能量之源光與光合作用知識(shí)點(diǎn)

1、光合作用的探究歷程實(shí)施者 實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 普利斯特利 點(diǎn)燃的蠟燭與綠色植物，密閉蠟燭不熄滅 小鼠與綠色植物，密閉小鼠不易窒息 植物能更新污濁空氣 英格豪斯重復(fù)500多次普利斯特利的植物更新空氣的實(shí)驗(yàn)只有在陽光照射下，植物才能更新空氣 梅耶根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律指出光合作用把光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲(chǔ)存起來薩克斯 綠色葉片光合作用產(chǎn)生恩格爾曼 O2是葉綠體釋放出來的，葉綠體是光合作用的場(chǎng)所 魯賓、卡門 光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來自水 【特別提醒】薩克斯實(shí)驗(yàn)中黑暗處理的目的：消耗掉葉片中原有的淀粉。曝光與遮光形成對(duì)照，檢驗(yàn)試劑為碘蒸氣，檢驗(yàn)前用酒精處理，目的是溶解色素；恩格爾曼選用水

2、綿做實(shí)驗(yàn)材料的好處：葉綠體大呈帶狀，便于觀察，所用細(xì)菌為好氧細(xì)菌；魯賓、卡門用的實(shí)驗(yàn)方法為示蹤原子法(同位素標(biāo)記法)。(1)薩克斯：自身對(duì)照，自變量為是否照光(一半曝光與另一半遮光)，因變量為葉片是否制造出淀粉。(2)魯賓和卡門：相互對(duì)照，自變量為標(biāo)記物質(zhì)(H218O與C18O2)，因變量為O2的放射性。(3)普利斯特利：密閉的玻璃罩是否加植物為自變量，蠟燭燃燒時(shí)間或小鼠存活時(shí)間為因變量?？键c(diǎn)1葉綠體中的色素 1綠葉中色素種類及其吸收光譜色素種類 吸收光 吸收光譜圖示 葉綠素(含量約占3/4) 葉綠素a(藍(lán)綠色) 吸收紅光和藍(lán)紫色 葉綠素b(黃綠色) 吸收紅光和藍(lán)紫光 類胡蘿卜素(含量約占1/

3、4) 胡蘿卜素(橙黃色) 吸收藍(lán)紫光 葉黃素(黃色) 吸收藍(lán)紫光 2.色素的分布、功能及特性(1)分布：葉綠體類囊體的薄膜上。(2)功能：吸收光能、傳遞光能(四種色素)、轉(zhuǎn)化光能(只有少數(shù)處于特殊狀態(tài)的葉綠素a)。 應(yīng)用指南 1對(duì)葉綠體色素吸收光譜的理解(1)不同顏色的光線會(huì)對(duì)植物的生長發(fā)育產(chǎn)生不同的影響。(2)葉綠體中的色素只吸收可見光，而對(duì)紅外光和紫外光等不吸收。(3)葉綠素對(duì)紅光和藍(lán)紫光的吸收量大，類胡蘿卜素對(duì)藍(lán)紫光的吸收量大，但對(duì)其他波段的光并非不吸收，只是吸收量較少。各種色素的吸收光譜：葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光，綠光幾乎不被吸收，被反射出來，因而葉片呈綠色

4、。 2色素吸收光譜的應(yīng)用不同顏色溫室大棚的光合效率(1)無色透明大棚日光中各色光均能透過，有色大棚主要透過同色光，其他光被其吸收，所以用無色透明的大棚光合效率最高。(2)葉綠素對(duì)綠光吸收最少，因此綠色塑料大棚光合效率最低。考點(diǎn)2光合作用的過程 1過程圖解光合作用中釋放的氧氣，其中的氧元素都來自于水，二氧化碳中的碳元素首先進(jìn)入C3，然后進(jìn)入(CH2O)，如下列方程式所示：2光反應(yīng)與暗反應(yīng)比較項(xiàng)目光反應(yīng)暗反應(yīng)場(chǎng)所基粒類囊體膜上葉綠體的基質(zhì)條件色素、光、酶、水、ADP多種酶、CO2、ATP、H反應(yīng)產(chǎn)物H、O2、ATP有機(jī)物、ADP、Pi、水物質(zhì)變化2H2O4HO2ADPPiATPCO2的固定：CO2

5、C52C3CO2的還原：(CH2O)C5H2O能量變化 光能電能ATP 中活躍的化學(xué)能 ATP中活躍的化學(xué)能糖類等有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能 實(shí)質(zhì) 光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，水光解產(chǎn)生O2和H 同化CO2形成 (CH2O) 聯(lián)系 光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供H和ATP 暗反應(yīng)產(chǎn)生的ADP和Pi為光反應(yīng)合成ATP提供原料應(yīng)用指南1光合作用產(chǎn)物與底物間各種元素之間的相互關(guān)系(1)氧元素(2)碳元素：CO2C3(CH2O)。(3)氫元素：H2OH(CH2O)。2光照和CO2濃度對(duì)光合作用過程及中間產(chǎn)物的影響及動(dòng)態(tài)變化規(guī)律條件 C3 C5 H和ATP (CH2O)合成量 停止光照，CO2供應(yīng)不變 增加 減少 減少或沒有 減少

6、或沒有 增加光照，CO2供應(yīng)不變 減少 增加 增加 增加 光照不變，停止CO2供應(yīng) 減少 增加 增加 減少或沒有 光照不變，增加CO2供應(yīng) 增加 減少 減少 增加 考點(diǎn)3光合作用與有氧呼吸之間的關(guān)系類型內(nèi)容項(xiàng)目光合作用有氧呼吸代謝類型合成代謝(或同化作用)分解代謝(或異化作用)場(chǎng)所葉綠體活細(xì)胞(主要在線粒體中)條件光、色素、酶酶、有光無光均可進(jìn)行物質(zhì)變化無機(jī)物(CO2H2O) 有機(jī)物有機(jī)物無機(jī)物(CO2H2O)ATP能量變化光能化學(xué)能(儲(chǔ)能)化學(xué)能ATP熱能(放能)實(shí)質(zhì)合成有機(jī)物，儲(chǔ)存能量分解有機(jī)物，釋放能量聯(lián)系光合作用為細(xì)胞呼吸提供物質(zhì)和能量基礎(chǔ)，細(xì)胞呼吸為光合作用提供原料共同維持自然界的碳

7、循環(huán)H和ATP的來源、去向分析 光合作用 有氧呼吸 H 來源 H2O光解產(chǎn)生 有氧呼吸第一、二階段 去向 還原C3 用于第三階段還原O2 ATP 來源 光反應(yīng)階段產(chǎn)生 三個(gè)階段都產(chǎn)生 去向 用于C3還原供能 用于各項(xiàng)生命活動(dòng) (植物的C3還原除外) 兩者共同維持自然界的碳循環(huán) 應(yīng)用指南 1光合作用只有植物的綠色細(xì)胞和光合細(xì)菌能進(jìn)行，但細(xì)胞呼吸則是所有活細(xì)胞都能進(jìn)行的。2光合作用光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP只供暗反應(yīng)利用，而細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的ATP可供各項(xiàng)生命活動(dòng)利用。3光合作用的光反應(yīng)中產(chǎn)生的H來自于水的光解，用于暗反應(yīng)中C3的還原以生成(CH2O)；有氧呼吸中產(chǎn)生的H來自第一、二階段有機(jī)物的氧化，用于第三

8、階段與O2結(jié)合生成H2O，并產(chǎn)生大量ATP。4原核生物雖無葉綠體或線粒體，但也可進(jìn)行光合作用(如藍(lán)藻)和有氧呼吸(如藍(lán)藻、根瘤菌等)。5生命活動(dòng)的能量供應(yīng)過程：光能ATP中活躍的化學(xué)能有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能ATP中活躍的化學(xué)能生命活動(dòng)考點(diǎn)4影響光合作用的因素與應(yīng)用 1內(nèi)部因素(1)同一植物的不同生長發(fā)育階段根據(jù)植物在不同生長發(fā)育階段光合作用速率不同，適時(shí)適量地提供水肥及其他環(huán)境條件，以使植物茁壯成長。(2)同一葉片的不同生長發(fā)育時(shí)期曲線分析：OA段為幼葉，隨幼葉的生長，葉面積不斷增大，葉內(nèi)葉綠體、葉綠素含量不斷增加，光合作用速率不斷增加。AB段為壯葉，葉片的面積、葉綠體和葉綠素都處于穩(wěn)定狀態(tài)，光

9、合速率也基本穩(wěn)定。BC段為老葉，隨著葉齡的增加，葉片內(nèi)葉綠素被破壞，光合速率也隨之下降。應(yīng)用：農(nóng)作物、果樹管理后期適當(dāng)摘除老葉、殘葉、莖葉蔬菜及時(shí)換新葉，這樣可減少其細(xì)胞呼吸對(duì)有機(jī)物的消耗。2單因子外界因素的影響(1)光照強(qiáng)度曲線分析aA點(diǎn)光照強(qiáng)度為零，只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，A點(diǎn)即表示植物呼吸速率。bAB段表明隨光照強(qiáng)度加強(qiáng)，光合作用逐漸加強(qiáng)，CO2的釋放量逐漸減少，有一部分用于光合作用；到B點(diǎn)時(shí)，細(xì)胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用，即光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度，B點(diǎn)稱為光補(bǔ)償點(diǎn)，陰生植物光補(bǔ)償點(diǎn)左移(如虛線所示)。cBC段表明隨光照強(qiáng)度不斷加強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度不斷加強(qiáng)，到C點(diǎn)以上不再加強(qiáng)了。C點(diǎn)

10、對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度稱為光合作用的飽和點(diǎn)，C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的CO2吸收值表示凈光合速率。d真正光合速率凈光合速率呼吸速率。應(yīng)用：陰生植物的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)比較低，如虛線所示。間作套種時(shí)農(nóng)作物的種類搭配，林帶樹種的配置、合理采伐，冬季溫室栽培避免高溫等都與光補(bǔ)償點(diǎn)有關(guān)。(2)CO2濃度曲線分析：圖1中A點(diǎn)表示CO2補(bǔ)償點(diǎn)，即光合作用速率等于呼吸作用速率時(shí)的CO2濃度，圖2中A點(diǎn)表示進(jìn)行光合作用所需CO2的最低濃度。B和B點(diǎn)都表示CO2飽和點(diǎn)。應(yīng)用：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可以通過“正其行，通其風(fēng)”，增施農(nóng)家肥等增大CO2濃度，提高光合作用速率。(3)礦質(zhì)元素曲線的含義：在一定濃度范圍內(nèi)，增大必需礦質(zhì)元素的供應(yīng)，可提高光

11、合作用速率，但當(dāng)超過一定濃度后，會(huì)因土壤溶液濃度過高使植物吸水困難從而導(dǎo)致光合作用速率下降。應(yīng)用：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，根據(jù)植物的需肥規(guī)律，適時(shí)地、適量地增施肥料，可 以提高作物的光合作用。(4)溫度曲線分析：溫度是通過影響與光合作用有關(guān)的酶的活性而影響光合作用速率的。應(yīng)用：冬天，溫室栽培可適當(dāng)提高溫度；夏天，溫室栽培可適當(dāng)降低溫度；增大晝夜溫差獲得高產(chǎn)。 3.多因子外界因素對(duì)光合作用速率的影響(1)曲線分析P點(diǎn)前，限制光合速率的因素應(yīng)為橫坐標(biāo)所表示的因子，隨其因子的不斷加強(qiáng)，光合速率不斷提高。P點(diǎn)到Q點(diǎn)之間，限制因子既有橫坐標(biāo)因素，也有其他因素。Q點(diǎn)后，橫坐標(biāo)所表示的因素，不再是影響光合速率的因子，

12、要想提高光合速率，可采取適當(dāng)提高圖示中的其他因子的方法。(2)應(yīng)用溫室栽培時(shí)，在一定光照強(qiáng)度下，白天適當(dāng)提高溫度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同時(shí)適當(dāng)充加CO2，進(jìn)一步提高光合速率。當(dāng)溫度適宜時(shí)，可適當(dāng)增加光照強(qiáng)度和CO2濃度以提高光合速率。總之，可根據(jù)具體情況，通過增加光照強(qiáng)度、調(diào)節(jié)溫度或增加CO2濃度來充分提高光合速率，以達(dá)到增產(chǎn)的目的。特別提醒光合作用與細(xì)胞呼吸的計(jì)算 植物進(jìn)行光合作用吸收CO2的同時(shí)，還進(jìn)行呼吸作用釋放CO2，而呼吸作用釋放的部分或全部CO2未出植物體又被光合作用利用，這時(shí)在光照下測(cè)定的CO2的吸收量稱為表觀光合速率或凈光合速率。表觀光合速率與真正光合速率的關(guān)系

13、如圖：在不考慮光照強(qiáng)度對(duì)呼吸速率影響的情況下，OA段代表植物呼吸速率，OD段表示植物表觀光合作用速率，OA+0D段表示真正光合速率，它們的關(guān)系為：真正光合速率=表現(xiàn)光合速率+呼吸速率。 具體表達(dá)為：光合作用消耗總CO2=從外界吸收的CO2+呼吸產(chǎn)生的CO2； 光合作用產(chǎn)生的總O2=釋放到外界的O2+呼吸消耗的O2 一晝夜有機(jī)物的積累量(用CO2量表示)：積累量=白天從外界吸收的CO2晚上呼吸釋放的CO2。 光合作用相對(duì)強(qiáng)度可用如下三種方式表示： aO2釋放量(或?qū)嶒?yàn)容器內(nèi)O2增加量)； bCO2吸收量(或?qū)嶒?yàn)容器內(nèi)CO2減少量)； c植物重量(有機(jī)物)的增加量。表觀光合速率和真正光合速率 真正

14、光合速率=表觀光合速率+呼吸速率 表觀光合速率常用O2釋放量、CO2吸收量、有機(jī)物積累量等來表示。 真正光合速率常用光合作用產(chǎn)生O2量、CO2固定量、有機(jī)物的產(chǎn)生量來表示。測(cè)定方法 a呼吸速率：將植物置于黑暗中，測(cè)定實(shí)驗(yàn)容器中CO2增加量、O2減少量或有機(jī)物減少量。 b凈光合速率：將植物置于光下，測(cè)定實(shí)驗(yàn)容器中O2增加量、CO2減少量或有機(jī)物增加量。應(yīng)用指南 a植物每天的有機(jī)物積累量取決于光合作用與細(xì)胞呼吸速率的代數(shù)和(即凈光合速率)，若大于零，則凈積累，植物生長；若小于零，則凈消耗，植物無法正常生長。 b在有關(guān)問題中，若相關(guān)數(shù)據(jù)是在黑暗(或光照強(qiáng)度為零)時(shí)測(cè)得，則該數(shù)據(jù)代表呼吸速率。黑暗中只

15、進(jìn)行細(xì)胞呼吸，凈光合速率為負(fù)值，真光合速率為零。若是在光下測(cè)得，則該數(shù)據(jù)代表凈光合速率，只有特別說明是光合總量時(shí)，才代表真光合速率?？键c(diǎn)5化能合成作用 1概念：化能合成作用是一些生物(如硝化細(xì)菌)利用化學(xué)能(體外環(huán)境物質(zhì)氧化釋放的能量)把CO2和H2O合成儲(chǔ)存能量的有機(jī)物的過程。2實(shí)例：硝化細(xì)菌主要有兩類：一類是亞硝化細(xì)菌，可將氨氧化成亞硝酸；另一類是硝化細(xì)菌，可以把亞硝酸氧化成硝酸，兩者都能利用釋放的能量都能把無機(jī)物合成有機(jī)物。3光合作用和化能合成作用可用下式表示應(yīng)用指南 光合作用與化能合成作用的比較項(xiàng)目化能合成作用光合作用不同點(diǎn)動(dòng)力來源體外無機(jī)物氧化放出的能量光能相關(guān)生物類型原核生物(如硝

16、化細(xì)菌等)主要為綠色植物，還有藍(lán)藻、光合細(xì)菌等相同點(diǎn)代謝類型自養(yǎng)型物質(zhì)變化將無機(jī)物(CO2等)轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存能量的有機(jī)物反應(yīng)式CO2H2O(CH2O)O2相關(guān)生物在生態(tài)系統(tǒng)中的地位生產(chǎn)者 考點(diǎn)6實(shí)驗(yàn)面面觀：綠葉中色素的提取與分離 1實(shí)驗(yàn)原理(1)葉綠體中的色素能溶解在有機(jī)溶劑無水乙醇(或丙酮)中，所以用無水乙醇可提取葉綠體中的色素。(2)色素在層析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子隨層析液在濾紙條上擴(kuò)散得快，溶解度低的色素分子隨層析液在濾紙條上擴(kuò)散得慢，因而可用層析液將不同色素進(jìn)行分離。2實(shí)驗(yàn)流程觀察結(jié)果：濾紙條上出現(xiàn)四條寬度、顏色不同的色帶整理、洗手3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果：色素的種類和顏色見下圖應(yīng)用指南

17、1基本技術(shù)要求(1)實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵葉片要新鮮、顏色要深綠。濾液收集后，要及時(shí)用棉塞將試管口塞緊，以免濾液揮發(fā)。濾液細(xì)線不僅要細(xì)、直，而且要含有比較多的色素。濾紙上的濾液細(xì)線不能浸入層析液中。(2)注意事項(xiàng)制備定性濾條時(shí)，注意雙手盡量不要接觸紙面，以免手上的油脂或其他臟物污染濾紙。根據(jù)燒杯的高度制備濾紙條，讓濾紙條長度高出燒杯1cm，高出的部分做直角彎折。畫濾液細(xì)線時(shí)，用力要均勻，速度要適中。研磨要迅速、充分。a.因?yàn)楸菀讚]發(fā)；b.為了使葉綠體完全破裂，從而能提取較多的色素；c.葉綠素極不穩(wěn)定，能被活細(xì)胞中的葉綠素酶水解而破壞。制備濾條時(shí)，要將濾紙條的一端剪去兩角，這樣可以使色素在濾紙條上擴(kuò)散均勻，便于觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2拓展延伸(1)影響葉綠素合成的因素光照：光是影響葉綠素合成的主要條件，一般植物在黑暗中不能合成葉綠素，因而葉片發(fā)黃。溫度：溫度可影響與葉綠素合成有關(guān)的酶的活性，進(jìn)而影響葉綠素的合成。低溫時(shí)，葉綠素分子易被破壞，因而葉子變黃。礦質(zhì)元素：葉綠素中含N、Mg等礦質(zhì)元素，若缺乏將導(dǎo)致葉綠素?zé)o法合成，老葉先變