高中生物---光合作用-知识点全面总结.doc

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叶绿体的结构与功能
(一)叶绿体的结构模型.
(二)相关知识
1、.叶绿体是真核细胞进行光合作用的场所
2、叶绿体由两层膜(内膜和外膜)包围而成,内部有许多基粒,基粒和基粒之间充满了基质。
3、每个基粒都有许多个类囊体构成,类囊体薄膜上含有吸收、传递和转化光能的色素以及光反应所需的酶,是光反应的场所。
4、基质中含有暗反应所需的酶,是进行暗反应的场所。
5、光合色素的相关知识。
叶绿体色素的种类及含量:
叶绿素a
叶绿素(3/4)
叶绿素b
叶绿体色素
胡萝卜素
类胡萝卜素(1/4)
叶黄素
叶绿体色素的分布:叶绿体类囊体薄膜上。
(3)叶绿体色素的功能:吸收,传递(4种色素),转化光能(只有少量的叶绿素a把光能转为电能)
(4)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。(例如韭黄,蒜黄)
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(秋末)时,叶绿素分子易被破坏,而使叶子变黄。
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。
叶绿体色素的吸收光谱:
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a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素(胡萝卜素和叶黄素)主要吸收蓝紫光。色素对绿光吸收最少。对其他波段的光并非不吸收,只是吸收量较少。
经过色素吸收后,光谱出现两条黑带。说明:叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光。
叶绿体色素的性质:易溶于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂,不溶于水,叶绿素的性质不稳定,易被破坏,类胡萝卜素性质相对稳定。
(7)植物叶片的颜色与所含色素的关系:
正常绿色
正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例约为3∶1,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
6、色素的提取和分离实验。
(1)原理解读:
①色素的提取:叶绿体中的色素溶于有机溶剂而不溶于水,可以用无水乙醇(或丙酮)作溶剂提取绿叶中的色素,而不能用水,因为叶绿体中的色素不能溶于水。
②色素的分离原理:利用色素在层析液中的溶解度不同进行分离,溶解度大的在滤纸上扩散得快,反之则慢。从而使各种色素分离。
(2)选材:应选取鲜嫩、颜色深绿的叶片,以保证含有较多的色素。
(3)过程:省略。
(4)结果分析:
①从色素带的宽度可知色素含量的多少依次为: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色素在层析夜中溶解度大小依次是: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。
④.实验创新:在本实验中在圆形滤纸中央点上叶绿体色素的提取液进行层析,会得到近似同心的四个色素环,由内到外依次是黄绿色、蓝绿色、黄色、橙黄色。
【核心考点】
(1)叶绿体中色素的提取与分离试验有关事项
①色素分离和提取的原理经常考察,易混淆。
②在研磨时加入碳酸钙的作用是防止色素被破坏,加入二氧化硅的作用是有助于研磨。过滤时用的是单层尼龙布。
③画滤液细线时,用力要均匀,速度要适中。
④研磨要迅速、充分。;,从而能提取较多的色素;,能被活细胞中的叶绿素酶水解而被破坏。
⑤制备滤纸条时,要将滤纸条的一端剪去两角,这样可以使色素在滤纸条上扩散均匀,便于观察实验结。
⑥放置滤纸时,滤液细线必须在层析液上面。
(2)提取绿叶中色素的关键
①叶绿素不稳定,易被破坏,因此研磨要迅速、充分以保证提取较多的色素。
②滤液收集后,要及时用棉塞将试管口塞紧,以防止滤液挥发。
③)称取绿叶的质量和加入无水乙醇的体积要适当,以保证提取液的浓度。
(3)分离绿叶中色素的关键
①滤液细线不仅要细、直,而且要含有较多的色素,因此要在滤液干后,重复画1~2次。
②滤纸上的滤液细线不能触及(或没入)层析液,否则会使滤液中的色素溶解于层析液中,滤纸条上得不到色素带,使实验失败。
(4)要提取绿色植物叶肉细胞叶绿体中的色素,至少要破坏1层细胞膜、2层叶绿体膜,共3层生物膜(3层磷脂双分子层或6层磷脂分子)。要将叶肉细胞中色素完全提取,还需加上1层液泡膜。
(5)实验中几种化学试剂的作用:
①无水乙醇用于提取绿叶中的色素。
②层析液用于分离绿叶中的色素。
③二氧化硅使研磨充分。
④碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏。
(6)注意事项及原因分析
过程
注意事项
操作目的
提取色素
(1)
选新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高
(2)
研磨时加适量无水乙醇
充分溶解色素
(3)
加少量SiO2和CaCO3
研磨充分和保护色素
(4)
迅速、充分研磨
防止乙醇挥发,充分溶解色素
(5)
盛放滤液的试管管口加棉塞
防止乙醇挥发和色素氧化
分离色素
(1)
滤纸预先干燥处理
使层析液在滤纸上快速扩散
(2)
滤液细线要直、细、匀
使各色素扩散的起点相同,
使分离出的色素带平整不重叠
(3)
滤液细线干燥后再画一两次
增加色素的含量使分离出的色素带清晰分明
(4)
滤液细线不触及层析液
防止色素直接溶解到层析液中,滤纸条上得不到色素带)
(7)收集到的滤液绿色过浅的原因分析:
①未加石英砂(二氧化硅),研磨不充分,色素未能充分提取出来。
②称取绿叶过少或加入无水乙醇过多,色素溶液浓度小。
③未加碳酸钙或加入过少,色素分子部分被破坏。
④.使用放置数天的菠菜叶,滤液色素(叶绿素)太少。
(8)滤纸条色素带重叠:
①滤液细线不直。
②滤液细线过粗。
(9)滤纸条看不见色素带:
①忘记画滤液细线。
②滤液细线接触到层析液,且时间较长,色素全部溶解到层析液中。
二光合作用过程
(一)光合作用过程概念模型
(二)相关知识
1、光合作用过程包括光反应和暗反应两个阶段。光反应在前,暗反应在后。
2、光反应的原料、场所和条件;暗反应的原料、场所和条件。
3、光反应的物质变化和能量变化;暗反应的物质变化和能量变化。
4、光反应的产物及去向;暗反应的产物及去向。(物质转移基于一个原则,即从产生部位移向消耗部位)
5、光反应和暗反应同时进行着,[H]、ATP、C3、C5等中间物质处于动态平衡之中。
6、暗反应有光无光都能进行。若光反应停止,暗反应可持续进行一段时间,但时间不长,故晚上一般认为只进行呼吸作用,暗反应不进行。
7、相同时间内,光照和黑暗间隔处理比一直光照有机物积累的多,因为[H]、ATP基本不积累,利用充分;但一直光照会造成[H]、ATP的积累,利用不充分。
8、光合作用中光反应产生的ATP只供暗反应利用。
(三)光合作用过程
1、光反应
条件:有光、色素、酶
场所:叶绿体类囊体薄膜
过程:物质变化:
①水的光解:
②ATP的合成:(光能→ATP中活跃的化学能)
能量变化:光能转变为ATP中的活跃的化学能
2、暗反应
条件:有光和无光、酶
场所:叶绿体基质
过程:物质变化:①CO2的固定:
②C3的还原:
能量变化:(ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能)
3、总反应式:
光能
叶绿体
CO2+H2O(CH2O)+O2
①氧元素
②碳元素:CO2→C3→(CH2O)
③氢元素:H2O→[H]→(CH2O)
实质:把无机物转变成有机物,把光能转变成有机物中的化学能
光反应和暗反应比较
比较
项目
光反应
暗反应
实质
光化学反应
酶促反应
时间
快
慢
需要
条件
叶绿素、光、酶
不需叶绿素和光,需要多种酶
反应
场所
叶绿体基粒
叶绿体基质
物质
转化
(1)水的光解2H2O——→4[H]+O2
光能
酶
(2)ATP的生成:ADP+Pi—→ATP
(1)CO2固定:CO2+C5——→2C3
ATP[H]酶
(2)CO2还原:2C3——→(CH2O)+C5
能量
转换
光能→电能→活跃化学能,并储存在ATP中
ATP中活跃的化学能→(CH2O)中稳定的化学能
完成
标志
O2释放、ATP和NADPH的生成
葡萄糖等有机物等的生成
两者
关系
光反应为暗反应提供能量(ATP、NADPH)、还原剂NADPH;
暗反应为光反应提供ADP和Pi
外界条件变化引起光合作用中产物含量变化的分析方法
(1)分析方法:
①改变的环境条件常见的有:光照强度变化、CO2浓度的变化,而其它条件不变或在一定的范围内。
②光合作用中的产物有C3、C5、[H]、ATP、C6H12O6、O2等。其中C3、C5、[H]、ATP在光合作用中既有产生,又有消耗,我们称作光合作用的中间产物,而C6H12O6和O2在光合作用中只有产生,没有消耗,我们称作光合作用的终产物,故考虑方法不同。
③对C3、C5、[H]、ATP变化的判断通常用动态平衡的方法。因为。C3、C5、[H]、ATP在光合作用中既有产生,又有消耗,所以在判断时既要考虑其产生(来路),又要考虑其消耗(去路),关键看环境因素的突然改变对哪个途径的影响更直接或更大。如果来路大于去路,则增加或积累;如果来路小于去路,则减少或降低;如果来路等于去路,则不变。
④对C6H12O6和O2变化的判断:因为C6H12O6和O2在光合作用中只有产生,没有消耗,所以只需考虑环境因素的突然改变对整个
光合作用的影响。如果环境因素的突然改变对整个光合作用有促进作用,C6H12O6和O2的含量增加,反之,则降低。
⑤通过比较我们可以得到以下相关规律:不管是哪种环境因素的突然改变,短时间内C3和C5的变化情况是相反的,即一个是增加,而另一个肯定是减少。[H]和ATP的变化是相同的。C6H12O6和O2的变化也是相同的。
(2)光照和二氧化碳浓度改变引起的C3,C5和[H],ATP的变化
(3)由于各种因素的变化,如温度的变化、光照强度变化、CO2浓度的变化会影响C3、C5、NADPH、ATP、C6H12O6、O2这些物质的含量,有时还会结合模型分析,具体表解如下:
条件
C3
C5
[H]和ATP
CH2O和O2合成量
模型分析
光照强度由强到弱
CO2供应不变
增加
减少
减少
减少
光照强度由弱到强
CO2供应不变
减少
增加
增加
增加
光照不变CO2量由充足到不足
减少
增加
增加
减少
光照不变CO2量由不足到充足
增加
减少
减少
增加
影响光合作用的因素及及其在生产上的应用
(一).光照强度与光合作用速率的影响分析
图1图2
:光照强度影响光合速率的原理是通过影响光反应阶段,制约ATP和[H]的产生,进而制约暗反应阶段。
2、图1曲线分析:
A点:光照强度为0,此时只进行细胞呼吸,释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。植物与外界进行气体交换,外界O2量减少,CO2量增大。
AB段:光照条件下植物既进行光合作用,又进行呼吸作用,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。植物与外界进行气体交换,外界O2量减少,CO2量增大。但O2的减少量,CO2的增加量都在减少。
较弱光下:光合速率﹤呼吸速率
B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。植物不与外界进行气体交换,此时,外界环境中CO2的量升高到最大值,O2的量降到最低值,
光合速率﹦呼吸速率
BC段:表明随着光照强度不断加强,光合作用强度不断加强,光合作用强度大于细胞呼吸强度,到C点以上不再加强了,植物与外界进行气体交换,外界O2量增大,CO2量减少。
光合速率﹥呼吸速率
C点所示光照强度称为光饱和点。(光照强度达到C点后,光合作用强度不再随光照强度的增加而增加)。光合速率﹥呼吸速率,植物与外界进行气体交换,外界O2量继续增大,CO2量继续减少。
3、应用:阴生植物的B点前移,C点降低,如图中虚线所示,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。
(二)CO2浓度对光合作用强度的影响
:CO2浓度影响光合作用的原理是通过影响暗反应阶段,制约C3生成。

①图1和图2都表示在一定范围内,光合作用速率随CO2浓度的增大而增大,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中的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饱和点所对应的CO2浓度。
3、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,提高光能利用率。
(三)温度对光合作用速率的影响
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:(1)适时播种
(2)冬天,温室栽培可适当提高温度,也可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度,以提高光合作用;晚上适当降低温室温度,以降低细胞呼吸,保证植物有机物的积累。
(3)植物“午休”现象的原因之一
(四)必需元素供应对光合速率的影响
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。
(五)水分的供应对光合作用速率的影响
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。
植物的午休现象
2、应用:根据作物的需水规律合理灌溉。
(六)光照面积
1、图像分析:
①OA段表明随叶面积的不断增大,光合作用实际量不断增大,A点为光合作用面积的饱和点。随叶面积的增大,光合作用强度不再增加,原因是有很多叶被遮挡,光照不足。
②OB段表明干物质量随光合作用增加而增加,而由于A点以后光合作用强度不再增加,但叶片随叶面积的不断增加,呼吸量(OC段)不断增加,所以干物质积累量不断降低(BC段)。
2、应用分析:适当间苗、修剪,合理施肥、浇水,避免徒长。封行过早,使中下层叶子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。
(七)内部因素对光合作用速率的影响