第07讲 光合作用与能量转化（知识梳理）高考生物一轮复习.docx

专题四 细胞的能量供应和利用基本知识考点4 光合作用与能量转化一、捕获光能的色素1、绿叶中色素的提取和分离（1）原理①提取：叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中而不溶于水②分离：不同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，从而使各种色素相互分离2）提取和分离过程无水乙醇: 溶解色素； 二氧化硅: 有助于研磨充分；碳酸钙: 防止研磨中色素被破坏； 层析液: 分离色素3）结果分析①色素带的条数表示色素种类，色素带的宽窄与色素含量有关，色素带的位置与色素的扩散速度及溶解度有关②色素带颜色过浅的原因叶片不新鲜、加入无水乙醇过多、未加入二氧化硅或碳酸钙、滤液细线画的次数少、 滤液细线触及层析液(也有可能在滤纸条上得不到色素带)2、绿叶中色素的种类、分布和作用（1）色素的种类和对光的吸收情况绿叶中的色素叶绿素叶绿素a叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光类胡萝卜素胡萝卜素叶黄素主要吸收蓝紫光 一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光可见光的波长范围是390～760nm不同波长的光，颜色不同叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。

类胡萝卜素不吸收波长大于约520 nm的光应用：生产上，用无色的玻璃、塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高，因为日光中各种颜色的光均能通过，作物光合效率高阴天时，在功率相同的情况下，应选择补红光和蓝光的照明灯2）影响叶绿形成的因素①光照叶绿素的合成需要光照，黑暗中幼苗因无法合成叶绿素而长成白化苗②温度温度会影响与叶绿素合成的有关酶的活性，进而影响叶绿素的合成叶绿素不稳定，低温会导致叶绿素被破坏，而类胡萝卜素比较稳定，因此秋冬季多数绿色植物叶片会变黄③必需元素N、Mg等元素是组成叶绿素的重要元素，缺N、Mg将导致叶绿素无法合成，光能吸收减少，光合作用减弱④水缺水不但影响叶绿素合成，还会促进叶绿素分解所以，缺水叶片会变黄3）功能吸收、传递和转化光能只有少数特殊状态的叶绿素a才能转化光能)（4）分布叶绿体的类囊体薄膜上二、捕获光能的结构——叶绿体叶绿体适于进行光合作用的结构特点是：①类囊体堆叠成基粒，极大地扩展了受光面积；②在类囊体膜上分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体膜上和基质中含有进行光合作用所必需的酶1、叶绿体的结构2、叶绿体的功能绿色植物进行光合作用的场所3、证明叶绿体功能的实验——恩格尔曼实验把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中，然后用极细的光束照射水绵。

发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中；如果临时装片暴露在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位1）实验一①实验分析a、水绵的叶绿体呈螺旋带状便于观察，好氧细菌的分布可以确定氧气的释放部位b、临时装片放在没有空气的黑暗环境中，目的是排除氧气和光对实验的干扰c、自变量是光照的有无，因变量是好氧细菌的分布位置d、设置极细光束和黑暗、完全曝光和黑暗两次对照，使实验结论更具有说服力②实验结论氧气是由叶绿体释放的 (注：“叶绿体是光合作用的场所”这一结论是结合了其他实验证据才能得出的)（2）实验二用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的好氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域这表明叶绿体主要吸收红光和蓝紫光三、光合作用的原理1、光合作用的概念及实质（1）概念光能叶绿体CO2 ＋ H2O (CH2O) ＋ O2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成储存能量的有机物，并且释放出氧气的过程2）实质 ①物质上：无机物→有机物②能量上：光能→有机物中的化学能2、光合作用原理的部分实验探究年代及科学家过程方法结论/结果19世纪末-1928年//普遍认为：在光合作用中，CO2的C和O被分开，O2被释放，C与H结合成甲醛，然后甲醛再缩合成糖。

后来发现，甲醛对植物有害，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖1937年 希尔离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气/离体叶绿体在适当条件下可发生水的光解、产生氧气(希尔反应)1941年鲁宾和卡门给一组植物提供H2O和C18O2，给另一组植物提供H218O和CO2在其他条件都相同的情况下，前一组释放的氧气都是O2，后一组释放的氧气都是18O2同位素示踪光合作用释放的O2中的氧元素全部来自水1954年 阿尔农//叶绿体中水的光解过程伴随ATP合成20世纪40年代卡尔文用14C标记14CO2供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性放射性同位素标记法探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径3、光合作用的原理 光合作用包括一系列的化学反应，根据是否需要光能，这些化学反应可概括地分为光反应和暗反应两个阶段光反应阶段暗反应阶段概念光合作用第一阶段中的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫做光反应阶段光合作用第二阶段中的化学反应，有没有光都可以进行，这个阶段叫做暗反应阶段进行部位叶绿体的类囊体薄膜上叶绿体基质中物质变化水的光解： 2H2O＋4NADP＋＋4e → 4NADPH＋O2ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATPCO2的固定：CO2＋C52C3C3的还原：2C3(CH2O)＋C5产物O2、NADPH和ATP(CH2O)、NADP＋、ADP和Pi能量变化光能转变为ATP和NADPH中的化学能ATP和NADPH中的化学能转变为有机物中的化学能条件光、色素和酶NADPH、ATP、多种酶联系既有区別又紧密联系，是缺一不可的整体：①光反应阶段为暗反应阶段提供NADPH和ATP；②暗反应阶段产生的ADP、Pi、NADP+为光反应阶段合成ATP和NADPH提供原料。

注释①光反应中涉及能量的吸收、传递和转化，其中光能的吸收不需要酶催化②NADPH不简写成［H］在暗反应中，NADPH除了作为还原剂，还能提供能量①C3化合物：3-磷酸甘油酸； C5化合物：核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)②ATP和NADPH是在C3还原的过程中被消耗，产生ADP和Pi、NADP＋，继续参与光反应③在适宜稳定的条件下，叶绿体基质中C3的含量是C5的2倍特别提醒（1）暗反应虽说有没有光都能进行，但前提是需要光反应为其提供NADPH和ATP2）正常情况下，光反应速率相对是快于暗反应速率的，光反应产物[H]和ATP在叶绿体基质中有少量的积累所以，当夜晚光反应停止时，暗反应可持续进行一段时间，有机物还能继续合成但时间不长，故夜晚一般认为只进行呼吸作用3）在光照时间、黑暗时间均相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物的积累量要多这是因为光照和黑暗间隔处理能使暗反应及时充分利用光反应产生的[H]和ATP来合成有机物4）叶绿体光反应产生的ATP很难离开叶绿体，一般认为只能用于叶绿体中的生理活动，包括C3的还原、叶绿体的物质跨膜运输、酶的合成、DNA复制等过程四、光合作用原理的应用1、光合作用强度(也叫光合速率)的表示方法（1）表示方法光合速率可用在单位时间内，植物光合作用制造糖类的数量，或固定CO2的量，或产生O2的量来表示。

一般测定光合速率的方法都没有把叶子的呼吸作用考虑在内，所以，测到的是光合作用与呼吸作用的差值——净光合速率即：实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率三种速率表示方法（单位时间内）实际光合速率CO2固定量O2产生量有机物制造量呼吸速率CO2释放量O2吸收量有机物消耗量净光合速率CO2吸收量O2释放量有机物积累量注：叶绿体单位时间内释放O2量、吸收CO2量表示实际光合速率2）测定方法一 测氧气①溶液作用NaHCO3溶液(CO2缓冲液)：为植物光合作用提供CO2，维持装置中CO2含量的稳定②甲装置单位时间内红色液滴右移的距离为植物的O2释放速率，代表净光合速率③乙装置单位时间内红色液滴左移的距离为细胞呼吸的O2吸收速率，代表呼吸速率方法二 测有机物则：叶圆片的呼吸速率为(x-y)/m，叶圆片的净光合速率为(z-y)/n2、影响光合速率的因素及应用（1）内因 植物种类、叶绿体数量、叶绿体中色素含量、酶的数量和活性、C5含量、叶龄和叶面积指数等 图1 图2 图3图1：阳生植物的光补偿点和光饱和点都比阴生植物高。

在农业生产上，间作套种农作物，可合理利用光能图2：随着幼叶不断生长，叶面积增大，叶绿体数量增多，色素和酶的数量增多，光合速率增大；老叶时，随叶龄增加，色素减少，酶活性降低，光合速率下降因此，在农业生产上，应适当摘除老叶，以提高光合速率图3：随叶面积增大，总光合量逐渐增加当叶面积增大到一定程度后，由于叶片相互遮挡，叶片对光能的吸收量不再增加，所以总光合量不再增大但呼吸量会随叶面积增大而不断增大，所以干物质量逐渐降低在农业生产上，合理密植，控制叶面积指数，提高光合产量2、外因光照的强弱、光的成分、空气中CO2的浓度、温度的高低、土壤中水分的多少、矿质元素等1）光照强度①曲线含义在一定范围内，光照增强使光反应速率加快，为暗反应提供更多的[H]和ATP，导致暗反应速率加快，从而提高了光合速率当光合速率达到最大后，受到外界CO2浓度、温度以及植物内部色素含量和酶的限制，光合速率不再加快 若光照过强，光合速率会下降一是因为光照过强会导致叶片气孔关闭，CO2供应减少；其次是光照过强会破坏叶绿体②曲线解读光照强度光合速率的变化情况气体交换情况0点光照强度为0，植物只进行呼吸作用A点对应的数值表示呼吸速率。

0B段植株表现为释放CO2说明呼吸作用产生的CO2量大于光合作用所需的CO2量，即光合作用强度小于呼吸作用强度但随着光照强度逐渐增强，光合作用强度也逐渐增强，二者差值逐渐减小，CO2释放量逐渐减少B点植株既不向外界释放CO2，也不从外界吸收CO2说明光合作用所需的CO2全部由细胞呼吸提供，即光合作用强度等于细胞呼吸强度此时的光照强度称为光补偿点在光补偿点时，净光合速率为0，植物不能生长BD段植株表现为吸收CO2说明呼吸作用产生的CO2量小于光合作用所需CO2量，即光合作用强度大于呼吸作用强度随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强，二者差值逐渐增大，CO2吸收量逐渐增多D点之后随着光照强度增加，光合作用不再增强，D点的光照强度称为光饱和点特别提醒若植株的光合速率。