2023屆新高考生物沖刺精準復(fù)習(xí)：光合作用的原理、影響因素及其應(yīng)用

2023屆新高考生物沖刺精準復(fù)習(xí)

光合作用的原理、影響因素及其應(yīng)用

1.說明植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化

［麗碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)樘桥c氧氣的過程中，轉(zhuǎn)化并儲存為糖分子中的化學(xué)能

要求］2.探究光照強度、CO2濃度對光合作用強度的影響；關(guān)注光合作用和

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活的聯(lián)系

1.光合作用的過程（示意圖）及場所

2.光反應(yīng)的物質(zhì)變化和能量變化；暗反應(yīng)的物質(zhì)變化和能量變化；

3.光照環(huán)境下，CO2下降，c5.Q的變化；CO2不變，光照強度增加，C5,C3的變化；

說明光反應(yīng)與暗反應(yīng)的聯(lián)系；

4.舉例說明影響光合作用的內(nèi)部因素有哪些？在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活有哪些應(yīng)用？

5.舉例說明影響光合作用的環(huán)境因素有哪些？在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活有哪些應(yīng)用？

光照強度一

二氧化碳濃度—

溫度-

影響

水分一瓶

作用

礦質(zhì)元素—

的因

多因子影響一素及

應(yīng)用

遺傳特性:陽生、陽生一

葉齡、葉綠素、酶的數(shù)量一一內(nèi)因一

葉?樹嬲」

光合速率的測定

化能合成作用

光合作用

指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量

的有機物，并且釋放出氧氣的過程。

CO2+H2o^r(CH2O)+O2

?葉綠體是如何將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能？

?又是如何將化學(xué)能儲存在糖類等有機物中的？

?光合作用釋放的氧氣，是來自原料中的水還是二氧化碳呢?

科學(xué)界普遍認為，在光合作用中，CO2分子的C和。被分開，。2被釋放，

19世紀末

C與電0結(jié)合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甲醛對植物有毒害作用，且甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成

1928年

糖

在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有電0,沒

1937年希爾

有C()2),在光照下可以釋放出氧氣

1941年用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來源，H0+C02T植

魯賓.卡門物為0+6802T植物一。2，得出光合作用釋放的氧全部來自水

1954年阿爾農(nóng)在光照下，葉綠體可合成ATP,這一過程總是與水的光解相伴隨

20世紀40年代用小球藻通過同位素研究光合作用的暗反應(yīng)。發(fā)現(xiàn)了C3等一系列中間

卡爾文產(chǎn)物，闡明了暗反應(yīng)階段的反應(yīng)過程——卡爾文循環(huán)。

資料1:1937年，英國植物學(xué)家希爾將植物細胞破碎，獲得離體葉綠體。發(fā)現(xiàn)，在光

照下，在離體葉綠體的懸浮液中加入足量的鐵鹽或其他氧化劑（懸浮液中有匕0,沒

有CO?），離體葉綠體雖然不能合成有機物，但Fe3+被還原為Fe2+,同時離體的葉綠

體釋放出像這樣，離體葉綠體在適當條件下發(fā)生水的光解、產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反

應(yīng)稱作希爾反應(yīng)。

希爾的實驗是否說明水的光解與糖類的合成不是同一個化學(xué)反應(yīng)？

能，因為懸浮液中沒有C02,糖類合成時需要C02中的碳元素。

希爾反應(yīng)是否說明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素全都來自水？

不能，反應(yīng)體系中可以還存在其他氧元素供體。

桀索光合作用原理的部分實驗

資料2:1941年，為了確定光合作用釋放的。2的來源，美國科學(xué)家魯賓和卡門用

18。作為標記物，制備出出18。和0802。

co2魯賓和卡門的實驗說明？

植物光合作用產(chǎn)生的

氧氣中全部都來自水。

―光照射下的

小球藻懸液同位素標記方法

即80對比實驗的方法

資料3:1954年,美國科學(xué)家阿爾農(nóng)（D.Arnon）發(fā)現(xiàn),在光照下，葉綠體可合

成ATP。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。

一、探索光合作用原理的部分實驗

資料4:20世紀50年代，美國生物化學(xué)家卡爾文開始用小球藻懸液研究光合作用的暗反

應(yīng)?？栁慕o小球藻提供持續(xù)的光照和CO?,一段時間后，加入放射性同位素標記的

1482,在不同時段（間隔3s、5s、10s等）內(nèi)將細胞懸液迅速傾入煮沸的乙醇中以殺

死細胞，使酶失活。最后，使用雙相紙電泳和放射自顯影分離等方法分析產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)了

C3等一系列中間產(chǎn)物，最終闡明了暗反應(yīng)階段的反應(yīng)過程——卡爾文循環(huán)。

14co2-一（14cH2。）

注意：C3是指3-磷酸甘油酸；C5是指RuBP

光合作用的產(chǎn)物有一部分是淀粉，還有一部分是蔗糖。

蔗糖可以進入篩管，再通過韌皮部運輸?shù)街仓旮魈帯?/p>

（取0）一蔗糖

對傳練習(xí)

卡爾文因發(fā)現(xiàn)光合作用合成己精（葡蕾糖）反應(yīng)中CO2的固定途徑獲得諾貝爾獎。

卡爾文將14co2注入小球藻懸浮液，給予實例置不同時間（0<G<12Vt3V

t4<t5）的光謔，分析14co2去向，結(jié)果見下表，據(jù)表分析正確的是（C）

光照時間0「213「5

分離出的放射性化合物無①①②①②③①②③④⑤①②③④⑤⑥

注：表中①?⑥依次代表3-磷酸甘油酸、1,3-二磷酸甘油酸、3-磷酸甘油醛、己

糖、C5.淀粉

A不同時間的產(chǎn)物為本實驗的自變量

B.J時，①中的3個碳原子都具有放射性

Cl4c的轉(zhuǎn)移途徑為14co2一①一②一③一④⑤一⑥

D.只做光照時間為t5的實驗，也能確定出放射性化合物出現(xiàn)的先后順序

2-2C3

「CO2的固定：c+co

暗5

反ATPADP+Pi

應(yīng)03的還原￡3被還原的C3

+

NADPHNADPJ

糖

lC5的再生：被還原的C3一C§

+

〔水的光解：HO光能十1/2O+2H+2e-

22

光反

*rm

+1

=L?

NADPH的形成:NADP*+2H+2e--

」NADPH

應(yīng)

IATP的合成：ADP+Pi+能量國》ATP

基順（低H?濃度）

+系統(tǒng)H細胞色素復(fù)合物光系統(tǒng)INADP*

\4H+［光

2網(wǎng)＞中

NADPH

類囊體腔，高H?濃度

1b

6yz腦可融Calvin

Cycle

?Thylakoid

membraneATP

合酶

基質(zhì)（低H'濃度）

ADP

A

［注意］

⑴術(shù)是所有過程都需要酶

的催化，色素吸收光能不需

要酶的催化。

(2)NADPH的作用：作為

暗反應(yīng)的還原劑；儲備部分

能量供暗反應(yīng)利用

(3)光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP只用

于葉綠體中C3的還原等葉

綠體內(nèi)的生命活動。

光反應(yīng)與暗反應(yīng)的聯(lián)系：

①光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供NADPH、ATP;暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供NADP+、ADP和Pi;

②沒有光反應(yīng)，暗反應(yīng)無法進行；沒有暗反應(yīng)，有機物無法合成。

二、光合作用的過程光合作用反應(yīng)式及元素去向分析

&sa^m

i光能i“

C?+H2O^^(號中？)+6

華+胃0C61p6+6吊+6。2

18

光反應(yīng)H2O——>1802

〔0

元1818

暗反應(yīng)08()2皿?的固匡》c3c3的還壁(CH2O)+H2O

素

去

工氣02蛆氣34的還原AHo)

向c02lrC2

〕

—H20fNADPH一(CH2O)+H2O

二、光合作用的過程環(huán)境改變時各物質(zhì)含量變化

光-I--變--弱---->[H]|.ATP|

變

C/肖耗減少，合成暫不變

弱

ni減弱[―---------------------------->C

消耗暫不變，合成成少「

n暫不變-I~:----------......

-AC5v

◎Q合成減少，消耗暫不變、

供n減弱------------------------------C“

1消耗減少，合成暫不變八

市川物不變

-----------------------------45

減

川隨后減弱

少[H][、ATP1

I暫不變’

對位練習(xí)

1.光合作用通過密切關(guān)聯(lián)的兩大階段一一光反應(yīng)和暗反應(yīng)實現(xiàn)。對于改

變反應(yīng)條件而引起的變化，說法正確的是（）B

A.突然中斷CO2供應(yīng)，會暫時引起葉綠體基質(zhì)中C5/C3的值減小

B.突然中斷CO2供應(yīng)，會暫時引起葉綠體基質(zhì)中ATP/ADP的值增大

C.突然將紅光改變?yōu)榫G光，會暫時引起葉綠體基質(zhì)中C3/C5的值減小

D.突然將綠光改變?yōu)榧t光，會暫時引起葉綠體基質(zhì)中ATP/ADP的值減小

對位練習(xí)

2.下圖是各種環(huán)境因素影響黑藻光合速率變化的示意圖。下列相關(guān)敘述

正確的是

A.若在匕前充CO2，則暗反應(yīng)速率將顯

著提高

B4一，2,光反應(yīng)速率顯著提高而暗反

應(yīng)速率不變

C心f。，葉綠體基質(zhì)中NADPH的消耗

速率提高

D4后短暫時間內(nèi)，葉綠體中C3/C5比值下降注：箭頭所指為處理開始時間

對位練習(xí)_______________________

步步高P74T4.為了探究不同光照處理對植物光合作用的影響，科學(xué)家以生長

狀態(tài)相同的某種植物為材料設(shè)計了A、B、C、D四組實驗。每組處理的總時間

均為135s,處理結(jié)束時測定各組材料中光合作用產(chǎn)物的含量。處理方法和實驗

結(jié)果如下：

A組：先光照后黑暗，時間各為67.5s；光合作用產(chǎn)物的相對含量為50%。

B組：先光照后黑暗，光照和黑暗交替處理，每次光照和黑暗時間各為7.5s；

光合作用產(chǎn)物的相對含量為70%。

C組：先光照后黑暗，光照和黑暗交替處理，每次光照和黑暗時間各為3.75ms

（毫秒）；光合作用產(chǎn)物的相對含量為94%。

D組（對照組）：光照時間為135s；光合作用產(chǎn)物的相對含量為100%。回答下列

問題：

⑴單位光照時間內(nèi)，C組植物合成有機物的量宣王(填“高于”“等于"

或“低于”)D組植物合成有機物的量，依據(jù)是c組只用了D組一半的光照

時間，其光合作用產(chǎn)物的相對含量卻是D組的94%；C組和D組的實驗結(jié)

果可表明光合作用中有些反應(yīng)不需要邢。

⑵比較A、B、C三組處理可以推知，隨著光照和黑暗交替頻率的增加,

使光下產(chǎn)生的ATP和NADPH能夠及時利用與及時再生,從而提高了光合

作用中CO?的同化曼

?光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供的NADPH和ATP在葉綠體基質(zhì)中有少量的積累，在光反應(yīng)停

止時，暗反應(yīng)仍可持續(xù)進行一段時間，有機物還能繼續(xù)合成。

?在總光照時間相同的條件下，光照和黑暗間隔處理比一直連續(xù)光照處理有機物積

累量要多。

對位練習(xí)

2.在光照等適宜條件下，將培養(yǎng)在CO?濃度為現(xiàn)環(huán)境中的某植物迅速轉(zhuǎn)移

到CO2濃度為003%的環(huán)境中，其葉片暗反應(yīng)中C3和C5化合物微摩爾濃度

的變化趨勢如下圖?；卮饐栴}：

(1)圖中物質(zhì)A是一C3化合物(C3化合物、C5化合物)。圖

隹

⑵在82濃度為1%的環(huán)境中，物質(zhì)B的濃度比A的低，原因是量

_暗反應(yīng)諫率在該環(huán)境中派到穩(wěn)定，即C和G化合物含量穩(wěn)定.

根據(jù)暗反應(yīng)的特點，此時Q化合物的分子前呈J化合物的2倍

時間/S

(3)若使該植物繼續(xù)處于CO2濃度為0.。。3%的環(huán)境中，暗反應(yīng)中C3和C5化合物

濃度達到穩(wěn)定時，物質(zhì)A的濃度將比B的(低、高)。

(4)CO2濃度為0.003%時,該植物光合速率最大時所需要的光照強度比CO?濃度為

1%時的低(高、低)，其原因濃度低時，暗反應(yīng)強度低，所需ATP和［H］少

光合作用

二光合用的過程

物

光5文應(yīng)能

質(zhì)

量

變

變

化

化

光合作用概念

模型示意圖

二.光合作用的過程補充：C4途徑

葉肉細胞中的葉綠體有類囊體能進行光反應(yīng)，沒有Rubisco,

不進行暗反應(yīng)。CO?在PEP段化酶的作用下整合到C4化合

物中，隨后進入維管束鞘細胞，維管束鞘細胞的葉綠體沒

有類囊體。有Rubisco。C4化合物釋放CO?參與卡爾文循環(huán),

進而生成有機物。

鞘細胞

葉肉細胞的葉綠體維管束鞘細胞的葉綠體

（有類囊體，沒有Rubisco）（沒有類囊體,有RubisCo）

PEP段化酶被稱為“CO?泵”，它提高了C4植物

co2----7"^C?-----?C,C°2V^2C3NADPH固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有較強光

〔PEP酶/Rubisco\合作用（特別是在高溫、光照強烈、干旱條件下）

9多種酶

磷酸烯醇式能力，并且無光合午休現(xiàn)象。常見植物有玉米、

丙酮酸廠；一丙酮酸\C4

ATP

（PEP）ADP?(CH2O)*^甘蔗、高粱、覺菜等。

+Pi；

二.光合作用的過程補充：CAM途徑

:CAM植物夜間吸進CO2，在猴化酶催;

：化下，CO2與PEP結(jié)合，生成草酰乙酸，;

［進一步還原為蘋果酸儲存在液泡中。!

，從而表現(xiàn)出夜間淀粉減少，蘋果酸增，

:加，細胞液pH下降。［

［白天氣孔又閉，笨果酸需移到細胞面;

，中脫疑，放出C02，進入C3途徑合成淀;

:粉。常見的CAM植物有菠蘿、蘆薈、；

；蘭花、百合、仙人掌等。!

思考：①黑夜，植物能進行卡爾文循環(huán)嗎？②白天，植物進行光合作用

CO2來源？③白天，降低大氣CO2濃度，植物的光合作用怎么變化？

親愛的XXX同學(xué)：

你好！我是一名農(nóng)民，在耕種過程中遇到了一些困惑，希望得到你的幫助：

困惑①：一年中會經(jīng)常碰到光照強度很弱，甚至是陰雨的天氣，這時該怎么做

才能不影響產(chǎn)量呢？

困惑②：我家大棚一直都是施化肥，有人建議增施農(nóng)家肥，這是為什么呢？

困惑③：晴天中午，經(jīng)?？吹接械乃芰洗笈锏谋∧ひ唤菚痪砥穑@是為什么?

困惑④：聽說新疆番茄產(chǎn)量高、個頭大、含有機物也多，要是我家的番茄也能

這樣該多好??？

<A

內(nèi)因：色素、酶的數(shù)量和活性

■

外因：光照、濃度、溫度

光合作用的過程CO+HO-^->(CHO)+OCO2

2222礦質(zhì)元素、水分等

葉綠體

水的光解JC02的固定

IATP的合成1C3的還原

室.影響光合作用的因舞1.內(nèi)部因素

(1)植物自身的遺傳特性，如植物品種不同，以陰生植物、陽生植物為例

光率■陽生植物曲線廠補償點A'A

一,一陰生植物叵7L飽和點B：B

B’解讀

0

光照強度

座此間作套種

(2)植物葉片的葉齡、葉綠素含量、酶的活性和數(shù)量.有機物的輸出情況.氣孔導(dǎo)度等

光合速率［物質(zhì)總光合量

L葉片的有機物輸出越多，其光合速率越

誨吸量快。若將一株植物的果實去除，則去除

的果實越多，其光合速率就越慢

干物質(zhì)量

生產(chǎn)實踐中，可適時噴施植物激素中的

00葉面積指激

A葉齡脫落酸，起到調(diào)節(jié)氣孔開度的作用。

割阻#i月藍的口同-2.光合速率的表示方法

項目表示方法測定方法

凈光合速率單位時間。2的釋放量、光照下測定植物單位時間內(nèi)

（表觀光合速率）單位時間CO?的吸收量、

單位時間有機物的積累量C02吸收量或。2釋放量

單位時間5的產(chǎn)生量、

真正光合速率單位時間CO2的固定量、不能直接測得

（總光合速率）單位時間有機物的制造量

單位時間的釋放量、

CO?黑暗卜測定植物單位時間內(nèi)

呼吸速率單位時間5的吸收量、

單位時間有機物的消耗量CO2釋放量或。2吸收量

注意：葉綠體吸收的CO2#植物體吸收的劣2彳葉肉細胞吸收的

工探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響

【實驗原理】本實驗利用了綠色植物通過葉綠體進行光合作用產(chǎn)生氧氣的原理。

葉片抽氣沉底光合作用產(chǎn)生氧氣排水葉片上浮

觀察同一時間內(nèi)裝置中葉片浮起的數(shù)量，或者浮起相同數(shù)量葉片所需的時間來探

究環(huán)境因素（如光照強度、溫度、C02濃度等）對光合作用強度的影響。

【實驗儀器和試劑】

【實驗步驟】

①取材用打孔器制備30片圓形小葉片

②排氣用注射器抽取葉片內(nèi)的空氣（真空

滲水法）

③沉水放置黑暗處，讓細胞沉入燒杯底部

取只燒杯，分別倒入。緩沖

④分組320mle2

液，放入1。片小葉圓片

⑤光照分別對這三組迸行強、中、弱光的

照射處理

⑥觀察記錄記錄相同時間內(nèi)各組裝置中小圓葉

片上浮的數(shù)量

三、影響光合作用的因素3.探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響

【實驗結(jié)果及結(jié)論】不同光照強度處理下葉片漂起的狀況（室溫：25℃）

臺燈燈泡的功率（W）404040

臺燈與燒杯的距離（cm）102030

5min000

lOmin989

葉片漂起的

15min1099

數(shù)量

20min131010

25min131011

光照強度對光合作用強度有影響在一定的范圍內(nèi),隨著光照強度的不斷增強，光合作用也不斷增強。

光合作用強度不

t當

3近NaHCOs溶液濃度太

國高，使葉片滲透失水,

畫不利于光合作用。

光照強度NaHCC）3溶液濃度

泡明福ii■P4.外因1——光照強度

①光照強度【光照時間、光質(zhì)（光的顏色或光的波長）】

八（限制因冬色素'酶、9濃度'溫度等）光補償點：植物達到光合速率

C02等于呼吸速率時，所對應(yīng)的光

吸收照強度。

量

凈光合

光合作用光飽和點：植物達到最大光合

強度二呼＞速率總（真）速率所需要的最小光照強度

作用強度光合速率

B光飽和點

光照強黃思考：若濃度適當升高，、、

O補償點cCO2BCD

?呼吸速率點將如何移動？

點左移，點右移，點右上移）

A（BCD

CO2A:光合作用為0,只進行呼吸作用

釋放

量（植物體）在B點時，那么它的葉肉細胞的光合作用強度呼吸作用強度。（大于、等于、小于）

三.影響光合作用的因素4.外因1——光照強度

①溫室生產(chǎn)中,適當增強光照強度,以提高光合速率，使作物增產(chǎn)；

②陰生植物的光補償點和光飽和點都較低，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上間作。

③延長光合作用時間，通過輪作或套作。

___________________對傳練習(xí)_______________________

1.2020,全國1卷（3）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)常采用間作（同一生長期內(nèi)，在同一塊農(nóng)田上間隔種植兩種

作物）的方法提高農(nóng)田的光能利用率?，F(xiàn)有4種作物，在正常條件下生長能達到的株高和

光飽和點（光合速率達到最大時所需的光照強度）見下表，從提高光能利用率的角度考慮,

最適合進行間作的兩種作物是馴G。選擇這兩種作物的理由是o

作物ABCD

株高/cm1706559165

光飽和點/umo卜m-2sl12001180560623

作物A光飽和點高且長得高，可利用上層光照進行光合作用；作物C光飽

和點低且長得矮，與作物A間作后，能利用下層的弱光進行光合作用。

步步高P80.T3.下圖甲表示某種植物葉肉細胞光合作用強度與光照強度

的關(guān)系，圖乙表示該植物葉肉細胞的部分結(jié)構(gòu)（圖中M和N代表兩種氣

體）。據(jù)圖判斷，下列說法正確的是（注：不考慮無氧呼吸）

B

A.圖甲中的縱坐標數(shù)值即為圖乙中的in,

B.圖甲中c點時，圖乙中有mi=ni=m4=n4

C.圖甲中e點以后，圖乙中也不再增加，其主要原因是曲值太低

D.圖甲中a、b、c>d、e任意一點，圖乙中都有m]=ni>0,m2=n2>0

對位練習(xí)

步步高P80T5.下圖為CO?吸收量與光照強度關(guān)系的坐標圖，當光合作用相

關(guān)因素改變后，a、b、c點的移動描述不正確的是

co?吸收量

A.若植物體缺M片+,則對應(yīng)的b點將向左移

de

B.已知某植物光合作用和呼吸作用的最適溫度分別

是25℃和30℃,則溫度由25℃上升到30℃時,

/b,光照強度

對應(yīng)的a點將下移，b點將右移a/

C若原曲線代表陽生植物，則陰生植物對應(yīng)的a點、b點、c點將分別向上移、

左移、左移

D.若實驗時將光照由白光改為藍光（光照強度不變），貝lib點將向左移

對位練習(xí)_______________________

2?在適宜溫度和大氣CO2濃度條件下；測得某森林中四種主要喬木幼苗

葉片的生理