专题八 光合作用
一、叶绿体和叶绿体色素 1、叶绿体的结构和功能 （1）结构：
①一般呈扁平的椭球形或球形，外表具有双层膜，内有基粒和基质，基粒是由类囊体堆叠而成的。
②吸收光能的色素分布于类囊体薄膜上，与光合作用有关的酶分布在叶绿体基质和类囊体薄膜上。 （2）功能
叶绿体是进行光合作用的场所 2、叶绿体色素的种类及吸收光谱
3、色素的分布、功能及特性 （1）分布：叶绿体类囊体的薄膜上
（2）功能：吸收光能、传递光能（四种色素）、转化光能（只有少量叶绿素a ）。叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，这两种光的光合作用效率最高，而绿光的光合效率最低。
（3）特性：不溶于水，能溶于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂。 4、影响叶绿素合成的因素：
（1）光照：光是叶绿素合成的必要条件，植物在黑暗中不能合成叶绿素，因此呈现黄色。
（2）温度：温度可影响与叶绿素合成的有关酶的活性，进而影响叶绿素的合成。叶绿素形成的最低温度为2~4℃，最适宜温度为30℃，最高温度为40℃。秋天叶片变黄，是由于低温抑制叶绿素合成，同时原有的叶绿素遭破坏分解。
（3）无机盐：氮、镁是构成叶绿素的成分，缺氮、镁时叶绿素合成受阻；铁、锰、铜、锌等是叶绿素形成过程中某些酶的辅酶成分，因此缺少铁、锰、铜、锌等化学元素时，也不能合成叶绿素。 二、叶绿体色素的提取和分离试验 1、实验原理
（1）叶绿体色素能溶解在有机溶剂（如无水乙醇）中形成色素溶液，使色素从生物组织中脱离出来。
（2）叶绿体色素都能溶解在层析液中，但四种色素分子在层析液中的溶解度不同。溶解度大的色素分子随层析液在滤纸上扩散的快，反之则慢，所以不同色素可以在滤纸上因扩散速度不同而分开，四种色素分子在滤纸条上可以形成不同的色素带。
2、实验流程图示
3、实验成败的关键
(1)选材：选取新鲜、颜色深绿的叶片，如菠菜叶，目的是提取到较多的色素。
(2)提取绿叶中的色素：
①叶绿素不稳定，易被破坏，因此研磨要迅速、充分以保证提取较多的色素。
②滤液收集后，要及时用棉塞将试管口塞紧，以防止滤液挥发。 ③称取绿叶的质量和加入无水乙醇的体积要适当，以保证提取液的浓度。
(3)分离绿叶中的色素：
①画滤液细线：用力要均匀，快慢要适中。滤液细线要细、直，而且干燥后重复画一两次，使滤液细线既有较多的色素，又使各色素的扩散的起点相同。
②滤纸上的滤液细线不能触及(或没入) 层析液，否则会使滤液中的色素溶解于层析液中，滤纸条上得不到色素带，使实验失败。 4、色素提取液呈淡绿色的原因分析： （1） 研磨不充分，色素未能充分提取出来；
（2） 称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小； （3） 未加入碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。 5、实验中几种化学物质的作用
①无水乙醇作为提取液，可溶解绿叶中的色素。 ②层析液用于分离色素。
③二氧化硅破坏细胞结构，使研磨充分。
④碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏 经典透析：
右图中①代表新鲜菠菜叶的光合色素纸层析结果，则右图②所示结果最有可能来自于
A ．水培的洋葱叶 B ．生长的柳树幼叶 C ．培养的衣藻 D ．秋冬的银杏落叶 三、光合作用的原理 1、光合作用概念
绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO 2和H 2O 转化成储存能量的有机物，并释放出O 2的过程。 2、总反应式：
光能
CO 2+H2O 2O)+O2
叶绿体
3、光合作用过程
4、物质转移
5、光反应和暗反应的比较
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 ，
如图：
(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。 总之，光反应是暗反应的物质和能量的准备阶段，暗反应是光反应的继续，是物质和能量转化的完成阶段。二者是光合作用全过程的两个阶段，是相辅相成的。
四、光照和CO 2浓度变化对植物细胞内C 3、C 5、[H]、ATP 和O 2及(CH2O) 含量的影响
【注意】(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，C 3和C 5含量的变化是相反的， [H]和ATP 含量变化是一致的。 经典透析：
【例1】在其他条件适宜的情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内叶绿体中C 3和C 5化合物含量的变化时 （ ） A.C3和C5都迅速减少 B.C3和C5都迅速增加 C.C3迅速增加，C5迅速减少 D.C3迅速减少，C5迅速增加 答案：C
【例2】(2012·杭州检测) 下图为高等绿色植物光合作用图解，以 下说法正确的是
A ．①是光合色素，分布在叶绿体和细胞质基质中 B ．②是氧气，可参与有氧呼吸的第三阶段 C ．③是三碳化合物，能被氧化为(CH2O) D ．④是ATP ，在叶绿体基质中生成 答案：B
【例3】(2011·池州模拟) 把离体叶绿体加入到含ADP 、磷酸、NADP
＋
等物质的溶液中，用图所示的条件进行光合作用，实验后绘成曲线，
该曲线表示 ( )
A ．有机物合成量 B ．O 2释放量 C ．ATP 、NADPH 的数量 D ．CO 2吸收量 答案：C
【例4】在光照等适宜条件下，将培养在CO 2浓度为1%
环境中的某植
物迅速转移到CO 2浓度为0．003%的环境中，其叶片暗反应中C 3和C 5化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。
回答问题：
（1）图中物质A 是 ______（C 3化合物、C 5化合物）
（2）在CO 2浓度为1%的环境中，物质B 的浓度比A 的低，原因是_______；将CO 2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CO 2浓度为0．003%的环境中，暗反应中C 3和C 5化合物浓度达到稳定时，物质A 的浓度将比B 的________（低、高）。
（4）CO 2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CO 2浓度为1%时的_______（高、低），其原因_______。 五、影响光合作用的因素及其在农业生产中的应用 1、影响光合作用的内部因素
（1）内部因素主要包括叶绿体中色素含量、酶的含量及活性等。 （2）应用：①可根据植物在不同生长发育阶段光合作用速率的不同，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可根据老叶光合作用速率下降的原理，在农作物、
果树管理后期适
当摘除老叶、残叶，以减少细胞呼吸消耗的有机物，增加产量。 2、影响光合作用的外部因素 （1）光
①光照强度（如图）
a. 曲线分析
在一定范围内，光合作用速率随光照强度的增加而增加，但当光照强度增加到一定值时，光合作用速率不在增加。 b. 关键点分析及变化
光补偿点表示光合作用的速率等于呼吸作用速率，光饱和点表示光合作用速率达到最大值时的最低光照强度。若改变某一因素（如CO 2浓度），使光合作用速率增大（减小），而呼吸作用不受影响时，光补偿点应左移（右移），光饱和点应右移（左移）；若改变某一因素（如温度），使呼吸作用速率增大（减小），则光补偿点应右移（左移）。 c. 不同植物关键点的比较
一般阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物低，即在弱光下阴生植物光合作用速率大于阳生植物，在强光下，阳生植物的光合作用速率大于阴生植物。
②光质：复合光（白光）下，光合作用速率最快；单色光中，蓝紫光
下，光合作用速率最快，红橙光次之。
应用：适当提高光照强度；延长光合作用时间；合理密植，增加光合
作用面积；温室大棚使用无色玻璃或薄膜。
（2）CO 2浓度
CO 2 放出CO 2
2
CO 2是植物进行光合作用的原料，只有当环境中的CO 2达到一定浓
度时，植物才能进行光合作用。植物能够进行光合作用的最低CO 2浓
度称为CO 2补偿点，即在此CO 2浓度条件下，植物通过光合作用吸收
的CO 2与植物呼吸作用释放的CO 2相等。环境中的CO 2低于这一浓度，
植物的光合作用就会低于呼吸作用，消耗大于积累，长期如此植物就
会死亡。一般来说，在一定的范围内，植物光合作用的强度随CO 2浓
度的增加而增加，但达到一定浓度后，光合作用强度就不再增加或增
加很少，这时的CO 2浓度称为CO 2的饱和点。
应用：生产上施用有机肥，有机肥可在微生物作用下产生CO 2；提高
温室CO 2浓度；使田间通风良好，供应充足的CO 2等。
（3）温度
①曲线分析
影响酶的活性。在一定范围内，植物光合作用速率随温度的升高
而加快，温度过高会使酶的活性下降，从而使光合作用速率下降。
②关键点分析
A 、C 两点光合作用速率都较低，但原因不同，A 点是由于低温抑
制酶的活性，C 点是由于高温使部分酶失活；B 点是光合作用速率的
最大值，但不一定是植物积累有机物的最适温度。因为提高温度也会
促进呼吸作用。如图所示。所以植物体内光合作用酶的最适温度不一
定就是植物净光合作用的最适温度。
应用：生产上白天适当升温，增强光合作用，晚上适当降低室温，抑
制呼吸作用，以积累有机物。
经典透析：
【例1】(2011·新课标全国卷) 番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时
间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降，原因是 ( )
A ．光反应强度升高，暗反应强度降低
B ．光反应强度降低，暗反应强度降低
C ．光反应强度不变，暗反应强度降低
D ．光反应强度降低，暗反应强度不变
答案：B
【例2】(2012·菏泽检测) 在冬季的人工大棚中种植蔬菜，需要确定适
宜的光照强度，因为光照不充分会降低产量，而提供多余的光照会浪
费资源。某生物小组利用黑藻和台灯进行实验，初步探究适宜的光照
强度，实验结果如下图所示，下列表述正确的是
( )
A ．该实验中要控制的无关变量为光照强度、CO 2浓度、温度、黑藻
数量等
B ．实验记录的氧气量是光合作用实际产生的氧气量
C ．结果表明，随着光照强度的不断增强，光合作用产生的氧气量也
在增加
D ．为确定适宜的光照强度，应在100～500 W 光照强度范围内设置
多组梯度进行实验
答案：
D
【例3】下列四种现象中，可以用右图表示的是
A ．在适宜条件下光合作用强度随CO 2含量的变化
B ．条件适宜、底物充足时反应速率随酶量的变化
C ．一个细胞周期中DNA 含量随时间的变化
D ．理想条件下种群数量随时间的变化
答案：A
【例4】某研究性学习小组采用盆栽实验，探究土壤干旱对某种植物叶片光合速率的影响。实验开始时土壤水分充足，然后实验组停止浇水，对照组土壤水分条件保持适宜，实验结果如下图所示。下列有关分析正确的有：
A ．叶片光合速率随干旱时间延长而呈下降趋势
B ．叶片光合速率下降先于叶片叶绿素含量下降
C ．实验2～4天，光合速率下降是由叶片叶绿素含量下降引起的
D ．实验2～4天，光合速率下降可能是由叶片内CO 2浓度下降引起的
答案：
ABD
专题八 光合作用
一、叶绿体和叶绿体色素 1、叶绿体的结构和功能 （1）结构：
①一般呈扁平的椭球形或球形，外表具有双层膜，内有基粒和基质，基粒是由类囊体堆叠而成的。
②吸收光能的色素分布于类囊体薄膜上，与光合作用有关的酶分布在叶绿体基质和类囊体薄膜上。 （2）功能
叶绿体是进行光合作用的场所 2、叶绿体色素的种类及吸收光谱
3、色素的分布、功能及特性 （1）分布：叶绿体类囊体的薄膜上
（2）功能：吸收光能、传递光能（四种色素）、转化光能（只有少量叶绿素a ）。叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，这两种光的光合作用效率最高，而绿光的光合效率最低。
（3）特性：不溶于水，能溶于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂。 4、影响叶绿素合成的因素：
（1）光照：光是叶绿素合成的必要条件，植物在黑暗中不能合成叶绿素，因此呈现黄色。
（2）温度：温度可影响与叶绿素合成的有关酶的活性，进而影响叶绿素的合成。叶绿素形成的最低温度为2~4℃，最适宜温度为30℃，最高温度为40℃。秋天叶片变黄，是由于低温抑制叶绿素合成，同时原有的叶绿素遭破坏分解。
（3）无机盐：氮、镁是构成叶绿素的成分，缺氮、镁时叶绿素合成受阻；铁、锰、铜、锌等是叶绿素形成过程中某些酶的辅酶成分，因此缺少铁、锰、铜、锌等化学元素时，也不能合成叶绿素。 二、叶绿体色素的提取和分离试验 1、实验原理
（1）叶绿体色素能溶解在有机溶剂（如无水乙醇）中形成色素溶液，使色素从生物组织中脱离出来。
（2）叶绿体色素都能溶解在层析液中，但四种色素分子在层析液中的溶解度不同。溶解度大的色素分子随层析液在滤纸上扩散的快，反之则慢，所以不同色素可以在滤纸上因扩散速度不同而分开，四种色素分子在滤纸条上可以形成不同的色素带。
2、实验流程图示
3、实验成败的关键
(1)选材：选取新鲜、颜色深绿的叶片，如菠菜叶，目的是提取到较多的色素。
(2)提取绿叶中的色素：
①叶绿素不稳定，易被破坏，因此研磨要迅速、充分以保证提取较多的色素。
②滤液收集后，要及时用棉塞将试管口塞紧，以防止滤液挥发。 ③称取绿叶的质量和加入无水乙醇的体积要适当，以保证提取液的浓度。
(3)分离绿叶中的色素：
①画滤液细线：用力要均匀，快慢要适中。滤液细线要细、直，而且干燥后重复画一两次，使滤液细线既有较多的色素，又使各色素的扩散的起点相同。
②滤纸上的滤液细线不能触及(或没入) 层析液，否则会使滤液中的色素溶解于层析液中，滤纸条上得不到色素带，使实验失败。 4、色素提取液呈淡绿色的原因分析： （1） 研磨不充分，色素未能充分提取出来；
（2） 称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小； （3） 未加入碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。 5、实验中几种化学物质的作用
①无水乙醇作为提取液，可溶解绿叶中的色素。 ②层析液用于分离色素。
③二氧化硅破坏细胞结构，使研磨充分。
④碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏 经典透析：
右图中①代表新鲜菠菜叶的光合色素纸层析结果，则右图②所示结果最有可能来自于
A ．水培的洋葱叶 B ．生长的柳树幼叶 C ．培养的衣藻 D ．秋冬的银杏落叶 三、光合作用的原理 1、光合作用概念
绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO 2和H 2O 转化成储存能量的有机物，并释放出O 2的过程。 2、总反应式：
光能
CO 2+H2O 2O)+O2
叶绿体
3、光合作用过程
4、物质转移
5、光反应和暗反应的比较
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 ，
如图：
(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。 总之，光反应是暗反应的物质和能量的准备阶段，暗反应是光反应的继续，是物质和能量转化的完成阶段。二者是光合作用全过程的两个阶段，是相辅相成的。
四、光照和CO 2浓度变化对植物细胞内C 3、C 5、[H]、ATP 和O 2及(CH2O) 含量的影响
【注意】(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，C 3和C 5含量的变化是相反的， [H]和ATP 含量变化是一致的。 经典透析：
【例1】在其他条件适宜的情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内叶绿体中C 3和C 5化合物含量的变化时 （ ） A.C3和C5都迅速减少 B.C3和C5都迅速增加 C.C3迅速增加，C5迅速减少 D.C3迅速减少，C5迅速增加 答案：C
【例2】(2012·杭州检测) 下图为高等绿色植物光合作用图解，以 下说法正确的是
A ．①是光合色素，分布在叶绿体和细胞质基质中 B ．②是氧气，可参与有氧呼吸的第三阶段 C ．③是三碳化合物，能被氧化为(CH2O) D ．④是ATP ，在叶绿体基质中生成 答案：B
【例3】(2011·池州模拟) 把离体叶绿体加入到含ADP 、磷酸、NADP
＋
等物质的溶液中，用图所示的条件进行光合作用，实验后绘成曲线，
该曲线表示 ( )
A ．有机物合成量 B ．O 2释放量 C ．ATP 、NADPH 的数量 D ．CO 2吸收量 答案：C
【例4】在光照等适宜条件下，将培养在CO 2浓度为1%
环境中的某植
物迅速转移到CO 2浓度为0．003%的环境中，其叶片暗反应中C 3和C 5化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。
回答问题：
（1）图中物质A 是 ______（C 3化合物、C 5化合物）
（2）在CO 2浓度为1%的环境中，物质B 的浓度比A 的低，原因是_______；将CO 2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CO 2浓度为0．003%的环境中，暗反应中C 3和C 5化合物浓度达到稳定时，物质A 的浓度将比B 的________（低、高）。
（4）CO 2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CO 2浓度为1%时的_______（高、低），其原因_______。 五、影响光合作用的因素及其在农业生产中的应用 1、影响光合作用的内部因素
（1）内部因素主要包括叶绿体中色素含量、酶的含量及活性等。 （2）应用：①可根据植物在不同生长发育阶段光合作用速率的不同，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可根据老叶光合作用速率下降的原理，在农作物、
果树管理后期适
当摘除老叶、残叶，以减少细胞呼吸消耗的有机物，增加产量。 2、影响光合作用的外部因素 （1）光
①光照强度（如图）
a. 曲线分析
在一定范围内，光合作用速率随光照强度的增加而增加，但当光照强度增加到一定值时，光合作用速率不在增加。 b. 关键点分析及变化
光补偿点表示光合作用的速率等于呼吸作用速率，光饱和点表示光合作用速率达到最大值时的最低光照强度。若改变某一因素（如CO 2浓度），使光合作用速率增大（减小），而呼吸作用不受影响时，光补偿点应左移（右移），光饱和点应右移（左移）；若改变某一因素（如温度），使呼吸作用速率增大（减小），则光补偿点应右移（左移）。 c. 不同植物关键点的比较
一般阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物低，即在弱光下阴生植物光合作用速率大于阳生植物，在强光下，阳生植物的光合作用速率大于阴生植物。
②光质：复合光（白光）下，光合作用速率最快；单色光中，蓝紫光
下，光合作用速率最快，红橙光次之。
应用：适当提高光照强度；延长光合作用时间；合理密植，增加光合
作用面积；温室大棚使用无色玻璃或薄膜。
（2）CO 2浓度
CO 2 放出CO 2
2
CO 2是植物进行光合作用的原料，只有当环境中的CO 2达到一定浓
度时，植物才能进行光合作用。植物能够进行光合作用的最低CO 2浓
度称为CO 2补偿点，即在此CO 2浓度条件下，植物通过光合作用吸收
的CO 2与植物呼吸作用释放的CO 2相等。环境中的CO 2低于这一浓度，
植物的光合作用就会低于呼吸作用，消耗大于积累，长期如此植物就
会死亡。一般来说，在一定的范围内，植物光合作用的强度随CO 2浓
度的增加而增加，但达到一定浓度后，光合作用强度就不再增加或增
加很少，这时的CO 2浓度称为CO 2的饱和点。
应用：生产上施用有机肥，有机肥可在微生物作用下产生CO 2；提高
温室CO 2浓度；使田间通风良好，供应充足的CO 2等。
（3）温度
①曲线分析
影响酶的活性。在一定范围内，植物光合作用速率随温度的升高
而加快，温度过高会使酶的活性下降，从而使光合作用速率下降。
②关键点分析
A 、C 两点光合作用速率都较低，但原因不同，A 点是由于低温抑
制酶的活性，C 点是由于高温使部分酶失活；B 点是光合作用速率的
最大值，但不一定是植物积累有机物的最适温度。因为提高温度也会
促进呼吸作用。如图所示。所以植物体内光合作用酶的最适温度不一
定就是植物净光合作用的最适温度。
应用：生产上白天适当升温，增强光合作用，晚上适当降低室温，抑
制呼吸作用，以积累有机物。
经典透析：
【例1】(2011·新课标全国卷) 番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时
间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降，原因是 ( )
A ．光反应强度升高，暗反应强度降低
B ．光反应强度降低，暗反应强度降低
C ．光反应强度不变，暗反应强度降低
D ．光反应强度降低，暗反应强度不变
答案：B
【例2】(2012·菏泽检测) 在冬季的人工大棚中种植蔬菜，需要确定适
宜的光照强度，因为光照不充分会降低产量，而提供多余的光照会浪
费资源。某生物小组利用黑藻和台灯进行实验，初步探究适宜的光照
强度，实验结果如下图所示，下列表述正确的是
( )
A ．该实验中要控制的无关变量为光照强度、CO 2浓度、温度、黑藻
数量等
B ．实验记录的氧气量是光合作用实际产生的氧气量
C ．结果表明，随着光照强度的不断增强，光合作用产生的氧气量也
在增加
D ．为确定适宜的光照强度，应在100～500 W 光照强度范围内设置
多组梯度进行实验
答案：
D
【例3】下列四种现象中，可以用右图表示的是
A ．在适宜条件下光合作用强度随CO 2含量的变化
B ．条件适宜、底物充足时反应速率随酶量的变化
C ．一个细胞周期中DNA 含量随时间的变化
D ．理想条件下种群数量随时间的变化
答案：A
【例4】某研究性学习小组采用盆栽实验，探究土壤干旱对某种植物叶片光合速率的影响。实验开始时土壤水分充足，然后实验组停止浇水，对照组土壤水分条件保持适宜，实验结果如下图所示。下列有关分析正确的有：
A ．叶片光合速率随干旱时间延长而呈下降趋势
B ．叶片光合速率下降先于叶片叶绿素含量下降
C ．实验2～4天，光合速率下降是由叶片叶绿素含量下降引起的
D ．实验2～4天，光合速率下降可能是由叶片内CO 2浓度下降引起的
答案：
ABD