专题6光合作用生物（浙江选考专用）考点考点1 1叶绿体色素的种类及提取与分离叶绿体色素的种类及提取与分离基础知识基础知识“光合色素的提取与分离光合色素的提取与分离”实验中的试剂与材料实验中的试剂与材料试剂作用95%乙醇溶解叶绿体色素层析液分离色素SiO2增加杵棒与研钵间的摩擦力,破坏细胞结构,使研磨更充分CaCO3防止研磨过程中色素被破坏考点清单色素种类叶绿素(约3/4)类胡萝卜素(约1/4)叶绿素a叶绿素b胡萝卜素叶黄素颜色蓝绿色黄绿色橙黄色黄色分布叶绿体的类囊体薄膜上吸收光谱叶绿素主要吸收红光和蓝紫光;类胡萝卜素主要吸收蓝紫光化学特性不溶于水,能溶于乙醇、丙酮等有机溶剂分离方法纸层析法在滤纸条上的分布重点难点重点难点一、叶绿体中的色素一、叶绿体中的色素色素与叶片颜色正常绿色正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例约为31,且对绿光吸收最少,所以正常叶片总是呈现绿色叶色变黄寒冷时,叶绿素分子易被破坏,类胡萝卜素较稳定,显示出类胡萝卜素的颜色,叶子变黄叶色变红秋天降温时,植物体为适应寒冷,体内积累了较多的可溶性糖,有利于形成红色的花青素,而叶绿素因寒冷逐渐降解,叶子呈现红色二、二、“光合色素的提取与分离光合色素的提取与分离”实验的分析实验的分析1.原理解读(1)提取:叶绿体中的色素溶于有机溶剂而不溶于水,可用95%的乙醇等有机溶剂提取绿叶中的色素。(2)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。步骤方法原因提取绿叶中的色素用新鲜的菠菜叶放入4050的烘箱中烘干,粉碎后取2g干粉放入研钵中新鲜浓绿的叶片中叶绿素含量高加入二氧化硅:有助于研磨充分加入碳酸钙:防止研磨中色素被破坏加入23mL95%的乙醇:溶解、提取色素将研磨液迅速倒入基部垫有单层尼龙布的小漏斗中过滤,滤液收集到试管中,及时用棉塞塞紧试管口单层尼龙布:过滤叶脉及二氧化硅等试管口塞紧:防止乙醇挥发制备滤纸条干燥滤纸:透性好、吸收滤液多剪去两角:防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快画滤液细线用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔细线均匀地画出一条细而直的滤液细线,待干后再重复画两三次画得细而直:防止色素带重叠而影响分离效果画两三次:积累更多的色素,使分离后的色素带明显2.实验流程分离绿叶中的色素层析液不能没及滤液细线,以防止色素溶解于层析液中而无法分离塞紧试管口是为了防止层析液中的成分挥发观察与分析3.实验中的注意事项(1)选材:应选取新鲜、颜色深绿的叶片,以保证含有较多的叶绿体色素。(2)提取色素:研磨要迅速、充分,且加入各物质的量要成比例,以保证提取到较多的色素和使色素浓度适宜。(3)制备滤纸条:剪去两角,以保证色素在滤纸条上扩散速度一致,使色素带均匀、整齐,便于观察实验结果,否则,会形成弧形色素带。(4)点样:用力要均匀,快慢要适中。滤液细线要细、直,且干燥后重复画两三次,使滤液细线既有较多的色素,又使各种色素扩散的起点相同。(5)分离色素:滤液细线不要触及层析液,否则滤液细线中的色素分子将溶解到层析液中,滤纸条上得不到色素带。考点考点2 2光合作用原理及应用光合作用原理及应用基础知识基础知识一、自养生物和异养生物一、自养生物和异养生物类型概念实例自养生物能利用无机物合成有机物,为其自身生长、发育、繁殖提供物质和能量的生物绿色植物、藻类、某些细菌异养生物不能利用无机物合成有机物,需要直接或间接依靠自养生物的产物维持生活的生物人、动物、真菌和大部分细菌二、光合作用概述二、光合作用概述1.概念:光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化为贮存着能量的有机物,并且释放氧气的过程。2.总反应式6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O23.场所叶绿体4.阶段三、光合作用的过程三、光合作用的过程1.光反应(1)条件:光、色素、酶、水。(2)场所:类囊体膜上(即光合膜)。(3)物质变化:H2O+NADP+NADPH+O2ADP+PiATP(4)能量变化:光能电能活跃的化学能贮存在ATP和NADPH中。2.碳反应(1)条件:多种酶、CO2、ATP、NADPH。(2)场所:叶绿体的基质中。(3)物质变化:1分子CO2首先被1个RuBP分子固定,形成1个六碳分子,这个六碳分子随即分解成2个三碳酸分子,每个三碳酸分子接受来自NADPH的氢和来自ATP的磷酸基团生成三碳糖,并将NADPH和ATP释放的化学能贮存在糖分子中。每3个CO2进入卡尔文循环就形成6个三碳糖,其中5个三碳糖分子再生成RuBP,还 有 一 个 三 碳 糖 分 子 运 到 叶 绿 体 外 合 成蔗 糖 或 被 叶 绿 体 利 用 合 成淀粉 、蛋白质和脂质。(4)能量变化:ATP和NADPH中活跃的化学能转变为有机物中稳定的化学能。四、环境因素影响光合速率四、环境因素影响光合速率1.光合速率:又称光合强度。(1)含义:一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行多少光合作用(如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳)。(2)表示方法:产生氧气量/单位时间或消耗二氧化碳量/单位时间。2.影响光合速率的外界因素(1)光强度:在一定范围内,光合速率随光强度增加而增加;当光强度达到一 定 数 值 后 , 光 强 度 再 增 加 光 合 速 率 也 不 会 增 加 , 此 时 的 光 强 度 称 为光饱和点。(2)温度:低于最适温度,随着温度升高,光合速率加快;超过最适温度,随着 温 度 升 高 , 酶 的 活 性减弱或丧失 ,光合速率减慢或停止。(3)二氧化碳浓度:在一定范围内,空气中二氧化碳浓度的增加会使光合速 率加快。重点难点重点难点一、光合作用过程分析一、光合作用过程分析项目光反应碳反应场所类囊体薄膜叶绿体基质时间短促,以微秒计较缓慢条件光、色素、酶、水多种酶、CO2、NADPH、ATP过程利用光能使水光解产生O2,同时产生ATP和NADPH将CO2还原为糖的一系列反应称为卡尔文循环物质变化水的光解:H2O2H+2e-+O2ATP的合成:ADP+Pi+能量ATPNADPH的合成:NADP+H+2e-NADPHCO2的固定:CO2+RuBP2个三碳酸分子三碳酸的还原:2个三碳酸2个三碳糖RuBP的再生:三碳糖RuBP能量变化光能ATP、NADPH中活跃的化学能活跃的化学能有机物中稳定的化学能完成标志O2释放、ATP和NADPH的生成糖类等有机物的生成联系光反应为碳反应提供ATP、NADPH,碳反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+。二者紧密联系,缺一不可示意图二、分析外界因素对光合作用速率的影响二、分析外界因素对光合作用速率的影响1.光强度对光合作用的影响光强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。植物的光合速率在一定范围内随着光强度的增加而增加,但当光强度达到一定程度时,光合速率不再随着光强度的增加而增加。(此时限制光合速率的主要因素为CO2浓度,详见图1)图12.CO2浓度对光合作用的影响(1)CO2是光合作用的原料,通过影响碳反应来影响光合速率。植物的光合速率在一定范围内随着CO2浓度的增加而增加,但当CO2达到一定浓度时,光合速率不再增加。如果CO2浓度继续升高,光合速率不但不会增加,反而要下降,甚至引起植物CO2中毒而影响它正常的生长发育。(2)植物光合作用的最适CO2浓度为0.1%,而空气中CO2浓度仅为0.035%。因此适当增加空气中CO2浓度,可提高光合速率。图23.温度对光合作用的影响(1)温度对光合作用的影响规律温度直接影响光合作用所需酶的活性,对光合作用的影响很大。在低温条件下,植物酶促反应速率下降,限制了光合作用的进行;在高温条件下,叶绿体的结构会遭到破坏,叶绿体中的酶发生钝化甚至变性。低温会影响光合酶的活性,植物表观光合速率较低;较高温度使呼吸作用加强,表观光合速率下降。(详见图3)图3(2)最适温度一般植物在1035时正常地进行光合作用,其中以2530最适宜,在35以上时光合速率就开始下降,4050时光合作用完全停止。4.多因子对光合速率的影响常见坐标曲线图图4关键点的含义P点:此点之前,限制光合速率的因素为横坐标所表示的因子,随着该因子的不断加强,光合速率不断提高。Q点:此时横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的主要因子,影响因素为坐标图中三条曲线所标示出的其他因子。考点考点3 3光合作用与呼吸作用的关系光合作用与呼吸作用的关系基础知识基础知识光合作用和细胞呼吸的区别光合作用和细胞呼吸的区别光合作用细胞呼吸物质变化无机物有机物有机物无机物能量变化光能化学能化学能ATP中活跃的化学能+热能实质合成有机物,贮存能量分解有机物、释放能量,供细胞利用场所叶绿体活细胞(主要在线粒体)条件只在光下进行有光、无光都能进行重点难点重点难点一、光合作用与细胞呼吸的联系一、光合作用与细胞呼吸的联系来源去路H光合作用光反应中水的光解作为碳反应阶段的还原剂,用于还原三碳酸需氧呼吸、厌氧呼吸需氧呼吸第一阶段、第二阶段及厌氧呼吸第一阶段产生需氧呼吸用于第三阶段还原氧气产生水,同时释放大量能量;厌氧呼吸用于第二阶段还原丙酮酸生成相应产物ATP光合作用在光反应阶段合成ATP, 其合成所需能量来自色素吸收转化的太阳能用于碳反应阶段三碳酸还原,其中活跃的化学能最终以稳定的化学能形式贮存在有机物中需氧呼吸、厌氧呼吸需氧呼吸第一、二、三阶段均产生,其中第三阶段产生最多,其中的能量来自有机物的分解;厌氧呼吸第一阶段产生分解释放的能量直接用于各项生命活动二、比较细胞呼吸和光合作用的异同二、比较细胞呼吸和光合作用的异同1.H与ATP来源、去路的比较2.表观光合速率、真正光合速率和呼吸速率的区别(1)表观光合速率与真正光合速率:在有光条件下,植物同时进行光合作用和细胞呼吸,实验容器中O2增加量、CO2减少量或有机物的增加量,可表示表观光合速率,而植物真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率。(2)呼吸速率:将植物置于黑暗环境中,实验容器中CO2增加量、O2减少量或有机物减少量,可表示植物呼吸速率。方法方法1光合速率与呼吸速率的关系光合速率与呼吸速率的关系植物光合速率与呼吸速率关系模式图植物光合速率与呼吸速率关系模式图突破方法(1)绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织只进行呼吸作用,测得的数据为呼吸速率(A点)。(2)绿色组织在有光条件下,光合作用与细胞呼吸同时进行,测得的数据为表观光合速率。(3)总(真正)光合速率=表观光合速率+呼吸速率。(4)各点(段)光合作用和呼吸作用分析A点AB段B点B点后例例1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时相等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答案答案A解析解析该图中两条曲线分别表示光照下二氧化碳的吸收量(即植物积累的有机物量)和黑暗中二氧化碳的释放量(呼吸作用),因此,光合作用制造的有机物应该是两条曲线的数值之和。35时光合作用制造的有机物的量为(3.5+3)mg/h,30时光合作用制造的有机物的量为(3.5+3)mg/h,故光照相同时间,35时光合作用制造的有机物的量与30时的相等;制造有机物最多的应该不是25而是3035,积累量最多的才是25;光合作用制造的有机物与呼吸作用消耗的有机物的量相等的点应该是光照下植物不吸收二氧化碳的点,而不是图中两条曲线的交点。1-1(2017浙江金华期末,26)某科研小组探究温度对某种植物的光合作用与细胞呼吸的影响,结果如图所示(以测定的放氧和耗氧速率为指标)。下列分析正确的是()A.光合作用的最适温度比细胞呼吸的最适温度高B.大于35时,该植物光照下放氧速率下降的主要原因是细胞呼吸增强C.40时,叶肉细胞中光合速率大于呼吸速率D.两条曲线是放在相同且适宜环境下测得的答案答案C解析解析题图表明,呼吸作用相关酶的最适温度超过40,光合作用酶的最适温度约为35,A错误;大于35时,该植物光照下放氧速率下降的主要原因是温度过高,影响了光合作用有关的酶的活性,B错误;据分析可知,虚线表示表观光合速率,40时,表观光合速率等于呼吸速率,即此时(真正)光合速率是呼吸速率的两倍,C正确;光照下放氧速率需要在适宜的光照条件下进行测定,而呼吸耗氧速率需要在黑暗条件下测定,D错误。方法方法2光合速率及其测定方法光合速率及其测定方法1.光合速率光合速率(1)光合速率的表示方法:通常以单位时间内CO2等原料的消耗量或O2等产物的生成量表示。(2)表观光合速率与真正光合速率的关系真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率。如图:在不考虑光照强度对呼吸速率影响的情况下,OA段表示植物呼吸速率,曲线上C点对应的纵坐标为最大表观光合速率,最大真正光合速率为OA+OD。2.光合速率的测定方法(1)以气体体积变化为测量指标测定方法光合作用速率可用如图所示装置进行测定,NaHCO3可以维持瓶内CO2浓度稳定,小液滴的移动量表示植物放氧量(表观光合量)。物理实验误差的校对为了防止气压、温度等非光合作用因素所引起的误差,应设置对照实验,将所测的生物材料灭活(如死的幼苗),其他条件均不变。利用该装置进行光合速率的测定时,测出的结果是表观光合速率,要得到真正的光合速率,还需要在黑暗环境中测出其呼吸速率,二者之和为真正光合速率。(2)以有机物变化量为测量指标半叶法如图,可在同一片叶主脉两侧对称位置取等大的两部分A、B且阻止A、B间发生物质和能量的转移。若给B照光,A不照光,将A取下并放置在与B温度、湿度等条件相同,但无光的环境中保存,一段时间后,与取下的B同时烘干、称重,重量差值与时间的比值表示真正的光合速率假设最初A、B初始重量为Xg,实验处理t时间后A、B称重分别为WA、WB,则(X-WA)表示呼吸消耗量,(WB-X)表示净光合量,真正光合量=(WB-X)+(X-WA),真正光合速率=(WB-WA)/t。若先将A取下烘干称重,B照光一段时间后再取下烘干称重,则重量差值与时间比值表示表观光合速率A、B初始干重相等,故(WB-WA)表示有机物积累量。例例2现用下图所示方法测定植物叶片光合作用强度,将某对称叶片的一半遮光(A),另一半不遮光(B),并采用适当的方法阻止A、B间物质和能量的转移。在适宜温度等条件下光照一段时间后,在A、B中截取对应部分相等面积的叶片,烘干称重,分别记作m1和m2。下列说法正确的是()A.m1表示被截取的部分在光照时间内呼吸作用的大小B.m2表示被截取的部分在光照时间内净光合作用的大小C.(m2-m1)表示B叶片被截取的部分在光照时间内有机物的制造量D.该方法不能测出呼吸作用强度,因此不能测出实际光合作用的强度解析解析A叶片原有质量减去m1表示被截取的部分在光照时间内呼吸作用的大小,A错误;m2减去B叶片原有质量表示被截取的部分在光照时间内净光合作用的大小,B错误;(m2-m1)表示B叶片被截取的部分在光照时间内有机物的总制造量,C正确;该方法虽不能测出呼吸作用强度,但能测出实际(真正)光合作用的强度,D错误。答案答案C