“光合作用”学法指导
本节是全书的重点命题章节。试题综合性强，灵活性大，与农业生产联系紧密。因此，在学习本节内容时，要以光反应和暗反应的物质变化和能量变化为主线，渗透影响光合作用的因素、叶绿体中色素的种类及吸收光谱等内容，特别注意光合作用与水分代谢、矿质代谢、呼吸作用的联系。本节试题涉及较多的化学、物理知识，因此本节知识也是跨学科命题的焦点。本节的试题模式一般是通过题目提供生理现象、过程、数据、图表、实验现象等，要求受试者运用有关知识找出原因或得出结论，或进行计算等给以完满的解答。
一、明确本节内容的地位和重要性 大纲要求与考试说明 1.大纲要求: 1.高考统计: (1)光合作用的概念：1999(广东) (2)光合作用过程图解：1997(上海) (2)光合作用及其重要意义（D） (3)叶绿体中的色素：1990，1992，1995～1998，2000、2002(上(3)叶绿体中色素的提取和分离(Ⅰ) 海，广东) (4)光合作用的场所、过程、条件：1990～1999，2000、2002(上海)，1999～2001(广东)，2001(天津)，2002(山西) (1)光合作用的发现 2.考题形式:选择题和简答题都很多 (2)叶绿体中的色素 3.命题趋向:光合作用过程，光合作用的影响因素，光合作用(3)光合作用的过程 (4)光合作用的意义 二、基础知识构建 (一)光合作用的概念
1.范围 绿色植物/2.场所 叶绿体/3.动力 光能/4.原料 二氧化碳和水/5.产物 储存着能量的有机物和氧气
和呼吸作用的综合。 高考回顾 (1)光合作用的发现（A） 2.考试说明: (二)叶绿体和其中的色素
叶是植物进行光合作用的主要器官，叶绿体是光合作用的重要细胞器。叶绿体的囊状结构薄膜上分布有光合色素，在囊状结构薄膜上和基质中存在多种光合作用需要的酶。
光合作用的场所 结构 双层膜 叶绿体基粒 叶(囊状结构薄膜绿组成) 体 有与光反应有关的色素和酶 (含“N、Mg”元素) 结构特点 选择透过性膜 色素及其功能 叶绿素a 叶绿素 (蓝绿色) 叶绿素b (黄绿色) 胡萝卜素 有与暗反应有关的酶 (橙黄色) 叶黄素 (黄色) 1.叶绿体中的色素有三类: (1)叶绿素，主要是叶绿素a和叶绿素b。绝大多数叶绿素a分子和全部叶绿素b分子具有收集光能的作用，少数不同状态的叶绿素a分子有将光能转化为电能的作用。 说明 (2)类胡萝卜素，包括胡萝卜素和叶黄素。他们除具有收集光能的作用外，还有防止光照伤害叶绿体的功能。 (3)藻胆素，是藻类进行光合作用的主要色素。 2.光合细菌和蓝藻没有叶绿体,但有光合色素,能进行光合作用。 (三)光合作用的过程 这节是教学内容的重点，是理解光合作用实质的基础知识。因为其中的光反应和暗反应过程非常复杂，学习时只能简明地抓住和掌握它的要点；因此又是难点。
(1)光反应:这是一个需要光，在叶绿体内进行的极为复杂的理化反应过程。
叶绿素分子吸收了光能，被激发放出高能电子，使叶绿素分子带正电荷，并具有极强的夺回电子的能力。实验证明叶绿素分子从周围水中夺得电子，而恢复原状，水则被分解，叫水的光解:
；
主吸红光和蓝紫光 叶绿体基质 类胡萝卜素 主吸蓝紫光 叶绿素分子释放的高能电子经一系列物质传递的同时，将部分能量转移给ADP，结合一个子磷酸，形成ATP: ATP中。
电子最后传递给一种叫辅酶Ⅱ(NADP既易于氢结合，又易与氢分离)的物质，使辅酶Ⅱ带负电荷，而与水光解产生的氢结合，形成NADPH，同时也储存了一部分能量。
因此，光反应过程的能量变化是叶绿素吸收光能，经复杂的转换作用，转变成活跃的化学能，储存在ATP中:
；光反应的物质变化是把水光解，。就把光能转变成化学能，储存在
释放出氧气到周围环境中，产生的氢，通过辅酶Ⅱ携带，与ATP一起参与暗反应。
(2)暗反应:在有光和无光的条件下都能进行，它是由许多酶参加催化完成的复杂过程。 植物体的叶吸收1分子C02与叶绿体中1分子的五碳糖结合后，形成2分子三碳化合物，从而使游离在大气中的稳定而不能被直接利用的C02中的碳，变成有机物中的碳，叫C02的固定。
然后，光反应产生的ATP提供能量，辅酶Ⅱ提供氢，经一系列的生化反应，还原转化形成葡萄糖等，并储存了能量，再进一步合成淀粉等其它有机物。
部分三碳化合物重新形成五碳化合物后，用于再次固定C02。
由此看来，暗反应是由许多生化反应组成的循环过程。在此过程中，其物质变化是无机物转变成有机物，其能量变化是ATP中活跃的化学能贮存在葡萄糖等有机物中，形成了稳定的化学能。
学习光合作用时，还要注意，光合作用的场所是叶绿体，光反应在叶绿体的囊状结构薄膜上进行，暗反应则在叶绿体的基质中进行。光、环境中C02的浓度、温度、水、肥等因素的改变都将影响光合作用进程。 比较项目 光反应 许多有关的酶 a.CO2固定: 暗反应 叶绿体内基质中 部位 叶绿体内基粒囊状结构薄膜上 条件 光、叶绿素和酶 a.水的光解: 区别 物质变化 b.ATP形成: b.C3化合物还原: ； 。 能量变光能→ATP中活跃化学能 化 ATP活跃化学能→有机物稳定化学能。 光反应的产物[H]是暗反应的还原剂；光反应形成的ATP为暗反应提供能联系 量。暗反应生产的ADP和Pi为光反应形成ATP提供原料；暗反应继续完成把无机物合成有机物，把能量贮存在有机物中的过程。 三、规律方法技巧
1.影响光合作用的因素及在农业生产上的应用 因素 对光合作用的影响 光合作用是光化学反应，所以光合作用随着光照在生产上的应用 延长光合作用时间:/通过轮作，强度的变化而变化。/光照弱时光合作用减慢，光照延长全年内单位土地面积上绿色植逐步增强时光合作用随着加快；/但是光照增强到一物进行光合作用的时间，是合理利光 定程度，光合作用速度就不再增加；/另外，光的波用光能的一项重要措施增加光合作长也影响光合作用速度，通常在红光下光合作用最用面积；/合理密植是增加光合作用快，蓝、紫光次之，绿光最差。 光合作用的暗反应是酶促反应。/温度低，酶促温度 快；/温度过高时会影响酶的活性，使光合速度降低，白天(阴或雨)可以适当降低室内温一般植物的光合作用的最适温度，在25℃～30℃之间。 度。 二氧化碳是光合作用的原料。原料增加，产物必然加。大气中二氧化碳含量是0.03%，如果浓度提高CO2 到0.1%，产量可提高一倍左右。浓度提高到一定程度后，产量不再提高。如果二氧化碳浓度降低到0.005%，光合作用就不能正常进行。 水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应H2O 的介质。另外水分还能影响气孔的开闭，间接影响二氧化碳进入植物体，所以水对光合作用有相当影响。 矿质矿质元素是光合作用的产物--葡萄糖进一步合成合理施肥。 预防干旱；及时灌溉。 施用有机肥；温室栽培植物时，可以适当提高室内C02浓度。 面积的一项重要措施。 适时播种；/温室栽培植物时，反应慢，光合速度降低；/随着温度提高，光合成加白天(晴)可以适当提高室内温度；/元素 许多有机物时所必需的物质。如缺少“N”就影响蛋白质和核酸的合成；缺少“P”就会影响ATP的合成；缺少“Mg”就会影响叶绿素的合成，而这些物质又一步影响光合作用。 2.光合作用有关的计算 (1)物质计算:
依据光合作用的总反应式: CO2 + H2O或 6CO2 + 12H2O
(CH2O) + O2 ；
C6H12O6 + 6H2O + 6O2。
①光合作用释放6O2来自光反应阶段原料水的分解。
②光反应阶段12H20光解产生24个[H]，在暗反应中用于还原6C02，并产生6H20。 ③光合作用产物C6H12O6中的碳和氧来自原料C02，氢来自原料水。 ④生成物6H20中的氢来自原料水，氧来自原料C02。 (2)能量计算:
依据光合作用反应式进行计算。 (3)与呼吸作用结合的计算:
在光下光合作用与呼吸作用同时进行:
光合作用实际产O2量 = 实测O2释放量 + 呼吸作用耗O2量； 光合作用实际C02消耗量 = 实测C02消耗量 + 呼吸作用C02释放量；
光合作用C6H12O6净生产量 = 光合作用实际C6H12O6生产量 - 呼吸作用C6H12O6消耗量。
3.光合作用的过程值得注意的两点
(1)色素分子都能吸收光能，但能利用光能的仅是少数叶绿素a分子，它接受光能后处于激发态，易失电子而带正电荷，而这种带正电荷的叶绿素分子能从周围分子中夺得电子而恢复原状，水则被分解。叶绿素分子失去了电子经传递，可将一部分能量转移给ADP + Pi形成ATP，电子最后传递给辅酶Ⅱ(NADP)，并使得带有负电荷而与水光解产生的氢结合形成NADPH并贮存部分能量。辅酶Ⅱ既易与氢结合也易与氢分离。所以辅酶Ⅱ上的氢可以供给暗反应中的C3作还原剂。这就是光反应产生的[H]。
(2)暗反应中C02的固定，即C02与一分子C5结合形成2C3。大部分的C3经过复杂的变化,又重
新形成C5,用于再次固定CO2,所以暗反应每进行一次只能固定一个“C”，要经过六次暗反应过程才能形成一个六碳的葡萄糖分子，即葡萄糖中的C完全来自C02。 四、典例剖析与练习
例1.(2002年天津、山西、江西卷)磷在叶绿体的构成和光合作用中有何作用?(要求分别答出三项不同内容)
答案:(1)磷脂分子中需要磷元素，磷脂是构成叶绿体被膜和类囊体膜的基本成分；(2)ATP分子中需磷元素，ATP在光合作用的能量转换中起重要作用；(3)NADP中需要磷元素，NADP+是光合作用中的递氢体和递电子体，在物质和能量转化中起重要作用；(4)叶绿体中的DNA和RNA需要磷元素，其DNA含有叶绿体所需要的基因。
【考查目标】1)记忆叶绿体中含磷的重要化合物；2)理解这些(含磷的)化合物的基本功能。
【答题思路】1)细胞内包括叶绿体上的各种膜结构，都以磷脂为基本成分；2)三磷酸腺苷和还原型辅酶Ⅱ都是在光反应中生成的含活跃化学能的产物，二者又都在暗反应中被利用；3)叶绿体是植物细胞内含DNA的特殊细胞器，这使叶绿体具有相对于细胞核的遗传表达体系。
练习1. (2000浙、江、吉)简答 写出三种与光合作用有关的矿质元素的元素符号及它们在光合作用中的作用。
元素： ，作用 ； 元素： ，作用 ； 元素： ，作用 ； 答案:Mg(1分)叶绿素的成分(2分)；P(1分) 形成ATP需要磷(2分)；N(1分) 叶绿素和各种酶的成分(2分，只答各种酶的成分不扣分)。(与光合作用有关的矿质元素还有:Mn、K、Fe、S、Cu、Cl。如果答上可参照参的分值赋分)。
例2.下图是一位生物学家的实验，他将水绵放到暗处，然后用白光束对水绵细胞的不同部位做点状投射，发现水中的好氧型细菌明显聚集在投射到叶绿体上的光点处。
(1)这说明: 。 (2)这位科学家又将白光通过棱镜投射到水绵上。他发现水中的好氧型细菌在橙、黄、绿、青光投射区域明显稀少。这个实验说明: 。
答案: (1)在水绵的光点处进行光合作用 (2)红光和蓝紫光是水绵(绿藻)进行光合作用强度最高的色光。
【考查目标】该题考查对光合作用过程中光反应阶段的反应条件、产物，特别是叶绿体色素与不同光质作用强度的基础知识以及对具体实验结果进行分析判断的能力。
【答题思路】解答本题时，应注意题中所述几个关键词:点状投射，好氧型细菌，白光通过棱镜投射，好氧型细菌在橙、黄、绿、青光投射区域明显稀少。如果把握住这几个关键词，再联系光合作用光反应阶段的重要产物是氧气，那么就不难得出正确结论。
水绵细胞中的叶绿体色素有叶绿素和类胡萝卜素，它们在有光照的条件下进行光合作用并放出氧气，丰富的氧气能满足好氧型细菌呼吸的需要，因此，细菌聚集在产氧较多的叶绿体受光照点处。改变点状投射为连续整体照射以后，大量好氧型细菌又聚集在红光和蓝紫光照射处，这说明水绵叶绿体在红光和蓝紫光的照射区段光合作用旺盛产氧较多。
练习2.实验如右图所示，使阳光通过棱镜照到容器A中，容器A中盛有葡萄糖溶液，其中生活着大量的衣藻，请分析回答: (1)衣藻在容器A中是否均匀分布?为什么?
(2)在容器中再放量草履虫，这些草履虫是否均匀分布? 为什么?
(3)如果将草履虫换成大量乳酸菌，则这些乳酸菌如何分布?为什么?
答案: (1)不均匀分布 因为衣藻中含有叶绿体，其色素主要吸收单色光中的红光和蓝紫光，故在这两个区域分布的衣藻较多，在其它区域分布较少。//(2)不均匀分布 放在容器中的大量草履虫，会在衣藻较多的地方分布因为:①草履虫以衣藻为食物，②草履虫为需氧型生物，衣藻的光合作用产生氧气。// (3)不均匀分布 因为乳酸菌是厌氧细菌，有氧气存在时，会抑制它的发酵，故乳酸菌主要分布在绿光区。
