光合作用(一轮).ppt

4.3 光合作用,一轮专题复习,内容提要：,1.捕获光能的色素和结构（1）叶绿体中的色素（教材实验）（2）叶绿体的结构与功能定位2.光合作用的原理和应用（1）光合作用的探究历程（2）光合作用的过程（3）影响光合作用速率的因素（实验设计）（4）提高作物产量的途径3.化能合成作用,一、叶绿体中的色素,（一）实验：叶绿体中色素的提取和分离,1、实验原理：,2、方法与步骤：,一、叶绿体中的色素,色素的提取,2、方法与步骤：,一、叶绿体中的色素,2、方法与步骤：,色素的分离,2、方法与步骤：,分离绿叶中的色素,一、叶绿体中的色素,分离绿叶中的色素,一、叶绿体中的色素,3、观察与记录：,胡萝卜素,叶黄素,叶绿素a,叶绿素b,叶绿素（约占总量的3/4）,一、叶绿体中的色素,4、结果分析：,【例1】（08广东理基、43）提取光合色素，进行纸层析分离，对该实验中各种现象的解释，正确的是：A.未见色素带，说明材料可能为黄化叶片 B.色素始终在滤纸上，是因为色素不溶于层析液C.提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b D.胡萝卜素处于滤纸前方，是因为其在滤液中的溶解度最高,答案：C,一、叶绿体中的色素,【例2】（07上海）在叶绿体色素的提取和分离实验中，收集到的滤液绿色过浅，其原因可能是未加石英砂、研磨不充分 一次加入大量的无水酒精提取分次加入少量无水酒精提取 使用放置数天的菠菜叶A B C D,答案：D,一、叶绿体中的色素,(07广东文基)72下列有关“叶绿体色素的提取和分离”实验的叙述正确的是A加入碳酸钙防止滤液挥发 B用NaCl溶液提取叶片中的色素C用无水酒精或丙酮分离滤液中的色素 D加入二氧化硅（石英砂）有利于充分研磨答案：D,一、叶绿体中的色素,【例3】（08江苏，4）下列对有关实验的描述中，错误的是A分离叶绿体中的色素时，不同色素随层析液在滤纸上的扩散速度不同B用低倍镜观察不到紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离和复原过程C观察叶片细胞的叶绿体时，先在低倍镜下找到叶片细胞再换高倍镜观察D甲基绿染色可使人口腔上皮细胞的细胞核呈绿色,答案：B,一、叶绿体中的色素,叶绿体中的色素提取液,叶绿素主要吸收_类胡萝卜素主要吸收_,蓝紫光,蓝紫光、红光,（二）叶绿体中色素的吸收光谱,（二）叶绿体中色素的吸收光谱,（二）叶绿体中色素的吸收光谱,吸收光能的百分比,叶绿素,类胡萝卜素,叶绿素a,叶绿素b,胡萝卜素,叶黄素,蓝绿色,黄绿色,橙黄色,黄 色,占3/4,吸收蓝紫光和红光,吸收蓝紫光,分布：类囊体薄膜,（二）叶绿体中色素的吸收光谱,不同波长光作用下的光合效率称为作用光谱1883年，德国 Engelmann 水绵 丝状绿藻 螺旋带状叶绿体 好氧游动的细菌 棱镜 不同波长的光 向着红光和蓝光区域聚集,【例4】（07上海）下图表示叶绿体中色素的吸收光谱（颜色深、浅分别表示吸收量多、少）甲、乙两图 分别是A胡萝卜素、叶绿素的吸收光谱 B叶绿素、胡萝卜素的吸收光谱C叶黄素、叶绿素的吸收光谱 D叶黄素、胡萝卜素的吸收光谱,答案：B,（二）叶绿体中色素的吸收光谱,【例5】(08江苏生物.5)下列关于叶绿体和光合作用的描述中，正确的是A叶片反射绿光故呈绿色，因此日光中绿光透过叶绿体的比例最小B叶绿体的类囊体膜上含有自身光合作用所需的各种色素C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D光合作用强烈时，暗反应过程直接将3个CO2分子合成一个三碳化合物,答案：B,（二）叶绿体中色素的吸收光谱,（二）叶绿体中色素的吸收光谱,荧光现象：是指叶绿素在透射光下为绿色，而在反射光下为红色的现象，这红光就是叶绿素受光激发后发射的荧光。,（三）荧光现象,光子照射到某些生物分子 电子跃迁到更高的能量水平 激发态：,叶绿素分子是一种可以被可见光激发的色素分子，在光子驱动下发生的得失电子反应是光合作用过程中最基本的反应。,1.光照时影响叶绿素形成的主要条件一般植物在黑暗下生长都不能合成叶绿素，所以叶片发黄（如豆芽）。例如根含的有不见光的质体为无色素的白色体，故根为白色。2.适宜的温度叶绿素的合成需要酶的参与。一般来说，叶绿素形成的最低温度是24C左右，最高温度为40C，秋天叶片变黄和早春寒潮过后水稻秧苗变白的想象，都与低温抑制叶绿素的合成有关。3.矿质元素植物缺乏N、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn的元素是，就不能形成叶叶绿素，出现缺绿病。N、Mg都是组成元素的元素，不可缺少。Fe、Me、Cu、Zn等可能是叶绿素形成过程中某些酶的活化剂，在叶绿素形成过程中起间接作用。,（四）叶绿素合成的条件,【例6】(08广东文基70)黑暗条件下生长的水稻幼苗缺少的光合色素有A叶绿素a与叶绿素b B叶绿素a与叶黄素 C叶绿素b与胡萝卜素 D叶绿素a与胡萝卜素答案：A,（三）叶绿素合成的条件,叶片中的叶肉细胞,绿叶,叶肉细胞亚显微结构模式图,叶绿体亚显微 结构模式图,二、叶绿体的结构与功能定位,基粒:由类囊体（单层膜）堆叠而成，分布着光合色素，光反应的场所。,外膜:,内膜:,基质:暗反应的 场所。,二、叶绿体的结构与功能定位,基质,类囊体腔,类囊体膜（光合膜）：,二、叶绿体的结构与功能定位,【例7】（08山东）右图所示为叶绿体中色素蛋白等 成分在膜上的分布。在图示结构上（）A、生物膜为叶绿体内膜 B、可完成光合作用的全过程 C、发生的能量转换是：光能电能化学能 D、产生的ATP可用于植物体的各项生理活动,二、叶绿体的结构与功能定位,答案：C,【变式】(08海南.2)关于叶绿体色素在光合作用过程中作用的描述，错误的是A叶绿体色素与ATP的合成有关 B叶绿体色素与ATP的分解有关 C叶绿体色素与O2和H的形成有关 D叶绿体色素能吸收和传递光能答案：B,二、叶绿体的结构与功能定位,【例8】（09安徽理综）叶绿体是进行光合作用的场所。下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是（）A.叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内B.H2O在光下分解为H和O2的过程发生在基质中C.CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上D.光合作用的产物淀粉是在基质中合成的,二、叶绿体的结构与功能定位,答案：D,图A,图B,图C,图D,干燥土壤 90.8kg,小柳树 2.3kg,只用雨水浇灌,五年后柳树长大,土壤烘干后称重,海尔蒙特实验,植物生长所需的原料来自于水,三、光合作用的探究历程,1771年普利斯特利实验,普利斯特利实验,普里斯特利实验,绿色植物可以更新空气,结论：,1779年，荷兰的英格豪斯,结论1：只有在光下植物才能更新空气。,结论2：植物体的绿叶在光下才能更新空气。,普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功,1845年，德国科学家梅耶指出：植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来。,光能转换成化学能，贮存于什么物质中呢？光合作用吸收CO2，释放O2，还可能消耗了H2O，那么最终的产物应该是什么呢？,1864年,德国植物学家萨克斯实验,一半曝光，一半遮光,在暗处放置几小的叶片,结论：,1.光合作用的产物是淀粉,2.光合作用需要光,1880，恩格尔曼的实验,隔绝空气,黑暗，用极细光束照射,完全暴露在光下,水绵和好氧细菌的装片,结论：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。,鲁宾和卡门做的同位素标记实验,2、第二组向同种绿色植物提供H218O和CO2,1、第一组向绿色植物提供C18O2和 H2O。,C18O2+H2O,CO2+H218O,O2,18O2,结论：光合作用释放的O2全部来自于H2O,用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2,使它分别成为H218O和C18O2。进行两组光合作用的实验：,光合作用产生的有机物又是怎样合成的呢？,20世纪40年代，美国科学家卡尔文利用放射性同位素14C标记的14CO2做实验研究这一问题。最终探明CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳的途径，这一途径称为卡尔文循环。,1961年诺贝尔化学奖得主,表1 光合作用探索历程,光反应:发生在类囊体膜上暗反应:发生在叶绿体的基质中,四、光合作用的过程,（一）光能转换成电能,在光的照射下，少数处于特殊状态的叶绿素a，连续不断地丢失电子和获得电子，从而形成电子流，使光能转换成电能。,四、光合作用的过程,（反应中心）,（二）电能转换成活跃的化学能,O2,H2O,e,H+,NADP+,NADPH,ADP+Pi,ATP,光反应过程,光能（可见光）,电能（电子流）,活跃的化学能（ATP和H）,水的光解：H2O 2H+1/2 O2,光解,(三)活跃的化学能转换成稳定的化学能,暗反应过程,四、光合作用的过程,光能,电能,活跃的化学能,稳定的化学能,类囊体膜,基质,光能,CO2,色素分子,C5,2C3,ADP+Pi,ATP,H2O,O2,H,多种 酶,酶,吸收,光反应阶段,暗反应阶段,水的光解：H2O 2H+1/2 O2,光解,CO2的固定:CO2+C5 2C3,酶,还原,酶,固 定,（CH2O）,酶,C3化合物还原：2 C3（CH2O）,ATP,ADP+Pi,四、光合作用的过程,光能 ATP中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能,无机物CO2、H2O 有机物（CH2O）,CO2+H2O（CH2O）+O2或 6CO2+12H2O（CH2O）6+6O2+6H2O,同化CO2，形成（CH2O）,光能 化学能，释放O2,CO2的固定 CO2+C5 2C3 C3/CO2的还原 2C3+H（CH2O）,水的光解 2H2O 4H+O2 ATP的合成/光合磷酸化 ADP+Pi+光能 ATP,叶绿体的基质,内囊体的薄膜,较缓慢,短促,CO2、H、ATP、酶,光、色素、酶,表2 光反应与暗反应的比较,分解有机物、释放能量、产生ATP,合成有机物、储存能量,释放有机物的能量，部分转移ATP,把光能转变成化学能储存在有机物中,分解有机物产生CO2和H2O,把无机物CO2和H2O合成有机物（CH2O）,酶（时刻进行）,光、色素、酶,所有生物（主要在线粒体中进行）,绿色植物（在叶绿体中进行）,表3 光合作用与呼吸作用的比较,6CO2+12H2O,光能,叶绿体,C6H12O6+6H2O+6O2,拓展分析1 元素来龙去脉,C,O,O,拓展分析2 不同条件各种物质合成量的动态变化,五、影响光合作用的因素,一、光合速率及表示单位光合速率通常是指单位时间单位叶面积的CO2吸收量或O2的释放量，也可用单位时间单位叶面积上的干物质积累量来表示。,表观光合速率(或净光合速率):通常测定光合速率时没有把呼吸作用以及呼吸释放的CO2被光合作用再固定等因素考虑在内，所测结果：总光合速率（或真光合速率）=表观光合速率（或净光合速率）+呼吸速率,光合速率测定方法,CO+HO 光 叶绿体(CHO)O CO2吸收量 干物质积累量 O2释放量 红外线CO2气体分析仪 改良半叶法 氧电极法 molCO2m-2s-1 mgDWdm-2h-1 molO2m-2s-1 1molm-2s-1=1.58mgdm-2h-1,测定光合速率的方法,红外线CO2气体分析仪,二、内部因素,1、叶的发育和结构（1）叶龄 新长出的嫩叶，光合速率很低。,光合速率随叶龄增长出现“低高低”的规律,但随着幼叶的成长，叶绿体的发育，叶绿素含量与Rubisco酶活性的增加，当叶片长至面积和厚度最大时，光合速率通常也达到最大值，以后，随着叶片衰老，叶绿素含量与Rubisco酶活性下降，以及叶绿体内部结构的解体，光合速率下降。,（2）叶的结构,叶的结构如叶厚度、栅栏组织与海绵组织的比例、叶绿体和类囊体的数目等都对光合速率有影响。叶的结构一方面受遗传因素控制，另一方面还受环境影响。C4植物的叶片光合速率通常要大于C3植物，这与C4植物叶片具有花环结构等特性有关。,栅栏组织细胞细长，排列紧密，叶绿体密度大，叶绿素含量高，致使叶的腹面呈深绿色，且其中Chla/b比值高，光合活性也高，而海绵组织中情况则相反。,棉花叶片的结构,叶的横断面,与叶面平行切片,上表皮,栅栏细胞,海绵组织细胞,2、光合产物的输出,光合产物(蔗糖)从叶片中输出的速率会影响叶片的光合速率。例如，摘去花、果、顶芽等,邻近叶的光合速率?摘除其他叶片，只留一张叶片与所有花果，留下叶的光合速率?对苹果等枝条环割，使环割上方枝条上的叶片光合速率?,光合产物积累到一定的水平后会影响光合速率的原因：(1)反馈抑制。(2)淀粉粒的影响。,三、外部因素,（一）光照 直接制约着光合速率的高低光能，叶绿素、叶绿体以及正常叶片形成，光合酶的活性与气孔的开度等。光照因素中有光强、光质与光照时间,拍摄气孔开启的装置和实例,光诱导的气孔开启(每隔5分钟拍1张),1、光强,图1是光强-光合速率关系的模式图。暗中叶片不进行光合作用，只有呼吸作用释放CO2(图1中的OD为呼吸速率)。光补偿点光饱和点,图1 光强-光合曲线图解 A.比例阶段；B.比例向饱和过渡阶段；C.饱和阶段,1)光强-光合曲线,在低光强区，光合速率随光强的增强而呈比例地增加(比例阶段，直线A)；当超过一定光强，光合速率增加就会转慢(曲线B)；当达到某一光强时，光合速率就不再增加，而呈现光饱和现象。以后的阶段称饱和阶段(直线C)。比例阶段中主要是光强制约着光合速率，而饱和阶段中CO2扩散和固定速率是主要限制因素。,图1 光强-光合曲线图解 A.比例阶段；B.比例向饱和过渡阶段；C.饱和阶段,1、光强,1)光强-光合曲线,不同植物的光强-光合曲线不同，光补偿点和光饱和点也有很大的差异。光补偿点高的植物一般光饱和点也高，草本植物的光补偿点与光饱和点通常要高于木本植物；阳生植物的光补偿点与光饱和点要高于阴生植物；C4植物的光饱和点要高于C3植物。,图1 不同植物的光强光合曲线,1、光强,1)光强-光合曲线,实验设计,实验目的：研究光照强度对光合作用速率的影响实验器材：打孔器、注射器、40W台灯、烧杯、绿叶（如菠菜叶片）、NaHCO3稀溶液。,2.光质,在太阳幅射中，只有可见光部分才能被光合作用利用。用不同波长的可见光照射植物叶片，测定到的光合速率不一样。,在600680nm红光区，光合速率有一大的峰值，在435nm左右的蓝光区又有一小的峰值。,图2 不同光波下光合速率 实线为26种草本植物的平均值；虚线为7种 木本植物的平均值。,放氧速率,光合作用的作用光谱与叶绿体色素的吸收光谱大体吻合,水层同样改变光强和光质。水层越深，光照越弱，例如，20米深处的光强是水面光强的二十分之一，如水质不好，深处的光强会更弱。水层对光波中的红、橙部分吸收显著多于蓝、绿部分，深水层的光线中短波长的光相对较多。所以含有叶绿素、吸收红光较多的绿藻分布于海水的表层；而含有藻红蛋白、吸收绿、蓝光较多的红藻则分布在海水的深层，这是海藻对光适应的一种表现。,在自然条件下，植物或多或少会受到不同波长的光线照射。如，阴天不仅光强减弱，而且蓝光和绿光所占的比例增高。树木的叶片吸收红光和蓝光较多，故透过树冠的光线中绿光较多，由于绿光是光合作用的低效光，因而会使树冠下生长的本来就光照不足的植物利用光能的效率更低，“大树底下无丰草”就是这个道理。,大树底下无丰草？,绿藻分布于海水的表层，红藻则分布在海水的深层？,2.光质,3.光照时间,对放置于暗中一段时间的材料(叶片或细胞)照光，起初光合速率很低或为负值，要光照一段时间后，光合速率才逐渐上升并趋与稳定。从照光开始至光合速率达到稳定水平的这段时间，称为“光合滞后期”或称光合诱导期。一般整体叶片的光合滞后期约3060min，而排除气孔影响的去表皮叶片，细胞、原生质体等光合组织的滞后期约10min。,将植物从弱光下移至强光下，也有类似情况出现。另外，植物的光呼吸也有滞后现象，在光呼吸的滞后期中光呼吸速率与光合速率会按比例上升(图29)。,C3植物与C4植物的光合、光呼吸以及光呼吸/光合随照光时间的变化 1.表观光合速率 2.C3植物光呼吸速率 3.C4植物光呼吸速率 4.C3植物光呼吸/光合比值 5.C4植物光呼吸/光合比值,产生滞后期的原因 光对酶活性的诱导 光合碳循环中间产物的增生需要一个准备过程，光诱导气孔开启所需较长的时间，其是叶片滞后期延长的主要因素。由于照光时间的长短对植物叶片的光合速率影响很大，因此在测定光合速率时要让叶片充分预照光。,光照小结,(二)CO2,1.CO2-光合曲线 光下CO2浓度为零时叶片只有光、暗呼吸,释放CO2。图中的OA部分为光下叶片向无CO2气体中的CO2释放速率,通常用它来代表光呼吸速率。CO2补偿点(图中C点)；CO2饱和点。,图 30 叶片光合速率对细胞间隙CO2浓度响应示意图 曲线上四个点对应浓度分别为CO2补偿点(C)，空气浓度下细胞间隙的CO2浓度(n)，与空气浓度相同的细胞间隙CO2浓度(350lL-1左右)和CO2饱和点(S)。Pm为最大光合速率；CE为比例阶段曲线斜率，代表羧化效率；OA光下叶片向无CO2气体中的释放速率，可代表光呼吸速率。,C4植物的CO2饱和点比C3植物低，在大气CO2浓度下就能达到饱和；而C3植物CO2饱和点不明显，光合速率在较高CO2浓度下还会随浓度上升而提高。C4植物CO2饱和点低的原因，可能与C4植物的气孔对CO2浓度敏感有关，即CO2浓度超过空气水平后，C4植物气孔开度就变小。另外，C4植物PEPC的Km低，对CO2亲和力高，有浓缩CO2机制，这些也是C4植物CO2饱和点低的原因。,C3植物与C4植物CO2光合曲线 可以看出：C4植物的CO2补偿点低，在低CO2浓度下光合速率的增加比C3快，CO2的利用率高；,2.CO2供给,空气中的CO2浓度较低，约为350lL-1(0.035%)，分压为3.510-5MPa，而一般C3植物的CO2饱和点为1 0001 500lL-1左右，是空气中的35倍。,在不通风的温室、大棚和光合作用旺盛的作物冠层内的CO2浓度可降至200lL-1左右。由于光合作用对CO2的消耗以及存在CO2扩散阻力，因而叶绿体基质中的CO2浓度很低，接近CO2补偿点。因此，加强通风或设法增施CO2能显著提高作物的光合速率，这对C3植物尤为明显。,(三)温度,光合过程中的暗反应是由酶所催化的化学反应，因而受温度影响。在强光、高CO2浓度时温度对光合速率的影响要比弱光、低CO2浓度时影响大(图32)，这是因为在强光和高CO2条件下，温度成了光合作用的主要限制因素。,图32 不同CO2浓度下温度对光合速率的影响 a.在饱和CO2浓度下；b.在大气CO2浓度下,光合作用的温度范围和三基点,产生光合作用热限的原因：一是由于膜脂与酶蛋白的热变性，使光合器官损伤，叶绿体中的酶钝化；二是由于高温刺激了光暗呼吸，使表观光合速率迅速下降昼夜温差对光合净同化率有很大的影响。白天温度高，日光充足，有利于光合作用的进行；夜间温度较低，降低了呼吸消耗，因此，在一定温度范围内，昼夜温差大有利于光合积累。在农业实践中要注意控制环境温度，避免高温与低温对光合作用的不利影响。玻璃温室与塑料大棚具有保温与增温效应，能提高光合生产力，这已被普遍应用于冬春季的蔬菜栽培。,(四)水分,水分亏缺会使光合速率下降。在水分轻度亏缺时，供水后尚能使光合能力恢复，倘若水分亏缺严重，供水后叶片水势虽可恢复至原来水平，但光合速率却难以恢复至原有程度(图33)。因而在水稻烤田，棉花、花生蹲苗时，要控制烤田或蹲苗程度，不能过头。,图33 向日葵在严重水分亏缺时以及在复水过程中 叶水势、光合速率、气孔阻力、蒸腾速度的变化,水分对光合作用的影响有直接的也有间接的原因。直接的原因是水为光合作用的原料。但是用于光合作用的水不到蒸腾失水的1%，因此缺水影响光合作用主要是间接的原因,水分亏缺降低光合的主要原因有：,(1)气孔导度下降(2)光合产物输出变慢(3)光合机构受损(4)光合面积扩展受抑水分过多,当水分亏缺时，叶片中脱落酸量增加，从而引起气孔关闭，导度下降，进入叶片的CO2减少。,水分亏缺降低光合的主要原因有：,(1)气孔导度下降(2)光合产物输出变慢(3)光合机构受损(4)光合面积扩展受抑水分过多,水分亏缺会使光合产物输出变慢，加之缺水时叶片中淀粉水解加强，糖类积累，结果引起光合速率下降。,水分亏缺降低光合的主要原因有：,(1)气孔导度下降(2)光合产物输出变慢(3)光合机构受损(4)光合面积扩展受抑水分过多,缺水时叶绿体的电子传递速率降低且与光合磷酸化解偶联，影响同化力形成。严重缺水还会使叶绿体变形，片层结构破坏，这些不仅使光合速率下降，而且使光合能力不能恢复。,水分亏缺降低光合的主要原因有：,(1)气孔导度下降(2)光合产物输出变慢(3)光合机构受损(4)光合面积扩展受抑水分过多,在缺水条件下，生长受抑，叶面积扩展受到限制。有的叶面被盐结晶、被绒毛或蜡质覆盖，这样虽然减少了水分的消耗，减少光抑制，但同时也因对光的吸收减少而使得光合速率降低。,水分亏缺降低光合的主要原因有：,(1)气孔导度下降(2)光合产物输出变慢(3)光合机构受损(4)光合面积扩展受抑水分过多,也会影响光合作用。土壤水分太多，通气不良妨碍根系活动，从而间接影响光合；雨水淋在叶片上，一方面遮挡气孔，影响气体交换，另一方面使叶肉细胞处于低渗状态，这些都会使光合速率降低。,小结,（五）矿质营养,矿质营养在光合作用中的功能：1.叶绿体结构的组成成分 如N、P、S、Mg是叶绿体中构成叶绿素、蛋白质、核酸以及片层膜不可缺少的成分。2.电子传递体的重要成分 如PC中含Cu，Fe-S中心、Cytb、Cytf和Fd中都含Fe，放氧复合体不可缺少Mn2+和Cl-。3.磷酸基团的重要作用 构成同化力的ATP和NADPH，光合碳还原循环中所有的中间产物，合成淀粉的前体ADPG，以及合成蔗糖的前体UDPG，这些化合物中都含有磷酸基团。4.活化或调节因子 如Rubisco，FBPase等酶的活化需要Mg2+；Fe、Cu、Mn、Zn参与叶绿素的合成；K+和Ca2+调节气孔开闭；K和P促进光合产物的转化与运输等。,(六)光合速率的日变化,一天中，外界的光强、温度、土壤和大气的水分状况、空气中的CO2浓度以及植物体的水分与光合中间产物含量、气孔开度等随光强日变化呈单峰曲线，即日出后光合速率逐渐提高，中午前达到高峰，以后逐渐降低，日落后光合速率趋于负值(呼吸速率)。如果白天云量变化不定，则光合速率会随光强的变化而变化。,另外，光合速率也同气孔导度的变化相对应(图34A)。在相同光强时，通常下午的光合速率要低于上午的光合速率(图34B)，这是由于经上午光合后，叶片中的光合产物有积累而发生反馈抑制的缘故。,当光照强烈、气温过高时，光合速率日变化呈双峰曲线，大峰在上午，小峰在下午，中午前后，光合速率下降，呈现“午睡”现象，且这种现象随土壤含水量的降低而加剧(图35)。,图34 桑叶光合速率随着土壤水分减少的日变化 A.光合日变化；B.土壤含水量图中数字为降雨后的天数,引起光合“午睡”的主要因素是大气干旱和土壤干旱。在干热的中午，叶片蒸腾失水加剧，如此时土壤水分也亏缺，那么植株的失水大于吸水，就会引起萎蔫与气孔导度降低，进而使 CO2吸收减少。,另外，中午及午后的强光、高温、低.CO2浓度等条件都会使光呼吸激增，光抑制产生，这些也都会使光合速率在中午或午后降低。光合“午睡”是植物遇干旱时的普遍发生现象，也是植物对环境缺水的一种适应方式。但是“午睡”造成的损失可达光合生产的30%，甚至更多，所以在生产上应适时灌溉，或选用抗旱品种，增强光合能力，以缓和“午睡”程度。,二、内部因素,1、叶的发育和结构（1）叶龄 新长出的嫩叶，光合速率很低。,光合速率随叶龄增长出现“低高低”的规律,但随着幼叶的成长，叶绿体的发育，叶绿素含量与Rubisco酶活性的增加，当叶片长至面积和厚度最大时，光合速率通常也达到最大值，以后，随着叶片衰老，叶绿素含量与Rubisco酶活性下降，以及叶绿体内部结构的解体，光合速率下降。,（2）叶的结构,叶的结构如叶厚度、栅栏组织与海绵组织的比例、叶绿体和类囊体的数目等都对光合速率有影响。叶的结构一方面受遗传因素控制，另一方面还受环境影响。C4植物的叶片光合速率通常要大于C3植物，这与C4植物叶片具有花环结构等特性有关。,栅栏组织细胞细长，排列紧密，叶绿体密度大，叶绿素含量高，致使叶的腹面呈深绿色，且其中Chla/b比值高，光合活性也高，而海绵组织中情况则相反。,棉花叶片的结构,叶的横断面,与叶面平行切片,上表皮,栅栏细胞,海绵组织细胞,2、光合产物的输出,光合产物(蔗糖)从叶片中输出的速率会影响叶片的光合速率。例如，摘去花、果、顶芽等,邻近叶的光合速率?摘除其他叶片，只留一张叶片与所有花果，留下叶的光合速率?对苹果等枝条环割，使环割上方枝条上的叶片光合速率?,光合产物积累到一定的水平后会影响光合速率的原因：(1)反馈抑制。(2)淀粉粒的影响。,拍摄气孔开启的装置和实例,光诱导的气孔开启(每隔5分钟拍1张),【拓展】光合作用与产量形成、植物的光能利用率,是指植物光合作用所累积的有机物所含的能量，占照射在单位地面上的日光能量的比率。,约为1,概念,光能利用率为什么这么低？,（1）辐射到地面的太阳光能只是可见光的一部分（约占太阳总辐射能的4050%）。,（2）照射到叶面上的光能并未全部被吸收，其中有1015%被反射；5%透过叶片，虽然8085%被吸收，但仅有0.53.5%用于光合作用，而大多以热能消耗于蒸腾过程（76.584.5%）。,（3）叶片光合能力的限制，以及呼吸消耗，CO2供应不足，水分亏缺、矿质营养不足等。,二、提高光能利用率的途径,1.增加光合面积,（1）合理密植（2）改变株型,2.延长光合时间,(1)提高复种指数(2)补充人工光照,3.提高光合效率,（1）增加CO2浓度（2）降低光呼吸,四、化能合成作用,分别在A、B、C三个研钵中加2克剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，即：深绿色、黄绿色（或褐色）、几乎无色。,注：表示加；表示不加。试回答：（1）A处理得到的溶液颜色是，原因是。（2）B处理得到的溶液颜色是，原因是。（3）C处理得到的溶液颜色是，原因是。,大量叶绿素溶于乙醇中,黄绿色,部分叶绿素受到破坏,几乎无色,叶绿素不溶于水,深绿色,高考考向01：叶绿素与叶绿体色素的提取和分离实验,高考考向分析,高考考向02：有关光合探究的几个实验分析,将某植物(其叶片如图一所示)放在黑暗中两天后，根据图二所示，处理其中一块叶片。然后将整株植物置于阳光下4小时，取该叶片经酒精脱色处理后，滴加碘液显色，下列有关该实验结果和现象的描述正确的是（多选题）,A该实验后的结果显示出X为蓝色，Y为棕黄色 BW和X两部分对照实验能证明光合作用需要叶绿素 CX和Y两部分对照实验能证明光合作用需要水 DY和木塞夹着的叶片部分对照实验能证明光合作用需要光,AB,高考考向03：光合作用过程,光合作用过程中，在叶绿体类囊体薄膜产生的物质是AC3、C5和葡萄糖 BC3、C5和ATP CADP、H和O2 DATP、H和O2在光合作用过程中，不属于暗反应的是：A.CO2与五碳化合物结合 B.三碳化合物接受ATP释放的能量C.H2O的氢传递给NADP+D.NADPH的氢传递给三碳化合物在光合作用过程中，C3的还原伴随的能量变化是光能转换为电能B.将ATP中活跃的化学能，转换成储存在有机物中稳定的化学能C.电能转换为活跃的化学能 D.光能转换为活跃的化学能在光合作用的暗反应中发生的反应过程有（）A.CO2的固定，O2的释放 B.CO2的固定，糖的生成C.H2O的分解，O2的释放 D.CO2的固定产物(C3化合物)的还原,D,C,B,BD,下图表示在光照条件下某正常生理状态的植物叶肉细胞内发生的生理过程，请据图回答问题。,（1）图中D代表的物质是。（2）该图字母中，能表示同一物质的是、。（3）当图中细胞有过程发生而没有过程发生时，该细胞处于的生理状态是；若要过程也不发生，则对该细胞处理的方法是。,丙酮酸,A和G,B和F,光合作用强度小于或等于呼吸作用强度,处于黑暗条件下,高考考向04：光合过程中物质变化分析,炎热夏季的中午12：00至下午14：00，植物光合作用强度减弱，在这一时间段内，叶绿体中的H、三碳化合物、五碳化合物的含量变化是A降低、升高、降低 B降低、降低、升高C升高、降低、升高 D升高、升高、降低离体的叶绿体在光照下进行稳定光合作用时，如果突然中断CO2气体的供应，短暂时间内叶绿体中C3化合物与C5比合物相对含量的变化是AC3化合物增多、C5化合物减少 BC3化合物增多、C5化合物增多CC3化合物减少、C5化合物增多 DC3比合物减少、C5化合物减少光合作用产生的H与呼吸作用产生的H分别用于A都用于还原C3 B都用于还原O2C前者还原O2，后者还原C3 D前者还原C3，后者还原O2,C,C,D,高考考向05：影响光合速率因素分析及应用,图3表示某绿色植物光合作用中光照强度和氧气释放速率的关系。图4表示该植物在某一光强度时光合作用产生氧气总量和时间的关系。以下相关叙述不正确的是A图1表明25条件下，当光照强度为1千勒克司时光合强度与呼吸强度相等B图2表明25条件下，光合作用每小时所产生的氧气总量比15时多10毫升C图1表明光照强度低于2.5千勒克司，15条件更有利于有机物积累D图2中氧气产生总量，是在光照强度为4千勒克司下的测定值,高考考向05：影响光合速率因素分析及应用,D,将川芎植株的一叶片置于恒温的密闭小室，调节小室 CO2 浓度，在适宜光照强度下测定叶片光合作用的强度（以 CO2 吸收速率表示），测定结果如下图。下列相关叙述，正确的是（）A如果光照强度适当降低，a 点左移，b 点左移 B如果光照强度适当降低，a 点左移，b 点右移 C如果光照强度适当增强，a 点右移，b 点右移 D如果光照强度适当增强，a 点左移，b 点右移,D,在相同光照和温度条件下，空气中CO2含量与植物光合产量（有机物积累量）的关系如图所示。理论上某种C3植物能更有效地利用CO2，使光合产量高于m点的选项是A.若a点在a2，b点在b2时B.若a点在a1，b点在b1时C.若a点在a2，b点在b1时D.若a点在a1，b点在b2时,D,(07北京理综)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ab，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ac，曲线 I、III光合作用强度随光照强度升高而升高,D,(05上海）回答有关光合作用的问题。下图表示当影响光合作用的因素X、Y和Z变化时，光合作用合成量和光强度的关系。（1）图中X1、X2、X3的差异是由于某种原因_影响了光合作用的_所导致。要提高大棚作物的光合作用合成量，由X3增加为X1，最常采取的简便而有效的措施_（2）图中Y1、Y2、Y3的差异是由于_影响了光合作用的_所致。（3）图中Z1、Z2、Z3的差异表现在光合作用中_反应的不同，如果Z因素代表植物生长发育期，则代表幼苗期、营养生长和现蕾开花期的曲线依次是_。,Z3、Z2、Z1,二氧化碳和温度,暗反应,施放干冰，增加二氧化碳浓度（或燃烧柴草）或适当升温,光波长（或光质）,光反应,光反应和暗反应,2.将某植物的叶肉细胞放在含低浓度的NaHCO3的培养液中，并用石蜡油覆盖液面。先照光一段时间，然后在相同光照强度下不同时间测定叶肉细胞的光合作用强度。下列示意图中能正确反映测定时间与光合作用强度关系的是,C,3、森林中，阳光可能会穿过森林中的空隙，在地上投下光斑，它们随着太阳的运动和枝叶的摆动而移动。下图显示了在光斑照耀前后一株生长旺盛的植物光合作用过程中吸收CO2和释放O2的情况。请据图分析回答：,（1）“光斑”照耀开始时，CO2吸收速率和O2的释放速率分别发生了什么变化？此时限制光合作用产物（糖类）合成的主要因素是。（2）当“光斑”移开时，O2的释放速率立刻恢复原水平的原因是；而CO2吸收速率延续了一段时间后才下降，原因是。,光斑照耀开始时O2释放速度急剧上升，CO2吸收速率上升相对缓慢,CO2的吸收速率,光斑照耀期间积累的ATP和H还可以使暗反应持续一段时间,随着光斑的移开，光照强度降低，光反应速率下降,高考考向06：测定光合速率实验分析与设计,1.圆片沉浮法测定植物光合强度,例：,（06全国卷I）（22分）为了验证叶片在光合作用和呼吸作用过程中有气体的产生和消耗，请用所提供的实验材料与用具，在给出的实验步骤和预测实验结果的基础上，继续完成实验步骤的设计和预测实验结果，并对你的预测结果进行分析。实验材料与用具：烟草幼苗、试管两支、NaHCO3稀溶液（为光合作用提供原料）、真空泵、暗培养箱、日光灯（实验过程中光照和温度等条件适宜，空气中O2和CO2在水中的溶解量及无氧呼吸忽略不计）。实验步骤和预测实验结果：（1）剪取两小块相同的烟草叶片，分别放入盛有等量蒸馏水和NaHCO3稀溶液的两支试管中。此时，叶片均浮在水面。（2）用真空泵抽去两支试管内液体中和叶肉细胞间隙中的气体后，敞开试管口，可观察到叶片均下沉到试管底部。（3）.分析预测结果：,实验步骤续：（3）将这两支试管放在日光灯下，光照一段时间。结果：NaHCO3稀溶液中的叶片上浮,蒸馏水中的叶片仍在试管底部（4）再将这两支试管放在暗培养箱中一段时间。结果：NaHCO3稀溶液中的叶片下沉,蒸馏水中的叶片仍在试管底部 分析预测的结果:,1.光照下,NaHCO3稀溶液中的叶片进行光合作用,释放出的氧气多于呼吸作用消耗的氧气,叶肉细胞间隙的氧气增加,叶片上浮；而蒸馏水中缺乏二氧化碳和氧气,叶片不能进行光合作用和有氧呼吸,叶肉细胞间隙缺乏气体,因此叶片仍位于试管底部。2.黑暗中,NaHCO3稀溶液中的叶片进行呼吸作用消耗了叶肉细胞间隙中的氧气,放出的二氧化碳溶于NaHCO3稀溶液中,叶肉细胞间隙缺乏气体,叶片下沉；蒸馏水中缺乏氧气,叶片不能进行有氧呼吸,叶肉细胞间隙仍缺乏气体,因此叶片仍位于在试管底部。,2.小液滴移动法测光合与呼吸,高考考向06：测定光合速率实验分析与设计,1.下图是探究绿色植物光合作用速率的实验示 意图，装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的二氧化碳浓度。该装置放在20境中。实验开始时，针筒的读数是0.2mL，毛细管内的水滴在位置X。30分钟后，针 筒的容量需要调至0.6mL的读数，才能使水滴仍维持 在X的位置。据此实验回答下列问题：,（1）以释放出的氧气量来代表光合作用速率，该植物的光合作用速率是 mL/h。（2）用这一方法测量光合作用速率，比实际的光合速率为低，原因是。（3）假若将该植物的叶的下表皮涂上一层凡士林，光合作用的速率会大幅度下降，原因是。（4）如果在原实验中只增加光照强度，则针筒的容量仍维持在06mL读数处。在另一相同实验装置中，若只将温度提升至30，针筒容量需要调至0.8mL读数，才能使水滴维持在X的位置上。比较两个实验可以得出什么结论。,08,植物同时进行呼吸作用，消耗了氧气,凡士林阻塞部分气孔，使供应叶的CO2减少，限制光合作用的暗反应,在这两个实验中，光照不是限制光合作用速率的主要因素，而温度才是限制光合作用速率的主要因素或答：在光照充足的条件下，提高温度可提高光合作用速率,2.利用下图所示的装置可进行多种生物学实验，烧杯中可供选择的溶液有：蒸馏水、CO2缓冲液、20NaOH三种，请分析回答：,（1）测定青菜的呼吸作用速率时，需要将装置放在 的环境中，烧杯中的溶液选择。在单位时间内，着色液滴向（左、右）移动M厘米。（2）测定青菜的光合作用速率时，烧杯中的溶液选择，在适宜的环境条件下，单位时间内着色液滴向（左、右）移动N厘米。光合作用制造的氧气量（用着色液滴移动距离表示）为 厘米。光照引起装置内的温度升高，小室内气体的物理性膨胀影响实验结果的可靠性，请设计一组对照实验：。,黑暗,20NaOH,左,CO2缓冲液,右,M+N,将装置内的青菜换成等量死植株，其它装置和条件不变，