高考生物第一輪總復習講座之五
【內(nèi)容】
第二章 光合作用與生物固氮
第一節(jié) 光合作用
第二節(jié) 生物固氮

【重點與難點】
本講的重點內(nèi)容是光能在葉綠體中的轉(zhuǎn)換、提高光合作用的效率，固氮微生物的種類，特別要理解如何聯(lián)系生產(chǎn)實踐，采取合理有效的方法增加農(nóng)作物的收成。光能的轉(zhuǎn)換、C3植物和C4植物的區(qū)別、生物固氮的過程，是本章的難點，但后兩點是選學內(nèi)容，只要知道一下就可以了。

【延伸與拓展】
一、光能在葉綠體中的轉(zhuǎn)換
光能轉(zhuǎn)換成電能電能轉(zhuǎn)換成活躍的化學能活躍的化學能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的化學能
光能轉(zhuǎn)換色素是處于特殊態(tài)的葉綠素a
最終電子供體是H2O
最終電子受體是NAPP+
發(fā)生在類囊體、光反應階段NADP++2e+H+ NADPH
ADP+Pi+能量 ATP
發(fā)生在類囊體、光反應階段ATP和NADPH將能量轉(zhuǎn)換成糖類等的化學能
發(fā)生在基質(zhì)、暗反應階段

二、C3植物和C4植物的光合作用
C3植物的葉肉細胞葉綠體
C3和C4植物葉肉細胞葉綠體 C4植物葉肉細胞葉綠體
C4植物維管束鞘細胞葉綠體

H2O O2
e H+ NADPH 2C3
光 NADP+ 固定 CO2 C4 C4 CO2
還原 C5
光 ATP C3(PEP)
ADP+Pi (CH2O) C3
（丙酮酸）
光反就階段 暗 反應階段
C3植物的光合作用
C4植物的光合作用

三、影響光合作用的外界條件
光合作用的指標是光合速度。光合速度通常以每小時每平方米葉面積吸收CO2毫克數(shù)表示，一般測定光合速度的方法都沒有把葉子的呼吸作用考慮在內(nèi)，測到的是凈的光合作用速度，而總的光合作用速度還要加上呼吸速度，關系式是：
總的光合作用速度=凈的光合作用速度+呼吸速度
一般習題當中，通常告知凈的光合量(如在實驗中測得的數(shù)據(jù))，同時也告知呼吸量(如在黑暗中測得的數(shù)據(jù))，而要求求的是總的光合量(光合作用所制造的有機物，或所釋放的氧氣)。
1、光照
光合作用是一個光生物化學反應，所以光合速度隨著光照強度的增加而加快。但超過一定范圍之后，光合速度的增加轉(zhuǎn)慢，直到不再增加，這是因為光照促進的是光反應過程，而暗反應的能力（CO2、酶的催化效率等）是有限的。光強與光合速度的關系可用下圖表示：

注：a點表示光合作用吸收的CO2量與呼吸作用釋放的CO2量相等。
b點表示光合作用速度到達飽和點。
虛線曲線表示陰生植物，實線曲線表示陽生植物。
2、二氧化碳
CO2是綠色植物光合作用的原料，它的濃度高低影響了光合作用暗反應的進行。在一定范圍內(nèi)提CO2濃度能提高光合速，CO2濃度達到一定水平之后，光合作用速度不再增加，這是因為光反應的產(chǎn)物有限。CO2濃度與光合速度的關系可用下圖表示：

注：實踐為C3植物光合速度，虛線為C4植物光合速度。C4植物比C3植物對CO2的利用率高。
3、溫度
光合作用中的暗反應是由酶所催化的化學反應，而溫度直接影響酶的活性。溫度與光合作用速度的關系，實則上就像酶與溫度之間的關系，有一個最適溫度。


4、礦質(zhì)元素
礦質(zhì)元素直接或間接影響光合作用。例如：
N：是構成葉綠素、酶、ATP、NADP+等的元素。
P：是構成ATP、NADP+等的元素。
Mg：是構成葉綠素的元素。
5、水分
水分是光合作用原料之一，缺乏時可使光合速度下降。
6、日變化
白天進行光合作用，一般是中午較高，但在炎熱的夏季，中午光合作用速度下降，出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象。
4、固氮微生物
（1）共生固氮微生物：如與豆科植物互利共生的根瘤菌。為異養(yǎng)需氧型。
（2）自生固氮微生物：如圓褐固氮菌，獨立生活，能分泌生長素。

5、生物固氮過程與氮素循環(huán)
生物固氮能在生物體內(nèi)溫和的環(huán)境中進行，這是因為固氮生物具有固氮酶。
N2
ATP ADP+Pi C2H2
e + H+ 酶 C2H4
NH3
氮素循環(huán)如下圖：



【例題精講】
例1、右圖表示在充足光照條件下，溫度對蘚光合作用量（①②）和呼吸作用量（③）的影響曲線圖。這三條曲線是通過測定量而獲得的，縱軸與曲線為吸收量，對為發(fā)生量。
請回答：
（1）表示總的光合作用量和凈的光合作用量分別是曲線[ ]和[ ]。
寫出這兩者之間的關系式：_________________________________。
（2）這個植物重量增加是在_______0C左右最大。
（3）光合作用和呼吸作用的最適溫度是否一致？為什么？


解析：本題是對光合作用與呼吸作用知識理解的綜合測試。測定這兩種強度大小方法常通過測定單位時間、單位面積（或體積）內(nèi)CO2或O2的吸收量與發(fā)生量獲得的。
（1）小題是測試總光合作用量、凈光合作用量、呼吸量之間的關系，○1為總光合作用量，○2為凈光合作用量。兩者的關系為：凈的光合量=總的光合量-呼吸量。應該指出，一般實驗中測得的光合量為凈的光合量（也可稱為表觀或可見光合量），因為植物在光合作用過程中同時發(fā)生了呼吸作用。
（2）小題。只要觀察曲線○2的峰在20℃左右，這時植物重量增加最多。
（3）不一致，光合作用最適溫度在20℃—30℃，而呼吸作用的最適溫度在35℃以上，這是因為這兩個生理活動中不同的酶促反應的最適溫度上有差異。

例2、寫出三種與光合作用有關的礦質(zhì)元素的元素符號及它們在光合作用中的作用。
元素：____________，作用____________。
元素：____________，作用____________。
元素：____________，作用____________。
[解析]本題較靈活，以高等教育中相關的專業(yè)知識為依據(jù)，來測試學生對光合作用與礦質(zhì)元素知識的綜合運用能力。雖然教材對這個問題沒有明確答案，但是憑學生所學知識是可以回答出來，這是高考名題的思維方式�；卮鸨绢}的關鍵一是要求答出礦質(zhì)元素，而不是必需元素，不可回答C、H、O；二是要考慮到光合作用過程中必不可少的物質(zhì)所含的礦質(zhì)元素，如葉綠素含有Mg，ATP含有P，葉綠素與各種酶含有N。
答案為：Mg葉綠素的成分；P形成ATP需要磷；N葉綠素和各種酶的成分（只答各種酶的成分，不扣分）
應該指出，這是一題開放性題目，因為與光合作用有關的礦質(zhì)元素很多，為了與高等教材不發(fā)生沖突，對本題的標準答案又作了補充，與光合作用有關的礦質(zhì)元素還有：Mn、K、Fe、S、Cu、Cl，如果答上可參照考答案的分值賦分。



【同步練習】
1、在葉綠體中將光能轉(zhuǎn)變成電能的色素是（ ）
A、葉綠素aB、特殊狀態(tài)的葉綠素aC、葉綠素b D、全部的色素
2、下列有關葉綠素中光能轉(zhuǎn)變成電能的敘述中，錯誤的是（ ）
A、最終電子供體是水B、最終電子受體是NADP+
C、大多數(shù)色素吸收和傳遞光能D、葉綠素a都是光能轉(zhuǎn)換中心
3、下列有關葉綠體中光合作用過程的能量代謝與物質(zhì)代謝的描述中，正確的是（ ）
A、在類囊體上發(fā)生了光能→電能→活躍化學能的過程
B、ATP與NADP+中貯存了活躍的化學能
C、在光反應階段發(fā)生了光能→電能的過程
D、在暗反應階段發(fā)生了電能→穩(wěn)定化學能的過程
4、除了下列哪一項之外，其余的都是C4植物葉片結(jié)構的特點？
A、維管束鞘細胞具有結(jié)構完整的葉綠體
B、維管束鞘細胞較大，排列成“花環(huán)型”
C、葉肉細胞具有正常的葉綠體
D、葉片向陽面無柵欄組織
5、在低溫度CO2的環(huán)境中，下列哪一組植物的生長狀況要良好一些（ ）
A、小麥、水稻B、大麥、大豆C、高梁、玉米D、芽豆、馬鈴薯
6、能夠分泌生長素的細菌是（ ）
A、根瘤菌B、圓褐固氮菌 C、硝化菌D、乳酸菌
7、將大氣中的氮素固定下來的主要是通過（ ）
A、工業(yè)固氮B、電離固氮C、生物固氮D、以上都不對
8、下列哪一因素不會影響綠色植物的干物質(zhì)的積累（ ）
A、CO2B、溫度C、光照D、水蒸氣
9、對綠色植物光合作用效率最低的光是（ ）
A、紅光B、綠光C、藍光D、紫光
10、在高層建筑物周圍生長著的植物，顏色稍稍發(fā)黃，不健康，其原因是這種植物一天中的（ ）
A、呼吸量遠遠大于光合量B、呼吸量和光合量正好相等
C、光合量略低于呼吸量D、光合量高于呼吸量
11、寫出形成NADPH的反應式 。
12、在一定范圍內(nèi)，增強光照，提高溫度，增加CO2濃度均可提高產(chǎn)量。試說明：
（1）增強光照，可使光反應的產(chǎn)物 增多，促進CO2的固定。
（2）提高溫度，可提高 ，使光合作用速度增快。
（3）增加CO2濃度可提高作物產(chǎn)量的原因是 。
13、下圖表示各種外界條件對植物光合作用速度的影響。（Ⅰ）～（Ⅲ）分別表示光強度，CO2的濃度、溫度對光合速度的影響（其余的條件都適合的），（Ⅳ）表示在弱光光下溫度對光合速度的影響。請據(jù)圖作答：



（1）光合作用可分為光反應與暗反應兩個過程，光反應階段必需的外部條件是 ，它可為暗反應提供 ，促進CO2的 ，暗反應是不需要光的反應，但這種反應必需在 的參與下完成的。
（2）（Ⅰ）圖中的曲線[ ]段表示光合作用的速度隨光強度增加而增加，到了[ ]段則不是如此，原因是 。
（3）（Ⅱ）圖中的曲線○3段上升很快，但到了○4則幾乎不再上升，其原因是 。
（4）（Ⅲ）圖的曲線變化的原因是 。
（5）（Ⅳ）圖的曲線表示無論溫度變化怎樣，光合作用速度卻沒有變化，其原因是 。
（6）除了上述三因素之外，還有哪些影響光合作用速度的因素？請列舉兩點 。



【練習答案】
1. B 2. A 3. B 4. A 5. C 6. B 7 C 8. D 9. B 10. C
酶
11. NADP+ + 2e + H+ → NADPH
12.(1) NADPH ATP (2)暗反應酶的催化效率 (3) 二氧化碳是光合作用的原材
13.(1)光能 NADPH和ATP 固定 (2)① ② 暗反應能力有限
(3)光反應的產(chǎn)物有限 (4)暗反應酶的催化與溫度有關 (5)弱光照下，光反應的產(chǎn)物極少
(6)礦質(zhì)元素 水分

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