一、捕获光能的色素

1．绿叶中色素的种类：叶绿素和类胡萝卜素，前者主要吸收①_______________，后者主要吸收②________。

2．实验：绿叶中色素的提取和分离(纸层析法)的结果，从上而下的色素带分别为③_________________、④___________、⑤_______________、⑥_____________________。

红光和蓝紫光   蓝紫光   叶绿素a(蓝绿色)   叶绿素b(黄绿色)

胡萝卜素(橙黄色)  叶黄素(黄色)

二、叶绿体的结构与功能

1．结构：由双层膜、基质和基粒构成，基粒由类囊体堆叠而成(增大膜面积)，分布着⑦色素和光反应所需酶。

2．功能：是进行⑧光合作用的细胞器。

三、光合作用过程

1．光反应

 (1)条件：⑨光、色素、酶、ADP、Pi。

(2)场所：叶绿体类囊体的薄膜上。

(4)能量变化：光能→⑪ATP中活跃的化学能。

2．暗反应

 (1)条件：⑫_酶、[H]、ATP。

 (2)场所：叶绿体基质。

 

(4)能量变化

⑬ATP中活跃的化学能

            ↓

(CH2O)中稳定的化学能

3．意义

(1)制造有机物，将⑭光能转化为化学能，储存在有机物中，是生物生命活动所需能量的最终来源。

(2)光合作用是最基本的能量代谢和物质代谢。

(3)维持大气中O2与CO2相对稳定。

 

“绿叶中色素的提取和分离”实验的分析

1．原理

(1)叶绿体中的色素是有机物，不溶于水，易溶于丙酮等有机溶剂中，所以用丙酮、乙醇等能提取色素。

(2)层析液是一种脂溶性很强的有机溶剂。叶绿体不同的色素在层析液中的溶解度不同，分子量小的溶解度高，随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。所以用层析法分离四种色素。

2．实验步骤和分析

步骤		注意问题				分析
(1)提取色素 5克绿叶剪碎，放入研钵，加SiO2、CaCO3和10mL无水乙醇(或5mL丙酮)迅速、充分研磨		①加SiO2 ②加CaCO3 ③加丙酮 ④迅速研磨				①加SiO2是为了使研磨更充分 ②加CaCO3防止研磨时叶绿素受到破坏 ③叶绿体色素易溶于丙酮等有机溶剂 ④减少研磨时叶绿素的分解，减少丙酮(有毒)挥发
(2)收集滤液   用放有单层尼龙布的漏斗过滤，将滤液收集到小试管中，用棉塞塞住试管口							①尼龙布起过滤作用 ②试管口用棉塞塞紧是为了防止丙酮(无水乙醇)挥发
(3)制备滤纸条 将干燥的滤纸，顺着纸纹剪成长10cm，宽1cm的纸条，一端剪去两个角，并在距这一端1cm处划一铅笔线			①干燥 ②顺着纸纹剪成长条 ③一端剪去二个角				①可吸收更多的滤液 ②层析时，色素分离效果好 ③可使层析液同时到达滤液细线
(4)划滤液细线 用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线划出细、齐、直的一条滤液细线，干后重复三次				①滤液细线越细、越齐越好 ②重复三次			①防止色素带之间部分重叠 ②增加色素在滤纸上的附着量，使实验结果更明显
(5)纸层析法分离色素 将3mL层析液倒入烧杯，将滤纸条(划线一端朝下)插入层析液中，用培养皿盖盖上烧杯				①层析液不能没及滤纸条 ②烧杯要盖培养皿盖			①防止色素溶解在层析液中 ②层析液中的苯、丙酮、石油醚易挥发
(6)观察实验结果	扩散最快：胡萝卜素； 扩散最慢：叶绿素b； 含量最多：叶绿素a				①从色素带的宽度可知色素的含量：叶绿素a>叶绿素b>叶黄素＞胡萝卜素 ②从色素带的位置可知在层析液中的溶解度大小为：胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a>叶绿素b ③在滤纸上距离最近的两条色素带是叶绿素a与叶绿素b，距离最远的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素

【突破题1】下列哪组是影响叶绿体色素分离效果的关键步骤？()

①选植物绿叶    ②研磨  ③过滤  ④画滤液细线

 ⑤层析时不要让滤液细线触及层析液    ⑥观察色素带

A．①④⑤   B．①②③   C．②③④    D．②③⑥

【解题指导】要选取叶绿素含量高的植物叶片，研磨要充分，得到的色素多，滤液细线不要触及层析液，才能达到满意的分离效果。过滤只影响色素带的清晰度，不影响色素带的分离。

【答案】A

“光合作用的探究历程”中的各个实验分析

【易错易混】恩格尔曼的实验在设计上的巧妙之处

①选用水绵作为实验材料。水绵不仅具有细而长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中，便于观察和分析研究。

②将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了环境中光线和氧的影响，从而确保实验能够正常进行。

③选用极细的光束照射，并且用好氧细菌进行检侧，从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位。

④进行黑暗(局部光照)和曝光的对比实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。

【突破题2】下列有关科学家的经典研究中，采取了同位素标记法的是(     )

①恩格尔曼发现光合作用的部位

②梅耶指出植物通过光合作用把光能转换为化学能

③鲁宾和卡门证明光合作用释放的O2来自水

④卡尔文探明了CO2中的碳在光合作用中的转移途径

A．①   B．②   C．①   D．③

【解题指导】鲁宾和卡门用18O分别标记H2O、CO2，证明光合作用释放的O2来自水；卡尔文用14C标记CO2，探明了CO2中的碳在光合作用中的转移途径。

【答案】D

叶绿体中的色素、色素的吸收光谱和色素的合成

1．色素与吸收光谱

图5－4－1

(1)叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。

(2)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，但对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。

2．不同颜色温室大棚的光合效率

(1)无色透明大棚能透过日光中的各色光，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明大棚的光合效率最高。

(2)叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低。

3．影响叶绿素合成的因素

(1)光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。

(2)温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶变黄。

(3)必需元素：叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶变黄。

【易错易混】海洋中藻类的分层现象与植物中色素吸收光的颜色的关系不同波长的光穿透性不同，不同藻类吸收不同波长的光。上层分布着吸收红光的绿藻，中层是褐藻，下层是吸收蓝紫光的红藻。

【突破题3】图5－4－2表示叶绿体色素吸收光能的情况。根据此图并结合所学知识，以下说法中正确的是()

  图5－4－2

①少数特殊状态下的叶绿素对420nm、670nm光的转换率较高

②在晚间用大约550nm波长的绿光照射行道树，目的是通过植物光合作用以增加夜间空气中的氧气浓度

③据图可知，用白光中450nm左右波长的光比白光更有利于提高光合作用强度

④在层析液中，类胡萝卜素的溶解度大于叶绿素
⑤土壤中缺乏镁时，420nm～470nm左右波长的光的利用量显著减少，且镁在老叶中的利用量比新叶中显著减少

⑥由550nm波长的光转为670nm波长的光后，叶绿体中C3的量减少

A．①④⑤⑥   B．①③④⑤   C．②③④⑤   D．①②④⑤

【解题指导】晚间用绿光照射行道树的目的是美观；白光中含的各种波长的光，其光合作用强度比白光中450nm左右波长的光强。

【答案】A

光合作用过程

1．光合作用过程图解

2．反应方程式及元素去向

图5－4－3

(1)光合产物主要是糖类，包括单糖(葡萄糖和果糖)、二糖(蔗糖)和多糖(淀粉)，其中以蔗糖和淀粉最为普遍，但蛋白质、脂肪和有机酸也是光合作用的直接产物。

(2)元素转移：H218O→18O2、C18O2→(CH218O)、14CO2→14C3→(14CH2O)。

3．叶绿体处于不同条件下C3、C5、[H]、ATP、(CH2O)

合成量的动态变化

4.光合作用中光反应阶段和暗反应阶段的区别与联系联系

	光反应阶段	暗反应阶段
所需条件	必须有光	有光无光均可
进行场所	类囊体的薄膜上	叶绿体内的基质中
物质变化	H2O分解成O2和[H]；形成ATP	CO2被固定；C3被[H]还原，最终形成糖类；ATP转化成ADP和Pi
能量转换	光能转变为化学能，储存在ATP中	ATP中的化学能转化为糖类中储存的化学能
联系	①物质：光反应阶段产生的[H]，在暗反应阶段用于还原 C3 ②能量：光反应阶段生成的 ATP，在暗反应阶段中将其储存的化学能释放出来，帮助 C3形成糖类，ATP 中的化学能转化为储存在糖类中的化学能

【突破题4】(2010年珠海二模)下列关于光合作用的叙述中正确的是(   )

A．光合作用制造的有机物中的氧全部来自于水

B．光合作用中各种酶的活性与温度呈正相关

C．光反应阶段和暗反应阶段均有ATP的合成

D．光反应阶段为暗反应阶段提供了还原剂[H]

【解题指导】光合作用制造的有机物中的氧来自于CO2；光反应阶段为暗反应阶段提供了还原剂[H]和ATP。

【答案】D

影响光合作用强度的环境因素及在生产上的应用

1．光照强度

 (1)曲线分析：

①A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示细胞呼吸的强度。

②AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2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。

③B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(光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长)，B点所示光照强度称为光补偿点。

④BC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，C点所示光照强度称为光饱和点。

⑤总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率

(2)应用：阴生植物的A点上移，B点较小，C点较低。间作套种农作物的种类搭配，林带树种的配置，可合理利用光能；适当提高光照强度可增加大棚作物产量。

2．CO2浓度

图5－4－5

(1)曲线分析

①图1和图2表示在一定范围内，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。

②图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO₂浓度，即CO₂补偿点；图2中A’点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。

③图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点。
 (2)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

(1)曲线分析：温度主要是通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率。

(2)应用：冬天，温室栽培时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用速率；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。                                                      图5－4－6

4．矿质元素

(1)曲线分析：在一定浓度范围内，增大必需元素的供应，

可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫。

(2)应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，

可提高农作物产量。

 

5．水分                                                图5－4－7

(1)影响：水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合 作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。

(2)应用：根据作物的需水规律合理灌溉。

【易错易混】当外界条件变化时，CO2(光)补偿点移动规律

①若呼吸速率增加，CO2(光)补偿点应右移，反之应左移。

②若呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率下降时CO2(光)补偿点应右移，反之应左移。

【突破题5】科学家研究小麦在20℃时光合作用强度与光照强度的关系，得到如图5－4－8的曲线。下列有关叙述错误的是(   )

图5－4－8

A．在25℃条件下研究时，cd段位置会下移，a会上移

B．a点时叶肉细胞产生ATP的细胞器只有线粒体

C．其他条件适宜，当植物缺Mg时，b点将向右移动

D．c点之后小麦光合作用强度不再增加可能与叶绿体中酶的浓度有关

【解题指导】温度主要影响呼吸作用，当温度升到25℃时，呼吸作用强烈，释放更多的二氧化碳，a点下移，同时由于光合作用加强，cd段上移；a点只进行呼吸作用，产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体，其中细胞器则只有线粒体；当植物缺Mg，光合作用强度下降，而呼吸作用没有变化，则b点(光补偿点)右移。

    【答案】A

光合作用与细胞呼吸的比较

		光合作用	细胞呼吸
代谢类型		合成代谢(或同化作用)	分解代谢(或异化作用)
场所		叶绿体	活细胞(主要在线粒体中)
条件		光、色素、酶	酶、有光无光均可进行
物质变化		合成无机物→有机物	分解有机物→无机物
能量变化		光能→化学能(储能)	化学能→ATP＋热能(放能)
实质		合成有机物，储存能量	分解有机物，释放能量
意义		①实现了物质和能量的转化 ②维持大气中O2和CO2的相对平衡	①为生命活动供能 ②为体内物质合成提供原料
联系	①光合作用为细胞呼吸提供物质和能量基础，细胞呼吸为光合作用提供原料 ②共同维持自然界的碳循环

【易错易混】

①光合作用只在部分细胞中进行（如：植物的绿色细胞和光合细菌等），但细胞呼吸则是所有活细胞都要进行的。

②光合作用光反应产生的ATP只供暗反应利用，而细胞呼吸产生的ATP可供各项生命活动利用。

③光合作用的光反应中产生的[H]（即NADPH)来自水的光解，用于暗反应中C3的还原以生成（CH2O）；有氧呼吸中产生的[H]（即NADH）来自第一、二阶段有机物的氧化，用于第三阶段与O2结合生成H2O,并产生大量ATP。

【突破题6】(2010年江门一模)图5－4－9表示植物细胞内的代谢过程，下列叙述不正确的是(    )

图5－4－9

A．X、Y物质分别代表三碳化合物和丙酮酸

B．①④过程可以产生[H]，②过程需要消耗[H]

C．①②③④四个过程中既没有消耗氧气，也没有产生氧气

D．①过程发生在线粒体基质中，②过程发生在叶绿体基质中

【解题指导】①过程是有氧呼吸的第一阶段，发生在细胞质基质中，②过程是CO2的还原，发生在叶绿体基质中。

【答案】D

生物的代谢类型

1．自养生物

(1)利用光合作用合成有机物的自养生物

①光合作用概念：绿色植物通过叶绿体，利用光能把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。

②举例：绿色植物等。

(2)利用化能合成作用合成有机物的自养生物

①化能合成作用概念：生物体利用体外环境中的某些无机物氧化时释放的能量来制造有机物。

②举例：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等。

 

2．异养生物

(1)概念：生物体只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。

(2)举例：人、动物、真菌及大多数细菌等。

3．土壤中的硝化细菌的化能合成作用

图5－4－10

4．化能合成作用与光合作用的比较

5.新陈代谢类型

【易错易混】
①红螺菌的同化作用属于兼性营养型（既能自养，又能异养）

②酵母菌的异化作用属于兼性厌氧型（既能进行有氧呼吸，又能进行无氧呼吸）。

【突破题7】(2010年梅州模拟)(双选)以下各项生理过程中必须消耗氧气的是(   )

    A．化能合成作用  B．光合作用

    C．有氧呼吸作用  D．酒精发酵

【解题指导】化能合成作用是利用无机物的氧化所释放的能量合成有机物，无机物的氧化需要氧。

【答案】AC

探究光照强度对光合作用强度的影响

1．假设：在一定范围内随光照强度的增强，光合作用也增强。

2．原理

光合作用产生O2，附在叶表面形成气泡，使叶浮力增大，叶片上浮。

3．实验流程

(1)打出小圆形叶片(30片)：用打孔器在生长旺盛的绿叶上

打出(直径＝1cm)。
(2)抽出叶片内气体：用注射器(内有清水、小圆形叶片)抽出叶片内气体(O2等)。

(3)小圆形叶片沉水底：将内部气体逸出的小圆形叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中，小圆形叶片全部沉到水底。

(4)对照实验及结果

4.实验结论：在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强(小圆形叶片中产生的O2多，浮起的多)。

【突破题8】若图Ⅰ中装置甲与装置乙敞口培养相同数量的小球藻，研究光照强度对小球藻产生氧气量的影响。绘制成曲线如图Ⅱ(净氧量＝光合作用产生氧气量－呼吸作用消耗的氧

气量)。据图分析，下列叙述不正确的是(  )

图5－4－11

A．P处净氧量为负值，是因为小球藻不进行光合作用，且呼吸作用消耗氧气

B．Q处净氧量为零，因为Q处小球藻不进行光合作用

C．甲与乙两管净氧量差异的原因是乙管小球藻叶绿素合成受阻，影响光合作用

D．由图Ⅱ可知，光照强度可影响光合作用强度

【解题指导】P处只进行呼吸作用；Q处净氧量为零，是因为Q处小球藻光合作用产生的氧气量等于呼吸作用消耗的氧气量；Mg是合成叶绿素的必需元素，叶绿素合成受阻，影响光合作用；在一定的范围内，随光照的逐渐增强，光合速率增强。

【答案】B