高中生物 必修1 光合作用 知识点全面总结 (word20页)

第三单元之—光合作用

一、叶绿体的结构与功能

（一）叶绿体的结构模型.

（二）相关知识

1、.叶绿体是真核细胞进行光合作用的场所

2、叶绿体由两层膜（内膜和外膜）包围而成，内部有许多基粒，基粒和基粒之间充满了基质。

3、每个基粒都有许多个类囊体构成，类囊体薄膜上含有吸收、传递和转化光能的色素以及光反应所需的酶，是光反应的场所。

4、基质中含有暗反应所需的酶，是进行暗反应的场所。

5、光合色素的相关知识。

（1）叶绿体色素的种类及含量：

叶绿素a

叶绿素（3/4）

叶绿素b

叶绿体色素

胡萝卜素

类胡萝卜素（1/4）

叶黄素

（2）叶绿体色素的分布：叶绿体类囊体薄膜上。

（3）叶绿体色素的功能：吸收，传递（4种色素），转化光能（只有少量的叶绿素a把光能转为电能）

（4）影响叶绿素合成的因素：

①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。（例如韭黄，蒜黄）

②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（秋末）时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。

③必需元素：叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶变黄。

（5）叶绿体色素的吸收光谱：

①叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。

②叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素（胡萝卜素和叶黄素）主要吸收蓝紫光。色素对绿光吸收最少。对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。

经过色素吸收后，光谱出现两条黑带。说明：叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光。

（6）叶绿体色素的性质：易溶于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂，不溶于水，叶绿素的性质不稳定，易被破坏，类胡萝卜素性质相对稳定。

(7)植物叶片的颜色与所含色素的关系：

正常绿色正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例约为3∶1，且对绿光吸收最少，所以正常叶片总是呈现绿色

叶色变黄寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，显示出类胡萝卜素的颜色，叶子变黄

叶色变红秋天降温时，植物体为适应寒冷，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶子呈现红色

6、色素的提取和分离实验。

(1)原理解读：

①色素的提取：叶绿体中的色素溶于有机溶剂而不溶于水，可以用无水乙醇（或丙酮）作溶剂提取绿叶中的色素，而不能用水，因为叶绿体中的色素不能溶于水。

②色素的分离原理：利用色素在层析液中的溶解度不同进行分离，溶解度大的在滤纸上扩散得快，反之则慢。从而使各种色素分离。

(2)选材：应选取鲜嫩、颜色深绿的叶片，以保证含有较多的色素。

(3)过程：省略。

(4)结果分析：

①从色素带的宽度可知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

②从色素带的位置可知色素在层析夜中溶解度大小依次是：胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a ＞叶绿素b

③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．实验创新：在本实验中在圆形滤纸中央点上叶绿体色素的提取液进行层析，会得到近似同心的四个色素环，由内到外依次是黄绿色、蓝绿色、黄色、橙黄色。

【核心考点】

（1）叶绿体中色素的提取与分离试验有关事项

①色素分离和提取的原理经常考察，易混淆。

②在研磨时加入碳酸钙的作用是防止色素被破坏，加入二氧化硅的作用是有助于研磨。过滤时用的是单层尼龙布。

③画滤液细线时，用力要均匀，速度要适中。

④研磨要迅速、充分。a．因为丙酮容易挥发；b．为了使叶绿体完全破裂，从而能提取较多的色素；c．叶绿素极不稳定，能被活细胞中的叶绿素酶水解而被破坏。

⑤制备滤纸条时，要将滤纸条的一端剪去两角，这样可以使色素在滤纸条上扩散均匀，便于观察实验结。

⑥放置滤纸时，滤液细线必须在层析液上面。

（2）提取绿叶中色素的关键

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）分离绿叶中色素的关键

①滤液细线不仅要细、直，而且要含有较多的色素，因此要在滤液干后，重复画1～2

次。

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)要提取绿色植物叶肉细胞叶绿体中的色素，至少要破坏1层细胞膜、2层叶绿体膜，共3层生物膜(3层磷脂双分子层或6层磷脂分子)。要将叶肉细胞中色素完全提取，还需加上1层液泡膜。

(5)实验中几种化学试剂的作用：

①无水乙醇用于提取绿叶中的色素。

②层析液用于分离绿叶中的色素。

③二氧化硅使研磨充分。

④碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏。

(6)注意事项及原因分析

过程注意事项操作目的

提取色素(1) 选新鲜绿色的叶片使滤液中色素含量高

(2) 研磨时加适量无水乙醇充分溶解色素

(3) 加少量SiO2和

CaCO3研磨充分和保护色素

(4) 迅速、充分研磨防止乙醇挥发，充分溶解色素

(5) 盛放滤液的试管管口加棉塞防止乙醇挥发和色素氧化

分离色素(1) 滤纸预先干燥处理使层析液在滤纸上快速扩散

(2) 滤液细线要直、细、匀

使各色素扩散的起点相同，

使分离出的色素带平整不重叠

(3) 滤液细线干燥后再画一两次增加色素的含量使分离出的色素带清晰分明

(4) 滤液细线不触及层析液

防止色素直接溶解到层析液中，滤纸条上得

不到色素带)

(7)收集到的滤液绿色过浅的原因分析：

①未加石英砂(二氧化硅),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未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。

④.使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。

(8)滤纸条色素带重叠：

①滤液细线不直。

②滤液细线过粗。

(9)滤纸条看不见色素带：

①忘记画滤液细线。

②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。二光合作用过程

（一）光合作用过程概念模型

（二）相关知识

1、光合作用过程包括光反应和暗反应两个阶段。光反应在前，暗反应在后。

2、光反应的原料、场所和条件；暗反应的原料、场所和条件。

3、光反应的物质变化和能量变化；暗反应的物质变化和能量变化。

4、光反应的产物及去向；暗反应的产物及去向。（物质转移基于一个原则，即从产生部位移向消耗部位）

5、光反应和暗反应同时进行着，［H］、ATP、C3 、C5等中间物质处于动态平衡之中。

6、暗反应有光无光都能进行。若光反应停止，暗反应可持续进行一段时间，但时间

不长，故晚上一般认为只进行呼吸作用，暗反应不进行。

7、相同时间内，光照和黑暗间隔处理比一直光照有机物积累的多，因为[H]、ATP基

本不积累，利用充分；但一直光照会造成[H]、ATP的积累，利用不充分。

8、光合作用中光反应产生的ATP只供暗反应利用。

（三）光合作用过程

1、光反应

条件：有光、色素、酶

场所：叶绿体类囊体薄膜

过程：物质变化：

①水的光解：

②ATP的合成：（光能→A TP中活跃的化学能）

能量变化：光能转变为A TP中的活跃的化学能

2、暗反应

条件：有光和无光、酶

场所：叶绿体基质

过程：物质变化：①CO2的固定：

②C3的还原：

能量变化：（A TP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能）

3、总反应式：

光能

CO2 + H2O （CH2O）+ O2

叶绿体

①氧元素???

H 2O →O 2

CO 2→(CH 2O )

②碳元素：CO 2→C 3→(CH 2O)

③氢元素：H 2O →[H]→(CH 2O)

4、实质：把无机物转变成有机物，把光能转变成有机物中的化学能

5、光反应和暗反应比较

比较 项目 光反应 暗反应 实质 光化学反应

酶促反应

时间 快 慢

需要 条件 叶绿素、光、酶

不需叶绿素和光，需要多种酶

反应 场所 叶绿体基粒 叶绿体基质

物质 转化 （1）水的光解2H 2O ——→4[H]+O 2

（2）ATP 的生成：ADP+Pi —→ATP （1）CO 2固定：CO 2+C 5——→2C 3

（2）CO 2还原：2C 3——→(CH 2O)+C 5 能量 转换 光能→电能→活跃化学能，并储存在ATP

中

ATP 中活跃的化学能→(CH 2O)中稳定的化学能 完成 标志 O 2释放、ATP 和NADPH 的生成

葡萄糖等有机物等的生成

两者 关系

光反应为暗反应提供能量（ATP 、NADPH ）、还原剂NADPH ； 暗反应为光反应提供ADP 和Pi

6、外界条件变化引起光合作用中产物含量变化的分析方法 （1）分析方法：

①改变的环境条件常见的有：光照强度变化、CO 2浓度的变化，而其它条件不变或在一

定的范围内。

②光合作用中的产物有C3、 C5、［H ］、ATP 、C 6H 12O 6、O 2等。其中C3 、C5 、［H ］、ATP 在光合作用中既有产生，又有消耗，我们称作光合作用的中间产物，而C 6H 12O 6和O 2在光合作用中只有产生，没有消耗，我们称作光合作用的终产物，故考虑方法不同。

③对C3 、C5 、［H ］、A TP 变化的判断通常用动态平衡的方法。因为。C3 、C5 、［H ］、ATP 在光合作用中既有产生，又有消耗，所以在判断时既要考虑其产生（来路），又要考虑其消耗（去路），关键看环境因素的突然改变对哪个途径的影响更直接或更大。如果来路大于去路，则增加或积累；如果来路小于去路，则减少或降低；如果来路等于去路，则不变。

光能

酶 ATP [H]

酶

④对C6H12O6和O2变化的判断：因为C6H12O6和O2在光合作用中只有产生，没有消耗，所以只需考虑环境因素的突然改变对整个光合作用的影响。如果环境因素的突然改变对整个光合作用有促进作用，C6H12O6和O2的含量增加，反之，则降低。

⑤通过比较我们可以得到以下相关规律：不管是哪种环境因素的突然改变，短时间内C3 和C5 的变化情况是相反的，即一个是增加，而另一个肯定是减少。［H］和ATP 的变化是相同的。C6H12O6和O2的变化也是相同的。

（2）光照和二氧化碳浓度改变引起的C3 ，C5 和［H］，ATP的变化

（3）由于各种因素的变化，如温度的变化、光照强度变化、CO2浓度的变化会影响C3、C5、NADPH、ATP、C6H12O6、O2这些物质的含量，有时还会结合模型分析，具体表解如下：条件C3 C5 ［H］和ATP CH2O和O2合成量模型分析

光照强度由强到弱

增加减少减少减少

CO2供应不变

光照强度由弱到强

减少增加增加增加

CO2供应不变

光照不变CO2量由充

减少增加增加减少

足到不足

光照不变CO2量由不

增加减少减少增加

足到充足

三、影响光合作用的因素及及其在生产上的应用

（一）.光照强度与光合作用速率的影响分析

图1 图2

1.原理分析：光照强度影响光合速率的原理是通过影响光反应阶段，制约A TP和[H]的产生，进而制约暗反应阶段。

2、图1曲线分析：

A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。植物与外界进行气体交换，外界O2量减少，CO2量增大。

AB段：光照条件下植物既进行光合作用，又进行呼吸作用，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。植物与外界进行气体交换，外界O2量减少，CO2量增大。但O2的减少量，CO2的增加量都在减少。

较弱光下：光合速率﹤呼吸速率

B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。植物不与外界进行气体交换，此时，外界环境中CO2的量升高到最大值，O2的量降到最低值，

光合速率﹦呼吸速率

BC段：表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，光合作用强度大于细胞呼吸强度，到C点以上不再加强了，植物与外界进行气体交换，外界O2量增大，CO2量减少。

光合速率﹥呼吸速率

C点所示光照强度称为光饱和点。(光照强度达到C点后，光合作用强度不再随光照强度的增加而增加)。光合速率﹥呼吸速率，植物与外界进行气体交换，外界O2量继续增大，CO2量继续减少。

3、应用：阴生植物的B点前移，C点降低，如图中虚线所示，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；适当提高光照强度可增加大棚作物产量。（二）CO2浓度对光合作用强度的影响

1.原理分析：CO2浓度影响光合作用的原理是通过影响暗反应阶段，制约C3生成。

2.曲线分析

①图1和图2都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度的增大而增大，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。

③图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点所对应的CO2浓度。

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。

（三）温度对光合作用速率的影响

1、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。

2、应用：(1)适时播种

（2）冬天，温室栽培可适当提高温度，也可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用；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。

(3)植物“午休”现象的原因之一

（四）必需元素供应对光合速率的影响

1、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。

2、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。

（五）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。

植物的午休现象

2、应用：根据作物的需水规律合理灌溉。

（六）光照面积

1、图像分析：

①OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用面积的饱和点。随叶面积的增大，光合作用强度不再增加，原因是有很多叶被遮挡，光照不足。

②OB段表明干物质量随光合作用增加而增加，而由于A点以后光合作用强度不再增加，但叶片随叶面积的不断增加，呼吸量(OC段)不断增加，所以干物质积累量不断降低(BC段)。

2、应用分析：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长。封行过早，使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费。

（七）内部因素对光合作用速率的影响

1．同一植物的不同生长发育阶段

①曲线分析：在外界条件相同的情况下，光合作用速率由弱到强依次是幼苗期、营养生长期、开花期。

②应用：根据植物在不同生长发育阶段光合作用速率不同，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．同一叶片的不同生长发育时期

①曲线分析：随幼叶发育为壮叶，叶面积增大，叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合速率增大；老叶内叶绿素被破坏，光合速率随之下降。

②应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶，都是根据其原理，可降低其细胞呼吸消耗的有机物。

（八）多因子变量对光合作用速率影响的分析(外界因素)

1、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，横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。

2、应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用酶的活性，提高光合速率，也可同时充入适量的CO2进一步提高光合速率，当温度适宜时，要适当提高光照强度和CO2浓度以提高光合速率。

（九）光合作用和呼吸作用的有关曲线图像题解题要点：

1、搞清楚“量”的关系：

凡是曲线图，总是反映一定变量的关系、在有关光合作用和呼吸作用曲线题中，尽管牵涉到的量不多，但由于生化反应是一个复杂的过程。不像一般的数学函数，所牵涉到的“量”往

往都有它的特殊含义。含义很容易混淆，如吸收量和利用量，释放量和产生量，有机物产生产生量、净生产量（或积累量）和消耗量等等，如果这些量的区别和关系搞不清楚。解题可就很容易出差错。

2、“黑暗”条件的理解：

凡是有光合作用、呼吸作用的曲线图的题中，光照的有无或强弱也往往是形影不离。当题目结出黑暗条件（或光照强度为零）时，我们脑子组就要考虑到什么生理活动在进行。什么生你活动不在进行，为什么有的实验要在黑暗条件下进行？

我们应十分注意黑暗条件：①植物光合作用和呼吸作用的生理过程中．光合作用必须要有光的条件下才能进行，而呼吸作用有光无光都能进行；②光合作用的光反应也必须要有光的情况下才能进行，而暗反应有光无光都能进行（只要有足够的[H]和ATP）：③黑暗时释放CO2，吸收O2。消耗体内的有机物；④长时间黑暗对植物不能正常生长；⑤黑暗是测定呼吸速率和光合速率实验中的关键条件之一。

3、理解“零值”的含义：

在分析曲线图时，十分关键的是要理解CO2

吸收值为零值的生物学含义。CO2的吸收量为零值，这并不是表示此时不进行光合作用和呼吸作用，而是表示光合作用强度和呼吸作用强度相当，表现为环境中CO2的量没有发生变化。对“零值”的理解有以下几个方面：①光照情况下，吸收CO2的量为零量，表示光合作用强度与呼吸作用强度相当，并不是说植物不进行光合作用和呼吸作用；②零值以下，表示光合作用强度＜呼吸作用强度，吸收CO2量为负值（即释放CO2）。吸收O2，消耗体内的有机物，异化作用＞同化作用。长时间为零或负值，植物不能正常生长；③零值以上，表示光合作用强度＞呼吸作用强度，吸收CO2，释放O2，光合作用产物有积累，同化作用＞异化作用。植物能正常生长。

4、曲线”极限”点分析：

植物进行光合作用时，光合作用强度随光照强度增强而增强，但光照强度增加到一定强度时，光合作用强度不再增加，即光合作用强度达到极限点。分析这个极限点要明确以下几个问题：①极限点表示当光照强度达到一定值时，光合作用强度最高，光照强度再增加，光合作用强度不再增加；②极限点以前，光合作用强度随光照强度增强而增强，此时，光合作用强度的主要限制因素是光照强度，影响的是光反应；③极限点以后，光合作用强度的主要限制因素不是光照强度，而是温度和环境中的CO2，主要影响的是暗光反应；④此极限点是判断光合作用强度曲线图像正误的关键；⑤此极限点是判断阴生植物还是阳生植物的着手点，因为阴生植物是生活在光照较弱的环境中，光合作用强度到达极限点时，所要求的照比阳生植物低；⑥如果是人工提供光照，就要考虑节能问题，光照强度只要控制在这个光合作用强度极限点相应的光照强度即可，以免能量的浪费。

（十）条件变化引起的相关图中特殊点的移动

图1

1、图1中的特殊点：a点只进行呼吸作用，b点光补偿点，c光饱和点时对应的最大光合速率，x点光饱和点。

2、改变的条件常见的有：其它条件不变或在一定的范围内。光照强度的增强或减弱；CO2浓度的升高或降低；温度的升高或降低；矿质元素（如Mg）的变化；阴生植物和阳生植

物的互换等。其中光照强度的增强或减弱；CO2浓度的升高或降低；矿质元素（如Mg）的变化等主要影响光合速率，对呼吸速率几乎没有影响；温度的升高或降低；阴生植物和阳生植物的互换等对光合速率和呼吸速率都有影响。

3、CO2浓度增减引起的变化

CO2浓度的升高或降低主要影响光合速率，对呼吸速率几乎没有影响，如CO2浓度的升高对各点移动的影响。

a点只进行呼吸作用，在一定的范围内CO2浓度的增加对呼吸速率几乎没有影响，所以a点不移动。

b点光补偿点，光合速率和呼吸速率相等。CO2浓度增加，呼吸速率不变，光合速率增加，光合速率大于呼吸速率，原有的平衡被打破。怎样才能恢复平衡呢？唯一的办法就是降低光合速率。怎么降低光合速率？CO2浓度增加是变化了的元素不能再变了，温度等是不变或保持稳定的元素也不可改变，剩下可改变的元素只有光照强度了，故只有通过降低光照强度来降低光合速率，使光合速率和呼吸速率相等。b点左移。

呼吸速率不变

CO2浓度的增加

光合速率增加降低光合速率降低光照强度 b点左移

x点光饱和点，只针对光合作用，CO2浓度增加，暗反应加快，通过CO2的固定阶段产生更多的C3化合物，C3化合物的还原就需要更多的光反应产物AIP和[H]，导致光反应增强，增加光照强度，故 x点右移。

c点光饱和点时对应的最大光合速率，只针对光合作用，CO2浓度增加，光合速率加快，c点向上移动，再结合x点的移动，故c点向右上移动。

4、温度改变引起的变化

温度的升高或降低；对光合速率和呼吸速率都有影响。25℃是光合作用的最适温度，35℃是呼吸作用的最适温度，若图1表示25℃时光照强度与，CO2的吸收量之间的关系，那么将温度变为35℃，图中各点如何移动。

a点只进行呼吸作用，在一定温度范围内呼吸速率随温度的增加呼吸速率而增加，故a点向下移动。

b点光补偿点，光合速率和呼吸速率相等。温度由25℃变为35℃，光合速率下降，呼吸速率升高，原有的平衡被打破。在35℃光合速率只有升高才能和呼吸速率相等，怎么升高光合速率？温度增加是变化了的因素不能再变了，CO2浓度等是不变或保持稳定的元素也不可改变，剩下可改变的因素只有光照强度了，故只有通过增强光照强度来升高光合速率，使光合速率和呼吸速率相等。故b点右移。

呼吸速率升高

温度增加

光合速率降低增强光合速率增强光照强度 b点右移

x点光饱和点，只针对光合作用，温度升高（由最适部位不适），光合速率下降，光反应速率也下降，光反应只能利用较少的光能，所以，光照强度下降，x点左移。

c点光饱和点时对应的最大光合速率，只针对光合作用，温度升高（由最适部位不适），光合速率下降，暗反应速率也下降，暗反应吸收利用CO2的量也会下降，c点向下移动，再结合x点的移动，故c点向左下方移动。

5、阴生植物和阳生植物的互换引起图中各点的变化

阴生植物的呼吸速率、光补偿点、光饱和点都低于阳生植物。若图1表示某阴生植物光照强度与CO2的吸收量之间的关系，如果将、阴生植物换成阳生植物，图中各点是如何

移动的。

a点只进行呼吸作用，因阴生植物的呼吸速率低于阳生植物，所以a点向下移动。 b点光补偿点，光合速率和呼吸速率相等。阴生植物换成阳生植物，阳生植物呼吸速率增大，光合速率只有增大才能与呼吸速率相等，在其它条件不变的情况下，只有增大光照强度才能增强光合速率，所以b点向右移动。

x点光饱和点，只针对光合作用，阴生植物换成阳生植物，阳生植物光合速率增强，光反应速率也增强，需要的光照强度也增强，所以，x点向右移动。

c点光饱和点时对应的最大光合速率，只针对光合作用，阴生植物换成阳生植物，阳生植物光合速率增强，暗反应速率也增强，暗反应吸收利用CO2的量也会增加， c点向上移动，再结合x点的移动，故c点向右上方移动。

6、矿质元素（如Mg）的变化引起图中各点的变化

Mg是合成叶绿素的必需元素，植物生长环境缺少Mg元素直接影响叶绿素的合成，间接影响光反应的速率，最终影响到光合作用的速率。图1表示某正常植物在正常环境中光照强度与CO2的吸收量之间的关系，如果将该植物换到缺少Mg元素的环境中生长，图中各点是如何移动的。

a点只进行呼吸作用，环境缺少Mg元素，对呼吸速率没有影响，植物的呼吸速率保持不变，所以a点不移动。

b点光补偿点，光合速率和呼吸速率相等。环境缺少Mg元素，对呼吸速率没有影响，植物的呼吸速率保持不变，环境缺少Mg元素，叶绿素合成量减少，光反应速率下降，光合速率也会下降，光合速率只有增大才能与呼吸速率相等，在其它条件不变的情况下，只有增大光照强度才能增强光合速率，所以b点向右移动。

x点光饱和点，只针对光合作用，境缺少Mg元素，叶绿素合成量减少，光反应速率下降，光反应对光能的利用也下降，所以x点向左移动。

c点光饱和点时对应的最大光合速率，只针对光合作用，环境缺少Mg元素，叶绿素合成量减少，光反应速率下降，光合速率也会下降，暗反应速率下降，暗反应吸收利用CO2的量就会下降， c点下移，再结合x点的移动，故c点向左下方移动。

按照上面的思路，我们还可分析CO2浓度降低，温度由35℃变为25℃时，阳生植物换成阴生植物等条件变化引起图1中各点的变化。

CO2浓度等条件改变引起图1中相关点的变化如下表所示：

条件变化a点 b点x点 c点

CO2浓度升高不移动左移右移右上方移

CO2浓度降低不移动右移左移左下方移

温度由25℃变为35℃向下右移左移左下方移

温度由35℃变为25℃向上左移右移右上方移

阴生植物换成阳生植物向下右移右移右上方移

阳生植物换成阴生植物向上左移左移左下方移

放入缺Mg环境不移动右移左移左下方移

同理我们也可以按照上面的思路来分析图2中相关点在环境条件发生改变时的移动方向。

CO2浓

图2

如光照强度得到改变引起图2中各点的变化，（光照强度增强）

a点只进行呼吸作用，照强度得到改变对呼吸速率没有影响，植物的呼吸速率保持不变，所以a点不移动。

b点光补偿点，光合速率和呼吸速率相等。照强度得到改变对呼吸速率没有影响，植物的呼吸速率保持不变，光照强度增强，光合速率增强，光合速率大于呼吸速率，原有的平衡被打破。怎样才能恢复平衡呢？唯一的办法就是降低光合速率。怎么降低光合速率？光照强度增加是变化了的因素不能再变了，温度等是不变或保持稳定的元素也不可改变，剩下可改变的因素只有CO2浓度了，故只有通过降低CO2浓度来降低光合速率，使光合速率和呼吸速率相等。故b点向左移动。

x点光饱和点，只针对光合作用，光照强度增强，光合速率升高，暗反应速率也升高，暗反应吸收利用CO2的量也会上升，所以 x点向右移动。

c点光饱和点时对应的最大光合速率，只针对光合作用，光照强度增强，光合速率升高，暗反应速率也升高，暗反应吸收利用CO2的量也会上升，c点向上移动，再结合x点的移动，故c点向右方移动。

光照强度降低所引起图中各点不变化与光照强度增强所引起图中各点不变化相反。

光照强度等条件改变引起图2中相关点的变化如下表所示：

条件变化a点 b点x点 c点

光照强度升高不移动左移右移右上方移

光照强度降低不移动右移左移左下方移

温度由25℃变为35℃向下右移左移左下方移

温度由35℃变为25℃向上左移右移右上方移

阴生植物换成阳生植物向下右移右移右上方移

阳生植物换成阴生植物向上左移左移左下方移

放入缺Mg环境不移动右移左移左下方移

综上所述：可以看出我们分析的光合作用曲线都是针对两种生理过程而言的，即光合作用和呼吸作用，该曲线也是由这两种生理过程而形成的，所以该曲线是指净光合作用曲线。光合作用是合成有机物的，呼吸作用是消耗有机物的二者的作用相反，因此，我们可以把该曲线与坐标所围成的面积看成是在一定范围内光合作用合成的有机物与呼吸作用消耗的有机物的差值，即有机物的积累量。有机物的积累量的多少，取决于这两种生理过程的强弱，因此，我们可以把光合速率看成有机物积累量的来路，把呼吸速率看成有机物积累量的去路。如果光合速率大于呼吸速率，则有机物积累增多，表现在图上曲线所围成的面积增大，所以，面积将向四周扩展，曲线上各点将向外周移动，即 b点（补偿点）左移，x点（光饱和点）右移，c点（光饱和点时对应的最大光合速率）右上移。如果光合速率小于呼吸速率，则有机物积累减少，表现在图上曲线所围成的面积缩小，所以，面积将向内收缩，曲线上各点将向内收缩，即 b点（补偿点）右移，x点（光饱和点）左移，c点（光饱和点时对应的最大光合速率）左下移。

四、光合速率的测定

（一）光合作用速率表示方法：

1、通常以一定时间内CO2等原料的消耗或O

2、（CH2O）等产物的生成数量来表示。但由于测量时的实际情况，此时测得的值并不能反映植物的实际光合速率，而反映表观光合速率或称净光合速率。因此光合作用速率又分为表观光合速率和真正光合速率。

2、在黑暗条件下植物不进行光合作用，只进行呼吸作用，因此此时测得的O2吸收量（即空气中O2的减少量）或CO2释放量（即空气中CO2的增加量）直接反映呼吸速率。

3、在有光条件下，植物同时进行光合作用和细胞呼吸，实验容器中O2增加量、CO2减少量或有机物的增加量，称为净光合速率（表观光合速率）。

4、植物总光合速率(真正光合速率)＝净光合速率＋呼吸速率。如图所示：

①光合作用实际产氧量＝实测的O2释放量＋呼吸作用消耗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光合作用葡萄糖净生产量＝光合作用实际葡萄糖生产量－呼吸作用葡萄糖消耗量

5、植物的生长速率取决于总光合速率与呼吸速率之差即“净光合速率”。切不可认为作为的总光合速率越高时，植物的生长越快。

①当净(表观)光合速率＞0时，植物积累有机物而生长；

②净光合速率＝0时，植物不能生长；

③净光合速率＜0时，植物不能生长，长时间处于此种状态，植物将死亡。

6、如何快速确定植物的总光合作用、净光合作用及呼吸作用

（1）可采用以下测量指标：

①植物体（或叶片）吸收的CO2：表示净光合作用量，

植物体（或叶片）释放的CO2（黑暗中）：表示呼吸消耗量。

②植物体（或叶片）吸收的O2（黑暗中）：表示呼吸消耗量，

植物体（或叶片）释放的O2：表示净光合作用量。

③植物体的叶肉细胞吸收的CO2：表示净光合作用量，

植物体的叶肉细胞释放的CO2（黑暗中）：表示呼吸消耗量。

④植物体的叶肉细胞吸收的O2（黑暗中）：表示呼吸消耗量量，

植物体的叶肉细胞释放的O2：表示净光合作用量。

⑤植物体的叶绿体吸收的CO2：表示实际光合作用量，

植物体的叶绿体释放的O2：表示实际光合作用量。

⑥植物体的线粒体吸收的O2：表示呼吸消耗量量，

植物体的线粒体释放的CO2：表示呼吸消耗量量。

（2）根据试题中的表述，如何区分真光合速率和净光合速率，现归纳如下：表示真光合作用速率

植物叶绿体吸收的二氧化碳量；

植物叶绿体释放的氧气量；

植物叶绿体产生、制造、合成有机物（或葡萄糖）的量；

植物光合作用吸收的二氧化碳量；

植物光合作用产生、制造的氧气量；

植物光合作用产生、制造、合成有机物（或葡萄糖）的量。

表示净光合作用速率

植物叶片吸收的二氧化碳量；

容器中减少的二氧化碳量；

植物叶片释放的氧气量；

容器中增加的氧气量；

植物叶片积累或增加的有机物（或葡萄糖）的量。

（3）根据图表确定：当图（表）中表示的光照强度为0时，光合速度小于0时，即图（表）中表示光合速度的纵坐标有负值时，则图（表）中所示为净光合作用速度；或题中标明的光合作用速度用CO2吸收量或O2释放量表示，则图（表）中所示也为净光合作用速率。而当图（表）中表示的光照强度为0时，光合速度也为0时，则图（表）中所示为总光合作用速率。

（二）气体体积变化法---测光合作用O2产生(或CO2消耗)的体积

1、装置示意图

2、相关知识

（1）绿色植物在光照条件下，植物的光合作用和呼吸作用同时进行，在黑暗条件下，植物只能进行呼吸作用，不能进行光合作用。

（2）真正光合速率=表观（净）光合速率+呼吸速率。

(3)净光合速率的测定（如右图）

①NaHCO3溶液的作用：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。

②植物光合速率指标：植物光合作用释放O2，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净光合速率。

③条件：整个装置必须在光下，光是植物进行光合

作用的条件。

(4)呼吸速率的测定(如右图)

①上图同样可以用于呼吸速率的测定，但要把

NaHCO3溶液换成NaOH溶液，吸收植物呼吸作用释放的

CO2。

②植物呼吸速率指标：植物呼吸作用吸收氧气，释放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，毛细管内的水滴左移。单位时间内水滴左移的体积即是呼吸速率。

③条件：整个装置必须遮光处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定

（5）由于外界的大气压可以影响到E点的位置，即红墨水滴的读数，因此，常用乙装置来校正外界因素所引起的误差。

（三）“半叶法”---测光合作用有机物的生产量，即单位时间、单位叶面积干物质产生总量

本方法又叫半叶称重法，常用大田农作物的光合速率测定。

其原理是：将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法（可先在叶柄基部用热水、或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理）阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为M A、M B，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作用强度，其单位是mg/(dm2·h)。

MA= 原叶重—呼吸消耗量

MB=原叶重+净光合量=原叶重—（真光合量—呼吸消耗量）

MB—MA=净光合量+呼吸消耗量=真光合量

所以MB—MA= B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量。

真正光合速率（单位：mg /dm2·h）就是M值除以时间再除以面积就可测得。

（四）黑白瓶法---测溶氧量的变化

其原理是：黑白瓶法常用于水中生物光合速率的测定。白瓶就是透光瓶，里面可进行光合作用和呼吸作用。黑瓶就是不透光瓶，只能进行呼吸作用。在相同条件下培养一定时间，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，只有呼吸作用，所以呼吸作用量=黑瓶中溶解氧的变化。白瓶既能光合作用又能呼吸作用，所以净光合作用量=白瓶中溶解氧的变化。真正光合量（总光合量）=白瓶中溶解氧的变化+黑瓶中溶解氧的变化。

测量方法：从当地某一水域的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得原初溶解氧的含量为10mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下，分别在起始和24小时后以温克碘量法测定各组培养瓶中的氧含量，记录数据如下表：

光照强度

0（黑暗） a b c d e （klx）

白瓶溶氧量

3 10 16 2

4 30 30 (mg/L)

黑瓶溶氧量

3 3 3 3 3 3 (mg/L)

1、黑瓶中溶解氧的减少量=原初溶解氧-24小时后氧含量=该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的O2量=呼吸速率

2、白瓶24小时后氧增加量=24小时后氧含量-原初溶解氧=表观（净）光合速率

3、真正光合速率为=表观（净）光合速率+呼吸速率=1+2

五、光合作用与细胞呼吸的关系

（一）光合作用与细胞呼吸的区别与联系

①光合作用所需要的CO2有两个来源：自身细胞呼吸产生；从周围空气中吸收。

②光合作用释放的O2有两个去向：用于自身细胞呼吸；细胞呼吸用不完，才释放到周围的空气中。

③光合作用制造的葡萄糖有两个去向：用于细胞呼吸消耗；细胞呼吸消耗不完，才用于积累。

（二）有关光合作用和呼吸作用关系的变化曲线图

1．夏季的一天中CO2吸收和释放变化曲线图，曲线的各点含义及形成原因分析(见图1)

a点：凌晨3时～4时，温度降低，呼吸作用减弱，CO2释放减少；

b点：上午6时左右，太阳出来，开始进行光合作用；

bc段：光合作用小于呼吸作用；

c点：上午7时左右，光合作用等于呼吸作用；

ce段：光合作用大于呼吸作用；

d点：温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象；

e点：下午6时左右，光合作用等于呼吸作用；

ef段：光合作用小于呼吸作用；

fg段：太阳落山，停止光合作用，只进行呼吸作用。

2．夏季的一天中CO2吸收和释放变化曲线图，有关有机物情况的分析(见图2)

(1)积累有机物时间段：ce段；c点和e点时，光合作用强度

与呼吸作用强度相等，c～e由于光照强度的增强，光合作用

强度大于呼吸作用强度，故不断积累有机物。

(2)制造有机物时间段：bf段；b点大约为早上6点，太阳升

起，有光照，开始进行光合作用；f点大约为下午6点，太

阳落山，无光，停止光合作用。

(3)消耗有机物时间段：og段；一天24小时，细胞的生命活动时刻在进行，即不停地消耗能量，故呼吸作用始终进行。

(4)一天中有机物积累最多的时间点：e点；白天，光合作用强度大于呼吸作用强度，积累有机物；e点后，随着光照的减弱，呼吸作用强度大于光合作用强度，故e点时积累的有机物最多。

(5)一昼夜有机物的积累量表示：Sp－SM－SN。S P表示白天的净积累量，SM和SN表示夜晚的净消耗量，故SP—(SM＋SN)为一昼夜的净积累量。

3．在相对密闭的环境中，一昼夜CO2含量的变化曲线图(见图3)

一昼夜有机物的积累（用CO2量表示）可用下式表示：积累量＝白天从外界吸收的CO2量－晚上呼吸释放的CO2量。

(1)如果N点低于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加；

(2)如果N点高于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少；

(3)如果N点等于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变；

(4)CO2含量最高点为c点，CO2含量最低点为e点。

4．在相对密闭的环境下，一昼夜O2含量的变化曲线图(见图4)

(1)如果N点低于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少；

(2)如果N点高于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加；

(3)如果N点等于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变；

(4)O2含量最高点为e点，O2含量最低点为c点。

5．用线粒体和叶绿体表示两者关系(见图5)

图5中表示O2的是②③⑥；图中表示CO2的是①④⑤。

图6中：ob段：只有呼吸作用应有⑤⑥；

bc段：呼吸作用大于光合作用应有③④⑤⑥；

c点：呼吸作用等于光合作用应有③④；

ce段：呼吸作用小于光合作用应有①②③④；

e点：呼吸作用等于光合作用应有③④；

ef段：呼吸作用大于光合作用应有③④⑤⑥；

fg段：只有呼吸作用应有⑤⑥。

6．植物叶片细胞内三碳化合物含量变化曲线图(见图7)