人教课标生物必修1《光合作用的原理和应用》教材梳理

疱丁巧解牛知识·巧学·升华一、光合作用的探究历程1771年，英国Joseph Priestley（普里斯特利，英国牧师和化学家）报道，在密闭容器中蜡烛燃烧污染了空气，使放于其中的小鼠窒息；但若在密闭容器中，放入一枝薄荷，小鼠生命就可得到挽救（如下图）。

他的结论是，植物能净化空气。

但是他未注意到，植物净化空气需要照光，所以他的试验有时成功（照光），有时则失败（不照光）。

后来，即1779年，荷兰医生Jan Ingenhousz才确定植物净化空气是依赖于光的。

1782年，森尼别（SenebierJ）证明了动物和植物在黑暗中产生的有害气体促进植物在光下产生“净化空气”。

到这个时候就已证明了有两种气体参与光合作用。

拉瓦锡（Lavoisier）和其他人的工作证明这两种气体实际上是CO2和O2。

1864年，萨克斯（SachsJ）观察到只有在照光的叶绿体中淀粉粒才会增大，也只有在曝光的叶片中才能检测到淀粉。

显然这是由光合作用产生的葡萄糖合成的。

（如下图）美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究了这个问题。

他们用氧的同位素——18O，分别标记H2O和CO2，使它们分别成为H218O和C18O2，然后进行两组光合作用实验：（1）供给植物含同位素18O的水，即H218O，结果植物光合作用产生的氧为18O2；（2）如果供给植物的水是正常的H2O，供给植物的二氧化碳是C18O2，植物产生的氧则是16O2，这一权威性实验肯定了van Niel和希尔的科学预见，即光合作用产生的O2不是来自CO2而是来自水。

20世纪40年代，美国科学家卡尔文（M.Calvin）等用小球藻做实验，最终探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径（卡尔文循环）（如下图）方法点拨在了解光合作用的研究历史时，应注意领悟科学研究的方法，而不是只记住几个历史事件。

训练在探索过程中如何对待出现的问题及解决问题的方法。

尤其要注意对照实验的设计。

二、光合作用的过程1.光反应阶段(1)场所：类囊体的薄膜上。

(2)条件：光、叶绿体、色素、与光反应有关的酶。

(3)物质变化：水分解成氧和［H］（4）能量变化：光能转变为ATP中活跃的化学能。

2.暗反应阶段（1）场所：叶绿体内的基质中。

（2）条件：多种酶。

（3）物质变化：CO2的固定和C3的还原（4）能量变化：ATP中活跃的化学能转变成有机物中稳定的化学能总反应式:CO2+H2O（CH2O）+O2辨析比较深化升华光合作用能将无机物合成为有机物，并释放氧气，同时将光能转化为化学能。

分为光反应和暗反应两个阶段，两个阶段是紧密联系的。

三、光合作用原理的应用1.探究：环境因素对光合作用强度的影响（1）探究光照强弱对光合作用强度的影响步骤2的目的就是让小圆形叶片内原有的气体（包括O2、CO2等）逸出，叶片的细胞间隙中充满清水。

步骤3中把逸出气体的小圆形叶片放在黑暗处盛有清水的烧杯中，如果放在光下会怎样呢?就会通过光合作用又产生气体影响后面实验的对比。

步骤4中的CO2是作为光合作用的原料。

步骤5中用强、中、弱三种不同的光照强度作对照。

这属于对照原则中的条件对照。

预测结果：在同一时间段内，强、中、弱三种不同光照条件下的圆形小叶片浮起的数量依次递减。

结果分析：当光照较强时，圆形小叶片的光合作用较强，产生较多的氧气，氧气使圆形小叶片浮起，光照越强产生的氧气越多，单位时间内浮起的叶片越多。

（2）影响农作物光合作用的环境因素①光照强度不同的农作物对光照强度的要求是不同的，同一农作物在不同的光照强度下光合作用速率不同。

在一定范围内，光合速率随光照强度的增加而加快。

当光照强度达到某一点时，光合速率不再随光照强度的增加而增加。

②CO2的浓度在一定光照强度下，随CO2浓度的增加，农作物光合速率加快，弱光条件下，农作物只能利用较低浓度的CO2，光合速率慢，随光照强度加强，农作物就能吸收较高浓度的CO2，光合速率加快。

如下图：此图表示在一定光照强度下CO2浓度与光合速率的关系③温度光合作用中的生化反应离不开酶的催化，而温度直接影响酶的活性，进一步影响光合速率。

一般植物以25～30 ℃最适宜。

④无机盐氮、镁、铁等是合成叶绿素所必需的，磷和钾会影响光合作用产物糖类的转化和运输，磷还参与ATP与ADP的相互转化过程和能量传递。

因此，无机盐离子会直接或间接影响光合作用。

另外光质、光照长短、水分、氧气等环境因素也会影响光合作用强度。

2.增加农作物产量的措施增加农作物产量的措施就是设法提高光合作用的强度，提高光合作用效率。

（1）间作、套作。

这种措施是指在一年内巧妙地搭配各种农作物，从时间和空间上更好地利用光能，缩短耕地的空闲时间，延长单位土地面积上农作物的光合作用时间。

（2）合理密植。

该措施是增加农田植物的绿色面积，以及培育矮秆、叶直而小、分蘖密集的新作物品种，以增加光合面积，充分利用光能。

（3）适当增加CO2浓度。

对农田里的农作物来说，确保良好的通风透光，既有利于充分利用光能，又可以使空气不断流过叶面，有助于提供较多的CO2。

对温室农作物来说，通过增施农家肥料或使用CO2发生器等措施，可以提高温室内CO2浓度，提高农作物的光合作用效率。

（4）控制好冬季温室大棚内的温度。

白天适当提高大棚内的温度以提高酶的活性，增强光合作用；夜晚适当降低大棚内温度，降低酶的活性，降低呼吸作用，减少呼吸消耗，有利于提高大棚蔬菜的产量。

（5）夏天正午适当给一些农作物遮荫。

有些农作物进行光合作用不需要太强的光，太强的光不利于光合作用，这类农作物属于阴生植物。

夏天正午由于农作物蒸腾作用过于强烈，造成植物气孔关闭，CO 2进不到叶片内，从而影响光合作用的进行。

因此适当给一些农作物（特别是阴生植物）遮荫，阻止气孔关闭，有利于提高光合作用强度。

（6）合理施肥。

满足不同农作物不同生长发育期对各种无机盐离子的需求。

（7）合理灌溉。

方法点拨 影响光合作用的因素对光合作用过程是综合起作用的，不过在具体的情况下，要把限制因素准确分析。

曲线分析题，注意看清纵坐标、横坐标及曲线标注的含义后再分析。

四、化能合成作用绿色植物是利用光能来进行光合作用合成有机物。

绿色植物是自养的，还有一些生物，是利用体外无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用叫化能合成作用。

有这种作用的生物也属于自养生物，如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等。

硝化细菌利用氨氧化成亚硝酸再进一步氧化成硝酸过程中产生的能量，从而把CO 2合成有机物。

2NH 3+3O 2−−−→−硝化细菌2HNO 2+2H 2O+能量 2HNO 2+O 2−−−→−硝化细菌2HNO 3+能量CO 2+H 2O −−→−能量（CH 2O ）+O 2问题·思路·探究问题1 什么是光反应阶段？什么是暗反应阶段？思路点拨:光合作用第一个阶段中的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫做光反应阶段；光合作用第二个阶段中的化学反应，有没有光都可以进行，这个阶段叫做暗反应阶段。

问题2 什么是化能合成作用？思路点拨:少数种类的细菌能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用叫做化能合成作用。

典题·热题·新题例1 如下图表示一位学生设计的实验，用来证明CO 2是光合作用的主要原料。

（1）该实验装置有多处设计不当，请指出其主要错误：①______________________________；②______________________________；③______________________________；④______________________________。

（2）如需设计对照实验，请描述对照实验的实验设计。

思路解析：此实验的研究变量是CO2，必须设计对照实验。

对照实验中最重要的原则是单一变量原则，因此此实验的大体思路是相同的装置、相同的条件，只是一个给予CO2，一个不给予CO2（用氢氧化钙吸收）。

要保证淀粉是光合作用合成的，就要排除其他的干扰，所以要进行饥饿处理。

答案：（1）①应为黑暗处理48小时的植物（消耗原有的淀粉）②不应用绿色玻璃瓶（光合作用几乎不利用绿光，最好用无色玻璃瓶）③光照方向应从各个方向照光④无对照实验（2）对照实验的实验条件与改正后的实验装置基本相同，只是没有Ca（OH）2溶液，这样实验组（无CO2）和对照组（有CO2），除有无CO2这一实验条件不同外，其他实验条件完全一样，将实验组和对照组的叶片取出，经酒精煮沸脱色后，滴加等量碘液，结果实验组不变蓝，对照组变蓝，从而证明CO2是光合作用的主要原料。

例2光合作用分光反应和暗反应两个阶段。

影响光反应的主要因素是光，影响暗反应的主要因素是CO2浓度。

当光照或CO2条件改变时，都将影响光合作用的正常进行，叶肉细胞内C3、C5含量将发生不同变化。

试分析下列条件改变时，C3、C5含量变化。

（1）植物由强光环境转移到弱光环境时：C3含量变化：__________；C5含量变化：__________。

（2）降低实验容器内CO2浓度时：C3含量变化：__________；C5含量变化：__________。

思路解析：光反应与暗反应的关系可表示如下：（1）当由强光→弱光时，产生的ATP、［H］数量减少，此时C3还原过程减弱，而CO2仍在短时间内被一定程度地固定，因而C3含量上升，C5含量下降，（CH2O）的合成率也降低。

（2）CO2浓度降低时，CO2固定减弱，因而产生的C3数量减少，C5的消耗量降低，而细胞内的C3仍被还原着，同时再生成C5，因而此时，C3含量降低，C5含量上升。

答案：上升下降（2）下降上升深化升华例3叶绿体中，ATP、ADP的运动方向是（）A.ATP和ADP同时由叶绿体的基质向类囊体膜运动B.ATP和ADP同时由类囊体膜向叶绿体的基质运动C.ATP由叶绿体基质向类囊体膜运动，ADP则向相反方向运动D.ADP由叶绿体基质向类囊体膜运动，ATP则向相反方向运动思路解析：光反应阶段，色素吸收光能并转化为化学能使ADP转化ATP，该变化发生在类囊体膜上；而消耗ATP的暗反应阶段则在叶绿体基质中，所以ADP由叶绿体基质向类囊体膜运动，ATP则向相反方向运动。

答案：D例4右图表示的是在CO2浓度为1％和0.03％两种情况下，某农作物的光合作用强度与光照强度之间的关系曲线图，据图分析，限制图中Q点的光合作用强度的因素是（）①CO2浓度②光照强度A.①B.②C.①②D.与①和②无关思路解析：Q点可以看出影响的因素是光照强度，而与另外一条曲线的比较则反映影响光合作用的因素是CO2浓度偏低。

答案：C。