3.5 光合作用将光能转化为化学能 课件（共112张ppt）

光合作用将光能转化为化学能
目
录
壹
光合作用在叶绿体中进行
贰
光反应将光能转化为化学能并产生氧气
叁
碳反应将二氧化碳还原成糖
肆
光合作用受环境因素的影响
异养生物
指的是不能自己合成有机物，必须以外源有机物为食物，通过分解氧化有机物来获取能量的生物。包括动物、一般非化能细菌和真菌。
自养生物
以无机物为营养和可自行制造有机物供自身生长需要的生物。包括多数绿色植物和化学合成细菌，分为化能自养生物和光能自养生物。
化能自养生物，以硝化细菌，硫细菌，铁细菌为代表
光能自养生物，以藻类，苔藓，蕨类，裸子植物，被子植物为代表
光合作用在叶绿体中进行
壹
光合作用
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。将CO2,还原为糖，将H2O中的O氧化为O2。
光合作用和细胞呼吸的能量变化
细胞呼吸是一个放能反应，它将储存在葡萄糖中的化学能释放出来，供细胞利用。
光合作用是一个吸能反应，它利用太阳能将二氧化碳转变为糖，并将能量储存在糖分子内。
也就是说，光合作用是一个将光能转化为化学能的过程。
注意：尽管光合作用从总反应上看好像是细胞呼吸的逆转，但光合作用不是细胞呼吸的逆反应。与细胞呼吸比较，光合作用过程更加复杂，并不像它的反应式所表示的那样
自然界中到处都有二氧化碳、水和阳光，然而，能够利用它们合成有机物的却只有进行光合作用的细胞。光合作用的场所就是叶绿体。
叶绿体如何将光能转化为化学能?又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的?光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢?我们先来分析科学家做过的一些实验。
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，O2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毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。
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。像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。
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气的来源。他们用16O的同位素18O分别标记H2O和CO2,使它们分别变成H218O和C18O2。然后，进行了两组实验:第一组给植物提供H2O和C18O2,第二组给同种植物提供H218O和CO2。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是O2,第二组释放的都是18O2。
1954年，美国科学家阿尔农(D. Arnon)发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。
1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
上述科学家的实验证明了光合作用释放的氧气来自于H2O中的O
所以光合作用的总反应式，若以葡萄糖为产物，应该是每6分子二氧化碳与12分子水发生反应。
例1　下列说法正确的是
A.能合成有机物的生物就是自养生物
B.与光合作用有关的酶分布于叶绿体的类囊体和基质中
C.光合作用是细胞呼吸的逆反应
D.植物细胞都有叶绿体，叶绿素分布于叶绿体的外膜和内膜上
解析　异养生物也能把小分子有机物合成大分子有机物，因此能把无机物合成有机物的生物才是自养生物；光合作用是多个反应的总和，不是细胞呼吸的逆反应；不是所有的植物细胞都有叶绿体，叶绿体中的叶绿素分布于叶绿体的类囊体膜上；与光合作用有关的酶分布于叶绿体的类囊体和基质中，B正确。
B
(1)大多数生物活细胞所需能量最终来源于太阳光能。
(2)光合作用和细胞呼吸的场所不同，都是分许多步骤进行的，不是完全相反的过程。
(3)线粒体内膜是向内腔折叠形成“嵴”来扩大膜面积；叶绿体是形成了类囊体来扩大膜面积。
(4)光合作用释放的氧气全部来源于水。
观察电子显微镜下的叶绿体结构可以看到，叶绿体由双层膜包被，内部有许多基粒。
每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为类囊体。
基粒与基粒之间充满了基质。
每个基粒都含有两个以上的类囊体，多的可达100个以上。叶绿体内有如此众多的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积。据计算1 g菠菜叶片中的类囊体的总面积竟有60 m2左右。
组成类囊体的膜被称为光合膜。叶绿素及其他光合色素存在于光合膜上。
除了与光合作用有关的色素外，光合膜上还分布了可以将光能转化为化学能的多种蛋白质。在类囊体的空腔内含有多种酶，这些酶与H2O的裂解有关。
叶绿体的功能
资料1 1881 年，德国科学家恩格尔曼做了这样的实验:把载有水绵(叶绿体呈螺旋带状分布)和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内，在黑暗中用极细的光
束照射水绵，发现细菌只向叶绿
体被光照射到的部位集中;如果把
装置放在光下，细菌则分布在叶
绿体所有受光的部位。
知临中学 池晨豪
紧接着，他又做了一个实验:用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
资料2 在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。
1.恩格尔曼第一个实验的结论是什么?
氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
2.恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处?
为什么用水绵——水绵的叶绿体呈螺旋式带状便于观察
为什么用好氧细菌——可以确定释放氧气够的部位
为什么在没有空气的环境中——排除了氧气的干扰
为什么在黑暗环境中——排除了光的干扰
为什么用的是极细的光束——使叶绿体上可分为有光和无光部位形成对照实验;还可使叶绿体上分为光多和光少的部位形成对比实验
为什么临时装片要重新暴露在光下——反过来再一次验证实验结论氧是由叶绿体发出的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所
3.在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么?
恩格尔曼的第二个实验得出的结论是：叶绿体主要吸收红光和蓝光用于光合作用,放出氧气。
4.综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能?
恩格尔曼的实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。结合其他的资料，叶绿体是光合作用的场所。
例2　如图为叶绿体结构示意图，下列叙述不正确的是
A.1具有选择透性
B.吸收光能的色素分布在2上
C.与光合作用有关的酶只分布在3中
D.叶绿体具有双层膜
解析　叶绿体是由双层膜构成的，它们具有选择透性；吸收光能的色素分布在类囊体膜上；与光合作用有关的酶分布在基粒上和基质中。
C
对于高等植物来说，叶片是进行光合作用的主要器官。这些植物的叶片多数是绿色的，说明其中有绿色的色素。在玉米地里，有时可以看到叶片中不含绿色色素的白化苗。这样的白化苗，待种子中储存的养分耗尽就会死去。可见，叶片中的色素可能与光能的捕获有关。
光合色素的提取与分离
叶绿体中含有多种色素，这些色素与光合作用有关，被称为光合色素。光合色素是一类脂溶性物质，可以利用脂溶剂将它们从叶绿体中提取出来，并且将它们分离开来，达到观察叶绿体中色素的目的。
目的要求
1.学会提取和分离叶绿体中色素的方法。
2.分离叶绿体中的四种色素。
材料用具
新鲜的绿色叶片(如菠菜叶、刺槐叶)，干燥的定性滤纸，95%的酒精，层析液(乙醚或石油醚等)，二氧化硅，碳酸钙，研钵，小玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管，剪刀，试管，药匙，量筒，天平。
方法步骤
1.将新鲜的菠菜叶(或刺槐叶等)放入40~50 C的烘箱中烘干，粉碎后取2g干粉放入研钵中，加入少许二氧化硅和碳酸钙，再加入2~3 mL 95%的酒精，充分、迅速研磨成匀浆。
2.在一小玻璃漏斗基部放一块单层尼龙布，将研磨液迅速倒入漏斗中。收集滤液到一支试管中，及时用棉塞将试管口塞紧。
3.制备滤纸条。将一张预先干燥过的定性滤纸剪成长10cm、宽1 cm的纸条，在距滤纸条一端1 cm处用铅笔画一条细的横线。
4.点样。用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔画的横线均匀地画出一条细而直的滤液细线。待滤液干后再画一次，共画3~4次。
5.分离叶绿体中的色素。将2 mL层析液沿
试管壁一侧倒入大试管中，将滤纸条(有滤
液细线的一端朝下)略微斜靠着大试.管内壁
的另一侧，轻轻地插入层析液中，但要保
证上面部分干燥。随后用软木塞塞住试管
口。注意，滤纸上的滤液细线要高于层析
液液面
6.观察实验结果。5~10min以后，取出滤纸条。待滤纸条干燥后，观察滤纸条上的色素带。
7.由于接触了层析液等化学药品，因此实验结束后一定要用肥皂将手洗净。
讨论
1.从上到下滤纸条上有几条色素带?每条色素带的宽窄是否相同?
四条色素带，不相同
2.分离得到的色素带分别呈现什么颜色?分别是哪种光合色素?
滤纸条从上到下有四条色素带，分别为胡萝卜素（橙黄色），叶黄素（黄色），叶绿素a（蓝绿色），叶绿素b（黄绿色）
3.本实验成功的关键是什么?
提取色素的过程中，关键是迅速；滤液细线齐、细，颜色深是使实验结果明显清晰的关键；用纸层析法分离色素时，一定要注意滤液细线必须处于层析液的上方
注意事项：
（1）提取色素：
①一般选择新鲜的绿色叶片，因为新鲜绿叶中的叶绿素含量较高
②光合色素是脂溶性色素，用有机溶剂酒精作为提取液，提取时要迅速，尽量缩短时间，同时提取液药用胶塞塞好，以防其挥发。
③利用二氧化硅硬度较大的特点，可增加研磨的摩擦力，加快研磨的速度。
④叶绿素是一种容易被破坏的物质，需要用碳酸钙来防止叶绿素被破坏。
⑤把绿叶剪碎的目的也是为了加快研磨速度。
（2）画滤液细线：滤液细线必须待第一次完全干燥后才能画第二遍，画线可以重复多次，画滤液细线要齐，细，颜色深。
（3）用纸层析法分离色素：
①特别要注意滤液细线要处于层析液的上方，否则光合色素会溶解在层析液里面，而不会沿着层析液向上扩散，分离，从而导致实验效果极差或者实验失败。
②层析液是石油醚，丙酮，苯等有机溶剂的混合液，具有挥发性且有毒，注意密闭
（4）滤纸的提前处理
①滤纸预先干燥处理使层析液在滤纸条上的扩散速度快
②滤纸两端剪去细线，防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快
滤纸条上色素的分布和对光的吸收
例3　(2018·浙江学军中学模拟)为研究高光强对
移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶
绿体色素，用石油醚进行纸层析，如图为滤纸层
析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙
述正确的是
A.强光下的幼苗相比正常光照下的绿色更深
B.强光照可能抑制叶绿素的合成促进类胡萝卜素的合成
C.四种色素在层析液中溶解度大小是I<Ⅱ<Ⅲ<Ⅳ
D.色素分离过程中如果滤液线触及石油醚，会缩短得、到四条色素带的时间

B
解析　根据题图来看：强光照和正常光照相比，明显叶绿素含量降低，类胡萝卜素含量增加，可见强光照可抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成，A错误、B正确；
四种色素在层析液中溶解度大小是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ，C错误；
色素分离过程中如果滤液线触及石油醚，色素会溶解在层析液中，D错误。
例4(2018·绍兴模拟)如图是利用新鲜菠菜叶进行“光合色素的提取和分离”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
C
解析　提取叶绿体中的色素用的是无水乙醇，如果70%乙醇作为提取液，则各种色素的含量都会减少，可是图示胡萝卜素和叶黄素含量都不低，A错误；
如果研磨时未加SiO2，那么各种色素的含量都会减少，与图示不符，B错误；
图示叶绿素a和叶绿素b含量相对较少，产生此结果最可能是研磨时未加入CaCO3，导致部分叶绿素被破坏，C正确；
若分离时层析液液面高于滤液细线，色素就会溶解在层析液中，就不会得到色素带，D错误。
绿叶中色素的提取和分离实验的异常现象分析
(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析
①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
(2)滤纸条色素带重叠：滤液细线画的过粗。
(3)滤纸条看不见色素带
①忘记画滤液细线。
②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
通过以上实验，我们知道在叶绿体中含有四种不同颜色的光合色素，即叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素。
这四种色素在叶肉细胞中的含量是不同的，有些色素的含量会随着季节或者生理特性的变化而发生变化。
关于树叶中的色素变化
早春，初发育的嫩叶合成的叶绿素较少，叶绿素的绿色不足以遮盖黄色色素的颜色，叶片呈现出嫩绿色。
盛夏，处于旺盛生长阶段的植物合成叶绿素的能力增加，叶绿素增多，其颜色遮盖了黄色色素的颜色，叶片变绿。
深秋气候变冷，太阳的光照量减少，叶绿素的合成速度变慢或停止，原有的叶绿素被破坏，叶黄素或者胡萝卜素的颜色就显露出来，叶片变黄。
当然，不是所有植物的叶片都符合上述变化规律。例如，枫叶是由绿先变红再变黄，红苋菜的叶是红的，因为在这类植物叶片中除了叶绿素和类胡萝卜素外，其液泡中还含有大量水溶性的色素，如花青素。
影响叶绿素合成三大因素
（1）光照：是影响叶绿素合成的主要因素，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄
（2）温度：温度可以影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成
（3）必需元素：叶绿素中含Mg等必需元素，缺乏Mg将导致叶绿素无法合成，叶片发黄
叶绿体中的色素与吸收光谱
(1)叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。
(2)叶绿素对红光和蓝紫光的吸收
量大，类胡萝卜素对蓝紫光吸收
量大，对其他可见光并非不吸收，
只是吸收量较少。
光合色素的作用
在光合作用中，光合色素的作用是吸收可见光，将光能转化为化学能，用于有机物的合成。
光合色素的异同
叶绿体的色素在功能上是有差异的，除了少数特殊状态的叶绿素a外，全部的类胡萝卜素、叶绿素b和大多数的叶绿素a，都具有吸收和传递光能的功能，而少数特殊状态的叶绿素a，则具有吸收和转化光能的作用。
例5　如图为用分光光度计测定叶片中两类色素吸收不同波长光波的曲线图，请判定A和B分别为何种色素
A.叶绿素、类胡萝卜素
B.类胡萝卜素、叶绿素
C.叶黄素、叶绿素a
D.叶绿素a、叶绿素b
解析　叶绿素能吸收短波的蓝紫光和长波的红光，类胡萝卜素主要吸收短波的蓝紫光。
A
例6　下列关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是
A.叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中
B.构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
C.通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D.黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的
C
解析　叶绿体中的色素能够溶解在包括乙醇在内的有机溶剂中，A正确；
镁作为细胞中的无机盐，可以由植物的根从土壤中吸收，进而参与叶绿素的合成，B正确；
一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光，可见光不包括红外光和紫外光，C错误；
叶绿素的合成需要光，黑暗中生长的植物幼苗，因没有光照而导致叶绿素合成受阻，使类胡萝卜素的颜色显现出来，因而叶片呈黄色，D正确。
类囊体
双层膜
蓝绿色
黄绿色
橙黄色
黄色
1.关于下列生物的叙述，正确的是
A.自养生物都是真核生物
B.异养生物都是动物
C.能进行细胞呼吸的生物是异养生物
D.能进行光合作用的生物是自养生物
解析　自养生物不都是真核生物，如蓝细菌；异养生物不都是动物，如酵母菌；自养生物和异养生物都能进行细胞呼吸；能进行光合作用的生物是自养生物。

D
2.下列关于叶绿体基粒的说法中，正确的一组是
①每个叶绿体基粒含有几个到几十个类囊体　②基粒的膜上有进行光合作用的色素　③基粒附着在内膜的突起——嵴上　④光合作用有关的酶全都分布在基粒上
A.①② B.③④ C.①③ D.②④
解析　叶绿体中的基粒是由几个或几十个类囊体堆叠形成的结构；光合作用有关的酶不仅分布在基粒上，而且还分布在叶绿体基质中。
A
3.关于叶绿素提取的叙述，错误的是
A.菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料
B.加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏
C.用乙醇提取的叶绿体色素中无胡萝卜素
D.研磨时加入石英砂可使叶片研磨更充分
解析　叶绿体中的四种色素包括胡萝卜素，均溶于无水乙醇，C项错误；菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料，研磨时加入SiO2(石英砂)可使叶片研磨更充分；加入少许CaCO3避免叶绿素被破坏。

C
4.在“光合色素的提取与分离”实验中，正确的操作顺序应该是
A.进行纸层析——制取滤液——在滤纸条上画线——将实验材料研磨
B.制取滤液——进行纸层析——在滤纸条上画线——取滤液——再画线
C.将实验材料剪碎、研磨——在滤纸条上画线——制取滤液——进行纸层析
D.将实验材料剪碎、研磨——制取滤液——在滤纸条上画线——进行纸层析
D
解析　首先应是提取色素，排除A项；
制备滤液时，需要先将实验材料剪碎、研磨，故答案为D。
5.下面是“绿叶中色素的提取和分离”实验的部分材料和用具。据图回答：




(1)图中步骤①加入研钵内的物质为：A_____________10 mL，作用是________；B_________少许，作用是使研磨充分；C________少许，作用是_________________。
95%的乙醇
溶解色素
二氧化硅
碳酸钙
防止色素被破坏
解析　研磨时需要加入3种物质：10 mL 95%的乙醇，作用是溶解色素；二氧化硅可以增大摩擦力，使细胞和叶绿体破碎以便充分研磨；细胞研磨破碎后，会溢出有机酸，为防止叶绿素被破坏，研磨时需要加入少许碳酸钙来中和有机酸。
(2)图中步骤②将研磨液倒入漏斗中，漏斗基部放有____________。
解析　过滤研磨液时，漏斗基部通常使用单层尼龙布而不能用滤纸，因为色素可吸附在滤纸上。
单层尼龙布
(3)图中步骤③剪去两角的作用是______________________，画滤液细线的要求是____________。
解析　剪去滤纸两角的作用是防止两边色素扩散过快。画滤液细线的要求是细、齐、直。
防止色素带扩散不整齐
细、直、齐
(4)图中步骤④中加盖的目的是________________；色素带最宽的是_______，扩散速度最快的是__________。
解析　4种色素在层析液中溶解度不同导致各种色素在滤纸条上的扩散速度不同，从而达到分离色素的目的。由于层析液有毒，且可以挥发，所以要加盖。色素带的宽度不同是由各种色素含量不同造成的，且色素的含量越多，色素带越宽。一般植物叶片中叶绿素a含量最多，所以叶绿素a的色素带最宽。
防止层析液挥发
叶绿素a
胡萝卜素
光反应将光能转化为化学能并产生氧气
贰
知临中学 池晨豪
光合作用分两个阶段进行。第一阶段是直接需要光的，称为光反应;第二阶段不需要光直接参加，是二氧化碳转变成糖的过程，称为碳反应，也称暗反应。光合作用中光反应和碳反应的关系如图所示。
光反应阶段
光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。
场所：类囊体膜（光合膜）
条件：光，色素，酶，水
过程：利用光能使水裂解产生O2，同时产生ATP和NADPH
生成物:O2、NADPH、ATP
概括的讲，光反应中发生的变化主要有三个：
①光能被吸收并转化为ATP和NADPH中的化学能
②水在光下裂解为H+、O2和电子。
③水中的氢（H++e-）在光下将NADP+（氧化型辅酶Ⅱ）还原为NADPH（还原型辅酶Ⅱ）
能量：光能——ATP、NADPH中活跃的化学能
碳反应将二氧化碳还原成糖
叁
暗反应阶段光合作用第二个阶段中的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。
类囊体周围是叶绿体基质，其中有许多
种酶是将二氧化碳还原为糖所必需的。
碳反应在叶绿体基质中进行。二氧化碳
还原为糖的一系列反应称为卡尔文循环。
暗反应阶段
卡尔文循环从1个五碳糖（RUBP）开始。
①在酶的催化作用下，1个CO2分子与五碳糖（RUBP）结合，形成1个六碳分子。
②这个六碳分子随即分解成2个三碳酸分子
（3-磷酸甘油酸）。
③然后，每个三碳酸分子接受来自NADPH
的氢和来自ATP的能量，被还原形成三碳糖。
三碳糖是CO2分子进入卡尔文循环后形成的第一个糖， 是这个循环中的关键步骤，这样光能就转化为糖分子中的化学能了。
在三碳糖形成后，卡尔文循环中的许多反应，都是为了再生五碳糖，以保证此循环不断进行。
每3个二氧化碳分子进入卡尔文循环，就形成6分子的三碳酸分子，这些三碳酸分子都被还原为三碳糖。
其中5个三碳糖分子在卡尔文循环继续进行。另一个三碳糖则离开卡尔文循环，或在叶绿体内被利用，或者运到叶绿体外。
NADPH和ATP在完成了还原反应之后，又回到NADP+和ADP的状态，在光反应中可以重新形成NADPH和ATP。
卡尔文循环虽然不直接需要光，但只有
在有光的条件下才能一轮一轮地循环。
三碳糖的形成标志着光合作用合成糖的
过程已经完成。
在叶绿体内，三碳糖作为原料用于淀粉、
蛋白质和脂质的合成。大部分三碳糖运至
叶绿体外，并且转变成蔗糖，供植物体所
有细胞利用
①在光反应阶段，光能被叶绿体内类囊体膜上的色素捕获后，将水分解为O2和H+等，形成ATP和NADPH，于是光能转化成ATP和NADPH中的不稳定的化学能;
② ATP和NADPH驱动在叶绿体基质中进行的暗反应，将CO2转化为储存稳定化学能的糖类。
可见光反应和暗反应紧密联系，能量转化与物质变化密不可分。光合作用产生的有机物，不仅供植物体自身利用，还养活了包括你我在内的所有异养生物。光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。
光反应与碳反应的比较
比较项目
光反应
碳反应
场所
类囊体膜
叶绿体基质
时间
短促，以微秒计
较缓慢
条件
光、色素、酶、水
多种酶、CO2、NADPH、ATP
过程
利用光能使水光解产生O2，同时产生ATP和NADPH
将CO2还原为糖的一系列反应
物质变化
①水的光解：H2O 2H＋＋2e－＋ O2
②ATP的合成：ADP＋Pi＋能量
ATP
③NADPH的合成：NADP＋＋H＋＋2e－ NADPH
①CO2的固定：CO2＋RuBP 2个三碳酸分子
②三碳酸分子的还原：2个三碳酸分子 2个三碳糖
③RuBP的再生：三碳糖 RuBP
能量
变化
光能―→ATP、NADPH中活跃的化学能
活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能
完成
标志
O2释放、ATP和NADPH的生成
糖类等有机物的生成
联系
光反应能为碳反应提供ATP、NADPH、碳反应为光反应提供ADP、Pi、NADP＋。二者紧密联系，缺一不可
示意图




例1　 (2018·绍兴3月模拟)如图为光合作用的过程示意图，①②表示光合作用的场所，a、b和c表示物质。
请回答下列问题：




(1)①的名称是________，其膜上含镁的色素主要吸收___________光。
解析　 ①中进行的是光反应，场所是类囊体，其膜上含镁的色素是叶绿素，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。

类囊体
红和蓝紫
(2)水在光下裂解，除图中所示的产物外，还有__________，这些物质会被________接受，其在卡尔文循环中将CO2还原为__________________________，此过程中还伴随着_____的贮存。
解析　水的光解产物有氧气、H＋和电子，
H＋和电子会被NADP＋接受，形成
NADPH，其在三碳酸分子还原过程中供
能和作为还原剂，将三碳酸分子还原为三
碳糖磷酸，此过程中还伴随着能量的贮存。
H+和电子
NADP+
糖（或三碳糖或三碳糖磷酸）
能量
(3)在供给C18O2极短时间后，除了糖类物质含有18O以外，从另一种光合产物____中也应当能够检测到18O。
水
对光反应与碳反应的认识
(1)光合作用中光反应和碳反应不是独立的两个阶段，而是息息相关的两个过程，没有光反应，碳反应也无法进行。
(2)光合作用的场所在真核生物中一定为叶绿体，在原核生物中主要为质膜。
(3)碳反应所需要的ATP仅来自光反应，而不能由细胞呼吸提供。
(4)光合作用中，ATP提供能量和磷酸基团；NADPH提供能量和作为还原剂，也是氢的载体，提供氢。
(5)三碳糖或五碳糖(RuBP)组成元素中含有磷。
(6)CO2中的C进入三碳酸分子但不进入RuBP，最后进入三碳糖，RuBP中的C不进入三碳糖，可以通过同位素示踪实验证明。
例2　(2017·浙江超级全能生模拟)下图为类囊体膜的部分结构和生理功能示意图。请据图回答相关问题：






(1)叶绿体内的很多类囊体堆叠起来的结构称为______。
基粒
(2)类囊体膜是植物进行________的场所，其上的色素吸收光能，并将光能转化为________，贮存在NADPH和_____中。
(3)a物质是_____，是水的裂解产物，经过一系列膜蛋白的传递后被NADP＋接受，NADP＋同时还接受1个H＋形成NADPH，NADPH在三碳酸分子的还原过程中提供_________。若撤离光照，短时间内叶绿体中的RuBP含量将_____。
光反应
化学能
ATP
电子
能量和氢
下降
解析　叶绿体内的许多类囊体堆叠起来形成基粒。类囊体膜上的色素能够吸收光能，在光反应阶段水被裂解为H＋、O2、电子，其中H＋、电子将NADP＋还原为NADPH，同时将光能转化为化学能贮存在ATP和NADPH中。在碳反应阶段，NADPH为三碳酸分子的还原提供能量和氢。若在光合作用过程中突然撤离光照，短时间内，三碳酸分子还原产生的RuBP减少，而RuBP与二氧化碳产生三碳酸分子正常进行，则叶绿体中的RuBP含量将下降。
光照和CO2浓度变化对光合作用物质含量变化的影响
项目
光照变强、CO2不变
光照变弱、CO2不变
光照不变、CO2增多
光照不变、CO2减少
三碳酸分子
↓
↑
↑
↓
RuBP
↑
↓
↓
↑
ATP
↑
↓
↓
↑
三碳糖
↑
↓
↑
↓
NADPH
↑
↓
↓
↑
注：此表只是对变化短时间内各物质的相对量的变化作讨论，而不是长时间，其中“↑”代表上升，“↓”代表下降
光合作用受环境因素的影响
肆
光合作用的强弱一般用光合速率表示。
光合速率也称光合强度，是指一定量的植物（如一定叶面积）在单位时间内进行的光合作用，如释放多少氧气，消耗多少二氧化碳。
光合速率受到多种环境因素的影响，其中最重要的因素是光强度、温度和空气中的二氧化碳浓度
表观光合速率与真正光合速率
在光照条件下，人们测得的CO2吸收量是植物从外界环境吸收的CO2总量，称为表观光合速率，又称净光合速率。
真正光合速率是指植物在光照条件下，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，又称总光合速率。
表观光合速率小于真正光合速率。
探究环境因素对光合作用的影响
光合作用受到诸多环境因素的影响。
探究问题
影响光合作用的环境因素有哪些?这些因素又是如何影响光合作用的?
活动提示
1.根据同学们已有的生物学知识和人们的生产、生活经验，以小组为单位，列出影响光合作用的环境因素。
影响光合作用的环境因素_______________________________。
光强度、光的颜色、CO2浓度、温度、矿质因素等
2.在大家列出的影响光合作用的环境因素中，选择其中的一种因素，分析这种因素是如何影响光合作用的，并提出假设。
3.根据假设，设计单因子对照实验方案。
(1) 实验时可供选用的材料用具:黑藻或金鱼藻，水，冰块，碳酸氢钠，精密pH试纸，100 W聚光灯，温度计，大烧杯，不同颜色的玻璃纸。
(2)实验中，可变因素是什么?可变因素是如何变化的?通过什么方法控制可变因素的变化?通过什么方法测量光合作用速率?
(3)进行方案设计
4.根据实验设计方案，设计实验数据记录表。
5.你们组的实验预期是。
6.根据实验设计方案进行实验。
讨论
1.实验结果支持你们组的假设吗?请在班里做具体说明。
2.听了其他组汇报的实验设计方案后，请总结你们组实验设计上的优点和不足。
3.汇总全班各实验组的实验结果，归纳出下列问题的答案。
(1) 哪些环境因素会影响光合作用?
(2) 这些环境因素是如何影响光合作用的?
光强度
原理：光强度通过影响植物的光反应，制约NADPH和ATP的产生，进而影响碳反应
A点：光强度为0，只进行细胞呼吸，CO2的释放速率可代表细胞呼吸速率
A~B段：随光强度增加，光合作
用强度也逐渐增强，但细胞呼吸
强度大于光合作用强度
B点：该点对应的光强度为光补偿点，此时光合作用强度等于细胞呼吸强度。
B~C点：随光强度不断增加，光合作用强度也不断增强，此段光合作用强度大于细胞呼吸强度。
C点：该点对应的光强度（d）为光饱和点，光合作用强度达到最大，C点以后光合作用不再增加
的内部限制因素有色素含量、酶的
数量等，外部因素是CO2浓度，温
度等除光强度以外的其他环境因素。
生产实际应用
①阴雨天，温室大棚种适当提高光强度可以增加光合作用强度
②一般阴生植物的光补偿点和光饱和点均比较低，间作套种时应注意农作物的种类搭配，合理利用光能。
③合理密植，增加光合作用面积
作物同时期播种的叫间作，
不同时期播种的叫套种
温度
原理：温度通过影响与光合作用有关的酶活性影响光合作用。
①O~A点：在A点之前，随着温度升高，光合速率增大
②A点：A点对应的温度为相关酶的最适
温度，光合速率最大
③A点之后：随着温度升高，相关酶活性
下降，光合速率减小，温度过高时光合速
率几乎为0
A
生产实际的应用
①适时播种，保证作物生长所需的温度
②温室栽培作物时，白天适当提高温度，提高净光合速率，夜间适当降温，降低呼吸消耗，保证植物有机物的积累。
温室生产中昼夜温差越大，作物产量越高吗？
白天适当提高温度，可利于提高光合产量，夜晚不进行光合作用，适当的降低温度可降低呼吸速率从而减少有机物消耗，所以适当提高昼夜温差可以提高作物有机物积累量，从而提高作物产量。
但是，昼夜温差并不是越大越好，夜晚温度过低会影响呼吸相关酶的活性， 当呼吸作用被过度抑制时，必将减弱植物根对矿质元素离子的吸收等代谢过程，这对作物生长显然很不利。
CO2
原理：影响碳反应阶段，制约三碳糖的形成。
曲线分析：①走势分析：图1和图2都表示在一定范
围内，表观光合速率随CO2浓度的增大而增大，但
当CO2浓度增大到一定值后，表观光和速率不再继
续增大。
②关键点分析：图1和图2中A点和A'点对应的CO2浓
度均表示真正光合速率等于细胞呼吸速率时候的CO2
浓度即CO2补偿点，图1和图2的B点和B'点对应的
CO2浓度都表示CO2饱和点
生产实际应用
①施用有机肥（微生物在分解有机肥的过程中会有一定量的二氧化碳产生）
②温室栽培作物时，可以适当提升二氧化碳浓度
例3　图甲表示植物光合作用中的光反应，其中数字表示物质，a和b表示结构。图乙为“探究环境因素对光合作用的影响”的实验装置，广口瓶中装有碳酸氢钠溶液以维持溶液中CO2浓度。请回答下列问题(说明：题中“[　]”填数字或字母，“________”填文字)：
(1)叶片中的光合色素存在于图甲中的[　　]__________上。“光合色素的提取与分离”实验中，加入______液使光合色素在滤纸上分离，其中扩散的最快的色素是_________。
解析　叶片中的光合色素存在于图甲中的[b]类囊体膜上。分离光合色素的方法是纸层析法，所用到的液体为层析液。胡萝卜素在层析液中的溶解度最大，扩散速率最快。
b
类囊体膜
层析
胡萝卜素
(2)图甲中，水中的氢转移到[　　]________(物质)中，该物质在卡尔文循环中的作用是______________。
解析　分析图甲可知，①为O2，②为NADPH，③为NADP＋，④为ATP，⑤为ADP。图甲中，水中的氢转移到[②]NADPH中，该物质在卡尔文循环(碳反应)中的作用是提供氢和能量。

②
NADPH
提供氢和能量
(3)某研究小组利用图乙装置探究不同波长的光对黑藻光合作用的影响。光合作用速率常用图甲中[　　]_____的相对释放量表示，其释放量可依据图乙中_____________________估算。
解析　光合作用速率常用图甲中[①]O2的相对释放速率表示。O2不易溶于水，广口瓶内黑藻的光合作用释放O2导致瓶内气体压强增大，将水压入量筒，所以O2的释放量可依据图乙量筒中收集的液体体积估算。
①
氧气
量筒中收集的液体体积
例4　光合作用的正常进行要受多种因素的影响。一个生物兴趣小研究了矿质元素含量、光强度和温度对光合作用的影响，下面是一位同学根据实验结果绘制的一组曲线，你认为不正确的是
A
解析　N是构成酶、叶绿素、ATP、NADPH、核酸等的原料，氮元素是植物光合作用的必需元素，但光合强度不会随叶片中含N量的增大而不断增大。
类囊体膜
水
叶绿体基质
CO2的固定
1.根据对右图的观察，下列判断正确的是
A.①需要NADPH，②不需要ATP
B.①②都不需要NADPH
C.①不需要NADPH，②需要NADPH和ATP
D.①②都需要NADPH和ATP
解析　由题图可知，该过程为光合作用的碳反应过程，①、②分别是指CO2的固定和三碳酸分子的还原，CO2的固定不需要NADPH，但是三碳酸分子的还原需要NADPH和ATP。

C
2.(2018·湖州期中)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、NADP＋、e－
D.氧气、NADPH、ATP
解析　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。

B
3.(2017·台州联考)下图曲线Ⅰ表示最适温度、CO2浓度为0.03%条件下黄豆光合速率与光强度的关系。在y点时改变某环境条件，曲线变为Ⅱ。下列叙述正确的是


A.制约x点光合速率的因素主要是叶绿体中色素的含量
B.制约z点光合速率的因素主要是CO2浓度
C.x点和y点的碳反应速率相同
D.在y点时，升高温度导致曲线由Ⅰ变为Ⅱ
B
解析　在曲线xy段，随光强度增加，植物光合速率增大，因此制约x点光合速率的因素主要是光强度，A项错误；
x点时光合速率小于y点，因此x点的碳反应速率小于y点，C项错误；
曲线Ⅰ是在最适温度条件下得到的实验结果，因此曲线Ⅱ不可能是通过升高温度所致，D项错误。
4.下图所示为叶绿体中色素蛋白等成分在膜上的分布。下列有关叙述正确的是


A.此生物膜为叶绿体内膜
B.产生的ATP可用于植物体的各项生理活动
C.发生的能量转换是：光能→化学能，此化学能可贮存于ATP与NADPH中
D.在图示结构中可完成光反应与碳反应
C
解析　色素存在于叶绿体类囊体膜上，而非叶绿体内膜；光反应产生的ATP只用于碳反应；在类囊体膜上只能进行光合作用的光反应，碳反应需在叶绿体基质中进行。光反应可将光能转化为化学能贮存于ATP和NADPH中，故只有C选项正确。
5.图甲是菠菜叶肉细胞中的叶绿体亚显微结构示意图，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示不同的部位；图乙是光合作用的碳反应过程示意图，其中①②表示物质。请回答下列问题：


(1)利用新鲜菠菜叶片进行“光合色素的提取和分离”活动。在菠菜叶片研磨过程中，加入95%乙醇的作用是____________________；分离色素的过程中，应注意滤纸上的滤液细线要高于________的液面；分离后，在滤纸条上会呈现四条色素带，其中离滤液细线最远的色素是________(填相应的色素名称)。
作为提取色素的溶剂
层析液
胡萝卜素
解析　在提取菠菜叶片色素过程中，加入95%乙醇的作用是溶解色素；分离色素的过程中，应注意滤纸上的滤液细线要高于层析液的液面；分离后，在滤纸条上会呈现四条色素带，从上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。
(2)光合色素存在于图甲的[　　]________中，其中叶绿素主要吸收红光和_____光。图乙过程发生在图甲的[　　]_______中(在[　]内填写图中的相应编号)。
解析　光合色素存在于图甲的[Ⅲ]光合膜中，其中叶绿素主要吸收红光和蓝紫光；图乙过程是光合作用碳反应过程，发生在图甲的[Ⅱ]叶绿体基质中。
Ⅲ
光合膜
蓝紫
Ⅱ
基质
(3)图乙中，物质①是_________________________，该物质在光反应产物______________的作用下形成物质②。若3个CO2分子进入卡尔文循环可形成6个物质②分子，其中有___个物质②分子经过一系列变化再生成RuBP，其余的离开卡尔文循环，可在叶绿体内作为合成______、蛋白质和脂质等大分子物质的原料。
三碳酸分子(3－磷酸甘油酸)　
ATP和NADPH
5
淀粉
解析　图乙中，物质①是由RuBP和CO2形成的三碳酸分子(3－磷酸甘油酸)，其在ATP和NADPH作用下形成物质②三碳糖；6个三碳糖分子有5个经过一系列变化再生成RuBP，1个离开卡尔文循环，在叶绿体内作为合成淀粉、蛋白质、脂质等大分子物质的原料。
感谢观看