5.4能量之源——光与光合作用
一、捕获光能的色素 （一）捕获光能的色素
１、绿叶中色素的提取和分离 （１）原理：
①提取原理：色素能溶解在有机溶剂（如无水乙醇或 95%的乙醇加入适量的无水碳酸钠，除去水分或丙酮）中，使色素从生物组织中脱离出来。
②分离的原理：各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的则在滤纸上扩散的快。反之则慢。
③分离方法：纸上层析法 （２）实验过程 Ⅰ、提取色素：
①称取 5 克绿叶（叶片要新鲜、颜色要深绿以保证含有较多的色素）剪碎，放入研钵 ②加 SiO2 、CaCO3 和10mL 无水乙醇迅速、充分研磨 分析：
①加 SiO2 是为了使研磨更充分
②加 CaCO3 是为了防止研磨时叶绿素受到破坏。CaCO3 可中和液泡释放的有机酸，防止色素被破坏
③叶绿体色素易溶于无水乙醇(丙酮)等有机溶剂
④加无水乙醇(或丙酮)迅速研磨的目的是减少研磨过程中叶绿体色素的分解，减少无水乙醇(有毒性的丙酮)的挥发 Ⅱ、收集滤液：
①漏斗基部放一单层尼龙布 ②研磨液倒入漏斗内挤压
③将滤液收集到小试管中，用棉花塞塞住试管口 分析：
①尼龙布起过滤作用
②试管口用棉花塞塞紧是为了防止无水乙醇(丙酮)挥发 Ⅲ、制备滤纸条：
①将干燥的滤纸，顺着纸纹剪成长 10cm ，宽 1cm 的纸条 ②一端剪去两个角，并在距这一端 1cm 处划一铅笔线 分析：
①干燥可使滤纸吸收更多的滤液
②顺着纸纹剪成长条，一端剪去两个角，层析时，色素分离效果好，可使层析液同时到达 滤液细线，防边缘扩散速度太快。 Ⅳ、划滤液细线
①用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线划出细、齐、直的一条滤液细线 ②干后重复三次 分析：
①滤液细线越细、越齐，越能防止色素带之间部分重叠
②重复三次，可增加色素在滤纸上的附着量，实验结果更明显 Ⅴ、分离色素
将 3mL 层析液倒入烧杯中，将滤纸条(画线一端朝下)插入层析液中，用培养皿盖盖上烧杯
分析：
①层析液不能没及滤液细线，防止色素溶解在层析液中
②烧杯要盖培养皿盖，因为层析液中的苯、丙酮、石油醚易挥发 （３）实验结果及分析 Ⅰ、结果示意图
Ⅱ、分析
①扩散最快的是胡萝卜素，扩散最慢的是叶绿素 b，含量最多的是叶绿素 a。
②从色素带的宽度可得色素含量的多少依次为：叶绿素 a>叶绿素 b>叶黄素＞胡萝卜素。 ③从色素带的位置可得各色素在层析液中溶解度大小依次为：胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素 a>叶绿素 b。
④在滤纸上距离最近的两条色素带是叶绿素 a 与叶绿素 b，距离最远的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素。 （４）、注意：
①如果实验中使用圆形滤纸，中央滴色素，放入含层析液的培养皿中层析，会得到近似的同心圆的四个色素环，由内到外依次是黄绿色、蓝绿色、黄色、橙黄色 ②影响叶绿素合成的因素：光照、温度、矿质元素如N、Mg
Ａ、光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。
Ｂ、温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿 素分子易被破坏，因而叶子变黄。
Ｃ、矿质元素:叶绿素中含N、Mg等矿质元素,若缺乏将导致叶绿素无法合成，老叶先变黄。 ２、四种色素的含量
（１） 色素分布：色素分布在内囊体的薄膜上，色素可以吸收、传递、转化光能 （２）色素种类：叶绿素
a（3/4）（蓝绿色）
叶 绿 素（3/4）类囊体薄膜吸收红光、篮紫光叶绿素b（1/4）（黄绿色） 上的色素叶黄素 （2/3） （黄色）
类胡萝卜素（1/4
吸收蓝紫光 胡萝卜素 （1/3）（橙黄色）
（３）吸收光谱
（４）吸收光谱的应用 ①可以提高光合作用强度。因为叶绿素吸收最多的是光谱中的蓝紫光和红光。不同颜色的光照对植物的光合作用会有影响。
②对光合作用而言最有效的光为白光，叶绿素对绿光吸收最少。故农业上一般用无色薄膜覆盖大棚而不使用绿色的塑料薄膜或补充绿色光源。实验室中黑暗处理有机物时需要有光条件下操作时最好选用绿光灯 （二）、叶绿体的结构 １、叶绿体的结构 （１）组成结构
外膜 叶绿体 内膜 基粒：由两个以上的类囊体组成，含色素和酶 叶绿体基质：含酶 （２）叶绿体结构图
（３）基粒：扩大了受光面积；光线弱时基粒正对着光而光照过强时基粒和光照平行。 ２、叶绿体的功能
（１）1880 年恩格尔曼实验(德国)
（２）实验结论
①叶绿体是进行光合作用的场所。 ②O2是由叶绿体释放的。 (3)实验分析
本实验设计的巧妙之处在于：
①选择水绵作实验材料，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用 好氧细菌确定O2释放的部位，便于观察。
②没有空气的黑暗环境排除了空气中的O2和光的干扰。 ③设置了对照实验
自变量：光照（照光处与不照光处；黑暗与完全曝光，明确实验结果完全由光照引起的） 因变量：光合作用的发生部位，用好氧细菌的分布作为观察指标。 ④选用极细的光束照射，并且用好氧细菌进行检测，从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位。
二、光合作用的原理和应用 （一）、光合作用的探究历程
１、定义：是指绿色植物通过叶绿体，利用光能把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物并释放出氧气的过程。 ２、探究历程
（１）1771年普利斯特利(英) 实验过程及现象：点燃的蜡烛与绿色植物，密闭——蜡烛不易熄灭小鼠与绿色植物，密闭——
小鼠不易窒息
实验结论：植物能更新空气（提醒：更新何种气体当时不知道）
实验分析：密闭的玻璃罩是否加植物为自变量，蜡烛燃烧时间或小鼠存活时间为因变量。 （２）1779 年英格豪斯(荷兰)
实验结论：只有在阳光照射下和有绿叶时植物才可以更新 （３）1845 年梅耶(德国)
实验结论：植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来 （４）、1864 年萨克斯(德国)
实验过程及现象：
实验结论：绿色叶片光合作用产生淀粉
实验分析：自变量为曝光和遮光，因变量是颜色的变化(有无淀粉生成)。萨克斯实验中黑暗
处理的目的:消耗掉叶片中原有的淀粉。曝光与遮光形成对照，检验试剂为碘蒸气，检验前用酒精水浴加热处理，目的是溶解色素。本实验还证明了光是光合作用的必要条件
（５）、1941 年鲁宾和卡门(美国)
实验过程及现象：
实验结论：光合作用释放的氧全部来自水
实验分析：鲁宾、卡门用的实验方法为示踪原子法（同位素标记法）。相互对照，自变量为
标记物质（H218O与C18O2），因变量为O2的放射性。
（５）、20 世纪40 年代卡尔文(美国)
实验过程及现象：用14C 标记的14CO2 供小球藻光合作用，追踪检测其放射性 实验结论：CO2 中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳 （二）、光合作用的过程 １、反应式及元素去向：
２、过程图解：
４、Ｃ3、Ｃ5的变化
（三）光合作用的影响因素及其作用 １、光照强度对光合作用强度的影响 （１）曲线图 （２）曲线分析
①A 点：光照强度为 0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2 量可表示细胞呼吸的强度 ②AB 段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强， CO2 释放量逐渐减少，这是因为细胞呼吸释放的 CO2 有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度 ③B 点：细胞呼吸释放的 CO2 全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度(光照强度只有在 B 点以上时，植物才能正常生长)，B 点所示光照强度称为光补偿点
④BC 段：随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到 C 点以上不再加强了，C 点所示光照强度称为光饱和点
⑤总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率 ⑥阴生植物和阳生植物的比较
Ａ：一般阳生植物光合作用补偿比阴生植物大 Ｂ：阳生植物光合作用饱和点比阴生植物高 Ｃ：首先达到光合作用饱和点的一般为阴生植物 Ｄ：阴生植物呼吸强度比阳生植物低 （３）应用
①阴生植物的 A 点上移，B 点较小，C 点较低
②间作套种农作物的种类搭配，林带树种的配置，可合理利用光能；增加光合作用面积，如合理密植
③适当提高光照强度可增加大棚作物产量
２、CO2浓度对光合作用强度的影响 （１）曲线图 （２）曲线分析
①图 1 和图 2 表示在一定范围内，光合作用速率随 CO2浓度的增加而增大，但当 CO2 浓度增加到一定范围后，光合作用速率不再增加 ②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（离体条件下没有线粒体提供CO2）
③图 1 和图 2 中的 B 和 B′点都表示 CO2 饱和点；限制因子是酶的数量和活性。 （３）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，提高光能利用率。 ３、温度对光合作用速率的影响 （１）曲线图 （２）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。 （３）应用
①温室栽培时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用
②晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累 ４、必需元素供应对光合速率的影响 （１）曲线图 （２）曲线分析：
在一定浓度范围内，增大必需元素的供应，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渗透失水而萎蔫。
（３）应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量。 ５、水分的供应对光合作用速率的影响
(1)影响：水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限
制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。
(2)应用：根据作物的需水规律合理灌溉。 ６、叶龄对光合速率的影响 （１）曲线图 （２）曲线分析 ①随幼叶不断生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增多,叶绿素含量不断增加，光合速率不断增加（OA段）；
②壮叶时，叶面积、叶绿体、叶绿素都处于稳定状态，光合速率基本稳定（AB段）； ③老叶时，随叶龄增加，叶内叶绿素被破坏，光合速率下降（BC段）。 （３）应用：摘除老叶、残叶。 ７、叶面积指数 （１）曲线图 （２）曲线分析 ①OA段：随叶面积的不断增大，
光合作用实际量不断增大。
②A点：为光合作用叶面积的饱和点。超过此点，随叶面积的增大，光合作用不再增加，原因是叶片相互遮挡，影响对光的吸收。
③OB段：表明干物质量(有机物净生产量，即光合作用的生产量－呼吸消耗量)随叶面积增加而增加。
④BC段：由于A点以后光合作用不再增加，但叶片的呼吸量(OC段)随叶面积的增大而增加，所以干物质积累量降低
（３）应用：合理密植，适当修剪，避免徒长 ８、多因子对光合速率的影响
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，可适当提高图示中的其他因子。（可讨论ＰＱ点时的Ｃ3、Ｃ5及纵向两点的Ｃ3、Ｃ5变化） （四）植物一天的光合作用中 C3 含量的变化分析 １、AB 段、IJ 段的 C3 含量较高
原因：夜间没光，[H]和 ATP 缺乏，C3 不能被还原。
２、BC 段的 C3 含量下降，GI 段的 C3 含量上升
原因：BC 段的光照强度增强，产生[H]和 ATP 增多，C3 被还原，C3 减少；GI 段的光照强度减弱，产生[H]和 ATP 减少，C3 被还原的量减少，C3 增多。
３、CD 段的 C3 含量升高
原因：可能是白天该地区天气暂时由晴转阴，光反应不足。 ４、G 点的 C3 含量最低 原因：G 点气孔关闭，二氧化碳不足，生成 C3 的量减少，而 C3 的还原还正常进行，所以 C3 含量低；相反 C5 的消耗减少，而还原过程又产生 C5，因此 G 点 C5 含量较高。 （五）不同条件下光照强度对光合作用曲线的影响 １、当原温度是光合作用的最适温度时，降低温度，其他条件不变，a 点上移，b 点左移，d 下移。
２、当缺镁时，其他条件不变，a 点不变，b 点右移，d 下移。
３、当上图表示阳生植物的光合作用强度时，则阴生植物的a 点上移，b 点左移，d 下移。 ４、当 CO2 浓度较低时，其他条件不变，a 点不变，b 点右移，d 下移。
５、干旱初期，对呼吸作用影响不大，a 点不变，但植物气孔关闭，CO2 吸收量少，则 b 点右移，d 下移。
６、当上图表示蓝紫光时的光合作用强度，则改用红光后，a 点不变，b 点左移，d 上移。 ７、不同条件下 CO2(光)补偿点的移动规律
(1)若呼吸速率增加，CO2(光)补偿点应右移，反之应左移。
(2)若呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率下降时
(3)阴生植物与阳生植物相比，CO2(光)补偿点和饱和点都相应向左移动。
（六）一天内植物对 CO2 的吸收和释放量的变化分析(以夏季晴天的一昼夜变化为例)
①植物在无光时进行呼吸作用，有光时进行光合作用和呼吸作用。
②0～6 时、18～24 时为夜晚，植物只进行呼吸作用释放CO2，环境中 CO2 浓度增加；6～18 时为白天，植物进行光合作用消耗 CO2，环境中 CO2 浓度降低。 ③横坐标下方代表植物消耗有机物的总量，上方代表净积累量。
④AG 段植物进行光合作用，B、F 点时光合作用速率等于呼吸作用速率，C 点时的光合速率最强。
⑤D 点的形成是因为温度太高，气孔关闭，CO2 的吸收量减少，光合作用速率下降。⑥AC 段之间的变化是因为光照强度上升，光合作用速率上升；EG 段之间的变化是因为光照强度下降，光合作用速率下降。 （七）光合作用和呼吸作用
１、光合作用和呼吸作用的综合计算
①光合作用实际产 O2 量＝实测的 O2 释放量＋呼吸作用耗O2 量
②光合作用实际 CO2 消耗量＝实测的 CO2 消耗量＋呼吸作用 CO2 释放量
③光合作用 C6H12O6 净生成量＝光合作用实际 C6H12O6 生成量－呼吸作用 C6H12O6 消耗量 ２、光合作用速率和呼吸作用速率
（１）呼吸速率的表示方法：植物置于黑暗环境中，测定实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。
（２）净光合速率和真光合速率
①净光合速率：常用一定时间内O2的释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示。
②真光合速率：常用一定时间内O2的产生量、CO2固定量或有机物产生量表示
（３）净光合作用量＝总光合作用量－呼吸作用量。
（４）净光合速率的测定方法(如下图) ①条件：整个装置必须在光下。 ②NaHCO3溶液作用：玻璃瓶中的 NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓 度的恒定，满足了绿色植物光合作 用的需求。
③植物光合速率指标：植物光合作 用释放氧气，使容器内气体压强增 大，毛细管内的水滴右移。单位时
间内水滴右移的体积即是光合速率。 （八）几种提高光合作用的手段 １、延长光合作用的时间。如：套作
２、增加光合作用的面积。如：间作、合理密植。 ３、套作、间作、轮作定义 （１）套作：是指在同一块地上一年种植和收获两种或两种以上作物可延长光合作用的时间 （２）间作：是指在同一块地上将不同的作物相间种植。
（３）轮作：是指在同一块地上按预定计划轮换种植不同植物，轮作可提高土壤的肥力，防止虫害的发生。
三、探究光照强度对光合作用强度的影响及相关分析 （1）实验流程
打出小圆形叶片（30片）：用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出（直径=1 cm）
抽出叶片内气体：用注射器（内有清水、小圆形叶片）抽出叶片内气体（O2等）
小圆形叶片沉到水底：将内部气体逸出的小圆形叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中，小圆形
叶片全部沉到水底
对照实验及结果：
（2）实验结论：在一定范围内,随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强（小圆 形叶片中产生的O2越多，浮起的越多）。 四、问题部分 １、某实验小组以 CO2 吸收量与释放量为指标，在光照等条件适宜的情况下，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，他们将某植株放在特殊的装置内，实际测得的数据如下图所示。下列对这一结果的叙述，正确的是
A．光照相同时间，35℃时光合作用有机物的积累量与 30℃时相等 B．光照相同时间，在 25℃条件下植物积累有机物的量最多 C．温度高于 25℃时，光合作用合成的有机物的量开始减少
D．若昼夜均为 12 小时，则在二曲线交点的温度条件下，植物每天有机物的积累量为 0 答案：ＢＤ
２、将某绿色植物放在特定的实验装置中，研究温度对光合作用与呼吸作用的影响(其他实验条件均适宜)，实验以 CO2 的吸收量与释放量为指标，实验结果如下表所示。下列对该表
数
A.光照条件下，当温度为 25℃时该植物合成有机物的速率最快 B．光照条件下，当温度为 20℃时该植物积累有机物的速率最快 C．光照条件下，30℃比 35℃的温度条件更有利于植物的光合作用 D．该植物光合作用的最适温度低于呼吸作用的最适温度 答案：Ｄ
３、将某植物的大小相似的绿色叶片分组进行如下实验：实验前先称出叶片的重量(各组均相等)，在不同温度下分别暗处理 1 小时，测其重量变化；立刻再光照 1 小时(光照强度等条件相同)，再测其重量变化。得到如下结果：
﹡指与实验前的重量进行比较，则在哪一温度条件下，每小时叶片光合作用产生氧气量最多 答案：Ｄ ４、请利用下图装置完成对某植物光合作用强度和呼吸作用强度的测定，并分析回答有关问题(注：A 为开关；B 为玻璃罩；C 为转基因植物；D 为烧杯，内装 NaOH 或 NaHCO3 溶液；E为红墨水滴；F 为直尺)。
Ⅰ.实验步骤
(1)测定植物的净光合作用强度，方法步骤是：
①在甲、乙两装置的 D 中都放入等量________溶液，装置乙作为_________。 ②将甲、乙两装置放在适宜的光照强度和温度等条件相同的环境中。 ③30 分钟后分别记录甲、乙两装置红墨水滴移动的方向和刻度。 (2)测定植物的呼吸作用强度，方法步骤是：
①________________________________________________ ②________________________________________________
③30 分钟后分别记录甲、乙两装置红墨水滴移动的方向和 Ⅱ.实验结果和分析
(2)假设红墨水滴每移动 1 厘米植物体内的葡萄糖增加或减少 1 克，植物的实际光合速率是___克/小时。假设每天光照 15个小时，一昼夜积累葡萄糖_____克(不考虑昼夜温差的影响)。 答案：（１）①NaHCO3，对照(组)（２）①在甲、乙两装置的 D 中都放入等量的 NaOH 溶液， 装置乙作为对照②将甲、乙两装置遮光处理，放在温度等条件相同的环境中 Ⅱ. (1)右移 左移(2)12 84 （实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝4.5＋1.5＝6 ；积累葡萄糖＝实际光合速率－呼吸速率＝(12×15) －(4×24)＝84。）
５、在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%环境中，其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。回答下列问题：
(1)图中物质A是__________(填“C3化合物”或“C5化合物”)。
(2)在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是________________________________________________________________； 将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是_______________________。 (3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定时，物质A的浓度比B的__________(填“低”或“高”)。
(4)CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的__________(填“高”或“低”)，其原因是______________。 【答案】 (1)C3化合物
(2)暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5化合物的含量稳定，根据暗反应的特点，此时C3化合物的分子数是C5化合物的2倍 当CO2浓度突然降低时，C5化合物的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致C5化合物积累 (3)高
(4)低 CO2浓度低时，暗反应的强度低，所需ATP和[H]少
６、某种铁线莲的根茎可作中药，有重要经济价值。下表为不同遮光处理对其光合作用影响的结果，相关叙述正确的是(多选)( )
A.适当的遮光处理，可提高其干重 B．叶绿素含量与净光合速率呈正相关
C．叶绿素a/b可作为其利用弱光能力的判断指标 D．遮光90%时，铁线莲不进行光合作用 答案：ＡＣ
７、下图甲曲线表示某植物在恒温30℃时的光
合速率与光照强度的关系，图乙是某同学“探究影响植物光合速率的因素”的 实验装置图。试回答：
(1)图甲曲线中，当光照强度为X点时，叶肉细胞中产生ATP的场所有____。 (2)已知该植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃，在其他条 件不变的情况下，将温度调节到25℃，图甲曲线中X点将向________移动，Y 点将向________移动。
(3)利用图乙装置来探究影响植物光合作用的因素实验中，若在灯与广口瓶之 间放一个隔热装置(假设对透光性无影响)，这时我们可用这个装置来探究_
_______与光合速率的关系。________是自变量，可以通过改变广口瓶与灯的 _______来改变这一自变量，也可通过变换灯管的功率来改变。
(4)若实验中每隔15 min改变一次广口瓶与灯之间的距离，随着时间与距离的
增加，气泡产生速率下降，产生这一结果的原因是：
________________________________________________________________。 (5)①据研究发现，当土壤干旱时，植物根细胞会迅速合成某种化学物质X。 有人推测根部合成的X运输到叶片，能调节气孔的开闭。他们做了如下实 验：从该植株上剪取大小和生理状态一致的3片叶，分别将叶柄下部浸在不 同浓度X的培养液中，以分析叶片中X的物质浓度与气孔开放程度之间的关 系。一段时间后，可以测得有关数据。以上方案有不完善的地方，请指出来 并加以改正。
________________________________________________________________。 ②方案完善后，测得有关数据，得到下表的结果。(注：气孔导度越大，气 孔开启程度越大。)
由此可以推测，随着培养液中X浓度的增大，植物光合作用强度________，原因是 ____________________________________________________________________。 答案：(1)细胞质基质、线粒体 (2)下 左 (3)光照强度 光照强度 距 离 (4)①光照强度减弱，光合作用产生的O2减少；②水中CO2含量逐渐 下降，光合作用产生的O2减少 (5)①a.样本量太小。应“取大小和生理状 态一致的叶片若干，平均分为三组”。b.缺乏空白对照。应增加1组，将叶 片的叶柄下部浸在不含X的培养液中 ②降低 随着培养液中X浓度的增 大，气孔关闭程度逐渐增大，CO2吸收减少
８、乙图为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉入水底，然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度的NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间(见图甲)，以研究光
合作用速率与NaHCO3溶液浓度的关系。有关分析正确的是
A．在ab段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合作用速率逐渐减小 B．在bc段，单独增加光照或温度或NaHCO3溶液浓度，都可以缩短 叶圆片上浮的时间
C．在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致 代谢水平下降
D．因配制的NaHCO3溶液中不含氧气，所以整个实验过程中叶圆片 不能进行呼吸作用
解析：本题考查的是光合作用的有关实验，解答本题的关键是理解影响 光合作用的因素。据本实验原理可知，叶圆片上浮的时间可表示光合作 用强度，两者呈负相关。在ab段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合 作用速率逐渐增大，故A项错误。在bc段，单独增加光照或温度，都可以 缩短叶圆片上浮的时间，但增加NaHCO3溶液浓度则不能，故B项错误。 实验中，光合作用可以释放氧气，故D项错误。 答案：C
９、某校生物兴趣小组以玉米为实验材料，研究不同条件下光合作用和呼吸作用速率(密闭
装置)，绘出图甲、乙和丙，图中光合速率与呼吸速率并不相等的点是
A．a B．B C．c D．d
解析：图甲中光照下CO2的吸收量表示植物的净光合作用，即(真正光合作用 －呼吸作用)，故a点表示有机物的积累量与细胞呼吸消耗的有机物的量相 等。图乙中，从0∶00到6∶00，温室里CO2浓度升高，b点为转折点，此时光 合速率＝呼吸速率；c点也为转折点，此时光合速率＝呼吸速率；图丙中，曲 线表示净光合作用，故d点时，光合速率＝呼吸速率。 答案：A １０、若图甲表示某地夏季一密闭大棚内一昼夜间CO2浓度的变化，而图乙表示棚内植株在
b点时，消耗的CO2总量与消耗的O2总量之比(体积比)，其中正确的是
解析：b点时CO2浓度最高，此时棚内植株光合作用的强度等于呼吸作用的强度，即消耗的CO2总量与消耗的O2总量相等，其体积比为1∶1。 答案：B
11、理想状态下，用图一的装置来研究光强度和温度对光合作用的影响，得到如图二的两条曲线。请据图分析回答：
(1)图中曲线 A 、 B 相比较，_________________的光照强度较高，判断依据是________________________________
(2)图中X段的光合速率受____________影响，Y 段的光合速率受__________________影响。 (3)当只有温度是限制因素时，实质上是______________的变化影响光合速率。
(4)实际实验中，阳光照射下，开始时产生O2较快，但两三天后逐渐减慢。主要原因是______________________________________________。为保证O2的生成不减慢，向水中加入适量的碳酸缓冲液，这种物质既能够补充光合作用所需的_________________，又能够直接影响光合作用中_______________________阶段。
(5)如果玻璃瓶中缺Mg2+长时间后叶片将呈色素的颜色。
答案：（1）A 一定光照强度范围内光合速率与光照强度成正相关 （2）光照强度 温度 （3）酶的活性 （4）水中的CO2浓度下降影响CO2固定，由于反馈调节而影响光反应O2的产生速率。 CO2 CO2的固定 （5）类胡萝卜素
12、如图表示20℃时玉米光合作用强度与光照强度的关系，S1、S2、S3表示所在部位的面积，下列说法中不正确的是
A.S1+S3表示玉米呼吸作用消耗的有机物量 B.S2+S3表示玉米光合作用产生的有机物总量 C.若土壤中缺Mg，则B点右移，D点左移 D.S2－S3表示玉米光合作用有机物的净积累量
解析：下图中红色方框内表示O-B过程中呼吸总量，绿色三角区域表示光照强度O-B变化过程中光合总量，所以S1代表光照强度O-B过程中净光合量。S3单独看没有意义，S1+S3表示光照强度O-D过程中的呼吸总量，S2+S3表示O-D过程中的呼吸总量，S2表示B-D过程中的净光合量，所以O-D过程中的有机物净积累量为S2-S1 净积：S2+S3-（S1+ S3）
五、化能合成作用
1、自养生物和异养生物
能以无机的CO2合成有机物的生物称自养生物，以现成的有机物来维持自身的生命活动的称异养生物
2、化能合成作用（氧化氨） （1） 硝化细菌
2NH3＋3 O2 2HNO2＋2H2O＋能量 （2） 硝化细菌
2HNO2＋O2 2HNO3＋能量 （3） 能量
6CO2＋12H2O C6H12O6＋6O2＋6H2O 3、硝化细菌
（1）好氧性细菌 呼吸的主要场所在细胞膜 （2）具除臭作用
（3）产生的硝酸盐是合成蛋白质和核酸的重要物质。
5.4能量之源——光与光合作用
一、捕获光能的色素 （一）捕获光能的色素
１、绿叶中色素的提取和分离 （１）原理：
①提取原理：色素能溶解在有机溶剂（如无水乙醇或 95%的乙醇加入适量的无水碳酸钠，除去水分或丙酮）中，使色素从生物组织中脱离出来。
②分离的原理：各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的则在滤纸上扩散的快。反之则慢。
③分离方法：纸上层析法 （２）实验过程 Ⅰ、提取色素：
①称取 5 克绿叶（叶片要新鲜、颜色要深绿以保证含有较多的色素）剪碎，放入研钵 ②加 SiO2 、CaCO3 和10mL 无水乙醇迅速、充分研磨 分析：
①加 SiO2 是为了使研磨更充分
②加 CaCO3 是为了防止研磨时叶绿素受到破坏。CaCO3 可中和液泡释放的有机酸，防止色素被破坏
③叶绿体色素易溶于无水乙醇(丙酮)等有机溶剂
④加无水乙醇(或丙酮)迅速研磨的目的是减少研磨过程中叶绿体色素的分解，减少无水乙醇(有毒性的丙酮)的挥发 Ⅱ、收集滤液：
①漏斗基部放一单层尼龙布 ②研磨液倒入漏斗内挤压
③将滤液收集到小试管中，用棉花塞塞住试管口 分析：
①尼龙布起过滤作用
②试管口用棉花塞塞紧是为了防止无水乙醇(丙酮)挥发 Ⅲ、制备滤纸条：
①将干燥的滤纸，顺着纸纹剪成长 10cm ，宽 1cm 的纸条 ②一端剪去两个角，并在距这一端 1cm 处划一铅笔线 分析：
①干燥可使滤纸吸收更多的滤液
②顺着纸纹剪成长条，一端剪去两个角，层析时，色素分离效果好，可使层析液同时到达 滤液细线，防边缘扩散速度太快。 Ⅳ、划滤液细线
①用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线划出细、齐、直的一条滤液细线 ②干后重复三次 分析：
①滤液细线越细、越齐，越能防止色素带之间部分重叠
②重复三次，可增加色素在滤纸上的附着量，实验结果更明显 Ⅴ、分离色素
将 3mL 层析液倒入烧杯中，将滤纸条(画线一端朝下)插入层析液中，用培养皿盖盖上烧杯
分析：
①层析液不能没及滤液细线，防止色素溶解在层析液中
②烧杯要盖培养皿盖，因为层析液中的苯、丙酮、石油醚易挥发 （３）实验结果及分析 Ⅰ、结果示意图
Ⅱ、分析
①扩散最快的是胡萝卜素，扩散最慢的是叶绿素 b，含量最多的是叶绿素 a。
②从色素带的宽度可得色素含量的多少依次为：叶绿素 a>叶绿素 b>叶黄素＞胡萝卜素。 ③从色素带的位置可得各色素在层析液中溶解度大小依次为：胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素 a>叶绿素 b。
④在滤纸上距离最近的两条色素带是叶绿素 a 与叶绿素 b，距离最远的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素。 （４）、注意：
①如果实验中使用圆形滤纸，中央滴色素，放入含层析液的培养皿中层析，会得到近似的同心圆的四个色素环，由内到外依次是黄绿色、蓝绿色、黄色、橙黄色 ②影响叶绿素合成的因素：光照、温度、矿质元素如N、Mg
Ａ、光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。
Ｂ、温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿 素分子易被破坏，因而叶子变黄。
Ｃ、矿质元素:叶绿素中含N、Mg等矿质元素,若缺乏将导致叶绿素无法合成，老叶先变黄。 ２、四种色素的含量
（１） 色素分布：色素分布在内囊体的薄膜上，色素可以吸收、传递、转化光能 （２）色素种类：叶绿素
a（3/4）（蓝绿色）
叶 绿 素（3/4）类囊体薄膜吸收红光、篮紫光叶绿素b（1/4）（黄绿色） 上的色素叶黄素 （2/3） （黄色）
类胡萝卜素（1/4
吸收蓝紫光 胡萝卜素 （1/3）（橙黄色）
（３）吸收光谱
（４）吸收光谱的应用 ①可以提高光合作用强度。因为叶绿素吸收最多的是光谱中的蓝紫光和红光。不同颜色的光照对植物的光合作用会有影响。
②对光合作用而言最有效的光为白光，叶绿素对绿光吸收最少。故农业上一般用无色薄膜覆盖大棚而不使用绿色的塑料薄膜或补充绿色光源。实验室中黑暗处理有机物时需要有光条件下操作时最好选用绿光灯 （二）、叶绿体的结构 １、叶绿体的结构 （１）组成结构
外膜 叶绿体 内膜 基粒：由两个以上的类囊体组成，含色素和酶 叶绿体基质：含酶 （２）叶绿体结构图
（３）基粒：扩大了受光面积；光线弱时基粒正对着光而光照过强时基粒和光照平行。 ２、叶绿体的功能
（１）1880 年恩格尔曼实验(德国)
（２）实验结论
①叶绿体是进行光合作用的场所。 ②O2是由叶绿体释放的。 (3)实验分析
本实验设计的巧妙之处在于：
①选择水绵作实验材料，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用 好氧细菌确定O2释放的部位，便于观察。
②没有空气的黑暗环境排除了空气中的O2和光的干扰。 ③设置了对照实验
自变量：光照（照光处与不照光处；黑暗与完全曝光，明确实验结果完全由光照引起的） 因变量：光合作用的发生部位，用好氧细菌的分布作为观察指标。 ④选用极细的光束照射，并且用好氧细菌进行检测，从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位。
二、光合作用的原理和应用 （一）、光合作用的探究历程
１、定义：是指绿色植物通过叶绿体，利用光能把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物并释放出氧气的过程。 ２、探究历程
（１）1771年普利斯特利(英) 实验过程及现象：点燃的蜡烛与绿色植物，密闭——蜡烛不易熄灭小鼠与绿色植物，密闭——
小鼠不易窒息
实验结论：植物能更新空气（提醒：更新何种气体当时不知道）
实验分析：密闭的玻璃罩是否加植物为自变量，蜡烛燃烧时间或小鼠存活时间为因变量。 （２）1779 年英格豪斯(荷兰)
实验结论：只有在阳光照射下和有绿叶时植物才可以更新 （３）1845 年梅耶(德国)
实验结论：植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来 （４）、1864 年萨克斯(德国)
实验过程及现象：
实验结论：绿色叶片光合作用产生淀粉
实验分析：自变量为曝光和遮光，因变量是颜色的变化(有无淀粉生成)。萨克斯实验中黑暗
处理的目的:消耗掉叶片中原有的淀粉。曝光与遮光形成对照，检验试剂为碘蒸气，检验前用酒精水浴加热处理，目的是溶解色素。本实验还证明了光是光合作用的必要条件
（５）、1941 年鲁宾和卡门(美国)
实验过程及现象：
实验结论：光合作用释放的氧全部来自水
实验分析：鲁宾、卡门用的实验方法为示踪原子法（同位素标记法）。相互对照，自变量为
标记物质（H218O与C18O2），因变量为O2的放射性。
（５）、20 世纪40 年代卡尔文(美国)
实验过程及现象：用14C 标记的14CO2 供小球藻光合作用，追踪检测其放射性 实验结论：CO2 中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳 （二）、光合作用的过程 １、反应式及元素去向：
２、过程图解：
４、Ｃ3、Ｃ5的变化
（三）光合作用的影响因素及其作用 １、光照强度对光合作用强度的影响 （１）曲线图 （２）曲线分析
①A 点：光照强度为 0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2 量可表示细胞呼吸的强度 ②AB 段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强， CO2 释放量逐渐减少，这是因为细胞呼吸释放的 CO2 有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度 ③B 点：细胞呼吸释放的 CO2 全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度(光照强度只有在 B 点以上时，植物才能正常生长)，B 点所示光照强度称为光补偿点
④BC 段：随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到 C 点以上不再加强了，C 点所示光照强度称为光饱和点
⑤总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率 ⑥阴生植物和阳生植物的比较
Ａ：一般阳生植物光合作用补偿比阴生植物大 Ｂ：阳生植物光合作用饱和点比阴生植物高 Ｃ：首先达到光合作用饱和点的一般为阴生植物 Ｄ：阴生植物呼吸强度比阳生植物低 （３）应用
①阴生植物的 A 点上移，B 点较小，C 点较低
②间作套种农作物的种类搭配，林带树种的配置，可合理利用光能；增加光合作用面积，如合理密植
③适当提高光照强度可增加大棚作物产量
２、CO2浓度对光合作用强度的影响 （１）曲线图 （２）曲线分析
①图 1 和图 2 表示在一定范围内，光合作用速率随 CO2浓度的增加而增大，但当 CO2 浓度增加到一定范围后，光合作用速率不再增加 ②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（离体条件下没有线粒体提供CO2）
③图 1 和图 2 中的 B 和 B′点都表示 CO2 饱和点；限制因子是酶的数量和活性。 （３）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，提高光能利用率。 ３、温度对光合作用速率的影响 （１）曲线图 （２）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。 （３）应用
①温室栽培时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用
②晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累 ４、必需元素供应对光合速率的影响 （１）曲线图 （２）曲线分析：
在一定浓度范围内，增大必需元素的供应，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渗透失水而萎蔫。
（３）应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量。 ５、水分的供应对光合作用速率的影响
(1)影响：水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限
制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。
(2)应用：根据作物的需水规律合理灌溉。 ６、叶龄对光合速率的影响 （１）曲线图 （２）曲线分析 ①随幼叶不断生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增多,叶绿素含量不断增加，光合速率不断增加（OA段）；
②壮叶时，叶面积、叶绿体、叶绿素都处于稳定状态，光合速率基本稳定（AB段）； ③老叶时，随叶龄增加，叶内叶绿素被破坏，光合速率下降（BC段）。 （３）应用：摘除老叶、残叶。 ７、叶面积指数 （１）曲线图 （２）曲线分析 ①OA段：随叶面积的不断增大，
光合作用实际量不断增大。
②A点：为光合作用叶面积的饱和点。超过此点，随叶面积的增大，光合作用不再增加，原因是叶片相互遮挡，影响对光的吸收。
③OB段：表明干物质量(有机物净生产量，即光合作用的生产量－呼吸消耗量)随叶面积增加而增加。
④BC段：由于A点以后光合作用不再增加，但叶片的呼吸量(OC段)随叶面积的增大而增加，所以干物质积累量降低
（３）应用：合理密植，适当修剪，避免徒长 ８、多因子对光合速率的影响
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，可适当提高图示中的其他因子。（可讨论ＰＱ点时的Ｃ3、Ｃ5及纵向两点的Ｃ3、Ｃ5变化） （四）植物一天的光合作用中 C3 含量的变化分析 １、AB 段、IJ 段的 C3 含量较高
原因：夜间没光，[H]和 ATP 缺乏，C3 不能被还原。
２、BC 段的 C3 含量下降，GI 段的 C3 含量上升
原因：BC 段的光照强度增强，产生[H]和 ATP 增多，C3 被还原，C3 减少；GI 段的光照强度减弱，产生[H]和 ATP 减少，C3 被还原的量减少，C3 增多。
３、CD 段的 C3 含量升高
原因：可能是白天该地区天气暂时由晴转阴，光反应不足。 ４、G 点的 C3 含量最低 原因：G 点气孔关闭，二氧化碳不足，生成 C3 的量减少，而 C3 的还原还正常进行，所以 C3 含量低；相反 C5 的消耗减少，而还原过程又产生 C5，因此 G 点 C5 含量较高。 （五）不同条件下光照强度对光合作用曲线的影响 １、当原温度是光合作用的最适温度时，降低温度，其他条件不变，a 点上移，b 点左移，d 下移。
２、当缺镁时，其他条件不变，a 点不变，b 点右移，d 下移。
３、当上图表示阳生植物的光合作用强度时，则阴生植物的a 点上移，b 点左移，d 下移。 ４、当 CO2 浓度较低时，其他条件不变，a 点不变，b 点右移，d 下移。
５、干旱初期，对呼吸作用影响不大，a 点不变，但植物气孔关闭，CO2 吸收量少，则 b 点右移，d 下移。
６、当上图表示蓝紫光时的光合作用强度，则改用红光后，a 点不变，b 点左移，d 上移。 ７、不同条件下 CO2(光)补偿点的移动规律
(1)若呼吸速率增加，CO2(光)补偿点应右移，反之应左移。
(2)若呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率下降时
(3)阴生植物与阳生植物相比，CO2(光)补偿点和饱和点都相应向左移动。
（六）一天内植物对 CO2 的吸收和释放量的变化分析(以夏季晴天的一昼夜变化为例)
①植物在无光时进行呼吸作用，有光时进行光合作用和呼吸作用。
②0～6 时、18～24 时为夜晚，植物只进行呼吸作用释放CO2，环境中 CO2 浓度增加；6～18 时为白天，植物进行光合作用消耗 CO2，环境中 CO2 浓度降低。 ③横坐标下方代表植物消耗有机物的总量，上方代表净积累量。
④AG 段植物进行光合作用，B、F 点时光合作用速率等于呼吸作用速率，C 点时的光合速率最强。
⑤D 点的形成是因为温度太高，气孔关闭，CO2 的吸收量减少，光合作用速率下降。⑥AC 段之间的变化是因为光照强度上升，光合作用速率上升；EG 段之间的变化是因为光照强度下降，光合作用速率下降。 （七）光合作用和呼吸作用
１、光合作用和呼吸作用的综合计算
①光合作用实际产 O2 量＝实测的 O2 释放量＋呼吸作用耗O2 量
②光合作用实际 CO2 消耗量＝实测的 CO2 消耗量＋呼吸作用 CO2 释放量
③光合作用 C6H12O6 净生成量＝光合作用实际 C6H12O6 生成量－呼吸作用 C6H12O6 消耗量 ２、光合作用速率和呼吸作用速率
（１）呼吸速率的表示方法：植物置于黑暗环境中，测定实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。
（２）净光合速率和真光合速率
①净光合速率：常用一定时间内O2的释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示。
②真光合速率：常用一定时间内O2的产生量、CO2固定量或有机物产生量表示
（３）净光合作用量＝总光合作用量－呼吸作用量。
（４）净光合速率的测定方法(如下图) ①条件：整个装置必须在光下。 ②NaHCO3溶液作用：玻璃瓶中的 NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓 度的恒定，满足了绿色植物光合作 用的需求。
③植物光合速率指标：植物光合作 用释放氧气，使容器内气体压强增 大，毛细管内的水滴右移。单位时
间内水滴右移的体积即是光合速率。 （八）几种提高光合作用的手段 １、延长光合作用的时间。如：套作
２、增加光合作用的面积。如：间作、合理密植。 ３、套作、间作、轮作定义 （１）套作：是指在同一块地上一年种植和收获两种或两种以上作物可延长光合作用的时间 （２）间作：是指在同一块地上将不同的作物相间种植。
（３）轮作：是指在同一块地上按预定计划轮换种植不同植物，轮作可提高土壤的肥力，防止虫害的发生。
三、探究光照强度对光合作用强度的影响及相关分析 （1）实验流程
打出小圆形叶片（30片）：用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出（直径=1 cm）
抽出叶片内气体：用注射器（内有清水、小圆形叶片）抽出叶片内气体（O2等）
小圆形叶片沉到水底：将内部气体逸出的小圆形叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中，小圆形
叶片全部沉到水底
对照实验及结果：
（2）实验结论：在一定范围内,随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强（小圆 形叶片中产生的O2越多，浮起的越多）。 四、问题部分 １、某实验小组以 CO2 吸收量与释放量为指标，在光照等条件适宜的情况下，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，他们将某植株放在特殊的装置内，实际测得的数据如下图所示。下列对这一结果的叙述，正确的是
A．光照相同时间，35℃时光合作用有机物的积累量与 30℃时相等 B．光照相同时间，在 25℃条件下植物积累有机物的量最多 C．温度高于 25℃时，光合作用合成的有机物的量开始减少
D．若昼夜均为 12 小时，则在二曲线交点的温度条件下，植物每天有机物的积累量为 0 答案：ＢＤ
２、将某绿色植物放在特定的实验装置中，研究温度对光合作用与呼吸作用的影响(其他实验条件均适宜)，实验以 CO2 的吸收量与释放量为指标，实验结果如下表所示。下列对该表
数
A.光照条件下，当温度为 25℃时该植物合成有机物的速率最快 B．光照条件下，当温度为 20℃时该植物积累有机物的速率最快 C．光照条件下，30℃比 35℃的温度条件更有利于植物的光合作用 D．该植物光合作用的最适温度低于呼吸作用的最适温度 答案：Ｄ
３、将某植物的大小相似的绿色叶片分组进行如下实验：实验前先称出叶片的重量(各组均相等)，在不同温度下分别暗处理 1 小时，测其重量变化；立刻再光照 1 小时(光照强度等条件相同)，再测其重量变化。得到如下结果：
﹡指与实验前的重量进行比较，则在哪一温度条件下，每小时叶片光合作用产生氧气量最多 答案：Ｄ ４、请利用下图装置完成对某植物光合作用强度和呼吸作用强度的测定，并分析回答有关问题(注：A 为开关；B 为玻璃罩；C 为转基因植物；D 为烧杯，内装 NaOH 或 NaHCO3 溶液；E为红墨水滴；F 为直尺)。
Ⅰ.实验步骤
(1)测定植物的净光合作用强度，方法步骤是：
①在甲、乙两装置的 D 中都放入等量________溶液，装置乙作为_________。 ②将甲、乙两装置放在适宜的光照强度和温度等条件相同的环境中。 ③30 分钟后分别记录甲、乙两装置红墨水滴移动的方向和刻度。 (2)测定植物的呼吸作用强度，方法步骤是：
①________________________________________________ ②________________________________________________
③30 分钟后分别记录甲、乙两装置红墨水滴移动的方向和 Ⅱ.实验结果和分析
(2)假设红墨水滴每移动 1 厘米植物体内的葡萄糖增加或减少 1 克，植物的实际光合速率是___克/小时。假设每天光照 15个小时，一昼夜积累葡萄糖_____克(不考虑昼夜温差的影响)。 答案：（１）①NaHCO3，对照(组)（２）①在甲、乙两装置的 D 中都放入等量的 NaOH 溶液， 装置乙作为对照②将甲、乙两装置遮光处理，放在温度等条件相同的环境中 Ⅱ. (1)右移 左移(2)12 84 （实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝4.5＋1.5＝6 ；积累葡萄糖＝实际光合速率－呼吸速率＝(12×15) －(4×24)＝84。）
５、在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%环境中，其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。回答下列问题：
(1)图中物质A是__________(填“C3化合物”或“C5化合物”)。
(2)在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是________________________________________________________________； 将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是_______________________。 (3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定时，物质A的浓度比B的__________(填“低”或“高”)。
(4)CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的__________(填“高”或“低”)，其原因是______________。 【答案】 (1)C3化合物
(2)暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5化合物的含量稳定，根据暗反应的特点，此时C3化合物的分子数是C5化合物的2倍 当CO2浓度突然降低时，C5化合物的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致C5化合物积累 (3)高
(4)低 CO2浓度低时，暗反应的强度低，所需ATP和[H]少
６、某种铁线莲的根茎可作中药，有重要经济价值。下表为不同遮光处理对其光合作用影响的结果，相关叙述正确的是(多选)( )
A.适当的遮光处理，可提高其干重 B．叶绿素含量与净光合速率呈正相关
C．叶绿素a/b可作为其利用弱光能力的判断指标 D．遮光90%时，铁线莲不进行光合作用 答案：ＡＣ
７、下图甲曲线表示某植物在恒温30℃时的光
合速率与光照强度的关系，图乙是某同学“探究影响植物光合速率的因素”的 实验装置图。试回答：
(1)图甲曲线中，当光照强度为X点时，叶肉细胞中产生ATP的场所有____。 (2)已知该植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃，在其他条 件不变的情况下，将温度调节到25℃，图甲曲线中X点将向________移动，Y 点将向________移动。
(3)利用图乙装置来探究影响植物光合作用的因素实验中，若在灯与广口瓶之 间放一个隔热装置(假设对透光性无影响)，这时我们可用这个装置来探究_
_______与光合速率的关系。________是自变量，可以通过改变广口瓶与灯的 _______来改变这一自变量，也可通过变换灯管的功率来改变。
(4)若实验中每隔15 min改变一次广口瓶与灯之间的距离，随着时间与距离的
增加，气泡产生速率下降，产生这一结果的原因是：
________________________________________________________________。 (5)①据研究发现，当土壤干旱时，植物根细胞会迅速合成某种化学物质X。 有人推测根部合成的X运输到叶片，能调节气孔的开闭。他们做了如下实 验：从该植株上剪取大小和生理状态一致的3片叶，分别将叶柄下部浸在不 同浓度X的培养液中，以分析叶片中X的物质浓度与气孔开放程度之间的关 系。一段时间后，可以测得有关数据。以上方案有不完善的地方，请指出来 并加以改正。
________________________________________________________________。 ②方案完善后，测得有关数据，得到下表的结果。(注：气孔导度越大，气 孔开启程度越大。)
由此可以推测，随着培养液中X浓度的增大，植物光合作用强度________，原因是 ____________________________________________________________________。 答案：(1)细胞质基质、线粒体 (2)下 左 (3)光照强度 光照强度 距 离 (4)①光照强度减弱，光合作用产生的O2减少；②水中CO2含量逐渐 下降，光合作用产生的O2减少 (5)①a.样本量太小。应“取大小和生理状 态一致的叶片若干，平均分为三组”。b.缺乏空白对照。应增加1组，将叶 片的叶柄下部浸在不含X的培养液中 ②降低 随着培养液中X浓度的增 大，气孔关闭程度逐渐增大，CO2吸收减少
８、乙图为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉入水底，然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度的NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间(见图甲)，以研究光
合作用速率与NaHCO3溶液浓度的关系。有关分析正确的是
A．在ab段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合作用速率逐渐减小 B．在bc段，单独增加光照或温度或NaHCO3溶液浓度，都可以缩短 叶圆片上浮的时间
C．在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致 代谢水平下降
D．因配制的NaHCO3溶液中不含氧气，所以整个实验过程中叶圆片 不能进行呼吸作用
解析：本题考查的是光合作用的有关实验，解答本题的关键是理解影响 光合作用的因素。据本实验原理可知，叶圆片上浮的时间可表示光合作 用强度，两者呈负相关。在ab段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合 作用速率逐渐增大，故A项错误。在bc段，单独增加光照或温度，都可以 缩短叶圆片上浮的时间，但增加NaHCO3溶液浓度则不能，故B项错误。 实验中，光合作用可以释放氧气，故D项错误。 答案：C
９、某校生物兴趣小组以玉米为实验材料，研究不同条件下光合作用和呼吸作用速率(密闭
装置)，绘出图甲、乙和丙，图中光合速率与呼吸速率并不相等的点是
A．a B．B C．c D．d
解析：图甲中光照下CO2的吸收量表示植物的净光合作用，即(真正光合作用 －呼吸作用)，故a点表示有机物的积累量与细胞呼吸消耗的有机物的量相 等。图乙中，从0∶00到6∶00，温室里CO2浓度升高，b点为转折点，此时光 合速率＝呼吸速率；c点也为转折点，此时光合速率＝呼吸速率；图丙中，曲 线表示净光合作用，故d点时，光合速率＝呼吸速率。 答案：A １０、若图甲表示某地夏季一密闭大棚内一昼夜间CO2浓度的变化，而图乙表示棚内植株在
b点时，消耗的CO2总量与消耗的O2总量之比(体积比)，其中正确的是
解析：b点时CO2浓度最高，此时棚内植株光合作用的强度等于呼吸作用的强度，即消耗的CO2总量与消耗的O2总量相等，其体积比为1∶1。 答案：B
11、理想状态下，用图一的装置来研究光强度和温度对光合作用的影响，得到如图二的两条曲线。请据图分析回答：
(1)图中曲线 A 、 B 相比较，_________________的光照强度较高，判断依据是________________________________
(2)图中X段的光合速率受____________影响，Y 段的光合速率受__________________影响。 (3)当只有温度是限制因素时，实质上是______________的变化影响光合速率。
(4)实际实验中，阳光照射下，开始时产生O2较快，但两三天后逐渐减慢。主要原因是______________________________________________。为保证O2的生成不减慢，向水中加入适量的碳酸缓冲液，这种物质既能够补充光合作用所需的_________________，又能够直接影响光合作用中_______________________阶段。
(5)如果玻璃瓶中缺Mg2+长时间后叶片将呈色素的颜色。
答案：（1）A 一定光照强度范围内光合速率与光照强度成正相关 （2）光照强度 温度 （3）酶的活性 （4）水中的CO2浓度下降影响CO2固定，由于反馈调节而影响光反应O2的产生速率。 CO2 CO2的固定 （5）类胡萝卜素
12、如图表示20℃时玉米光合作用强度与光照强度的关系，S1、S2、S3表示所在部位的面积，下列说法中不正确的是
A.S1+S3表示玉米呼吸作用消耗的有机物量 B.S2+S3表示玉米光合作用产生的有机物总量 C.若土壤中缺Mg，则B点右移，D点左移 D.S2－S3表示玉米光合作用有机物的净积累量
解析：下图中红色方框内表示O-B过程中呼吸总量，绿色三角区域表示光照强度O-B变化过程中光合总量，所以S1代表光照强度O-B过程中净光合量。S3单独看没有意义，S1+S3表示光照强度O-D过程中的呼吸总量，S2+S3表示O-D过程中的呼吸总量，S2表示B-D过程中的净光合量，所以O-D过程中的有机物净积累量为S2-S1 净积：S2+S3-（S1+ S3）
五、化能合成作用
1、自养生物和异养生物
能以无机的CO2合成有机物的生物称自养生物，以现成的有机物来维持自身的生命活动的称异养生物
2、化能合成作用（氧化氨） （1） 硝化细菌
2NH3＋3 O2 2HNO2＋2H2O＋能量 （2） 硝化细菌
2HNO2＋O2 2HNO3＋能量 （3） 能量
6CO2＋12H2O C6H12O6＋6O2＋6H2O 3、硝化细菌
（1）好氧性细菌 呼吸的主要场所在细胞膜 （2）具除臭作用
（3）产生的硝酸盐是合成蛋白质和核酸的重要物质。