光和光合作用

能量之源-光与光合作用高考资源网一、捕获光能的色素和结构（一）实验:绿叶中的色素的提取和分离1.实验原理：①色素提取原理:绿叶中的色素都是有机物,不溶于水,但能溶解在

等有机溶剂中,形成色素溶液,将色素从植物组织中提取出来.②色素分离的原理:叶绿体色素都能溶解在层析液中,但不同的色素在层析液中的溶解度不同,

的随层析液在滤纸上扩散得

,反之则慢.因而不同色素就会随着层析液在滤纸上扩散分开,形成不同的色素带.2.实验过程:提取色素(取材→研磨→过滤→保存滤液)→制备滤纸条→画滤液细线→

→观察结果.提取色素:①选取新鲜绿色叶片,目的是使滤液中

含量高.无水乙醇溶解度高快分离色素(层析)色素②研磨时加入10ml

,作用是溶解提取叶片中的色素③研磨时加少许SiO2和CaCO3以便

和

(叶绿素)④快速充分研磨以防止

,并充分

.⑤盛放滤液的试管管口用棉塞塞紧.以防止

和色素分子被

.色素的分离:①滤纸事先

处理,使层析液在滤纸条上的

速度快②滤纸一端

,防止层析液在滤纸条的

扩散过快③滤液细线要求

,使分离的色素带平整、不重叠④滤液细线干燥后

,以增加滤液细线中色素的量,使分离的色素带清晰.⑤滤液细线不能触及

,防止

溶解到烧杯内的层析液中无水乙醇研磨充分保护色素溶剂(提取液)挥发溶解色素溶剂挥发氧化干燥扩散剪去两角边缘细、直、准重复画1～2次层析液色素色素提取液呈淡黄绿色的原因分析：①未加碳酸钙或加入过少，有一部分色素分子被液泡内释放的酸破坏。②称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小。③研磨不充分，色素未能充分提取出来

（二）叶绿体中的色素1.色素的种类、作用及层析后的位置叶绿素占3/4、类胡萝卜素占1/4，所以植物的叶片一般呈

.①叶绿素a：

色、吸收

.②叶绿素b：

色、吸收

.③叶黄素：黄色、吸收

.④胡萝卜素：橙黄色、吸收

.2.色素的分布、功能特性及分离方法①色素的分布：叶绿体基粒的

上②色素的功能：

光能、

光能（四种色素）

光能（只有少数特殊状态的叶绿素a）③色素的特性:不溶于水,能溶于

等有机溶剂④色素的分离：

.叶绿素a叶绿素b叶黄素胡萝卜素绿色蓝绿红光和蓝紫光黄绿红光和蓝紫光蓝紫光蓝紫光类囊体膜吸收传递转化酒精、丙酮纸层析法花青素是一种水溶性色素，可以随着细胞液的酸碱改变颜色。细胞液呈酸性则偏红，细胞液呈碱性则偏蓝。是构成花瓣和果实颜色的主要色素之一(三)叶绿体的结构1.分布:植物的

和幼嫩茎的表皮细胞2.形状:一般呈扁平的

或球形3.结构如右图①双层膜②基粒:几个到几十个由类囊体堆叠而成，其上分布有与光反应有关的

和

。③基质:含有与

反应有关的酶和少量的

。4.功能:进行

的场所二、光合作用的原理和应用（一）光合作用的概念：绿色植物通过

，利用

，把二氧化碳和水转化成

，并且释放

的过程。叶肉细胞椭球形酶色素暗DNA和RNA光合作用叶绿体光能储存着能量的有机物氧气外膜内膜类囊体基粒叶绿体基质（二）光合作用的探究历程及其启示①18世纪比利时的海尔蒙特的《种植柳树实验》,人们认为植物建造自身的原料只有土壤中的

.②1771年英国的

得《蜡烛、小鼠与绿色植物的实验》,试验证明

.③1779年荷兰的英格豪斯的《植物更新空气实验》,发现植物只有在有

的条件下可以更新空气。④1785年法国拉瓦锡发现了

的组成，推测出绿叶放出的是

,吸收的是

。⑤1845年德国的梅耶根据能量转化和守恒定律指出植物光合作用,把光能转换成

储存起来.⑥1864年德国的萨克斯的《天竺葵叶片遮光实验》证明光合作用产生了

和氧气,还证明光合作用需要

。⑦1880年美国的恩格尔曼的《水绵在不同光照条件下对好氧细菌分布的影响》证明氧气是

释放出来的，叶绿体是

的场所。水普利斯特利植物可以更新空气光空气氧气二氧化碳化学能淀粉光叶绿体光合作用⑧1939年美国的鲁宾和卡门用

证明光合作用释放的氧全部来自

.⑨20世纪40年代美国的卡尔文用14CO2供应小球藻进行光合作用,追踪检测其放射性,证明

中的

在光合作用中转化成

.同位素标记法水CO2碳有机物中的碳光合作用的探究历程给我们的启示:①生物学的发展与物理学和化学的研究进展关系密切②技术手段的进步对生物科学的发展起了推动作用【例】下图表示3株脱淀粉（经充分“饥饿”处理）的同种相似植株放在不同的钟罩内，以下关于本实验的目的叙述中最准确的是

A.证明光合作用的速率随CO2浓度增大而增大

B.证明光合作用的必需条件是CO2

C.证明过多的CO2阻碍光合作用

D.证明NaOH能促进光合作用A【例】下图表示叶绿体中色素的吸收光谱（颜色深、浅分别表示吸收量多、少）．甲图表示的是

A．胡萝卜素的吸收光谱B．叶绿素a的吸收光谱C．叶黄素的吸收光谱D．类胡萝卜素的吸收光谱B【例】某学生在玻璃温室里进行植物栽培实验，在自然光照下，他对室内空气中的CO2含量进行24h测定，下列曲线能正确表示其测定结果的是

C【例】下图示三种植物叶片光合作用速度的日变化.请据图回答

(1)光合作用速度与呼吸作用速度相等的时刻，a植物叶片出现在

,c植物叶片出现在

.(2)在6:00-8:00时之间，单位时间内吸收CO2最多的是

植物叶片.(3)b植物叶片在晴天中午光照强烈时,光合作用速度出现了低谷,这一现象被称为光合作用的“午休现象”.产生这一现象的主要原因有

(4)从图中结果推测,三种植物一天内有机物积累量多少的顺序是

>

>.19:00和5:00

10:00和15:00

b

中午光照强烈,为减少体内水分散失,气孔关闭,通过气孔进入的CO2量减少.a

bc（三）光合作用的过程1.反应式：

。当产物是葡萄糖时光合作用的反应式如下：

。2.光合作用的图解CO2+H2O(CH2O)+O2光能叶绿体6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O光能叶绿体(1)光反应阶段①水的光解以及ATP和NADPH的形成2H2O4[H]+O2ADP+Pi+光能ATP酶②场所：

。③必要条件：

.④底物：

.⑤产物：

.⑥能量变化

.叶绿体类囊体薄膜水光、色素、酶O2、ATP、[H]

（NADPH）光能活跃的化学能（ATP）光反应阶段暗反应阶段(2)暗反应阶段Ⅰ：CO2的固定CO2+C5酶2C3C3(CH2O)+C5+H2OATPADP+PiNADPHNADP+酶①两个主要阶段Ⅱ：C3的还原②场所

。叶绿体基质③底物

。CO2或C3④能量

。ATP和[H]⑤还原剂

。[H]

⑥能量变化:活跃的化学能(ATP)转化成稳定的化学能((CH2O)(3)光反应与暗反应的关系

①光反应为暗反应提供

.暗反应为光反应提供

.ATP和[H]ADP和Pi②没有光反应,暗反应无法进行;没有暗反应,有机物无法合成,光反应受到抑制.总之,光反应是暗反应物质能量的准备阶段,暗反应是光反应的继续;是物质和能量转化的完成阶段。[H]光合作用的过程回放过程光反应阶段暗反应阶段CO2+C52C3酶2C3(CH2O)+C5酶2C3CO2固定C5多种酶催化(CH2O)还原12O2ATP酶ADP+Pi叶绿体中的色素分子光能H2O水在光下分解供能酶NADPHNADP+供能供氢酶NADP++2e+H+NADPHATPADP+PiNADPHNADP+[H][H]2H2O4[H]+O2光ADP+Pi+光能ATP酶光反应暗反应条件场所物质变化能量变化产物原料速度联系

光、色素、酶[H]、ATP、多种酶

有光无光都可进行基粒（类囊体的薄膜）基质1.水的光解1.CO2的固定2.[H]、ATP的合成2.C3化合物的还原

3.ATP水解光能→ATP中活跃ATP中活跃的化学能→的化学能有机物中稳定的化学能ATP、[H]、O2（CH2O）、ADP、Pi等H2OCO2快，以微秒计。较缓慢。光反应为暗反应提供了[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+，且暗反应是光反应的继续。⑦⑧图1图2填写图1的数码表示的名称①

;②

;③

;④

;⑤

;⑥

;⑦

;⑧

.[H]ATPCO2(CH2O)光反应阶段暗反应阶段H2O多种酶填写图2的数码表示的名称①

;②

;③

;④

;光反应阶段暗反应阶段卡尔文循环(C3途经)类囊体薄膜B

;C

;D

;ADP+PI[H]O2对某植株作如下处理①持续光照10分钟②光照5秒再黑暗处理5秒,如此连续交替进行20分钟.若其它条件不变,则①②两种情况下,植株所能制造的有机物总量()A.①多于②B.①小于②

C.①和②相等D.无法确定B(四)化能合成作用1.概念:利用氧化环境中的

所释放的能量来将CO2和H2O合成

的同化方式.2.代表生物:

等少数种类细菌.3.反应式:2NH3+3O22HNO2+2H2O+Q1(能量)硝化细菌2HNO2+O22HNO3+Q2(能量)硝化细菌CO2+H2O(CH2O)+O2

硝化细菌Q1+Q2无机物氧化有机物硝化细菌、硫细菌、铁细菌(五)光合作用原理的应用1.光合作用强度表示方法①单位时间内光合作用产生

的数量;②单位时间内光合作用消耗（吸收）

的量;③单位时间内光合作用产生（释放）

的量;葡萄糖CO2O2内部因素①植物种类不同②同一植物在不同的生长发育阶段③同一植物在不同部位的叶片④同一叶片的不同生长发育时期光合速率不同外部因素①光照强度②温度③

CO2浓度、含水量和矿质元素2.影响光合作用因素3.影响光合作用的因素及其相关原理在生产实践中的应用

叶龄OA段：AB段：BC段：幼叶，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用速率不断提高

壮叶，叶片的面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率也基本稳定。老叶，随着叶龄的增加，叶片内叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶，可降低其细胞呼吸消耗有机物。①光照时间：②光照强度：光照:光照强度为0时只进行细胞呼吸，释放CO2量代表此时的呼吸强度

随光照强度增强,光合作用逐渐增强,CO2的释放量逐渐减少,因一部分用于光合作用

光补偿点,此时细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用,即光合作用速率=细胞呼吸速率

随光照强度不断增强,光合作用不断增强

光饱和点,光照强度达到一定值时,光合作用不再增强

真正光合速率＝净光合速率+呼吸速率时间越长，产生的光合产物越多A点AB段:B点:BC段:C点:a曲线表示阳生植物,b曲线表示阴生植物:光补偿点和光饱和点都比阳生植物低ab③光的性质白光>红光、蓝紫光>…

…>绿光温室大棚塑料薄膜的颜色最好是：无色透明水域植物（藻类—水深）的垂直分布：绿藻红藻褐藻④光照面积OA段：A点：OB段：BC段：OC段：…随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大光合作用面积的饱和点

随叶面积的增大，光合作用不再增强，原因是有很多叶被遮挡，光照强度在光补偿点以下…干物质量随光合作用增强而增加随叶面积的不断增加，干物质积累量不断降低随叶面积的不断增加，呼吸量不断增加应用：适当间苗、修剪,合理施肥、浇水，避免徒长.封行过早,使中下层叶片所受的光照往往在光补偿点以下,白白消耗有机物,造成不必要的浪费.

CO2浓度对光合作用强度的影响

CO2吸收量CO2浓度PCO2的释放量ABC曲线分析A点CO2浓度为0,此时只进行细胞呼吸,释放的CO2量表明此时的呼吸强度.

AB段表示光合作用强度少于呼吸作用强度,但呼吸作用产生的CO2有一部分用于光合作用.

B点表示光合作用强度等于呼吸作用强度(称CO2补偿点)

bc段表示光合作用强度大于呼吸作用强度,且随CO2浓度的增加光合作用强度随之增加

C点表示光合作用强度达到最大(即C点后随CO2浓度的增加光合作用强度不再增加)．c点对应的CO2浓度称为光合作用强度达到最大的最低CO2浓度(即CO2饱和点).

农作物增产措施:(1)合理密植使农田通风良好“正其行,通其风”(2)温室栽培，晴天适当增加CO2浓度①施有机肥(农家肥)②施用NH4HCO3肥料③CO2发生器矿质元素

矿质元素1.矿质元素直接或间接影响光合作用,如可促进叶片面积增大,提高酶的合成速率。作为酶的激活剂等,

提高光合作用速率.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。温度①温度影响酶的活性②温度是影响气孔开闭的因素之一③农作物增产措施Ⅰ适时播种Ⅱ温室栽培连续阴雨天;白天和晚上均降温连续阴雨天,白天和晚上均降温★多因子对光合作用速率的影响OP段：Q点：限制光合速率的因素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

横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，若要提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法★多因子对光合作用速率的影响温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当充加C02，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和C02浓度以提高光合速率。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

试分析光照、CO2浓度骤变对植物细胞内C3、C5、[H]、ATP、（CH2O）合成量影响

条件C3C5【H】和ATP(CH2O)合成量停止光照CO2供应不变突然光照CO2供应不变光照不变停止CO2供应光照不变增加CO2供应光照不变增加CO2供应(CH2O)运输受阻增加

减少

减少或没有

减少或没有

减少

增加

增加

增加

减少

增加

增加

减少或没有

增加

减少

减少

增加

增加

减少

增加

减少

光合作用的有关计算：（1）物质计算：依据光和作用的总反应式计算（2）与呼吸作用相结合的计算：在光下光合作用与呼吸作用同时进行光合作用实际产氧量=实测的氧气释放量+呼吸作用耗氧量光合作用实际C02吸收量=实测的CO2消耗量+呼吸作用CO2释放量光合作用实际葡萄糖生产量=光合作用葡萄糖净生产量+呼吸作用葡萄糖消耗量例：将某种植物的叶片放在特定的容器中（有足够的氧气），在一定条件下，给予充足的光照，容器内的二氧化碳每小时减少44mg。如果将其放在黑暗的条件下，二氧化碳每小时增加8.8mg。如果在充足的光照下，光合作用合成的有机物最后都转变成葡萄糖，这些植物的叶片每小时制造的葡萄糖为多少？【例】已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃.下图表示该植物在25℃时光合强度与光照强度的关系.若将温度提高到30℃的条件下(原光照强度和CO2浓度等不变),从理论上讲,图中相应点的移动应该是A.a点上移,b点左移,m值增加B.a点不移,b点左移,m值不变C.a点下降,b点右移,m值下降D.a点下降,b点不移,m值上升c【例】图甲表示A植物光合速率受光照强度影响的变化曲线。图乙表示A植物光合速率在不同光照强度环境条件下,光合速率受CO2浓度影响的变化曲线。a点与c点相比较,c点时叶肉细胞中C3的含量;b点与c点相比较,b点时叶肉细胞中C5的含量依次是A．高、高B．低、基本一致C．低、高D．高、基本一致A【例】右图为一天当中某密闭温室内CO2浓度的变化曲线(只考虑植物的光合作用和呼吸作用),有关该曲线的分析中,不正确的是()A.BC段与AB段相比,曲线上升缓慢,可能原因是BC段的气温比AB段低,导致BC

段呼吸作用比较弱B.图中D点和G点时,光合作用强度和呼吸作用强度相等C.EF段浓度下降较慢的最可能原因是蒸腾作用太强,由于缺水导致光合作用强度下降所致D.从图中信息可判断出一天当中O