猩猩生物

二、光合作用與能量轉化

光合作用是唯一能夠捕獲和轉化光能的生物學途徑。

1.捕獲光能的色素—綠葉中色素的提取和分離

（1）實驗原理

提取：色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇（提取液）中；

分離：不同的色素在層析液中的溶解度不同，溶解度高的随層析液在濾紙上擴散的快，反之則慢。

（2）實驗步驟

①提取綠葉中的色素

取材：新鮮的菠菜葉，剪碎；

研磨：加無水乙醇的目的是溶解色素，加碳酸鈣的目的是防止研磨中色素被破壞，加二氧化矽的目的是有助于研磨更充分。

過濾：選擇單層尼龍布，原因是濾紙會吸附色素。

收集： 将濾液收集到試管中，并用棉塞将試管口塞嚴，目的是防止濾液揮發。

②制備濾紙條

濾紙條一段剪去兩個角，目的是使得到的色素帶平齊。

③畫濾液細線

畫線要做到細、直、齊，待濾液幹後再畫2~3次，目的是盡可能的獲得更多的色素。

④色素分離

将濾紙條（有濾液細線的一端朝下）插入層析液中，注意不能讓層析液觸及層析液 。

（3）實驗結果

色素的吸收光譜

葉綠素主要吸收藍紫光和紅光，胡蘿蔔素主要吸收藍紫光。

葉片呈現綠色是因為葉綠素對綠光的吸收最少，綠光被反射出來。

2. 葉綠體的結構

1)結構 色素和與光反應有關的酶(③基粒：由類囊體堆疊而成，分布有)

注意：影響色素合成的因素：

光照：葉綠素隻有在光照條件下才能合成；

溫度：溫度通過影響酶的活性來影響葉綠素的合成；

必需元素：N、Mg等元素是構成葉綠素的元素，缺乏這些元素将無法合成葉綠素。

（2）葉綠體增大膜面積的方式：由類囊體堆疊形成基粒，增大酶的附着面積。

（2）葉綠體的功能

恩格爾曼水綿實驗證明了葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧。

4、光合作用原理的探究曆程

（1）科學界普遍認為CO2中的C與O分開，釋放氧氣，C與H2O結合形成甲醛，再縮合成糖。後發現甲醛對植物有害，且甲醛不能通過光合作用轉化為糖。

（2）希爾反應：離體的葉綠體在适當條件下發生水的光解、産生氧氣的化學反應。

（3）魯賓和卡門：采用同位素示蹤法，證明光合作用釋放的氧氣來自于水。

（4）阿爾農發現葉綠體在光下合成ATP，且該過程總是與水的光解伴随。

（5）卡爾文：用14CO2探明了CO2中的C在光合作用中轉化為有機物中的C的途徑，即卡爾文循環。

5、光合作用的過程

（1）光合作用的總反應式：CO2＋H2O光能(CH2O)＋O2。

（2）光反應與暗反應的過程

注意：水的光解不需要酶的催化；

光反應在有光的條件下才能進行，暗反應不需要光的參與，但暗反應在無光條件下不能進行，原因是缺少光反應提供的[H]和ATP。

光反應的時間略長于暗反應的時間，所以，光照與黑暗交替進行，有利于提高光能的利用率。

光反應中的[H]還原型輔酶Ⅱ，NADPH，呼吸作用中的[H]是還原型輔酶Ⅰ，NADH。

（3）環境因素驟變分析

光照強度不變，增大CO2的濃度，将會導緻C3增多，C5減少，[H]和ATP減少，合成的有機物增多；

光照強度增大，CO2的濃度不變，将會[H]和ATP增多，導緻C3減少，C5增多，合成的有機物增多；

（4）化能合成作用：少數細菌通過無機物氧化釋放的能量制造有機物。如硝化細菌将土壤中的氨氧化成硝酸，利用這一系列化學反應釋放的能量将二氧化碳和水轉換成糖類。屬于自養生物。

6、光合作用的影響因素

（1）内部因素：色素、酶的含量，葉綠體的含量等因素；

（2）外界因素

(1)光照強度(如圖1)

①原理：主要影響光反應階段ATP和[H]的産生。

②分析P點後的限制因素

内因：色素的含量、酶的數量和活性(外因：溫度、CO2濃度)

③應用：溫室生産中，适當增強光照強度，以提高光合速率，使作物增産；

陰生植物的光補償點和光飽和點都較陽生植物低，間作套種農作物，可合理利用光能。

(2)CO2的濃度(如圖2)

①原理：影響暗反應階段C3的生成。

②分析P點後的限制因素

内因：酶的數量和活性(外因：溫度、光照強度)

③應用：在農業生産上可以通過“正其行，通其風”，增施農家肥等增大CO2濃度，提高光合速率。

(3)溫度：通過影響酶的活性而影響光合作用(如圖3)。

應用：溫室栽培植物時，白天調到光合作用最适溫度，以提高光合速率；晚上适當降低溫室内溫度，以降低細胞呼吸速率，保證植物有機物的積累。

(4)水分和礦物質元素

①原理：水既是光合作用的原料，又是體内各種化學反應的介質，如植物缺水導緻萎蔫，使光合速率下降。另外，水分還能影響氣孔的開閉，間接影響CO2進入植物體内。

礦質元素通過影響與光合作用有關的化合物的合成，對光合作用産生直接或間接的影響。如鎂可以影響葉綠素的合成從而影響光反應。

②曲線

③應用：農業生産中，可根據作物的生長規律，合理灌溉和施肥。

(5) 多因素對光合作用的影響

五、光合與呼吸的綜合分析

1、光合作用與呼吸作用的過程比較

物質名稱：b：O2，c：ATP，d：ADP，e：NADPH([H])，f：C5，g：CO2，h：C3。

生理過程及場所

2、光合作用與呼吸作用物質和能量轉移分析

(1)光合作用和有氧呼吸中各種元素的去向

C：CO2暗反應(――→)有機物呼吸Ⅰ(――→)丙酮酸呼吸Ⅱ(――→)CO2

H：H2O光反應(――→)[H]暗反應(――→)(CH2O)有氧呼吸Ⅰ、Ⅱ(―――――→)[H]有氧呼吸Ⅲ(――――→)H2O

O：H2O光反應(――→)O2有氧呼吸Ⅲ(――――→)H2O有氧呼吸Ⅱ(――――→)CO2暗反應(――→)有機物

(2)光合作用與有氧呼吸中[H]和ATP的來源、去路

(3)光合作用與有氧呼吸中的能量轉化

3、光合作用與呼吸作用

(1)内在關系

①細胞呼吸速率：植物非綠色組織(如蘋果果肉細胞)或綠色組織在黑暗條件下測得的值——單位時間内一定量組織的CO2釋放量或O2吸收量。

②淨光合速率：植物綠色組織在有光條件下測得的值——單位時間内一定量葉面積所吸收的CO2量或釋放的O2量。

③真正光合速率＝淨光合速率＋細胞呼吸速率。

曲線

(2)判定方法

根據關鍵詞判定

4、光合作用與細胞呼吸曲線中的“關鍵點”移動

(1)細胞呼吸對應點(A點)的移動：細胞呼吸增強，A點下移；細胞呼吸減弱，A點上移。

(2)補償點(B點)的移動

①細胞呼吸速率增加，其他條件不變時，CO2(或光)補償點應右移，反之左移。

②細胞呼吸速率基本不變，相關條件的改變使光合速率下降時，CO2(或光)補償點應右移，反之左移。

(3)飽和點(C點)和D點的移動：相關條件的改變(如增大光照強度或增大CO2濃度)使光合速率增大時， C點右移，D點上移的同時右移；反之，移動方向相反。

5、植物光合作用和細胞呼吸的日變化曲線分析

(1)自然環境中一晝夜植物CO2吸收或釋放速率的變化曲線

a點：淩晨，溫度降低，細胞呼吸減弱，CO2釋放減少。

b點：有微弱光照，植物開始進行光合作用。

d點：溫度過高，部分氣孔關閉，出現“午休”現象。

bf段：制造有機物的時間段。

ce段：積累有機物的時間段。

一晝夜有機物的積累量＝S1－(S2＋S3)。

(2)密閉容器中一晝夜CO2濃度的變化曲線

(注意：分析光合作用或細胞呼吸速率的變化時，應分析曲線變化趨勢的快慢，也就是斜率。)

AB段：無光照，植物隻進行細胞呼吸。

BC段：溫度降低，細胞呼吸減弱(曲線斜率下降)。

CD段：4時後，微弱光照，開始進行光合作用，但光合作用強度小于細胞呼吸強度。

D點：随光照增強，光合作用強度等于細胞呼吸強度。

DH段：光合作用強度大于細胞呼吸強度。其中FG段表示“光合午休”現象。

H點：随光照減弱，光合作用強度下降，光合作用強度等于細胞呼吸強度。

HI段：光照繼續減弱，光合作用強度小于細胞呼吸強度，直至光合作用完全停止。

I點低于A點：一晝夜，密閉容器中CO2濃度減小，即光合作用大于細胞呼吸，植物能正常生長(若I點高于A點，植物不能正常生長)。

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