光合作用与生物固氮.docx
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光合作用与生物固氮
光合作用与生物固氮（修改）
一．光能在叶绿提中的转换
知识详解
1．光合作用的场所
2．光合色素
扩散速度：
含量：
选择性
地吸收：
分类：
吸收和传递
光能的色素
种类
绝大多数叶绿素a以及全部叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素
作用
吸收、传递光能
特殊状态下
的叶绿素a
种类
少数处于特殊状态下的叶绿素a
作用
吸收转化光能
3．能量代谢与物质代谢
光反应
暗反应
能量
代谢
物质
代谢
（一）光能转换成电能
1.转换过程
2．在光的照射下，少数处于特殊状态下的叶绿素a，连续不断地失去电子和获得电子从而形成电子流（电能形成的标志），使光能转换成电能。
3．特殊状态下的叶绿素a
结构上：
易失去电子；
功能上：
发生变化成为强氧化剂（失去电子的叶绿素a）
4．最终电子供体：
水
最终电子受体：
NADP+
（二）电能转换成活跃化学能
1.转换过程
2．辅酶Ⅱ（NADP+）与还原性辅酶Ⅱ（NADPH）
特殊状态下的叶绿素a与失去电子的叶绿素a（强氧化剂）
NADPH：
携带一定能量的还原剂（供能、供氢）
ATP：
储存有能量（供能）
（三）活跃化学能转换成稳定化学能
巩固练习
将CO2最终还原成糖类等有机物的还原剂以及使H2O氧化的强氧化剂分别是 A、NADP＋和叶绿素a B、NADP＋和失去电子的叶绿素a
C、NADPH和叶绿素a D、NADPH和失去电子的叶绿素a
二．C3植物与C4植物
知识详解
1．C3植物与C4植物的概念
C3植物：
光合作用“CO2固定”时，仅将CO2中的C固定转移到C3中的植物。
[CO2+C52C3]C3途径
C4植物：
光合作用“CO2固定”时，先将CO2中的C固定转移到C4中，然后再固定转移到C3中的植物。
[CO2+C3C4]C4途径[CO2+C52C3]C3途径
2．C3植物与C4植物叶片结构的特点
C4植物的叶片中，围绕着维管束的是呈“花环型”的两圈细胞
3．C4途径与C3途径
（1）C4植物的暗反应
（2）C3植物与C4植物CO2固定的比较
C4植物：
C4途径发生在叶肉细胞中的叶绿体中
C3途径发生在维管束鞘细胞中的叶绿体中
C3植物：
C3途径发生在叶肉细胞中的叶绿体中
能量
位置
C3植物
不需要
在叶肉细胞中，与C3的还原不发生在同一细胞的同一叶绿体内。
C4植物
第一次固定
需要
在叶肉细胞中，与C3的还原不在同一细胞。
第二次固定
不需要
在维管束鞘细胞中，与C3的还原不发生在同一细胞的同一叶绿体内。
（3）为什么C4植物仅在维管束鞘细胞内出现淀粉粒？
（4）在高温、光照强烈和干旱的条件下，C4植物较C3植物优越
C4途径中能够固定CO2的那种酶（“二氧化碳泵”），对CO2具有很强的亲和力，可以促使PEP把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来（即可以利用较低浓度的CO2），并且使C4集中到维管束鞘细胞内的叶绿体中，供维管束鞘细胞内叶绿体中的C3途径利用。
巩固练习
1．请问C3植物与C4植物有什么区别？
2．（理综I）回答下列Ⅰ、Ⅱ小题
Ⅰ、玉米和小麦在适宜条件下光照一段时间后，将叶横切片用碘液染色，在显微镜下观察这两种植物的维管束鞘细胞和叶肉细胞，结果发现玉米叶片的维管束鞘细胞被染色，小麦叶片的_______被染成_______，被染色的原因是_______。
由此可知，玉米属于_______植物，小麦属于______植物。
Ⅱ、当用碘液对某一植物照光后的叶横切片染色时，却发现被染色的叶片同时出现上述玉米和小麦叶片的染色结果。
据这个实验现象可推知：
从光合作用角度来说，该植物具有________植物的特点，其光合作用固定CO2形成的最初化合物有___种，即___________
3．C4植物比C3植物具有较强光合作用的原因之一是（）
A．磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶对C02具有较强的亲和力
B．维管柬鞘细胞比较大，叶绿体里面含有大量的基粒
C．叶表皮上的气孔数量多，有利于吸收二氧化碳
D．叶表皮薄而透明，有利于色素吸收光能．
4.向玉米、甘蔗等植物提供用放射性同位素的C02，一段时间后，放射性同位素C4中的变化情况是（）
A．C3、C4都不变B．C3、C4中都渐多C．C3中渐多C4中渐少D．C3中渐少，C4中渐多
三．提高农作物的光能利用率
知识详解
1．提高农作物的光能利用率
光能利用率：
（单位面积）光合作用所合成的有机物中含有的能量/土地所接受的太阳能
光合作用效率：
光合作用所合成的有机物中含有的能量/光合作用中所吸收的光能
延长光合作用时间：
如轮种、间种光质的控制
增加光合作用面积：
如合理密植光的控制光强的控制
提高农作物的光合作用效率CO2的供应
必须矿质元素的供应
2．提高光合作用效率的措施：
（1）光照的控制
A．光照强弱的控制
▲▲▲阳生植物：
a
b
c
阴生植物：
a
b
c
▲▲▲光合作用效率与光照强度的关系（分段描述）：
措施：
在塑料大棚或人工光照的温室中，给绿色植物开“光吧”
B．光质的控制
①红光和蓝紫光有利于提高光合作用效率，而绿光则不利于提高光合作用效率。
②在红光下，光合产物中糖类含量较多；在蓝紫光下，光合产物中蛋白质和脂肪较多。
（2）CO2的供应
A．CO2浓度与光合作用强度的关系（分段描述）：
B．空气中CO2含量一般占330mg/L，与植物光合所需最适浓度（1000mg/L）相差太远。
使植物经常处于“CO2饥饿”状态。
C．措施：
⑴温室：
①燃烧液化石油气，②使用二氧化碳发生器，③增施农家肥（有机肥料）；④增施“碳铵”，⑤大棚内置干冰，⑥用NH4HCO3与稀H2SO4反应，⑦放一筐小动物或很多正在萌发的种子。
⑵大田：
①确保良好通风透光；②增施农家肥（有机肥料）；③增施“碳铵”。
（3）必须矿质元素的供应
N：
酶及NADP+和ATP的重要组分
P：
NADP+和ATP的重要组分；维持叶绿体膜的结构和功能
K：
促进糖类的合成与运输
Mg：
叶绿素的重要组分
：
必须矿质元素的供应过量，对农作物的生长发育也不利。
比如：
N肥施用过多，会造成农作物。
3．影响植物光合速率的几组曲线
光光
合合
速速
率率
温度（。
C）叶龄
光
合
速
率
叶面积指数
巩固练习
下图是光合作用过程的图解，请依据图说明:
（1）图中A代表________，其功能是________。
（2）图中B是___________。
（3）图中C是________，它被传递到叶绿体的________部位，用于_______，最终形成_________。
（4）图中D是在有关酶的催化下，利用________将________与_________结合形成的。
（5）图中E是（写中文）____________，它是由一分子_________和________分子________结合后又分解而成，含_________个高能磷酸键。
（6）图中F叫_________，它是由CO2和________结合后又分解而成，从而使化学性质_________的CO2能够直接参与化学反应。
（7）H是________，此阶段是在叶绿体的______进行的；I是________，此阶段是在叶绿体的_____________中进行的。
（8）C进入I称为____________；由D到E，对I的作用是_________；由F到G叫________；由G到F叫____________。
（9）确切地说，J代表_____________。
四．生物固氮
知识详解
（1）植物不能直接利用空气中的N2，植物只能通过根从地壤中吸收NH4+或NO3-。
（2）一些微生物能直接利用空气中的N2[称为固氮微生物]，它们能将空气中的N2还原成NH3[称为生物固氮]。
（3）不同的微生物固氮的情况有所不同。
（一）固氮微生物的种类
1．共生固氮微生物：
与一些绿色植物互利共生的固氮微生物。
根瘤菌与：
能固定空气中的氮气，为豆科植物提供氮素（NH3）
豆科植物：
为根瘤菌提供营养物质（有机物）
2．根瘤菌
（1）呈棒槌形、“T”形、“Y”形
（2）异养需氧型
（3）单细胞原核生物（细菌）：
只有核糖体，无线粒体
（4）独立生活时不能固氮，只有侵入豆科植物的根内才能固氮
（5）侵入特定种类的植物（具有专一性）
（6）根瘤破溃后，里面的根瘤菌和含氮化合物仍遗留在土壤中，根瘤菌不一定死亡
3．根瘤的形成：
（1）根瘤菌进入植物根部
（2）繁殖→刺激根部薄壁细胞分裂→该处组织膨大→形成根瘤。
4．根瘤菌形成根瘤固氮的意义：
一座“小氮肥厂”
1．自生固氮微生物：
在土壤中能够独立进行固氮的微生物，其中，多数是一类叫做自生固氮菌的细菌。
自生固氮菌具有的特点：
、、、
2．圆褐固氮菌
（1）与植物之间无专一性，无共生关系。
（2）异养需氧型
（3）固氮产放为NH3
（4）分泌生长素，促进植株生长和果实发育
（二）生物固氮过程
1．
2．
（三）氮循环
1．固氮方式
2．与氮循环有关的因素
硝化作用：
NH3硝化细菌（O2）硝酸盐
反硝化作用：
硝酸盐反硝化细菌（无O2）亚硝酸盐分子态氮
氨化作用：
微生物将动植物遗体、排出物、残落物中的有机氮分解后形成氨的过程。
同化作用：
异化作用：
植物的根对NH4+或NO3-的吸收：
3．生物固氮的意义：
①减少施氮肥费用，降低粮食生产成本；
②减少氮肥生产，有利于节省能源；
③避免氮肥施用过量造成水体富营养化,有利于环境的保护。
在N循环中的作用
代谢类型
在生态系统中的地位
根瘤菌
将N2合成氨
异养需氧型
消费者
圆褐固氮菌
将N2合成氨
异养需氧型
分解者
硝化细菌
将NH3或铵盐转化为硝酸盐
自养需氧型
生产者
反硝化细菌
硝酸盐亚硝酸盐氮气
异养厌氧型
分解者
（四）生物固氮在农业生产中的应用：
①根瘤菌拌种，提高豆科作物产量
②用豆科植物做绿肥
③使用自生固氮菌制剂为农作物提供氮素营养
④固氮基因工程：
将固氮基因转移到非豆科植物细胞内
巩固练习
7．（江苏生物）（10分）下图是氮在土壤、植物和动物之间的转化示意图。
（1）大气中的氮主要经过作用还原为NH3，然后被植物利用。
土壤中的NH3也可经硝化细菌的作用，转化成硝酸盐后被植物吸收。
在情况下，硝酸盐可被一些细菌最终转化为氮气，返回大气中。
（2）动物摄取的蛋白质在消化道内被分解为各种氨基酸，这些氨基酸进入细胞后有3个代谢途径，图中①是；②是；③是。
（3）若图中的氨基酸是丙氨酸，则图中B是。
若图中的氨基酸是谷氨酸，A是丙氨酸，则②过程接受氨基的糖代谢中间产物是。
若图中的氨基酸只能从食物中获得，则称为。
（4）氮返回土壤主要有两个途径：
一是图中⑦产生的（图中C）进入土壤；二是植物和动物遗体中的含氮物质被土壤中的形成氨而进入土壤。
本章能力提升训练
1．（江苏生物）（9分）下图为植物新陈代谢示意图。
请根据图示回答下列问题。
（1）①过程发生在叶绿体上，
其中光能向电能的转换由分子完成。
光照下该分子转变成，夺取水分子中的。
（2）在②过程中，NADPH的作用是。
（3）③过程表示呼吸，它发生在中。
（4）④过程中的能量由ATP中的水解释放。
2．（理综I）回答下列Ⅰ、Ⅱ小题
Ⅰ、玉米和小麦在适宜条件下光照一段时间后，将叶横切片用碘液染色，在显微镜下观察这两种植物的维管束鞘细胞和叶肉细胞，结果发现玉米叶片的维管束鞘细胞被染色，小麦叶片的_______被染成_______，被染色的原因是_______。
由此可知，玉米属于_______植物，小麦属于______植物。
Ⅱ、当用碘液对某一植物照光后的叶横切片染色时，却发现被染色的叶片同时出现上述玉米和小麦叶片的染色结果。
据这个实验现象可推知：
从光合作用角度来说，该植物具有________植物的特点，其光合作用固定CO2形成的最初化合物有___种，即___________
3．（理综II）30（22分）回答下列I、II小题：
I、右图表示光照强度对A、B两种C3植物光合作用强度的影响。
据图回答：
（1）A、B两种植物光合作用过程中对光能利用的差异是___________________________。
（2）在农业生产中，与B植物相比，A植物应种
植在______________条件下。
4．（北京理综）3．科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到实验结果如右图。
请据图判断下列叙述不正确的是
A．光照强度为a时，造成曲线II和III光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同
B．光照强度为b时，造成曲线I和II光合作用强度差异的原因是温度的不同
C．光照强度为a～b，曲线I、II光合作用强度随光照强度升高而升高
D．光照强度为a～c，曲线I、III光合作用强度随光照强度升高而升高
5．（四川理综）水稻是我国主要的粮食作物之一。
下列有关水稻生命活动的叙述，正确的是
A．对水稻进行根瘤菌拌种，有利于水稻对N2的利用
B．水稻叶片的维管束鞘细胞中含有叶绿体，能固定二氧化碳并形成淀粉
C．硅元素能在水稻体内大量积累，该事实说明硅是水稻必需的大量元素
D．尽管水稻生长在水生环境中，其吸水的主要动力仍是蒸腾拉力
6．（江苏生物）根瘤菌与豆科植物的关系是
A．根瘤菌只有侵入到豆科植物的根内才能固氮B．根瘤菌与豆科植物之间是寄生关系
C．豆科植物供给根瘤菌有机物，根瘤菌供给豆科植物氨D．根瘤菌为豆科植物提供生长素
7．（江苏生物）（10分）下图是氮在土壤、植物和动物之间的转化示意图。
（1）大气中的氮主要经过作用还原为NH3，然后被植物利用。
土壤中的NH3也可经硝化细菌的作用，转化成硝酸盐后被植物吸收。
在情况下，硝酸盐可被一些细菌最终转化为氮气，返回大气中。
（2）动物摄取的蛋白质在消化道内被分解为各种氨基酸，这些氨基酸进入细胞后有3个代谢途径，图中①是；②是；③是。
（3）若图中的氨基酸是丙氨酸，则图中B是。
若图中的氨基酸是谷氨酸，A是丙氨酸，则②过程接受氨基的糖代谢中间产物是。
若图中的氨基酸只能从食物中获得，则称为。
（4）氮返回土壤主要有两个途径：
一是图中⑦产生的（图中C）进入土壤；二是植物和动物遗体中的含氮物质被土壤中的形成氨而进入土壤。
8．圆褐固氮菌除了具有固氮能力外，还能（）
A．刺激根形成根瘤B．促进花粉发育和受精c．进行硝化作用D．促进生长和果实发育
9．C4植物比C3植物具有较强光合作用的原因之一是（）
A．磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶对C02具有较强的亲和力
B．维管柬鞘细胞比较大，叶绿体里面含有大量的基粒
C．叶表皮上的气孔数量多，有利于吸收二氧化碳
D．叶表皮薄而透明，有利于色素吸收光能．
10.向玉米、甘蔗等植物提供用放射性同位素的C02，一段时间后，放射性同位素C4中的变化情况是（）
A．C3、C4都不变B．C3、C4中都渐多C．C3中渐多C4中渐少D．C3中渐少，C4中渐多
11．氮元素是构成生物体的最主要元素之一，在动植物生命活动中起着重要作用。
在自然界中各种含氮物质经过复杂的化学变化实现氮元素的循环，维持自然环境中的氮平衡。
下图是自然界中氮循环以及有机物在生物体内代谢的部分过程示意图，请据图分析回答：
（1）微生物在氮循环中有重要作用，生活在大豆根部的根瘤菌能参与上图中的哪个过程？
________________（填序号）。
（2）根瘤菌之所以能进行固氮作用，其根本原因是它具有独特的固氮基因，这种基因位于______________上；与根瘤菌相比较，大豆细胞基因结构的主要特点是。
（3）科学家正试图将固氮基因重组到稻、麦等经济作物的细胞中，建立“植物的小化肥厂”，让植物本身根据所需直接固氮，这样就可以免施氮肥，减少对土壤结构的破坏。
如果这种重组能实现的话，那么固氮基因最终实现表达的遗传信息转移的途径是。
（4）参与②③过程的微生物，其新陈代谢类型为。
（5）在人体内，发生在细胞外的过程是（图中序号表示）。
（6）如果细胞内[H]的含量增多，而ATP的含量减少，则很可能是控制合成的基因发生了突变。
12．科学家发现生长在高温强光照和干旱环境中的植物气孔关闭，C4植物能利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用，C3植物则不能。
（1）现有取自热带不同环境下的甲乙两种长势良好，状态相似的草本植物，已知甲是C4植物，已知其光合作用固定CO2的类型。
请利用一个密闭大玻璃钟罩，初步判别乙植物是C3植物还是C4植物。
原理：
。
方法：
将植物甲和植物乙一同栽种于密闭钟罩下，给予条件培养。
连续若干天观察记录他们的生长情况。
预期结果并分析：
①；
（2）对于以上分析，用显微镜从形态学方面加以进一步验证。
方法：
制作乙植物叶脉横切脱色处理后的临时切片，用显微镜观察。
结论：
如果视野中看到，乙是C3植物：
反之，则乙是C4植物。
13．将CO2最终还原成糖类等有机物的还原剂以及使H2O氧化的强氧化剂分别是 A、NADP＋和叶绿素a B、NADP＋和失去电子的叶绿素a
C、NADPH和叶绿素a D、NADPH和失去电子的叶绿素a
14．在塑料大棚和人工光照的温室中种西红柿时，若希望提高糖类的产量，最好选择的塑料薄膜的颜色是
A红色B绿色C蓝色D紫色
15．中耕松土，有利于提高土壤肥力，是其主要原因是
A．根细胞呼吸作用加强，有利于对矿质离子的吸收
B．土壤通气状况改善，有利于硝化细菌的繁殖，增加土壤中的硝酸盐含量
C．土壤通气状况改善，抑制反硝化细菌的繁殖，减少土壤中氮素的损失
D．土壤通气状况改善，可以促进根瘤菌的固氮能力
16．关于C4植物和C3植物对C02的固定的叙述中正确的是
A．C3植物固定C02需能量，C4植物固定C02不需能量
B．C3植物固定C02不需能量，C4植物固定C02需能量
C．C4植物和C3植物对C02的固定都不需能量
D．C4植物和C3植物对C02的固定都需能量
17．右图表示将植物放在不同浓度CO2环境条件下，其光合速率受光照强度影响的变化曲线。
b点与a点相比较，b点时叶肉细胞中C3的含量；b点与c点相比较，b点时叶肉细胞中C3的含量变化情况是
A．低、高B．低、基本一致C．高、高D．高、基本一致
18．NADP+在光对合作用过程中的移动方向和得失电子的情况分别是
A．从囊状结构薄膜移向叶绿体基质、获得电子
B．从叶绿体基质移向囊状结构薄膜、获得电子
C．从囊状结构薄膜移向叶绿体基质、失去电子
19．下面的曲线以及说明中，正确的是【提示：
只要注意相关曲线之间的一一对应就可以】
1代表典型的阳生植物2代表典型的阴生植物
α表示植物在黑暗中细胞呼吸放出CO2的量
β表示光补偿点（即光合作用吸收CO2的量等于细胞呼吸放出CO2的量时的光照强度）
A.IB.ⅡC.ⅢD.Ⅳ
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