4．C₄循环比C₃循环效率高的原因(从化学平衡理论角度分析)

酶

光合作用的反应式6CO₂+12H₂O　　　 C₆H₁₂O₆+6O₂ +6H₂O 。

由于C₄植物外层叶肉细胞CO₂的固定和运输，保证了鞘细胞内CO₂的浓度高且稳定，相当于提高了反应物的浓度，从而利于平衡向右进行，即光合作用的进行；C₆H₁₂O₆在鞘细胞中合成，距离维管束较近，易于被很快运走，从而减少了产物的浓度，有利于反应向右进行，提高了效率。

巩固练习

3．光能在叶绿体中的转换

光合作用是一个非常复杂的反应过程，其中能量的转变大致可以分为三步：

第一步：光能的吸收、传递和转换成电能。在光的照射下，少数处于特殊状态的叶绿素a，连续不断地丢失电子和获得电子，从而形成电子流，使光能转换成电能。

第二步：电能转变成活跃的化学能。一部分电能转化成活跃的化学能储存在NADPH中，另一部分电能则转换成活跃的化学能储存在ATP中。

第三步：活跃的化学能转变成稳定的化学能。在三碳化合物被还原形成糖类等有机物时，活跃的化学能转换成稳定的化学能，储存在糖类等有机物中。

2．荧光现象

叶绿素溶液在透射光下呈绿色，而在反射光下呈红色(叶绿素A为血红光，叶绿素b为棕红光)，这种现象叫荧光现象。这是由于叶绿素分子吸收的光能有一部分消耗于分子内部振动上，辐射出的能量就小，根据波长与光子能量成反比的规律，所以反射出的波长比入射光的波长要长一些。因此，叶绿素溶液在入射光下呈绿色，而在反射光下呈红色。

叶绿素在溶液中的荧光很强，但是，在叶片和叶绿体中却很微弱，难以观察出来。这可能是被叶绿素吸收的光能，已经用于光合作用的光化学反应中，而不再重新辐射出来的缘故。

1．叶绿体色素的吸收光谱

通过下列叶绿体色素的吸收光谱图，可以知道叶绿素a和叶绿素b主要吸收红橙光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。

叶绿素a与叶绿素b的吸收光谱很相似，但也略有不同：首先，叶绿素a在红光部分的吸收带宽些，在蓝紫光部分的窄些；而叶绿素b在红光部分的吸收带窄些，在蓝紫光部分的宽些。其次，与叶绿素b相比较，叶绿素a在红光部分的吸收带偏向长光波方面，而在蓝紫光部分则偏向短光波方面。胡萝卜素和叶黄素的吸收光谱与叶绿素的不同，它们的最大吸收带在蓝紫光部分，而不吸收红光等光波较长的光。

	图9-4		图9-5

注：图9-4中的上图是叶绿素a的吸收光谱，下图是叶绿素b的吸收光谱，图9-5的上图是胡萝卜素的吸收光谱，下图是叶黄素的吸收光谱。

3．温度、水、矿质元素又是如何影响植物光合作用的？根据它们对光合作用的影响分

析生产上提高植物光能利用率的措施是什么？

　 　答：温度对光合作用的影响比较复杂，它一方面可以直接影响光合作用中各种酶的活动、光合结构，还通过影响其它相关的代谢活动而影响光合作用。不同植物对温度反应不同，一般最适温度在25℃。生产上适时播种；大棚或温室中，白天可以适当提高室内温度来提高植物光能利用率。

叶片缺水影响叶绿素的生物合成，促进已形成的叶绿素分解，造成叶片发黄。水还是光合作用的原料之一。另外水还能影响气孔的开闭，进而影响二氧化碳的吸收。生产上注意及时、合理灌溉。

矿质元素如Mg、N、P是各种酶、色素、ATP形成所必需的，另外，矿质元素是光合作用的产物葡萄糖进一步合成其它有机物的必需物质。生产上注意合理施肥。

名师点拨

图9-1

例1 把载有新鲜水绵和细菌的临时装片,置于显微镜载物台上观察。光线从反光镜反射上来后,可看到细菌从分散状态逐渐向水绵方向运动,水绵附近细菌的密度增加。如果在反光镜上方放置一个三棱镜,使七种不同颜色的光束照射水绵的不同部位,这时看到细菌逐渐聚集成明显的两堆(如图9-1所示)。请回答:

(1)根据上述实验可以判断这类细菌的异化作用类型是　　　　　　 。作出这一判断的依据是　 　　　　　　　　　　　　　。

(2)放置三棱镜后,细菌聚集成两堆的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

考点分析　 本题借光合作用发现史中1880年恩吉尔曼用水绵和好氧性细菌完成的实验作为背景出题，既考查学生设计实验的思路、方法，又考查学生对光合作用的理解，同时还综合考查了细菌的代谢。

解题思路　 三棱镜使七种不同颜色的光束照射水绵的不同部位，而叶绿体中的色素主要吸收可见光中的红光和蓝紫光，故在红光和蓝紫光区光合作用强，释放氧气多因为新鲜水绵光合作用释放氧气，细菌从分散状态逐渐向水绵方向运动的现象说明细菌需要氧气，异化类型是需氧型。本题大案是(1)需氧型 新鲜水绵光合作用释放氧气，细菌从分散状态逐渐向水绵方向运动的现象说明细菌需要氧气 (2)叶绿体中的色素主要吸收可见光中的红光和蓝紫光，故在红光和蓝紫光区光合作用强，释放氧气多。

失分陷阱　 错误原因主要是复习中没有建立完善的知识网络结构，不能将所学知识综合应用。

例2(2000上海生物卷)实验测得小麦在不同波长光照下光合速率的变化和小麦植株中叶绿素a对不同波长光线的相对吸收量，根据实验数据制

成曲线图9-2。请据图回答：

(1)从图中可看出叶绿素a主要吸收 　　光和 　　光。

(2)在波长450nm光照下的产糖速率比在波长

700nm光照下的　　　 ；在波长425nm 光照下

的氧气释放速率比在波长650nm 光照下的　　　　 。

(3)在波长750nm到800nm光照下的光合速率

为零，其最可能的原因是　　　　　　　　　　　 。

(4)叶绿素a吸收光能后被激发，放出 　　　，

完成了光能转换成电能的过程。

图9-2

考点分析　 本题主要考查叶绿体中的色素的作用及其与光合作用的关系。同时也考查学生的识图能力。

解题思路　 据图分析，在红橙光和蓝紫光区域，光合速率较大，故可知叶绿素a主要吸收红橙光和蓝紫光；比较在波长450nm光照下和在波长700nm光照下的光合速率和比较在波长425nm光照下和在波长650nm光照下的光合速率，可知450nm光照时的光合速率大于700nm光照时，650nm光照时的光合速率大于425nm光照时。光合作用正常进行首先要叶绿体中的色素吸收光能，而叶绿体中的色素并不能吸收所有波长的光，如果给予绿色植物所不能吸收的波长的光，那么光合作用就不能正常进行。在光的照射下，少数处于特殊状态的叶绿素a，连续不断地丢失电子和获得电子，从而形成电子流，使光能转换成电能。本题正确答案是(1)红橙　 蓝紫 (2)快　 慢 (3)叶绿体中没有吸收该段波长光线的色素。(4)一个高能电子。

失分陷阱　 失分原因主要在于不能正确识图，不能将图形所给的信息与光合作用的实际结合起来综合分析问题。

例3(2004全国理综卷)离体的叶绿体在光照下进行光合作用时，如果突然中断CO₂气体的供应，短暂时间内叶绿体中C₃化合物与C₅化合物相对含量的变化是 　 A．C₃化合物增多、C₅化合物减少　　　　 B．C₃化合物增多，C₅化合物增多 　 C．C₃化合物减少，C₅化合物增多　　　　 D．C₃化合物减少，C₅化合物减少

考点分析　 本题主要考查光合作用的过程，特别是暗反应中三碳化合物和五碳化合物的来龙去脉。

解题思路　 在光合作用暗反应中，CO₂与五碳化合物结合生成三碳化合物，三碳化合物被还原，同时五碳化合物再生。当CO₂浓度突然减少时，该过程必然受阻，从而导致五碳化合物含量的上升和三碳化合物含量的下降。本题正确答案是C。

失分陷阱　 学生没有掌握暗反应中三碳化合物和五碳化合物的来龙去脉，不能正确分析外界因素对两类化合物的影响导致失分。

例4(2003江苏理综卷)图9-3为光合作用过程图解。

	图9-3

　

(1)当阴雨连绵，光照不足时，植物光反应产生的氢和[　　 ]　　　 较少。从而降低了暗反应中有机物的生成。([　　 ]内填标号，　　　 上填名称)

(2)如果晴天日出和日落的时间分别为清晨6时左右和傍晚18时左右，在清晨日出前、正午、傍晚回落后以及午夜四个时段分别测定温室内二氧化碳的浓度，预计二氧化碳浓度最高的时段将出现在　　　　　　 。

考点分析　 本题主要考查光合作用过程中光反应与暗反应的关系，同时通过晴天一昼夜温室内二氧化碳的浓度分析，学生从侧面理解光合作用的意义之一：净化更新空气。

解题思路　 光合作用由光反应阶段与暗反应阶段组成，其中光反应是准备阶段，为暗反应提供了[H]和ATP，阴雨连绵，光照不足时，植物光反应产生的氢和ATP较少，从而降低了暗反应中有机物的生成。日落后植物不再进行光合作用，但呼吸作用仍在进行，不断消耗氧气，释放二氧化碳，直到日出时分又开始光合作用，吸收二氧化碳。本题正确答案是(1)②　 ATP　 (2)清晨日出前。

失分陷阱　 该题失分主要在第2问，许多学生受“清晨空气新鲜”的误导而不能作出正确判断。

例5 (2004广东生物卷)下列有关C₄和C₃植物的描述，错误的是

A．C₃植物维管束鞘细胞中含有叶绿体

B．C₄植物维管束鞘细胞中含有叶绿体

C．C₃植物叶肉细胞中含有叶绿体　　 　

D．C₄植物叶肉细胞中含有叶绿体

考点分析　 此题考查C₃植物和C₄植物叶片的结构特点，要求学生能正确比较并记忆C₄和C₃植物维管束鞘细胞的特点。

解题思路　 C₃植物叶片中的维管束鞘细胞不含叶绿体，而C₄植物中构成维管束鞘的细胞比较大，里面含有没有基粒的叶绿体。维管束鞘以外的叶肉细胞都含有正常的叶绿体。本题正确答案是A。

失分陷阱　 对C₃植物和C₄植物叶片的结构特点不能正确记忆导致错误。

拓展提升

2．二氧化碳浓度是如何影响植物光合作用的？根据二氧化碳浓度对光合作用的影响分

析生产上提高植物光能利用率的措施有哪些？

答：二氧化碳是光合作用的两种原料之一，因此，环境中二氧化碳的浓度与光能利用率有密切关系。在自然条件下，陆生植物主要从空气中吸收二氧化碳，水生植物或暂时浸泡在水中的植物体，吸收溶于水中的二氧化碳。空气中二氧化碳含量占空气体积的0.033%左右，据研究，这一含量对植物光合作用来说是比较低的，在较强的光照下，它限制了光能利用率。例如将棉花、玉米放在二氧化碳为0.064%的空气中与0.033%的自然条件下进行比较，结果棉花的光能利用率提高了1.5倍，玉米的光能利用率提高了15%。故二氧化碳可称为气体肥料。

对于农田里的农作物，确保良好的通风，可以使空气不断地流过叶面，有助于提供较多的二氧化碳；对于大棚或温室中的农作物，通过增施农家肥料或使用二氧化碳发生器，可以增加二氧化碳的含量，进而提高光能利用率。

1．光照强度是如何影响植物光合作用的？根据光照强度对光合作用的影响分析生产上

提高植物光能利用率的措施有哪些？

答：光是光合作用的能量来源，光照强度直接影响光能利用率。在其它条件都适宜的情况下，在一定范围内，光能利用率随光照强度提高而加快。当光照强度高到一定数值后，光照强度再提高而光能利用率不再加快，这种现象叫光饱和现象。开始达到光饱和现象的光照强度称为光饱和点。在光饱和点以下，随着光照强度减弱，光能利用率减慢，当减弱到一定光照强度时，光合吸收二氧化碳量与呼吸释放二氧化碳的量处于动态平衡，这时的光照强度称为光补偿点，此时植物制造有机物量和消耗有机物量相等。据研究，不同类型植物的光饱和点和补偿点是不同的。阳性植物的光饱和点和补偿点一般都高于阴性植物。

　　 通过轮作，延长全年内单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间；通过合理密植，增加光合作用面积，进而提高植物光能利用率。

2．结构：　　

　

　　　　　　　

　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

C₃植物的叶片结构　　　　　　　　　　　　　　 C₄植物的叶片结构

列表比较：

	C3植物的叶片结构	C4植物的叶片结构
围绕维管束的结构
维管束鞘细胞

命题研究

考点搜索	出题方向	解题策略
光合作用的发现。	考查时往往借光合作用发现史中科学家的实验作为背景出题，重点考查设计实验的思路、方法，还可以考查学生对光合作用的理解。	需要建立完善的知识网络结构，综合分析讨论以下问题：怎样鉴定光合作用的产物？怎样证明光合作用的条件？影响光合作用的内部、外界因素有哪些？这些因素是如何影响光合作用的？实验中是如何设置变量和对照的？
叶绿体中的色素。 (2000年)	考查能否正确识记叶绿体中色素的种类和颜色，能否识别叶绿体中色素的吸收光谱，进而理解色素的作用。	识别叶绿体色素的吸收光谱是难点，要提高对不同吸收光谱的正确识图能力。
光合作用的过程。 (2003、2004年)	基础知识的命题主要从反应条件、反应场所、反应速度、原料产物、物质变化、能量变化等方面考查光合作用的光反应和暗反应两个过程，能否理解两个过程之间的相互联系。 综合命题涉及影响光合作用的因素、不同植物光合作用强弱的比较、光合作用和呼吸作用的关系及这种关系在提高植物有机物积累量上的应用。	解题时最重要的是要分析光反应和暗反应阶段的关系、基粒与基质的关系，从光能、ATP分子中活跃的化学能到糖类中稳定的化学能这一能量转移过程以及分析暗反应中三碳化合物和五碳化合物之间的关系。此外，还应注意光合作用与水分代谢、矿质代谢、呼吸作用的联系，特别注意分析外界条件对光反应和暗反应的影响和在生产实践中如何提高光能利用率。
光合作用的重要意义。	考查光合作用作为生物界最基本的物质代谢和能量代谢而承担的“绿色工厂”、“巨大的能量转换站”、“自动的空气净化器”的功能。	这种直接考光合作用的重要意义的题型高考题出现次数不多，但这部分知识通常会与其它知识点如生命的演化结合起来考，注意综合分析。
C3植物和C4植物的概念。	考查能否举例说明C3植物和C4植物固定CO2的过程。	根据C3植物和C4植物固定CO2的过程及C4植物维管束鞘细胞的结构特点分析C4植物固定CO2的能力比C3植物强。
C3植物和C4植物叶片结构的特点。 (2004年)	需要识别显微镜下C3植物和C4植物的横切面，会鉴定围绕着维管束的是否是呈“花环型”的两圈细胞。	复习时结合图文，提高识图能力。

提分关键

在　　　 等植物的光合作用中，CO_2中的C首先转移到C₄中，然后才转

移到C₃中，这类植物叫　　　　 。CO_{2的转移途径：}

1．概念　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

而小麦、水稻等大多数绿色植物在光合作用中，CO_2中的C直接转移到C₃中，

叫　　　 。CO_{2的转移途径：}　　 　　　　　　　　　　　　

6．意义： ①生物界　　　　 的来源；

②调节大气中　　　 和　　　 的含量；

③生物生命活动所需　　　　 的最终来源。

总之，光合作用是生物界最基本的