的增加而增加，之后，青蒿净光合速率随土壤含水量的增加而减小

D.当土壤含水量超过90%时，青蒿植株的光合速率小于呼吸速率

知识点总结：

11

当堂检测：

1.在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是（

）

A.红光，ATP下降

B.红光，未被还原的C3

上升

B.绿光，[H]下降

D.绿光，C5

上升

2.将单细胞绿藻置于25℃适宜的光照和充足的CO2条件下培养，经过一段时间后，突然停止光照，发现绿藻体内三碳化合物的含量突然上升，这是由于 （ ）

①没有[H]和ATP供应，三碳化合物的还原停止，三碳化合物不能形成糖类等物质，积累了许多的三碳化合物所致

②暗反应仍进行，CO2与五碳化合物结合，继续形成三碳化合物

③光反应停止，不能形成[H]和ATP ④光反应仍进行，形成[H]和ATP A．④③② B．③②① C．④② D．③②

3.下图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图，下列叙述正确的是（

）

A.CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转化为C5中的化学能

B.CO2可直接被[H]还原，再经过一系列的变化形成糖类

C.被还原的C3在有关酶的作用下，可再形成C5

D.光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高

4.鲁宾一卡门实验目的是：探究光合作用产生氧气来自水还是二氧化碳．其实验思路是：设法将H2O和CO2的氧区分开来研究．下列实验中与这个实验目的和思路最相似的是（

）

A．恩格尔曼水绵实验证明叶绿体是光合作用场所

B．用H标记的氨基酸研究分泌蛋白的合成和运输

C．赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验

D．卡尔文用CO2探明碳在光合作用中的转移途径

5.用一定强度的光束照射一株正常生长的绿色植物,测定光束照射前后植物吸收CO2和释放O2量的变化,结果如右图所示。下列相关叙述正确的是(

) A.开始照射前,光反应和暗反应均无法进行

B.结束照射后,光反应和暗反应迅速同步增加

C.开始照射后,光反应限制了光合作用速率

12

143

D.结束照射后,光反应先于暗反应迅速减弱

6.光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢．如图为绿色植物光合作用图解，下列叙述正确的是（

）

A．①是光合色素，分布在细胞质基质中

B．②是氧气，在类囊体薄膜上产生

C．③是五碳化合物，能被还原为（CH2O）

D．④是ATP，在叶绿体基质中产生

7.阳光穿过森林会在地上投下“光斑”。下图显示了生长旺盛的某植物的一片叶子“光

斑”照耀前后的光合作用过程中吸收C02和释放02的情况。请据图分析回答：

（1）图中 “（填“实线”或“虚线”）代表02释放速率。“光斑”照耀开始时，C02吸收速率 （填“快”或“慢”）于02的释放速率。此时，限制光合作用产物（糖类）合成的主要因素是 （填选项字母）量。

A．C3化合物 B．ATP C．[H] D．C5化合物

（2）当“光斑”移开后，02的释放速率立即下降，这说明02是在 阶段产生的，而在02的释放速率下降了一段时间之后，C02的吸收速率才开始下降，这是因为“光斑”照耀期间积累的 还可以继续还原C3化合物。

（3）图中A点以后叶绿体中 （物质）含量会暂时增加，此时ATP的移动方向是 。

（4）B点以后植物是否继续进行光合作用？ 。请说明理由 。

课堂总结

家庭作业

1．同位素标记法是生物学研究中常用的方法之一，下列各项经典生物学实验中没用到该方法的是（

）

A．鲁宾和卡门利用小球藻探索光合作用中O2的来源

13

B．萨克斯利用天竺葵证明叶片在光下能产生淀粉

C．卡尔文研究暗反应过程中的物质变化

D．科学家研究分泌蛋白合成和分泌的过程

2．用同位素标记法追踪元素及物质的去向是生物学的重要手段之一．下列相关结果错误的是（

）

A．小白鼠吸入O2后呼出的二氧化碳不会含有O，但尿液中会含有H2O B．用含H标记的T的营养液培养洋葱根尖，可以在细胞核和线粒体处检测到较强的放射性，而在核糖体处则检测不到

C．用C标记CO2最终探明了CO2中碳元素在光合作用中的转移途径

D．要得到含P的噬菌体，必须先用含P的培养基培养细菌

3.如图表示植物光合作用的一个阶段，下列各项叙述正确的是（

）

A．该反应的场所是叶绿体的类囊体

B．C3生成C6H12O6需要[H]、ATP和多种酶

C．提高温度一定能进C6H12O6的生成

D．无光条件有利于暗反应进行

4.在其他条件适宜的情况下，在植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内叶绿体中C3和C5含量的变化是( ) A．C3和C5都迅速减少 B．C3和C5都迅速增加

C．C3迅速增加，C5迅速减少 D．C3迅速减少，C5迅速增加

5.番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降，原因是( ) A．光反应强度升高，暗反应强度降低 B．光反应强度降低，暗反应强度降低

C．光反应强度不变，暗反应强度降低 D．光反应强度降低，暗反应强度不变

6.科研人员检测晴朗天气下露地栽培和大棚栽培的油桃的光合速率（Pn）日变化情况，并将检测结果绘制成下图。下列相关说法错误的是（ ）

A．光照强度增大是导致ab段、lm段Pn增加的主要原因

B．致使bc段、mn段Pn下降的原因是气孔关闭

C．致使ef段、op段Pn下降的原因是光照逐渐减弱

D．适时浇水、增施农家肥是提高大田作物产量的重要措施

7.下图是绿色植物体内能量转换过程的示意图，请据图回答下列问题：

323214318181814

（1）图中A表示的生理过程为 ，具体部位是 ，其中生成的ATP所含化学能来自 ，写出生成ATP的反应式： ；这些ATP和[H]将用于 的还原。

（2）图中B表示的生理过程为 ，此过程发生的场所是在 。如果停止光照，C5化合物的含量将会 。

（3）图中C表示的生理过程为 ，其中生成的ATP所水解释放的能量直接用于植物的各项 ，这个过程中，第一阶段是在 中进行，产生的CO2是在第 阶段形成的，产生的水是在第 阶段形成的，此过程的总反应式为： 。

8.卡尔文及其同事因在光合作用方面的研究成果，获得了1961年的诺贝尔化学奖。卡尔文将小球藻装在一个密闭容器中，通过一个通气管向容器中通入CO2，通气管上有一个开关，可控制CO2的供应，容器周围有光源，通过控制电源开关可控制光照的有无。

（1）他向密闭容器中通入CO2，当反应时间为0．5 s时，C出现在一种三碳化合物（C3）中；当反应进行到5s时，C出现在一种五碳化合物（C5）和一种六碳糖（C6）中，这说明CO2中C的转移路径是 （请用“→”表示），卡尔文采用了 技术。

（2）他通过停止 （实验条件）来直接探究光反应和暗反应的联系，他得到的实验结果为下图中的____________________。

141414

（3）卡尔文通过停止 （实验条件）探究光合作用过程中固定CO2的化合物，这时他发现C5的含量快速升高，由此得出固定CO2的物质是C5。

（4）卡尔文将上述实验中不同反应条件下的小球藻放入70℃的热水中，结果导致 失活，细胞中的化合物就保持在热处理之前的反应状态。采用纸层析法分离出多种化合物，纸层析法利用的原理是不同化合物在层析液中 不同。

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班主任签字：_________________ 学科教师签字:_________________

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