光合作用的能量利用率的复习导引

光合作用的光能利用率复习要点导引

“光合作用”一词源自希腊语，意思是“被阳光聚集在一起”。因此，光合作用是绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转变成储存着能量的有机物，并且释放氧气的过程。要理解光合作用的概念，须要着重考虑的内容是：

1、光合作用的必要条件：原料是无机物，产物是有机物及氧气，能量是光能，在细胞内的能量传递及转化系统（如色素和相关的酶），物质转化相关的酶。

2、具有光合作用能力的生物的共同特点：具有能够吸收光能的色素，并且色素分布在特定的膜上；存在起催化光合作用的酶，这些酶分布在膜上或膜周围的基质中。

下面笔者结合课本，谈谈在学习：光合作用一节时应注意的几点问题：

二、叶绿体中的光合色素及其生理功能

做好《叶绿体中色素的撮和分离》实验，应注意以下几点：

1、迅速：提取光合色素过程中，因为光合色素都是脂溶性的，因此可用丙酮作为提取液，因为丙酮易挥发且有一定毒性，因此提取过程要迅速，同时提取液要用胶塞塞好，以防止其挥发；因为二氧化硅硬度极大，其粉末可增加研磨时的磨擦力，因此，可利用二氧化硅来加快研磨的速度；又因为叶绿素分子含镁，可被氢代替，形成去镁叶绿素而被破坏，而碳酸钙可中和细胞破裂溢出的有机酸，防止去镁反应发生；把绿叶剪碎的目的也是为了加快研磨速度。

2、滤液细线是本实验结果明显清晰的关键。滤液细线必须待第一次完全干燥后才能画第二遍，可多重复几次，滤液细线要齐、匀、细，且颜色要深。

3、纸层析法分离色素时，特别要注意滤液细线一定要位于层析液上面，否则光合色素会溶解于层析液中，而不会沿层析液向上扩散、分离，这会使实验效果极差，甚至不发生分离，导致实验无效；另外，层析液是石油醚、丙酮、苯等有机溶剂的混合液，具有挥发性且有毒，要注意密封。

三、光合作用的过程

1、要熟记总反应式：

光能

CO2＋H2O （CH2O）＋O2

叶绿体

A、光反应为暗反应提供物质条件[H]和能量条件ATP。

B、叶绿体的代谢活动既消耗水，同时又产生代谢水，产生的代谢水既可作为原料再参与以后的光合作用过程，也可以参与其他代谢过程。

C、用放射性同位素标记追踪可知，O2来自水的光解，C6H12O6的C和O全来自CO2，即C6H12O6中的C并不来自C5。

D、光合作用的反应式中两侧的水能抵消去。因产生6分子氧需12分子水（因氧气中的氧全部来自H2O而不是来自CO2），生成物水和葡萄糖中的氧来自CO2。

E、光合作用过程中，可循环利用的物质为：C5、ADP和Pi。

F、光合作用将光能转变成ATP再转变成有机物中的化学能是能量流动过程的开始；在物质循环中的作用是将无机物转变成有机物。

四、光合作用的意义

五、“光能利用率”复习导引

1、相关概念的理解

（1）光能利用率：光合作用合的有机物中的能量/照射在单位土地面积上的光能。

（2）光合效率：光合作用合成的有机物中的能量/光合作用吸收的能量。

（3）光合强度（光合速率）：单位时间、单位光合作用面积所固定的太阳能。可用合成的有机物的量表示，也可用植物释放的氧气量或吸收二氧化碳量表示。

（4）复种：在同一年、同一块田地上收获两季或多季作物的种植方式。

1）、复种指数：指全年内作物收获总面积耕地总面积的百分比。

2）、提高复种指数的措施：套作（种）、间作与轮作。

1））套作（种）：在同一块田地上，于前季作物生长后期，将后季作物播种或栽植在前季作物的株间、行间或畦间。

2））间作：将两种或两种以上生长期相近的作物，在同一块田地上隔株、隔行或隔畦同时栽培，以充分利用地力和光能，以提高单位面积的作物产量。

3））轮作：在一定限内，在同一块田地上按预定的顺序，轮换种植不同的作物。

（5）光饱和点：在光照强度较低时，植物的光合速率随光强增加而增加，但光强进一

步提高时，光合速率增加逐渐缓慢，当光强超过一定值后，光合速率不再增加时的光照强度。

（6）光补偿点：同一叶片在同一时间内，光合作用吸收的CO2量等于呼吸作用放出的CO2量时的光照强度。

（7）CO2饱和点：在一定CO2浓度范围内，植物的光合速率随CO2浓度增加而增加，但达到一定程度时再增加CO2浓度，光合速率不再增加的外界的CO2浓度。

（8）CO2补偿点：光合作用吸收的CO2量等于呼吸作用放出的CO2量时外界的CO2浓度。

例1：轮作是指在同一块田地上不同年份轮换种植不同的作物，如我国北方的大豆、玉米轮作。下列对这种轮作的解释，不恰当的一项是（ ）

A、 能够改变原有的种间关系，减轻病虫害

B、 B、生态环境的变化，有利于抑制杂草的蔓延

C、 可以改良土壤，充分利用土壤中的矿质元素

D、可以延长光合作用时间，提高作物产量

点拨：轮作是更换了不同农作物，并没有延长光合作用时间，也就没有提高产量；但改变了原有食物链，能减轻病虫害；也能改变生态环境，从而有利于抑制杂草蔓延；不同植物吸收的矿质元素有差异，不会导致某些元素过度减少，起到充分利用土壤中矿质元素的作用。

答案：D

2、提高光能利用率的途径

要提高光能利用率，主要是通过延长光合时间、增加光合面积和增强光合效率等途径。

（1）延长光合时间

延长光合时间就是最大限度地利用光照时间，提高光能利用率。具体措施有：

A、提高复种指数 提高复种指数就是增加收获面积，延长单位土地面积上作物的光合时间，主要措施就是通过轮、间、套种，在一年内巧妙地搭配各种作物，从时间和空间上充分地利用光能，缩短田地空闲时间，减少漏光率。

B、延长生育期 在不影响耕作制度的前提下，适当延长作物的生育期。例如，前期要求早生快发，较早就有较大的光合面积；后期要求叶片不早衰。这样，光合时间就得到延长。

C、补充人工光照 在小面积的栽培中，当阳光不足或日照时间过短时，还可用人工光照补充。日光灯的光谱成分与太阳光近似，而且发热微弱，是较理想的人工光源。

（2）增加光合面积

光合面积即植物的绿色面积，主要是叶面积。它是对产量影响最大，同时又是最容易控制的一个因素。但叶面积过大，又会影响群体的通风透光而引起一系列矛盾，所以，光合面积要适当。

A、合理密植 合理密植是提高光能利用率的主要措施之一，因为它能够使群体得到最好的发展，有较合适的光合面积，充分利用日光能和地力。

B、改变株型 最近培育出的比较优良的高产新品种（如水稻、小麦、玉米），株型都具有共同的特征，即秆矮，叶直而小，厚，分蘖密集。株型得到改善，就能增加密植程度，增大光合面积，耐肥不倒伏，充分利用光能，提高光能利用率。

（3）增强光合效率

光、温、水、肥和CO2等都可以影响单位绿叶面积的光合效率。C4植物利用CO2效率较高，光合效率也高，这里重点讲三种主要措施：

A、增加CO2浓度

空气中CO2 的体积分数一般为0.033%,即330mg/L,这个浓度与最适 CO2 浓度（1000mg/L）相差太远，尤其是随着密植栽培，肥多水多，需要的CO2 量就更多，空气中

的CO2 量满足不了要求。因此，通风良好就使大量空气（包括CO2 ）通过叶面，有利于光合作用正常进行。生产上要使田间通风良好，原因之一就是为了更好地供应CO2 。增加CO2 浓度有三个主要方法：①控制栽植规格和肥水，因地制宜选好行向，使后期通风良好。②增施有机肥，使土壤微生物的数量增多，活动能力加强，分解有机物，放出CO2 。③深施碳酸氢铵肥料，这种肥料除了含有氮素外，还含有50%左右的CO2。

B、增加光照强度

光强：光照强弱主要影响光合作用的强度（光合速率）。在温度、CO2和水分等条件得以满足的条件下，在一定光强范围内光合作用的强度随光照强度的增强而增强，相应制造的有机物也增多，即产量愈高。但当光照强度升高一定数值后，光照强度再升高而光合速率不再加快，这种现象叫光饱和现象。开始达到光饱和现象的光照强度称为光饱和点。在光饱和点以下，随着光照强度减弱，光合速率减慢，当减弱到一定光照强度时，光合作用吸收CO2量与呼吸作用释放CO2量处于动态平衡，这时的光照强度称为光补偿点，此时植物制造有机物量和消耗有机物量相等。据研究，不同类型植物的光饱和点和补偿点是不同的。阳生植物的光饱和点和光补偿点一般都高于阴生植物。

光质：不同的光质对提高光合作用效率也有影响。例如，在蓝紫光下光合作物中蛋白质和脂肪的含量较多；在红光的照射下，光合产物中的糖类含量较多。另外红外线部分虽不直接被叶绿素吸收，但它能促进种子萌发，能使空气、土壤和水的温度升高，即主要表现为效应。

例2：图二表示将植物放在不同浓度CO2环境条件下，其光合作用速率受光照强度影响的变化曲线。B点与a点相比较，b点时叶肉细胞中C3的含量；b点与c点相比较，b点时叶肉细胞中C3的含量的变化情况是（ ）

A、低；高 B

C、高；高 Da ·

点拨：b点与a点相比较，在CO2浓度为1%时，随光照强度增强，光反应为暗反应提供的ATP和[H]增多，暗反应碳的还原过程加快，消耗的C3增多；b与c相比较，光照强度相同，CO2浓度不相同，当CO2浓度高时，暗反应碳的固定过程增强，生成的C3增多。

答案：A

C、供应必需的矿质元素

N是酶、NADP+、ATP、叶绿素等参与光合作用物质的成分，供应充足时，叶大而鲜绿，光合作用旺盛；缺乏时，植株矮小，叶小色淡（叶绿素含量少）或发红（较多的花青素）。

P是NADP+、ATP、叶绿体膜等参与光合作用物质或结构的成分，充足时，光合作用合成物质充分，可提高作物的抗性，使作物提早成熟；不足时，影响蛋白质的合成和光合作用过程，生长发育受阻，抗寒（旱）性下降，花、果实、种子减少，成熟期延迟，叶小而暗绿。

K参与光合作用中糖类合成、运输等过程，并且是许多酶的活化剂，促进蛋白质等物质合成。充足时，光合作用合成物质运输良好，使植物茎秆坚韧，抗倒伏，子粒饱满；不足时，则易倒伏，叶黄而蜷缩。

Mg是叶绿素成分，缺乏时，叶绿素不能合成，影响光合作用正常进行，叶脉仍绿而叶脉之间变黄，严重时，形成褐斑环死。

这里我们需要注意：

①化肥一次施用过多会烧苗，过量使用会疯长、倒伏。

②收获果实种子，多施P、K、N也不可缺少。

③收获茎叶，多施N。

④收获块根、块茎等含淀粉的营养器官，多施K。

⑤生长前期N多些，后期P、K多些。

例3：下列关于外界条件对光合作用强度影响的叙述中，正确的是（ ）

A、在相同光照条件下，各种植物的光合作用强度相同

B、温室栽培时，在晴朗的白天适当提高温度，可增加作物光合作用强度

C、在相同光照和温度条件下，空气中CO2浓度越高，光合作用强度越大

D、 土壤中缺乏N、P、Mg元素，农作物光合作用强度不受影响

点拨：不同植物对光照的需求不同，所以光照相同时，不同植物的光合作用强度不同，A项错误。在一定范围内，随CO2浓度的升高，光合作用强度增加，但超过一定的浓度范围，光合作用强度反应降低，即CO2中毒，C项错误。N、P、Mg元素是植物生长必需元素，缺乏时会影响生长，从而影响光合作用强度，D项错误。

答案：B

例4：光合作用为几乎所有生物的生存提供了物质和能量来源，又为维持大气中氧和二氧化碳含量的相对稳定起了重要的作用，所以研究光合作用是有着非常重要的意义的。下列对于光合作用的发现及过程和意义的叙述正确的是（ ）

A、普里斯特利通过将小鼠与绿色植物一起放在玻璃罩内，小鼠不死亡的实验证明了植物光合作用可以产生氧气

B、光反应阶段为暗反应阶段二氧化碳的固定和三碳化合物的还原提供了必需的能量

C、光合作用为生物由水生到陆生、厌氧型到需氧型的进化提供了必要的条件

D、在光反应阶段中，叶绿体中色素的用途就是吸收光能

点拨：考查光合作用过程、科学发展史及光合作用意义的理解。普里斯特利的实验在当时只能说明植物能更新空气中某种成分，并不知道这种成分就是什么。如需鉴定，必须进一步通过理化实验完成。光合作用中叶绿体中的色素能吸收、传递和转化光能。光反应阶段产生的ATP及NADPH为C3的还原提供能量和还原力。光合作用产生的氧气一部分转化为O3，从而阻碍紫外线对地球的辐射，有利于生物的进化，同时有氧呼吸提高了物质和能量利用率，也有利于生物进化。

答案：C

例5：下列关于高粱和玉米叶的结构及其光合作用过程的叙述正确的是（ ）

①围绕着维管束鞘的叶肉细胞排列疏松 ②叶肉细胞的叶绿体有正常的基粒 ③NADPH贮了能量，并具有还原性 ④CO2中的C首先转移到C4中，然后才转移到了C3中 ⑤光能转化为电能时，电子的最终受体是ATP和NADP+

A、①③⑤ B、②③④ C、②④⑤ D、①②③ 点拨：高粱和玉米是C4植物，而①是C3植物的特征，⑤中光能转化为电能时，电子的最终受体是NADP+。

答案：B

例6：农业产生中有很多手段具有科学道理。下列有关手段及对应的生物学原理叙述错误的是（ ）

A、一年一熟改为一年二熟或两年三熟延长光合作用时间

B、培植株型为矮杆、叶小、叶厚并直立的作物新类型，增大光合面积

C、移栽较大型作物时去除部分枝叶降低植物的呼吸作用减少有机物消耗

D、农田轮作减少病虫害发生、充分利用土壤矿质营养

点拨：本题考查了植物新陈代谢的应用，包括提高光能利用率的措施，作物移栽时减少燕腾作用，轮作可以改变食物链、减少病虫害等知识点。其中B容易误解为叶面积小，事实上，叶小而多是增大了叶的相对面积，提高了光能利用率。本题所考查的主要知识点有：光合作用、水分代谢的应用、食物链各营养级的关系等，属于理解应用题型。

答案：C

巩固练习：某同学为研究自然条件下植物光合速率的日变化情况，设计了图三甲所示的装置。实验中将该装置置于自然环境中，测定南方夏季某一晴天一昼夜中小室内氧气的增加量或减少量，得到图三乙所示曲线。

甲

图三

试回答下列问题：

（1）图四曲线中能正确反映本实验研究中某些生态因素的变化情况的有（

）

图四

(2)图三乙曲线表明6 ~ 8h时，小室内氧气减少量逐渐减小，其可能的主要原因是

（3）图三乙曲线中表明中午12时左右光照最强，光合作用强度反而降低（呈“午休”现象），产生这一现象的原因可分析为：由于光照过强，植物 作用过旺，使植物失水过快，一方面植物适应性调节叶气孔关闭，导致 ，氧气释放量减少，另一方面，由于缺水，使光合产物不能及时运走，积累在 内，阻碍了光合作用，如果以甘蔗幼苗代替大豆幼苗，“午休”现象将 。为什么？ 。

（4）如果以缺镁的全营养液培养大豆幼苗，则曲线中草药a点将如何变化？ ；你的依据是 。

（5）对此大豆幼苗测得如下数据：

一天中积累的葡萄糖为 mg。

（6）图四中的A、B、C分别表示大豆幼苗新陈代谢的几个过程：

在A过程的前一阶段和B过程的第一、二阶段中，除ATP外都能能某物质，该物质在

A、B过程的作用分别是 。

答案：（1）B、C、D （2）植物开始进行微弱的光合作用产生少量氧气，但此时呼吸作用消耗的氧气量仍少于光合作用产生的氧气量 （3）燕腾；叶肉细胞中CO2供应减少，CO2还原消耗的ATP、NADPH减少而积累，抑制了光合作用光反应中水的光解；叶肉细胞；减弱甚至消失；甘蔗为C4植物，其叶肉细胞中的PEP羧化酶能固定较低浓度的CO2并将CO2送入维管束鞘细胞中进行后续反应 （4）向右移动；植物缺镁，参与光合作用的叶绿素合成减少，导致光合作用产生的氧气量降低，要达到光合作用产生的氧气量等于呼吸作用消耗的氧气量，则通过增加光照强度 （5）315 （6）还原CO2和O2