总复习：能量之源──光与光合作用

高中生物总复习：《分子与细胞》细胞的能量供应和利用-----能量之源─光与光合作用问题：大多数生物能量的最终来源于?活细胞所需能量最终来自太阳的光能将光能转化为被细胞能够利用的化学能的是光合作用。光合作用定义：绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存能量的有机物，并释放出O2的过程。[知识建构][知识建构]一、捕获光能的色素和结构绿叶中色素的提取和分离1、提取的色素原理？2、分离色素的原理？3、二氧化硅的作用？4、碳酸钙的作用？色素能溶解在有机溶剂无水乙醇各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的则在滤纸上扩散的快。使研磨更加充分防止色素被分解[知识建构]类囊体光合色素叶绿素类胡萝卜素叶绿素a叶黃素胡萝卜素叶绿素b（蓝绿）（橙黃）（黃绿）（黃色）吸收转换光能吸收传递光能吸收红橙光、蓝紫光吸收蓝紫光少数特殊状态叶绿素a一、捕获光能的色素和结构1.捕获光能的色素1817年法国科学家分离叶绿体，德国植物学家萨克斯发现叶绿体。[知识建构]一、捕获光能的色素和结构2.捕获光能的结构--叶绿体一、捕获光能的色素和结构[知识建构]3.叶绿体的功能叶绿体是进行光合作用的场所。它内部的巨大膜表面上，分布了许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用的酶。恩格尔曼的实验暗处、极细光束照射光下照射2.叶绿体是光合作用的场所结论：1.O2是由叶绿体释放的[知识建构]二、光合作用的原理和应用1.光合作用的探究历程18世纪中期，土壤中水分是植物构造自身的原料。1771年，普里斯特利植物可更新空气。1779年，英格豪斯普利，斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功；植物体只有绿叶才能更新空气。1785年，发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的是O2，吸收的是CO2。1854年，梅耶，光能转化为化学能储存。1864年，萨克斯，绿叶在光下能制造淀粉。1939年，鲁宾和卡门，光合作用产生的O2来自于H2O。20世纪40年代，卡尔文循环结论：植物可以更新空气普里斯特利试验2.光合作用的探究历程在暗处放置几小的叶片一半曝光，一半遮光碘蒸气处理萨克斯试验结论：光合作用产生了淀粉2.光合作用的探究历程鲁宾和卡门试验结论：光合作用氧全部来自H2O2.光合作用的探究历程[知识建构]二、光合作用的原理和应用2.光合作用过程总反应式：CO2+H2O叶绿体光能(CH2O)+O2过程：卡尔文循环[知识建构]3.光合作用原理的应用影响光合作用强度的因素？光照的时间、强弱、光的成分；CO2的浓度；温度的高低、必需矿物质元素（N、P、Mg）、水分和内部因素等。光合速率（光合强度、光合量）：是指光合作用强度的指标，通常以每小时每平方分米叶面积吸收二氧化碳毫克数表示，其数值可用CO2吸收量、O2释放量、有机物的合成量表示。图例、分析下述曲线图：3.光合作用原理的应用说明：a、b为补偿点:光合量＝呼吸量。c、d为光饱和点:净光合量＝总光合量－呼吸量。图例、分析下述曲线图：3.光合作用原理的应用B点的生理活动特为：当培养液缺镁时，B点移动方向：1.如果该图表示阴生植物，改成阳生植物，则c点右移，d点。2.当植物缺镁时，b点将向。下移右移右移光合作用=呼吸作用ab图例、分析下述曲线图：3.光合作用原理的应用问题：a、b影响光合强度的因素?此外叶面积和叶龄也对光合速率也有影响光合作用实际量叶面积干物质量呼吸量CO2吸收量CO叶龄BA光合作用强度[知识建构]3.光合作用原理的应用1、适当提高CO2的浓度（温室大棚）；2、增加光照时间和光照强度；3、白天适当增加温度，夜间适当降低温度；4、农作物间距合理，选择适当的光源等；5、合理施肥，提供必要的矿物质元素；6、合理灌溉，提供适当水分。7、阴雨天适量增加光照，适当降温8、及时清除衰老叶片增加农作物产量的几点做法：影响光合作用的环境因素及其在生产上的应用1．单因子影响因素图像关键点的含义在生产上的应用光照强度A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。AB段：随光照强度加强，光合作用强度逐渐加强，CO2的释放量逐渐减少，这是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量刚好满足光合作用的需要，即光合作用强度等于细胞呼吸强度(光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长)。BC段：表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强了(主要受细胞内酶的数量、酶的活性、C3和C5的含量、色素的含量的限制)阴生植物的B点左移，C点较低，如图中虚线所示。间作套种时农作物的种类搭配，林带树种的配置等都是这一原理的具体运用温度光合作用是在酶催化下进行的，温度直接影响酶的活性。一般植物在10～35℃下正常进行光合作用，其中AB段(10～35℃)随温度的升高光合作用逐渐加强；B点(35℃)表示光合作用的最适温度；当温度超过B点(BC段)时，与光合作用有关的酶活性下降，光合作用强度也开始下降；50℃左右光合作用几乎停止冬天，温室栽培白天可适当提高温度；夏天，温室栽培白天可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用的强度；晚上适当降低温度，降低酶的活性，以降低细胞呼吸强度，保证有机物的积累CO2浓度、矿质元素和含水量AB段：CO2是光合作用的原料，矿质元素直接或间接影响光合作用。在一定范围内，随CO2浓度、矿质元素的增加，植物的光合作用强度增高。A点：表示植物进行光合作用所需CO2浓度、矿质元素的最低浓度。B点：表示CO2、矿质元素的饱和点，超过该点，随CO2浓度增加，植物的光合作用强度不再增加(主要受细胞内酶的数量和酶的活性的限制)；随矿质元素浓度的增加，因土壤溶液浓度过高而导致植物光合作用强度下降(1)对农田里的农作物应合理密植，“正其行，通其风”；对温室作物来说，应增施农家肥料或使用CO2发生器。(2)矿质元素直接或间接影响光合作用。N是构成叶绿素、酶、ATP等的元素；P是构成ATP等的元素，参与叶绿体膜的构成；Mg是构成叶绿素的元素；K影响糖类的合成和运输。因此要合理施肥。(3)水是光合作用的原料和化学反应的介质，水对光合作用的影响在多数情况下是间接影响。如缺水导致气孔关闭，限制CO2进入叶片。因此要预防干旱，合理灌溉绿叶的面积OA段：随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大。A点：为光合作用叶面积的饱和点。超过此点，随叶面积的增大，光合作用不再增加，原因是叶片相互遮挡，影响对光的吸收。OB段：表明干物质量(有机物净生产量，即光合作用的生产量－呼吸消耗量)随叶面积增加而增加。BC段：由于A点以后光合作用不再增加，但叶片的呼吸量(OC段)随叶面积的增大而增加，所以干物质积累量降低适当间苗，合理密植，适当修剪，避免徒长2．多因子分析图像关键点的含义P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其不断加强，光合速率不断提高。到Q点时，横坐标所表示的因子，不再是限制光合速率的因子，要想提高光合速率，可适当提高图示的其他因子在生产上的应用温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合作用。当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合作用。总之，可根据具体情况，通过增加光照强度、调节温度或增加CO2浓度来充分提高光合速率，以达到增产的目的光合作用与细胞呼吸的关系1．光合作用与细胞呼吸的区别与联系联系2.[H]和ATP的来源、去路的比较来源去路[H]光合作用光反应中水的光解作为还原剂用于暗反应阶段中，还原C3形成(CH2O)等有氧呼吸第一阶段从葡萄糖到丙酮酸及第二阶段丙酮酸和水反应产生用于第三阶段还原O2产生H2O，同时释放出大量的能量ATP光合作用光反应阶段合成ATP，所需能量来自色素吸收的太阳光能供暗反应阶段C3还原时的能量之需，以稳定的化学能形式储存于有机物中有氧呼吸第一、二、三阶段均能产生，第三阶段产生量最多，能量来自有机物的氧化分解作为能量“通货”用于各项生命活动[知识建构]二、光合作用的原理和应用自养生物以光（化学能）为能源，以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。例如绿色植物。异养生物只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。例如人、动物、真菌及大多数的细菌。利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。少数的细菌，如硝化细菌。光能自养生物---光合作用化能自养生物---化能合成作用异化作用同化作用自养型异养型需氧型厌氧型兼性厌氧型光能自养型化能自养型代谢类型：同化作用：指生物体将从外界环境中摄取的营养物质转变成自身的物质，同时储存能量的过程；异化作用：指生物体将自身的一部分物质分解，变成最终产物，并排出体外，同时释放能量的过程。自养型：利用无机物合成有机物同时储存能量的同化作用类型；异养型：利用外界获取的有机物合成自身有机物并储存能量的同化作用类型；绿硫细菌和紫硫细菌在有氧的条件下不能生存，在其细胞内存在着如下的化学反应硫细菌和氢细菌能分别利用硫和氢在氧化时释放的化学能，将二氧化碳还原为糖类，其氧化反应分别如下：科学家认为，地球上最早出现的能利用光能的生物可能是蓝藻类的生物，他们利用光能，以无机物为原料合成有机物，并释放出氧气。根据以上提供的资料，判断下列说法不正确的是A、绿硫细菌和紫硫细菌的新陈代谢类型为自养厌氧型B、硫细菌和氢细菌的新陈代谢类型为异养需氧型C、蓝藻类生物的出现使需氧型生物的出现成为可能D、蓝藻类生物的同化作用类型为光能自养型B议一议：(1)海洋中藻类有分层现象，与植物中的色素吸收光的颜色有什么关系？(2)在温室内自然光照射基础上，给植物人工补充哪些单色光对增产有利？答：(1)不同波长的光穿透性不同，不同藻类吸收不同波长的光。(2)红光、蓝紫光属于对植物光合作用最有效的光谱，因此可以补充这两种光达到增产的目的。想一想：“叶绿体是高等植物进行光合作用的主要场所”，这句话表述是否确切？答：不确切。叶绿体不仅含有捕捉光能的4种色素，而且含有多种与光合作用有关的酶，并且具有在光合作用中吸收CO2释放O2的特性。可见，光合作用全过程都在叶绿体内进行。正确分析曲线的形状，何时开始上升、何时趋向平缓、何时出现转折，原因分别是什么等，这是解题的关键。如图曲线中，我们要在“识标”、“明点”的基础上，进一步分析线段的内涵。图中A点为光合作用叶面积的饱和点；OA段表明叶面积指数从0～5时，光合作用实际量随叶面积指数的不断增大而增大；当叶面积指数大于5时，光合作用实际量不再随叶面积指数增大而增大，因为有很多叶片被遮挡而处在光补偿点以下；OB段表明干物质量随光合作用增加而增加；由于A点以后光合作用量不再增加，而叶面积指数不断增加其呼吸量也不断增加(直线OC)，所以干物质积累量逐渐降低，即出现BC段。名师点拨①叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波长的光并非不吸收，只是吸收量少。②由于叶绿素的含量多，因此正常植物的叶呈现绿色。秋季，叶绿素被破坏，叶子表现出类胡萝卜素的颜色。名师点拨①光反应中产生的[H]与细胞呼吸中产生的[H]并不是同一种物质。②暗反应有光、无光均可进行，但需要光反应提供的[H]和ATP，因此在暗处，暗反应不能长时间进行。以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示。下列分析正确的是：A．光照相同时间，35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃相等B．光照相同时间，在20℃条件下植物积累的有机物的量最多C．温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少D．两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的量相等[解题训练][解题训练][解题训练]