1、第第1010讲讲 光与光合作用光与光合作用一、捕获光能的色素和结构一、捕获光能的色素和结构色素种类及作用色素种类及作用(1)分布：类囊体的薄膜上。分布：类囊体的薄膜上。(2)功能：吸收、传递和转换光能。功能：吸收、传递和转换光能。(3)绿绿叶叶中中的的色色素素叶绿素叶绿素（含（含量约占量约占3/4）_（蓝绿色）（蓝绿色）叶绿素叶绿素b（_）主要吸收主要吸收 和和类胡萝卜素类胡萝卜素（含量约占（含量约占1/4）_（橙黄色）（橙黄色）叶黄素（叶黄素（_）主要吸收主要吸收 叶绿素叶绿素a黄绿色黄绿色红光红光蓝紫光蓝紫光胡萝卜素胡萝卜素黄色黄色蓝紫光蓝紫光小结小结（一）色素与吸收光谱（一）色素与吸收光
2、谱（二）植物中色素的化学性质与叶色的关系（二）植物中色素的化学性质与叶色的关系小练小练 1.（2009年广东卷）将在黑暗中放置一段时间的叶片均分年广东卷）将在黑暗中放置一段时间的叶片均分4块，置于不同的试管中，按下表进行实验，着色最浅叶片所在块，置于不同的试管中，按下表进行实验，着色最浅叶片所在的试管是（的试管是（）试管编号实验处理CO2+光照白光蓝光红光绿光碘液+注：注：“+”表示具有该条件。表示具有该条件。A B C D 【解析解析】将叶片在黑暗中放置一段时间的目的是进行将叶片在黑暗中放置一段时间的目的是进行饥饿处理，消耗掉其体内的有机物，然后用不同的光照射，饥饿处理，消耗掉其体内的有机物
3、，然后用不同的光照射，进行光合作用，用碘液处理，看有机物产生了多少，因为进行光合作用，用碘液处理，看有机物产生了多少，因为叶绿体中的色素几乎不吸收绿光，所以着色最浅叶片所在叶绿体中的色素几乎不吸收绿光，所以着色最浅叶片所在的试管是的试管是号试管。号试管。【答案答案】D 2.（2009年广东卷）从高等植物叶片中分离出年广东卷）从高等植物叶片中分离出4种光合种光合色素，其中呈橙黄色的是（色素，其中呈橙黄色的是（）A.叶绿素叶绿素a B.叶绿素叶绿素b C.胡萝卜素胡萝卜素 D.叶黄素叶黄素 【解析解析】叶绿素叶绿素a呈蓝绿色，叶绿呈蓝绿色，叶绿b呈黄绿色，胡萝卜呈黄绿色，胡萝卜素呈橙黄色，叶黄素呈
4、黄色。素呈橙黄色，叶黄素呈黄色。【答案答案】C二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用1.光合作用的过程光合作用的过程(1)光反应（必须有光才能进行）光反应（必须有光才能进行）部位：基粒位于部位：基粒位于 上。上。条件：光、色素、酶。条件：光、色素、酶。内容内容（水的光解和色素吸收光能不需酶参与）（水的光解和色素吸收光能不需酶参与）水的光解：水的光解：H2O 2H+1/2O2光光供给暗反应（还原剂）供给暗反应（还原剂）ATP的形成：的形成：ATP+Pi+能量能量酶酶ATP（为暗（为暗反应供能）反应供能）类囊体的薄膜类囊体的薄膜(2)暗反应（没有光也能进行，但必须要有光反应提供暗反应（没
5、有光也能进行，但必须要有光反应提供的的 ，事实上在黑暗中无法进行），事实上在黑暗中无法进行）部位：叶绿体的部位：叶绿体的_。条件：多种酶、条件：多种酶、H、ATP、CO2（“暗暗”这个条件这个条件并不必需，但暗反应若没有光反应提供的并不必需，但暗反应若没有光反应提供的H和和ATP就就无法进行，所以暗处不能长时间进行暗反应）。无法进行，所以暗处不能长时间进行暗反应）。内容内容CO2的固定：的固定：_CO2的还原：的还原：（CH2O）+C5H和和ATP基质基质CO2+C5 2C3酶酶2C3+H酶酶、ATP2.光合作用的实质光合作用的实质(1)物质转化：无机物（物质转化：无机物（CO2和和H2O）有
6、机物（糖类、一部分氨基酸有机物（糖类、一部分氨基酸和脂肪是光合作用的直接产物）和脂肪是光合作用的直接产物）(2)能量转换：能量转换：(3)实质：生物界最基本的物质代谢和能量代谢。实质：生物界最基本的物质代谢和能量代谢。(4)光合作用总反应式：（箭头表示光合作用总反应式：（箭头表示O的来源和去路）的来源和去路）光能光能光反应光反应_暗反应暗反应(5)光合作用中过程根据是否需要光能分为光合作用中过程根据是否需要光能分为_阶段和暗反应阶段。阶段和暗反应阶段。ATP中的活跃化学能中的活跃化学能有机物中的稳定化学能有机物中的稳定化学能光反应光反应小结小结 光合速率常常用单位时间内消耗的光合速率常常用单位
7、时间内消耗的CO2量或产生量或产生O2量来表量来表示：示：光合作用消耗光合作用消耗CO2量量=从外界吸收的从外界吸收的CO2量量+呼吸产生的呼吸产生的CO2量量 光合作用产生的总光合作用产生的总O2量量=释放到外界的释放到外界的O2量量+呼吸消耗的呼吸消耗的O2量量 一昼夜有机物的积累量（用一昼夜有机物的积累量（用CO2量表示）可以用下式来表量表示）可以用下式来表示：示：积累量积累量=白天从外界吸收的白天从外界吸收的CO2量量-晚上呼吸释放的晚上呼吸释放的CO2量量 昼夜温差大，即白天温度高有利于植物进行光合作用，昼夜温差大，即白天温度高有利于植物进行光合作用，而晚上温度低则呼吸作用弱，有机物
8、消耗减少，则一昼夜而晚上温度低则呼吸作用弱，有机物消耗减少，则一昼夜有机物的积累量大，产量高。有机物的积累量大，产量高。光合作用产生的有机物（如葡萄糖）的量可以由已知光合作用产生的有机物（如葡萄糖）的量可以由已知消耗的消耗的CO2量或产生的量或产生的O2量，再根据反应式来进行计算。量，再根据反应式来进行计算。依据的反应式是光合作用与呼吸作用反应式。根据化学计依据的反应式是光合作用与呼吸作用反应式。根据化学计算比例原理，可以将反应式简化成下式：算比例原理，可以将反应式简化成下式：光合作用：光合作用：6 CO2C6H12O66O2；呼吸作用：呼吸作用：C6H12O66O26 CO2。（一）影响光合
9、作用的因素（一）影响光合作用的因素1.光照强度光照强度 在一定的范围内，随光照强度的增加，植物的光合作用强在一定的范围内，随光照强度的增加，植物的光合作用强度也相应增加，但当光照强度达到一定值时，光合作用强度不度也相应增加，但当光照强度达到一定值时，光合作用强度不再随光照强度的增加而增加。植物在进行光合作用的同时也在再随光照强度的增加而增加。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吸收的CO2与该条件下植物进行呼吸作用所释放的与该条件下植物进行呼吸作用所释放的CO2量达到平量达到平衡时，这一光
10、照强度就称为光补偿点，这时光合作用强度主要衡时，这一光照强度就称为光补偿点，这时光合作用强度主要受光反应产物的限制。当光照强度增加到一定强度后，植物光受光反应产物的限制。当光照强度增加到一定强度后，植物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光合合作用强度不再增加或增加很少时，这一光照强度就称为光合作用的饱和点，此时的光合作用强度受暗反应系统中酶的活性作用的饱和点，此时的光合作用强度受暗反应系统中酶的活性和和CO2浓度的限制。浓度的限制。光补偿点对于不同的植物是不一样的，主要与该植物的光补偿点对于不同的植物是不一样的，主要与该植物的呼吸作用强度有关，与温度也有关系。一般阳生植物的光
11、补偿呼吸作用强度有关，与温度也有关系。一般阳生植物的光补偿点比阴生植物的高。光饱和点也是阳生植物高于阴生植物。点比阴生植物的高。光饱和点也是阳生植物高于阴生植物。植物在进行光合作用同时也在进行着呼吸作用。总光合植物在进行光合作用同时也在进行着呼吸作用。总光合作用是指植物在光下制造的有机物的总量作用是指植物在光下制造的有机物的总量(吸收吸收CO2的总量的总量)。净光合作用是指植物在光下制造的有机物的总量净光合作用是指植物在光下制造的有机物的总量(或吸收或吸收CO2的的总量总量)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机物(或释放的或释放
12、的CO2)后净增的有机物的量。后净增的有机物的量。2.温度温度 植物所有的生活过程都受温度的影响，因为在一定温植物所有的生活过程都受温度的影响，因为在一定温度范围内，提高温度可以提高酶的活性，加快反应速度。度范围内，提高温度可以提高酶的活性，加快反应速度。光合作用也不例外，在一定温度范围内，在正常的光照强光合作用也不例外，在一定温度范围内，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，如右图所示。所以植物的净光合作用的最促进呼吸作用，如右图所示。所以植物的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。适温度
13、不一定就是植物体内酶的最适温度。3.CO2浓度浓度 CO2是植物进行光合作用的原料，只有当环境中的是植物进行光合作用的原料，只有当环境中的CO2达到达到一定浓度时，植物才能进行光合作用。当光合作用吸收的二氧化一定浓度时，植物才能进行光合作用。当光合作用吸收的二氧化碳量等于呼吸作用放出的二氧化碳量，这时外界的二氧化碳浓度碳量等于呼吸作用放出的二氧化碳量，这时外界的二氧化碳浓度就是二氧化碳补偿点。当环境中的就是二氧化碳补偿点。当环境中的CO2低于这一浓度时，植物的低于这一浓度时，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
14、亡。一般来说，在一定的范围内，植物的光合作用强度随死亡。一般来说，在一定的范围内，植物的光合作用强度随CO2浓度的增加而增加，但达到一定浓度后，光合作用就不再增加或浓度的增加而增加，但达到一定浓度后，光合作用就不再增加或增加很少，这时的增加很少，这时的CO2浓度称为浓度称为CO2的饱和点。若的饱和点。若CO2浓度继续浓度继续升高，光合作用不但不会增加，反而会下降，甚至引起植物升高，光合作用不但不会增加，反而会下降，甚至引起植物CO2中毒而影响正常的生长发育，如右上图所示。中毒而影响正常的生长发育，如右上图所示。4.水水 当植物体内水分供应不足时，植物叶片上的气孔就会当植物体内水分供应不足时，植
15、物叶片上的气孔就会关闭，以减少水分的散失。气孔关闭，外界空气中的关闭，以减少水分的散失。气孔关闭，外界空气中的CO2就不能进入叶片内部，就不能进入叶片内部，C5固定不到固定不到CO2就不能形成就不能形成C3，暗，暗反应受阻，光合作用下降，如植物反应受阻，光合作用下降，如植物“午休午休”现象。现象。（二）有氧呼吸与光合作用的关系（二）有氧呼吸与光合作用的关系 小练小练 1.（2009年安徽卷）叶绿体是植物进行光合作用的场年安徽卷）叶绿体是植物进行光合作用的场所。下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是（所。下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是（）A叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内叶绿体中的
16、色素主要分布在类囊体腔内BH2O在光下分解为在光下分解为H和和O2的过程发生在基质中的过程发生在基质中CCO2的固定过程发生在类囊体薄膜上的固定过程发生在类囊体薄膜上D光合作用的产物光合作用的产物淀粉是在基质中合成的淀粉是在基质中合成的 【解析解析】本题考查的内容是必修本题考查的内容是必修1第五章光合作用的第五章光合作用的有关知识。光合作用的过程分为两个阶段：光反应和暗反有关知识。光合作用的过程分为两个阶段：光反应和暗反应。光反应是依靠类囊体薄膜上的色素吸收光能把水分解应。光反应是依靠类囊体薄膜上的色素吸收光能把水分解成氧气和成氧气和H同时产生同时产生ATP的过程。暗反应是利用光反的过程。暗反
17、应是利用光反应的产物在叶绿体的基质中固定应的产物在叶绿体的基质中固定CO2产生有机物的过程。产生有机物的过程。【答案答案】D 2.（2009年北京卷）年北京卷）小麦和玉米的小麦和玉米的CO2固定量随外界固定量随外界CO2浓度的变化而变化（如下图）。下列相关叙述不正确浓度的变化而变化（如下图）。下列相关叙述不正确的是（的是（）A小麦的小麦的CO2固定量与外界固定量与外界CO2浓度呈正相关浓度呈正相关BCO2浓度在浓度在100 mgL-1时小麦几乎不固定时小麦几乎不固定CO2CCO2浓度大于浓度大于360 mgL-1后玉米不再固定后玉米不再固定CO2DC4植物比植物比C3植物更能有效地利用低浓度植
18、物更能有效地利用低浓度CO2 【解析解析】本题以柱状图的形式提供了相关的数据，要本题以柱状图的形式提供了相关的数据，要求学生能够根据图中的信息分析得出相关的结论。求学生能够根据图中的信息分析得出相关的结论。A和和B选选项可以从图中分析直接得出；从图可以看出，当外界项可以从图中分析直接得出；从图可以看出，当外界CO2浓度很低时，玉米（浓度很低时，玉米（C4植物）可以固定植物）可以固定CO2，而小麦（，而小麦（C3植物）几乎不能固定植物）几乎不能固定CO2，即，即C4植物比植物比C3植物更能有效地植物更能有效地利用低浓度利用低浓度CO2；当；当CO2浓度大于浓度大于360 mgL-1后，玉米仍然后
19、，玉米仍然在固定在固定CO2，只是，只是CO2固定量不再随外界固定量不再随外界CO2浓度上升而变浓度上升而变化，所以化，所以C选项错误。选项错误。【答案答案】C 三、化能合成作用三、化能合成作用 化 能 合 成 作 用：少 数 种 类 的 细 菌 不 能 利 用化 能 合 成 作 用：少 数 种 类 的 细 菌 不 能 利 用_，但能够利用体外环境中的某些，但能够利用体外环境中的某些 来制造有机物，这种合成作用叫做化能合成作来制造有机物，这种合成作用叫做化能合成作用，这些细菌属于用，这些细菌属于_生物。生物。自养自养光能光能所释放的能量所释放的能量无机物氧化时无机物氧化时小结小结（一）硝化细菌
20、的化能合成（一）硝化细菌的化能合成 硝化细菌是比较典型的能进行化能合成作用的细菌，硝化细菌是比较典型的能进行化能合成作用的细菌，它主要分两类：一类是亚硝化细菌，可将氨氧化成亚硝它主要分两类：一类是亚硝化细菌，可将氨氧化成亚硝酸；另一类是硝化细菌，可以把亚硝酸氧化成硝酸，两酸；另一类是硝化细菌，可以把亚硝酸氧化成硝酸，两者释放的能量都能把无机物合成有机物，具体反应如下：者释放的能量都能把无机物合成有机物，具体反应如下：上面的前两个反应式是说明氨和亚硝酸的氧化和放上面的前两个反应式是说明氨和亚硝酸的氧化和放出能量的过程，最后一个反应式是说明硝化细菌利用前出能量的过程，最后一个反应式是说明硝化细菌利
21、用前面的两个反应式中所放出的能量，把从外界摄取的面的两个反应式中所放出的能量，把从外界摄取的CO2和水合成为葡萄糖的过程。硝化细菌包括亚硝化菌和硝和水合成为葡萄糖的过程。硝化细菌包括亚硝化菌和硝化菌。时至今日，人们尚未发现一种硝化细菌能够直接化菌。时至今日，人们尚未发现一种硝化细菌能够直接把氨转变成硝酸，所以说，硝化作用必须通过这两类菌把氨转变成硝酸，所以说，硝化作用必须通过这两类菌的共同作用才能完成。除硝化细菌外，能进行化能合成的共同作用才能完成。除硝化细菌外，能进行化能合成作用的细菌还有硫细菌、铁细菌等。作用的细菌还有硫细菌、铁细菌等。（二）光合作用与化能合成作用（二）光合作用与化能合成作
22、用CO2+H2A CH2O+A能量能量酶酶注注：光合细菌的光合作用可用下式表示：光合细菌的光合作用可用下式表示：CO2+2H2S(CH2O)+2S+H2O小练小练 1硝化细菌进行化能合成作用时，其获能的方式是硝化细菌进行化能合成作用时，其获能的方式是（）A还原氨还原氨 B氧化氨氧化氨 C还原亚硝酸还原亚硝酸 D还原硝酸还原硝酸 【解析解析】硝化细菌在化能合成作用时，是将氨氧化为硝化细菌在化能合成作用时，是将氨氧化为亚硝酸、硝酸，利用释放的能量来进行合成有机物的。亚硝酸、硝酸，利用释放的能量来进行合成有机物的。【答案答案】B 2硝化细菌之所以归类为自养生物，根据是（硝化细菌之所以归类为自养生物，
23、根据是（）A它能把氨合成为亚硝酸和硝酸它能把氨合成为亚硝酸和硝酸 B它能以亚硝酸和硝酸作为自身的组成物质，并它能以亚硝酸和硝酸作为自身的组成物质，并贮存能量贮存能量 C它能利用化学能合成有机物它能利用化学能合成有机物 D它能把氨氧化所释放的化学能合成它能把氨氧化所释放的化学能合成ATP，直接供，直接供各种生命活动需要各种生命活动需要 【解析解析】判断一种生物是自养型还是异养型关键看能判断一种生物是自养型还是异养型关键看能否合成有机物，能将无机物合成有机物的是自养型，否则否合成有机物，能将无机物合成有机物的是自养型，否则为异养型。硝化细菌不能利用光能，但能将土壤中的为异养型。硝化细菌不能利用光能，但能将土壤中的NH3氧化成氧化成HNO2，进而将，进而将HNO2氧化成氧化成HNO3。硝化细菌能利。硝化细菌能利用这两个化学反应中释放出来的化学能，将用这两个化学反应中释放出来的化学能，将CO2和水合成和水合成糖类，这些糖类可供硝化细菌维持自身的生命活动。糖类，这些糖类可供硝化细菌维持自身的生命活动。【答案答案】C
