1、-1-第第 8 8 讲讲 光合作用光合作用 考纲导学 考点 知识内容 要求 12.光合作用(1)光合作用的概念、阶段、场所和产物 b(2)色素的种类、颜色和吸收光谱 a(3)光反应和碳反应的过程 b(4)活动:光合色素的提取与分离 b(5)活动:探究环境因素对光合作用的影响 c(6)环境因素对光合速率的影响 c(7)光合作用与细胞呼吸的异同 b 知识 1 光合作用的概述和过程 一、光合作用概述 1.概念: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 转化成贮存着能量的有机物,并且释放出氧气的过程。2.总反应式:6CO2+12H2O6O2+6H2O+C6H12O6。3.光合作用的场所
2、叶绿体 观察下面的叶绿体结构示意图,完成下列问题:(1)a、b 分别为 外膜和内膜。(2)c 为基粒,是由许多 类囊体 堆叠而成的,其膜可称为光合膜。d 为液态的叶绿体基质,含有许多酶。4.光合作用的研究氧气的产生 利用 同位素示踪 的方法,证实光合作用释放的氧气来自参加反应的水。-2-5.阶段:光合作用分为光反应和 碳反应 两个阶段。前一阶段在 类囊体膜 中进行,后一阶段在叶绿体基质中进行。二、光合作用的过程 1.光反应阶段:叶绿素分子中的 电子 被光能激发的反应。(1)光系统:是位于 类囊体膜 中的两种叶绿素蛋白质复合体,分别称为光系统和光系统。(2)过程:光系统中:光能被吸收并转化为 A
3、TP 中的化学能;同时水被裂解成 H+、氧气、电子。光系统中:由光系统产生的 H+、电子以及自身吸收光能后被激发出的电子将 NADP+还原成 NADPH。2.碳反应阶段:CO2通过 卡尔文 循环被还原成糖的过程,包括以下过程。(1)CO2的固定:一个 CO2被一个 五碳 分子固定,形成一个六碳分子,随即又分解成两个三碳酸分子。(2)三碳酸分子的还原:三碳酸分子接受NADPH中的氢和ATP中的磷酸基团及能量,被还原成 三碳糖,这是碳反应形成的产物。(3)RuBP 再生:每三个 CO2进入循环,可以形成 6 分子三碳糖,其中 5 个三碳糖分子在循环中再生为 五碳糖,另一个三碳糖分子则离开循环,或在
4、叶绿体内合成淀粉、蛋白质或脂质,或运出叶绿体,转变成蔗糖。-3-知识 2 影响光合速率的环境因素 一、光合速率的概念 1.光合速率指一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行多少光合作用(如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳)。2.表观光合速率是指植物从外界环境吸收的 二氧化碳总量。3.真正光合速率是指在光照条件下,植物从外界环境中吸收的 CO2的量,加上细胞呼吸释放的 CO2的量,即植物实际所 同化 的 CO2的量。二、影响光合作用的外界因素 1.光强度:在一定的范围内,光合速率随光强度的增大而 增大,在光强度达到一定值时,光合速率达到最大值,此时的光强度称为 光饱和点。2.温度:通过影响光
5、合作用的 有关酶的活性 而影响光合速率。3.CO2浓度:在一定的范围内,光合速率随 CO2浓度的增加而 增大,在 CO2浓度达到一定值时,光合速率达到最大值。光合作用的光合速率是由 温度、二氧化碳浓度、光强度等 共同影响的,其中任何一个因素都可能成为限制光合作用的因素。知识 3 叶绿体色素的提取与分离 一、叶绿体色素的提取和分离实验 1.原理(1)叶绿体中的色素能溶解于 有机溶剂(如丙酮)。(2)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;反之则 慢。2.结果:色素在滤纸条上的分布自上而下:胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素 b。在层析液中溶解度最高的是 胡
6、萝卜素。3.注意事项(1)95%乙醇的用途是 提取(溶解)叶绿体中的色素,层析液的用途是 分离叶绿体中的色素。(2)二氧化硅的作用是 为了研磨充分;碳酸钙的作用是 防止研磨时叶绿体中的色素受到破坏。-4-(3)分离色素时,层析液不能没及滤液细线的原因是 滤液细线上的色素会溶解到层析液中。二、色素的位置和功能 1.位置:叶绿体中的色素存在于 叶绿体类囊体薄膜 上。2.功能:叶绿素 a 和叶绿素 b 主要吸收 红光 和 蓝紫光;胡萝卜素和叶黄素主要吸收 蓝紫光;Mg 是构成叶绿素分子必需的元素。1.(2023 湖州期末)光合作用中水分子光解的产物是()A.氧气和氢气 B.氧气、H+、e-C.氧原子
7、、NADP+、e-D.氧气、NADPH、ATP 1.答案 B 在光合作用的光反应中,水在叶绿体的类囊体膜上发生分解反应,产物是氧气、H+、e-。其中氧气可以释放到外界环境或供线粒体进行需氧呼吸,H+、e-可以与 NADP+反应生成NADPH。2.如图表示光合作用的碳反应过程。下列叙述错误的是()A.是 3-磷酸甘油酸 B.和在类囊体膜上产生 C.是核酮糖二磷酸 D.可在叶绿体内转变为氨基酸 2.答案 C 题图表示光合作用过程中的卡尔文循环,是 3-磷酸甘油酸;和分别是 ATP和 NADPH,在类囊体膜上产生;是不离开循环的三碳糖分子,可再生为核酮糖二磷酸;是离开循环的三碳糖分子,可在叶绿体内转
8、变为氨基酸,故选 C。3.正常生长的绿藻,照光培养一段时间后,用黑布迅速将培养瓶罩上,此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是()A.O2的产生停止 B.CO2的固定加快 C.ATP/ADP 的值下降 D.NADPH/NADP+的值下降 -5-3.答案 B 用黑布迅速将培养瓶罩上,导致绿藻细胞叶绿体内的光反应停止,不再产生 O2、ATP 和 NADPH,使 ATP/ADP、NADPH/NADP+的值下降,A、C、D 正确;光反应停止,使碳反应中的三碳酸还原受阻,导致 RuBP 含量减少,从而使 CO2的固定减慢,B 错误。4.(2023 绍兴 3 月选考模拟)如图是利用新鲜菠菜叶进行“光合色素
9、的提取和分离”活动时得到的结果,出现该实验结果的原因可能是()A.用 70%乙醇作为提取液 B.研磨时未加 SiO2 C.研磨时未加 CaCO3 D.分离时层析液液面高于滤液细线 4.答案 C 距离点样处由远到近的色素分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素 a 和叶绿素 b,正常情况下,新鲜菠菜叶叶绿素的含量要大于类胡萝卜素,出现图示结果可能是叶绿素被破坏,即在研磨时未加入 CaCO3所导致的。5.下列关于叶绿体的叙述,正确的是()A.叶绿体是进行光合作用的场所 B.没有叶绿体的细胞不能进行光合作用 C.叶绿体是具有单层膜结构的细胞器 D.叶绿体是进行细胞呼吸的主要场所 5.答案 A 叶绿体是进行光合
10、作用的场所;蓝细菌没有叶绿体,但是含有藻蓝素、叶绿素,可以进行光合作用;叶绿体是具有双层膜结构的细胞器;细胞需氧呼吸的主要场所是线粒体,不是叶绿体。考点一考点一 光合光合作用的基本过程作用的基本过程 光合作用的基本过程 1.光合作用的过程图解 -6-2.光反应与碳反应的区别与联系 项目 光反应 碳反应 场所 叶绿体类囊体膜 叶绿体基质 条件 光合色素、光、酶、水 酶、ATP、NADPH、CO2 时间 短促 较缓慢 物质 变化 水在光下裂解为 H+、O2和电子 水中的氢(H+e-)在光下将 NADP+还原为 NADPH CO2的固定:CO2+RuBP2 三碳酸分子 三碳酸分子的还原:三碳酸+NA
11、DPH+ATP三碳糖分子+NADP+ADP RuBP 的再生:三碳糖分子RuBP 能量 变化 光能ATP、NADPH 中活跃的化学能 ATP、NADPH 中活跃的化学能有机物中稳定的化学能 联系 光反应为碳反应提供 NADPH 和ATP;碳反应为光反应提供 ADP、Pi、NADP+,两者紧密联系,缺一不可 用综合分析法比较光合作用和细胞呼吸的异同 1.光合作用与细胞呼吸的区别与联系 项目 光合作用 细胞呼吸 场所 叶绿体 细胞溶胶和线粒体或细胞溶胶 条件 只在光下进行 有光、无光都能进行 物质变化 无机物有机物 有机物无机物 -7-能量变化 光能ATP 和 NADPH 中活跃的化学能有机物中稳
12、定的化学能 有机物中稳定的化学能ATP 中活跃的化学能+热能 实质 合成有机物,贮存能量 分解有机物,释放能量 代谢类型 同化作用(或合成作用)异化作用(或分解作用)范围 主要为绿色植物叶肉细胞 几乎所有活细胞 联系 2.光合作用与细胞呼吸中H与 ATP 来源、去路的比较 来源 去路 H 光合作用 光反应中水的光解 作为碳反应阶段的还原剂,用于还原三碳酸 需氧呼吸、厌氧呼吸 需氧呼吸第一阶段、第二阶段及厌氧呼吸第一阶段产生 需氧呼吸用于第三阶段还原氧气产生水,同时释放大量能量;厌氧呼吸用于第二阶段还原丙酮酸生成相应产物 ATP 光合作用 在光反应阶段合成 ATP,其合成所需能量来自色素吸收转化
13、的太阳能 用于碳反应阶段三碳酸还原,其中活跃的化学能最终以稳定的化学能形式贮存在有机物中 需氧呼吸、厌氧呼吸 需氧呼吸第一、二、三阶段均产生,其中第三阶段产生最多,其中的能量来自有机物的分解;厌氧呼吸第一阶段产生 分解释放的能量直接用于各项生命活动(绿色植物光合作用的碳反应等除外)典例 1 如图所示为光合作用的部分代谢过程,图中 A、B、M 表示某种物质。请回答下列问题。-8-(1)光合色素存在于图中的 中,其中呈黄色、橙色、红色的色素合称为 。ATP、RuBP、NADPH 共有的组成元素是 。(2)图中水裂解产生 。据图分析,膜蛋白具有 功能。(3)图中 M 代表 ,NADPH 和 ATP
14、分别为碳反应中三碳酸的还原提供了 。解题关键 明确光反应的场所、过程及产物,仔细识图。答案(1)类囊体膜 类胡萝卜素 C、H、O、P(2)O2、H+、e-控制物质进出和催化(3)NADP+氢、能量和磷酸基团、能量 解析(1)光合色素存在于图中的类囊体膜中,其中呈黄色、橙色、红色的色素合称为类胡萝卜素。ATP 和 NADPH 的元素组成为 C、H、O、N、P,而 RuBP 的组成元素是 C、H、O、P。(2)图中水裂解产生 O2、H+、e-。据图分析,膜蛋白具有控制物质进出和催化功能。(3)图中 M 代表NADP+,NADPH 和 ATP 分别为碳反应中三碳酸的还原提供了氢、能量和磷酸基团、能量
15、。1-1(2023 金华期末)光合作用包括光反应与碳反应,光反应又包括许多个反应。如图为光合作用的光反应示意图,请据图回答相关问题。(1)由图可知,PS和 PS位于 ,具有 的功能。-9-(2)从物质的变化角度分析,光反应为碳反应提供 和 ;从能量变化的角度分析,光反应的能量变化是 。(3)光反应涉及电子(e-)的一系列变化,电子(e-)的最初供体为 。(4)从图中 ATP 的产生机制可以判断膜内 H+浓度 (填“大于”“等于”或“小于”)膜外浓度。答案(1)类囊体膜 吸收(转化)光能/传递电子(2)ATP NADPH 光能转化为 ATP、NADPH 中活跃的化学能(3)H2O(4)大于 解析
16、(1)图中的色素 PS和 PS位于类囊体膜,具有吸收、转化光能和传递电子的功能。(2)光合作用的光反应阶段可以为暗反应提供 ATP 和 NADPH;光反应中可以将光能转变为 ATP、NADPH 中活跃化学能。(3)图中电子(e-)的最初供体为水。(4)图中 H+浓度在类囊体腔中的浓度大于膜外的,H+通过离子通道运出类囊体后驱动 ADP 和 Pi 合成 ATP。考点二考点二 影响光合作用的因素及在生产上的应用影响光合作用的因素及在生产上的应用 一、表观光合速率、真正光合速率和呼吸速率 1.表观光合速率与真正光合速率:在有光条件下,植物同时进行光合作用和细胞呼吸,实验容器中 O2增加量、CO2减少量或有机物的增加量,可表示表观光合速率,而植物真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率。2.呼吸速率:将植物置于黑暗环境中,实验容器中 CO2增加量、O2减少量或有机物减少量,可表示植物呼吸速率。知能拓展 真正光合速率和表观光合速率的判断方法:(1)若为坐标曲线形式,当光强度为 0 时,CO2吸收值为 0,则为真正(实际)光合速率,若 CO2吸收值是负值则为表观光合速率。(2)若所给数值为有光条件下绿
