4．C₄循環(huán)比C₃循環(huán)效率高的原因(從化學平衡理論角度分析)

酶

光合作用的反應式6CO₂+12H₂O　　　 C₆H₁₂O₆+6O₂ +6H₂O 。

由于C₄植物外層葉肉細胞CO₂的固定和運輸，保證了鞘細胞內(nèi)CO₂的濃度高且穩(wěn)定，相當于提高了反應物的濃度，從而利于平衡向右進行，即光合作用的進行；C₆H₁₂O₆在鞘細胞中合成，距離維管束較近，易于被很快運走，從而減少了產(chǎn)物的濃度，有利于反應向右進行，提高了效率。

鞏固練習

3．光能在葉綠體中的轉(zhuǎn)換

光合作用是一個非常復雜的反應過程，其中能量的轉(zhuǎn)變大致可以分為三步：

第一步：光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換成電能。在光的照射下，少數(shù)處于特殊狀態(tài)的葉綠素a，連續(xù)不斷地丟失電子和獲得電子，從而形成電子流，使光能轉(zhuǎn)換成電能。

第二步：電能轉(zhuǎn)變成活躍的化學能。一部分電能轉(zhuǎn)化成活躍的化學能儲存在NADPH中，另一部分電能則轉(zhuǎn)換成活躍的化學能儲存在ATP中。

第三步：活躍的化學能轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的化學能。在三碳化合物被還原形成糖類等有機物時，活躍的化學能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的化學能，儲存在糖類等有機物中。

2．熒光現(xiàn)象

葉綠素溶液在透射光下呈綠色，而在反射光下呈紅色(葉綠素A為血紅光，葉綠素b為棕紅光)，這種現(xiàn)象叫熒光現(xiàn)象。這是由于葉綠素分子吸收的光能有一部分消耗于分子內(nèi)部振動上，輻射出的能量就小，根據(jù)波長與光子能量成反比的規(guī)律，所以反射出的波長比入射光的波長要長一些。因此，葉綠素溶液在入射光下呈綠色，而在反射光下呈紅色。

葉綠素在溶液中的熒光很強，但是，在葉片和葉綠體中卻很微弱，難以觀察出來。這可能是被葉綠素吸收的光能，已經(jīng)用于光合作用的光化學反應中，而不再重新輻射出來的緣故。

1．葉綠體色素的吸收光譜

通過下列葉綠體色素的吸收光譜圖，可以知道葉綠素a和葉綠素b主要吸收紅橙光和藍紫光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光。

葉綠素a與葉綠素b的吸收光譜很相似，但也略有不同：首先，葉綠素a在紅光部分的吸收帶寬些，在藍紫光部分的窄些；而葉綠素b在紅光部分的吸收帶窄些，在藍紫光部分的寬些。其次，與葉綠素b相比較，葉綠素a在紅光部分的吸收帶偏向長光波方面，而在藍紫光部分則偏向短光波方面。胡蘿卜素和葉黃素的吸收光譜與葉綠素的不同，它們的最大吸收帶在藍紫光部分，而不吸收紅光等光波較長的光。

	圖9-4		圖9-5

注：圖9-4中的上圖是葉綠素a的吸收光譜，下圖是葉綠素b的吸收光譜，圖9-5的上圖是胡蘿卜素的吸收光譜，下圖是葉黃素的吸收光譜。

3．溫度、水、礦質(zhì)元素又是如何影響植物光合作用的？根據(jù)它們對光合作用的影響分

析生產(chǎn)上提高植物光能利用率的措施是什么？

　 　答：溫度對光合作用的影響比較復雜，它一方面可以直接影響光合作用中各種酶的活動、光合結(jié)構(gòu)，還通過影響其它相關的代謝活動而影響光合作用。不同植物對溫度反應不同，一般最適溫度在25℃。生產(chǎn)上適時播種；大棚或溫室中，白天可以適當提高室內(nèi)溫度來提高植物光能利用率。

葉片缺水影響葉綠素的生物合成，促進已形成的葉綠素分解，造成葉片發(fā)黃。水還是光合作用的原料之一。另外水還能影響氣孔的開閉，進而影響二氧化碳的吸收。生產(chǎn)上注意及時、合理灌溉。

礦質(zhì)元素如Mg、N、P是各種酶、色素、ATP形成所必需的，另外，礦質(zhì)元素是光合作用的產(chǎn)物葡萄糖進一步合成其它有機物的必需物質(zhì)。生產(chǎn)上注意合理施肥。

名師點撥

圖9-1

例1 把載有新鮮水綿和細菌的臨時裝片,置于顯微鏡載物臺上觀察。光線從反光鏡反射上來后,可看到細菌從分散狀態(tài)逐漸向水綿方向運動,水綿附近細菌的密度增加。如果在反光鏡上方放置一個三棱鏡,使七種不同顏色的光束照射水綿的不同部位,這時看到細菌逐漸聚集成明顯的兩堆(如圖9-1所示)。請回答:

(1)根據(jù)上述實驗可以判斷這類細菌的異化作用類型是　　　　　　 。作出這一判斷的依據(jù)是　 　　　　　　　　　　　　　。

(2)放置三棱鏡后,細菌聚集成兩堆的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

考點分析　 本題借光合作用發(fā)現(xiàn)史中1880年恩吉爾曼用水綿和好氧性細菌完成的實驗作為背景出題，既考查學生設計實驗的思路、方法，又考查學生對光合作用的理解，同時還綜合考查了細菌的代謝。

解題思路　 三棱鏡使七種不同顏色的光束照射水綿的不同部位，而葉綠體中的色素主要吸收可見光中的紅光和藍紫光，故在紅光和藍紫光區(qū)光合作用強，釋放氧氣多因為新鮮水綿光合作用釋放氧氣，細菌從分散狀態(tài)逐漸向水綿方向運動的現(xiàn)象說明細菌需要氧氣，異化類型是需氧型。本題大案是(1)需氧型 新鮮水綿光合作用釋放氧氣，細菌從分散狀態(tài)逐漸向水綿方向運動的現(xiàn)象說明細菌需要氧氣 (2)葉綠體中的色素主要吸收可見光中的紅光和藍紫光，故在紅光和藍紫光區(qū)光合作用強，釋放氧氣多。

失分陷阱　 錯誤原因主要是復習中沒有建立完善的知識網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，不能將所學知識綜合應用。

例2(2000上海生物卷)實驗測得小麥在不同波長光照下光合速率的變化和小麥植株中葉綠素a對不同波長光線的相對吸收量，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)制

成曲線圖9-2。請據(jù)圖回答：

(1)從圖中可看出葉綠素a主要吸收 　　光和 　　光。

(2)在波長450nm光照下的產(chǎn)糖速率比在波長

700nm光照下的　　　 ；在波長425nm 光照下

的氧氣釋放速率比在波長650nm 光照下的　　　　 。

(3)在波長750nm到800nm光照下的光合速率

為零，其最可能的原因是　　　　　　　　　　　 。

(4)葉綠素a吸收光能后被激發(fā)，放出 　　　，

完成了光能轉(zhuǎn)換成電能的過程。

圖9-2

考點分析　 本題主要考查葉綠體中的色素的作用及其與光合作用的關系。同時也考查學生的識圖能力。

解題思路　 據(jù)圖分析，在紅橙光和藍紫光區(qū)域，光合速率較大，故可知葉綠素a主要吸收紅橙光和藍紫光；比較在波長450nm光照下和在波長700nm光照下的光合速率和比較在波長425nm光照下和在波長650nm光照下的光合速率，可知450nm光照時的光合速率大于700nm光照時，650nm光照時的光合速率大于425nm光照時。光合作用正常進行首先要葉綠體中的色素吸收光能，而葉綠體中的色素并不能吸收所有波長的光，如果給予綠色植物所不能吸收的波長的光，那么光合作用就不能正常進行。在光的照射下，少數(shù)處于特殊狀態(tài)的葉綠素a，連續(xù)不斷地丟失電子和獲得電子，從而形成電子流，使光能轉(zhuǎn)換成電能。本題正確答案是(1)紅橙　 藍紫 (2)快　 慢 (3)葉綠體中沒有吸收該段波長光線的色素。(4)一個高能電子。

失分陷阱　 失分原因主要在于不能正確識圖，不能將圖形所給的信息與光合作用的實際結(jié)合起來綜合分析問題。

例3(2004全國理綜卷)離體的葉綠體在光照下進行光合作用時，如果突然中斷CO₂氣體的供應，短暫時間內(nèi)葉綠體中C₃化合物與C₅化合物相對含量的變化是 　 A．C₃化合物增多、C₅化合物減少　　　　 B．C₃化合物增多，C₅化合物增多 　 C．C₃化合物減少，C₅化合物增多　　　　 D．C₃化合物減少，C₅化合物減少

考點分析　 本題主要考查光合作用的過程，特別是暗反應中三碳化合物和五碳化合物的來龍去脈。

解題思路　 在光合作用暗反應中，CO₂與五碳化合物結(jié)合生成三碳化合物，三碳化合物被還原，同時五碳化合物再生。當CO₂濃度突然減少時，該過程必然受阻，從而導致五碳化合物含量的上升和三碳化合物含量的下降。本題正確答案是C。

失分陷阱　 學生沒有掌握暗反應中三碳化合物和五碳化合物的來龍去脈，不能正確分析外界因素對兩類化合物的影響導致失分。

例4(2003江蘇理綜卷)圖9-3為光合作用過程圖解。

	圖9-3

　

(1)當陰雨連綿，光照不足時，植物光反應產(chǎn)生的氫和[　　 ]　　　 較少。從而降低了暗反應中有機物的生成。([　　 ]內(nèi)填標號，　　　 上填名稱)

(2)如果晴天日出和日落的時間分別為清晨6時左右和傍晚18時左右，在清晨日出前、正午、傍晚回落后以及午夜四個時段分別測定溫室內(nèi)二氧化碳的濃度，預計二氧化碳濃度最高的時段將出現(xiàn)在　　　　　　 。

考點分析　 本題主要考查光合作用過程中光反應與暗反應的關系，同時通過晴天一晝夜溫室內(nèi)二氧化碳的濃度分析，學生從側(cè)面理解光合作用的意義之一：凈化更新空氣。

解題思路　 光合作用由光反應階段與暗反應階段組成，其中光反應是準備階段，為暗反應提供了[H]和ATP，陰雨連綿，光照不足時，植物光反應產(chǎn)生的氫和ATP較少，從而降低了暗反應中有機物的生成。日落后植物不再進行光合作用，但呼吸作用仍在進行，不斷消耗氧氣，釋放二氧化碳，直到日出時分又開始光合作用，吸收二氧化碳。本題正確答案是(1)②　 ATP　 (2)清晨日出前。

失分陷阱　 該題失分主要在第2問，許多學生受“清晨空氣新鮮”的誤導而不能作出正確判斷。

例5 (2004廣東生物卷)下列有關C₄和C₃植物的描述，錯誤的是

A．C₃植物維管束鞘細胞中含有葉綠體

B．C₄植物維管束鞘細胞中含有葉綠體

C．C₃植物葉肉細胞中含有葉綠體　　 　

D．C₄植物葉肉細胞中含有葉綠體

考點分析　 此題考查C₃植物和C₄植物葉片的結(jié)構(gòu)特點，要求學生能正確比較并記憶C₄和C₃植物維管束鞘細胞的特點。

解題思路　 C₃植物葉片中的維管束鞘細胞不含葉綠體，而C₄植物中構(gòu)成維管束鞘的細胞比較大，里面含有沒有基粒的葉綠體。維管束鞘以外的葉肉細胞都含有正常的葉綠體。本題正確答案是A。

失分陷阱　 對C₃植物和C₄植物葉片的結(jié)構(gòu)特點不能正確記憶導致錯誤。

拓展提升

2．二氧化碳濃度是如何影響植物光合作用的？根據(jù)二氧化碳濃度對光合作用的影響分

析生產(chǎn)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兩種原料之一，因此，環(huán)境中二氧化碳的濃度與光能利用率有密切關系。在自然條件下，陸生植物主要從空氣中吸收二氧化碳，水生植物或暫時浸泡在水中的植物體，吸收溶于水中的二氧化碳�？諝庵卸�氧化碳含量占空氣體積的0.033%左右，據(jù)研究，這一含量對植物光合作用來說是比較低的，在較強的光照下，它限制了光能利用率。例如將棉花、玉米放在二氧化碳為0.064%的空氣中與0.033%的自然條件下進行比較，結(jié)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%。故二氧化碳可稱為氣體肥料。

對于農(nóng)田里的農(nóng)作物，確保良好的通風，可以使空氣不斷地流過葉面，有助于提供較多的二氧化碳；對于大棚或溫室中的農(nóng)作物，通過增施農(nóng)家肥料或使用二氧化碳發(fā)生器，可以增加二氧化碳的含量，進而提高光能利用率。

1．光照強度是如何影響植物光合作用的？根據(jù)光照強度對光合作用的影響分析生產(chǎn)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來源，光照強度直接影響光能利用率。在其它條件都適宜的情況下，在一定范圍內(nèi)，光能利用率隨光照強度提高而加快。當光照強度高到一定數(shù)值后，光照強度再提高而光能利用率不再加快，這種現(xiàn)象叫光飽和現(xiàn)象。開始達到光飽和現(xiàn)象的光照強度稱為光飽和點。在光飽和點以下，隨著光照強度減弱，光能利用率減慢，當減弱到一定光照強度時，光合吸收二氧化碳量與呼吸釋放二氧化碳的量處于動態(tài)平衡，這時的光照強度稱為光補償點，此時植物制造有機物量和消耗有機物量相等。據(jù)研究，不同類型植物的光飽和點和補償點是不同的。陽性植物的光飽和點和補償點一般都高于陰性植物。

　　 通過輪作，延長全年內(nèi)單位土地面積上綠色植物進行光合作用的時間；通過合理密植，增加光合作用面積，進而提高植物光能利用率。

2．結(jié)構(gòu)：　　

　

　　　　　　　

　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

C₃植物的葉片結(jié)構(gòu)　　　　　　　　　　　　　　 C₄植物的葉片結(jié)構(gòu)

列表比較：

	C3植物的葉片結(jié)構(gòu)	C4植物的葉片結(jié)構(gòu)
圍繞維管束的結(jié)構(gòu)
維管束鞘細胞

命題研究

考點搜索	出題方向	解題策略
光合作用的發(fā)現(xiàn)。	考查時往往借光合作用發(fā)現(xiàn)史中科學家的實驗作為背景出題，重點考查設計實驗的思路、方法，還可以考查學生對光合作用的理解。	需要建立完善的知識網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，綜合分析討論以下問題：怎樣鑒定光合作用的產(chǎn)物？怎樣證明光合作用的條件？影響光合作用的內(nèi)部、外界因素有哪些？這些因素是如何影響光合作用的？實驗中是如何設置變量和對照的？
葉綠體中的色素。 (2000年)	考查能否正確識記葉綠體中色素的種類和顏色，能否識別葉綠體中色素的吸收光譜，進而理解色素的作用。	識別葉綠體色素的吸收光譜是難點，要提高對不同吸收光譜的正確識圖能力。
光合作用的過程。 (2003、2004年)	基礎知識的命題主要從反應條件、反應場所、反應速度、原料產(chǎn)物、物質(zhì)變化、能量變化等方面考查光合作用的光反應和暗反應兩個過程，能否理解兩個過程之間的相互聯(lián)系。 綜合命題涉及影響光合作用的因素、不同植物光合作用強弱的比較、光合作用和呼吸作用的關系及這種關系在提高植物有機物積累量上的應用。	解題時最重要的是要分析光反應和暗反應階段的關系、基粒與基質(zhì)的關系，從光能、ATP分子中活躍的化學能到糖類中穩(wěn)定的化學能這一能量轉(zhuǎn)移過程以及分析暗反應中三碳化合物和五碳化合物之間的關系。此外，還應注意光合作用與水分代謝、礦質(zhì)代謝、呼吸作用的聯(lián)系，特別注意分析外界條件對光反應和暗反應的影響和在生產(chǎn)實踐中如何提高光能利用率。
光合作用的重要意義。	考查光合作用作為生物界最基本的物質(zhì)代謝和能量代謝而承擔的“綠色工廠”、“巨大的能量轉(zhuǎn)換站”、“自動的空氣凈化器”的功能。	這種直接考光合作用的重要意義的題型高考題出現(xiàn)次數(shù)不多，但這部分知識通常會與其它知識點如生命的演化結(jié)合起來考，注意綜合分析。
C3植物和C4植物的概念。	考查能否舉例說明C3植物和C4植物固定CO2的過程。	根據(jù)C3植物和C4植物固定CO2的過程及C4植物維管束鞘細胞的結(jié)構(gòu)特點分析C4植物固定CO2的能力比C3植物強。
C3植物和C4植物葉片結(jié)構(gòu)的特點。 (2004年)	需要識別顯微鏡下C3植物和C4植物的橫切面，會鑒定圍繞著維管束的是否是呈“花環(huán)型”的兩圈細胞。	復習時結(jié)合圖文，提高識圖能力。

提分關鍵

在　　　 等植物的光合作用中，CO_2中的C首先轉(zhuǎn)移到C₄中，然后才轉(zhuǎn)

移到C₃中，這類植物叫　　　　 。CO_{2的轉(zhuǎn)移途徑：}

1．概念　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

而小麥、水稻等大多數(shù)綠色植物在光合作用中，CO_2中的C直接轉(zhuǎn)移到C₃中，

叫　　　 。CO_{2的轉(zhuǎn)移途徑：}　　 　　　　　　　　　　　　

6．意義： ①生物界　　　　 的來源；

②調(diào)節(jié)大氣中　　　 和　　　 的含量；

③生物生命活動所需　　　　 的最終來源。

總之，光合作用是生物界最基本的