5.4光合作用复习与拓展 课件(共113张PPT)高中人教版生物必修一

(共113张PPT)
光合作用复习与拓展
一、捕获光能的色素与结构
二、光合作用的原理
三、影响光合作用的因素及其应用
四、光合和呼吸综合
一、捕获光能的色素与结构
1.绿叶中色素的提取和分离
（1）原理
（2）步骤
（3）结果分析
（4）实验结果异常原因分析
色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度
胡萝卜素 橙黄色 _____ _____ _____
叶黄素 黄色 较少 较高 较快
叶绿素a 蓝绿色 _____ 较低 较慢
叶绿素b 黄绿色 较多 _____ _____
最少
最高
最快
最多
最低
最慢
实验结果异常原因分析
A.滤纸条上未得到色带
a.实验过程中滤液细线浸没到层析液中
b.用清水代替乙醇进行提取
B.滤纸条上的色带颜色较浅
a.研磨不充分（未加入SiO2）
b.提取时加入的乙醇过多
d.未加碳酸钙，色素分子被破坏
e.所取的绿叶不新鲜
c.滤液细线画的次数不够
C.滤纸条上的色带重叠
a.滤纸条上的滤液细线画得过粗或不整齐
b.滤纸条没经干燥处理
2.光合色素的功能
功能：吸收、传递和转化光能
具有转化光能是少数的叶绿素a。
没有叶绿素a的植物不能进行光合作用。
叶绿素a:C55H72O5N4Mg
叶绿素b:C55H70O6N4Mg
胡萝卜素：C40H56
叶黄素：C40H56O2
光合色素的吸收光谱
光谱
吸收光谱
思考：叶片为什么呈绿色？植物工厂里为什么不用发绿光的光源？
对绿光吸收量最少
学科交叉：叶绿体中的色素只吸收 ，而对红外光和紫外光等不吸收。
可见光
①叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
②叶绿素a和叶绿素b的吸收峰质不同
③类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光
联系实际
根据色素对不同波长的光的吸收的特点，想一想温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光源？
选无色透明的塑料薄膜，为了让各种波长的太阳光都穿过塑料薄膜，即让植物吸收更多的光能；
大棚内照明灯在功率相同的情况下，最好选蓝紫光和红光；
必修1 P99“图5－12”、“旁栏思考”及P101“拓展应用”
(1)从叶绿素吸收光谱图可知：叶绿素a在红光部分的吸收带较叶绿素b偏向长波方面，且吸收光谱带比叶绿素b宽，叶绿素b在蓝紫光部分的吸收光谱带比叶绿素a (填“宽”或“窄”)。
(2)研究表明：在遮光条件下，以蓝紫光为主的散光占比增加。请预测：在适当遮光的条件下叶片(比如同一植物底层叶片)中叶绿素a/b_____，弱光下的吸收能力 ，有利于提高植物的捕光能力，是对弱光环境的一种适应。
宽
降低
增强
(3)海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？请根据材料作答。
藻类 色素种类 含量最多的色素 水层及主要存在的光
绿藻 叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，反射绿光 浅水层存在红光和蓝紫光
这与光能的捕获有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光，藻类本身的颜色是它们“反射”的光。
褐藻 叶绿素a、叶绿素c、胡萝卜素、6种叶黄素 某种叶黄素主要吸收绿光和蓝紫光，反射红黄光 中水层存在绿光和蓝紫光
红藻 叶绿素a、叶绿素d、胡萝卜素、叶黄素、藻红素、藻蓝素 藻红素主要吸收蓝紫光，反射红光 深水层存在蓝紫光
总结：光合色素
影响叶绿素合成的三大因素
叶绿素不稳定，易分解
3.叶绿体的结构和功能
外膜
叶绿体基质
暗反应
类囊体
色素
光反应
光合作用
光束照射
所有受光
外膜和内膜是透明的。
3.叶绿体的结构和功能
恩格尔曼实验1
实验结论：
氧气是叶绿体在光下放出来的。
恩格尔曼实验1
恩格尔曼实验设计巧妙之处有哪些？
①实验选材好
②没有空气的环境：排除了氧气的干扰。
③用极细的光束点状投射：叶绿体上可分为获得光照和无光照的部位
④进行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的对照实验
3.叶绿体的结构和功能
恩格尔曼实验2
用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的好氧细菌聚集在红光区和蓝紫光区。
实验结论：
叶绿体主要利用红光和蓝紫光释放氧气
3.叶绿体的结构和功能
恩格尔曼实验：直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。
之后研究发现：类囊体膜上和叶绿体基质中含有多种光合作用所必需的酶
结论：叶绿体是光合作用的场所。
3.叶绿体的结构和功能
例1：下列有关色素提取和分离实验的说法，正确的是
A.根据绿叶中色素在无水乙醇中溶解度不同，可对色素进行分离
B.分离色素时，蓝绿色的色素带距离滤液细线最远
C.利用纸层析法可分离4种叶绿体色素
D.叶绿体色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸上扩散就越慢
√
例2：植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是
A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D.叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
√
光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将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。
这一过程可以用下面的化学反应式来概括，其中(CH2O)表示糖类。
二、光合作用的原理
1.探索光合作用原理的部分实验
时间/发现者 内容
19世纪末 科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，___被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖
1928年 科学家发现甲醛对植物有 作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖
1937年希尔 (英国) 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H2O，没有CO2)，在光照下________________
O2
毒害
可以释放出氧气
1941年鲁宾、卡门(美国) 用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，H218O＋CO2―→植物―→18O2，H2O＋C18O2―→植物―→O2，得出光合作用释放的氧全部来自____
1954年阿尔农(美国) 在光照下，叶绿体可合成 ，这一过程总是与_________相伴随
水
ATP
水的光解
① 19世纪末
② 1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，
而且甲醛不能通过光合作用转化成糖类。
③ 1937年，英国植物学家希尔(R.Hill)发现，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H2O，没有CO2），在光照下可以释放出氧气。
（有H2O，无CO2）
铁盐
希尔反应：
光照
氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的
④ 1941年，美国科学家鲁宾(S.Ruben)和卡门(M.Kamen)用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧的来源。
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。
H2O O2 + 2H+ + 能量
光照
叶绿体
ADP+Pi ATP
⑤ 1954年，美国科学阿尔农(D.Arnom)发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，又发现这一过程总是与水的光解相伴随。
光反应的原料？
光反应的产物？
ATP
O2
NADPH
ADP
Pi
H2O
物质转化
条件
⑥卡尔文用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测其放射性
14CO2→14C3→(14CH2O)和14C5
反应
时间
30秒
5秒
＜1秒
带14C标记的
化合物
很多种
14C3、14C5、14C6
90% 14C3
实验结论：
实验方法：
放射性同位素示踪法
实验变量：
自变量是 ，因变量是 。
时间
14C标记的化合物的种类
探明了CO2中的碳转化为有机物中的碳的途径。
例3：下列关于光合作用探究历程的叙述，错误的是
A.希尔的实验说明水的光解产生氧气，且氧气中的氧元素完全来自水
B.在恩格尔曼的实验中，受到均匀光照，好氧菌分布在水绵带状叶绿体
　所有受光照部位
C.鲁宾和卡门的实验中，改变水中H218O的所占比例，植物释放的18O2的
　所占比例也随之改变
D.供给小球藻14CO2，叶绿体内的三碳化合物首先出现14C
√
2.光合作用过程
根据是否需要光，光合作用过程分为：光反应和暗反应（碳反应）。
ADP＋Pi→ATP
NADP＋＋H+＋2e→NADPH
H2O→O2＋2H+＋2e
光
光反应
CO2+C5 → 2C3
2C3 →C5+(CH2O)
ATP→ ADP+Pi
NADPH→NADP+
①CO2固定
②C3还原
14C02→14C3→(14CH20)+14C5
暗反应
例4：为探究叶绿体在光下利用ADP和Pi合成ATP的动力，科学家在黑暗条件下进行了如下实验，下列有关分析正确的是
A.黑暗的目的是为了与光照作对照
B.pH＝4的缓冲液模拟的是叶绿体基质的
　环境
C.ADP和Pi形成ATP后进入类囊体腔内
D.类囊体膜两侧的pH差是叶绿体形成ATP的动力
√
①必修1 P103“相关信息”：水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。NADPH的作用是什么？
可作为暗反应的还原剂；储备部分能量供暗反应利用。
②必修1 P104“相关信息”：C3是指三碳化合物——__________
_____，C5是指五碳化合物——核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)。
3－磷酸甘油酸
①能量变化：
能力训练 构建光合作用过程的模式图，并比较光反应和暗反应之间的区别与联系。
O2
NADPH
ATP
NADP＋
ADP+Pi
2 C3
C5
光合色素
光能
转变
糖类等有机物中
稳定的化学能
ATP和NADPH中活跃的化学能
转变
②物质变化：
无机物
转变
有机物（CH2O）
1. 光反应和暗反应之间的关系：
光反应为暗反应提供________________，暗反应为光反应提供__________________。
NADPH、ATP
ADP和Pi和NADP+
2.光合作用的实质
反应式
①产物为(CH2O)： 。
②产物为C6H12O6： 。
③元素的转移途径
NADPH
(C3H2O)
14C3
(14CH2O)
18O2
C3
(CH218O)
例5：人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是______________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为________________。
模块1和模块2
五碳化合物(或C5)
(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将_____(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是_________________________________________。
减少
模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足
(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量_____(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是________________
_____________________________________________。
高于
人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖类)
(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是____________
____________________________。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
叶片气孔开放
程度降低，CO2的吸收量减少
①源于必修1 P104“相关信息”：光合作用的产物有一部分是_____，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入 ，再通过韧皮部运输到植株各处。
淀粉
筛管
②源于必修1 P106“小字部分”：光合作用和化能合成作用的比较
项目 光合作用 化能合成作用
区别 能量来源 _____ _____________________
代表生物 绿色植物 _________
相同点 都能将 等无机物合成有机物 光能
无机物氧化释放的能量
硝化细菌
CO2和H2O
自养生物
异养生物
如人、动物、真菌及大多数的细菌。
光能自养生物（如绿色植物、蓝细菌）
化能自养生物（如硝化细菌、铁细菌、硫细菌）
以光为能源，以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。
只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。
3.环境改变时光合作用各物质含量的变化
(1)“来源－去路”法
(2)“模型法”
①图1中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。
②图2中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。
③图3中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。
④图4中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。
C5、NADPH、ATP
C3
C5、NADPH、ATP
C3
C5、NADPH、ATP
C3
C3
C5、NADPH、ATP
例6：如图是保卫细胞控制气孔张开和关闭的原理示意图，细胞膨胀状态时，气孔张开。下列说法错误的是
A.水分通过被动运输的方式进出保卫细胞
B.保卫细胞的近气孔、背气孔的壁厚度
　不均匀，这与其控制气孔开关的功能
　相适应
C.保卫细胞发生渗透失水，会引起气孔开度变化，短时间内物质ATP和
　NADPH的含量均下降
D.组成气孔的保卫细胞吸收水分后，有利于处于关闭状态的气孔张开
√
例7：科研人员向离体叶绿体悬浮液中加入适量NaHCO3溶液和必要物质，在适宜条件下进行闪光实验。结果如下图：
(1)叶绿体悬浮液中加入的必要物质有NADP＋、________________
___________，这是为了产生两种高能物质。只要供给了这两种高能物质，即使在黑暗中，叶绿体也可将CO2转变为糖。
无机磷(或Pi、磷
酸)、ADP
(2)该实验直接测量出来的是___________光合作用速率，阴影部分的面积可用来表示一个光周期的光照时间内NADPH和ATP的________，出现阴影部分的原因是_________________________。
真正(或总)
积累量
光反应速率大于暗反应速率
光合作用时的光反应和暗反应会有物质和能量上的联系，闪光照射时_____________________________________________。
(3)据图推测，光能量、光照总时间和实验时间相同的情况下，闪光照射的光合效率要_____(填“大于”“等于”或“小于”)连续光照下的光合效率，这是因为
大于
暗反应更能充分利用光反应提供的NADPH和ATP
三、影响光合作用的因素及其应用
1.光合速率的表示
2.影响光合速率的因素（内部因素、环境因素）
3.提高光合产量的措施
4.光合速率的测定
净光合速率、总光合速率
液滴移动法 叶圆片称重法 半叶法 黑白瓶法
CO2+H2O
光能
叶绿体
(CH2O) +O2
1.光合速率表示
1.单位时间(单位叶面积)CO2的吸收量(mg/h·cm2)
2.单位时间(单位叶面积)O2的释放量(mg/h·cm2)
3.单位时间(单位叶面积)有机物产生量(mg/h·cm2)
净光合速率（表观光合作用速率）
总光合速率（真正光合作用速率）
（1）光照强度为0时
V呼吸=4mg/h
1
2
1代表：4mg/h O2
2代表：4mg/h CO2
V光合=0
（2）光照强度为a时
V光合1
2
1代表：1mg/h O2
2代表：1mg/h CO2
V光合=3mg/h
3
4
3代表：3mg/h O2
4代表：3mg/h CO2
（3）光照强度为b时
V光合=V呼吸
V光合=4mg/h
3
4
3代表：4mg/h O2
4代表：4mg/h CO2
b点为光补偿点
（4）光照强度为c时
V光合>V呼吸
V总光合=8mg/h
3
4
3代表：4mg/h O2
4代表：4mg/h CO2
V净光合=4mg/h
5
6
5代表：4mg/h O2
6代表：4mg/h CO2
（5）光照强度为d时
V光合>V呼吸
V总光合=11mg/h
3
4
3代表：4mg/h O2
4代表：4mg/h CO2
V净光合=7mg/h
5
6
5代表：7mg/h O2
6代表：7mg/h CO2
d点为光饱和点
达到最大光合速率所需的最小光照强度
净光合
速率
呼吸
速率
总光合
速率
总光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率
CO2固定量
CO2吸收量
CO2释放量
O2产生量
O2释放量
O2消耗量
有机物制造量
有机物积累量
有机物消耗量
例8：以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示。下列分析正确的是 （ ）
A.光照相同时间，35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时相等
B.光照相同时间，在20℃条件下植物积累的有机物的量最多
C.温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少
D.两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的量相等
A
例9：将状况相同的某种绿叶均分为四组，在不同温度下分别暗处理1h，再光照1h(光照强度相同)，测其重量变化，得出如下表的数据。可以得出的结论是（ ）
A.该植物光合作用的最适温度约是27℃
B.该植物细胞呼吸的最适温度约是29℃
C.27~29℃下的净光合速率相等
D.30℃下的真正光合速率为2mg·h-1
组别 一 二 三 四
温度(℃) 27 28 29 30
暗处理后重量变化(mg) -1 -2 -3 -1
光照后与暗处理前重量变化(mg) +3 +3 +3 +1
B
2.影响光合速率的因素
外部因素(环境)→内部因素→光合速率
外部因素 ①光照强度 ②CO2浓度 ③温度
④光质 ⑤含水量 ⑥矿质元素等
内部因素 ①光合色素的含量 ②酶的数量和活性③有机物的输出情况 ④气孔导度等。
a.缺水引起光合速率下降首要原因是什么？
缺水引起气孔关闭(气孔导度下降)，CO2吸收量下降，从而使光合速率下降。
外部因素(环境)→内部因素→光合速率
外部因素 ①光照强度 ②CO2浓度 ③温度
④光质 ⑤含水量 ⑥矿质元素等
内部因素 ①光合色素的含量 ②光合酶的活性和数量
③有机物的输出情况 ④气孔导度等。
b.光照强度增强，气孔导度下降，但光合速率基本不变，可能原因是什么？
实际利用的CO2量没有改变
2.影响光合速率的因素
外部因素(环境)→内部因素→光合速率
外部因素 ①光照强度 ②CO2浓度 ③温度
④光质 ⑤含水量 ⑥矿质元素等
内部因素 ①光合色素的含量 ②光合酶的活性和数量
③有机物的输出情况 ④气孔导度等。
c.叶片的有机物输出越多快，其光合速率越快。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_________，两片相邻的叶片，若一片遮光，则另一片叶子的光合速率会________。
越慢
增强
2.影响光合速率的因素
①光照强度
光照强度通过直接影响光反应来影响光合速率
(1)外部因素(环境)
应用：
a.大棚内阴天人工照光
b.光照强度太强，应该适当遮阴
2.影响光合速率的因素
D
D点及D点后的限制因素是什么？
CO2浓度、温度
色素、酶的活性和数量
①光照强度
光照强度通过直接影响光反应来影响光合速率
问题1：若左图表示某植物体光合速率。则光照强度为x时，叶肉细胞中叶绿体的CO2来源有哪些？
答案：叶肉细胞自身线粒体产生的CO2以及从外界吸收CO2
总结：叶绿体吸收CO2的速率是总光合速率，叶肉细胞和植物体吸收CO2的速率是净光合速率，当植物体的V光合=V呼吸时，则叶肉细胞V光合>V呼吸
(1)外部因素(环境)
2.影响光合速率的因素
①光照强度
光照强度通过直接影响光反应来影响光合速率
问题2：左图表示某植物体光合速率。若白天光照时间为12小时，则光照强度不低于多少，该植物才能存活？
答案：
光照强度不低于y
(1)外部因素(环境)
2.影响光合速率的因素
A点：CO2补偿点 A’点：光合作用所需CO2的最低浓度
B点、 B’点：CO2饱和点。
应用：
正其行，通其风
施有机肥（农家肥），与猪舍、鸡舍连通
放一定量的干冰（使用CO2发生器）
②CO2浓度
(1)外部因素(环境)
2.影响光合速率的因素
总结：气孔开度与CO2供应关系
引起气孔关闭的因素：
①“午休”现象——温度过高
② 干旱——水分减少
③ 某些化学物质，例如水杨酸
外界溶液浓度过高细胞失水
… …
拓展：光合作用曲线中关键点的移动
A点代表呼吸速率
B点代表补偿点
C点代表饱和点
若已知植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为：25℃和30℃，如图：在25℃，一定光照强度下，某植物光合作用曲线。在相应条件变化时，相关点如何移动？
（1）适当增强光照强度，
A点：___________，
B点：___________，
C点：___________，
m点：___________。
基本不动
左移
右移
上移
（2）温度升高到30℃时，
A点：___________，
B点：___________，
C点：___________，
m点：___________。
下移
右移
左移
下移
若已知植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为：25℃和30℃，如图：在25℃，一定光照强度下，某植物光合作用曲线。在相应条件变化时，相关点如何移动？
例10：下图为CO2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
A.若植物体缺Mg2＋，则对应的b点将向左移
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，
　对应的a点将下移，b点将右移
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)，则b点将向左移
√
A B C
CO2增大（不抑制呼吸） 不动 左 右上
温度25→30（25光合最适，30呼吸最适） 下 右 左下
缺Mg2+ 不动 右 左下
阳生→阴生 上 左 左下
补偿点：左促右抑
饱和点：右上促进，左下抑制
总结：光合作用中三点的移动
原理：
温度通过影响 影响光合作用主要制约 反应。
温度过高时植物 ，光合速率会减弱。
1.温室中,加大昼夜温差，从而提高作物产量（有机物积累量）。
2.解释植物“午休”现象。
应用：
酶的活性
暗
气孔关闭
③温度
酶最适温度:光合作用<呼吸作用
例:11：图表示在适宜光照、二氧化碳浓度等条件下，测定的该植物光合作用速率、细胞呼吸速率随温度的变化。
植物光合作用停止的温度是_____．40℃与60℃时，二氧化碳的吸收量均为0，两者的区别是__________________________________________________
__________________________________________________
55℃
前者光合速率等于呼吸速率，后者光合速率和呼吸速率均为0(植物死亡)。
缺水
气孔关闭
限制CO2进入叶片
光合作用受影响
水分主要影响气孔的开闭 ，间接影响 CO2进入叶片，从而影响光合作用速率。
④水
应用：
合理灌溉
N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分；
P：NADP+和ATP的重要组分；
K：促进光合产物向贮藏器官运输，如淀粉的运输；
Mg：叶绿素的重要组分。
注意：矿质元素含量过高，根细胞很难吸水，甚至失水，光合速率也会下降，甚至停止。
水和无机营养
⑤矿质元素
应用：
合理施肥
①7～10时的光合作用强度不断增强的原因是 。
②10～12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是______________
____________________________________________________________________。
(必修1 P106“拓展应用”)：右图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题：
光照强度逐渐增大
此时温度很高，导致气孔开度减小，CO2无法进入叶片组织，致使光合作用暗反应受到限制
③14～17时的光合作用强度不断下降
的原因是 。
④从图中可以看出，限制光合作用的
因素有 。
⑤依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施：_______________________________________________________
_________________________________________________。
光照强度不断减弱
可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度
光照强度、温度
夏季晴朗一天植物光合作用曲线。（密闭容器中）
夏季晴朗一天植物光合作用曲线。
CO2吸收量
CO2释放量
光照强度
O
A
E
D
C
F
光照强度由O到E变化的过程中：
①细胞呼吸消耗的有机物是多少？
②光合作用制造的有机物是多少？
③此过程中积累的有机物是多少？
B
梯形SACDF
矩形SAOEF
梯形SACDF－矩形SAOEF
即，梯形SDCBE－△SOBA
有机物积累量 = 总光合作用量 - 总呼吸消耗量
有机物积累量 = 白天净光合作用量 -晚上呼吸消耗量
拓展训练：
多因子变量对光合速率的影响
植物生活的环境是复杂多样的，环境中的各种因素对光合作用的影响是综合的。下面的曲线是科学家研究多种因素对光合作用影响得到的结果。请分析回答：
(1)这三种研究的自变量分别是什么？
光照强度、温度；光照强度、温度；光照强度、CO2浓度。
(2)图3的研究中，对温度条件的设定有何要求？为什么？
需要保持在最适温度，这样可能使实验结果更加明显。
(3)图1中P点光照强度下，要想提高光合速率，可以采取什么措施？图2中P点温度条件下，要想提高光合速率，可以采取什么措施？
提高CO2浓度；提高CO2浓度。
(4)根据图1分析，在30 ℃条件下，光照强
度达到Q点之后，光合作用速率不再增加，
限制因素可能有哪些？
光合色素的含量、空气中CO2浓度。
(5)图1结果不足以说明30 ℃是光合作用最适宜温度，为什么？如何改进实验才能获得正确的结果？
实验提供的温度条件太少，需要在20～40 ℃之间增加温度梯度进行实验。
(6)Q点之后，曲线会明显下降的是哪一个图？原因是什么？
图2:温度升高，酶的活性会下降，甚至失活。
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
<
<
(2)影响光合作用的内部因素
2.影响光合速率的因素
花生与玉米间作
间作：在一块地上，同时期按一定行数的比例间隔种植两种以上的作物。
套种：在一种作物生长的后期，种上另一种作物，其共同生长的时间短。
果园套种油菜
②叶龄对光合速率的影响
OA:随幼叶不断生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增多,叶绿素含量不断增加，光合速率不断增加；
AB:壮叶时，叶面积、叶绿体、叶绿素都处于稳定状态，光合速率基本稳定；
BC:老叶时，随叶龄增加，叶内叶绿素被破坏，光合速率下降（BC段）。
应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶保证植物及时换新叶，同时可降低其呼吸作用消耗有机物
一定范围内：随叶面积增大，总光合量不断增大，干物质积累不断增加，呼吸量不断增加。
当增加到一定程度后：总光合量不在增加，原因是许多叶片被遮挡，但呼吸量随叶面积仍不断增加，故干物质积累量逐渐降低。
物质量
叶面积指数
0
干物质量
总光合量
呼吸量
③叶面积指数对光合速率的影响
应用：
适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免枝叶徒长
合理密植
叶片的有机物输出越多快，其光合速率越快。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_________，两片相邻的叶片，若一片遮光，则另一片叶子的光合速率会________。
越慢
增强
④有机物的输出情况
例12：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指标(见下表)，下列分析正确的是
物种指标 构树 刺槐 香樟 胡颓子
光补偿点(千勒克斯) 6 4 1.8 1.1
光饱和点(千勒克斯) 13 9 3.5 2.6
(注：光补偿点：光合速率等于呼吸速率时的光强；光饱和点：达到最大光合速率所需的最小光强)
物种指标 构树 刺槐 香樟 胡颓子
光补偿点(千勒克斯) 6 4 1.8 1.1
光饱和点(千勒克斯) 13 9 3.5 2.6
A.光照强度为1.1千勒克斯时，胡颓子的幼苗的净光合速率小于零
B.光照强度为10千勒克斯时，影响构树和刺槐幼苗光合速率的环境因素都有光
　照强度和CO2浓度
C.若将光照强度突然由2千勒克斯增加到3千勒克斯，香樟幼苗叶绿体中的C3会
　增加
D.光照强度大于13千勒克斯时，构树幼苗光合作用固定的CO2全部来自外界
√
例13：在适宜的环境条件下，某科研小组探究CO2浓度对甲、乙两种植物幼苗光合作用强度的影响，实验结果如图所示。请回答：
(1)实验中的无关变量有________________
_______________________________(写出两种即可)。为减小无关变量对实验结果造成的影响，这些无关变量应__________
________。
光照强度、光照时间、温度、幼苗的长势与数量等
保持相同
且适宜
(2)图中a点时，限制乙光合作用速率的环境因素主要是_________。b点时，_________
_________在叶绿体中为C3转化成葡萄糖提供能量；叶肉细胞中葡萄糖等有机物氧化分解产生还原氢，该还原氢的作用是__________________________。
CO2浓度
与O2结合生成水并释放能量
NADPH
和ATP
(3)实验发现，当环境中的CO2的浓度由100 μmol/mL倍增到200 μmol/mL时，甲植物幼苗固定CO2的量并未倍增，此时限制光合作用速率增加的因素可能是___________________________________________________________________________________________________________________(答出两点即可)。
NADPH和ATP的供应速率；作用于光合作用的酶活性小，C3的合成与还原速率慢；葡萄糖(光合作用产物)在叶绿体中的积累等
(4)在上述环境条件下，若将上述实验所用的甲、乙植物幼苗放入同一透明密闭装置中培养，并使装置内CO2浓度保持100 μmol/mL，一段时间后，长势较好的是____(填“甲”或“乙”)的幼苗，判断依据是______________
____________________________________________。
乙
该CO2浓度下，乙植物幼苗对CO2的吸收量大于0，而甲的等于0
3.提高光合产量的措施
①提高光合速率
②延长光照时间
③增加光合面积
a.适当增加光照强度
b.适当增加CO2浓度
c.控制合理的温度
d.合理施肥、灌溉
合理密植、套种、间作
大田：复种（一年多茬）
温室：人工光照
(1)测定呼吸速率
①装置烧杯中放入适宜浓度的 溶液用于 。
②玻璃钟罩 处理，以排除光合作用干扰。
③置于适宜温度环境中。
④红色液滴向 移动(单位时间内 移距离代表呼吸速率)。
NaOH
吸收CO2
遮光
左
左
4.光合速率的测定方法
a.“液滴移动法”
(2)测定净光合速率
①装置烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液，用于
保证容器内CO2浓度恒定，满足光合作用需求。
②必须给予足够光照处理，且温度适宜。
③红色液滴向 移动(单位时间内 移距离代表净光合速率)。
(3)物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
右
右
①CO2缓冲液
一定光照下，测定O2释放量，(净光合速率)
②NaOH溶液
遮光条件下，测定O2的消耗量，(呼吸速率)
③蒸馏水
遮光条件下，测定O2的消耗量与CO2释放量的差，(呼吸方式判定)
光饱和点是__________，光补偿点是__________。
A
B
b.叶圆片称重法
测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率（S为叶圆片面积）
10时叶圆片X
（干重x克）
12时叶圆片Y（干重y克）
14时叶圆片Z（干重z克）
净光合速率=______________呼吸速率= _________
总
光合速率=_______________
(z-y)/2S
(x-y)/2S
(x＋z-2y)/2S
c.半叶片法
将植物对称叶片的一部分（A）遮光，另一部分（B）则留在光下进行光合作用（即不做处理），并采用适当方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后（h）在这两部分叶片的对应部位截取相同面积（s）的叶片，分别烘干称重，记为MA、MB。
总光合速率:______________
(MB—MA)/s·h
d.黑白瓶法
【实验原理】
“黑瓶”不透光，测定有氧呼吸量，“白瓶”给予光照，测定的是净光合量。
水深 1m 2m 3m 4m
白瓶中O2浓度（g/m2） ＋3 ＋1.5 0 -1
黑瓶中O2浓度（g/m2） -1.5 -1.5 -1.5 -1.5
例14：某生物科研小组从池塘某一深度取水样，分装到六对黑白瓶中(白瓶为透光瓶，黑瓶为不透光瓶)。剩余水样立即测定初始溶解氧为10 mg/L。将瓶密封后有五对置于五种不同强度的光照条件下(温度相同)，一对放回原水层，24小时后，测定瓶中溶解氧量。请根据记录数据(如表)判断，下列说法正确的是（ ）
光照强度(klx) a b c d e 原水层
白瓶溶氧量(mg/L) 3 10 19 30 30 19
黑瓶溶氧量(mg/L) 3 3 3 3 3 2
A
A.光照强度为a时，白瓶和黑瓶的溶解氧量相同，说明a为黑暗条件
B.光照强度为b时，植物不能发生光合作用
C.原水层与c的白瓶溶解氧含量相同，可以推测原水层的光照强度为c
D.当光照强度大于d时，白瓶中的植物产生的氧气量都是30 mg/L
1.过程图解
四、光合和呼吸综合
① C元素
14CO2
有机物(14CH2O)
丙酮酸(14C3H4O3)
14CO2
暗反应
呼吸Ⅰ
呼吸Ⅱ
14C3
14C5
细胞呼吸与光合作用的综合
2.元素去向
② H元素
3H2O
【3H】
（C3H2O）
【3H】
3H2O
光反应
暗反应
呼吸Ⅰ
丙酮酸(C33H4O3)
呼吸Ⅱ
呼吸Ⅲ
2.元素去向
③ O元素
H218O
18O2
H218O
C18O2
（CH218O）
C3H418O3
C18O2
光反应
呼吸Ⅲ
呼吸Ⅱ
呼吸Ⅱ
暗反应
呼吸Ⅰ
呼吸Ⅱ
2.元素去向
③ O元素
C18O2
(CH218O)
C3H418O3
暗反应
呼吸Ⅰ
C18O2
呼吸Ⅱ
注意：根据高中所学的代谢过程，CO2中的氧元素无法进入H2O和O2。其实，CO2可以通过某些代谢过程将氧元素转移到H2O，然后通过光反应转移到O2
2.元素去向
细胞呼吸与光合作用的综合
3.物质联系
细胞呼吸与光合作用的综合
4.能量转化
例15：下图表示植物叶肉细胞光合作用和细胞呼吸过程中氢元素的转移途径，下列相关叙述不正确的是（ ）
A.过程①④在生物膜上进行
B.光合作用的原料H2O中的氧可以依次经过①②③④转移到细胞呼吸的产
　物H2O中
C.植物体光补偿点时，叶肉细胞内的过程③④中合成的ATP少于过程①合
　成的ATP
D.过程①②③④都有能量的转化
B
光合作用与呼吸作用的相关计算
1.根据关键词判定真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率
检测指标 细胞呼吸速率 净光合速率 真正光合速率
CO2 释放量(黑暗) 吸收量(植物)、减少量(环境) 利用量、固定量、消耗量
O2 吸收量(黑暗)、消耗量(黑暗) 释放量(植物)、增加量(环境) 产生量、生成量、制造量、合成量
葡萄糖 消耗量(黑暗) 积累量、增加量 产生量、生成量、制造量、合成量
例16：将某植物放在透明且密闭的容器内，并在适宜条件下培养。测得植物吸收和产生的CO2的速率如图所示。下列相关叙述正确的是（ ）
A.T1时刻，该植物固定CO2的速率是10 mg·h－1
B.T2时刻，该植物能进行光合作用但无有机物
　积累
C.T1～T3时间段内，该植物的净光合速率逐渐
　下降
D.T3时刻后，密闭容器中的CO2浓度不断升高
C
(1)植物绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为 速率(A点)。
(2)植物绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为______速率。
(3)真正光合速率＝ 速率＋ 速率。
真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的内在关系
呼吸
净光合
呼吸
净光合
例17：植物光合速率目前主要使用CO2红外分析仪进行测定，一般用单位时间内同化CO2的微摩尔数表示。将生长状况相同的某种植物在不同温度下分别暗处理1 h，再光照1 h(光照强度相同)，测定分析仪密闭气路中CO2的浓度，转换得到如图数据。下列分析正确的是（ ）
A.该植物在29 ℃和30 ℃时依然表现生长现象
B.该植物细胞呼吸和光合作用的最
　适温度分别是29 ℃和28 ℃
C.在27 ℃、28 ℃和29 ℃时，光合
　作用制造的有机物的量相等
D.30 ℃时光合作用速率等于细胞呼吸速率，CO2变化都是20微摩尔/小时
A