K12学习版高考生物一轮复习 第三单元 细胞的能量供应和利用 第三讲 第2课时 光合作用.docx

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K12学习版高考生物一轮复习第三单元细胞的能量供应和利用第三讲第2课时光合作用

第2课时　光合作用的过程和影响因素

知识体系——定内容

核心素养——定能力

生命观念

通过比较光反应与暗反应的关系和光合作用元素去向分析，建立生命活动对立统一的观点

理性思维

通过分析C3、C5等物质变化和影响光合作用的曲线，培养学生能用文字、图表及数学模型准确描述生物学知识的能力

科学探究

通过“探究光照强度对光合作用强度影响”的实验，培养学生的实验探究能力

[基础知识·系统化]

知识点一　光合作用的探索历程

科学家

结论

普利斯特利

植物可以更新污浊的空气

英格豪斯

普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功；植物体只有绿叶才能更新污浊的空气

梅耶

光合作用把光能转换成化学能储存起来

萨克斯

植物叶片在光合作用中产生淀粉

恩格尔曼

氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所

鲁宾和卡门

光合作用释放的氧气全部来自水

卡尔文

探明了CO2中的碳转化成有机物中碳的途径

知识点二　光合作用的过程

（1）图中：

①O2，②[H]，③C3，④CO2。

（2）光反应与暗反应比较：

光反应

暗反应

场所

叶绿体类囊体薄膜

叶绿体基质

物质

变化

H2O

O2＋[H]

ADP＋Pi

ATP

CO2＋C5

2C3

2C3

（CH2O）＋C5

能量

变化

光能→ATP

中活跃的化学能

ATP中活跃的化学能→

有机物中稳定的化学能

知识点三　光合作用原理的应用

1．光合作用强度

2．影响光合作用强度的因素

[基本技能·问题化]

1．据光合作用过程图完成下列问题

（1）色素的功能是吸收、传递和转化光能，水分解为O2、[H]的场所是叶绿体类囊体薄膜。

（2）进行光反应的条件有光、色素，产物有ATP、O2和[H]。

（3）暗反应进行的场所是叶绿体基质，参与反应的物质有CO2、ATP、[H]和C5，进行的条件是多种酶。

（4）写出光合作用的总反应式并标出各元素的来源和去向。

①光合作用总反应式：

CO2＋H2O

（CH2O）＋O2

②各元素的去向：

a．氧元素：

H2O→O2；CO2→（CH2O）

b．碳元素：

CO2→C3→（CH2O）

c．氢元素：

H2O→[H]→（CH2O）

（5）光反应类囊体薄膜上产生的O2进入同一细胞的线粒体内被利用经过了4层生物膜。

2．据CO2浓度、光照强度和温度对光合作用影响图回答问题

（1）光照强度为a时，限制光合作用的环境因素主要是光照强度，其直接影响是使光合作用产生的[H]和ATP过少，进一步限制了光合作用下一反应阶段中C3还原过程的速率。

（2）光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ、曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因分别是温度和CO2浓度不同。

考点一光合作用的原理和过程

1．熟知光反应与暗反应的联系

（1）光反应为暗反应提供[H]、ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi。

（2）没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。

2．理清光合作用中元素去向

（1）反应式（以生成C6H12O6为例）：

6CO2＋12H2O

C6H12O6＋6O2＋6H2O

（2）同位素标记元素转移途径：

H：

C：

O：

3．比较光合作用和化能合成作用

光合作用

化能合成作用

区别

能量来源

光能

氧化无机物放出的能量

代表生物

绿色植物

硝化细菌

相同点

都能将CO2和H2O等无机物合成有机物

[对点落实]

1．判断有关光合作用叙述的正误

（1）光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中（×）

（2）光反应为暗反应提供[H]和H2O（×）

（3）破坏叶绿体外膜后，O2不能产生（×）

（4）离体叶绿体基质中添加ATP、[H]（NADPH）和CO2后，可完成暗反应（√）

（5）光照下叶绿体中的ATP主要是由光合作用合成的糖经有氧呼吸产生的（×）

（6）光反应将光能转化为稳定的化学能储存在ATP中（×）

2．下列关于植物光合作用的叙述，正确的是（　　）

A．暗反应在细胞质基质中进行

B．光合作用产生的葡萄糖中的碳和氧都来自二氧化碳

C．光反应产生的ATP可以用于暗反应，也可以用于其他生命活动

D．光反应只进行能量代谢，不进行物质代谢；暗反应则刚好相反

解析：

选B　暗反应的场所是叶绿体基质；光反应产生的ATP只用于暗反应，为C3还原提供能量，不能用于其他生命活动；光反应和暗反应过程中都存在能量代谢和物质代谢。

3．（2017·海南高考）关于生物体内能量代谢的叙述，正确的是（　　）

A．淀粉水解成葡萄糖时伴随有ATP的生成

B．人体大脑活动的能量主要来自脂肪的有氧氧化

C．叶肉细胞中合成葡萄糖的过程是需要能量的过程

D．硝化细菌主要从硝酸还原成氨的过程中获取能量

解析：

选C　淀粉是在消化酶的作用下被水解成葡萄糖的，该过程没有ATP的生成。

人体大脑活动的能量主要来自葡萄糖的有氧氧化。

暗反应合成葡萄糖的过程需要光反应提供的能量。

硝化细菌生成有机物的能量来自其将氨还原为硝酸的过程。

[易错提醒]　关注光合作用中的几种能量关系

（1）光反应中光能转换为活跃的化学能并非只储存于ATP中，NADPH（[H]）中也含有能量。

（2）光反应产生的ATP只用于C3的还原，不用于植物体的其他生命活动。

（3）C3还原消耗的能量不只来自ATP，还可由NADPH提供。

1．过程法分析C3和C5等物质含量变化

当外界条件改变时，光合作用中C3、C5及ATP和ADP含量变化可以采用如图分析：

（1）停止光照时：

光停，ATP↓，ADP↑，C3↑，C5↓，分析如下：

过程①停止

↓

过程②停止

↓

过程③停止

↓

过程④停止

a.ATP不再产生

b.原有ATP仍继续分解，直至全部消耗

⇒

ADP积累，含量增加；ATP减少

a.C3不再还原成C5和（CH2O）

b.原有C5仍继续参与CO2的固定，直至全部消耗

⇒

C3积累，含量增加；C5减少

（2）停止CO2供应时：

CO2停，C5↑，C3↓，ATP↑，ADP↓，分析如下：

过程④停止

↓

过程③停止

↓

过程②停止

↓

过程①停止

a.C3不再生成

b.原有C3继续还原生成C5和（CH2O）直至全部消耗

⇒

C5积累，含量增加；C3减少

a.ATP不再分解

b.原有ADP继续合成ATP，直至全部消耗

⇒

ATP积累，含量增加；ADP减少

2．模型法表示C3和C5等物质含量变化

[特别提醒]　分析光合作用相关物质含量变化的注意点

（1）以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化，而非长时间。

（2）以上各物质变化中，C3和C5含量的变化是相反的，[H]和ATP的含量变化是一致的。

[对点落实]

4．（2014·全国卷Ⅰ）正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是（　　）

A．O2的产生停止　　　B．CO2的固定加快

C．ATP/ADP比值下降D．NADPH/NADP＋比值下降

解析：

选B　黑暗处理后，光反应停止，O2的产生也停止。

ATP和NADPH是光反应的产物，同时也是暗反应的原料，黑暗处理后，ATP和NADPH的产生减少，且仍被暗反应所消耗，产生的ADP和NADP＋增多。

光反应产生的ATP和NADPH减少，使得暗反应产生的C5减少，CO2的固定减慢。

5.（2017·衡水二调）如图表示在夏季晴朗的白天植物细胞内C3和C5的相对含量随一种环境因素的改变的变化情况，下列对这一环境因素改变的分析正确的是（　　）

A．突然停止光照

B．突然增加CO2浓度

C．降低环境温度

D．增加光照强度

解析：

选D　突然停止光照，光反应产生的[H]和ATP减少，被还原的C3减少，生成的C5减少，而CO2被C5固定形成C3的过程不变，故C3的相对含量将增加、C5的相对含量将减少；突然增加CO2浓度，CO2被C5固定形成C3的量增加、消耗的C5量增加、C3还原速率不变，植物细胞内C3相对含量增加、C5相对含量减少；降低环境温度，CO2固定速率和C3还原速率均下降，C5的相对含量不会大幅度地增加；增加光照强度，光反应产生的[H]和ATP增多，被还原的C3增多，生成的C5增多，而CO2被C5固定形成C3的过程不变，故C3的相对含量将减少、C5的相对含量将增加。

[类题通法]　判断C3、C5等物质含量变化的分析思路

叶绿体内相关物质含量变化可通过对物质的来路和去路是否平衡进行分析：

（1）来路

去路，则物质含量相对稳定。

（2）来路不变，去路增加，或来路减少，去路不变，则物质含量减少。

（3）来路不变，去路减少，或来路增加，去路不变，则物质含量增加。

考点二影响光合作用的环境因素及其应用

探究光照强度对光合作用强度的影响

[对点落实]

1．（2018·安徽六校联考）取生长旺盛的绿叶，用直径为1cm打孔器打出小圆片若干（注意避开大叶脉），抽出小圆片内的气体，并在黑暗处用清水处理使小圆片细胞间隙充满水，然后平均分装到盛有等量的富含不同浓度CO2的溶液的小烧杯中，置于光照强度和温度恒定且适宜的条件下，测得各组小圆片上浮至液面所需平均时间，将记录结果绘制成曲线如图1。

（1）与a浓度相比，b浓度时小圆片叶肉细胞的类囊体薄膜上[H]的生成速率________（填“快”“相等”或“慢”），此时小圆片的叶肉细胞中能产生ATP的细胞器有____________。

（2）当CO2浓度大于c时，随着CO2浓度的增大，小圆片中有机物的积累速率________（填“加快”“不变”或“减慢”）。

（3）另取若干相同的小圆片分别置于温度相同且适宜、CO2溶液浓度为a的小烧杯中，选用40W的台灯作为光源，通过改变光源与小烧杯之间的距离进行实验，根据实验结果绘制成图2曲线（X1＞0）。

①该实验的目的是__________________________________________________。

②限制B点净光合速率的主要外界因素是________，C点的含义是__________________

时光源与小烧杯之间的距离。

解析：

叶圆片在被抽取出空气后沉入水底，在光照下，当光合作用产生O2大于呼吸作用消耗O2时，叶圆片会上浮。

台灯距离叶片越近，光照强度越大，叶圆片的光合作用越强，叶圆片上浮的速度越快，数量越多。

答案：

（1）快　叶绿体、线粒体　

（2）减慢　（3）①探究光照强度对光合速率的影响　②CO2浓度　小圆片光合速率等于细胞呼吸速率（净光合速率为零）

[归纳拓展]　小圆形叶片上浮实验中的三个关注点

（1）叶片上浮的原因是光合作用产生O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面认为只是光合作用产生了O2。

（2）打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长小圆形叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。

（3）为确保溶液中CO2含量充足，小圆形叶片可以放入NaHCO3溶液中。

用曲线模型分析影响光合作用的环境因素

1．光照强度

曲线模型

模型分析

曲线对应点

细胞生理活动

ATP产生场所

植物组织外观表现

图示

A点

只进行细胞呼吸，不进行光合作用

只在细胞质基质和线粒体

从外界吸收O2，向外界排出CO2

AB段（不含A、B点）

呼吸量>光合量

细胞质基质、线粒体、叶绿体

从外界吸收O2，向外界排出CO2

B点

光合量＝呼吸量

与外界不发生气体交换

B点之后

光合量>呼吸量

从外界吸收CO2，向外界释放O2。

此时植物可更新空气

应用

①温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产

②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，如图中虚线所示，间作套种农作物，可合理利用光能

2．CO2浓度

原理

CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成

曲线模型及分析

图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度，图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。

B和B′点都表示CO2饱和点

应用

在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合速率

3．温度

原理

温度通过影响酶的活性影响光合作用

曲线模型及分析

AB段：

在B点之前，随着温度升高，光合速率增大

B点：

酶的最适温度，光合速率最大

BC段：

随着温度升高，酶的活性下降，光合速率减小，50℃左右光合速率几乎为零

应用

温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累

4．矿质元素

曲线模型

原理

矿质元素是参与光合作用的许多重要化合物的组成成分，缺乏会影响光合作用的进行。

例如，N是酶的组成元素，N、P是ATP的组成元素，Mg是叶绿素的组成元素等

曲线分析

应用

在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用强度；但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高，植物渗透失水而导致植物光合作用强度下降

在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可以提高光能利用率

5．光照、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用

常见曲线模型

曲线分析

P点：

限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高

Q点：

横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，影响因素主要为各曲线所表示的因子（图1为温度，图2为CO2浓度，图3为光照强度）

应用

温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率

[对点落实]

2．下面为几种环境因素对植物光合作用影响的关系图，有关描述错误的是（　　）

A．图1中，若光照强度适当增强至最适状态，a点左移，b点右移

B．图2中，若CO2浓度适当增大至最适状态，a点右移，b点左移

C．图3中，a点与b点相比，a点时叶绿体中C3含量相对较多

D．图3中，限制b点光合作用的主要因素是光照强度和CO2浓度

解析：

选B　图1和图2中的a点代表光合作用和呼吸作用相等时光合作用的强度，在曲线达到最高点之前，光照强度和CO2浓度都是限制光合作用强度的因素，当其中一个因素增大，要达到相同的生理状态，另一个因素在其相对较弱时即可满足，故图1中光照强度适当增大至最适状态时，a点会左移，图2中CO2浓度适当增大至最适状态时，a点也会左移；图1和图2中的b点代表光合作用的饱和点，限制因素光照强度和CO2浓度适当增大时，光合作用强度也会

增大，所需的CO2浓度和光照强度也会增大，b点右移；图3中，b点时，光照强度和CO2浓度均是光合作用的限制因素，a点和b点的光照强度相同，故a点时叶绿体中C3含量比b点多。

3．（2016·全国卷Ⅰ）为了探究生长条件对植物光合作用的影响，某研究小组将某品种植物的盆栽苗分成甲、乙两组，置于人工气候室中，甲组模拟自然光照，乙组提供低光照，其他培养条件相同。

培养较长一段时间（T）后，测定两组植株叶片随光照强度变化的光合作用强度（即单位时间、单位叶面积吸收CO2的量），光合作用强度随光照强度的变化趋势如图所示。

回答下列问题：

（1）据图判断，光照强度低于a时，影响甲组植物光合作用的限制因子是____________。

（2）b光照强度下，要使甲组的光合作用强度升高，可以考虑的措施是提高_________（填“CO2浓度”或“O2浓度”）。

（3）播种乙组植株产生的种子，得到的盆栽苗按照甲组的条件培养T时间后，再测定植株叶片随光照强度变化的光合作用强度，得到的曲线与甲组的相同。

根据这一结果能够得到的初步结论是_________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）根据图示信息，对于甲组植物而言，当光照强度低于a时，随光照强度的增加，光合作用强度逐渐升高，说明此时限制其光合作用强度的主要因素为光照强度。

（2）根据图示信息，对于甲组植物而言，当光照强度高于b时，随光照强度的增加，光合作用强度不变，说明受其他环境因素的限制。

由于光合作用需要不断消耗环境中的CO2，故提高CO2浓度可使b光照强度下甲组的光合作用强度升高。

（3）由题目信息可知，乙组和甲组是同一种植物，只是环境中的光照强度不同，虽然乙组植物在低光照环境中的光合作用强度低，但其子代在模拟自然光照下其光合作用强度仍然能够升高，说明乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素即低光强引起的，而非遗传物质的改变造成的。

答案：

（1）光照强度　

（2）CO2浓度　（3）乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素即低光强引起的，而非遗传物质的改变造成的

[类题通法]　多因素对光合速率影响题目的分析方法

多因素对光合速率影响的曲线图，线的条数较多，还有可能涉及多个“点”，表面上看这类题目很复杂，但在解答这类试题时，仍然需依据单一变量原则，每次只分析一个自变量的变化对实验结果的影响，逐一分析即可得出正确答案。

微专题2

1．开放环境中光合作用昼夜变化曲线分析

（1）曲线分析：

MN和PQ

夜晚植物只进行细胞呼吸；植物体内有机物的总量减少，环境中CO2量增加，O2量减小

N～P

光合作用与呼吸作用同时进行

NA和EP

清晨和傍晚光照较弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度；植物体内有机物的总量减少，环境中CO2量增加，O2量减少

A点和E点

光合作用强度等于细胞呼吸强度，CO2的吸收和释放达到动态平衡；植物体内有机物的总量不变，环境中CO2量不变，O2量不变

A～E

光合作用强度大于细胞呼吸强度；植物体内有机物的总量增加；环境中CO2量减少，O2量增加

C点

叶片表皮气孔部分关闭，出现“光合午休”现象

E点

光合作用产物的积累量最大

（2）一昼夜有机物的积累量的计算方法（用CO2表示）：

一昼夜有机物的积累量＝白天从外界吸收的CO2量－晚上呼吸作用释放的CO2量，即S3－（S1＋S2）。

2．密闭玻璃罩内CO2浓度与时间的关系曲线

（1）曲线分析：

AB段

无光照，植物只进行呼吸作用

BC段

温度降低，呼吸作用减弱

CD段

4时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度＜呼吸作用强度

D点

光合作用强度＝呼吸作用强度

DH段

光合作用强度＞呼吸作用强度。

其中FG段表示“光合午休”现象

H点

光合作用强度＝呼吸作用强度

HI段

光照继续减弱，光合作用强度＜呼吸作用强度，直至光合作用完全停止

（2）植物生长与否的判断方法：

I点低于A点

说明一昼夜，密闭容器中CO2浓度减小，即光合作用＞呼吸作用，植物生长

若I点高于A点

说明光合作用＜呼吸作用，植物体内有机物总量减少，植物不能生长

若I点等于A点

说明光合作用＝呼吸作用，植物体内有机物总量不变，植物不生长

[题点突破]

1．（2018·山东师大附中一模）下图中图1表示的是八月份某一晴天，一昼夜棉花植株CO2的吸收和释放曲线；图2表示棉花叶肉细胞两种细胞器的四种生理活动状态。

则图1中时间a、b、c、d依次发生了图2所示的哪项生理活动（　　）

A．

（1）

（2）（3）（4）　　　　　B．（3）

（2）（4）

（1）

C．（3）（4）

（1）

（2）D．（4）（3）

（2）

（1）

解析：

选D　图1曲线中横坐标以上都是光合速率大于呼吸速率，横坐标以下是光合速率小于呼吸速率或只有呼吸作用，曲线与横坐标的交点处都是光合速率等于呼吸速率。

图2中

（1）表示光合速率大于呼吸速率，对应图1中d、e、f点；图2中

（2）表示光合速率等于呼吸速率，对应图1中c、g点；图2中（3）表示光合速率小于呼吸速率，对应图1中b点；图2中（4）表示只有呼吸作用，对应图1中a、h点。

2．夏季晴天，将装有某绿色植物的密闭玻璃罩置于室外，从凌晨0时开始，定期测定玻璃罩中某种气体含量，结果如图。

下列分析正确的是（　　）

A．本实验测定的气体是CO2

B．该植物进行光合作用的起始时间是6时

C．若9时和12时合成有机物的速率相等，则9时的呼吸速率小于12时的

D．与0时相比较，24时该植物的干重减少

解析：

选C　本实验测定的气体是O2；6时和18时的光合速率和呼吸速率相等，光合作用的起始时间应在6时之前；该曲线的斜率代表速率，9时的净光合速率大于12时的，若9时和12时真正光合速率相等，则9时的呼吸速率应小于12时的；24时的O2含量高于0时的，说明植物一昼夜内有机物的积累量大于零。

3．（2018·龙岩模拟）图1是生物兴趣小组在密闭的玻璃容器中进行的实验示意图（CO2传感器用于测量装置内CO2的含量），图2表示在夏季晴朗的一天图1所示密闭玻璃容器内24h的CO2浓度的变化，请回答下列问题：

（1）植物叶肉细胞中吸收光能的色素分布在叶绿体的______________。

（2）图1所示实验中对光照强度的控制可通过调节灯泡的亮度来实现，也可通过调节____________________来实现，装置中热屏障的作用是________________。

（3）图2中代表植物光合作用强度等于呼吸作用强度的点是________________。

（4）图2中FG段相比EF段CO2浓度下降趋缓的原因是___________________________。

（5）利用仪器测定密闭玻璃容器内CO2含量的变化：

先黑暗处理1h，测得玻璃容器内CO2含量增加50mg；再给以1h的充足光照，测得玻璃容器内CO2含量比光照前减少了72mg，则这1h光照条件下植物光合作用固定的CO2为________mg。

解析：

（1）植物叶肉细胞中吸收光能的色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上。

（2）利用图1装置探究光照强度对光合速率影响时，对光照强度的控制可通过调节灯泡的亮度来实现，也可通过调节灯泡与热屏障（或玻璃容器）之间的距离来实现，装置中热屏障可防止光照改变密闭玻璃容器中的温度，从而改变植物光合作用强度。

（3）光补偿点时，植物的光合作用强度等于呼吸作用强度，图2中代表光合作用强度等于呼吸作用强度的点有D、H。

（4）图2中FG段相比EF段CO2浓度下降趋缓，这是由于中午温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，CO2供应减少，导致光合作用强度明显减弱，植物出现“午休”现象。

（5）由题意可知，给以1h的充足光照，测得玻璃容器内CO2含量比光照前减少了72mg，即净光合速率是72mg/h；“黑暗”处理1h，测得玻璃容器内CO2含量增加50mg，表示呼吸速率为50mg/h，因此这1h光照条件下植物光合作用固定的CO2为50＋72＝122（mg）。

答案：

（1）类囊体薄膜上　

（2）灯泡与热屏障（或玻璃容器）之间的距离　防止光照改变密闭玻璃容器中的温度，从而改变植物光合作用强度　（3）D、H　（4）中午温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，CO2供应减少，导致光合作用强度明显减弱　（5）122

[真题集训——验能力]