高中生物奧林匹克競賽輔導(dǎo)專題講座專題五光合作用

1、高中生物奧林匹克競賽輔導(dǎo)專題講座 專題五 光合作用 競賽要求1.光合作用的概念及其重大意義2.光合作用的場所和光合色素3.光合作用的全過程（光系統(tǒng)I和光系統(tǒng)II）4.C3和C4植物的比較（光呼吸）5.外界條件對光合作用的影響（飽和點、補償點）6.光合作用的原理在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用知識梳理一、光合作用概述光合作用是指綠色植物吸收陽光的能量，同化二氧化碳和水，制造有機物質(zhì)并釋放氧氣的過程。1光合作用的重要性可以概括為把無機物變成有機物、蓄積太陽能量和環(huán)境保護為三方面。2葉綠體和光合色素葉綠體是進行光合作用的細胞器。在顯微鏡下觀察，高等植物的葉綠體大多數(shù)呈橢球形，一般直徑約為36um，厚約為23um。

2、其結(jié)構(gòu)可分為外膜、內(nèi)膜、基粒和基質(zhì)四部分，內(nèi)膜具有控制代謝物質(zhì)進出葉綠體的功能，基粒是光反應(yīng)進行的場所，基質(zhì)是暗反應(yīng)進行的場所。葉綠體具有由許多片層組成的片層系統(tǒng)，稱為類囊體。每個基粒是由2個以上的類囊體垛疊在一起形成的，這樣的類囊體稱為基粒類囊體；有一些類囊體較大，貫穿在兩個基粒之間的基質(zhì)中，稱為基質(zhì)類囊體。光合作用的光能轉(zhuǎn)換功能是在類囊體膜上進行的，所以類囊體膜亦稱為光合膜。光合色素葉綠素主要吸收藍光和紅光類胡蘿卜素主要吸收藍光葉綠素a（藍綠色）葉綠素b（黃綠色）胡蘿卜素（橙黃色）葉 黃 素（黃 色）光合色素就位于類囊體膜中。其種類、顏色和吸收的可見光段如下：應(yīng)注意吸收光譜只說明光合色素吸

3、收的光段，不能進一步說明這些被吸收的光段在光合作用中的效率，要了解各被吸收光段的效率還需研究光合作用的作用光譜，即不同波長光作用下的光合效率稱為作用光譜。熒光現(xiàn)象：葉綠素溶液在透射光下呈綠色，而在反射光下呈紅色的現(xiàn)象。磷光現(xiàn)象：葉綠素在去掉光源后，還能繼續(xù)輻射出極微弱的紅光（用精密儀器測知）的現(xiàn)象。3光合作用的發(fā)現(xiàn)l 17世紀，van Helmont，將2.3kg的小柳樹種在90.8kg干土中，雨水澆5年后，小柳樹重76.7kg，而土僅減少57g。因此，他認為植物是從水中取得所需的物質(zhì)。l 1771年，Joseph Priestley，密閉容器中蠟燭燃燒污染了空氣，使放于其中的小鼠窒息；若在密

4、閉容器中放入一支薄荷，小鼠生命就可得到挽救。他的結(jié)論是，植物能凈化空氣。l 1779年，Jan Ingenhousz，確定植物凈化空氣是依賴于光的。l 1782年，J.Senebier，證明植物在照光時吸收CO2并釋放O2。l 1804年，N.T.De Saussure發(fā)現(xiàn)，植物光合作用后增加的重量大于吸收CO2和釋放O2所引起的重量變化，他認為是由于水參與了光合作用。6CO2+6H2OC6H12O6+6O2光綠色細胞l 1864年，J.Sachs觀察到照光的葉綠體中有淀粉的積累，顯然這是由光合作用產(chǎn)生的葡萄糖合成的。CO2+2H2A(CH2O)+2A+H2Ol 20世紀30年代，von Ni

5、el提出光合作用的通式：l 1937年，R. Hill用離體葉綠體培養(yǎng)證明，光合作用放出的O2，來自H2O。將光合作用分為兩個階段：第一階段為光誘導(dǎo)的電子傳遞以及水的光解和O2的釋放（又稱希爾反應(yīng)）；這一階段之后才是CO2的還原和有機物的合成。H2O+AAH2+1/2O2l 1940年代，Ruben等用18O同位素示蹤，更進一步證明光合作用放出的O2，來自H2O6CO2+2H2O(C6H12O6)+ 6H2O +6O2二、光合作用的過程1光反應(yīng)和暗反應(yīng) 根據(jù)需光與否，可籠統(tǒng)的將光合作用分為兩個反應(yīng)光反應(yīng)和暗反應(yīng)。光反應(yīng)發(fā)生水的光解、O2的釋放和ATP及NADPH（還原輔酶II）的生成。反應(yīng)場所

6、是葉綠體的類囊體膜中，需要光。暗反應(yīng)利用光反應(yīng)形成的ATP和NADPH，將CO2還原為糖。反應(yīng)場所是葉綠體基質(zhì)中，不需光。從能量轉(zhuǎn)變角度來看，光合作用可分為下列3大步驟：光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換過程（通過原初反應(yīng)完成）；電能轉(zhuǎn)化為活躍的化學(xué)能過程（通過電子傳遞和光合磷酸化完成）；活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的化學(xué)能過程（通過碳同化完成）。前兩個步驟屬于光反應(yīng)，第三個步驟屬于暗反應(yīng)。（1）光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換原初反應(yīng)：為光合作用最初的反應(yīng)，它包括光合色素對光能的吸收、傳遞以及將光能轉(zhuǎn)換為電能的具體過程（圖5-1）。圖5-1 原初反應(yīng)圖解參加原初反應(yīng)的色素光合色素按功能可分為兩類：一類具有吸收和傳遞光能

7、的作用，包括絕大多數(shù)的葉綠素a，以及全部的葉綠素b、胡蘿卜素和葉黃素；另一類是少數(shù)處于特殊狀態(tài)的葉綠素a，這種葉綠素a能夠捕獲光能，并將受光能激發(fā)的電子傳送給相鄰的電子受體。在類囊體膜中，上述色素并非散亂地分布著，而是與各種蛋白質(zhì)結(jié)合成復(fù)合物，共同形成稱做光系統(tǒng)的大型復(fù)合物（圖5-2）。圖7-2 光系統(tǒng)示意圖光系統(tǒng)：由光合色素組成的特殊功能單位。每一系統(tǒng)包含250-400個葉綠素和其他色素分子。分光系統(tǒng)I和光系統(tǒng)II，2個光系統(tǒng)之間有電子傳遞鏈相連接。光系統(tǒng)I（PSI）：作用中心色素為P700，P700被激發(fā)后，把電子供給Fd。光系統(tǒng)II（PSII）：作用中心色素為P680，P680被激發(fā)后，

8、電子供給pheo(去鎂葉綠素)，并與水裂解放氧相連。原初反應(yīng)的基本過程：D·P·A D·P*·A D·P+·A- D+·P·A- D·P·A 為光系統(tǒng)或反應(yīng)中心 Donor（原初電子供體） Pigment （作用中心色素） Acceptor （原初電子受體）（2）電能轉(zhuǎn)化為活躍的化學(xué)能水的光解：H2O是光合作用中O2來源，也是光合電子的最終供體。水光解的反應(yīng)：2H2OO24H+4e-光合電子傳遞鏈（光合鏈）概念：光合鏈是指定位在光合膜上的、一系列互相銜接的電子傳遞體組成的電子傳遞的總軌道。由于各

9、電子傳遞體具不同的氧化還原電位，負值越大代表還原勢越強，正值越大代表氧化勢越強，據(jù)此排列呈“Z”形，又稱為“Z方案”（圖5-3）。圖5-3 “Z方案”光合電子傳遞的類型：非環(huán)式電子傳遞；環(huán)式電子傳遞；假環(huán)式電子傳遞。光合磷酸化光合磷酸化的概念：葉綠體在光下把無機磷酸和ADP轉(zhuǎn)化為ATP，形成高能磷酸鍵的過程。光合磷酸化與光合電子傳遞相偶聯(lián)，同樣分為三種類型：即非環(huán)式光合磷酸化；環(huán)式光合磷酸化；假環(huán)式光合磷酸化。光合磷酸化的機理：化學(xué)滲透學(xué)說，即在光合電子傳遞體中，PQ經(jīng)穿梭在傳遞電子的同時，把膜外基質(zhì)中的H+轉(zhuǎn)運至類囊體膜內(nèi)；PS光解水時在膜內(nèi)釋放H+；PS引起NADP+的還原時，進一步引起膜

10、外H+濃度降低。這樣膜內(nèi)外存在H+濃度差（pH），同時膜內(nèi)外電荷呈現(xiàn)“內(nèi)正外負”，引起電位差()。pH和合稱質(zhì)子動力勢。H+順著濃度梯度返回膜外時釋放能量，在ATP酶催化下，偶聯(lián)ATP合成。（3）活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的化學(xué)能碳同化：植物利用光反應(yīng)中形成的NADPH和ATP將CO2轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的碳水化合物的過程，稱為CO2同化或碳同化。碳同化的途徑：A)卡爾文循環(huán)（又叫C3途徑）：CO2的受體是一種戊糖(核酮糖二磷酸，RuBP)，故又稱為還原戊糖磷酸途徑（RPPP）。二氧化碳被固定形成的最初產(chǎn)物是一種三碳化合物（3磷酸甘油酸），故稱為C3途徑。是卡爾文等在50年代提出的，故稱為卡爾文循環(huán)(The

11、 Calvin cycle)?？栁难h(huán)具有合成淀粉等有機物的能力，是所有植物光合碳同化的基本途徑，大致可分為三個階段，即羧化階段、還原階段和再生階段。C3途徑的總反應(yīng)式：3CO2+5H2O+3RuBP+9ATP+6NADPHPGAld+6NADP+9ADP+9Pi可見，要產(chǎn)生1molPGAld（磷酸丙糖分子）需要消耗3mol CO2，9mol ATP和6mol NADPH。B)C4途徑（又叫Hatch-Slack途徑）：有些起源于熱帶的植物，如甘蔗、玉米等，除了和其它植物一樣具有卡爾文循環(huán)以外，還存在一條固定CO2的途徑。按C4途徑固定CO2的植物稱為C4植物?，F(xiàn)已知被子植物中有20多個科近

12、2000種植物中存在C4途徑。圖5-4 C3植物葉片C3和C4葉的結(jié)構(gòu)的不同：綠色植物的葉片中有由導(dǎo)管和篩管等構(gòu)成的維管束，圍繞著維管束的一圈薄壁細胞叫做維管束鞘細胞，C3植物葉片中的維管束鞘細胞不含葉綠體，維管束鞘以外的葉肉細胞排列疏松，但都含有葉綠體(圖5-4)。 C4植物的葉片中，圍繞著維管束的是呈“花環(huán)型”的兩圈細胞：里面的一圈是維管束鞘細胞，外面的一圈是一部分葉肉細胞。C4植物中構(gòu)成維管束鞘的細胞比較大，里面含有沒有基粒的葉綠體，這種葉綠體不僅數(shù)量比較多，而且個體比較大，葉肉細胞則含有正常的葉綠體。(圖5-5)圖5-5 C4植物葉片固定CO2的最初產(chǎn)物是四碳二羧酸（草酰乙酸），故稱為

13、C4-二羧酸途徑（C4dicarboxylic acid pathway），簡稱C4途徑。也叫Hatch-Slack途徑。C4循環(huán)和C3循環(huán)的關(guān)系見圖5-6。圖5-6 C4循環(huán)和C3循環(huán)的關(guān)系C4途徑中的反應(yīng)基本上可分為：羧化反應(yīng) 在葉肉細胞中磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)與HCO3在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）催化下形成草酰乙酸(OAA)；還原或轉(zhuǎn)氨作用 OAA被還原為蘋果酸(Mal)，或經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用形成天冬氨酸(Asp)；脫羧反應(yīng) C4酸通過胞間連絲移動到BSC，在BSC中釋放CO2，CO2由C3 途徑同化；底物再生 脫羧形成的C3酸從BSC運回葉肉細胞并再生出CO2受體PEP。C4植物具

14、較高光合速率的因素有：C4植物的葉肉細胞中的PEPC對底物HCO3的親和力極高，細胞中的HCO3濃度一般不成為PEPC固定CO2的限制因素；C4植物由于有“CO2泵”濃縮CO2的機制，使得BSC中有高濃度的CO2，從而促進Rubisco的羧化反應(yīng)，降低了光呼吸，且光呼吸釋放的CO2又易被再固定；高光強又可推動電子傳遞與光合磷酸化，產(chǎn)生更多的同化力，以滿足C4植物PCA循環(huán)對ATP的額外需求；鞘細胞中的光合產(chǎn)物可就近運入維管束，從而避免了光合產(chǎn)物累積對光合作用可能產(chǎn)生的抑制作用。但是C4植物同化CO2消耗的能量比C植物多，也可以說這個“CO2泵”是要由ATP來開動的，故在光強及溫度較低的情況下，

15、其光合效率還低于C3植物?？梢奀4途徑是植物光合碳同化對熱帶環(huán)境的一種適應(yīng)方式。C)景天科酸代謝途徑（CAM）：干旱地區(qū)的景天科、仙人掌科、菠蘿等植物有一個特殊的CO2同化方式。晚上氣孔開放，吸進CO2，再PEP羧化酶作用下，與PEP結(jié)合，形成OAA，進一步還原為蘋果酸，積累于液泡中。白天氣孔關(guān)閉，液泡中的蘋果酸便運到胞質(zhì)溶膠，在依賴NADP蘋果酸酶作用下，氧化脫羧，放出CO2，參與卡爾文循環(huán)，形成淀粉等。這類植物體內(nèi)白天糖分含量高，而夜間有機酸含量高。具有這種有機酸合成日變化類型的光合碳代謝稱為景天科酸代謝。植物的光和碳同化途徑具有多樣性，這也反映了植物對生態(tài)環(huán)境多樣性的適應(yīng)。但是C3途徑是

16、最基本、最普遍的途徑，也只有該途徑才可以生成碳水化合物，C4和CAM途徑都是C3途徑的輔助形式，只能起固定、運轉(zhuǎn)、濃縮CO2的作用，單獨不能形成淀粉等碳水化合物。（4）光呼吸光呼吸：植物綠色細胞在光下吸收O2、釋放CO2的過程稱為光呼吸。一般生活細胞的呼吸在光暗條件下都可以進行，對光照沒有特殊要求，可稱為暗呼吸。光呼吸與暗呼吸在呼吸底物、代謝途徑以及光呼吸速率等方面均不相同。光呼吸的全過程需要由葉綠體、過氧化物酶體和線粒體三種細胞器協(xié)同完成。光呼吸的底物是乙醇酸，O2的吸收發(fā)生在葉綠體和過氧化物酶體，CO2的釋放發(fā)生在線粒體。光呼吸時，每氧化2分子乙醇酸放出1分子CO2，碳素損失>25%

17、。光呼吸的意義：消除乙醇酸的毒害：乙醇酸的產(chǎn)生在代謝中是不可避免的。光呼吸可消除乙醇酸的毒害作用。維持C3途徑的運轉(zhuǎn)：在葉片氣孔關(guān)閉或外界CO2濃度降低時，光呼吸釋放的CO2能被C3途徑再利用，以維持C3途徑的運轉(zhuǎn)。防止強光對光合機構(gòu)的破壞：在強光下，光反應(yīng)中形成的同化力會超過暗反應(yīng)的需要，葉綠體中NADPH/NADP+的比值增高，最終電子受體NADP+不足，由光激發(fā)的高能電子會傳遞給O2，形成超氧陰離子自由基O2，O2對光合機構(gòu)具有傷害作用，而光呼吸可消耗過剩的同化力，減少O2的形成，從而保護光合機構(gòu)。氮代謝的補充：光呼吸代謝中涉及多種氨基酸(甘氨酸、絲氨酸等)的形成和轉(zhuǎn)化過程，對綠色細胞的

18、氮代謝是一個補充。光合作用主要反應(yīng)概要反 應(yīng)主要事件需要的物質(zhì)最終產(chǎn)物1、光反應(yīng)（類囊體膜）光化學(xué)反應(yīng)電子傳遞化學(xué)滲透利用光能使水光解，合成ATP和還原NADP+（即 NADPH）葉綠素激發(fā)；反應(yīng)中心將高能電子傳遞給電子受體電子沿著類囊體膜上的電子傳遞鏈傳遞，并最終還原NADP +；水的光解提供的H+積累于類囊體內(nèi)質(zhì)子穿越類囊體膜進入類囊體；在類囊體和基質(zhì)間形成質(zhì)子梯度；質(zhì)子通過由ATP合成酶復(fù)合物構(gòu)成的特殊通道回到基質(zhì)中；ATP生成光能；光合色素電子；NADP+；H2O 質(zhì)子梯度ADP+Pi 電子NADPH+H +； O2 ； H + ATP2、暗反應(yīng)( 基質(zhì) )CO2固定，即CO2與一有機

19、化合物結(jié)合二磷酸核酮糖；CO2；ATP；NADPH+H + 糖；ADP+Pi，NADP +2影響光合作用的因素（1）外部因素：A）光強光補償點：當(dāng)葉片的光合速率與呼吸速率相等（凈光合速率為零）時的光照強度，稱為光補償點。光飽和點：在一定條件下，使光合速率達到最大時的光照強度，稱為光飽和點。出現(xiàn)光飽和點的原因：強光下暗反應(yīng)跟不上光反應(yīng)從而限制了光合速率。一般來說，光補償點高的植物其光飽和點也高。如，草本植物的光補償點與光飽和點>木本植物；陽生植物的>陰生植物；C4植物的>C3植物。光補償點低的植物較耐蔭，適于和光補償點高的植物間作。如豆類與玉米間作。光抑制：光能過剩導(dǎo)致光合效率

20、降低的現(xiàn)象稱為光合作用的光抑制。光抑制現(xiàn)象在自然條件下是經(jīng)常發(fā)生的，因為晴天中午的光強往往超過植物的光飽和點，如果強光與其它不良環(huán)境(如高溫、低溫、干旱等)同時存在，光抑制現(xiàn)象更為嚴重。B）光質(zhì)對光合作用有效的是可見光。紅光下，光合效率高；藍紫光次之；綠光的效果最差。紅光有利于碳水化合物的形成，藍紫光有利于蛋白的形成。CO2補償點：當(dāng)光合速率與呼吸速率相等時，外界環(huán)境中的CO2濃度即為補償點。凡是能提高CO2濃度差和減少阻力的因素都可促進CO2流通從而提高光合速率。如改善作物群體結(jié)構(gòu)，加強通風(fēng)，增施CO2肥料等。CO2飽和點：當(dāng)光合速率開始達到最大值(Pm)時的CO2濃度被稱為CO2飽和點。

21、凡是能提高CO2濃度差和減少阻力的因素都可促進CO2流通從而提高光合速率。如改善作物群體結(jié)構(gòu)，加強通風(fēng)，增施CO2肥料等。光合作用有溫度三基點，即光合作用的最低、最適和最高溫度。低溫抑制光合的原因主要是，低溫導(dǎo)致膜脂相變，葉綠體超微結(jié)構(gòu)破壞以及酶的鈍化。高溫會引起膜脂和酶蛋白的熱變性，加強光呼吸和暗呼吸。在一定溫度范圍內(nèi)，晝夜溫差大,有利于光合產(chǎn)物積累。 用于光合作用的水只占植物吸收水分的1%，因此，水分缺乏主要是間接的影響光合作用，具體地說，缺水使氣孔關(guān)閉，影響二氧化碳進入葉內(nèi)；使光合產(chǎn)物輸出減慢；使光合機構(gòu)受損；光合面積減少。水分過多也會影響光合作用。土壤水分過多時，通氣狀況不良，根系活力

22、下降，間接影響光合作用。直接或間接影響光合作用。N、P、S、Mg是葉綠體結(jié)構(gòu)中組成葉綠素、蛋白質(zhì)和片層膜的成分；Cu、Fe是電子傳遞體的重要成分；Pi是ATP、NADPH以及光合碳還原循環(huán)中許多中間產(chǎn)物的成分；Mn、Cl是光合放氧的必需因子；K、Ca對氣孔開閉和同化物運輸具有調(diào)節(jié)作用。因此，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中合理施肥的增產(chǎn)作用，是靠調(diào)節(jié)植物的光合作用而間接實現(xiàn)的。引起光合“午睡”的原因：大氣干旱和土壤干旱（引起氣孔導(dǎo)度下降）；CO2濃度降低，光合產(chǎn)物淀粉等來不及運走，反饋抑制光合作用。光呼吸增強。光合“午休”造成的損失可達光合生產(chǎn)的30%以上。（2）內(nèi)部因素：不同部位以葉齡為例：幼葉凈光合速率低，需要

23、功能葉片輸入同化物；葉片全展后，光合速率達最大值（葉片光合速率維持較高水平的時期，稱為功能期）；葉片衰老后，光合速率下降。 不同生育期一般都以營養(yǎng)生長期為最強，到生長末期就下降。3提高光能利用率的途徑光能利用率：單位土地面積上植物光合作用積累的有機物所含的化學(xué)能，占同一期間入射光能量的百分率稱為光能利用率。作物光能利用率很低，即便高產(chǎn)田也只有1%2%。（1）延長光合時間：措施有提高復(fù)種指數(shù)、延長生育期（如防止功能葉的早衰）、補充人工光照等。（2）增加光合面積：措施有合理密植、改變株型等。（3）增強光合作用效率：措施主要有增加二氧化碳濃度、降低光呼吸等。三、光合作用與人類社會（1）人類活動引起全

24、球變暖（2）臭氧層的保護典型例題例1從海的不同深度采集到4種類型的浮游植物（I、和）。測定了每種類型的光合作用，如右圖所示。在最深處采集到的是哪種類型的浮游植物？ （ ）A、B、C、D、答案: D解析：深海處的光強是極其微弱的，長期生活在深海處的浮游植物必然已適應(yīng)這種環(huán)境，因此在較低光強下即達到光飽和點,而在較高光強下其光合速率仍然是很低的。例2取相同體積的培養(yǎng)液，分別放入透光瓶和不透光瓶中，分別加入等量的小球藻，置于相同溫度及光照下培養(yǎng)一段時間后，測得透光瓶中產(chǎn)生氧氣的量為0.3g,不透光瓶中消耗氧氣的量為0.lg,則透光瓶中小球藻光合作用制造氧氣的量是 （ ）A、0.4g B、0.3g C

25、、0.2g D、0.lg答案:A解析：此題中透光瓶中產(chǎn)生氧氣的量應(yīng)為光合作用制造的減去呼吸作用消耗的之后凈剩的氧氣的量，不透光瓶消耗氧氣的量應(yīng)為瓶中小球藻呼吸作用消耗氧氣的量，在其他條件相同時，透光瓶中小球藻光合作用制造氧氣的量應(yīng)為凈剩的氧氣量加上呼吸作用消耗的氧氣量。例3在嚴寒的冬天，利用溫室進行蔬菜種植，可以提高經(jīng)濟效益，但需要調(diào)節(jié)好溫室的光照、濕度、氣體和溫度，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)。下列措施及方法正確的是 （ ）由于溫室內(nèi)外溫差大，在溫室薄膜（或玻璃）上結(jié)成一層水膜，要及時擦干，以防止透光率降低適當(dāng)?shù)卦黾庸庹?，以補充冬季陽光的不足盡量增加空氣濕度，以降低植物的蒸騰作用向溫室內(nèi)定期施放二

26、氧化碳氣體，以增加光合作用強度向溫室內(nèi)定期施放氧氣，以降低呼吸作用強度冬季溫室內(nèi)溫度盡量維持恒定A、 B、 C、 D、答案:A解析:此題考察了影響光合作用的外界因素,主要有光照、二氧化碳、溫度、水分、礦質(zhì)元素及光合速率的日變化。正確的：水膜不擦干會導(dǎo)致透光率降低影響光合作用。適當(dāng)?shù)卦黾庸庹?，可以補充冬季陽光的不足。補充二氧化碳可以增加光合作用強度。錯誤的：溫室內(nèi)由于植物的蒸騰作用，空氣濕度本來就相對較高，所以不用再增加空氣濕度來降低植物的蒸騰作用了。光合作用就會釋放氧氣，不需要額外施放氧氣來降低呼吸作用強度了。為了多積累有機物，溫度應(yīng)控制為日溫高夜溫低。例4對植物進行暗處理的暗室內(nèi)，安裝的安全

27、燈最好是選用 （ ）A、紅光燈 B、綠光燈 C、白熾燈 D、黃色燈答案：B解析：植物葉片中光合色素對綠光吸收、利用最少，即綠光對植物的光合作用不起作用。因此綠光也稱為生理無效光。例5在光合環(huán)運轉(zhuǎn)正常后，突然降低環(huán)境中的CO2濃度，則光合環(huán)的中間產(chǎn)物含量會發(fā)生哪種瞬時變化？ （ ）A、RuBP量突然升高而PGA量突然降低B、PGA量突然升高而RuBP量突然降低C、RuBP和PGA均突然升高D、RuBP和PGA的量均突然降低答案：A解析：RuBP是碳同化過程中直接與CO2結(jié)合的物質(zhì)，而且RuBP在光合環(huán)中是不斷再生的，當(dāng)突然降低環(huán)境中的CO2濃度后，用于結(jié)合CO2而消耗的RuBP少了，但RuBP再

28、生過程仍然進行，因此此時RuBP量突然升高；PGA是碳同化過程中產(chǎn)生的三碳化合物，當(dāng)環(huán)境中的CO2濃度降低后，同化的CO2少了，產(chǎn)生必然也就少了。例6連接光反應(yīng)和暗反應(yīng)的關(guān)鍵物質(zhì)是 （ ） A、ADP和NADPH B、ATP和NADPH C、CO2和C3 D、丙酮酸和H答案：B解析：光反應(yīng)是植物體將光能轉(zhuǎn)化為活躍的化學(xué)能貯存在ATP和NADPH中，用于暗反應(yīng)中CO2的同化和還原，ATP和NADPH合稱同化力，因此ATP和NADPH是將光暗反應(yīng)聯(lián)系起來的關(guān)鍵物質(zhì)。例7如果做一個實驗測定藻類植物是否完成光反應(yīng)，最好是檢驗其 （ ）A、葡萄糖的形成 B、淀粉的形成 C、氧氣的釋放 D、CO2的吸收量

29、答案：C解析：葡萄糖的形成、淀粉的形成和CO2的吸收這三個現(xiàn)象都是要暗反應(yīng)完成后才能發(fā)生，如果光反應(yīng)完成了，必然要發(fā)生水的光解放出氧氣。而且在水中測定氧氣的釋放這一現(xiàn)象是很方便的，而其它三項的的測定較復(fù)雜。例8C4植物同C3植物相比 （ ）A、C4植物能在弱光下生長更好B、C4植物能在低C02濃度下生長更好C、C4植物利用高光合速率補償高光呼吸帶來的損失D、C4植物光合速率受高溫抑制相對較小答案：B D解析：在生理上，C4植物一般比C3植物具有較強的光合作用，這是與C4植物的PEP羧化酶活性較強，光呼吸很弱有關(guān)。PEP羧化酶對CO2的Km值(米氏常數(shù))是7mol，核酮糖二磷酸(RuBP)羧化酶

30、的Km值是450mol。前者比后者對CO2的親和力大得很多。試驗證明，C4植物的PEP羧化酶的活性比C3植物的強60倍，因此，C4植物的光合速率比C3植物快許多，尤其是在二氧化碳濃度低的環(huán)境下，相差更是懸殊。由于C4植物能利用低濃度的CO2，當(dāng)外界干旱氣孔關(guān)閉時，C4植物就能利用細胞間隙里的含量低的CO2，繼續(xù)生長，C3植物就沒有這種本領(lǐng)。所以，在干旱環(huán)境中，C4植物生長比C3植物好。C4 之所以光呼吸很弱是因為(1)C4植物的光呼吸代謝是發(fā)生在維管束鞘細胞（BSC）中，由于C4途徑的脫羧使BSC中CO2濃度提高，這就促進了Rubisco 的羧化反應(yīng)，抑制了Rubisco 的加氧反應(yīng)。(2)由

31、于C4植物葉肉細胞中的PEP羧化酶對CO2的親和力高，即使BSC中有光呼吸的CO2釋放，CO2在未跑出葉片前也會被葉肉細胞中的PEP羧化酶再固定。C4植物適應(yīng)于高光強，光飽和點明顯高于C3植物。相應(yīng)的C4植物全年干物質(zhì)積累量近40噸/ 公頃，C3植物約22噸/公頃。C4植物光合作用的最適溫度3047，C3植物適宜溫度在2030之間，C4植物的高光合速率是付出代價的，它在同樣的條件下要比C3植物消耗更多的能量，C4植物每同化一分子CO2要比C3植物多消耗2ATP（腺苷三磷酸），在能量上是不經(jīng)濟的。所以，在光照強、氣溫高的地區(qū)，C4植物生長比C3植物好；而在光強、溫度較低的地區(qū)，C4植物的光合效率

32、就不一定比C3植物高。例9右圖表示在75 %的全日照下兩種植物的葉片在不同CO2濃度下CO2凈吸收速度，下列敘述正確的是： （ ）A、植物A是C4植物，因為它在高CO2濃度下有較高的CO2凈吸收速度B、在CO2凈吸收速度等于0時，A和B沒有光合作用和呼吸作用C、如果光照強度保持恒定，CO2濃度進一步增加，則A的CO2凈吸收速度將達到飽和點D、在CO2濃度為200×10-6時，B比A有較高的光能利用效率答案：C D解析：A、在高CO2濃度下有較高的CO2凈吸收速度并不能說明該植物是C4植物，C4植物具有特殊的葉片結(jié)構(gòu)，即具有花環(huán)結(jié)構(gòu)，可作為判定C4植物的一個標(biāo)準，另外C4植物一般應(yīng)具有

33、較低的CO2補償點和較高的CO2羧化效率。B、在CO2凈吸收速度等于0時，植物的光合作用吸收CO2量與呼吸作用放出CO2量相等，是一種動態(tài)平衡。C、如果光照強度保持恒定，CO2濃度進一步增加，從圖可看出植物A的CO2交換速度將為一恒定值，此時的CO2濃度稱為該植物的CO2飽和點。D、從圖可看出，相同光強下，在CO2濃度為200×10-6時，植物B比植物A的CO2交換速度快，因此B比A有較高的光能利用效率。例10在晝夜周期條件下，維持植物正常生命活動所需要的最低光照強度應(yīng) （ ）A、大于光補償點 B、等于光補償點C、小于光補償點 D、大于或等于光補償點答案：A解析：光合作用吸收的CO2

34、與呼吸作用釋放的CO2相等時，即表觀光合速率為零時的光照強度稱為光補償點。當(dāng)光照強度低于光補償點時，呼吸作用釋放的CO2就會大于光合作用吸收的CO2的量，這樣植物體內(nèi)有機物就會被慢慢消耗盡。因此，要維持植物正常生命活動，光照強度應(yīng)大于光補償點。例11下面有關(guān)光系統(tǒng)II的論述是正確的? （ ）A、在受光激發(fā)后，作用中心色素分子P680失去電子B、P700是P680的氧化態(tài)形式C、每一個吸收的光子可以導(dǎo)致兩個電子傳遞D、放氧過程產(chǎn)生的質(zhì)子可以用于ATP合成E、光系統(tǒng)II僅在葉綠體存在答案：A D解析：B、P700是光系統(tǒng)I的作用中心色素分子，代表光能吸收高峰在700nm。P680是光系統(tǒng)II的作用

35、中心色素分子，代表光能吸收高峰在680nm。C、每1個吸收的光子導(dǎo)致1個電子傳遞。D、根據(jù)化學(xué)滲透學(xué)說，放氧過程產(chǎn)生的質(zhì)子在傳遞過程中造成類囊體膜內(nèi)外質(zhì)子梯度，可以作為驅(qū)動ATP合成的動力。E、紅藻、藍藻等原核生物中沒有葉綠體，但仍有光系統(tǒng)II。例12氣孔的開閉影響綠色植物的哪些生理活動？（ ）A、光合作用 B、離子轉(zhuǎn)運 C、呼吸作用 D、水的轉(zhuǎn)運答案：ABCD解析：氣孔是水分散失的主要通道，如果氣孔關(guān)閉就會使水分散失減少，從而影響水分的吸收和轉(zhuǎn)運。離子是溶于水中進行轉(zhuǎn)運的，由于水分散失減少也會使離子轉(zhuǎn)運受影響。氣孔也是氣體交換的主要通道，氣孔開閉影響CO2進出葉片，從而影響光合作用和呼吸作用

36、。例13為探究光合作用放出了氧氣，某同學(xué)設(shè)計了下圖所示的實驗裝置。(1)請說明他該如何檢驗試管內(nèi)收集到的是否是氧氣?(2)能利用這套裝置探究植物光合作用最有效的波長嗎?請寫出實驗思路。(3)再給你一只秒表、蒸餾水、小蘇打、天平，同樣利用這套裝置，你能探究二氧化碳對光合作用效率的影響嗎?（4）設(shè)計一個實驗數(shù)據(jù)記錄表：答案：（1）讓氧氣排出試管里所有的水，小心地取下試管，用手指堵住試管口。用火柴點燃一根薄木條。然后吹滅木條上的火。移開堵在試管口上的手指，迅速地把灼熱的木條伸到試管里，如果木條能夠復(fù)燃，證明產(chǎn)生的是氧氣。 （2）設(shè)置同樣的裝置若干套，分別置于不同波長的光下，用秒表記錄試管中所收集到的

37、氣體達到刻度線所需的時間，時間最短者，光合作用的效率最高。依次類推，可測出不同波長的光對植物光合作用于的影響大小。（3）寫出方法步驟： 通過添加不同量的小蘇打，使蒸餾水碳酸化，如可以用濃度是O.50、O.75、1.0、2.0%和3.0%的溶液進行比較實驗。通過測量試管中所收集到的氣體達到刻度線所需的時間長短，可以測量不同二氧化碳濃度對光合作用的速率的影響。注意：一定要設(shè)立一個對照組，這樣就可以計算出所收集的氣體中，有多少是蘇打水中的二氧化碳。 解析：（1）收集氣體的方法有排水法和排空氣法，根據(jù)氧氣的物理性質(zhì)，應(yīng)采用排水法。一般用使帶火星的木條復(fù)燃的方法檢驗氧氣。（2）探究植物光合作用最有效的波

38、長可用不同波長的光照射此裝置。檢測指標(biāo)可以是產(chǎn)生相同氧氣量的時間長短，也可以是測量相同時間產(chǎn)生氧氣量的多少。（3）用小蘇打來調(diào)節(jié)蒸餾水中CO2的含量，通過測量試管中所收集到的氣體達到刻度線所需的時間長短，可以測量不同二氧化碳濃度對光合作用的速率的影響。以上兩個實驗設(shè)計都應(yīng)設(shè)計對照組。例14將某一綠色植物置于密閉的玻璃容器中，在一定條件下不給光照，CO2的含量每小時增加8mg；如給予充足的光照后，容器內(nèi)CO2的含量每小時減少36mg，據(jù)實驗測定上述光照條件下光合作用每小時能產(chǎn)生葡萄糖30mg。請回答：（1）上述條件下，比較光照時呼吸作用的強度與黑暗時呼吸作用強度是 。（2）在光照時該植物每小時葡

39、萄糖的凈生產(chǎn)量是 。（3）若一晝夜中先光照4小時，接著處置在黑暗的情況下20小時，該植物體內(nèi)有機物含量的變化是 。答案：（1）相同（2）24.5454（3）減少解析：（1）影響呼吸作用的因素有溫度、氧和二氧化碳等，光照不是影響因素，因此給光與否不影響呼吸作用。（2）呼吸每小時產(chǎn)生CO2 8mg，即消耗葡萄糖180×8/6×445.4545。光合每小時產(chǎn)生葡萄糖30mg，凈產(chǎn)生葡萄糖量則應(yīng)為305.454524.5454（3）從題中可知，光下每小時光合消耗36mg CO2，光照4小時則消耗144mg。黑暗下每小時呼吸放出8mg CO2，20小時則放出160mg，因此植物體內(nèi)有

40、機物含量應(yīng)減少。例15有人設(shè)計了一個研究光合作用的實驗，實驗前在溶液中加入破損了外膜和內(nèi)膜的葉綠體及一定量的ATP和NADPH然后分連續(xù)的、兩個階段，按圖示的控制條件進行實驗請回答： （1）根據(jù)光合作用原理，在上圖中繪出糖類合成速率的兩條可能的曲線。（2）除糖以外階段積累的物質(zhì)是 ADP，Pi，NADP，三碳化合物 。階段積累的物質(zhì)是 ATP，NADPH，五碳化合物 。答案：（1）（2）ADP，Pi，NADP，三碳化合物 ATP，NADPH，五碳化合物解析：（1）由于加入了ATP和NADPH，在黑暗有CO2的情況下，會進行暗反應(yīng)的全過程，所以糖的合成速率升高，但一段時間后，外加的ATP和NAD

41、PH被消耗掉，暗反應(yīng)停止，糖類合成速率下降至停止。再給以光照，又會產(chǎn)生ATP和NADPH，利用前一階段剩余的CO2使暗反應(yīng)繼續(xù)進行，糖的合成速率再次升高。隨著CO2被消耗，糖類合成速率再次下降。（2）階段ATP被消耗產(chǎn)生ADP和Pi，NADPH被利用產(chǎn)生NADP，CO2和C5化合物結(jié)合產(chǎn)生三碳化合物。階段光反應(yīng)產(chǎn)生ATP和NADPH，由于糖類合成時再生出五碳化合物，而此時缺乏CO2，再生出的五碳化合物不能與CO2結(jié)合，從而導(dǎo)致五碳化合物積累。智能訓(xùn)練1光強度增加，光合作用速率不再增加時，外界的光強度為（ ）A光補償點 BCO2飽和點 CCO2補償點 D光飽和點2植物光反應(yīng)的最終電子受體和氧化磷

42、酸化中最初電子受體依次是 （ ）ANADP和NAD BH2O和O2 CFAD和FMN DNAD和FAD3下列論述哪項是對的？（ ）A暗反應(yīng)在葉綠體的基粒片層上進行 B光反應(yīng)在葉綠體的基質(zhì)中進行C暗反應(yīng)不需要光，但在陽光下也能進行 D暗反應(yīng)只有在黑暗中才能進行4光合作用的過程中，二氧化碳被H還原，這個H來源于（ ）A固定CO2的五碳化合物 B水被光解后產(chǎn)生的C體內(nèi)有機物氧化產(chǎn)生的 D吸收大氣中的氫5C4植物維管束鞘細胞的特點 （ ） A細胞較大、葉綠體沒有基粒 B細胞較大、葉綠體有基粒 C細胞較小、葉綠體沒有基粒 D細胞較小、葉綠體有基粒6下列對葉綠素分子功能的敘述，正確的是 （ ）A吸收光能

43、B傳遞光能 C儲藏光能 D轉(zhuǎn)化光能7一個光合單位包括 （ ）A天線色素系統(tǒng)和反應(yīng)中心色素分子 BATP酶復(fù)合物和電子傳遞體C電子傳遞體和NADPH DATP酶復(fù)合物和P7008光合作用過程中在葉綠體類囊體腔中完成的反應(yīng)步驟有：（ ）A三碳化合物的形成 B水的光解和氧的釋放CNADP的還原 DATP的生成9所有進行光合放氧的生物都具有哪種色素 （ ）A葉綠素a，葉綠素b B葉綠素L，葉綠素cC葉綠素a，類胡蘿卜素 D葉綠素a，藻膽素10以下哪些參與光合磷酸化：（ ）AP680，P700，P450 BP680，P700，去鎂葉綠素CP680，P700，葉綠素b D細胞色素c，細胞色素b，NADH1

44、1哪些特征使得景天科植物適應(yīng)在炎熱荒漠環(huán)境生長? （ ）A維管束的排列方式特異 B具有C4代謝途徑 C白天氣體交換少 D儲存酸性物質(zhì)可以抗蟲。12光合作用中C02固定和同化一定需要：（ ）ARubisco BNADPH CATP D放出氧氣13一個分子自葉綠體類囊體內(nèi)到達線粒體基質(zhì)必須穿過的層膜數(shù)是（ ）A3 B5 C7 D914一種C3植物和一種C4植物在光下一起放在一個密封的玻璃鐘罩中，在這個鐘罩內(nèi)CO2濃度如何變化？（ ）A沒有變化 B增加 C下降到C4植物的CO2補償點D下降到C3植物的CO2補償點 E下降到C4植物的CO2補償點以下15光合產(chǎn)物主要以什么形式運出葉綠體 （ ）A丙酮酸

45、 B磷酸丙糖 C蔗糖 DG6P16葉綠體中所含的脂除葉綠體色素外主要是 （ ）A真脂 B磷脂 C糖脂 D硫脂17將葉綠素提取液放到直射光下，則可觀察到 （ ）A反射光為綠色，透射光是紅色 B反射光是紅色，透射光是綠色C反射光和透射光都是紅色 D反射光和透射光都是綠色18光合作用中蔗糖的形成部位 （ ）A葉綠體間質(zhì) B葉綠體類囊體 C細胞質(zhì) D葉綠體膜19維持植物正常生長所需的最低日光強度 （ ）A等于光補償點 B大于光補償點C小于光補償點 D與日光強度無關(guān)20類胡蘿卜素屬于萜類化合物中的 （ ）A倍半萜 B三萜 C雙萜 D四萜21Hill反應(yīng)的表達方式是 （ ）ACO22H2O*(CH2O)H

46、2OO2* BCO22H2A(CH2O) A2H2OCADPPATPH2O D2H2O2A2AH2O222“高能磷酸鍵”中的“高能”是指該鍵 （ ）A健能高 B活化能高 C水解釋放的自由能高 DA，B和C都是23綠色植物在白天光合作用旺盛時，多數(shù)氣孔常開放著，隨著光合作用的減弱，越來越多的氣孔逐漸關(guān)閉。影響氣孔開閉的主要內(nèi)因是保衛(wèi)細胞內(nèi)部的 （ ）A氧氣的濃度 B淀粉的濃度 C水解酶的濃度D酸堿度（pH值）24C3植物光合作用時，CO2的受體是 （ ） A磷酸甘油醛 B磷酸甘油酸 C丙酮酸 Dl，5二磷酸核酮糖25陽光經(jīng)三棱鏡分光照在絲狀綠藻上，在哪些頻率范圍內(nèi)聚集著最多的好氣性細菌 （ ）A

47、紅光和藍紫光 B黃光和藍紫光 C紅光和綠光 D藍紫光和綠光26下列各個作用中，哪些是與光合作用的光反應(yīng)相聯(lián)系的？ （ ） NADPNADPH2 ATPADP CO2 C6H12O6激發(fā)的葉綠素葉綠素A1、3、6 B2、4、5 C2、3、6 D1、4、627在光合作用中，光化學(xué)反應(yīng)的中心分子是 （ ）A全部葉綠素a的各種狀態(tài)分子 BP700和P680的葉綠素a的分子C與光合作用有關(guān)的酶分子 D全部葉綠素和類胡蘿卜素分子28正常狀態(tài)下，光合作用過程中，限制光合作用速度的步驟是 （ ）A光能的吸收 B高能電子的傳遞CCO2的固定 D以上都是29天氣晴朗的早晨，摘取一植物葉片甲，于100下烘干，稱其重

48、量；黃昏時，再取同一株上著生位置與葉片形狀都與甲基本相同的葉片乙，同樣處理，稱其重量，其結(jié)果是（ ）A甲葉片比乙葉片重 B乙葉片比甲葉片重 C兩葉片重量相等 D不一定30光合磷酸化過程發(fā)生的場所是 （ ）A葉綠體內(nèi)膜上 B葉綠體基質(zhì)中C類囊體膜的外側(cè) D類囊體膜的內(nèi)側(cè)31下列哪組色素是葉綠體和有色體都含有的？ （ ）A葉綠素和類胡蘿卜素 B葉綠素和葉黃素C葉綠素和胡蘿卜素 D葉黃素和胡蘿卜素32綠色植物的保衛(wèi)細胞與表皮細胞在生理功能上的主要區(qū)別是 （ ）A含有葉綠體 B能進行光合作用C能進行呼吸作用 D能吸水、失水33下列生理活動中，不產(chǎn)生 ATP的是 （ ）A暗反應(yīng) B有氧呼吸 C光反應(yīng) D無氧呼吸34影響光合作用速度的環(huán)境因素主要是 （ ）A水分 B陽光 C溫度 D空氣35光合電子傳遞鏈位于 （ ）A葉綠體內(nèi)膜上 B葉綠體類囊體膜上C葉綠體間質(zhì)中 D葉綠體類囊體膜內(nèi)36下列有關(guān)光合作用的敘述，哪項不正確? （ ） A能進行光合作用的生物細胞都含有葉綠素 B能進行光合作用的植物細胞都含有葉綠體 C植物細胞進行光合作用時，將水分解產(chǎn)生氧分子的反應(yīng)是在葉綠體的基質(zhì)中進行 D植物細胞進行光合作用時，固定二氧化碳生成糖分子的反應(yīng)是在葉綠體的基