?[高中生物一輪復習教學講義 必修1]
第9講 光合作用
考點一 (實驗)　光合作用色素的提取、分離
1．色素的提取和分離
(1)實驗原理
①色素的提?。壕G葉中的色素能夠溶解在有機溶劑(無水乙醇或丙酮)中，因此，可以用無水乙醇等有機溶劑來提取葉綠體中的色素。
②色素的分離：紙層析法。根據(jù)綠葉中色素在層析液中的溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快，從而在擴散過程中將色素分離開來。
(2)實驗步驟
提取色素
稱取5g綠色葉片，剪碎，放入研缽中→加入少許SiO2、CaCO3和10 mL無水乙醇→研磨→過濾→收集到試管內(nèi)并塞嚴試管口

制備濾紙條
干燥定性濾紙→將定性濾紙剪成略小于試管長與直徑的濾紙條，并在一端剪去兩角→在距離剪角一端1 cm處用鉛筆畫一條細的橫線
畫濾液細線
用毛細吸管吸取少量濾液→沿鉛筆線畫出一條細線→待濾液干后，再畫一兩次
分離色素
將適量的層析液倒入試管中→將濾紙條輕輕插入層析液中→用棉塞塞緊試管口(如圖所示）
觀察結(jié)果

色素種類
色素顏色
色素含量
溶解度
擴散速度
胡蘿卜素
橙黃色
最少
最高
最快
葉黃素
黃色
較少
較高
較快
葉綠素a
藍綠色
最多
較低
較慢
葉綠素b
黃綠色
較多
最低
最慢

(3)結(jié)果分析
①色素帶的條數(shù)與色素種類有關(guān)，四條色素帶說明有四種色素。
②色素帶的寬窄與色素含量有關(guān)，色素帶越寬說明此種色素含量越多。色素帶最寬的是葉綠素a，最窄的是胡蘿卜素，葉綠素b的色素帶比葉黃素的稍寬。
③色素帶擴散速度與溶解度有關(guān)，擴散速度越快說明溶解度越高。
④相鄰兩條色素帶之間距離最遠的是胡蘿卜素和葉黃素，最近的是葉綠素a和葉綠素b。
實驗拓展：(1)實驗注意事項及操作目的歸納
實驗過程
注意事項
操作目的
提
取
色
①
選取新鮮綠色的葉片
使濾液中色素含量高

素



②
研磨時加入10 mL 無水乙醇
溶解葉片中的色素
③
研磨時加入少許SiO2和CaCO3
使研磨充分和保護葉綠素
④
迅速、充分研磨
防止有機溶劑揮發(fā)，并充分溶解色素
⑤
盛放濾液的試管管口加棉塞
防止有機溶劑揮發(fā)
制備
濾紙條
①
濾紙預先干燥處理
使層析液在濾紙條上的擴散速度快
②
濾紙條的一端剪去兩角
防止層析液在濾紙條的邊緣處擴散過快
畫濾液
細線
①
濾液細線要直、細、齊
使分離的色素帶平整、不重疊
②
濾液細線干燥后重復畫2~3次
使分離的色素帶清晰，便于觀察
分離色素
①
濾液細線不能觸及層析液
防止色素直接溶解到試管內(nèi)的層析液中
②
覆蓋試管口
防止層析液揮發(fā)
(2)綠葉中的色素提取和分離實驗的異常現(xiàn)象分析
①收集到的濾液綠色過淺的原因分析：未加二氧化硅(石英砂)，研磨不充分；使用放置數(shù)天的菠菜葉，濾液中色素(葉綠素)太少；一次加入大量的無水乙醇，提取濃度太低(正確做法：分次加入少量無水乙醇提取色素)；未加碳酸鈣或加入過少，色素分子被破壞。
②濾紙條色素帶重疊：濾紙條上的濾液細線未畫成一條細線。
③濾紙條上得不到色素帶的原因分析：
濾液細線接觸到層析液，且時間較長，色素全部溶解到層析液中。

(3)做“綠葉中色素的提取和分離”實驗的改進裝置，實驗時應該將濾液滴在a處。
(4)秋天樹葉變黃的原因：秋天氣溫降低，葉綠素分子易被破壞，使葉子變黃，由于缺少葉綠素a和葉綠素b，所以葉子呈現(xiàn)類胡蘿卜素的黃色。
考點二 光合色素及光合作用過程
1．葉綠體的結(jié)構(gòu)和捕獲光能的色素
(1)葉綠體
①結(jié)構(gòu)示意圖：

②功能：進行光合作用的場所。
(2)色素的種類和功能
分布
葉綠體類囊體薄膜上
功能
吸收、傳遞(四種色素)和轉(zhuǎn)換光能(只有少量葉綠素a)
化學特性（提?。?br /> 不溶于水，能溶于酒精、丙酮和石油醚等有機溶劑
分離方法
紙層析法
色素種類及特點
類胡蘿卜素(1/4)
胡蘿卜素
橙黃色
主要吸收藍 紫光
葉黃素
黃色
葉綠素(3/4)
葉綠素a
藍綠色
主要吸收紅光和藍紫光
葉綠素b
黃綠色

吸收光
譜圖示

圖示說明
①陽光經(jīng)三棱鏡折射后形成不同波長和顏色的光
②折射光透過色素濾液時部分光被吸收
③色素對紅光和藍紫光吸收較多，使兩光區(qū)呈現(xiàn)暗帶
2．光合作用的探究歷程

實驗說明：
(1)恩格爾曼實驗設計的巧妙之處
①實驗材料的選擇妙：實驗材料選擇水綿，水綿不僅具有細而長的帶狀葉綠體，而且葉綠體以螺旋狀分布在細胞中，便于觀察。
②排除干擾的方法妙：沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了環(huán)境中氧氣和光的干擾。
③觀測指標的設計妙：通過好氧細菌的分布進行檢測，從而能夠準確地判斷出釋放氧氣的部位
④實驗對照的設計妙：用極細的光束點狀投射，葉綠體上可分為獲得光照部位和無光照部位，相當于一組對照實驗；進行黑暗條件下局部光照和完全暴露在光下的對照實驗，明確實驗結(jié)果是由光照引起的。
(2)魯賓、卡門實驗
①同位素標記法是利用放射性同位素作為示蹤劑對研究對象進行標記的微量分析方法，即用放射性同位素的原子標記某些物質(zhì)，再用放射性探測儀器進行追蹤，研究該物質(zhì)的運動、變遷和分布。
②同位素標記法的特點：a.靈敏度高；b.方法簡便；c.定位、定量準確；d.符合生理條件。
生物學中同位素標記實驗總結(jié)
分泌蛋白的合成與運輸：氫的同位素—3H標記亮氨酸或H2O
光合作用碳循環(huán)（卡爾文循環(huán)）：碳的同位素—14C標記糖類或CO2
DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)：磷的同位素—32P標記DNA；硫的同位素—35S標記蛋白質(zhì)
基因探針（DNA分子雜交、RNA分子雜交）：將轉(zhuǎn)基因生物的基因組DNA提取出來，在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素作為標記，以此作為探針，使探針與基因組DNA雜交，如果顯示出雜交帶，就表明重組成功。
單克隆抗體：利用同位素標記的單克隆抗體，在特定組織中成像的技術(shù)，可定位診斷腫瘤、心血管畸形等疾病。如果把抗癌的單克隆抗體跟放射性同位素、化學藥物或細胞毒素相結(jié)合，制成生物導彈，注入體內(nèi)借助單克隆抗體的導向作用，能將藥物定向帶到癌細胞所在位置，在原位殺死癌細胞。
光合作用產(chǎn)生的氧氣來源于水：氧的同位素—18O標記H2O
驗證DNA的半保留復制：氮的同位素—15N標記核苷酸。
3．光合作用完整過程圖解

光合作用過程中原子的去路分析

4．光反應、暗反應的比較
過程
光反應
暗反應
根據(jù)區(qū)別
必須在光下
有光、無光都可以
條件
光照、葉綠素、酶
多種酶
實質(zhì)
將光能轉(zhuǎn)化為化學能，并釋放出O2
同化CO2，合成有機物
場所
葉綠體類囊體薄膜
葉綠體基質(zhì)
物質(zhì)轉(zhuǎn)化
①水光解
2H2O4[H]＋O2↑
②ATP的合成
ADP＋Pi＋能量ATP
①CO2固定
CO2＋C52C3
②C3的還原
2C3(CH2O)＋C5
能量轉(zhuǎn)化
光能―→活躍的化學能ATP
ATP中活躍的化學能―→(CH2O)等有機物中穩(wěn)定的化學能
關(guān)系
①光反應為暗反應提供[H]和ATP；暗反應為光反應提供ADP和Pi
②沒有光反應，暗反應無法進行；沒有暗反應，有機物無法合成
5．葉綠體處于不同條件下，C3、C5、[H]、ATP以及(CH2O)合成量的動態(tài)變化
項目
條件
C3
C5
[H]和ATP
(CH2O)合成量
光照不變停止CO2供應
減少
增加
增加
減少或沒有
光照不變CO2供應增加
增加
減少
減少
增加
光照不變，CO2供應不變，(CH2O)運輸受阻
增加
減少
增加
減少
停止光照CO2供應不變
增加
下降
減少或沒有
減少或沒有
突然光照CO2供應不變
減少
增加
增加
增加
模型法分析光合作用過程中物質(zhì)的量的變化


注意說明：(1)光合作用光反應產(chǎn)生的ATP只用于暗反應階段，不能用于其他生命活動，其他生命活動所需ATP只能來自細胞呼吸。
(2)光反應產(chǎn)生的[H]為NADPH(還原型輔酶Ⅱ)，細胞呼吸產(chǎn)生的[H]為NADH(還原型輔酶Ⅰ)。
考點三 影響光合作用的環(huán)境因素
光合作用強度：指植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造有機物的量。用一定時間內(nèi)原料消耗或產(chǎn)物生成的量表示。光合作用與化能合成作用的比較：

光合作用
化能合成作用
本質(zhì)
都能將CO2和H2O等無機物合成為有機物
能量
光能
氧化無機物放出的能量
代表生物
綠色植物
硝化細菌等微生物
1．單因子對光合作用速率影響的分析
(1)光照強度：通過影響植物的光反應進而影響光合速率。
①曲線分析


A點：光照強度為0，此時只進行細胞呼吸，釋放的CO2量可表示此時細胞呼吸的強度。
AB段：隨光照強度增強，光合作用強度也逐漸增強，CO2釋放量逐漸減少，這是因為細胞呼吸釋放的CO2有一部分用于光合作用，此時細胞呼吸強度大于光合作用強度。
B點：細胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用，即光合作用強度等于細胞呼吸強度(光照強度只有在B點以上時，植物才能正常生長)，B點所示光照強度稱為光補償點。
BC段：表明隨著光照強度不斷加強，光合作用強度不斷加強，到C點以上不再加強了，C點所示光照強度稱為光飽和點。
②應用：陰生植物的B點左移，C點較低，如圖中虛線所示，間作套種農(nóng)作物的種類搭配，林帶樹種的配置，可合理利用光能；適當提高光照強度可增加大棚作物產(chǎn)量。
(2)二氧化碳濃度：CO2是植物進行光合作用的原料，CO2通過影響暗反應階段C3的合成進而影響光合作用強度。

①曲線分析：圖1和圖2都表示在一定范圍內(nèi)，光合作用速率隨CO2濃度的增加而增大，但當CO2濃度增加到一定范圍后，光合作用速率不再增加。
圖1中A點表示光合作用速率等于細胞呼吸速率時的CO2濃度，即CO2補償點；圖2中的A′點表示進行光合作用所需CO2的最低濃度。
圖1和圖2中的B和B′點都表示CO2飽和點。
②應用：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可以通過“正其行，通其風”，增施農(nóng)家肥等增大CO2濃度，提高光能利用率。溫室內(nèi)可通過放干冰、使用CO2生成器、施用農(nóng)家肥與豬舍雞舍連通等方法適當提高CO2濃度。
(3)溫度：：溫度通過影響酶的活性影響光合作用速率。
①曲線分析：

光合速率和呼吸速率都受溫度的影響，但光合作用相關(guān)酶對溫度反應更為敏感。
②應用：冬天，溫室栽培可適當提高溫度，溫室栽培也可適當降低溫度。白天調(diào)到光合作用最適溫度，以提高光合速率；晚上適當降低溫室內(nèi)溫度，以降低細胞呼吸速率，保證植物有機物的積累。
(4)必需礦質(zhì)元素供應

①曲線分析：在一定濃度范圍內(nèi)，增大必需礦質(zhì)元素的供應，可提高光合作用速率，但當超過一定濃度后，會因土壤溶液濃度過高而導致植物因滲透失水而萎蔫。
②應用：根據(jù)作物的需肥規(guī)律，適時、適量地增施肥料，可提高農(nóng)作物產(chǎn)量。
(5)水分
①影響：水是光合作用的原料，缺水既可直接影響光合作用，又會導致葉片氣孔關(guān)閉，限制CO2進入葉片，從而間接影響光合作用。
②應用：根據(jù)作物的需水規(guī)律合理灌溉。
2．多因子對光合作用速率影響的分析

(1)曲線分析：
P點：限制光合速率的因素應為橫坐標所表示的因子，隨著該因子的不斷加強，光合速率不斷提高。
Q點：橫坐標所表示的因素不再是影響光合速率的因子，影響因素主要為各曲線所表示的因子。
(2)應用：溫室栽培時，在一定光照強度下，白天適當提高溫度，增強光合酶的活性，提高光合速率，也可同時適當增加CO2，進一步提高光合速率。當溫度適宜時，可適當增加光照強度和CO2濃度以提高光合速率。
注意說明：①溫度改變對光合作用強度的影響：當溫度改變時，不管是光反應還是暗反應都會受影響，但主要是影響暗反應，因為參與暗反應的酶的種類和數(shù)量要比參與光反應的多。
②CO2濃度對光合作用強度的影響：CO2濃度很低時，光合作用不能進行，但CO2濃度過高時，會抑制植物的細胞呼吸，進而影響光合作用強度。
③結(jié)構(gòu)與功能相適應的生物學觀點：陰生植物不能在強光下生長的根本原因是遺傳物質(zhì)決定了陰生植物的結(jié)構(gòu)中酶的含量、色素的含量等比陽生植物少。
3．自然環(huán)境中一晝夜植物光合作用曲線

(1)圖1中各點含義及形成原因分析：
a點：凌晨2時～4時，溫度降低，呼吸作用減弱，CO2釋放減少。
b點：有微弱光照，植物開始進行光合作用。
bc段：光合作用強度小于呼吸作用強度。
c點：上午7時左右，光合作用強度等于呼吸作用強度。
ce段：光合作用強度大于呼吸作用強度。
d點：溫度過高，部分氣孔關(guān)閉，出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象。
e點：下午6時左右，光合作用強度等于呼吸作用強度。
ef段：光合作用強度小于呼吸作用強度。
fg段：沒有光照，停止光合作用，只進行呼吸作用。
4．密閉容器中一晝夜植物光合作用曲線

(2)圖2中各點含義及形成原因分析：
AB段：無光照，植物只進行呼吸作用。
BC段：溫度降低，呼吸作用減弱。
CD段：4時后，微弱光照，開始進行光合作用，但光合作用強度呼吸作用強度。其中FG段表示“光合午休”現(xiàn)象。
H點：隨光照減弱，光合作用強度下降，光合作用強度＝呼吸作用強度。
HI段：光照繼續(xù)減弱，光合作用強度

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