生物等級考試光合作用復(fù)習(xí)講義引言光合作用是地球上絕大多數(shù)生命賴以生存的基礎(chǔ)，它不僅是植物生長發(fā)育的核心生理過程，也是生物圈碳氧平衡的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在生物等級考試中，光合作用是重點(diǎn)考查內(nèi)容，涉及概念理解、過程分析、影響因素及其實(shí)踐應(yīng)用等多個(gè)層面。本講義旨在幫助同學(xué)們系統(tǒng)梳理光合作用的核心知識，深化理解，并掌握應(yīng)試的關(guān)鍵要點(diǎn)。一、光合作用的概念與反應(yīng)式（一）概念剖析光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并釋放出氧氣的過程。這一過程的本質(zhì)是將無機(jī)物合成為有機(jī)物，同時(shí)將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并儲(chǔ)存在有機(jī)物中。理解這一概念時(shí)，需把握幾個(gè)關(guān)鍵詞：葉綠體（場所的核心）、光能（能量來源）、二氧化碳和水（原料）、有機(jī)物（主要是糖類，產(chǎn)物）、氧氣（副產(chǎn)物）。（二）總反應(yīng)式光合作用的總反應(yīng)式可以表示為：CO?+H?O→(CH?O)+O?（條件：光能、葉綠體）需要注意的是，這一反應(yīng)式是對復(fù)雜過程的簡化。其中，(CH?O)代表糖類，通常以葡萄糖為代表，若寫成葡萄糖的形式，則反應(yīng)式為：6CO?+12H?O→C?H??O?+6O?+6H?O（條件：光能、葉綠體）在此反應(yīng)式中，產(chǎn)物水中的氧原子全部來自于反應(yīng)物中的水，而氧氣中的氧原子也來自于水，這一點(diǎn)在分析氧元素去向時(shí)尤為關(guān)鍵。二、光合作用的場所——葉綠體葉綠體是光合作用的主要場所，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與功能緊密相關(guān)。（一）結(jié)構(gòu)層次光學(xué)顯微鏡下可見葉綠體呈綠色、扁平的橢球形或球形。電子顯微鏡下可觀察到其精細(xì)結(jié)構(gòu)：1.外膜與內(nèi)膜：雙層膜結(jié)構(gòu)，對物質(zhì)進(jìn)出具有選擇性，維持葉綠體內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定。2.基質(zhì)：內(nèi)膜以內(nèi)的液態(tài)部分，含有與暗反應(yīng)有關(guān)的酶、少量DNA、RNA和核糖體等。3.類囊體：由單層膜圍成的扁平小囊，許多類囊體堆疊成基粒。類囊體薄膜上分布有與光反應(yīng)有關(guān)的色素和酶，是光反應(yīng)的場所。（二）功能定位光反應(yīng)階段發(fā)生在類囊體薄膜上，依賴于膜上的色素吸收光能；暗反應(yīng)階段則在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行，依賴于基質(zhì)中的酶系統(tǒng)催化一系列化學(xué)反應(yīng)。三、光合作用的過程光合作用是一個(gè)復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)，通常分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)（或稱為碳反應(yīng)）兩個(gè)階段。這兩個(gè)階段既相互獨(dú)立，又緊密聯(lián)系，光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供能量和還原劑，暗反應(yīng)則利用這些物質(zhì)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物。（一）光反應(yīng)階段1.場所：葉綠體類囊體薄膜。2.條件：需要光、色素、酶、水。3.物質(zhì)變化：*水的光解：水分子在光的作用下分解為氧分子和氫離子（H?），同時(shí)釋放出電子。氧分子直接釋放到大氣中，或被植物自身呼吸作用利用。*ATP的合成：在光的驅(qū)動(dòng)下，電子經(jīng)過一系列的傳遞（電子傳遞鏈），最終將光能轉(zhuǎn)化為電能，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為活躍的化學(xué)能儲(chǔ)存在ATP中（光合磷酸化）。*NADPH的生成：氫離子與輔酶NADP?結(jié)合，在相關(guān)酶的催化下形成NADPH（還原型輔酶Ⅱ），NADPH也攜帶了部分活躍的化學(xué)能，并作為強(qiáng)還原劑參與暗反應(yīng)。4.能量變化：光能→電能→活躍的化學(xué)能（儲(chǔ)存在ATP和NADPH中）。（二）暗反應(yīng)階段（卡爾文循環(huán)）1.場所：葉綠體基質(zhì)。2.條件：不需要光（但需要光反應(yīng)提供的ATP和NADPH）、多種酶、二氧化碳。3.物質(zhì)變化：*二氧化碳的固定：大氣中的二氧化碳與葉綠體基質(zhì)中的五碳化合物（RuBP，核酮糖二磷酸）在酶的催化下結(jié)合，生成兩個(gè)三碳化合物（3-磷酸甘油酸，PGA）。*三碳化合物的還原：PGA在ATP提供能量和NADPH提供還原劑的條件下，被還原為三碳糖（G3P，甘油醛-3-磷酸）。這一步是暗反應(yīng)的核心，消耗了光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和NADPH。*五碳化合物的再生與有機(jī)物的形成：部分三碳糖經(jīng)過一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，重新生成五碳化合物（RuBP），以維持卡爾文循環(huán)的持續(xù)進(jìn)行；另一部分三碳糖則離開循環(huán)，在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)一步合成葡萄糖、蔗糖、淀粉等有機(jī)物，或參與其他代謝過程。4.能量變化：活躍的化學(xué)能（ATP、NADPH）→穩(wěn)定的化學(xué)能（儲(chǔ)存在有機(jī)物中）。（三）光反應(yīng)與暗反應(yīng)的聯(lián)系光反應(yīng)是暗反應(yīng)的基礎(chǔ)，為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH這兩種關(guān)鍵物質(zhì)；暗反應(yīng)則是光反應(yīng)的延續(xù)，將光反應(yīng)捕獲的能量轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的化學(xué)能儲(chǔ)存在有機(jī)物中。二者在時(shí)間上可以連續(xù)進(jìn)行（只要條件具備），在空間上則分別發(fā)生于葉綠體的不同部位。四、影響光合作用的因素光合作用的強(qiáng)度受到多種內(nèi)外因素的綜合影響，理解這些因素的作用機(jī)制，對于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐具有重要意義。（一）內(nèi)部因素1.植物種類：不同植物的光合能力存在差異，如陽生植物與陰生植物的光飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn)不同。2.葉齡：葉片的光合能力隨葉齡增長呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，成熟葉片的光合速率最高。3.葉綠體結(jié)構(gòu)與數(shù)量、色素含量、酶的種類與活性等：這些直接決定了光合作用的潛在能力。（二）外部因素1.光照強(qiáng)度：*是影響光反應(yīng)的主要因素。在一定范圍內(nèi)，光合速率隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而增加，但當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到一定值（光飽和點(diǎn)）后，光合速率不再增加。*存在光補(bǔ)償點(diǎn)：即光合速率等于呼吸速率時(shí)的光照強(qiáng)度。2.二氧化碳濃度：*是影響暗反應(yīng)（CO?固定）的主要因素。在一定范圍內(nèi)，光合速率隨CO?濃度的升高而增加，達(dá)到CO?飽和點(diǎn)后，光合速率不再增加。3.溫度：*通過影響酶的活性來影響光合作用，尤其是對暗反應(yīng)的影響更為顯著。*光合速率在一定溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而加快，超過最適溫度后，隨溫度升高而下降。4.水分：*水是光合作用的原料之一，同時(shí)水分虧缺會(huì)導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，影響CO?的吸收，間接影響光合作用。5.礦質(zhì)元素：*如Mg是葉綠素的組成成分，N、P是ATP、NADPH及葉綠體膜結(jié)構(gòu)的組成成分，K、P等對光合產(chǎn)物的運(yùn)輸和轉(zhuǎn)化有重要作用。（三）各因素對光合速率影響的綜合分析在自然條件下，影響光合作用的各種因素是同時(shí)起作用的。某一因素的改變可能會(huì)成為限制光合速率的主要因素（限制因子）。例如，在光照充足、溫度適宜的條件下，CO?濃度往往成為限制因子。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，常通過合理密植、增施有機(jī)肥（提供CO?）、適時(shí)灌溉、合理施肥等措施，協(xié)調(diào)各因素，提高光合效率。五、光合作用的意義與應(yīng)用（一）生物學(xué)意義1.物質(zhì)來源：為植物自身生長發(fā)育提供有機(jī)物，也是動(dòng)物和人類食物的最終來源。2.能量來源：將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存在有機(jī)物中，是幾乎所有生物生命活動(dòng)所需能量的根本來源。3.維持大氣中O?和CO?的相對平衡：吸收CO?，釋放O?，對緩解溫室效應(yīng)、維持生物圈穩(wěn)定具有重要作用。（二）在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用1.提高光能利用率：*合理密植：充分利用光能，避免葉片相互遮擋。*間作套種：延長光照時(shí)間，提高單位面積土地的光能利用率。2.增加CO?供應(yīng)：*溫室大棚中可適當(dāng)增施CO?（如施用有機(jī)肥、CO?發(fā)生器）。3.控制適宜溫度：*溫室栽培中，可通過通風(fēng)、遮陽、加溫等措施調(diào)控溫度在光合作用的最適范圍。4.合理灌溉與施肥：*保證水分供應(yīng)，提供必要的礦質(zhì)元素，促進(jìn)光合作用的正常進(jìn)行和光合產(chǎn)物的運(yùn)輸。六、復(fù)習(xí)要點(diǎn)與應(yīng)試技巧1.理清脈絡(luò)，構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)：以“光反應(yīng)”和“暗反應(yīng)”為兩大核心模塊，將各知識點(diǎn)（場所、條件、物質(zhì)變化、能量變化、相互聯(lián)系）串聯(lián)起來，形成系統(tǒng)的知識框架。2.重點(diǎn)突破，理解內(nèi)在聯(lián)系：*深刻理解光合作用總反應(yīng)式中各物質(zhì)的來源與去向，特別是氧元素的轉(zhuǎn)移途徑。*掌握光反應(yīng)中光能如何轉(zhuǎn)化為活躍化學(xué)能，以及暗反應(yīng)中如何利用這些能量合成有機(jī)物。*理解影響光合作用的各因素（尤其是光照強(qiáng)度、CO?濃度、溫度）的作用曲線及其含義。3.關(guān)注實(shí)驗(yàn)，提升分析能力：光合作用的相關(guān)實(shí)驗(yàn)（如葉綠體色素的提取與分離、光合作用產(chǎn)物的檢測、影響因素的探究等）是考試熱點(diǎn)。要掌握實(shí)驗(yàn)原理、方法步驟、現(xiàn)象觀察與分析、結(jié)果處理與結(jié)論得出等環(huán)節(jié)。4.聯(lián)系實(shí)際，學(xué)以致用：理解光合作用原理在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)等方面的應(yīng)用，能夠運(yùn)用所學(xué)知識解釋相關(guān)現(xiàn)象和解決實(shí)際問題。5.辨析易混概念：如光反應(yīng)與暗反應(yīng)的區(qū)別與聯(lián)系、光合作用與呼吸作用的區(qū)別與聯(lián)系（尤其注意葉肉細(xì)胞中二者的