2025届高三一轮复习生物：光合作用的原理及应用知识清单

第十一讲 光合作用的原理及应用 一、绿叶中色素的提取和分离 1. 色素的提取 原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，因此利用无水乙醇作为溶剂提取绿叶中的色素。 步骤： 研磨：将绿叶剪碎后加入少许二氧化硅（有助于研磨充分）和碳酸钙（防止色素在研磨过程中被破坏），再加入无水乙醇进行研磨。研磨时需迅速且充分，以防止无水乙醇挥发。 过滤：将研磨液倒入漏斗中，漏斗基部放一块单层尼龙布（避免使用滤纸以防止色素被吸收）。 注意事项： 研磨时需快速且充分，以减少无水乙醇的挥发。 提取过程中需避免光照，防止色素分解。 2. 色素的分离 原理：绿叶中的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的色素随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。 方法：纸层析法 步骤： 制备滤纸条：将滤纸条的一端剪去两角，使其呈梯形，以便更好地贴合试管壁。 画滤液细线：用毛细吸管吸取少量滤液，在滤纸条上画出一条细线，确保细线均匀、直且触及层析液（但需注意，滤液细线不能触及层析液，以防止色素溶解于层析液中）。 层析：将滤纸条插入试管中，试管内加入适量的层析液，用棉塞塞紧试管口，并在通风条件下进行。层析液由石油醚、丙酮及苯的混合物组成，易挥发且有毒，因此需特别小心。 实验结果： 色素带从上到下依次为胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）和叶绿素b（黄绿色）。这反映了色素在层析液中的溶解度从大到小的顺序。 色素带的宽度反映了色素在绿叶中的含量，从宽到窄依次为叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素。 3. 色素的作用 吸收光能：色素能够吸收、传递和转化光能，为光合作用提供能量来源。 光谱特性：胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，不吸收红光和橙光；而叶绿素则主要吸收蓝紫光和红光，对绿光吸收较少。因此，在温室或大棚种植蔬菜时，补充的光源应选择红光或蓝紫光，以提高光合作用效率。 二、光合作用的探究历程 普利斯特利实验：点燃的蜡烛（或小鼠）与绿色植物在密闭的玻璃罩中，发现植物可以更新空气。 英格豪斯实验：重复普利斯特利实验500多次，发现只有在阳光下，植物才能更新空气。 梅耶推论：根据能量转化和守恒定律，提出光合作用把光能转化为化学能。 萨克斯实验：绿叶暗处理后，叶片一半曝光，一半遮光。用碘蒸气处理后，发现曝光一半变成深蓝色，而遮光一半无颜色变化，证明光合作用的产物除了氧气还有淀粉。 恩格尔曼实验：利用好氧细菌观察光合作用释放氧气的部位，发现氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。 鲁宾和卡门实验：利用同位素标记法研究光合作用释放氧气的来源，发现光合作用释放的氧气全部来源于水（H₂O）。 卡尔文实验：用¹⁴C标记的CO₂供给小球藻进行光合作用，追踪检测其放射性，发现光合作用中的碳来自二氧化碳（卡尔文循环）。 三、光合作用的基本过程 1. 光反应阶段 场所：类囊体的薄膜上 条件：光、色素、酶 物质变化： 水的分解：2H₂O → O₂ + 4[H]（NADPH） + 4ATP（释放氧气） ATP的生成：ADP + Pi + 能量 → ATP（合成ATP） 能量变化：光能 → ATP中活跃的化学能 2. 暗反应阶段 场所：叶绿体基质 条件：酶、ATP、[H]（NADPH） 物质变化： CO₂的固定：CO₂ + C₅ → 2C₃（固定二氧化碳） C₃的还原：2C₃ + 4[H]（NADPH） + ATP → (CH₂O) + C₅ + H₂O（还原C₃并生成有机物） 能量变化：ATP中活跃的化学能 → 有机物（糖类）中稳定的化学能 3. 总反应式： 6CO₂ + 6H₂O → 6O₂ + C₆H₁₂O₆（在光照条件下，叶绿体内进行） 4. 两者联系： 光反应为暗反应提供[H]（NADPH）和ATP作为还原剂和能量来源。 暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP⁺作为合成ATP的原料。 光反应和暗反应相互独立又同时进行，相互制约又密切联系。 四、光合作用的影响因素及应用 1. 光合作用强度：指在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 2. 呼吸速率：绿色植物组织在黑暗条件下测得的实验容器中O₂的减少量或CO₂的增加量。 3. 真正（总）光合速率：绿色植物组织在有光条件下进行光合作用消耗CO₂或产生O₂的量。 4. 净（表观）光合速率：绿色植物组织在有光条件下，光合作用与细胞呼吸同时进行时测得的实验容器中O₂的增加量或CO₂的减少量。 5. 影响因素： 光照强度：在一定范围内，光合速率随光照强度的增强而加快；超过光饱和点后，光合速率反而会下降。 温度：温度可影响酶的活性，从而影响光合速率。 二氧化碳浓度：在一定范围内，光合速率随二氧化碳浓度的增加而加快；达到一定程度后，光合速率维持在一定水平不再增加。 水分：水是光合作用的原料之一，缺水时光合速率下降。 植物午休现象的主要原因是大气环境的干燥和高温。在中午时分，阳光强烈，气温升高，植物的蒸腾作用加剧，导致叶片失水严重。为了保持体内水分平衡，植物会关闭气孔以减少水分散失。然而，气孔关闭又会导致二氧化碳供应不足，从而影响光合作用的进行。因此，午休现象是植物在长期进化过程中形成的一种抗衡干旱的本能，以减少水分散失，有利于在不良环境下生存。 6. 应用： 适当提高光照强度、延长光合作用时间、增加光合作用面积（如合理密植、间作套种）等措施可提高光合速率。 温室大棚使用无色透明玻璃或薄膜以充分利用各色光提高光照强度。 温室栽培植物时白天适当提高温度、晚上适当降温以优化酶活性和减少呼吸消耗。 温室栽培多施有机肥或放置干冰以提高二氧化碳浓度。 五、化能合成作用 定义：自然界中少数种类的细菌虽然细胞内没有叶绿素不能进行光合作用，但能利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。这种合成作用称为化能合成作用。这些细菌属于自养生物。 实例：硝化细菌等。 考点拓展 色素提取与分离实验的细节：如研磨过程中加入二氧化硅和碳酸钙的作用、过滤时使用尼龙布而非滤纸的原因等。 光合作用与细胞呼吸的关系：理解光合作用和细胞呼吸在物质和能量上的联系与区别，掌握净光合速率和真正光合速率的计算方法。 环境因素对光合作用的影响：分析不同光照强度、温度、二氧化碳浓度和水分条件下光合速率的变化规律及其机制。 光合作用原理的应用：根据光合作用原理提出提高农作物产量的措施，如合理密植、间作套种、温室栽培管理等。 化能合成作用的理解：与光合作用进行比较，理解化能合成作用的原理及其在生态系统中的地位和作用。 学科网（北京）股份有限公司 $$