1、中学综合学科网 第 1 页 共 22 页 http:/中学综合学科资源库光合作用华东师 范大学 化学系 胡波华东师 范大学 生物系 张 映 辉【阅读材料】生物体主要由有机物组成。各种生命物质只有在一定的结构基础上进行有规律的、协调的物质和能量变化，才能表现出生命活动。这种生物体与外界环境之间的物质和能量交换，以及生物体内物质和能量的转变过程，称为新陈代谢。通过新陈代谢生物体不断地自我更新。在此基础上才有生长、发育、生殖，才有遗传和变异。但新陈代谢又受其他生命特征（尤其是遗传变异）及生态因子的影响，进而影响生物体的各种生命活动。纵观生物界的各种新陈代谢，植物的新陈代谢是基础，且对农业生产实践有重
2、要意义。现代农业生产就是通过控制光照、温度、CO 2 浓度、水、肥料，选择优良品种来进行的工业化的高效的农业生产。请思考下图中所示的问题。物质的运动必须有能量来推动。几乎所有生物的生命活动都直接或间接地靠植物光合作用固定的太阳能来推动的。光合作用几乎是生物界唯一能利用光能把无机物合成为贮能的有机物的生理作用，从而为整个生物界提供有机物和能量，同时也维持了大气中 O2 和 CO2 的基本稳定。因此，光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢，它对生物体、生态系统与人类生产、生活都有重要意义。光合作用的场所为叶绿体，与光合作用有关的结构特点主要有：每个基粒由几十个片层结构组成，上面分布着光合作用色
3、素和光反应的酶，基质中含暗反应的酶和其他有关物质。叶绿体中含有叶绿素 a、叶绿素 b、胡萝卜素和叶黄素 4 种色素，这 4 种色素可以用有机溶剂（如无水酒精、石油醚等）提取，并依其在滤纸上扩散速度不同而分离。从叶绿体色素的吸收光谱分析得知，叶绿体色素主要吸收红橙光和蓝紫光。光合作用的过程是由光反应和暗反应两个前后相继、紧密结合的阶段组成。每个阶段的物质变化和能量转换概括如下表。光反应形成的 ATP 和 NADPH 作为暗反应的能量和还原剂用于三碳化合物的还原；中学综合学科网 第 2 页 共 22 页 http:/而暗反应形成的 ADP、Pi 和 NADP 供反应用，故两者是相辅相成密不可分的。
4、影响光合作用的因素分成内因和外因。内因主要指植物体的情况，如生长、发育的阶段，水分代谢，遗传特征等。外因主要是指光照强度、CO 2 浓度、温度和水。光照强度与推动光合作用的能量有关；温度主要与酶的活性有关，它除了影响光合作用的效率，也是决定植物分布的因素之一；CO 2 浓度和水的多少与光合作用原料供应有关。这些环境因子是相互联系，共同通过植物体的内因起作用的。因此要注意分析这些因子的综合作用和限制因素。中学综合学科网 第 3 页 共 22 页 http:/各类有机物中都贮有能量，但能直接用于细胞生命活动的是 ATP。最主要、最容易被氧化释能并用于形成 ATP 的物质是葡萄糖；作为葡萄糖的贮存形
5、式，植物体一般以淀粉的形式，动物体一般以糖原的形式贮存。由于脂肪中的“CH”比例高，还原性强且不溶于水，故脂肪是贮能最多、最稳定的有机物。地球上经长期的地质变化产生的贮能物质煤和石油，分别由古代植物及古代低等动植物和细菌经长期地质变化而形成的，它们已成为现代工农业的主要能源。阳光作为光合作用的能源，对植物体有决定性的影响，进而直接或间接地影响到动物的生活与分布。从光照的量看：在一定的范围内光照强，光合作用效率高。但接受光照的程度也与植物的特性有关，如阴生植物只能在较弱的光线下生长。另外，日照时间的昼夜变化和季节变化既会影响到植物的生活与繁殖（如甘薯花昼合夜开、植物的向光生长、菊花在短日照下开花
6、等） ，也同样会影响到动物的生活习性（如昼伏夜出、迁徙、换毛等） 。光照还有其他作用，如促进皮肤合成维生素 D 等。但光照过强对阴生植物有害，对人体容易诱发皮肤癌与白内障等。另外，光照过强还会引起温度升高及水分过度蒸发，从而间接影响生物的生命活动。【综合练习】一1利用温室栽培蔬菜，要获得高产，调控温度的方案应是 A 昼夜 24 小时，维持 25 左右的最适温度B 昼夜 24 小时，温室维持较低温度C 白天温室维持在 25左右，晚上适当降低温度D 晚上温度维持在 25左右，白天适当降低温度2农业科技人员向农民建议，在利用温室生产时，可向温室施放适量的 CO2，这中学综合学科网 第 4 页 共 2
7、2 页 http:/是因为 A CO2 可使害虫窒息死亡，从而有效防止植物的病虫害B 植物的光合作用需要 CO2，使用 CO2 可促进光合作用C CO2 可产生温室效应，使温室里的温度升高D CO2 能灭火，施用 CO2 可避免火灾3植物的光合作用是通过叶绿体中的色素来实现的。其中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收 光，此光是波长较 的可见光。4大棚蔬菜的罩膜若采用红色，则 A 增大光通量 B 增大红光强度C 增大蓝紫光强度 D 阻碍蓝紫光通过5用红色罩膜的大棚环境对植物体的作用是 A 增强光反应 B 增强暗反应C 增强光合作用 D 降低光合作用6在夏至这天，假设温度相同且为晴天
8、，则同种植物有机物积累最多的地区是 A 哈尔滨 B 北京 C 上海 D 海口71915 年、1930 年、1965 年三年度的诺贝尔化学奖授予在研究叶绿素方面有突出贡献的化学家们，下列有关叶绿素的说法错误的有 A 叶绿素在高等植物体内有两种，叶绿素 a 呈蓝绿色，叶绿素 b 呈黄绿色；B 绿色植物叶片中，叶绿素的含量是类胡萝卜素的 1/4；C 在叶绿体色素的提取与分离实验中，叶绿素的扩散速度比类胡萝卜素快得多；D 叶绿素是光合作用中最重要的催化剂，主要作用是能吸收光能，并将水分解。8对某植株作如下处理：持续光照 10min；光照 5s 后再黑暗处理 5s，如此连续交替进行 20min。若其他条
9、件不变，则在两种情况下，植株所能制造的有机物总量 A 多于 B 少于 C 和相等 D 无法确定【参考答案】1C白天要提高光合作用的效率，晚上要降低呼吸作用的消耗，才能积累更多的有机物。2B温室是农业生产的场所，植物、蔬莱的生长所进行的光合作用需要 CO2，所以往温室中加入 CO2 有助于光合作用的进行，更有利于植物的生长。3蓝紫光 小4D5D6A本题要点：夏至这一天白天最长，夜间最短；我国的纬度处在零度和 66.5 这两个极端之间，在夏至这一天，越往北，纬度越高，光照越长；同种植物在同等条件下光照越长，经光合作用积累的有机物就越多。中学综合学科网 第 5 页 共 22 页 http:/7B、C
10、8B考查学生在新情景下运用所学知识解决复杂问题的能力。题目所问的是两种情况下，植株制造有机物的量，并非积累有机物的量，故不必考虑呼吸消耗。解题时必须明确，光反应虽然是暗反应的基础，但是有机物的生成主要取决于暗反应进行的程度。由于间歇光照累计时间与相同（均为 10 min） ，这说明两种值况下光反应为暗反应提供的氢和 ATP 量相等，但暗反应只进行了 10min，而 暗反应持续进行了20min，可以说将光反应提供的物质充分加以利用，制造有机物总量比 多。二在右图所示的玻璃容器中，注入一定浓度的 NaHCO3 溶液并投入少量的新鲜绿叶碎片，密闭后，设法减小液面上方的气体压强，会看到叶片沉入水中。然
11、后再用光照射容器，又会发现叶片重新浮出液面。1此实验过程中，减小容器上方气体压强的作用是 A 减小叶片所受的重力B 减小叶片的密度C 减小叶片上附着的空气密度，使水容易浸润叶片D 减小叶片内的空气密度，从而增大叶片密度2给容器内注入 NaHCO3 溶液的主要目的是 A 防止叶片内的叶绿素遭受破坏B 为叶片进行光合作用提供足量水C 为叶片进行光合作用提供足量 CO2D 增大溶液密度，有利于叶片上浮3光照后叶片重新浮出液面的原因是 A 叶片吸水膨胀，密度减小的缘故B 溶液内产生的 CO2 大量附着在叶面上的缘故C 叶片进行光合作用所产生的 O2 附着在叶面上的缘故D NaHCO3 溶液因放出 CO
12、2 而密度增大。【参考答案】1C、D由于容器上方的空气被抽出，故原附着在叶片内、外的空气密度相应减小，这既有利于叶片被水浸润，也使得叶片密度较前增大，从而导致叶片下沉。2CNaHCO3 水解可产生 CO2，由于容器内原有空气被大量抽出，因而对于叶片进行光合作用而言，此时最需要的是 CO2。3C叶片光合作用吸收了溶液中的 CO2 而放出 O2，故附着在叶面上的气体是 O2。此题属于生物、化学、物理三科综合测试题。涉及光合作用原理、密度概念以及碳酸盐水解等基础知识。主要考查理科知识的综合运用能力，因而在解答此类题目时，中学综合学科网 第 6 页 共 22 页 http:/应充分考虑到实验的每个附设
13、条件，每种现象的发生与相关科目知识的联系等，同时要善于在复杂多变的情况中梳理出矛盾的主要方面，寻找出解决问题的依据，从而排除干扰，选出正确答案。三下图中的甲、乙两图为一昼夜中某作物植株对 CO 的吸收和释放状况的示意图。甲图是在春季的某一晴天，乙图是在盛夏的某一晴天，请据图回答问题：甲 乙1甲图曲线中 C 点和 E 点（外界环境中 CO2 浓度变化为零）处，植株处于何种生理活动状态 2根据甲图推测该植物接受光照的时间是曲线中的 段，其中光合作用强度最高的是 点，植株积累有机物最多的是 点。3乙图中 FG 段 CO2 吸收量逐渐减少是因为 ，以致光反应产生的 和 逐渐减少，从而影响了暗反应强度，
14、使化合物数量减少，影响了 CO2 固定。4乙图曲线中间 E 处光合作用强度暂时降低，可能是因为 A 光照过强，暗反应跟不上，前后脱节，影响整体效率B 温度较高，提高了呼吸作用酶的活性，消耗了较多的有机物C 温度高，蒸腾作用过强，气孔关闭，影响了 CO2 原料的供应D 光照过强，气温过高，植物缺水严重而影响光合作用的进行【参考答案】1呼吸作用释放 CO2 的量等于光合作用吸收 CO2 的量时；2BF D E；3光照强度逐步减弱 ATP NADPH 4C首先，要认真看清坐标的含义，尤其是纵坐标，然后进行曲线分析；其次，要把光合作用和呼吸作用联系起来考虑，并用两个生理过程进行的条件和时间进行分析；第
15、三，注意光合作用强度决定的有机物产出率与有机物总的积累之间的区别；第四，乙图的 E 点 CO2 吸收率降低的机理，不仅要从外界因子的整天变化情况及此时的限制因素考虑，还要联系植株的其他生理活动进行思考。四人类的生存离不开绿色植物，我们的食物来源主要是来自绿色植物，我们呼吸的氧气也是有绿色植物进行光合作用时放出的，因此，可以说没有绿色植物就没有生命。请回答下列问题：l绿色植物进行光合作用的主要细胞器是 中学综合学科网 第 7 页 共 22 页 http:/A 线粒体 B 叶绿体 C 核糖体 D 高尔基体2叶绿体的结构可以分为三大部分，即：a b c 3写出二氧化碳和水进行光合作用合成有机物的化学
16、方程式。4进行光反应的最终电子供体是 A 水 B 氧气 C 二氧化碳 D 葡萄糖5光合作用的产物主要是糖类，请写出葡萄糖与银氨溶液反应的化学方程式。6葡萄糖的四位碳上的羟基氧氢键可以断裂，与一位醛基碳发生加成反应，形成环状结构，请图示出。7请写出与葡萄糖的最简式相同且能发生银镜反应的不同类物质的结构简式两种。如果有一种结构也符合葡萄糖的最简式，且也能发生银镜反应，但同时还可发生酯化反应，则该物质的结构简式为： 。它被氧化铜氧化后的产物可通过酯化反应合成高分于化合物，则该高分子化合物的结构简式为 。【参考答案】1B2膜基质 基粒 基粒片层3略4A5略67略五如右图所示是改变光照和 CO2 浓度后
17、，与光合作用有关的五碳化合物和三碳化合物在细胞内的变化曲线。请回答：1写出光合作用分步反应方程式。2曲线 a 表示什么，为什么在无光照时含量迅速下降？3曲线 b 表示什么，为什么在 CO2 浓度降低时迅速下降？4由 2、3 得出光照强度及 CO2 浓度与光合作用速度有何关系？【参考答案】1分步反应式略2a 为五碳化合物含量下降是因为：CO 2 还原受阻，使再生的碳化合物减少；用于固定 CO2 消耗掉的五碳化合物维持原量。3b 是三碳化合物中学综合学科网 第 8 页 共 22 页 http:/含量下降是因为：CO 2 减少，导致形成的三碳化合物减少；用于三碳化合物物还原的消耗量维持原量。4均影响
18、速度，但前者主要影响光反应，后者主要影响暗反应。六如右图所示，天平两端托盘上的盛水烧坏内各插有一根树枝，且两根树叶一多一少，开始时天平两边平衡，现将此装置移至阳光下照射：1经过一段时间，天平 边将会下降，主要原因是 A 光合作用 B 杯内水分的蒸发C 树叶的蒸腾作用 D 树叶的呼吸作用2某同学用游码将上述倾斜的天平调节平衡。因刻度尺上的读数无法看清，他测出了游码移动的距离，游码质量为 m，天平臂长为 L，则天平两边的质量之差为 。 （注：游码移动前位置恰好与支点正对） 。【参考答案】1右 C应该是天平的右边下降，原因是左边树枝上的叶子较多，蒸腾作用散失水分多于右边，从而出现左轻右重的不平衡状态
19、。2mms/L解答此题应该特别注意的是，天平失去平衡的主要原因在于两烧杯内植物耗水量的不同，而并不在于植物体内有机物量的变化。故引起天平倾斜的主要生物学原理是植物的蒸腾作用。七用三棱镜可使阳光折射成一条色谱带如右图。请回答：1将一瓶绿藻放在 A 处，B、C、D 变暗的是 段。2将这瓶绿藻放在 B、C、D 的 段位置上，就会严重影响它的生长。【参考答案】本题要点：阳光是复色光，通过三棱镜后会发生色散，形成由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各色组成的光带；绿藻叶绿体中含有叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光、类胡萝卜素主要吸收蓝紫光；将一瓶绿藻放在 A 处，会使阳光中红光和蓝紫光明显减弱，故再
20、经三棱镜折射成的色谱带上 B 段（含红光带）和 D 段（含蓝紫光带）将变暗；如将这瓶绿藻放在 C 段（含绿光带）位置上，由于叶绿素等色素对绿光吸收最弱，故获得光能最少，光合作用减弱，将会严重影响它的生长。八生物体生命活动所需的有机物与能量，从根本上说都来自光合作用，在绿色植物光合作用中，每放出一个氧分子要吸收 8 个波长为 6.88107 m 的光量子，同时每放出 1mol O2，植物储存 469kJ 能量。请回答有关光合作用的问题：1光合作用的反应式是 中学综合学科网 第 9 页 共 22 页 http:/2光合作用释放的氧来自反应物中的 3估算绿色植物能量转换效率 4根据以下太阳光谱图定性
21、画出绿色植物的吸收光能量的曲线。5如果通过光合作用得到 9 克有机物，则从空气中摄取 CO2 的质量是 克，释放出氧气的体积（标准状态）是 L。6用 14C 标记 CO2，一段时间后 14C 将出现在光合作用过程中的哪些化合物中？ 7写出 14C 衰变为 N 同位素的核反应方程式 8如光合作用中每放出一个氧分子，要吸收 8 个波长为 6.88107 m 的光子，绿色植物能量转化率约为 33.7，那么该光合作用每放出 1mol 氧气，可贮存多少能量？ ，储存在何处？ 【参考答案】1略2H 2O333.7%4513.2 6.726三碳化合物，五碳化合物及（C 6H12O6）等7 C N e1470
22、18469.2kJ本题综合了绿色植物光合作用的化学反应方程式、光谱分析、能量转换、核反应方程等知识点，是生物、化学、物理等知识点的有机结合，综合性强。涉及到数、理、化与生物学知识相结合的试题应注意分析题意，并尽量予以简化，如第 5 小题可单纯看作是光合作用反应式的化学计算题，第 7 小题是单纯的 14C 衰变为 14N 的反应式，第 8 小题可分成几步计算：每个光量子的能量放出一个氧分子所需之光能每放出 1mol 氧气所需之光能能转化成化学能的能量。九右图所示是一组验证光合作用吸收 CO2 和呼吸作用释放 O2 的实验，实验器材包括一盆绿色植物、四个锥形瓶、紫色石蕊试液，试根据实验利用所学生物
23、、化学知识回答下列问题：1当 A 瓶用来证明光合作用吸收 CO2 时，紫色石蕊试液呈 色，为什么？2当 B 瓶用于征明呼吸作用释放 CO2 时，需要 ，紫色石蕊试液呈 中学综合学科网 第 10 页 共 22 页 http:/色，为什么？3C 瓶在实验中起 作用，指示剂呈 色。4用半透明纸包住光照中的 D 瓶，实验结果表明石蕊试液颜色无变化，试分析其原因。【参考答案】1蓝当 A 瓶中进行光合作用时，叶片会吸收瓶中的 CO2，因为瓶口密封，因此当瓶中CO2 被吸收完时，试液中的 CO2 也会挥发出来被吸收，因此破坏了 CO2 的溶解平衡，这时的 pH 值升高大于 7，呈碱性，故试液呈蓝色。2用遮光
24、纸遮住锥形瓶；当植物进行呼吸作用时，释放出的 CO2 溶于水生成弱电解质 H2CO3，使试液中 H+增多，pH 值小于 7，故呈红色。3对照 紫4因为此时光合作用消耗的 CO2 和呼吸作用生成的 CO2 的量相等。在正常情况下光合作用强度比呼吸作用高，在瓶外包上半透明纸，使光合作用和呼吸作用强度趋于相等时，使消耗的 CO2 和呼出的 CO2 相等。如果试液呈中性，因此颜色完变化。十20 世纪 30 年代，美国科学家鲁宾和卡门来用同位素标记法研究了光合作用中，绿色植物放出的氧是来自 CO2 还是 H2O 的问题，他们用氧的同位素分别标记 H2O 和CO2，使它们成为 H218O 和 C18O2，
25、然后进行两组光合作用实验，第一组向绿色植物提供 H218O 和 CO2，第二组向同种绿色植物提供 H2O 和 C18O2，结果表明第一组释放的氧全部是 ，第二组释放的氧是 ，这个实验表明光合作用释放的氧全部来自 。1在上述实验中应用的 18O 与 16O 具有 质子数， 中子数， 的化学性质。 （填“相同” 、 “不同” ） 。2 18O、 16O 中， 具有 性，可以作为示踪原子。【参考答案】18O2 16O2 水1相同 不同 相同2 18O 放射性十一用功率为 10w 的白光做恩格曼实验，经棱镜色散后，照射在丝状绿藻上，结果发现被类胡萝卜素所吸收的能量占白光总能量的 0.663，查高中物理课本得各色光在真空中的频率范围见下表：（在空气中数值极接近真空中数值）光的颜色 频率(10 14Hz) 光的颜色 频率(10 14Hz) 光的颜色 频率(10 14Hz)红 3.94.8 黄 5.05.2 蓝一靛 6.16.7橙 4.85.0 绿 5.26.l 紫 6.77.51粗略计算类胡萝卜素在 1 秒钟内吸收多少个光子？2写出光合作用过程的总反应式。【参考答案】
