第五章細(xì)胞能量的供應(yīng)和利用第4講光合作用一、光合作用1、概念綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過程。【問】只有綠色植物才能進(jìn)行光合作用嗎？進(jìn)行光合作用一定要有葉綠體嗎？不是。原核生物藍(lán)藻，不屬于綠色植物，沒有葉綠體，也能進(jìn)行光合作用。因?yàn)槠浼?xì)胞中含有藻藍(lán)素和葉綠素。2、總反應(yīng)式CO2+H2O（CH2O）O2+光葉綠體+6CO212H2O光葉綠體C6H12O66O2++12H2O填空寫這個(gè)分析用這個(gè)3、過程C5ATPADP+Pi酶2C3CO2（CH2O）多種酶參加反應(yīng)固定O2[H]H2O光解光反應(yīng)階段類囊體薄膜暗反應(yīng)階段葉綠體基質(zhì)還原（1）光反應(yīng)①水的光解2H2O光4[H]+O2②ATP的合成ADP酶ATPPi+能量這個(gè)能量來(lái)自于？能量轉(zhuǎn)化？光能→電能→活躍的化學(xué)能，儲(chǔ)存在ATP和[H]條件：光照、葉綠素、酶光能葉綠體類囊體薄膜實(shí)質(zhì)：將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，并釋放出氧氣（2）暗反應(yīng)（卡爾文循環(huán)）葉綠體基質(zhì)①CO2的固定C5+CO2酶2C3②C3的還原2C3+酶（CH2O）C5[H]、ATPATP酶ADP+Pi+能量能量轉(zhuǎn)化？ATP中活躍的化學(xué)能→（CH2O）中穩(wěn)定的化學(xué)能條件多種酶實(shí)質(zhì)：同化CO2，合成有機(jī)物（有水生成）光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供什么？[H]和ATP暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供什么？ADP、Pi等光反應(yīng)是否一定需要有光條件下才能進(jìn)行？是暗反應(yīng)是否只能在黑暗中進(jìn)行？不是。相反，黑暗條件下，暗反應(yīng)由于缺少[H]和ATP而不能持續(xù)進(jìn)行。那么暗反應(yīng)是否一定要有光呢？也不是。只要有[H]和ATP，無(wú)光也可以進(jìn)行【規(guī)律一】不同條件下，C3、C5、[H]、ATP以及（CH2O）合成量二、光合作用速率（簡(jiǎn)稱光合速率、光合強(qiáng)度）用于表示光合作用的快慢實(shí)際光合速率（真正/總光合速率）凈光合速率（表觀光合速率）1、光合速率凈光合速率=實(shí)際光合速率-呼吸速率（純收入=實(shí)際收入-支出）【判斷】以下表述是“實(shí)際光合速率”還是“凈光合速率”？（1）以O(shè)2為指標(biāo)單位時(shí)間內(nèi)：植物（葉片）產(chǎn)生/制造量植物（葉片）釋放量葉綠體釋放量植物所處密閉環(huán)境中增加量（實(shí)際）（凈）（實(shí)際）（凈）（2）以CO2為指標(biāo)單位時(shí)間內(nèi)：植物（葉片）固定/同化量植物（葉片）吸收的CO2量葉綠體吸收量植物所處密閉環(huán)境中減少量（實(shí)際）（凈）（實(shí)際）（凈）（3）以有機(jī)物（CH2O）為指標(biāo)單位時(shí)間內(nèi)：植物（葉片/葉綠體）產(chǎn)生/制造量植物（葉片）積累量干物質(zhì)增加量（實(shí)際）（凈）（凈）2、影響光合速率的因素（1）光照強(qiáng)度①?gòu)腁~C，隨著光照強(qiáng)度的增大，光合作用速率逐漸增大。

A點(diǎn)（只進(jìn)行呼吸作用）B點(diǎn)（光合=呼吸）C點(diǎn)（光合作用達(dá)到最大）光飽和點(diǎn)②C點(diǎn)以后限制光合作用的因素有？色素量、溫度、CO2濃度③如果適當(dāng)增大CO2濃度，A、B、C點(diǎn)如何移動(dòng)？A：不動(dòng)B：左C：右上④如果適當(dāng)減小CO2濃度，A、B、C點(diǎn)如何移動(dòng)？A：不動(dòng)B：右C：左下應(yīng)用：農(nóng)作物間作套種，溫室適當(dāng)補(bǔ)光（2）CO2濃度①在一定范圍內(nèi)，光合作用速率隨著二氧化碳濃度增大而增大。A點(diǎn)（只進(jìn)行呼吸作用）B點(diǎn)（光合=呼吸）C點(diǎn)（光合作用達(dá)到最大）②C點(diǎn)以后限制光合作用的因素有？色素量、溫度、光照強(qiáng)度CO2飽和點(diǎn)CO2補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)用：正其行，通其風(fēng)。增施農(nóng)家肥。③適當(dāng)增大光照強(qiáng)度，A、B、C、D點(diǎn)如何移動(dòng)？

A：不動(dòng)B：左C：右上D：右④適當(dāng)減小光照強(qiáng)度，A、B、C、D點(diǎn)如何移動(dòng)？

A：不動(dòng)B：右C：左下D：左CO2濃度過低，無(wú)法進(jìn)行光合作用（3）溫度通過影響酶活性，影響光合速率應(yīng)用：冬天適當(dāng)提高溫度，溫室栽培有時(shí)適當(dāng)降低溫度。白天升溫至光合作用最適溫度，晚上適當(dāng)降溫。【例】如果將溫度由25℃提高到30℃，呼吸作用和光合作用速率怎樣變？（假設(shè)呼吸作用最適溫度為30℃，光合作用最適溫度為25℃）光合減弱，呼吸增強(qiáng)。A：下移B：右C：左下D：左（4）必需元素的供應(yīng)濃度太低，植物生長(zhǎng)不良。濃度太高，滲透失水萎蔫。應(yīng)用：根據(jù)作物的需肥規(guī)律，適時(shí)適量增施肥料。（5）水分水分含量過低，各種代謝變慢。失水導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，CO2供應(yīng)不足。水太多爛根，也不利于光合。應(yīng)用：根據(jù)需水規(guī)律合理灌溉3、多因子分析三、光合作用中元素轉(zhuǎn)移C：CO2→C3→（CH2O）H：H2O→[H]→（CH2O）O：H2O→O2CO2→C3→（CH2O）無(wú)水乙醇1．實(shí)驗(yàn)原理：(1)提取原理：(2)分離原理：

色素能夠溶解在有機(jī)溶劑中，因此可用

提取綠葉中的色素。不同的色素在

中的

不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得快，反之則慢。層析液溶解度四、【實(shí)驗(yàn)】綠葉中色素的提取和分離【判斷】色素提取的原理是：色素在層析液中的溶解度不同？錯(cuò)2.實(shí)驗(yàn)流程：（1）（3）（2）SiO2：使淹沒充分CaCO3：防止色素被破壞細(xì)、齊、直（4）（5）方法：紙層析法【總結(jié)】1、流程提取色素→制備濾紙條→畫濾液細(xì)線→→分離色素→觀察結(jié)果2、注意事項(xiàng)（1）葉片要新鮮，顏色要深綠，含較多色素（2）研磨要迅速、充分。（3）濾液細(xì)線：細(xì)、齊、直（4）濾液細(xì)線不能觸及層析液3、色素的種類及吸收光譜胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b類胡蘿卜素（約1/4）葉綠素（約3/4）綠葉色素主要吸收藍(lán)紫光主要吸收藍(lán)紫光和紅光4、影響葉綠素合成的因素（1）光照：黑暗中不能合成葉綠素（2）溫度（3）必需元素：N、Mg等（還有Fe）五、【實(shí)驗(yàn)】恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)結(jié)論：1、氧是由葉綠體釋放出來(lái)的2、葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所黑暗、無(wú)空氣、極細(xì)的光束照射暴露在光下光合細(xì)菌分布在所有受光部位光合細(xì)菌分布在光束照射到的部位【對(duì)照】照光與不照光對(duì)照；黑暗與完全曝光對(duì)照六、光合作用的發(fā)現(xiàn)過程【實(shí)驗(yàn)】薩克斯的實(shí)驗(yàn)光合作用的產(chǎn)物有淀粉為什么要暗處理？將植物葉片中固有淀粉耗盡【實(shí)驗(yàn)】魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)光合作用釋放的氧氣來(lái)自于H2O還是CO2？結(jié)論：光合作用釋放的氧氣來(lái)自于水例.右圖中a曲線表示在一定光照強(qiáng)度、不同溫度條件下，某植物的光合作用量(單位時(shí)間內(nèi)同化的C02量)；b曲線表示同等條件下的呼吸作用量(單位時(shí)間內(nèi)釋放出C02量)。依據(jù)檢測(cè)結(jié)果，可獲得的結(jié)論是在20℃時(shí)植物的總光合作用速率最高B.在40℃時(shí)，有機(jī)物積累的量呈負(fù)增長(zhǎng)C.在25℃時(shí)植物的凈光合作用量最高D.在20℃與30℃時(shí)，有機(jī)物積累的速度相同B例題：

將某種綠色植物的葉片，放在特定的實(shí)驗(yàn)裝置中。研究在10℃、20℃的溫度條件下，分別置于黑暗和5klx、10klx條件下的光合作用和呼吸作用。結(jié)果如下圖所示(橫坐標(biāo)為時(shí)間，單位：小時(shí))。黑暗5klx、10klx時(shí)間/h時(shí)間/h39對(duì)以上結(jié)果分析正確的是，該葉片(

)A．20℃時(shí)的呼吸速率是10℃時(shí)的4倍B．在10℃、5klx的光照下，每小時(shí)光合作用產(chǎn)生的氧氣量是3mgC．在5klx光照下，10℃時(shí)積累的有機(jī)物比20℃時(shí)少D．在20℃、10klx光照下，每小時(shí)光合作用產(chǎn)生的氧氣量是6mgD黑暗5klx、10klx時(shí)間/h時(shí)間/h組別一二三四溫度/℃27282930暗處理后重量變化/mg-1-2-3-1光照后與暗處理前重量變化比較/mg+1+2+3+1例：將狀況相同的某種綠葉分成四等組，在不同溫度下分別先暗處理1h，再光照1h（各組光照強(qiáng)度相同），測(cè)其重量變化，得到下表的數(shù)據(jù)?？梢缘贸龅恼_結(jié)論是

A．該植物光合作用的最適溫度約是27℃

B．在上述四種溫度下，該植物呼吸作用的最適溫度是29℃

C．27℃和29℃該植物合成有機(jī)物的速率相等

D．30℃下該植物的真正光合速率為2mg/hB某校生物興趣小組以玉米為實(shí)驗(yàn)材料，研究不同條件下光合作用速率和呼吸作用速率，繪制了如甲、乙、丙、丁所示的四幅圖。除哪幅圖外，其余三幅圖中“a”點(diǎn)都可以表示光合作用速率與呼吸作用速率相等（）A某生物興趣小組在密閉玻璃溫室內(nèi)進(jìn)行植物栽培實(shí)驗(yàn)，他們對(duì)溫室內(nèi)CO2含量、O2含量及CO2吸收速率進(jìn)行了24h測(cè)定，得到如圖所示曲線，則以下說法有幾種是正確的（）①c、e兩點(diǎn)的光合速率為零②c、d之間的區(qū)段光合速率大于呼吸速率③de段光合速率小于呼吸速率④進(jìn)行細(xì)胞呼吸的區(qū)段只有ab段和fg段A．1種B．2種C．3種D．4種A六、測(cè)定光合作用的方法實(shí)際光合=凈光合+呼吸1.“半葉法”——測(cè)光合作用有機(jī)物的生產(chǎn)量，即單位時(shí)間、單位葉面積干物質(zhì)的積累數(shù)2.氣體體積變化法——測(cè)光合作用O2產(chǎn)生（或CO2消耗）的體積3.黑白瓶法——測(cè)溶氧量的變化4.小葉片浮起數(shù)量法——定性比較光合作用強(qiáng)度的大小5.紅外線CO2傳感器——測(cè)量裝置中CO2濃度的變化6.氧傳感器——測(cè)量裝置中O2濃度的變化【例1】如圖，將對(duì)稱葉片的一部分（U）遮光，另一部分（V）不遮光，并設(shè)法使兩部分之間的物質(zhì)不發(fā)生轉(zhuǎn)移。用適宜光照射6h后，在U和V的對(duì)應(yīng)部位截取等單位面積的葉片，烘干稱重，分別為Mu和Mv（單位：mg），則該植物葉片實(shí)際光合作用速率為_____________mg/h/單位面積。（MV-MU）/6【例2】在葉柄基部作環(huán)剝處理(僅限制葉片有機(jī)物的輸入和輸出)，于不同時(shí)間分別在同一葉片上陸續(xù)取下面積為1cm2的葉圓片烘干后稱其重量，測(cè)得葉片的葉綠體光合作用速率=(3y一2z—x)／6g·cm-2·h-1(不考慮取葉圓片后對(duì)葉生理活動(dòng)的影響和溫度微小變化對(duì)葉生理活動(dòng)的影響)。則M處的實(shí)驗(yàn)條件是(

)

A．下午4時(shí)后將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置遮光3小時(shí)

B．下午4時(shí)后將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置遮光6小時(shí)C．下午4時(shí)后在陽(yáng)光下照射1小時(shí)

D．晚上8時(shí)后在無(wú)光下放置3小時(shí)A如圖是探究綠色植物光合作用速率的實(shí)驗(yàn)示意圖，裝置中的碳酸氫鈉溶液可維持瓶?jī)?nèi)的二氧化碳濃度，該裝置置于20℃環(huán)境中。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，針筒的讀數(shù)是0.2mL，毛細(xì)管內(nèi)的水滴在位置X。20min后，針筒的容量需要調(diào)至0.6mL的讀數(shù)，才能使水滴仍維持在位置X處。據(jù)此回答下列問題：

（1）若將圖中的碳酸氫鈉溶液換成等量清水，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，20min后，要使水滴維持在位置X處，針筒的容量

（需向左/需向右/不需要）調(diào)節(jié)。（2）若以釋放出的氧氣量來(lái)代表凈光合作用速率，該植物的凈光合作用速率是

mL/h。不需要1.2(mL/h)（3）若將圖中的碳酸氫鈉溶液換成等量濃氫氧化鈉溶液，在20℃、無(wú)光條件下，30min后，針筒的容量需要調(diào)至0.1mL的讀數(shù)，才能使水滴仍維持在X處。則在有光條件下該植物的實(shí)際光合速率是

mL/h。1.4某研究小組從當(dāng)?shù)匾缓吹哪骋簧疃热〉靡煌八畼?，分裝于六對(duì)黑白瓶中，剩余的水樣測(cè)得原初溶解氧的含量為10mg/L，白瓶為透明玻璃瓶，黑瓶為黑布罩住的玻璃瓶。將它們分別置于六種不同的光照條件下，分別在起始和24小時(shí)后以溫克碘量法測(cè)定各組培養(yǎng)瓶中的氧含量，記錄數(shù)據(jù)如下：光照強(qiáng)度（klx）0abcde白瓶溶氧量(mg/L)31016243030黑瓶溶氧量(mg/L)333333（1）黑瓶中溶解氧的含量降低為3mg/L的原因是

；該瓶中所有生物細(xì)胞呼吸消耗的O2量為

mg/L·24h。（2）當(dāng)光照強(qiáng)度為c時(shí)，白瓶中植物光合作用產(chǎn)生的氧氣量為

mg/L·24h。（3）光照強(qiáng)度至少為

（填字母）時(shí)，該水層產(chǎn)氧量才能維持生物正常生活耗氧量所需。黑瓶中植物不能進(jìn)行光合作用產(chǎn)生氧，生物呼吸消耗氧氣721a由于CO2對(duì)紅外線有較強(qiáng)的吸收能力，CO2的多少與紅外線的降低量之間有一線性關(guān)系,因此CO2含量的變化即可靈敏地反映在檢測(cè)儀上，常用紅外線CO2傳感器來(lái)測(cè)量CO2濃度的變化。例5：