1、第第 2 课时课时 光合作用的过程光合作用的过程 学习目标 1.阐明光合作用的过程和实质。2.明确光合作用的物质、能量变化。3.说明影响 光合作用的因素和原理应用。 一一、光合作用的过程光合作用的过程 1.光合作用的主要场所是叶绿体，其结构如下： 2.光合作用的过程 (1)两个阶段 光反应：发生在叶绿体的类囊体膜上，必须在有光的条件下才能进行。类囊体膜上的叶绿 素等光合色素，具有吸收、传递和转换光能的作用。 暗反应：发生在叶绿体的基质中，在有光和无光的条件下都能进行。 (2)变化过程 光反应中的化学反应 a.水的光解：光合色素吸收光能，将水分子裂解成氧和 H ，氧直接以分子形式释放出去，H 则
2、进一步转变成高能态的H。 b.ATP 的合成：在酶的催化下，捕获的光能还用于合成 ATP。 暗反应中的化学反应 a.CO2的固定： 在酶的作用下， 一分子 CO2和一分子五碳化合物结合形成两分子三碳化合物。 b.三碳化合物的还原：在酶的催化下，三碳化合物接受 ATP 释放出来的能量并被H还原。 c.五碳化合物的再生：一些三碳化合物经过复杂的变化，又形成五碳化合物，其可循环往复 地参与暗反应阶段的化学反应。 d.糖类等物质的形成：一些三碳化合物接受能量后被逐步还原形成糖类等物质。 e.ADP 的形成：ATP 被利用后形成 ADP 和 Pi。 3.光合作用的概念：绿色植物通过叶绿体吸收光能，将 C
3、O2和 H2O 合成为有机物并释放出 O2，同时也将光能转化为化学能储存在有机物中的过程。 4.光合作用的总反应式 CO2H2O 光能 叶绿体(CH2O)O2。 1.分析叶绿体的结构，回答下列问题： (1)与光合作用有关的酶分布在何处？ 答案 与光合作用有关的酶分布在叶绿体的类囊体膜上和叶绿体基质中。 (2)叶绿体增大光合作用面积的方式是什么？ 答案 类囊体叠合成基粒，扩大了膜面积。 (3)为什么说叶绿体是光合作用的主要场所？ 答案 叶绿体是真核生物进行光合作用的场所，但原核生物如蓝藻虽然没有叶绿体，但有叶 绿素和藻蓝素，也可以进行光合作用。 2.如图是光合作用的过程图解，请据图分析： (1)
4、图中各种物质分别是什么？ 答案 叶绿体中的色素；O2；H；ATP；2C3；CO2；(CH2O)。 (2)分析光反应过程 项目 光反应 实质 光能转化为活跃的化学能，并释放 O2 需要条件 外界条件：光照； 内部条件：色素、酶 反应场所 叶绿体的类囊体膜上 物质变化 水的光解：水分解成H和 O2 ATP 的合成：在相关酶的作用下，ADP 和 Pi 形成 ATP 能量变化 光能ATP 中活跃的化学能 相应产物 O2、ATP 和H (3)分析暗反应过程 项目 暗反应 实质 同化 CO2形成有机物 需要条件 不需要光照； 内部条件：酶 反应场所 叶绿体的基质中 物质变化 CO2的固定：CO2C52C3
5、 C3的还原：2C3(CH2O)C5 能量变化 ATP 中活跃的化学能有机物中稳定的化学能 相应产物 糖类等物质 (4)光反应和暗反应间有何联系？ 答案 物质联系：光反应为暗反应的顺利进行准备了H和 ATP，暗反应为光反应提供 ADP 和 Pi。 能量联系：光反应中光能转化为活跃的化学能，暗反应中活跃的化学能再转化为有机物中稳 定的化学能。 关键点拨 (1)叶绿体的内膜既不参与光反应，也不参与暗反应。 (2)叶绿体中的 ADP 和 ATP 移动的方向不同。 ADP 的移动方向：叶绿体基质类囊体膜； ATP 的移动方向：类囊体膜叶绿体基质。 (3)光反应阶段必须是在有光条件下进行，而暗反应阶段有
6、光无光都能进行，但需光反应提供 H和 ATP，故暗反应不能长期在无光环境中进行。 (4)在自然条件下，光反应阶段和暗反应阶段同时进行，不分先后。 1.如图为叶绿体的结构与功能示意图，下列说法错误的是( ) A.结构 A 中的能量变化是光能转变为 ATP 中的化学能 B.供给 14CO 2，放射性出现的顺序为 CO2C3甲 C.结构 A 释放的氧气可进入线粒体中 D.叶绿体中的色素主要分布于类囊体腔中 答案 D 解析 叶绿体中的色素主要分布于类囊体膜上。 2.如图为绿色植物光合作用过程示意图(物质转换用实线表示， 能量传递用虚线表示， 图中 a f 为物质，为反应过程)。下列判断错误的是( )
7、A.图中 a 物质主要吸收红光和蓝光，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能储存在 c 中 B.图中表示水分的吸收，表示水的光解 C.图中的表示 C3的还原，该过程伴有能量的变化 D.在 f 物质供应充足时，突然停止光照，C3的含量将迅速下降 答案 D 一题多变 (1)色素分子需要在哪些过程发挥作用(答图中序号)？为什么？ 答案 。色素分子吸收光能用于水的光解，产生 ATP、H和 O2。 (2)用同位素 18O 标记图中的 H 2O, 18O 首先出现在图中的哪些物质中(答图中序号)? 答案 b。图中 b 表示 O2，H218O 光解产生H和 18O 2。 规律方法 当光照、CO2浓度变化时
8、，细胞中 C3、C5的变化规律 (1)理论依据：细胞中 C3的含量取决于 C3的生成速率和 C3的消耗速率。C3的生成通过 CO2 的固定实现，C3的消耗通过 C3的还原实现，如下图所示： 由 C5CO22C3可知，细胞中 C3、C5的含量变化相反。 (2)实例分析 外界条件突然变化 分析 结果 光照 强弱 光反应减弱，H和 ATP 减 少，C3还原减弱，C3消耗减 少，C5产生减少 C3含量增多， C5含量减少 弱强 光反应增强，H和 ATP 增 多，C3还原增强，C3消耗增 C3含量减少， C5含量增多 多，C5产生增多 CO2浓度 高低 CO2固定减弱，C3产生减少， C5消耗减少 C3
9、含量减少， C5含量增多 低高 CO2固定增强，C3产生增多， C5消耗增多 C3含量增多， C5含量减少 二二、影响光合作用的环境因素及原理应用影响光合作用的环境因素及原理应用 1.光照强度对光合作用的影响 (1)光照强度比较弱时，光合速率很低。 (2)光照增强，光合速率相应地变大。 (3)当光照强度超过某一定值时，再增大光照强度，光合速率不再增加。 2.CO2浓度对光合作用的影响 (1)CO2是光合作用的原料之一。 (2)在一定范围内，植物光合速率随着 CO2浓度的上升而增加。 (3)当 CO2浓度达到某一定值后，再增加 CO2浓度，光合速率不再增加。 3.温度对光合作用的影响 (1)温度
10、影响酶活性。 (2)低温下植物光合速率变低的原因主要是酶活性降低。 (3)高温下光合速率变低的原因主要是高温使植物失水过多，影响气孔的开闭，减少了 CO2 进入细胞的量。 4.水和营养元素对光合作用的影响 (1)水是光合作用的原料，能直接影响植物光合速率。 (2)营养元素能间接影响植物光合速率。 5.光合作用原理的应用 采用套种方法，可增加光照面积；采用轮作的方法，可以延长光照时间。 试根据环境因素对光合作用影响的数学模型进行分析。 1.光照强度对光合作用的影响 (1)A 点对应的光照强度是光合作用的临界值，低于此值，光合作用不能进行。 (2)AB 段表明，随光照强度增大，光合速率也增加。 (
11、3)B 点对应的光照强度，是光合速率最大时的最小光照强度，也称为光饱和点。 (4)B 点以后，光合速率不再随光照强度增大而增加，其主要的限制因素是 CO2浓度。 2.CO2浓度对光合作用的影响 (1)A 点对应的 CO2浓度是光合作用的临界值，低于此值，光合作用不能进行。 (2)AB 段表明，光合速率随 CO2浓度的增大而增加。 (3)B 点对应的 CO2浓度，是光合速率最大时的最小 CO2浓度，也称为 CO2饱和点。 (4)B 点以后，光合速率不再随 CO2浓度增大而增加，其主要限制因素是光照强度。 3.温度对光合作用的影响 (1)温度直接影响光合作用中有关酶的活性，对光合作用的影响很大。低
12、温时，植物酶促反应 速率下降，限制了光合作用的进行；高温时，叶绿体和细胞质的结构会遭到破坏，叶绿体中 的酶发生钝化、变性甚至遭到破坏。 (2)低温会影响光合酶的活性，植物净光合速率较低；较高温度使呼吸作用加强，净光合速率 下降。 4.矿质元素对光合作用的影响 (1)矿质元素对光合作用影响的数学模型及其分析： N 是各种酶以及 ATP 等的重要组成成分。 P 是 ATP 的重要组成成分。 Mg 是叶绿素的重要组成成分。 K 对光合产物的运输和转化起促进作用。 (2)矿质元素对光合作用的影响规律：在一定范围内，矿质元素增多，光合速率加快；超过一 定浓度，光合速率不再增强，甚至由于渗透失水反而使光合
13、速率下降。 5.水对光合作用的影响 缺水时气孔关闭，影响 CO2进入叶肉细胞；缺水，叶片淀粉水解减弱，糖类堆积，光合产物 输出缓慢。 因此， 植物体水分减少会使光合速率下降。 合理浇灌是提高光合速率的有效措施。 6.多因子对光合速率的影响 科学家研究 CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合速率的影响，得到实验结果如图，请 据图分析： (1)光照强度为 a 时，曲线和重合说明什么？此时造成曲线和光合速率差异的原因是 什么？ 答案 光照强度为 a 时，曲线和重合说明温度不是限制因素，光照强度才是限制因素。 此时造成曲线和光合速率差异的原因是 CO2浓度不同。 (2)光照强度为 b 时，造成曲线和
14、光合速率差异的原因是什么？ 答案 温度的不同。 (3)光照强度为 c 时，每条曲线都呈现水平状态，说明什么？ 答案 此时每条曲线都达到了光饱和点，光合速率不再上升。 7.将下列生产实例和利用的光合作用原理连接起来 归纳提升 植物在进行光合作用的同时也在进行细胞呼吸， 人们用下面的曲线来表示光照强 度和光合作用强度之间的关系： A 点 光照强度为 0，此时只进行细胞呼吸；A 点的 CO2释放量表示细胞呼吸速率 AB 段 开始进行光合作用，随光照强度的增强，光合作用强度也增强，但光合作用 强度小于细胞呼吸强度 B 点 光合作用强度细胞呼吸强度(细胞呼吸释放的 CO2全部用于光合作用)， 此 时光照
15、强度称为光补偿点 BC 段 随光照强度的增强，光合作用强度不断增强 C 点 光照强度增强， 光合作用强度基本不变， 此时光照强度 C点称为光饱和点， C 点的 CO2吸收量表示净光合作用速率 3.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( ) 答案 D 解析 温度会通过影响光合作用中酶的活性来影响光合作用，高温使酶失活而导致光合作用 强度下降，所以 D 选项应该是一条先升高后下降的曲线。 4.如图曲线表示黄豆在最适温度、 CO2浓度为 0.03%的环境中光合作用速率与光照强度的关 系。在 y 点时改变某条件，结果发生了如图曲线的变化。下列分析合理的是( ) A.与 y 点相比
16、较，x 点时叶绿体中 C3含量低 B.在 y 点时，适当升高温度可导致曲线由变为 C.制约 x 点时的光合作用因素主要是叶绿体中色素的含量 D.制约 z 点时的光合作用因素可能是二氧化碳浓度 答案 D 解析 与 x 点相比较，y 点光照强度更大，产生的H和 ATP 更多，被还原的 C3就多，所以 y 点时 C3含量要低于 x 点；在 y 点时适当降低或升高温度都会导致光合速率降低，因为此时 已经是最适温度；制约 x 点时的光合作用因素为光照强度；制约 z 点时的光合作用因素可能 是二氧化碳的浓度太低，抑制了暗反应的进行，进而影响了光合作用速率。 方法技巧 多因子对光合速率的影响 (1)P 点理
17、解：此点之前，限制光合速率的因素为横坐标所表示的因子，随着该因子的不断加 强，光合速率不断提高。 (2)Q 点理解：此点时，横坐标所表示的因子，不再是影响光合速率的因子，影响因素为坐标 图中三条曲线所表示出的因子。 1.下列叙述，正确的打“”，错误的打“”。 (1)光反应的场所是叶绿体中的类囊体膜，光反应产生的 O2、ATP 和H都用于暗反应( ) (2)暗反应包括 CO2的固定和 C3的还原，两个阶段都在叶绿体基质中进行( ) (3)整个光合作用过程中，能量的转化是：光能ATP 中活跃的化学能有机物中稳定的化学 能( ) (4)光合作用释放的 O2都来自水( ) (5)光照强度影响光合作用但
18、光质不影响( ) (6)温度只影响暗反应过程，因为只有暗反应需要酶的催化( ) (7)CO2浓度是通过影响暗反应过程来影响光合作用的( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 2.以下反应过程在叶绿体基质中完成的变化有( ) H2OHO2 ATPADPPi能量 2C3(CH2O)C5 CO2C52C3 A. B. C. D. 答案 C 解析 叶绿体基质中完成的是暗反应，有。 3.一种在叶绿体内与光合作用有关的酶，其活性受到 pH 及镁离子浓度的影响，如图所示。据 图分析，试推测与夜晚相比，叶绿体内的 pH 及镁离子浓度在白天最可能发生下列哪一种变 化( ) A.pH
19、不变，镁离子浓度不变 B.pH 下降，镁离子浓度下降 C.pH 下降，镁离子浓度上升 D.pH 上升，镁离子浓度上升 答案 D 解析 植物在白天光合作用旺盛，说明相关酶的催化活性较高，故 pH 上升，镁离子浓度上 升。 4.下图是某种细菌内发生的生化反应，据此判断其新陈代谢类型是( ) A.自养厌氧型 B.异养厌氧型 C.自养需氧型 D.异养需氧型 答案 C 解析 通过上述图示可以看出该过程需要氧气，同时能将水和二氧化碳合成为有机物，所以 该生物为自养需氧型生物。 5.下图表示光合作用过程的部分图解，请据图分析完成下列问题： (1)图示表示光合作用的_过程，其中 B 表示_。 (2)图示过程中
20、，能量变化是_。 (3)如果用含 14C 的 CO 2来追踪小麦光合作用过程中碳原子的转移途径，则 14C 首先出现在 _中。 (4)叶绿体是进行光合作用的场所，在充足的光照条件下，ADP 在叶绿体内的移动方向是 _；如果将此植物由光照充足的条件下移至阴暗处，则H 在叶绿体中的含量将_。 答案 (1)暗反应 C3的还原 (2)ATP 中活跃的化学能转变成有机物中稳定的化学能 (3)C3 (4)从叶绿体基质到类囊体膜 减少 解析 题图表示光合作用的暗反应过程，B 表示 C3的还原。CO2进入叶绿体后，先被 C5固 定成 C3，C3被H还原后生成葡萄糖，因此，碳的转移途径应是 CO2C3葡萄糖。ADP 要 到类囊体膜上参与光反应转化成 ATP。光反应需要光照，移至阴暗处后，光照强度降低，光 反应减弱，所以H减少。