光合作用知识点

第四节能量之源----光与光合作用一、绿叶中色素的提取和分离1、实验原理(1)色素的提取：色素溶于有机溶剂而不溶于水，可用无水乙醇（丙酮）等有机溶剂提取绿叶中的色素。(2)色素的分离：各种色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，从而使各种色素相互分离。2、实验步骤提取绿叶中的色素：称取5g绿色叶片，先剪碎，再加入少许二氧化硅和碳酸钙，然后加入10mL无水乙醇，并进行迅速、充分的研磨，然后过滤研磨液至试管中，用棉塞塞严试管口。制备滤纸条：将干燥的定性滤纸剪成长和宽略小于试管的滤纸条，将滤纸条的一段剪去两角，并在距这一端1cm处用铅笔画一条细的横线。画滤液细线①用毛细吸管吸取少量滤液②画线③待滤液干后，重复2～3次分离绿叶中的色素：将3mL层析液倒入试管，插入滤纸条(有滤液细线的一端朝下，滤液细线不能触及层析液)，随后用棉塞塞紧试管。观察现象：滤纸条上出现四条色素带，从上到下依次是(颜色)橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色。3、实验结果色素种类色素颜色色素含量溶解度扩散速度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蓝绿色最多较低最慢叶绿素b黄绿色较多最低最慢4、实验中的操作目的及注意事项过程注意事项操作目的提取色素(1)选新鲜绿色的叶片使滤液中色素含量高(2)研磨时加无水乙醇溶解色素(3)加少量SiO2和CaCO2研磨充分和防止色素被破坏(4)迅速、充分研磨防止乙醇挥发，充分溶解色素(5)盛放滤液的试管管口加棉塞防止乙醇挥发和色素氧化过程注意事项操作目的分离色素(1)滤纸预先干燥处理使层析液在滤纸上快速扩散(2)滤液细线要细、齐、直使分离出的色素带平整不重叠(3)滤液细线干燥后再画一两次使分离出的色素带清晰分明(4)滤液细线不触及层析液防止色素直接溶解到层析液中二、捕获光能的色素或结构1、色素的种类及功能叶绿素a（蓝绿色）叶绿素（含量约3/4）主要吸收红光和蓝紫光叶绿素b（黄绿色）色素胡萝卜素（橙黄色）类胡萝卜素（含量约1/4）主要吸收蓝紫光叶黄素（黄色）2、叶绿体的结构和功能(1)结构模式图(2)结构外表：①双层膜内部②基质：含有与暗反应有关的酶③基粒：由类囊体堆叠而成，分布有色素和与光反应有关的酶↓决定(3)功能：进行光合作用的场所。3、叶绿体功能的验证○1实验过程及现象：水绵A：极细光束照射：好氧细菌集中于叶绿体被光束照射的部位黑暗无空气好氧细菌B：完全曝光：好氧细菌分布于叶绿体所有受光部位○2实验结论：a．叶绿体是进行光合作用的场所b．O2是由叶绿体释放的三、光合作用的探究历程年代及科学家过程结论/结果1771年普利斯特利（英国）密闭玻璃罩+绿色植物+蜡烛不易熄灭+小鼠不易窒息死亡植物可以更新空气1779年英格豪斯（荷兰）在有光、无光条件下重复普利斯特利的实验植物只有在阳光照射和绿叶存在时，才能更新空气1785年发现了空气的组成绿叶在光下放出的是O2，吸收的是CO21845年梅耶（德国）根据能量转化与守恒定律植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来1864年萨克斯（德国）黑暗中饥饿处理的绿叶碘蒸气一半曝光变蓝碘蒸气一半遮光不变蓝光合作用的产物除氧气外还有淀粉1941年鲁宾和卡门（美国）H218O+CO2植物18O2H2O+C18O2植物O2光合作用释放的氧气来自水1948年卡尔文（美国）用14C标记的CO2追踪光合作用14CO214C314C6H12O6CO2中的碳元素被用于合成糖类等有机物（卡尔文循环）注：1.萨克斯实验中黑暗处理的目的：消耗掉叶片中原有的淀粉，使曝光与遮光形成对照。2.萨克斯实验需先用酒精进行脱色处理，再用碘蒸气处理。3.鲁宾、卡门和卡尔文所用的实验方法为同位素标记法。四、光合作用过程1、概念：绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存着能量的有机物，并且释放出O2的过程。2、反应式光能CO2+H2O（CH2O）+O2叶绿体3、过程4、区别比较项目光反应暗反应场所叶绿体类囊体薄膜叶绿体基质条件光、色素、酶、水、ADP、Pi多种酶、CO2、ATP、[H]反应光能的吸收、传递、转换○1水的光解：光2H2O4[H]+O2○2ATP的合成酶ADP+Pi+光能ATP有机物（糖类的合成）○1CO2的固定：酶C5+CO22C3○2C3的还原酶、[H]2C3（CH2O）+C5ATP能量转化光能电能ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能有机物中稳定的化学能联系光反应阶段的产物[H]是暗反应中C3的还原剂，ATP为暗反应阶段的进行提供能量暗反应阶段产生的ADP和Pi为光反应阶段形成ATP提供了原料注：（1）暗反应有光、无光都能进行。若光反应停止，暗反应可持续进行一段时间，但时间不长，故晚上一般认为只进行细胞呼吸，不进行暗反应。（2）总光照时间相同时，光照和黑暗间隔处理比一直光照积累的有机物多，因为[H]、ATP基本不积累，利用充分，但一直光照会造成[H]、ATP的积累，利用不充分。五、CO2浓度与光照强度变化对光合作用中C3、C5、ATP和有机物含量变化的影响条件C3C5[H]和ATP（CH2O）光照由弱强（CO2浓度不变）↓↑↑↑光照由强弱（CO2浓度不变）↑↓↓↓CO2浓度由低高↑↓↓↑CO2浓度由低高↓↑↑↓六、影响光合作用的因素（一）内因1.酶的种类、数量2.叶面指数随叶面积增大，总光合量不断增大，干物质积累不断增加，呼吸量不断增加。当增大到一定程度后，总光合量不再增加，原因是许多叶片被遮挡，但呼吸量随叶面积增大仍不断增加，故干物质积累量逐渐降低。生产应用：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免枝叶徒长；合理密植。3.叶龄OA：随着幼叶不断生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增多，光合速率不断增加。AB：壮叶时，叶面积、叶绿体基本稳定，光合速率稳定。BC：老叶时，随叶龄增加，叶绿素被破坏，光合速率下降。生产应用：农作物、果树管理后期应适当摘除老叶、残叶，蔬菜及时换新叶。（二）外因（环境因素）1.光A点：光照强度为0，只有呼吸作用，释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。AB段：随光照强度增强，光合作用也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少，因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。B点：细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度，B点所示光照强度称为光补偿点。BC段：CO2的吸收量为正值。即光合作用所吸收的CO2除去细胞呼吸产生的CO2外，还需从外界摄取CO2，光合作用强度大于呼吸作用强度。CO2吸收量表示净光合速率。C点：光合作用强度到C点到达最大值。之后光照强度再增加，光合作用强度不变，C点对应的横坐标称为光饱和点，限制C点以后光合作用强度不再增加的内部因素是色素含量、酶的数量及酶的活性，外部因素是CO2浓度、温度、水及矿质元素等。光质不同影响光合速率：主要原因是叶绿体中的色素对不同波长的光的吸收情况不同。生产应用：间作套种植物，可合理利用光能，提高光能利用率。适当延长光合作用时间，能增加农作物产量。2.CO2浓度（1）图1和图2都表示在一定浓度范围内，光合作用速率随CO2浓度的增加而增大，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用速率不再增加。此时的限制因素主要有温度和光照强度。（2）图1中A点表示CO2补偿点，即光合作用速率等于呼吸作用速率时的CO2浓度，图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B和B′点都表示CO2饱和点。生产应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合作用速率。3.温度温度主要通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率。生产应用：温室栽培时，白天可适当提高温度；晚上可适当降低温度，以降低细胞呼吸消耗有机物，保证有机物的积累。4.矿质元素在一定范围内，矿质元素越多，光合速率就越快。超过一定浓度时，光合速率不再增加，甚至会引起细胞渗透失水，光合速率下降。生产应用：对农作物要适量施肥，不能过量。否则会造成土壤溶液浓度大于细胞液浓度，引起细胞失水。5.水缺水会导致气孔关闭，影响CO2进入细胞中，导致光合速率下降。七、植物的午休现象夏季中午温度较高，为了减少蒸腾失水，植物会关闭气孔，此时会阻碍CO2的进入，影响光合作用，出现“光合午休”现象。八、化能合成作用1.概念：自然界中少数种类的细菌，利用体外环境中某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的过程。2.举例：硝化细菌的化能合成作用（1）硝化细菌不能利用光能，但能将土壤中的氨（NH3）氧化成亚硝酸（HNO2），进而将亚硝酸氧化成硝酸（HNO3），并释放出能量。（2）硝化细菌利用这两个反应释放的化学能，将CO2和H2O合成糖类，供自身利用。3.化能合成与光合作用的比较（1）化能合成作用与光合作用的本质相同，都是将无机物合成有机物。（2）利用的能源不同，光合作用利用的是光能，化能合成作用利用的是化学能。（3）进行光合作用和化能合成作用的生物都是自养生物。4.光能自养：能量来源于光能，如：绿色植物、蓝藻等自养代谢类型化能自养：能量来源于化学能，如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等。异养：人、动物、真菌以及大多数细菌