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第11讲 能量之源——光与光合作用[考纲要求] 1.光合作用的基本过程(Ⅱ)。
2.影响光合作用速率的环境因素(Ⅱ)。
3.实验：叶绿体色素的提取和别离。
一、捕获光能的色素和叶绿体的结构 1．叶绿体 (1)结构示意图(2)结构⎩⎪⎨⎪⎧外表：①双层膜内部⎩⎪⎨⎪⎧ ②基质：含有与暗反应有关的酶③基粒：由类囊体堆叠而成，分布有色素 和与光反应有关的酶决定(3)功能：进行光合作用的场所 决定(4)恩格尔曼的实验：好氧细菌只分布于叶绿体被光束照射的部位巧记 叶绿体：叶绿体膜两层，基质基粒来组成，类囊体来堆叠，上有色素酶附着，吸收光能来转化，光合作用好场所。
2．色素的种类和功能色素功能 叶绿素叶绿素a ：蓝绿色 吸收蓝紫光和红光叶绿素b ：黄绿色 类胡萝卜素 叶黄素：黄色 吸收蓝紫光胡萝卜素：橙黄色[解惑] (1)叶绿体和液泡中都有色素，但只有叶绿体中的色素参与光能的捕获。
(2)叶绿体中的色素只存在于光反应部位——叶绿体类囊体的薄膜上，与光合作用有关的酶存在于两个部位——叶绿体类囊体的薄膜上和基质中。
二、光合作用的探索历程 [连一连][思考] ⑤和⑥中科学家用什么样的技术手段得出实验结论？该技术手段有何用途？ 提示 同位素标记法；追踪某元素或某物质的转移去向。
三、光合作用的反应式及过程1．反应式：CO 2＋H 2O ――→光能叶绿体(CH 2O)＋O 2。
2．过程 (1)区别(2)联系：光反应为暗反应提供[H]和A TP ；暗反应为光反应提供ADP 、Pi 。
[判一判]1．叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内( × )提示 分布在类囊体的薄膜上。
2．光合作用需要的酶只分布在叶绿体基质中( × )提示 类囊体的薄膜上和叶绿体基质中都有。
3．叶绿体是光合作用的主要场所 ( × )提示 是全部场所。
4．暗反应必须在无光条件下进行。
( × )四、影响光合速率的环境因素1．空气中CO2的浓度。
教学过程一、复习预习一、捕获光能的色素和叶绿体的结构1．叶绿体(1)结构示意图2．色素的种类和功能温馨提示①叶绿体和液泡中都有色素，但只有叶绿体中的色素参与光能的捕获。
②叶绿体中的色素只存在于光反应部位——叶绿体类囊体薄膜上，与光合作用有关的酶存在于两个部位——叶绿体类囊体薄膜上和基质中。
二、光合作用的探究历程请将科学家和其相关实验的结论连起来三、光合作用的过程1．光反应与暗反应二、知识讲解考点/易错点1 光合作用过程分析1.识图领悟光合作用过程必须在光下有光、无光都可以叶绿体类囊体薄膜叶绿体基质3.光照和CO2浓度变化对光合作用物质含量变化的影响当外界条件改变时，光合作用中C3、C5、[H]、ATP的含量变化可以采用下图分析：过程变化①过程减弱，②③过程减弱，④过程正常进行①过程增强，②③过程增强，④过程正常进行④过程减弱，①②③过程正常进行，随C3减少②③减弱，①过程正常考点/易错点2 影响光合作用的环境因素及其在生产上的应用一、内部因素对光合作用速率的影响1．同一植物的不同生长发育阶段曲线分析：在外界条件相同的情况下，光合作用速率由弱到强依次是幼苗期、营养生长期、开花期。
应用：根据植物在不同生长发育阶段光合作用速率不同，适时、适量地提供水肥及其他环境条件，以使植物茁壮成长。
2．同一叶片的不同生长发育时期曲线分析：随幼叶发育为壮叶，叶面积增大，叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合速率增大；老叶内叶绿素被破坏，光合速率随之下降。
应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶使蔬菜及时换新叶，都是根据其原理，可降低其细胞呼吸消耗的有机物。
二、单因子变量对光合作用的影响(外界因素)1．光照——光合作用的动力①光照时间越长，产生的光合产物越多。
②光质，由于色素吸收可见光中的红光和蓝紫光最多，吸收绿光最少，故不同波长的光对光合作用的影响不一样，建温室时，选用无色透明的玻璃(或塑料薄膜)做顶棚，能提高光能利用率。
③光照强度：在一定光照强度范围内，增加光照强度可提高光合作用速率。
曲线分析：A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放CO2量表示此时的呼吸强度。
AB段表明光照强度加强，光合作用速率逐渐加强，CO2的释放量逐渐减少，有一部分用于光合作用；而到B点时，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度＝细胞呼吸强度，B点对应的光照强度称为光补偿点。
BC段表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强。
C点对应的光照强度称为光饱和点。
应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，如上图虚线所示。
间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的配置、冬季温室栽培避免高温等都与光补偿点有关。
特别提醒外界条件变化时，CO2(光)补偿点移动规律(1)呼吸速率增加，CO2(光)补偿点应右移；呼吸速率减小，CO2(光)补偿点应左移。
(2)呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率下降，CO2(光)补偿点右移；条件的改变使光合速率上升时，CO2(光)补偿点左移。
2．光照面积曲线分析：OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用面积的饱和点。
随叶面积的增大，光合作用强度不再增加，原因是有很多叶被遮挡，光照不足。
OB段表明干物质量随光合作用增加而增加，而由于A点以后光合作用强度不再增加，但叶片随叶面积的不断增加，呼吸量(OC段)不断增加，所以干物质积累量不断降低(BC段)。
2．光照面积曲线分析：OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用面积的饱和点。
随叶面积的增大，光合作用强度不再增加，原因是有很多叶被遮挡，光照不足。
OB段表明干物质量随光合作用增加而增加，而由于A点以后光合作用强度不再增加，但叶片随叶面积的不断增加，呼吸量(OC段)不断增加，所以干物质积累量不断降低(BC段)。
3．CO2浓度曲线分析：图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点；图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
两图中的B和B′点都表示CO2饱和点，两图都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度增加而增大。
应用：大田要“正其行，通其风”，多施有机肥；温室内可适当补充CO2，即适当提高CO2浓度可提高农作物产量。
4．必需矿质元素曲线分析：在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物光合作用速率下降。
5．温度曲线分析：温度主要是通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率。
应用：冬天，温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培可适当降低温度。
白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用速率；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。
三、多因子变量对光合作用速率影响的分析(外界因素)曲线分析：P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。
当到Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。
应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用酶的活性，提高光合速率，也可同时充入适量的CO2，进一步提高光合速率，当温度适宜时，要适当提高光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
总之，可根据具体情况，通过提高光照强度、调节温度或增加CO2浓度等来充分提高光合速率，以达到增产的目的。
特别提醒各种环境因子对植物光合作用并不是单独地发挥作用，而是综合作用。
但各种因子的作用并不是同等重要的，其中起主要作用的因子为关键因子，因此在分析相关问题时，应抓关键因子。
H ：H 2O ――→光反应[H]――→暗反应(CH 2O)――――→呼吸Ⅰ、Ⅱ[H]――→呼吸ⅢH 2O 3．光合作用与细胞呼吸综合计算总结 (1)光合作用强度的表示方法。
①单位时间内光合作用产生有机物的量； ②单位时间内光合作用吸收CO2的量； ③单位时间内光合作用释放O 2的量。
(2)在光下，植物光合作用与呼吸作用同时进行：①植物黑暗条件下的耗氧量即为植物的呼吸作用强度。
②光合作用(实际)产氧量＝实测的氧气释放量＋呼吸作用耗氧量。
③光合作用二氧化碳消耗量＝实测的二氧化碳消耗量＋呼吸作用二氧化碳释放量。
④光合作用葡萄糖净生产量＝光合作用(实际)葡萄糖生产量－呼吸作用葡萄糖消耗量。
思维拓展(1)用单位时间内植物光合作用从周围空气中吸收CO2的量或单位时间内光合作用放出O2的量来测定光合作用强度，测的是周围空气中气体的变化，所以所测数据为净光合速率。
(2)如果用实验测只能在黑暗条件下测植物呼吸速率；在光照条件下测净光合速率；不能测到真正光合速率，因为呼吸作用每时每刻都在进行着。
三、例题精析【例题1】【题干】如图所示，图甲为叶绿体结构与功能示意图，图乙表示一株小麦叶片细胞内C3(三碳化合物)相对含量在一天24小时内的变化，请据图分析：(1)图甲中A、B、C、D分别表示参与光合作用或光合作用生成的物质，则A、B、C、D依次是___________________。
(2)在Ⅰ中发生的过程称为________，在Ⅰ中含有的参与此过程需要的条件是__________________。
(3)Ⅰ中发生的反应与Ⅱ中发生反应的物质联系是_________________________________。
(4)图乙中，从________点开始合成有机物，至________点有机物合成终止。
(5)AB段C3含量较高，其主要原因是_______________。
(6)G点C3含量极少，其原因是____________________。
(7)G点与F点相比，叶绿体中[H]含量较________(填“高”或“低”)。
【答案】(1)H2O、CO2、C3、C5(2)光反应色素和酶(3)光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi等(4)BⅠ(5)无光不进行光反应，C3不能被还原(6)气孔关闭，叶肉细胞内CO2含量低，CO2的固定减弱(7)高【解析】思路分析：(1)据光合作用过程可知，图甲中A、B、C、D依次是H2O、CO2、C3和C5。
(2)Ⅰ是基粒，由许多类囊体组成，在其上发生光反应，其上含有参与光反应的色素和酶。
(3)Ⅱ是叶绿体基质，发生暗反应。
光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi等。
(4)图中从B点开始C3含量下降，至Ⅰ点C3含量不再变化，说明光合作用从B点开始，到Ⅰ点结束。
(5)、(6)、(7)在B点前无光照，不能进行光反应，不能进行C3的还原，因此在AB段C3含量较高，B点之后，开始进行光合作用，C3含量相对下降，Ⅰ点无光照，光合作用停止。
G点C3含量少的原因是植物因“光合午休”，气孔关闭，CO2供应不足，C3合成减少，C3少，[H]消耗少，因此G点[H]含量高于F点。
【例题2】【题干】泰安一模如图为某植物光合作用速率与环境因素之间的关系，请据图回答：(1)甲图表示在弱光照情况下，光合作用随________的增加成正比增加，这种情况下，可以认为此时影响光合作用过程的__________阶段。
(2)从图甲可见，光照强度超过某一强度时，光合作用速率不再增加，且有稳定发展的趋势，这种变化主要决定于__________，此时光合作用的__________阶段受到限制。
(3)图乙中C点表示光照强度为B时，植物生长的__________，出现CD段的原因是___________。
(4)请在图甲中绘制50℃时植物光合作用速率变化的曲线。
(5)根据图甲，在图乙中绘制光照强度为A时，不同温度下光合作用速率变化曲线。
【答案】(1)光照强度光反应(2)温度暗反应(3)最适温度温度升高，酶活性降低，光合作用速率降低(4)如图1所示(5)如图2所示【解析】本题考查光照强度和温度对光合作用的影响，由图甲可以看出，光照弱时，光合作用速率随光照强度的增加而上升，此时影响光合作用的外界因素主要是光，而与温度无关，且可认为主要影响光反应。
而当光照强度超过某一值时。
温度又成了限制因素。
由图乙可以看出，在50℃时光合作用速率大于20℃的而小于30℃的，可在图甲中相应位置画出。
由图甲可以看出，在光照强度为A时，光合作用速率与温度变化无关，可在图乙中相应位置画出。
在一个坐标系中，有时有两条或两条以上的曲线，对于多曲线的坐标曲线题，常有多个变量，因此在解题时，应该设法控制单一变量，并要注意曲线之间的交叉点，还要注意比较各曲线的变化趋势。
【例题3】【题干】植物生理学家对黑藻光合作用与呼吸作用进行了大量研究，如图是其中的一些实验曲线：(1)甲图中在AB段和CD段影响光合作用的主要限制因素分别是________和________。
