第5章 第4节 光合作用与能量转化-【一本】高中生物知识大盘点

第4节 光合作用与能量转化5年63考 实验装置 修 色素的提取 知识点1绿叶中色素的提取和分离一重点 1 碳酸钙 1.色素的提取 可用体积分数为95%的乙醇加入 适量无水碳酸钠来代替 第5章 (1)实验原理 ①绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，可以用无 提取 醇过滤 色素 水乙醇提取。 细胞的能量供 ②由于色素存在于细胞内，需要先破碎细胞才能释放出色素。 少实验装置 (2)实验步骤 色素的分离 和利用 干燥的定性滤纸 称 称取5g绿叶 铅笔线 剪 剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中 剪两角 二氧化硅 有助于研磨得充分 制备滤纸条、画滤液 碳酸钙 细线 加 防止研磨中叶绿素被破坏 无水乙醇 溶解色素、提取色素 不能用纱布 滤液细线 磨 迅速、充分地进行研磨 或滤纸，因为 层析液 它们易吸附 滤 用单层尼龙布过滤，收集滤液 或 鸟素 棉塞 (3)实验结果：得到多种光合色素的混合液。 滤纸条 试管 2.色素的分离 滤液细线 层析液 (1)实验原理：不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高 铁架台 的色素随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。 分离绿叶中的色素 (2)实验步骤 制 制备 将滤纸条的一端剪去两角，并在距这一端底部 滤纸条1c处用铅笔画一条细的横线 画 画滤液用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画 细线 出一条细线。待滤液干后，再重画一到两次 一→知识拓展 纸层析 将适量的层析液倒入试管中，将滤纸条轻轻插 胡萝卜素 析 色素 人层析液中，用棉塞塞紧试管口 叶黄素 叶绿素a (3)实验结果 滤液细线不能触及层析液 叶绿素b 色素种类色素颜色色素含量 溶解度 扩散速度 圆形滤纸片分离色素 胡萝卜素 橙黄色 最少 最高 最快 叶黄素 黄色 较少 较高 较快 叶绿素a 蓝绿色 最多 较低 较慢 叶绿素b 黄绿色 较多 最低 最慢 。062● 3.实验异常现象分析 异常现象 原因分析 -特别提醒 必 滤纸条色素带①滤液细线不直： ①选取材料时应选择 重叠 ②滤液细线过粗 颜色较深的新鲜绿叶， ①忘记画滤液细线； 其色素含量较高。 滤纸条看不见 色素带 ②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全 ②叶绿素极不稳定，易 部溶解到层析液中 被破坏，因此研磨时要 第5章 ①未加二氧化硅或研磨不充分； 迅速、充分。 ②使用放置数天的绿叶或绿叶用量少，色素（叶 ③滤液细线干燥后再 收集到的滤液绿素)含量太少； 重画1~2次，使滤液细 细胞的 绿色过浅 ③一次加入大量的无水乙醇，导致提取液浓度 线处有较多的色素。 太低； 应分次加入少量无水乙醇 ④剪去滤纸条一端的 ④未加碳酸钙或加入过少，叶绿素被破坏 两角，若未剪去滤纸条 量供应和利用 滤纸条上只呈 ①未加碳酸钙，导致叶绿素被破坏； 现胡萝卜素、叶 一端的两角，滤纸条边 ②所用叶片为黄叶 黄素的色素带 缘的层析液扩散速度 比中间快，会形成孤形 知识点2捕获光能的色素和结构 重点 色素带。 1.捕获光能的色素 ,光合色素主要分布在类囊体薄膜上 色素带弯曲 (1)种类 叶绿素 叶绿素a(蓝绿色) ⑤滤液细线不能触及 （含量约占3/4) -叶绿素b(黄绿色)》 层析液，因为若滤液细 绿叶中的色素 线触及层析液，则滤液 类胡萝卜素 胡萝卜素（橙黄色） 细线中的色素会被层 含量约占1/4) 叶黄素（黄色） 析液溶解，而不能在滤 纸条上扩散。 (2)吸收光谱 吸收光能的百分比% 100 ①叶绿素a和叶绿素b主要 吸收蓝紫光和红光，类胡 类胡萝卜素 50 萝卜素主要吸收蓝紫光； 叶绿素b ②类胡萝卜素不吸收红光； 一>知识拓展 叶绿素a ③一般情况下，光合作用 绿色的叶片。 400450500550600650700波长/mm 所利用的光都是可见光 (3)功能 ①吸收、传递光能：绝大多数叶绿素a、全部叶绿素b、叶黄素和 胡萝卜素可以吸收和传递光能 ②转化光能：少数处于特殊状态的叶绿素a有将光能转化成 叶片的颜色 电能的功能。 2.捕获光能的结构—一叶绿体 (1)形态：一般呈扁平的椭球形或球形。 。063· (2)结构 一一易混易错 必 外膜 将叶绿体内部与外界的细胞质基 ①观察叶绿体的形态 质分隔开，保证内部的光合作用 可用光学显微镜，而观 内膜 集中在一个相对独立的区室 察叶绿体的精细结构 叶绿 基质 呈液态，分布着大量与光合作用 体的 暗反应阶段有关的酶 第5章 必须用电子显微镜。 结构 ②没有叶绿体的细胞 分布着大量的光合色素和与光合 适于 类囊体 也可能进行光合作用， 作用光反应阶段有关的酶 进行 堆叠 光合 如蓝细菌的细胞内含 形成 作用 的 基粒 扩大了膜面积，有利于光合色素 有藻蓝素和叶绿素。 和与光反应相关的酶的附着 供 (3)功能：绿色植物进行光合作用的场所。 和 知识总结 恩格尔曼实验的 3.叶绿体功能的实验验证 巧妙之处 细菌只集中 极细光 ①实验材料选择水绵 水绵和 分布在叶绿 叶绿体能吸 束照射 体被光束照 实 需氧细 收光能用于 和需氧细菌，便于观察 水绵 射到的部位 验 菌、黑 光合作用 和确定释放O2多的 恩格尔曼 暗 、无 空气 完全 细菌分布在 论 O,是由叶绿 部位。 暴露 叶绿体所有 体释放的 在光下 受光的部位 ②没有空气的黑暗环 境，排除了空气中O2和 实 用透过三棱镜 大量的需氧细菌 结论：叶绿体 验 的光照射水绵 聚集在红光和蓝 能吸收特定波 光的千扰。 临时装片 紫光区域 长的光 ③用极细的光束，点状 投射：叶绿体上可分为 知识点3光合作用◆重难点 获得光照多和获得光 1. 概念：绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化 照少的部位，相当于一 成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 组对比实验。 ④进行黑暗（局部光 2.实质：合成有机物，储存能量。 照)和曝光对照实验， 3.光合作用原理的探索实验 明确实验结果完全是 希尔发现，离体叶绿体的悬 由光照引起的。 浮液（有H,0,无C0,)+铁 希尔反应：离体叶绿体在 实验 -y图解助记 盐或其他氧化剂+光照 适当条件下发生水的光解 结论 光 产生0 产生0 应 鲁宾和卡门： H.180 H,180、C0, 一→释放80 实验 光合作用释放的O,来自 88-882 ®38-888 H,0、C80,一释放0， 结论 H,0而非CO, 小球藻 索 鲁宾和卡门的实验 阿尔农发现，在光照下， 叶绿体可以合成ATP,且这一过程 小 总是与水的光解相伴随 球 14CO 藻 暗反应 卡尔文用4CO,供小球藻进 探明了C0,中的碳在光合 的探索 行光合作用，然后追踪放 作用中转化成有机物中的 卡尔文的实验 射性4C的去向 碳的途径 。0640 4.过程 项目 光反应阶段 一知识总结 暗反应阶段 光反应与暗反应的 修 ,能量供暗反应阶段 HO 联系 1 C0, HO 类囊体 NADPH NADP CO, 光 过程 NADP 多种酶 光发NADP肚暗友画 ATP 模型 ATP 催化S 应 、 第5章 (CH.O) O,ADP+Pi ADP+Pi (CH,O) 细胞的能 光反应阶段 暗反应阶段 场所 叶绿体类囊体薄膜 叶绿体基质 -乡知识拓展 条件 光、色素、多种酶、水、ADP、Pi、多种酶、NADPH、ATP、CO2、 供应和利用 NADP C NADPH(还原型辅酶 Ⅱ)作为活泼的还原 ①水的光解：2H 光 叶绿体0十 ①CO2的固定： 剂，参与暗反应阶段的 4H+4e; 酶 C0,+C, 2C3 化学反应，同时也储存 物质②ATP的合成：ADP+Pi+能 ②C的还原： 部分能量供暗反应阶 变化 量酶ATP: 段利用。 2C3 酶、NADPH(CH,O)+C ③NADPH的合成：NADP++ H+2e酶NADPH ATP ADP+Pi 一一知识总结 能量光能→ATP、NADPH中活跃ATP、NADPH中活跃的化学 NADPH和ATP从类 变化的化学能 能→有机物中稳定的化学能 囊体薄膜向叶绿体基 ①物质联系：光反应产生的NADPH、ATP为暗反应提供还原 质中移动；NADP+、 剂和能量，暗反应产生的NADP、ADP、Pi为光反应形成 ADP和Pi移动方向 NADPH和ATP提供原料； 相反。 联系②能量联系：光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗反应将 活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能； 一图解助记 ③一般没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法 合成，但原料充足时，暗反应不直接依赖光 有机物 5.总反应式及各元素去向 (1)总反应式 平 HO 叶绿体加工厂 光能 CO2+H2O 叶绿徐(CH0)+O, 光合作用 (2)各元素的去向 光能 12H,0+6C0 CH,0+6H,0+60 2叶绿体 ①O的转移途径：H,O→18O2;C1O2→C3→(CHO)十HO。 ②C的转移途径：4CO2→>14Cg→(14CHO)。 。065· ③H的转移途径：HO→NADPH→(CHO)+HO。 一一知识总结 6.光合作用速率 雀 净光合速率与植物 (1)曲线分析：真正光合速率=净光合速率十呼吸速率。 1 生长的关系 ①当净光合速率>0 第5章 时，植物因积累有机物 净光合速率 光饱 而生长。 B 和点 O ②当净光合速率=0 光补 光照强度 真正光合速率 时，植物不能生长 偿点 呼吸速率 的能量 ③当净光合速率<0 8A译吸作用强度 时，植物不能生长，长 ①光合作用消耗的CO2量=从环境中吸收的CO2量+呼吸作 和 时间处于此种状态，植 用释放的CO2量。 物将死亡。 ②光合作用产生的O2量=释放到环境中的O2量十呼吸作用 一特别提醒 消耗的O2量。 “叶绿体吸收”也表示 ③曲线中关键，点的移动规律 真正光合速率。 项目 A点 B点 C点 C点 细胞呼吸速率增加，其 向左下 他条件不变 下移 右移 左移 方移动 细胞呼吸速率减弱，其 向右上 上移 左移 右移 他条件不变 方移动 细胞呼吸速率基本不 变，相关条件改变使光 向左下 不移动 右移 左移 合速率下降（如减小 方移动 CO2浓度) 细胞呼吸速率基本不 变，相关条件改变使光 向右上 不移动 左移 右移 合速率增加（如增大 方移动 CO2浓度) ④不同光照条件下叶肉细胞的气体代谢特点 曲线对细胞呼吸速率与 ATP产生 气体代谢 图示 应点 光合速率的关系 场所 特点 细胞质基质 吸收O2,释 A点 只进行细胞呼吸 和线粒体 放CO2 细胞呼吸速率 吸收O2,释 CO, AB段 光合速率 放CO2 0 细胞呼吸速率 细胞质基 不与外界发 B点 光合速率 质、线粒体 .Co. 生气体交换 和叶绿体 细胞呼吸速率< 吸收CO2, C0, co B点后 光合速率 释放O2 。066● (2)三种速率的表示方法，在黑暗条件下测量→在光照条件下测量 检测指标 呼吸速率 净光合速率 真正光合速率 m 学以致用 CO2 释放量 吸收量 固定量、利用量、消耗量 修 O2 吸收量 释放量 产生量 光呼吸是O,/CO2偏高 有机物 消耗量 积累量 制造量、产生量 时与光合作用同时发 (3)光合作用与细胞呼吸合成、消耗有机物的关系 生的生理过程，是经长 CO,吸收量 期进化形成的适应机 第5章 制。光呼吸和暗反应 关系密切，机理如图所 示。判断下列说法是 细胞的能 S- 时间 否正确。 (CHO) ①S十S3:呼吸作用消耗的有机物量。 C -ADP+Pi 供应和利用 ②S2十S3:光合作用产生的有机物总量。 CO O,NADPH ③S2一S:光合作用有机物的净积累量。 ATP ATP NADPH C (4)光合速率的测定方法 ADP+Pi ①气体变化测量法 CO. ①光呼吸可保证CO 红色液滴 黑暗时，植物只进行呼吸作用， 不足时，暗反应仍能正 NaOH 消耗O,放出CO,CO,被NaOH吸 溶液← 常进行。（√） 绿色 吸收C0,) 收，单位时间内红色液滴左移距 植物 提示：在环境中CO2不 离（O,消耗量)代表呼吸速率 足时，植物通过光呼吸 暗处理 产生CO2,供暗反应 光照时，植物进行呼吸作用和光 进行。 红色液滴 合作用，NaHCO,维持瓶内CO,浓 ②光呼吸过程虽消耗 NaHCO. 溶液 度不变，单位时间内红色液滴右 有机物，但不产生 绿色 提供CO,) 移距离（光合作用产生O,与呼吸 ATP.(V) 植物 作用消耗0，的差值)代表净光合 ③抑制光呼吸能大幅 速率 光照适宜 度提高光合作用强 a.根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率。 度。(×) b.为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实 提示：抑制光呼吸能够 验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的 减少有机物的消耗，但 移动距离对原实验结果进行校正。 不能大幅度提高光合 ②叶圆片称重法：测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成 作用强度。 量，如图所示，以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片 面积)。 在上午10时移动 在中午12时移动 整个装置于黑暗中 整个装置于光照下 在上午10时移走的 在中午12时移走的 在下午2时移走的 叶圆片X(干重x克) 叶圆片Y(干重y克) 叶圆片Z(干重z克) 。067● a.净光合速率=(x-y)/2S; b.呼吸速率=(x一y)/2S; 修 c.真正光合速率=净光合速率十呼吸速率=(x十x一2y)/2S。 ③黑白瓶法（不考虑无氧呼吸） “黑瓶” 不透光 单位时间的0，消耗量 →呼吸速率 第5章 “白瓶” 有光照 单位时间的O,增加量一净光合速率 假设瓶中初始氧气量为X,单位时间后，白瓶中测得的氧 细胞的能量供 气量为M,黑瓶中测得的氧气量为V,则真正光合速率=呼吸 速率十净光合速率=(X-N)+(M-X)=M-N。 一易混易错 ①此分析只表示条件 知识点4环境改变时短时间内光合作用各物质含量的 利用 改变后短时间内各物 变化分析一 重难点 质相对含量的变化，而 1.分析方法 非长时间。 从光反应中NADPH ②因植物主要吸收红 NADPH、ATP和 改变光照强度 和ATP的变化开始 C,的变化一致，C 光和蓝紫光，几乎不吸 考虑 环境 规 和C,的变化相反， 条 律 收绿光，故将光照改为 CO,供应和C,的变 绿光时，相关物质的变 改变CO,浓度 从C,和C,的变化开 始考虑 化一致 化与光照强度减弱时 2.物质变化 的物质变化相同。 C,消耗减少 C,含量 ③光合作用产物(CHO) NADPH 光照 光反 C,的还原过程 合成暂时不变 增加 正常外运受阻，光合作 突然 和ATP 应减 减弱，C0,的 合成减弱 C,合成减少 C,含量 用速率减慢。 光照强度 减弱 弱 固定暂时不变 消耗暂时不变 减少 光照 光 NADPH C消耗增加。 C,含量 C的还原过程 突然 应增 和ATP 合成暂时不变 减少 增强，CO,的 增强 强 合成增强 固定暂时不变 C.合成增加 C,含量 消耗暂时不变 增加 CO. CO的固定 C,合成减少， C,含量 NADPH和 供应 暗反 减弱，C,的 ATP消耗 消耗暂时不变 减少 突然 应减 还原过程暂 减弱 弱 暂时不变 C消耗减少 C,含量 时不变 合成暂时不变 增加 度 CO C0,的固定 C,合成增强」 C,含量 供应 暗反 增强，C,的 NADPH和 消耗暂时不变 增加 突然 应增 强 还原过程暂 ATP消耗 C,消耗增加， C,含量 增强 时不变 暂时不变 合成暂时不变 减少 知识点35 探究不同因素对光合作用强度的影响及实践 应用◆一重难点 1.内部因素 (1)植物自身的遗传特性（如植物品种不同），以阴生植物、阳 生植物为例。 ●068● ①曲线分析 ↑光合速率 阳生植物叶片的叶肉细胞层数多， 阳生植物 参与暗反应的酶含量高，能充分利用光 雀 阴生植物 解读 反应产生的ATP和NADPH。阴生植 1 物叶片大而薄，叶绿体中类囊体膜面积 光照强度 更大，光合色素含量更高，有助于在较 弱的光照下充分吸收光能 第5章 ②应用：立体种植可以提高植物对光能的利用率。 (2)植物叶片的叶龄 ①曲线分析 光合速率 幼叶光合色素含量低，光合速率较 解读 低；随叶片生长，光合速率逐渐升高；叶 细胞的能量供应和利用 片衰老后，光合速率又下降 叶龄 ②应用：农作物、果树后期管理，适当摘除老叶、残叶。 (3)叶面积指数 ①曲线分析 物质量 叶面积指数=叶片总面积/植物 总光合量 所占土地面积。一定范围内，随叶面 呼吸量 解读 积指数增大，干物质量增加，但超过一 干物质量 定值后，叶片过密，通风不良，叶片遮 挡，部分叶片无法正常进行光合作用， 叶面积指数 干物质量下降 ②应用：适当间苗、修剪叶片；合理施肥、浇水，避免枝叶徒长； 一知识拓展 合理密植。 光反应为暗反应提供 2.外部因素 的NADPH和ATP在 (1)光照强度：光照强度通过影响光反应阶段ATP及 叶绿体基质中有少量 NADPH的产生，进而影响暗反应。 的积累，在光反应停止 ①曲线分析 时，暗反应仍可持续进 C 行一段时间，有机物还 光补偿点 能继续合成。因此，人 8 光饱和点 工补光时，可适当采用 国OW B D光照强度 “光暗交替”策略，可在 提高产量的情况下，大 8 量节省能源成本。 A点：光照强度为0，只进行细胞呼吸，CO2释放量表示细胞呼 吸强度。 AB段：随光照强度增强，光合作用强度逐渐增强，但此阶段细 胞呼吸强度仍大于光合作用强度。 B点：光补偿点，光合作用强度=细胞呼吸强度。 。069· BC段：随光照强度增强，光合作用强度逐渐增强，光合作用强 度大于细胞呼吸强度。 修 D点：光饱和点，D点之后光照强度增加，光合作用强度不再 加强，此时限制光合作用强度的因素有光合色素含量、酶的数 量、酶的活性、CO2浓度和温度等除光照强度之外的因素。 第5章 一◆易混易错 ②应用：温室大棚阴天时补光可以提高光合速率；适当延长光 ①叶片上浮的原因是 照时间；合理密植，增加光合作用面积等。 细 光合作用产生O2量大 ③探究光照强度对光合作用强度的影响实验 于呼吸作用消耗○2量， 能 不可片面认为只是光 a实验原理：叶片含有空气，上浮抽气叶片细胞间隙充满水。 合作用产生了O2。 叶片下沉 O2充满细胞间隙，叶片上浮 和 ②叶圆片上浮速度越 快，证明光合速率 b.实验过程 越大。 ③为确保溶液中CO, 含量充足，叶圆片可以 距离较近 距离适中， 距离较远， 放入质量分数为1%一 光照较强 光照适中 光照较弱 2%的NaHCO3溶液 甲 e 丙 中。NaHCO3溶液浓度 注：烧杯中为富含CO2的清水 不能太高，否则会使叶 c.实验现象与结论：在不同光照强度下，相同时间内，甲中叶 片渗透失水，不利于光 片上浮数目最多，乙次之，丙最少。说明在一定光照强度范围 合作用。 内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。 (2)CO2浓度：CO2浓度通过影响暗反应阶段C的生成来影响 光合作用强度。 ①曲线分析 少易混易错 CO. A,点时，植物光合作用 吸收量 强度等于细胞呼吸强 度，但该植株叶肉细胞 CO,浓度 CO. 的光合作用强度大于 释放量 细胞呼吸强度，原因是 在一定范围内，光合作用强度随CO2浓度的增加而增大， 植物只有含叶绿体的 但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用强度不再增加。 细胞进行光合作用，而 A点：CO2补偿点，表示光合作用强度等于细胞呼吸强度时的 整株植物的活细胞均 进行细胞呼吸。 CO2浓度。 B点：对应CO2浓度为CO2饱和点，限制B点的因素是酶的数 量和最大活性及光照强度等。 ②应用：农田中增强空气流动，以增加CO2浓度，如“正其行， 通其风”；温室中可增施有机肥，以增大CO2和无机盐浓度。 (3)温度：温度主要通过影响酶活性影响光合作用强度。 。0700 ①曲线分析 B 程 A C 1 0103050温度/℃ AB段：在B点之前，随着温度升高，光合速率增大。 B点：酶处于最适温度，光合速率最大。 第5章 BC段：随着温度升高，酶的活性下降，光合作用速率减小， 50℃左右时光合速率几乎为0。降低呼吸速率，减少有机物消耗 ②应用：农田适时播种；温室中，白天适当升温，夜晚适当降温 (增大昼夜温差)，保证植物有机物的积累。 (4)水分：水既是光合作用的原料，又是植物体内各种化学反 细胞的能量供应和利用 应的介质。另外，水分能够影响气孔的开闭，从而间接影响二 氧化碳进入植物体内。因此，在农业生产中应及时、合理灌溉。 (5)矿质元素：矿质元素通过影响酶、叶绿素等有关化合物的 一→知识拓展 合成来影响光合作用强度。 施加有机肥的原理 ①曲线分析 物，我能直接 利用就好了！ OA矿质元素浓度 A点：植物进行光合作用所需矿质元素的最低浓度。 超过B点：随矿质元素浓度的增加，植物的光合作用强度因土 大家加速分解呀！前 方急需我们分解有 壤溶液浓度过高而下降，当土壤中矿质元素浓度过高时，植物 机物产生的CO,和 细胞失水，可能导致死亡。 无机盐供应！ ②应用：合理施肥。 分解者通过分解作用 (6)多因子对光合速率的影响 将有机肥中的有机物 ①曲线分析 分解为CO2和无机盐， 自变量2温度 为植物生长发育和光 自变量2光照强度 自变量2C0,浓度 合作用提供原料。 30C 高光照强度 高CO浓度 20C 中光照强度 如 ·中CO,浓度 10C 低光照强度 低CO,浓度 Q光照强度 QCO,浓度 Q光照强度 自变量1 自变量1 自变量1 P点及以前：限制光合速率的主要因素应为横坐标所表示的 因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提高」 Q点及以后：横坐标所表示的因子不再是限制光合速率的因 素，影响因素主要为坐标图中所标示出的其他因子。 。0710