2011高考生物一轮复习知识搜索与探究归纳：3—2 光合作用

本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com
2011高考生物一轮复习知识搜索与探究归纳
3—2　光合作用
自助式复习板块
知识搜索
一、光合作用的概念?
1.光合作用是指_______通过_______，利用_______，把_______和_______转化成储存能量的_______，并且释放_______的过程。?
答案：绿色植物　叶绿体　光能　二氧化碳　水　有机物　氧?
2.光合作用的发现实验
小结：萨克斯实验中黑暗处理的目的是_______，曝光与遮光形成_______，检验用的试剂是_______，检验前用_______处理，目的是溶解色素；恩吉尔曼选用水绵作实验材料的好处：叶绿体呈_______，便于观察，所用细菌异化作用代谢类型为_______；鲁宾和卡门为了证明氧气来源于水所用的实验方法为______________。?
答案：植物更新空气　绿色叶片光合作用产生淀粉　O2是叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所　光合作用释放的氧全部来自于水　消耗掉叶片中的淀粉　对照　碘蒸气　酒精水浴加热　带状　好氧型　同位素标记法?
二、叶绿体中的色素
图3-2-1
如图321，叶绿体内囊状结构薄膜上的色素，可以分为两类：
一类具有_______和_______光能的作用，包括绝大多数的_______，以及全部的_______、_______、 _______；另一类是少数处于_______状态的_______。在转换过程中，最终电子供体是_______，最终电子受体是_______。?
答案：胡萝卜素　橙黄色　最大　
叶黄素　黄色　蓝紫　
光叶绿素a　蓝绿色　
叶绿素b　黄绿色　最小　红橙光、蓝紫光　
吸收　传递　叶绿素a　叶绿素b　胡萝卜素　叶黄素　特殊　叶绿素a　水 NADP+
三、光合作用的过程（如图3-2-2）
图3-2-2
小结：光反应为暗反应提供_______。在光合作用过程中，若突然停止供应CO2，则C5_______、C3_______、[ ]_______、ATP_______、有机物_______；若停止光照，则C5_______、C3_______、[ ]_______、ATP_______、有机物_______。?
答案：ATP和NADPH　增加　减少　增加　增加　减少　减少　增加　减少　减少　减少?
四、C4植物的光合作用（如图3-2-3）
图3-2-3
答案：C4植物的光合作用?
五、提高农作物的光能利用率?
光能利用率一般是指_______面积上，农作物通过_______所产生的_______中所含的能量，与这块土地所接受的_______的比。?
提高光能利用率的措施有：_____、_____、______、______、______。?
答案：单位　光合作用　有机物　太阳能　延长光照时间　增加光合作用面积　光照强弱的控制　二氧化碳的供应　必需矿质元素的供应?
六、光合作用的意义?
光合作用为包括人类在内的几乎所有生物的生存提供了_______和_______，光合作用除能维持大气中_______和_______含量的相对稳定外，还对生物的进化具有重要的作用，使地球的大气中出现了_______，形成了_______，能够有效地过滤太阳辐射中对生物具有强烈破坏作用的紫外线，从而使水生生物开始逐渐在陆地上生活。
答案：物质来源　能量来源　氧　二氧化碳　臭氧　臭氧层
探究归纳
要点1　叶绿体色素的吸收光谱
【例1】 如图324所示，将甲、乙、丙、丁4盆长势相同的植物置于阳光下，甲添加品红色光，乙添加绿色光，丙添加品红色滤光片A，丁添加绿色滤光片B。经过一段时间后，各盆中长势最旺的和长势最差的依次是下列哪一组(　　)
图3-2-4
A.甲和乙
B.乙和丙
C.甲和丁
D.丙和丁
解析：光合作用与光质有很大的关系。叶绿素主要吸收红橙光和蓝紫光（两种光混合成为品红色光），几乎不吸收绿光。甲盆中添加品红色光照射，光合作用效率最高，所以甲盆中植物长势最好；乙盆添加绿色光，不起作用；丙盆隔滤光片后，没有品红色光的通过，所以乙盆和丙盆的长势正常；丁盆隔了滤光片后，通过的仅是光合作用无法利用的绿色光，因此严重影响了植物的生长。
答案：C
归纳与迁移
　　可见光经过三棱镜折射后，可见到赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光。将叶绿体中的色素滤液放在光源和三棱镜之间，就可以看到有些波长的光线被吸收了，因此，在光谱上就出现了黑线或暗带，这种光谱叫做吸收光谱。?
叶绿素吸收光谱的最强吸收区有两个：一个在波长为640～660 nm的红光部分；另一个在波长为430～450 nm的蓝紫光部分。此外，在光谱的橙光、黄光和绿光部分有不明显的吸收带，尤其对绿光的吸收量最少。由于叶绿素吸收绿光最少，所以叶绿体色素溶液呈现绿色。
叶绿素a与叶绿素b的吸收光谱很相似，但也略有不同：首先，叶绿素a在红光部分的吸收带宽些，在蓝紫光部分的窄些；而叶绿素b在红光部分的吸收带窄些，在蓝紫光部分的宽些。其次，与叶绿素b相比较，叶绿素a在红光部分的吸收带偏向长光波方面，而在蓝紫光部分偏向短光波方面。?
胡萝卜素和叶黄素的吸收光谱与叶绿素的不同，它们的最大吸收带在蓝紫光部分，而不吸收红光等波长较长的光。
叶绿体色素的吸收光谱如图3-2-5所示：
图3-2-5
要点2　光反应和暗反应
【例2】 将植物栽培在适宜的光照、温度和充足的CO2条件下。如果将环境中CO2含量突然降至最低水平，此时叶肉细胞内的C3化合物、C5化合物和ATP含量的变化情况依次是（　　）
A.上升、下降、上升
B.下降、上升、下降
C.下降、上升、上升
D.上升、下降、下降
解析：在光合作用过程中，CO2参与暗反应，CO2与C5化合物结合生成两个C3化合物，当CO2突然减少时，这个过程突然受阻，因而导致C5化合物含量上升和C3化合物含量下降，C3化合物还原成葡萄糖的过程减弱，消耗光反应提供的ATP量也减少，使细胞中ATP含量上升。
答案：C
归纳与迁移
掌握光合作用的过程，应从光反应和暗反应的参与物和生成物入手。光反应的参与物有：光、叶绿体的色素、水、酶和ADP+Pi，生成物有：氧气(全部来自于参与反应的水中的氧)、[H]和ATP。暗反应的参与物有：光反应提供的[H]和ATP以及CO2和酶，生成物有：葡萄糖和水。可简单归纳为（如图3-2-6）：
图3-2-6
　　由此可以看出：光反应是暗反应的基础，它为暗反应提供能量和还原剂——[ ]；暗反应是光反应的继续，可以与光反应同时进行，也可以在黑暗中进行。两者既有联系又有区别(详见比较表)。
光反应和暗反应比较表
项目 光反应 暗反应
实质 光能转换为活跃的化学能，并放出O2 活跃的化学能转化为稳定的化学能，同化CO2形成有机物
时间 短促，以微秒计 较缓慢
条件 需叶绿素和光 不需叶绿素和光，需要多种酶
场所 在叶绿体内的基粒片层结构的薄膜上进行 在叶绿体内的基质中进行
物质转化
能量转换 光能→活跃化学能，并储存在ATP中 ATP中活跃的化学能→(CH2O)中稳定的化学能
要点3　影响光合作用的因素及其在农业生产上的应用
【例3】 新课标渗透
图3-2-7表示绿色植物在水分充足的条件下，光合作用的速度与环境因素的关系，请仔细分析图中曲线，回答下列问题：
图3-2-7
(1)从图中曲线可知影响光合作用的主要非生物因素是______________。
(2)根据你对图中曲线的分析，你认为光合作用强度与温度之间的关系是___________________________。
(3)你认为在温度为40 ℃、光照强度为c时，限制光合作用进行的内在因素是_____________________，外界因素可能是______。
(4)在光照强度为b、温度为30 ℃时，限制光合作用的内在因素是_______，如果大棚栽培蔬菜，在这种情况下应采取什么措施有利于蔬菜的生长？_______。原因是______________。
(5）在光照强度为b、温度为20 ℃时，限制光合作用的内在因素是_____________，如果大棚栽培蔬菜，此时应采取什么措施有利于蔬菜的生长？_______。原因是_____________。
解析：影响光合作用的因素有很多，如水分、光照强度、温度、CO2浓度等均对光合作用产生影响。根据题干部分的要求，已不考虑水对光合作用的影响。从图中曲线可以看出，光照强度与光合作用强度的关系是：在一定的光照强度范围内，光合作用强度随着光照强度的增加而增加。光合作用强度与温度的关系是：在一定的温度范围内，光合作用强度随着温度的升高而增强。温度对光合作用过程中的光反应影响不大，但对暗反应的影响很大，主要是影响反应过程中酶的活性。所以在光照充足、温度较低的条件下，光合作用的强度主要是受暗反应的限制，此时适当提高温度有利于植物的生长。光照强度主要影响光合作用的光反应过程，对暗反应过程没有直接影响。在温度适宜、光照强度较低的条件下，限制光合作用强度的主要内在因素是光反应产生[ ]、ATP的数量，此时适当降低温度有利于植物的生长。如果光照条件和温度都适宜时，限制光合作用强度的主要因素是CO2的浓度、酶的数量和酶的最大活性的限制。
答案： (1)光照强度、温度(2)在一定的温度范围内，光合作用强度随着温度的升高而增强(3)暗反应过程中的酶数量和酶的最大活性CO2(4)[H]、ATP的数量适当降低温度降低呼吸消耗(5)暗反应中酶的活性适当提高温度提高酶的活性
归纳与迁移
影响光合作用的因素在生产中的应用
图3-2-8
（1）光照强度：如图3-2-8
　　光补偿点：植物在进行光合作用的同时也在进行呼吸作用，当植物在某一光照强度条件下，进行光合作用所吸收的CO2量与该温度条件下植物进行呼吸作用所释放的CO2量达到平衡时，这一光照强度就称为光补偿点，这时光合作用强度主要是受光反应产物的限制。?
光饱和点：当光照强度增加到一定强度后，植物的光合作用强度不再增加或增加很少时，这一光照强度就称为植物光合作用的光饱和点，此时的光合作用强度是受暗反应系统中酶的活性和CO2浓度的限制。?
在生产中的应用：延长光合作用时间。通过轮作，延长全年内单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间。?
（2）温度：如图3-2-9
图3-2-9
植物所有的生活过程都受温度的影响，因为在一定的温度范围内，提高温度可以提高酶的活性，加快反应速率。光合作用也不例外，在一定的温度范围内，在正常的光照强度下，提高温度会促进光合作用的进行。但提高温度也会促进呼吸作用。所以植物净光合作用的最适温度不一定就是植物体内酶的最适温度。?
在生产中的应用：增加昼夜温差，白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用；晚上适当降低温室的温度，以降低呼吸作用，保证植物有机物的积累。?
（3）CO2浓度：如图3-2-10
图3-2-10
　　CO2是植物进行光合作用的原料，只有当环境中的CO2达到一定浓度时，植物才能进行光合作用。
CO2补偿点：植物能够进行光合作用的最低CO2浓度称为CO2补偿点，即在此CO2浓度条件下，植物通过光合作用吸收的CO2量与植物呼吸作用释放的CO2量相等。环境中的CO2低于这一浓度，植物的光合作用就会低于呼吸作用，消耗大于积累，长期如此植物就会死亡。
CO2的饱和点：一般来说，在一定的范围内，植物光合作用的强度随CO2浓度的增加而增加，但达到一定浓度后，光合作用强度就不再增加或增加很少，这时的CO2浓度称为CO2的饱和点。如 CO2浓度继续升高，光合作用不但不会增加，反而要下降，甚至引起植物CO2中毒而影响植物正常的生长发育。
在生产中的应用：施用有机肥；温室栽培植物时，可以适当提高室内CO2浓度。大田生产“正其行，通其风”，即为提高CO2浓度，增加产量。?
（4）必需矿质元素的供应：绿色植物进行光合作用时，需要多种必需的矿质元素。如N是催化光合作用过程各种酶以及NADP+和ATP的重要组成成分，P也是NADP+和ATP的重要组成成分。科学家发现，用磷脂酶将离体叶绿体膜结构上的磷脂水解掉后，在原料和条件都具备的情况下，这些叶绿体的光合作用过程明显受到阻碍，可见P在维持叶绿体膜的结构和功能上起着重要的作用。又如绿色植物通过光合作用合成糖类，以及将糖类运输到块根、块茎和种子等器官中，都需要K。再如Mg是叶绿体的重要组成成分，没有Mg就不能合成叶绿素,等等。
（5）光合作用面积的影响：如图3-2-11 OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用面积的饱和点，随叶面积的增大，光合作用不再增加，原因是有很多叶被遮挡在光补偿点以下。OB段干物质量随光合作用增加而增加，而由于A点以后光合作用量不再增加，而叶片随叶面积的不断增加OC段呼吸量不断增加，所以干物质积累量不断降低，如BC段。植物的叶面积指数不能超过C点，若超过C点，植物将入不敷出，无法生存下去。?
图3-2-11
在生产中的应用：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长，上部叶片太多，使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费。温室栽培植物时，可增加光合作用面积，合理密植是增加光合作用面积的一项重要措施。?
（6）多因子共同的影响：如图3-2-12
图3-2-12
　　实际上，植物光合作用受到的影响不是一种外界因素，而是多因素的。如图3212，光合速率受到多因素的影响。在理解该方面问题时，我们一般采用固定其他因子，只剩一种因子作为变量。如P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示的其他因子。?
在生产中的应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合作用速率。总之，可根据具体情况，通过增加光照强度、调节温度或增加CO2浓度来充分提高光合速率，以达到增产的目的。?
完成此类问题，要注意对图表的理解和实际生活经验的积累，多做此类题目，可以训练考生的信息收集能力和对图表的理解能力，也能促使考生有意地观察生活，贴近生活。对学生的这些能力的训练，是符合新课程标准的。
要点4　植物光合作用与呼吸作用的关系及其量化计算
【例4】 2004上海高考 下面是有关光合作用的问题。
图3-2-13
（1）图3-2-13表示的反应过程进行的场所是_______。
（2）请据图3-2-13回答：
①在有光条件下，停止供给CO2时，二磷酸核酮糖的浓度变化如图3-2-13的_______；磷酸甘油酸的浓度变化如图3-2-14的_______。
②在CO2存在条件下，将植物从暗处移到明处后，磷酸甘油醛的浓度变化如图3-2-14的_______。
图3-2-14
（3）图3-2-15表示某绿色植物光合作用中光强度和氧气释放速度的关系。图3-2-16表示该植物在不同温度（15 ℃和25 ℃）下，某一光强度时氧气释放量和时间的关系，请据图回答：
图3-2-15 图3-2-16
①当图3216纵坐标分别表示光合作用所产生氧气的净释放量和总量时，则它们分别是在光强度为_______和 _______千勒克斯下的测定值。
②若该植物的呼吸商（呼吸商=呼吸放出的CO2量／呼吸消耗的O2量）为0.8，在25 ℃条件下，1小时内呼吸作用放出的CO2量为_______毫升。
③若该植物的呼吸商为0.8，在25 ℃、4千勒克斯光强度下，该植物进行光合作用时除完全利用呼吸所产生的CO2外，每小时还应从外界吸收CO2_______毫升。
④在4千勒克斯光强度下，25 ℃时该植物每小时光合作用所产生的葡萄糖量是15 ℃时的_______倍，这主要是因为_______。
解析：结合图、表、曲线、二氧化碳、光照强度等的变化考查学生识图能力、分析综合能力和计算能力。（1）（2）题通过图，考查光合作用暗反应的进行部位、物质变化等。在暗反应过程中，二氧化碳首先与二磷酸核酮糖（C5）结合，形成2个三碳化合物，即磷酸甘油酸（C3），在正常情况下，该过程维持在一个相对平衡的状态。当突然停止CO2供应时，短时间内会出现C3减少，C5增多的现象。在二氧化碳存在的情况下，将植物从暗处移到明处，光反应增强，为暗反应提供较多的[H]和ATP，所以磷酸甘油醛的浓度升高(图B)。(3)读图3215可知，当温度分别是15 ℃和25 ℃时，呼吸作用消耗的氧气量分别为：①10 mL和20 mL；读3216可知，当温度分别是15 ℃和25 ℃时，氧气的产生量分别为：②40 mL/h和50 mL/h。①当图3216的纵坐标表示光合作用产生氧气的净释放量(数值见②)时，通过读图可以看出，此时的光照强度为4；当图3216的纵坐标表示光合作用产生氧气的总量时，由于呼吸作用消耗了一部分氧气(见①)，实际释放氧气的量应为两者之差(数值②-①)，均为30 mL，此时在3214中对应的光照强度为2.5千勒克斯。②根据光合作用和呼吸作用的反应式可知，光合作用释放出氧气的分子数与呼吸作用释放出的二氧化碳分子数相当，故可以以氧气的释放量来计算出二氧化碳的释放量，当呼吸商为0.8时，在25 ℃条件下，1小时内消耗的氧气量为20 mL，据此可以算出呼吸作用释放出的二氧化碳量为20×0.8=16 mL。③根据②可知，产生的氧气量(与吸收二氧化碳量相等)为(50+20)-16=54 mL。④在4千勒克斯光强度下，25 ℃时该植物每小时光合作用产生的葡萄糖是15 ℃的倍数为(50+20)/(40+10)=1.4。出现这一现象的原因是温度影响了酶的活性。
答案：（1）叶绿体基质　（2）①DC②B　（3）①42.5　②16　③54　④1.4　温度影响光合作用中酶的活性（暗反应的酶活性）
归纳与迁移
　　植物在进行光合作用的同时也在进行着呼吸作用，总光合作用（或真正光合作用）是指植物在光照下制造的有机物的总量（吸收的CO2总量）。净光合作用是指在光照下制造的有机物总量（或吸收的CO2总量）中扣除掉在这一段时间中植物进行呼吸作用所消耗的有机物（或释放的CO2）后，净增的有机物的量。
植物光合作用强度的测量指标是光合速率。光合速率通常以每小时每平方分米叶面积吸收CO2的毫克数表示，一般测定光合速率的方法都没有把叶子的呼吸作用考虑在内，所以测定的结果实际上是光合作用减去呼吸作用的差数，叫做表观光合速率或净光合速率。如果我们同时测定其呼吸速率，把它加到净光合速率上去，则得到真光合速率。即，真光合速率=净光合速率+呼吸速率。
要点5　C3植物和C4植物
【例5】 2005广东高考 下列关于C3植物和C4植物代谢和结构特点的描述，正确的是(　　)
A.C4植物维管束鞘细胞中的叶绿体没有基粒
B.C3植物的叶肉细胞和维管束鞘细胞都具有叶绿体
C.CO2都是先与五碳化合物结合，形成三碳化合物
D.CO2都是先与三碳化合物结合，形成四碳化合物
解析：C3植物叶片的解剖结构中无花环型结构，维管束鞘细胞中无叶绿体，暗反应中CO2先和C5结合，形成两个C3化合物；C4植物叶片的解剖结构中维管束鞘细胞膨大，呈花环型结构，维管束鞘细胞中含有无基粒的叶绿体。因为C4植物叶肉细胞中存在PEP物质，所以CO2首先和PEP（C3）结合形成C4，进入维管束鞘细胞之后释放CO2，继续与C5结合形成C3。正是因为PEP对CO2具有很强的亲和力，所以C4植物可以利用低浓度的CO2。
答案：A
归纳与迁移
C3植物 C4植物
CO2的利用率 较低 较高。能把空气中浓度很低的CO2固定下来
光合作用效率 较低 较高
光合作用过程（C3植物的光合作用和C4植物的光合作用在空间上是分开的） C3和C4植物叶肉细胞的叶绿体中 C3植物的暗反应（叶肉细胞） C4植物叶肉细胞的叶绿体
C4植物维管束鞘细胞的叶绿体
C4植物的光合作用
植物类型举例 典型的温带植物、如水稻、小麦、大麦、大豆、烟草、马铃薯等 典型的热带或亚热带植物，如玉米、高粱、甘蔗等
叶片的解剖结构 维管束鞘及周围无“花环型”的解剖结构 维管束鞘及周围有“花环型”的解剖结构
叶绿体类型 只有一种类型的叶绿体，位于叶肉细胞中，有基粒 有两种类型，叶肉细胞的叶绿体有基粒，维管束鞘细胞的叶绿体无基粒
CO2的固定途径 C3循环途径 C3和C4两个循环途径，它们在空间和时间上是分开的
CO2的最初受体 一种五碳糖（C5） 一种三碳化合物（PEP）

汗老师讲方法
光合作用过程中要注意几个方面
（1）色素分子都能吸收光能，但能转化光能的仅是少数叶绿素a分子，它能接受光能后处于激发态，易失去电子而带正电荷，而这种带正电荷的叶绿素分子能从周围分子中夺得电子而恢复原状，水则被分解。叶绿素a分子失去电子后，经传递可将一部分能量转移给ADP+Pi形成ATP，电子最后传递给辅酶Ⅱ（NADP+），并使其带有负电荷而与水光解产生的氢结合形成NADPH，并储存部分能量。辅酶Ⅱ既易与氢结合也易与氢分离。所以辅酶Ⅱ上的氢可以供给暗反应中的三碳化合物作还原剂，这就是光反应产生的[H]。?
(2)暗反应中CO2的固定，即CO2与一分子C5结合形成2分子C3。大部分的三碳化合物经过复杂的变化，又重新形成C5，用于再次固定CO2，所以暗反应每进行一次只能固定一个“C”，要经过6次暗反应过程才能形成一个六碳的葡萄糖分子，即葡萄糖中的C完全来自于CO2。
(3)色素的吸收、传递、转化过程中不需要酶的催化，而ATP的合成、CO2的固定、C3的还原离不开酶的催化。
从宏观上了解植物在一天中光合作用进行的情况，其数值变化与光照强度变化最为密切，同时受到蒸腾作用、矿质元素吸收、CO2浓度变化等因素的影响。中午前后常存在“午休”现象，原因是：第一，水分在中午供应不上，气孔关闭；第二，CO2供应不足；第三，光合产物淀粉来不及分解运走，积累在叶肉细胞的细胞质中，阻碍细胞内CO2的运输。从微观上理解，把握光合作用光反应中两个反应、暗反应中两个反应的详细过程以及特别元素种类、数量的来龙去脉。?
归纳好与光合作用的进行相关的各种因素及其作用，分清光合作用、蒸腾作用、矿质元素吸收、呼吸作用等生理活动之间的不同与联系。抓住光合作用、呼吸作用中元素、化合物之间演变的关系并能准确运算。光合作用对生物的生态系统的存在和发展或演变影响最大、最基本，是生态系统中的能量来源、物质来源。?
要认真分析光合作用效率和光能利用率对农作物产量的影响。光合作用效率提高农作物产量，是在增加其他方面光能利用率的基础上实现的，在光合作用的面积和时间一定时，光合作用效率越高农作物产量越高；光合作用时间的延长和面积的加大，使积累更多有机物的可能性加大，从而使产量增高，这样提高了光能利用率，却不一定能提高光合效率。?
要弄清楚提高光合作用效率的措施在大田和温室中应用的不同。温室中可以用CO2发生器增大CO2浓度，而大田要靠通风来补充二氧化碳；温室可通过提高温度而提高光合作用效率，大田则不行，必需矿质元素的供应以适宜为度。
21世纪教育网 -- 中国最大型、最专业的中小学教育资源门户网站。 版权所有@21世纪教育网