猩猩生物
二、光合作用与能量转化
光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。
1.捕获光能的色素—绿叶中色素的提取和分离
（1）实验原理
提取：色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇（提取液）中；
分离：不同的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散的快，反之则慢。
（2）实验步骤
①提取绿叶中的色素
取材：新鲜的菠菜叶，剪碎；
研磨：加无水乙醇的目的是溶解色素，加碳酸钙的目的是防止研磨中色素被破坏，加二氧化硅的目的是有助于研磨更充分。
过滤：选择单层尼龙布，原因是滤纸会吸附色素。
收集： 将滤液收集到试管中，并用棉塞将试管口塞严，目的是防止滤液挥发。
②制备滤纸条
滤纸条一段剪去两个角，目的是使得到的色素带平齐。
③画滤液细线
画线要做到细、直、齐，待滤液干后再画2~3次，目的是尽可能的获得更多的色素。
④色素分离
将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）插入层析液中，注意不能让层析液触及层析液 。
（3）实验结果
色素的吸收光谱
叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
叶片呈现绿色是因为叶绿素对绿光的吸收最少，绿光被反射出来。
2. 叶绿体的结构
1)结构 色素和与光反应有关的酶(③基粒：由类囊体堆叠而成，分布有)
注意：影响色素合成的因素：
光照：叶绿素只有在光照条件下才能合成；
温度：温度通过影响酶的活性来影响叶绿素的合成；
必需元素：N、Mg等元素是构成叶绿素的元素，缺乏这些元素将无法合成叶绿素。
（2）叶绿体增大膜面积的方式：由类囊体堆叠形成基粒，增大酶的附着面积。
（2）叶绿体的功能
恩格尔曼水绵实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。
4、光合作用原理的探究历程
（1）科学界普遍认为CO2中的C与O分开，释放氧气，C与H2O结合形成甲醛，再缩合成糖。后发现甲醛对植物有害，且甲醛不能通过光合作用转化为糖。
（2）希尔反应：离体的叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应。
（3）鲁宾和卡门：采用同位素示踪法，证明光合作用释放的氧气来自于水。
（4）阿尔农发现叶绿体在光下合成ATP，且该过程总是与水的光解伴随。
（5）卡尔文：用14CO2探明了CO2中的C在光合作用中转化为有机物中的C的途径，即卡尔文循环。
5、光合作用的过程
（1）光合作用的总反应式：CO2＋H2O光能(CH2O)＋O2。
（2）光反应与暗反应的过程
注意：水的光解不需要酶的催化；
光反应在有光的条件下才能进行，暗反应不需要光的参与，但暗反应在无光条件下不能进行，原因是缺少光反应提供的[H]和ATP。
光反应的时间略长于暗反应的时间，所以，光照与黑暗交替进行，有利于提高光能的利用率。
光反应中的[H]还原型辅酶Ⅱ，NADPH，呼吸作用中的[H]是还原型辅酶Ⅰ，NADH。
（3）环境因素骤变分析
光照强度不变，增大CO2的浓度，将会导致C3增多，C5减少，[H]和ATP减少，合成的有机物增多；
光照强度增大，CO2的浓度不变，将会[H]和ATP增多，导致C3减少，C5增多，合成的有机物增多；
（4）化能合成作用：少数细菌通过无机物氧化释放的能量制造有机物。如硝化细菌将土壤中的氨氧化成硝酸，利用这一系列化学反应释放的能量将二氧化碳和水转换成糖类。属于自养生物。
6、光合作用的影响因素
（1）内部因素：色素、酶的含量，叶绿体的含量等因素；
（2）外界因素
(1)光照强度(如图1)
①原理：主要影响光反应阶段ATP和[H]的产生。
②分析P点后的限制因素
内因：色素的含量、酶的数量和活性(外因：温度、CO2浓度)
③应用：温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产；
阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，间作套种农作物，可合理利用光能。
(2)CO2的浓度(如图2)
①原理：影响暗反应阶段C3的生成。
②分析P点后的限制因素
内因：酶的数量和活性(外因：温度、光照强度)
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，提高光合速率。
(3)温度：通过影响酶的活性而影响光合作用(如图3)。
应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。
(4)水分和矿物质元素
①原理：水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水导致萎蔫，使光合速率下降。另外，水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。
矿质元素通过影响与光合作用有关的化合物的合成，对光合作用产生直接或间接的影响。如镁可以影响叶绿素的合成从而影响光反应。
②曲线
③应用：农业生产中，可根据作物的生长规律，合理灌溉和施肥。
(5) 多因素对光合作用的影响
五、光合与呼吸的综合分析
1、光合作用与呼吸作用的过程比较
物质名称：b：O2，c：ATP，d：ADP，e：NADPH([H])，f：C5，g：CO2，h：C3。
生理过程及场所
2、光合作用与呼吸作用物质和能量转移分析
(1)光合作用和有氧呼吸中各种元素的去向
C：CO2暗反应(――→)有机物呼吸Ⅰ(――→)丙酮酸呼吸Ⅱ(――→)CO2
H：H2O光反应(――→)[H]暗反应(――→)(CH2O)有氧呼吸Ⅰ、Ⅱ(―――――→)[H]有氧呼吸Ⅲ(――――→)H2O
O：H2O光反应(――→)O2有氧呼吸Ⅲ(――――→)H2O有氧呼吸Ⅱ(――――→)CO2暗反应(――→)有机物
(2)光合作用与有氧呼吸中[H]和ATP的来源、去路
(3)光合作用与有氧呼吸中的能量转化
3、光合作用与呼吸作用
(1)内在关系
①细胞呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。
②净光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。
③真正光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率。
曲线
(2)判定方法
根据关键词判定
4、光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动
(1)细胞呼吸对应点(A点)的移动：细胞呼吸增强，A点下移；细胞呼吸减弱，A点上移。
(2)补偿点(B点)的移动
①细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。
②细胞呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。
(3)饱和点(C点)和D点的移动：相关条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时， C点右移，D点上移的同时右移；反之，移动方向相反。
5、植物光合作用和细胞呼吸的日变化曲线分析
(1)自然环境中一昼夜植物CO2吸收或释放速率的变化曲线
a点：凌晨，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少。
b点：有微弱光照，植物开始进行光合作用。
d点：温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象。
bf段：制造有机物的时间段。
ce段：积累有机物的时间段。
一昼夜有机物的积累量＝S1－(S2＋S3)。
(2)密闭容器中一昼夜CO2浓度的变化曲线
(注意：分析光合作用或细胞呼吸速率的变化时，应分析曲线变化趋势的快慢，也就是斜率。)
AB段：无光照，植物只进行细胞呼吸。
BC段：温度降低，细胞呼吸减弱(曲线斜率下降)。
CD段：4时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度小于细胞呼吸强度。
D点：随光照增强，光合作用强度等于细胞呼吸强度。
DH段：光合作用强度大于细胞呼吸强度。其中FG段表示“光合午休”现象。
H点：随光照减弱，光合作用强度下降，光合作用强度等于细胞呼吸强度。
HI段：光照继续减弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度，直至光合作用完全停止。
I点低于A点：一昼夜，密闭容器中CO2浓度减小，即光合作用大于细胞呼吸，植物能正常生长(若I点高于A点，植物不能正常生长)。
,
