光與光合作用

1、專題二細(xì)胞代謝專題聚焦四光與光合作用、葉綠體中色素的種類、提取與分離1.葉綠素和其他色素色素種類葉綠系（3/4）類胡蘿卜素（1/4）葉綠系a葉綠系b胡蘿卜素口顏色藍(lán)綠色黃綠色橙黃色黃色分布葉綠體基粒的囊,犬結(jié)構(gòu)薄膜上吸收光譜葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍(lán)紫光和紅光，類胡蘿卜素（胡蘿卜素和葉黃素）主要吸收藍(lán)紫光化學(xué)特性不溶于水，能榮譽(yù)酒精、丙酮和石油醍等有機(jī)溶劑分離方法紙層析法2.葉綠體中色素的提取和分離（1）原理：提?。喝~綠體中的色素易溶于有機(jī)溶劑而不溶于水，將葉片磨碎后可用無(wú)水乙醇等有機(jī)溶劑提取色素。分離：層析也是一種脂溶性很強(qiáng)的有機(jī)溶劑，不同色素在層析液中的溶解度不同：溶解度打的在濾紙上擴(kuò)散

2、得快，溶解度小的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得慢。因此，葉綠體中的色素就在擴(kuò)散過(guò)程中被分離出來(lái)。（2）實(shí)驗(yàn)中集中化學(xué)物質(zhì)的作用 無(wú)水乙醇：作為提取液，可溶解綠葉中的色素。 層析液：用于分離色素。二氧化硅：破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使研磨充分。碳酸鈣：中和研磨過(guò)程中釋放出的酸性物質(zhì)，從而防止葉綠體中的色素被破壞。（3）實(shí)驗(yàn)流程步驟操作要點(diǎn)說(shuō)明提取色素加少許SiO2和CaCQ10mL無(wú)水乙醇，迅速研磨并用單層尼龍?bào)w過(guò)濾加SiQ為了研磨得更充分；加CaCO防止研磨時(shí)葉綠素受到破壞制備濾紙條在剪去兩角的濾紙條一端1cm處用鉛筆畫(huà)一條細(xì)線剪去兩角以保證色素在濾紙上擴(kuò)散均勻、整齊，否則會(huì)形成弧形色素帶畫(huà)濾液細(xì)線用毛細(xì)吸管吸取

3、色素濾液，沿鉛筆線均勻畫(huà)一條濾液細(xì)線，待濾液干后再畫(huà)一兩次濾液細(xì)線要細(xì)、直干燥后重復(fù)畫(huà)一兩次，既使濾液細(xì)線有較多的色素，又使各色素?cái)U(kuò)散的起點(diǎn)相同色素分離將適量層析液倒入試管一插入濾紙條-棉塞塞緊試管口層析液一定不能沒(méi)過(guò)濾液細(xì)線觀察結(jié)果濾紙條上呈現(xiàn)四條顏色、寬度均不相向的色素帶色素帶由上至卜：胡蘿卜素（最細(xì)）、葉黃素（細(xì)）、葉綠系a（取粗）、口|/錄系b（次粗）（4）葉綠體色素提取分離實(shí)驗(yàn)異?，F(xiàn)象分析：收集到的濾液綠色過(guò)淺的原因分析：a未加石英砂（SiO2）,研磨不充分。b使用放置數(shù)天的菠菜葉，色素太少。c一次加入大量的無(wú)水乙醇，提取濃度太低（正確做法：分次加入少量無(wú)水乙醇提取色素）d未加CaC

4、O或加入過(guò)少，色素分子被破壞。濾紙條色素帶重疊：濾紙條上的濾液細(xì)線接觸到層析液。濾紙條上不見(jiàn)色素帶a忘記畫(huà)濾液細(xì)線b濾液細(xì)線接觸到層析液，且時(shí)間較長(zhǎng)，色素全部溶解到層析液中。c層析時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致色素隨層析液蒸發(fā)。二、光合作用的原理及應(yīng)用1.光合作用發(fā)現(xiàn)史中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)分析（1） 1771年普里斯特利實(shí)驗(yàn)植物更新空氣缺點(diǎn)：缺乏對(duì)照實(shí)驗(yàn)（記錄時(shí)漏掉了實(shí)驗(yàn)在陽(yáng)光下進(jìn)行這一重要條件，后來(lái)英格豪斯為其糾正）（2） 1864年薩克斯實(shí)驗(yàn)提前暗處理一一目的：消耗掉葉片中原有的淀粉，避免干擾實(shí)驗(yàn)過(guò)程、現(xiàn)象（結(jié)果）實(shí)驗(yàn)組：一半曝光脫色處理空深藍(lán)色”光下產(chǎn)生淀粉對(duì)照組：一半遮光碘蒸氣處理不變藍(lán)色:（運(yùn)用對(duì)照實(shí)驗(yàn)）（

5、3） 1880年恩格爾曼實(shí)驗(yàn)水綿黑暗、無(wú)至氣好氧細(xì)菌:顯微鏡.察，極細(xì)光束照射葉綠體一一好氧細(xì)菌集中在照光處完全曝光一一好氧細(xì)菌集中在帶狀葉綠體處實(shí)驗(yàn)組：極細(xì)光束照射處的葉綠體對(duì)照組：黑暗處的葉綠體和完全曝光的葉綠體恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)巧妙之處選材方面，選用水綿為實(shí)驗(yàn)材料。水綿不僅具有細(xì)長(zhǎng)的帶狀葉綠體，而且葉綠體呈螺旋狀地分布在細(xì)胞中，便于觀察、分析研究。將臨時(shí)裝片放在黑暗并且沒(méi)有空氣的環(huán)境中，排除了光線和氧氣的影響，從而確保實(shí)驗(yàn)正常進(jìn)行。選用了極細(xì)光束照射，并且選用好氧細(xì)菌檢測(cè)，從而能夠準(zhǔn)確判斷出水綿細(xì)胞中釋放氧的部位。進(jìn)行黑暗（局部光照）和曝光對(duì)比實(shí)驗(yàn)，從而明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全是光照引起的。（4

6、） 20世紀(jì)30年代魯賓、卡門實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法：同位素標(biāo)記法提供WJUAXl.-植物釋放的氧氣全部為"5）相互提供hzo,c14o?一植物徉放的契氣全部為對(duì)照I光能1反應(yīng)式$6依+12可口葉綠茶GJ%Q特別提醒在光合作用的發(fā)現(xiàn)中，大多數(shù)科學(xué)家們利用了對(duì)照實(shí)驗(yàn)，使結(jié)果和結(jié)論更科學(xué)、準(zhǔn)確。(1)薩克斯：自身對(duì)照，自變量為光照(一半曝光與另一半遮光)，因變量為顏色變化。(2)恩格爾曼：自身對(duì)照，自變量為光照(照光處與不照光處；黑暗與完全曝光)，因變量為好氧菌的分布。(3)魯賓和卡門：相互對(duì)照，自變量為標(biāo)記物質(zhì)(h28O與C18O),因變量為O的放射性。(4)普里斯特利：缺少空白對(duì)照，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)

7、服力不強(qiáng)。2 .光合作用過(guò)程暗反應(yīng)光反應(yīng)固定>-G多種的催化Q-二靛)必須在光下有光、無(wú)光都可以葉綠體類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)物質(zhì)轉(zhuǎn)化水光解2H-4H+OTATP的合成酶AD耳PiATP目匕單.CO的固定CO+G-2GQ的還原AT%酶2。一（Ch2O）+G+H2。能量光能一->電能->活躍化學(xué)能，并轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存在ATP中ATP中活躍的化學(xué)能>(CH2O)中穩(wěn)定的化學(xué)能光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供H和ATP;暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供AD可口Pi;沒(méi)有光反應(yīng)，暗反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行；沒(méi)有暗反應(yīng)，有機(jī)物無(wú)法合成3 .光合作用的影響因素(1)影響光合作用的內(nèi)部因素 植物種類不同，光合速率不同。光合速率取決于葉

8、肉細(xì)胞中葉綠體的數(shù)量、葉綠體中色素的含量以及光合酶的種類和數(shù)量。 同一植物在不同的生長(zhǎng)發(fā)育階段、不同部位的葉片、同一部位的葉片在不同的葉齡時(shí)，光合速率不同。I北合作用速聿尸開(kāi)荏期A甘養(yǎng)生長(zhǎng)期助俄斯#光強(qiáng)度曲線分析：在外界條件相同的情況下，光合作用速率由弱到強(qiáng)依次是幼苗期、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期、開(kāi)花期。應(yīng)用：根據(jù)植物在不同生長(zhǎng)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(zhǎng)。（2）影響光合作用的環(huán)境因素及曲線分析空氣中CO濃度、土壤中水分的多少、光照的長(zhǎng)短與強(qiáng)弱，光的成分以及溫度的高低等，者B是影響光合作用強(qiáng)度的外界因素。光照一一光合作用的動(dòng)力a光照時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生的光合產(chǎn)物越

9、多。b光質(zhì)，由于色素吸收可見(jiàn)光中的紅光和藍(lán)紫光最多，吸收綠光最少，故不同波長(zhǎng)的光對(duì)光合作用的影響不一樣，建溫室時(shí)，選用無(wú)色透明的的玻璃（或塑料薄膜）做頂棚，能提高光能利用率。c光照強(qiáng)度：在一定光照強(qiáng)度范圍內(nèi)，增加光照強(qiáng)度可提高光合作用速率。co：光.照強(qiáng)度光飽和點(diǎn)”出觀光合速率1；01啜收K正光合速率>曲線分析：A點(diǎn)光照強(qiáng)度為0,此時(shí)只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，釋放CO量表示此時(shí)的呼吸強(qiáng)度。AB段表明光照強(qiáng)度加強(qiáng)，光合作用速率逐漸加強(qiáng)，CO的釋放量逐漸減少，有一部分用于光合作用；而到B點(diǎn)時(shí)，細(xì)胞呼吸釋放的CO全部用于光合作用，即光合作用強(qiáng)度=細(xì)胞呼吸強(qiáng)度，B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度稱為光補(bǔ)償點(diǎn)。BC段表明隨

10、著光照強(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)對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度稱為光飽和點(diǎn)。應(yīng)用：陰生植物的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)比較低，如上圖虛線所示。間作套種時(shí)農(nóng)作物的種類搭配，林帶樹(shù)種的配置，冬季溫室栽培避免高溫等都與光補(bǔ)償點(diǎn)有關(guān)。外界條件變化時(shí)，CO（光）補(bǔ)償點(diǎn)移動(dòng)規(guī)律：呼吸速率增加，CO（光）補(bǔ)償點(diǎn)右移I呼吸速率減小，CO（光）補(bǔ)償點(diǎn)左移呼吸速率基本不變，條件的改變使光合速率下降，CO（光）補(bǔ)償點(diǎn)右移；CO（光）補(bǔ)償點(diǎn)左移。L條件的改變使光合速率上升時(shí)，.光照面積t.雨陸4光告柞用船際wofi4_S&* 葉面積指數(shù)曲線分析：OA段表明隨葉面積的不斷增大，光合作用實(shí)際量不斷增大

11、，A點(diǎn)為光合作用面積的飽和點(diǎn)。隨葉面積的增大，光合作用強(qiáng)度不再增加，原因是有很多葉被遮擋，光照不足。O破表明干物質(zhì)量隨光合作用增加而增加，而由于A點(diǎn)以后光合作用強(qiáng)度不再增加，但葉片隨葉面積的不斷增加，呼吸量（001殳）不斷增加，所以干物質(zhì)積累量不斷降低（BC段）。應(yīng)用：適當(dāng)間苗、修剪，合理施肥、澆水，避免徒長(zhǎng)。封行過(guò)早，使中下層葉子所受的光照往往在光補(bǔ)償點(diǎn)以下，白白消耗有機(jī)物，造成不必要的浪費(fèi)。CQ濃度光合作用速率等于細(xì)胞呼吸速率時(shí)的CO濃度，即CO補(bǔ)償點(diǎn)；圖2中的A'點(diǎn)表示進(jìn)行光合作用所需CO的最低濃度。兩圖中的B和B'點(diǎn)都表示CO飽和點(diǎn)，兩圖都表示在一定范圍內(nèi)，光合作用速率

12、隨CO濃度增加而增大。應(yīng)用：大田要“正其行，通其風(fēng)”，多施有機(jī)肥；溫室內(nèi)可適當(dāng)補(bǔ)充CO,即適當(dāng)提高CO濃度可提高農(nóng)作物產(chǎn)量。必需礦質(zhì)元素光合速率曲線分析：在一定濃度范圍內(nèi)，增大必需礦質(zhì)元素的供應(yīng)，可提高光合作用速率，但當(dāng)超過(guò)一定濃度后，會(huì)因土壤溶液濃度過(guò)高而導(dǎo)致植物光合作用速率下降。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)、適量地增施肥料，可以提高作物的光能利用率。溫度曲線分析：溫度主要是通過(guò)影響酶的活性而影響光合作用速率。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。白天調(diào)到光合作用最適溫度，以提高光合作用速率；晚上適當(dāng)降低溫室溫度，以降低細(xì)胞呼吸速率,證植物有機(jī)物的

13、積累。多因子變量對(duì)光合作用速率影響的分析(外界因素)尤理強(qiáng)度光.甥率高淞度Oh中選度CG1低流度cm曲線分析：P點(diǎn)時(shí)，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。當(dāng)?shù)絈點(diǎn)時(shí)，橫坐標(biāo)所表示的因素，不再是影響光合速率的因子，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。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，增加光合作用酶的活性，提高光合速率，也可同時(shí)充入適量的CO,進(jìn)一步提高光合速率，當(dāng)溫度適宜時(shí)，要適當(dāng)提高光口強(qiáng)度和CO濃度以提高光合速率?？傊?，可根據(jù)具體情況，通過(guò)提高光照強(qiáng)度、調(diào)節(jié)溫度或增加CO濃度等來(lái)充分提高光合速率，以達(dá)到增產(chǎn)的

14、目的。典型例題分析：甲、乙兩圖分別表示光照強(qiáng)度和空氣中CO含量對(duì)某綠色植物光合作用的影響，丙圖表示一天內(nèi)某時(shí)間段蔬菜大棚內(nèi)CO濃度隨時(shí)間的變化曲線。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題。(1)甲圖中的B點(diǎn)與乙、丙圖中的點(diǎn)葉肉細(xì)胞所處的生理狀態(tài)相同，此時(shí)細(xì)胞中能產(chǎn)生ATP的部位有;如果在缺鎂的條件下，G點(diǎn)將向方移動(dòng)。(2)C點(diǎn)與B點(diǎn)相比較，葉綠體基質(zhì)中C3的含量(填“較多”、“較少”或“不變)。E點(diǎn)的外界因素是(3)甲圖中A點(diǎn)所進(jìn)行的生理反應(yīng)表達(dá)式為(4)光合作用在遇到一定限制因素時(shí)，其速率將不再增加，圖中限制(5)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤干旱時(shí)，植物根細(xì)胞會(huì)迅速合成某種化學(xué)物質(zhì)X。有人推測(cè)根部合成的X運(yùn)輸?shù)饺~片，能調(diào)節(jié)氣孔的開(kāi)閉。他們做了如下實(shí)驗(yàn)：從該植株上剪取大小和