高三生物008.doc

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期数： 0509 SWG3 007
学科：生物 年级：高三 编稿老师：郭彩凤

[同步教学信息]
预 习 篇

第二章 光合作用和生物固氮
第一节 光合作用
【教材阅读提示】
1、光能在叶绿体中的转换（知道）
2、C3植物和C4植物的概念及叶片结构特点（了解）
3、光能利用率的概念（理解）
4、提高农作物光能利用率的措施（应用）
【学习重点】
光能在叶绿体中如何转换成储存在糖类等有机物中的稳定化学能
【学习难点】
(1)光能在叶绿体中的转换；
(2)C4植物光合作用的特点
【学习方法导航】
1、光能在叶绿体中的转换内容与必修课中的光合反应和暗反应阶段及色素的功能，特别是光反应阶段的知识内容衔接，进一步深层次学习能量转换的三个步骤。与必修课中光反应阶段内容的区别对比学习。
2、比较C3植物和C4植物在叶片结构上的特点和区别，在此基础上学习C4植物的光合作用过程特点，从而理解C4植物对CO2具有更高利用能力和具有较强光合作用效率的原因。
3、结合已经学过的相关知识，从影响光合作用的光照强弱、二氧化碳的供应，必需矿质元素的供应等因素考虑，提高农作物的光合作用效率，并与农业生产实践联系。
【基础知识精讲】
知识结构
光能转换成电能
光能在叶绿体中的转换 电能转换成活跃的化学能
活跃的化学能转换成稳定的化学能

C3途径和C4途径的概念
光合作用 C3途径和C4途径 C3植物和C4植物叶片结构的特点
C4植物光合作用的特点
光照强弱的控制
提高农作物物光合作用效率 二氧化碳的供应
必需矿质元素的供应

一、光能在叶绿体中的转换
1、 光能转换成电能
（1）色素的作用
吸收、传递光能：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素b、绝大多数的叶绿素a
吸收、转换光能：少数特殊状态的叶绿素a
(2) 最终电子供体：水 最终电子受体：NADP+
光

水的光解：2H2O O2+4H++4e
酶
2、电能转换成活跃的化学能
酶
NADPH形成：NADP++2e+H+ NADPH
ATP形成：ADP+Pi+能量 ATP
注：（1）NADP+称辅酶Ⅱ；NADPH为还原辅酶Ⅱ。
（2）NADPH既有还原作用，又有供能作用。
3、活跃的化学能转变为稳定的化学能
光合作用光反应的总产量是NADPH和ATP，此后它们分别作为还原力和能源将CO2转化为碳水化合物，把活跃的化学能转变为稳定的化学能。
4、总结：
能量转变
光能 电能 活跃的化学能 稳定的化学能
贮存能量物质
量子 电子 ATP、NADPH 糖类等
进行转变部位
基粒类囊体 基粒类囊体 基质
光、暗反应
光反应 光反应 光反应

二、C3植物和C4植物
1、C3植物和C4植物的概念：
区别于二氧化碳被固定后的第一产物是C3还是C4
2、C3植物和C4植物叶片结构的特点 （比较学习）
特征
C3植物
C4植物
植物类型
典型的温带植物
典型热带或亚热带植物
叶片结构
1维管束鞘细胞不含叶绿体，
2叶肉细胞含叶绿体，
3维管束鞘周围叶肉细胞排列松散，没有“花环型”结构
1维管束鞘细胞含有许多没有基粒或基粒发育不良的较大的叶绿体；
2叶肉细胞叶绿体较少，且较小、有基粒。3维管束鞘的外侧密接一层环状排列的叶肉细胞组成的“花环型”结构
三、提高农作物的光能利用率
1、概念：一般是指单位土地面积上，农作物通过光合作用所产生的有机物中所含的能量，与这块土地所接受的太阳能的比。
2、措施：
（1）光照强弱的控制：
不同的农作物，对光照强弱的需求不同
阳生植物
（在各自适宜的光照范围内，光照越强光能利用率越高）
阴生植物
具体做法：根据农作物对光照的不同需求特点，适时、适地种植
（2）二氧化碳的供应：
CO2是光合作用的原料之一。空气中CO2的含量一般是330mg/L(占空气体积的0．03%)。农作物进行光合作用时最适CO2含量1000mg/L。若在密植栽种，肥多水多的情况下，农作物需要的CO2就更多。
农田中有效增加CO2的具体做法：
适当提高CO2浓度
合理密植，通风透光
增施有机肥，利用土壤微生物分解有机肥料中的有机物，释放较多的CO2
适当施用碳酸氢铵肥料，释放较多CO2
日光温室中提高空气中二氧化碳的浓度的具体做法： 
    1．施用固体二氧化碳（干冰）。
    2．使用农家肥，可以使土壤中微生物的数量增多，活动增强，分解有机物，放出 二氧化碳。
   3．植物的秸秆通过深耕埋于地下，也可以通过微生物的分解作用产生二氧化碳。
    4．使用NH4HCO3肥料，既可以为植物提供铵盐，又可以为植物提供二氧化碳。
    5．温室作物也要合理密植和通风透光。
    6．日光温室可与养殖场的鸡舍和猪圈相连，动物通过呼吸作用产生二氧化为植物光合作用提供原料，植物光合作用产生的氧气可用于动物的呼吸作用。
    7．温室中还可以使用二氧化碳发生器，二氧化碳发生器的原理是利用硫酸和碳酸盐反应生成二氧化碳。   
（3）必需矿质元素的供应
矿质元素直接或间接影响光合作用效率，只有保证必需矿质元素供应，才能提高光合作用效率。
N、Mg、Fe、Mn等是叶绿素生物合成必须的矿质元素，缺乏影响叶绿素合成
P、K参与糖类代谢，缺乏时影响糖类的转变和运输
N使叶片面积增大，叶片数目增多，增加光合面积

【应用举例】
例1、叶绿体中光能转换成电能时，电子的最终来源及最终受体分别是（ ）
A 叶绿素a、NADPH B 水、NADP+
C 叶绿素a 、NADP+ D 水、NADPH
解析：少数特殊状态的叶绿素a接受其它色素吸收和传递来的光能后，被激发后失去电子，失去电子的叶绿素a变成一种强氧化剂，能够从水中夺得电子而恢复稳态。因此电子的最终来源是水。脱离叶绿素a的电子，经过一系列的传递，最后传递给NADP+，得到两个电子和一个氢离子形成NADPH。因此电子最终受体是NADP+。
答案：B
例2、ATP储存的能量和ADP形成ATP时接受的能量分别是
A 化学能，只能是电能 B 电能 ，化学能
C 化学能，电能和化学能 D 化学能，只能是化学能
解析：ATP中含有的能量是化学能，这是毫无疑问的，但ATP接收的能量可以是化学能，也可以是电能。在呼吸作用中，有机物氧化分解合成ATP，接受的是化学能。在光合作用的光反应中，随着电子的流动形成的ATP，其中所储存的能量就来自电能。
答案：C
例3、下列不属于提高温室中的水培蔬菜产量的措施的是
A 适当密植 B 增施农家肥 C 合理释放CO2 D 保证化肥供应
解析：水培只施化肥，不施农家肥
答案：B
【教材习题解答】
28页复习题
一、1.NADPH和ATP，糖类等有机物。2.ADPH和ATP，NADPH。
二、1.（C）；2.（B）。
三、1. H2O4→4H+＋O2＋4e-。
2.NADP+转化成NADPH，ADP和Pi转化成ATP，以及2H2O转化成4H+、4e-和O2。
31页复习题：
一、1.C5；PEP、C5。  2.叶肉细胞，维管束鞘细胞和叶肉细胞。
二、  1.（D）；2.（A）。
三、C4植物叶片中，光合作用暗反应阶段的化学反应只在维管束鞘细胞内进行，所以，C4植物进行光合作用时，叶片中只有维管束鞘细胞中出现淀粉粒，而叶肉细胞中没有淀粉粒出现。相反，C3植物叶片中光合作用的全过程都是在叶肉细胞内进行的，所以，C3植物进行光合作用时，叶肉细胞中出现淀粉粒。
33页复习题
一、1．水稻、玉米、向日葵 胡椒、人参、田七
2．周围空气中
二、对于小麦的叶片来说，在一定的范围内，适量提高空气中二氧化碳的含量和光照强度，都可以提高其光合作用的强度。
同步落实(基础级)
1．在光合作用过程中，以分子态释放的氧和ATP、NADPH的产生都离不开
A 叶绿素和水、光能 B 色素和CO2
C 水、CO2和光能 D 叶绿素a、水和光能
2．在叶绿体进行的光反应中，具有将吸收的光能转化成电能的色素是
A 叶绿素 B类胡萝卜素
C 处于特殊状态的少数叶绿素a分子 D 处于特殊囊体膜上的全部叶绿素a分子
3．光合作用中含有活跃化学能的化合物是指
A ATP B NADPH
C 磷酸肌酸 D ATP和NADPH
4．甘蔗叶片中能进行光合作用的细胞有
A 维管束细胞 B 维管束鞘细胞
C 叶肉细胞 D 表皮的保卫细胞
5．C4植物中的构成维管束鞘细胞的形态结构特点的是细胞中
A 没有叶绿体 B 有无基粒的叶绿体
C 叶绿体大而多 D 叶绿体小而少
6．如右图为原来黑暗环境中的绿色植物曝于光下后，根据其吸收CO2量制成的曲线。下列叙述正确的是
A 曲线AB段表示绿色植物没有进行光合作用
B 曲线BD段表示绿色植物仅进行光合作用
C 在B点显示绿色植物光合作用和呼吸作用的速率相等
D 整段曲线表明，随光照强度的递增，光合作用增强，呼吸作用减弱

同步检测(提高级)
7．大棚栽培中，在适宜的光照、土壤、肥料、温度等条件下，为增加粮食的产量，应适当增加
A 空气中含氧量 B 空气中含氮量
C 空气中含CO2量 D 土壤中矿质元素含量
8．生长于较弱光照条件下的植物，当提高CO2浓度时，其光合作用速率并未随之增加，主要限制因素是
A 呼吸作用和暗反应 B 光反应
C 暗反应 D 呼吸作用
9.若玉米体内较为严重地缺少氮和磷，水分解为氧气和还原氢的速度将会
A.变快 B.变慢 C.无变化 D.A或B
答案：1、A 2、C 3、D 4、C 5、BC 6、C 7、C 8、B 9、B
参考资料
1．提高光合作用效率的两项措施 
提高光合作用效率的措施比较多，下面简介其中的两种。
（1） 适当增加CO2的含量 
我们知道，空气中CO2的含量一般是330 mg／L，这与农作物进行光合作用时最适的CO2含量（1 000 mg／L）相差甚远，特别是在密植栽种、肥多水多的情况下，农作物需要的CO2就更多。显然，只靠空气中CO2的含量差所形成的扩散作用来补充CO2，远远不能满足农作物进行光合作用时对CO2的需要。通风良好则能使大量的空气（内含CO2）流过叶面，这显然有利于光合作用的正常进行。
科学实验证明，空气中二氧化碳含量的增加，能够使叶肉细胞间隙中的二氧化碳含量增加，这有利于叶绿体获得二氧化碳，因而有利于光合作用的进行。空气中二氧化碳含量的增加，还会提高1，5-二磷酸核酮糖羧化酶的活性，从而增强光合作用固定二氧化碳的能力，并降低光呼吸的强度，这也有利于光合作用的进行。生产实践表明，在水稻抽穗前，如果把空气中二氧化碳的含量从0.03%提高到0.09%，水稻可以增产29%。
空气中二氧化碳含量的增加对C3植物光合作用的影响，远远大于对C4植物光合作用的影响，这是因为高含量的二氧化碳能够提高1，5-二磷酸核酮糖羧化酶的活性、增强1，5-二磷酸核酮糖与二氧化碳的结合能力，以及抑制光呼吸的进行。实验证明，在二氧化碳含量成倍增加的情况下，一些C3植物的产量可以增加30%左右，而玉米、高粱等C4植物的产量只增加9%左右，大米草等C4植物的生物产量甚至有所下降。
有三种措施可以提高农田中CO2的含量：
一是控制好农作物的密度和水肥管理，使农田后期通风良好；
二是增施有机肥料，利用土壤微生物分解有机肥料中的有机物，释放出较多的CO2；三是适当施用碳酸氢铵肥料，碳酸氢铵分解后能够释放出较多的CO2。
必须强调指出的是，全球范围内无限制地提高空气中CO2的含量，就会促成“温室效应”的出现。我们知道，太阳辐射到地球上的能量，本来是可以被大气以红外线的形式重新辐射到太空中的。但是，大气中的CO2可以强烈地吸收红外线。这样，随着大气中CO2含量的不断提高，太阳辐射能在大气中就会“易入难出”，从而使地球好像温室一样逐渐变暖，这就会造成冰川融化、海面上升和气候异常。可见，农田中增施CO2也要适量，避免促成“温室效应”。
(2)降低光呼吸强度 
C3植物的光呼吸很明显。对于C3植物，可以利用光呼吸抑制剂来降低光呼吸的强度。例如，用一定浓度的NaHSO3喷洒大豆，可以使大豆光呼吸的强度下降近1／3，从而使大豆的产量得到提高。
光呼吸简介  科学研究表明，在相同的外界条件下，光呼吸的强弱和光合作用中不同的碳代谢类型，是影响绿色植物通过光合作用制造有机物的两个主要原因。
植物细胞进行有氧呼吸时不需要光的照射，有氧呼吸无论白天或黑夜都在植物体的活细胞内进行着，所以，有氧呼吸也叫暗呼吸。但是，绿色植物体内含有叶绿体的细胞，在进行光合作用的同时，还利用氧分解一部分光合作用的中间产物，并且释放出二氧化碳。绿色植物体内这种由光照引起的呼吸作用叫做光呼吸。光呼吸在绿色植物中是普遍存在的。
我们知道，在光合作用的暗反应阶段中，在二磷酸核酮糖羧化酶的催化作用下，一个二氧化碳被一个二磷酸核酮糖（RuBP）固定以后，很快形成两个磷酸甘油酸（PGA）。但是，含有叶绿体的细胞，在二氧化碳含量低、氧含量高的情况下，在二磷酸核酮糖加氧酶的催化作用下，一个二磷酸核酮糖与一个氧分子结合，并且最终分解成一个磷酸甘油酸和一个磷酸乙醇酸：磷酸甘油酸经过重新组合，又转化成二磷酸核酮糖；磷酸乙醇酸则在磷酸酶的催化作用下，脱去磷酸，形成乙醇酸，乙醇酸则从叶绿体进入到过氧化物体中。
过氧化物体是高等植物细胞中普遍存在的一种细胞器。绿色植物的过氧化物体多位于叶绿体附近，呈球形，直径只有0.2～1.5μm。C３植物的过氧化物体分布在叶肉细胞中，C４植物的过氧化物体大都分布在维管束鞘细胞内。叶绿体中产生的乙醇酸进入到过氧化物体中，在乙醇酸氧化酶的催化作用下，被氧化成过氧化氢和乙醛酸：过氧化氢在过氧化氢酶的催化作用下，分解成水并释放出氧，氧又可以用于乙醇酸的氧化；乙醛酸在转氨酶的催化作用下，与谷氨酸中的氨基结合，进而转化成甘氨酸。甘氨酸进入到线粒体中，在甘氨酸脱羧酶的催化作用下，转化成丝氨酸，并且释放出二氧化碳。丝氨酸经过一系列的变化，最终转化成磷酸甘油酸，磷酸甘油酸又可以参加到卡尔文循环的代谢过程中（图2-3）。

光呼吸将一部分光合作用的中间产物分解掉，这显然不利于有机物的积累，会降低光合作用效率。那么，绿色植物在进化过程中为什么会演化出这样一个过程呢?光呼吸对于绿色植物是否有积极意义呢?目前，科学家正在对这些问题进行深入的研究。
不同的绿色植物，光呼吸的强弱是不同的。具体地说，C3植物的光呼吸很强，这类绿色植物通过光呼吸释放出的二氧化碳，常常达到它们进行光合作用所固定二氧化碳的30%左右，所以，C3植物又叫光呼吸植物或高光呼吸植物。C4植物的光呼吸很弱，有的几乎测量不出来，所以，C4植物又叫非光呼吸植物或低光呼吸植物。
科学家发现，对于C3植物来说，适当提高空气中二氧化碳的含量，既增加了光合作用的原料，又适当降低了光呼吸的强度，从而使C3植物的光合作用效率得到提高。例如，科学家将温室内二氧化碳的相对含量由0.03%提高到0.24%，可以使水稻的产量明显提高。科学家还发现，适当喷施亚硫酸钠溶液等光呼吸抑制剂，可以使水稻、小麦等C3植物的子粒更加饱满，从而提高产量。