光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能

光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能知臨中學(xué)池晨豪目錄壹光合作用在葉綠體中進(jìn)行貳光反應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并產(chǎn)生氧氣叁碳反應(yīng)將二氧化碳還原成糖肆光合作用受環(huán)境因素的影響異養(yǎng)生物指的是不能自己合成有機物，必須以外源有機物為食物，通過分解氧化有機物來獲取能量的生物。包括動物、一般非化能細(xì)菌和真菌。自養(yǎng)生物以無機物為營養(yǎng)和可自行制造有機物供自身生長需要的生物。包括多數(shù)綠色植物和化學(xué)合成細(xì)菌，分為化能自養(yǎng)生物和光能自養(yǎng)生物。化能自養(yǎng)生物，以硝化細(xì)菌，硫細(xì)菌，鐵細(xì)菌為代表光能自養(yǎng)生物，以藻類，苔蘚，蕨類，裸子植物，被子植物為代表光合作用在葉綠體中進(jìn)行壹光合作用光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。將CO2,還原為糖，將H2O中的O氧化為O2。光合作用和細(xì)胞呼吸的能量變化細(xì)胞呼吸是一個放能反應(yīng)，它將儲存在葡萄糖中的化學(xué)能釋放出來，供細(xì)胞利用。光合作用是一個吸能反應(yīng)，它利用太陽能將二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)樘?，并將能量儲存在糖分子?nèi)。也就是說，光合作用是一個將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程。注意：盡管光合作用從總反應(yīng)上看好像是細(xì)胞呼吸的逆轉(zhuǎn)，但光合作用不是細(xì)胞呼吸的逆反應(yīng)。與細(xì)胞呼吸比較，光合作用過程更加復(fù)雜，并不像它的反應(yīng)式所表示的那樣自然界中到處都有二氧化碳、水和陽光，然而，能夠利用它們合成有機物的卻只有進(jìn)行光合作用的細(xì)胞。光合作用的場所就是葉綠體。葉綠體如何將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能?又是如何將化學(xué)能儲存在糖類等有機物中的?光合作用釋放的氧氣，是來自原料中的水還是二氧化碳呢?我們先來分析科學(xué)家做過的一些實驗。19世紀(jì)末，科學(xué)界普遍認(rèn)為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結(jié)合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。1928年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖。1937年，英國植物學(xué)家希爾(R.Hill)發(fā)現(xiàn)，在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有H2O，沒有CO2),在光照下可以釋放出氧氣。像這樣，離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解、產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)稱作希爾反應(yīng)。1941年，美國科學(xué)家魯賓(S.Ruben)和卡門(M.Kamen)用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來源。他們用16O的同位素18O分別標(biāo)記H2O和CO2,使它們分別變成H218O和C18O2。然后，進(jìn)行了兩組實驗:第一組給植物提供H2O和C18O2,第二組給同種植物提供H218O和CO2。在其他條件都相同的情況下，第一組釋放的氧氣都是O2,第二組釋放的都是18O2。1954年，美國科學(xué)家阿爾農(nóng)(D.Arnon)發(fā)現(xiàn)，在光照下，葉綠體可合成ATP。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。上述科學(xué)家的實驗證明了光合作用釋放的氧氣來自于H2O中的O所以光合作用的總反應(yīng)式，若以葡萄糖為產(chǎn)物，應(yīng)該是每6分子二氧化碳與12分子水發(fā)生反應(yīng)。例1

下列說法正確的是A.能合成有機物的生物就是自養(yǎng)生物B.與光合作用有關(guān)的酶分布于葉綠體的類囊體和基質(zhì)中C.光合作用是細(xì)胞呼吸的逆反應(yīng)D.植物細(xì)胞都有葉綠體，葉綠素分布于葉綠體的外膜和內(nèi)膜上解析異養(yǎng)生物也能把小分子有機物合成大分子有機物，因此能把無機物合成有機物的生物才是自養(yǎng)生物；光合作用是多個反應(yīng)的總和，不是細(xì)胞呼吸的逆反應(yīng)；不是所有的植物細(xì)胞都有葉綠體，葉綠體中的葉綠素分布于葉綠體的類囊體膜上；與光合作用有關(guān)的酶分布于葉綠體的類囊體和基質(zhì)中，B正確。B(1)大多數(shù)生物活細(xì)胞所需能量最終來源于太陽光能。(2)光合作用和細(xì)胞呼吸的場所不同，都是分許多步驟進(jìn)行的，不是完全相反的過程。(3)線粒體內(nèi)膜是向內(nèi)腔折疊形成“嵴”來擴大膜面積；葉綠體是形成了類囊體來擴大膜面積。(4)光合作用釋放的氧氣全部來源于水。觀察電子顯微鏡下的葉綠體結(jié)構(gòu)可以看到，葉綠體由雙層膜包被，內(nèi)部有許多基粒。每個基粒都由一個個圓餅狀的囊狀結(jié)構(gòu)堆疊而成，這些囊狀結(jié)構(gòu)稱為類囊體。基粒與基粒之間充滿了基質(zhì)。每個基粒都含有兩個以上的類囊體，多的可達(dá)100個以上。葉綠體內(nèi)有如此眾多的基粒和類囊體，極大地擴展了受光面積。據(jù)計算1g菠菜葉片中的類囊體的總面積竟有60m2左右。組成類囊體的膜被稱為光合膜。葉綠素及其他光合色素存在于光合膜上。除了與光合作用有關(guān)的色素外，光合膜上還分布了可以將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的多種蛋白質(zhì)。在類囊體的空腔內(nèi)含有多種酶，這些酶與H2O的裂解有關(guān)。葉綠體的功能資料11881年，德國科學(xué)家恩格爾曼做了這樣的實驗:把載有水綿(葉綠體呈螺旋帶狀分布)和需氧細(xì)菌的臨時裝片放在沒有空氣的小室內(nèi)，在黑暗中用極細(xì)的光束照射水綿，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌只向葉綠體被光照射到的部位集中;如果把裝置放在光下，細(xì)菌則分布在葉綠體所有受光的部位。知臨中學(xué)池晨豪緊接著，他又做了一個實驗:用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，發(fā)現(xiàn)大量的需氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域。資料2在類囊體膜上和葉綠體基質(zhì)中，含有多種進(jìn)行光合作用所必需的酶。1.恩格爾曼第一個實驗的結(jié)論是什么?氧是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場所。2.恩格爾曼在選材、實驗設(shè)計上有什么巧妙之處?為什么用水綿——水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀便于觀察為什么用好氧細(xì)菌——可以確定釋放氧氣夠的部位為什么在沒有空氣的環(huán)境中——排除了氧氣的干擾為什么在黑暗環(huán)境中——排除了光的干擾為什么用的是極細(xì)的光束——使葉綠體上可分為有光和無光部位形成對照實驗;還可使葉綠體上分為光多和光少的部位形成對比實驗為什么臨時裝片要重新暴露在光下——反過來再一次驗證實驗結(jié)論氧是由葉綠體發(fā)出的，葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場所3.在第二個實驗中，大量的需氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域，為什么?恩格爾曼的第二個實驗得出的結(jié)論是：葉綠體主要吸收紅光和藍(lán)光用于光合作用,放出氧氣。4.綜合上述資料，你認(rèn)為葉綠體具有什么功能?恩格爾曼的實驗直接證明了葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧。結(jié)合其他的資料，葉綠體是光合作用的場所。例2

如圖為葉綠體結(jié)構(gòu)示意圖，下列敘述不正確的是A.1具有選擇透性B.吸收光能的色素分布在2上C.與光合作用有關(guān)的酶只分布在3中D.葉綠體具有雙層膜解析葉綠體是由雙層膜構(gòu)成的，它們具有選擇透性；吸收光能的色素分布在類囊體膜上；與光合作用有關(guān)的酶分布在基粒上和基質(zhì)中。C對于高等植物來說，葉片是進(jìn)行光合作用的主要器官。這些植物的葉片多數(shù)是綠色的，說明其中有綠色的色素。在玉米地里，有時可以看到葉片中不含綠色色素的白化苗。這樣的白化苗，待種子中儲存的養(yǎng)分耗盡就會死去?？梢姡~片中的色素可能與光能的捕獲有關(guān)。光合色素的提取與分離葉綠體中含有多種色素，這些色素與光合作用有關(guān)，被稱為光合色素。光合色素是一類脂溶性物質(zhì)，可以利用脂溶劑將它們從葉綠體中提取出來，并且將它們分離開來，達(dá)到觀察葉綠體中色素的目的。目的要求1.學(xué)會提取和分離葉綠體中色素的方法。2.分離葉綠體中的四種色素。材料用具新鮮的綠色葉片(如菠菜葉、刺槐葉)，干燥的定性濾紙，95%的酒精，層析液(乙醚或石油醚等)，二氧化硅，碳酸鈣，研缽，小玻璃漏斗，尼龍布，毛細(xì)吸管，剪刀，試管，藥匙，量筒，天平。方法步驟1.將新鮮的菠菜葉(或刺槐葉等)放入40~50C的烘箱中烘干，粉碎后取2g干粉放入研缽中，加入少許二氧化硅和碳酸鈣，再加入2~3mL95%的酒精，充分、迅速研磨成勻漿。2.在一小玻璃漏斗基部放一塊單層尼龍布，將研磨液迅速倒入漏斗中。收集濾液到一支試管中，及時用棉塞將試管口塞緊。3.制備濾紙條。將一張預(yù)先干燥過的定性濾紙剪成長10cm、寬1cm的紙條，在距濾紙條一端1cm處用鉛筆畫一條細(xì)的橫線。4.點樣。用毛細(xì)吸管吸取少量濾液，沿鉛筆畫的橫線均勻地畫出一條細(xì)而直的濾液細(xì)線。待濾液干后再畫一次，共畫3~4次。5.分離葉綠體中的色素。將2mL層析液沿試管壁一側(cè)倒入大試管中，將濾紙條(有濾液細(xì)線的一端朝下)略微斜靠著大試.管內(nèi)壁的另一側(cè)，輕輕地插入層析液中，但要保證上面部分干燥。隨后用軟木塞塞住試管口。注意，濾紙上的濾液細(xì)線要高于層析液液面6.觀察實驗結(jié)果。5~10min以后，取出濾紙條。待濾紙條干燥后，觀察濾紙條上的色素帶。7.由于接觸了層析液等化學(xué)藥品，因此實驗結(jié)束后一定要用肥皂將手洗凈。討論1.從上到下濾紙條上有幾條色素帶?每條色素帶的寬窄是否相同?四條色素帶，不相同2.分離得到的色素帶分別呈現(xiàn)什么顏色?分別是哪種光合色素?濾紙條從上到下有四條色素帶，分別為胡蘿卜素（橙黃色），葉黃素（黃色），葉綠素a（藍(lán)綠色），葉綠素b（黃綠色）3.本實驗成功的關(guān)鍵是什么?提取色素的過程中，關(guān)鍵是迅速；濾液細(xì)線齊、細(xì)，顏色深是使實驗結(jié)果明顯清晰的關(guān)鍵；用紙層析法分離色素時，一定要注意濾液細(xì)線必須處于層析液的上方注意事項：（1）提取色素：①一般選擇新鮮的綠色葉片，因為新鮮綠葉中的葉綠素含量較高②光合色素是脂溶性色素，用有機溶劑酒精作為提取液，提取時要迅速，盡量縮短時間，同時提取液藥用膠塞塞好，以防其揮發(fā)。③利用二氧化硅硬度較大的特點，可增加研磨的摩擦力，加快研磨的速度。④葉綠素是一種容易被破壞的物質(zhì)，需要用碳酸鈣來防止葉綠素被破壞。⑤把綠葉剪碎的目的也是為了加快研磨速度。（2）畫濾液細(xì)線：濾液細(xì)線必須待第一次完全干燥后才能畫第二遍，畫線可以重復(fù)多次，畫濾液細(xì)線要齊，細(xì)，顏色深。（3）用紙層析法分離色素：①特別要注意濾液細(xì)線要處于層析液的上方，否則光合色素會溶解在層析液里面，而不會沿著層析液向上擴散，分離，從而導(dǎo)致實驗效果極差或者實驗失敗。②層析液是石油醚，丙酮，苯等有機溶劑的混合液，具有揮發(fā)性且有毒，注意密閉（4）濾紙的提前處理①濾紙預(yù)先干燥處理使層析液在濾紙條上的擴散速度快②濾紙兩端剪去細(xì)線，防止層析液在濾紙條的邊緣處擴散過快濾紙條上色素的分布和對光的吸收

例3

(2018·浙江學(xué)軍中學(xué)模擬)為研究高光強對移栽幼苗光合色素的影響，某同學(xué)用乙醇提取葉綠體色素，用石油醚進(jìn)行紙層析，如圖為濾紙層析的結(jié)果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為色素條帶)。下列敘述正確的是A.強光下的幼苗相比正常光照下的綠色更深B.強光照可能抑制葉綠素的合成促進(jìn)類胡蘿卜素的合成C.四種色素在層析液中溶解度大小是I<Ⅱ<Ⅲ<ⅣD.色素分離過程中如果濾液線觸及石油醚，會縮短得、到四條色素帶的時間B解析根據(jù)題圖來看：強光照和正常光照相比，明顯葉綠素含量降低，類胡蘿卜素含量增加，可見強光照可抑制葉綠素的合成，促進(jìn)類胡蘿卜素的合成，A錯誤、B正確；四種色素在層析液中溶解度大小是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ，C錯誤；色素分離過程中如果濾液線觸及石油醚，色素會溶解在層析液中，D錯誤。例4(2018·紹興模擬)如圖是利用新鮮菠菜葉進(jìn)行“光合色素的提取和分離”活動時得到的結(jié)果，出現(xiàn)該實驗結(jié)果的原因可能是A.用70%乙醇作為提取液B.研磨時未加SiO2C.研磨時未加CaCO3D.分離時層析液液面高于濾液細(xì)線C解析提取葉綠體中的色素用的是無水乙醇，如果70%乙醇作為提取液，則各種色素的含量都會減少，可是圖示胡蘿卜素和葉黃素含量都不低，A錯誤；如果研磨時未加SiO2，那么各種色素的含量都會減少，與圖示不符，B錯誤；圖示葉綠素a和葉綠素b含量相對較少，產(chǎn)生此結(jié)果最可能是研磨時未加入CaCO3，導(dǎo)致部分葉綠素被破壞，C正確；若分離時層析液液面高于濾液細(xì)線，色素就會溶解在層析液中，就不會得到色素帶，D錯誤。綠葉中色素的提取和分離實驗的異?，F(xiàn)象分析(1)收集到的濾液綠色過淺的原因分析①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。②使用放置數(shù)天的菠菜葉，濾液色素(葉綠素)太少。③一次加入大量的無水乙醇，提取濃度太低。④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：濾液細(xì)線畫的過粗。(3)濾紙條看不見色素帶①忘記畫濾液細(xì)線。②濾液細(xì)線接觸到層析液，且時間較長，色素全部溶解到層析液中。通過以上實驗，我們知道在葉綠體中含有四種不同顏色的光合色素，即葉綠素a、葉綠素b、胡蘿卜素和葉黃素。這四種色素在葉肉細(xì)胞中的含量是不同的，有些色素的含量會隨著季節(jié)或者生理特性的變化而發(fā)生變化。關(guān)于樹葉中的色素變化早春，初發(fā)育的嫩葉合成的葉綠素較少，葉綠素的綠色不足以遮蓋黃色色素的顏色，葉片呈現(xiàn)出嫩綠色。盛夏，處于旺盛生長階段的植物合成葉綠素的能力增加，葉綠素增多，其顏色遮蓋了黃色色素的顏色，葉片變綠。深秋氣候變冷，太陽的光照量減少，葉綠素的合成速度變慢或停止，原有的葉綠素被破壞，葉黃素或者胡蘿卜素的顏色就顯露出來，葉片變黃。當(dāng)然，不是所有植物的葉片都符合上述變化規(guī)律。例如，楓葉是由綠先變紅再變黃，紅莧菜的葉是紅的，因為在這類植物葉片中除了葉綠素和類胡蘿卜素外，其液泡中還含有大量水溶性的色素，如花青素。影響葉綠素合成三大因素（1）光照：是影響葉綠素合成的主要因素，一般植物在黑暗中不能合成葉綠素，因而葉片發(fā)黃（2）溫度：溫度可以影響與葉綠素合成有關(guān)的酶的活性，進(jìn)而影響葉綠素的合成（3）必需元素：葉綠素中含Mg等必需元素，缺乏Mg將導(dǎo)致葉綠素?zé)o法合成，葉片發(fā)黃葉綠體中的色素與吸收光譜

(1)葉綠體中的色素只吸收可見光，而對紅外光和紫外光等不吸收。(2)葉綠素對紅光和藍(lán)紫光的吸收量大，類胡蘿卜素對藍(lán)紫光吸收量大，對其他可見光并非不吸收，只是吸收量較少。光合色素的作用在光合作用中，光合色素的作用是吸收可見光，將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，用于有機物的合成。光合色素的異同葉綠體的色素在功能上是有差異的，除了少數(shù)特殊狀態(tài)的葉綠素a外，全部的類胡蘿卜素、葉綠素b和大多數(shù)的葉綠素a，都具有吸收和傳遞光能的功能，而少數(shù)特殊狀態(tài)的葉綠素a，則具有吸收和轉(zhuǎn)化光能的作用。例5

如圖為用分光光度計測定葉片中兩類色素吸收不同波長光波的曲線圖，請判定A和B分別為何種色素A.葉綠素、類胡蘿卜素

B.類胡蘿卜素、葉綠素C.葉黃素、葉綠素a D.葉綠素a、葉綠素b解析葉綠素能吸收短波的藍(lán)紫光和長波的紅光，類胡蘿卜素主要吸收短波的藍(lán)紫光。A例6

下列關(guān)于高等植物葉綠體中色素的敘述，錯誤的是A.葉綠體中的色素能夠溶解在有機溶劑乙醇中B.構(gòu)成葉綠素的鎂可以由植物的根從土壤中吸收C.通常，紅外光和紫外光可被葉綠體中的色素吸收用于光合作用D.黑暗中生長的植物幼苗葉片呈黃色是由于葉綠素合成受阻引起的C解析葉綠體中的色素能夠溶解在包括乙醇在內(nèi)的有機溶劑中，A正確；鎂作為細(xì)胞中的無機鹽，可以由植物的根從土壤中吸收，進(jìn)而參與葉綠素的合成，B正確；一般情況下，光合作用所利用的光都是可見光，可見光不包括紅外光和紫外光，C錯誤；葉綠素的合成需要光，黑暗中生長的植物幼苗，因沒有光照而導(dǎo)致葉綠素合成受阻，使類胡蘿卜素的顏色顯現(xiàn)出來，因而葉片呈黃色，D正確。類囊體雙層膜藍(lán)綠色黃綠色橙黃色黃色1.關(guān)于下列生物的敘述，正確的是A.自養(yǎng)生物都是真核生物B.異養(yǎng)生物都是動物C.能進(jìn)行細(xì)胞呼吸的生物是異養(yǎng)生物D.能進(jìn)行光合作用的生物是自養(yǎng)生物解析自養(yǎng)生物不都是真核生物，如藍(lán)細(xì)菌；異養(yǎng)生物不都是動物，如酵母菌；自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物都能進(jìn)行細(xì)胞呼吸；能進(jìn)行光合作用的生物是自養(yǎng)生物。D2.下列關(guān)于葉綠體基粒的說法中，正確的一組是①每個葉綠體基粒含有幾個到幾十個類囊體②基粒的膜上有進(jìn)行光合作用的色素③基粒附著在內(nèi)膜的突起——嵴上④光合作用有關(guān)的酶全都分布在基粒上A.①② B.③④

C.①③

D.②④解析葉綠體中的基粒是由幾個或幾十個類囊體堆疊形成的結(jié)構(gòu)；光合作用有關(guān)的酶不僅分布在基粒上，而且還分布在葉綠體基質(zhì)中。A3.關(guān)于葉綠素提取的敘述，錯誤的是A.菠菜綠葉可被用作葉綠素提取的材料B.加入少許CaCO3能避免葉綠素被破壞C.用乙醇提取的葉綠體色素中無胡蘿卜素D.研磨時加入石英砂可使葉片研磨更充分解析葉綠體中的四種色素包括胡蘿卜素，均溶于無水乙醇，C項錯誤；菠菜綠葉可被用作葉綠素提取的材料，研磨時加入SiO2(石英砂)可使葉片研磨更充分；加入少許CaCO3避免葉綠素被破壞。C4.在“光合色素的提取與分離”實驗中，正確的操作順序應(yīng)該是A.進(jìn)行紙層析——制取濾液——在濾紙條上畫線——將實驗材料研磨B.制取濾液——進(jìn)行紙層析——在濾紙條上畫線——取濾液——再畫線C.將實驗材料剪碎、研磨——在濾紙條上畫線——制取濾液——進(jìn)行紙層析D.將實驗材料剪碎、研磨——制取濾液——在濾紙條上畫線——進(jìn)行紙層析D解析首先應(yīng)是提取色素，排除A項；制備濾液時，需要先將實驗材料剪碎、研磨，故答案為D。5.下面是“綠葉中色素的提取和分離”實驗的部分材料和用具。據(jù)圖回答：(1)圖中步驟①加入研缽內(nèi)的物質(zhì)為：A_____________10mL，作用是________；B_________少許，作用是使研磨充分；C________少許，作用是_________________。95%的乙醇溶解色素二氧化硅碳酸鈣防止色素被破壞解析

研磨時需要加入3種物質(zhì)：10mL95%的乙醇，作用是溶解色素；二氧化硅可以增大摩擦力，使細(xì)胞和葉綠體破碎以便充分研磨；細(xì)胞研磨破碎后，會溢出有機酸，為防止葉綠素被破壞，研磨時需要加入少許碳酸鈣來中和有機酸。(2)圖中步驟②將研磨液倒入漏斗中，漏斗基部放有____________。解析過濾研磨液時，漏斗基部通常使用單層尼龍布而不能用濾紙，因為色素可吸附在濾紙上。單層尼龍布(3)圖中步驟③剪去兩角的作用是______________________，畫濾液細(xì)線的要求是____________。解析剪去濾紙兩角的作用是防止兩邊色素擴散過快。畫濾液細(xì)線的要求是細(xì)、齊、直。防止色素帶擴散不整齊細(xì)、直、齊(4)圖中步驟④中加蓋的目的是________________；色素帶最寬的是_______，擴散速度最快的是__________。解析4種色素在層析液中溶解度不同導(dǎo)致各種色素在濾紙條上的擴散速度不同，從而達(dá)到分離色素的目的。由于層析液有毒，且可以揮發(fā)，所以要加蓋。色素帶的寬度不同是由各種色素含量不同造成的，且色素的含量越多，色素帶越寬。一般植物葉片中葉綠素a含量最多，所以葉綠素a的色素帶最寬。防止層析液揮發(fā)葉綠素a胡蘿卜素光反應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并產(chǎn)生氧氣貳知臨中學(xué)池晨豪光合作用分兩個階段進(jìn)行。第一階段是直接需要光的，稱為光反應(yīng);第二階段不需要光直接參加，是二氧化碳轉(zhuǎn)變成糖的過程，稱為碳反應(yīng)，也稱暗反應(yīng)。光合作用中光反應(yīng)和碳反應(yīng)的關(guān)系如圖所示。光反應(yīng)階段光合作用第一個階段的化學(xué)反應(yīng)，必須有光才能進(jìn)行，這個階段叫作光反應(yīng)階段。場所：類囊體膜（光合膜）條件：光，色素，酶，水過程：利用光能使水裂解產(chǎn)生O2，同時產(chǎn)生ATP和NADPH生成物:O2、NADPH、ATP概括的講，光反應(yīng)中發(fā)生的變化主要有三個：①光能被吸收并轉(zhuǎn)化為ATP和NADPH中的化學(xué)能②水在光下裂解為H+、O2和電子。③水中的氫（H++e-）在光下將NADP+（氧化型輔酶Ⅱ）還原為NADPH（還原型輔酶Ⅱ）能量：光能——ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能碳反應(yīng)將二氧化碳還原成糖叁暗反應(yīng)階段光合作用第二個階段中的化學(xué)反應(yīng)，有沒有光都能進(jìn)行，這個階段叫作暗反應(yīng)階段。類囊體周圍是葉綠體基質(zhì)，其中有許多種酶是將二氧化碳還原為糖所必需的。碳反應(yīng)在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行。二氧化碳還原為糖的一系列反應(yīng)稱為卡爾文循環(huán)。暗反應(yīng)階段卡爾文循環(huán)從1個五碳糖（RUBP）開始。①在酶的催化作用下，1個CO2分子與五碳糖（RUBP）結(jié)合，形成1個六碳分子。②這個六碳分子隨即分解成2個三碳酸分子（3-磷酸甘油酸）。③然后，每個三碳酸分子接受來自NADPH的氫和來自ATP的能量，被還原形成三碳糖。三碳糖是CO2分子進(jìn)入卡爾文循環(huán)后形成的第一個糖，是這個循環(huán)中的關(guān)鍵步驟，這樣光能就轉(zhuǎn)化為糖分子中的化學(xué)能了。在三碳糖形成后，卡爾文循環(huán)中的許多反應(yīng)，都是為了再生五碳糖，以保證此循環(huán)不斷進(jìn)行。每3個二氧化碳分子進(jìn)入卡爾文循環(huán)，就形成6分子的三碳酸分子，這些三碳酸分子都被還原為三碳糖。其中5個三碳糖分子在卡爾文循環(huán)繼續(xù)進(jìn)行。另一個三碳糖則離開卡爾文循環(huán)，或在葉綠體內(nèi)被利用，或者運到葉綠體外。NADPH和ATP在完成了還原反應(yīng)之后，又回到NADP+和ADP的狀態(tài)，在光反應(yīng)中可以重新形成NADPH和ATP?？栁难h(huán)雖然不直接需要光，但只有在有光的條件下才能一輪一輪地循環(huán)。三碳糖的形成標(biāo)志著光合作用合成糖的過程已經(jīng)完成。在葉綠體內(nèi)，三碳糖作為原料用于淀粉、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的合成。大部分三碳糖運至葉綠體外，并且轉(zhuǎn)變成蔗糖，供植物體所有細(xì)胞利用①在光反應(yīng)階段，光能被葉綠體內(nèi)類囊體膜上的色素捕獲后，將水分解為O2和H+等，形成ATP和NADPH，于是光能轉(zhuǎn)化成ATP和NADPH中的不穩(wěn)定的化學(xué)能;②ATP和NADPH驅(qū)動在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行的暗反應(yīng)，將CO2轉(zhuǎn)化為儲存穩(wěn)定化學(xué)能的糖類?？梢姽夥磻?yīng)和暗反應(yīng)緊密聯(lián)系，能量轉(zhuǎn)化與物質(zhì)變化密不可分。光合作用產(chǎn)生的有機物，不僅供植物體自身利用，還養(yǎng)活了包括你我在內(nèi)的所有異養(yǎng)生物。光能通過驅(qū)動光合作用而驅(qū)動生命世界的運轉(zhuǎn)。光反應(yīng)與碳反應(yīng)的比較

比較項目光反應(yīng)碳反應(yīng)場所類囊體膜葉綠體基質(zhì)時間短促，以微秒計較緩慢條件光、色素、酶、水多種酶、CO2、NADPH、ATP過程利用光能使水光解產(chǎn)生O2，同時產(chǎn)生ATP和NADPH將CO2還原為糖的一系列反應(yīng)物質(zhì)變化①水的光解：H2O

2H＋＋2e－＋

O2②ATP的合成：ADP＋Pi＋能量

ATP③NADPH的合成：NADP＋＋H＋＋2e－

NADPH①CO2的固定：CO2＋RuBP2個三碳酸分子②三碳酸分子的還原：2個三碳酸分子

2個三碳糖③RuBP的再生：三碳糖

RuBP能量變化光能―→ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能活躍的化學(xué)能―→有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能完成標(biāo)志O2釋放、ATP和NADPH的生成糖類等有機物的生成聯(lián)系光反應(yīng)能為碳反應(yīng)提供ATP、NADPH、碳反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi、NADP＋。二者緊密聯(lián)系，缺一不可示意圖例1

(2018·紹興3月模擬)如圖為光合作用的過程示意圖，①②表示光合作用的場所，a、b和c表示物質(zhì)。請回答下列問題：(1)①的名稱是________，其膜上含鎂的色素主要吸收___________光。解析①中進(jìn)行的是光反應(yīng)，場所是類囊體，其膜上含鎂的色素是葉綠素，葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光。類囊體紅和藍(lán)紫(2)水在光下裂解，除圖中所示的產(chǎn)物外，還有__________，這些物質(zhì)會被________接受，其在卡爾文循環(huán)中將CO2還原為__________________________，此過程中還伴隨著_____的貯存。解析

水的光解產(chǎn)物有氧氣、H＋和電子，H＋和電子會被NADP＋接受，形成NADPH，其在三碳酸分子還原過程中供能和作為還原劑，將三碳酸分子還原為三碳糖磷酸，此過程中還伴隨著能量的貯存。H+和電子NADP+糖（或三碳糖或三碳糖磷酸）能量(3)在供給C18O2極短時間后，除了糖類物質(zhì)含有18O以外，從另一種光合產(chǎn)物____中也應(yīng)當(dāng)能夠檢測到18O。水對光反應(yīng)與碳反應(yīng)的認(rèn)識(1)光合作用中光反應(yīng)和碳反應(yīng)不是獨立的兩個階段，而是息息相關(guān)的兩個過程，沒有光反應(yīng)，碳反應(yīng)也無法進(jìn)行。(2)光合作用的場所在真核生物中一定為葉綠體，在原核生物中主要為質(zhì)膜。(3)碳反應(yīng)所需要的ATP僅來自光反應(yīng)，而不能由細(xì)胞呼吸提供。(4)光合作用中，ATP提供能量和磷酸基團(tuán)；NADPH提供能量和作為還原劑，也是氫的載體，提供氫。(5)三碳糖或五碳糖(RuBP)組成元素中含有磷。(6)CO2中的C進(jìn)入三碳酸分子但不進(jìn)入RuBP，最后進(jìn)入三碳糖，RuBP中的C不進(jìn)入三碳糖，可以通過同位素示蹤實驗證明。例2

(2017·浙江超級全能生模擬)下圖為類囊體膜的部分結(jié)構(gòu)和生理功能示意圖。請據(jù)圖回答相關(guān)問題：(1)葉綠體內(nèi)的很多類囊體堆疊起來的結(jié)構(gòu)稱為______?；?2)類囊體膜是植物進(jìn)行________的場所，其上的色素吸收光能，并將光能轉(zhuǎn)化為________，貯存在NADPH和_____中。(3)a物質(zhì)是_____，是水的裂解產(chǎn)物，經(jīng)過一系列膜蛋白的傳遞后被NADP＋接受，NADP＋同時還接受1個H＋形成NADPH，NADPH在三碳酸分子的還原過程中提供_________。若撤離光照，短時間內(nèi)葉綠體中的RuBP含量將_____。光反應(yīng)化學(xué)能ATP電子能量和氫下降解析葉綠體內(nèi)的許多類囊體堆疊起來形成基粒。類囊體膜上的色素能夠吸收光能，在光反應(yīng)階段水被裂解為H＋、O2、電子，其中H＋、電子將NADP＋還原為NADPH，同時將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能貯存在ATP和NADPH中。在碳反應(yīng)階段，NADPH為三碳酸分子的還原提供能量和氫。若在光合作用過程中突然撤離光照，短時間內(nèi)，三碳酸分子還原產(chǎn)生的RuBP減少，而RuBP與二氧化碳產(chǎn)生三碳酸分子正常進(jìn)行，則葉綠體中的RuBP含量將下降。光照和CO2濃度變化對光合作用物質(zhì)含量變化的影響

項目光照變強、CO2不變光照變?nèi)酢O2不變光照不變、CO2增多光照不變、CO2減少三碳酸分子↓↑↑↓RuBP↑↓↓↑ATP↑↓↓↑三碳糖↑↓↑↓NADPH↑↓↓↑注：此表只是對變化短時間內(nèi)各物質(zhì)的相對量的變化作討論，而不是長時間，其中“↑”代表上升，“↓”代表下降光合作用受環(huán)境因素的影響肆光合作用的強弱一般用光合速率表示。光合速率也稱光合強度，是指一定量的植物（如一定葉面積）在單位時間內(nèi)進(jìn)行的光合作用，如釋放多少氧氣，消耗多少二氧化碳。光合速率受到多種環(huán)境因素的影響，其中最重要的因素是光強度、溫度和空氣中的二氧化碳濃度表觀光合速率與真正光合速率在光照條件下，人們測得的CO2吸收量是植物從外界環(huán)境吸收的CO2總量，稱為表觀光合速率，又稱凈光合速率。真正光合速率是指植物在光照條件下，植物從外界環(huán)境中吸收的CO2的量，加上細(xì)胞呼吸釋放的CO2的量，即植物實際所同化的CO2的量，又稱總光合速率。表觀光合速率小于真正光合速率。探究環(huán)境因素對光合作用的影響光合作用受到諸多環(huán)境因素的影響。探究問題影響光合作用的環(huán)境因素有哪些?這些因素又是如何影響光合作用的?活動提示1.根據(jù)同學(xué)們已有的生物學(xué)知識和人們的生產(chǎn)、生活經(jīng)驗，以小組為單位，列出影響光合作用的環(huán)境因素。影響光合作用的環(huán)境因素_______________________________。光強度、光的顏色、CO2濃度、溫度、礦質(zhì)因素等2.在大家列出的影響光合作用的環(huán)境因素中，選擇其中的一種因素，分析這種因素是如何影響光合作用的，并提出假設(shè)。3.根據(jù)假設(shè)，設(shè)計單因子對照實驗方案。(1)實驗時可供選用的材料用具:黑藻或金魚藻，水，冰塊，碳酸氫鈉，精密pH試紙，100W聚光燈，溫度計，大燒杯，不同顏色的玻璃紙。(2)實驗中，可變因素是什么?可變因素是如何變化的?通過什么方法控制可變因素的變化?通過什么方法測量光合作用速率?(3)進(jìn)行方案設(shè)計4.根據(jù)實驗設(shè)計方案，設(shè)計實驗數(shù)據(jù)記錄表。5.你們組的實驗預(yù)期是。6.根據(jù)實驗設(shè)計方案進(jìn)行實驗。討論1.實驗結(jié)果支持你們組的假設(shè)嗎?請在班里做具體說明。2.聽了其他組匯報的實驗設(shè)計方案后，請總結(jié)你們組實驗設(shè)計上的優(yōu)點和不足。3.匯總?cè)喔鲗嶒灲M的實驗結(jié)果，歸納出下列問題的答案。(1)哪些環(huán)境因素會影響光合作用?(2)這些環(huán)境因素是如何影響光合作用的?光強度原理：光強度通過影響植物的光反應(yīng)，制約NADPH和ATP的產(chǎn)生，進(jìn)而影響碳反應(yīng)A點：光強度為0，只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，CO2的釋放速率可代表細(xì)胞呼吸速率A~B段：隨光強度增加，光合作用強度也逐漸增強，但細(xì)胞呼吸強度大于光合作用強度B點：該點對應(yīng)的光強度為光補償點，此時光合作用強度等于細(xì)胞呼吸強度。B~C點：隨光強度不斷增加，光合作用強度也不斷增強，此段光合作用強度大于細(xì)胞呼吸強度。C點：該點對應(yīng)的光強度（d）為光飽和點，光合作用強度達(dá)到最大，C點以后光合作用不再增加的內(nèi)部限制因素有色素含量、酶的數(shù)量等，外部因素是CO2濃度，溫度等除光強度以外的其他環(huán)境因素。生產(chǎn)實際應(yīng)用①陰雨天，溫室大棚種適當(dāng)提高光強度可以增加光合作用強度②一般陰生植物的光補償點和光飽和點均比較低，間作套種時應(yīng)注意農(nóng)作物的種類搭配，合理利用光能。③合理密植，增加光合作用面積作物同時期播種的叫間作，不同時期播種的叫套種溫度原理：溫度通過影響與光合作用有關(guān)的酶活性影響光合作用。①O~A點：在A點之前，隨著溫度升高，光合速率增大②A點：A點對應(yīng)的溫度為相關(guān)酶的最適溫度，光合速率最大③A點之后：隨著溫度升高，相關(guān)酶活性下降，光合速率減小，溫度過高時光合速率幾乎為0A生產(chǎn)實際的應(yīng)用①適時播種，保證作物生長所需的溫度②溫室栽培作物時，白天適當(dāng)提高溫度，提高凈光合速率，夜間適當(dāng)降溫，降低呼吸消耗，保證植物有機物的積累。溫室生產(chǎn)中晝夜溫差越大，作物產(chǎn)量越高嗎？白天適當(dāng)提高溫度，可利于提高光合產(chǎn)量，夜晚不進(jìn)行光合作用，適當(dāng)?shù)慕档蜏囟瓤山档秃粑俾蕪亩鴾p少有機物消耗，所以適當(dāng)提高晝夜溫差可以提高作物有機物積累量，從而提高作物產(chǎn)量。但是，晝夜溫差并不是越大越好，夜晚溫度過低會影響呼吸相關(guān)酶的活性，當(dāng)呼吸作用被過度抑制時，必將減弱植物根對礦質(zhì)元素離子的吸收等代謝過程，這對作物生長顯然很不利。CO2原理：影響碳反應(yīng)階段，制約三碳糖的形成。曲線分析：①走勢分析：圖1和圖2都表示在一定范圍內(nèi)，表觀光合速率隨CO2濃度的增大而增大，但當(dāng)CO2濃度增大到一定值后，表觀光和速率不再繼續(xù)增大。②關(guān)鍵點分析：圖1和圖2中A點和A'點對應(yīng)的CO2濃度均表示真正光合速率等于細(xì)胞呼吸速率時候的CO2濃度即CO2補償點，圖1和圖2的B點和B'點對應(yīng)的CO2濃度都表示CO2飽和點生產(chǎn)實際應(yīng)用①施用有機肥（微生物在分解有機肥的過程中會有一定量的二氧化碳產(chǎn)生）②溫室栽培作物時，可以適當(dāng)提升二氧化碳濃度例3

圖甲表示植物光合作用中的光反應(yīng)，其中數(shù)字表示物質(zhì)，a和b表示結(jié)構(gòu)。圖乙為“探究環(huán)境因素對光合作用的影響”的實驗裝置，廣口瓶中裝有碳酸氫鈉溶液以維持溶液中CO2濃度。請回答下列問題(說明：題中“[

]”填數(shù)字或字母，“________”填文字)：(1)葉片中的光合色素存在于圖甲中的[

]__________上?！肮夂仙氐奶崛∨c分離”實驗中，加入______液使光合色素在濾紙上分離，其中擴散的最快的色素是_________。解析葉片中的光合色素存在于圖甲中的[b]類囊體膜上。分離光合色素的方法是紙層析法，所用到的液體為層析液。胡蘿卜素在層析液中的溶解度最大，擴散速率最快。b類囊體膜層析胡蘿卜素(2)圖甲中，水中的氫轉(zhuǎn)移到[

]________(物質(zhì))中，該物質(zhì)在卡爾文循環(huán)中的作用是______________。解析分析圖甲可知，①為O2，②為NADPH，③為NADP＋，④為ATP，⑤為ADP。圖甲中，水中的氫轉(zhuǎn)移到[②]NADPH中，該物質(zhì)在卡爾文循環(huán)(碳反應(yīng))中的作用是提供氫和能量。②NADPH提供氫和能量(3)某研究小組利用圖乙裝置探究不同波長的光對黑藻光合作用的影響。光合作用速率常用圖甲中[

]_____的相對釋放量表示，其釋放量可依據(jù)圖乙中_____________________估算。解析光合作用速率常用圖甲中[①]O2的相對釋放速率表示。O2不易溶于水，廣口瓶內(nèi)黑藻的光合作用釋放O2導(dǎo)致瓶內(nèi)氣體壓強增大，將水壓入量筒，所以O(shè)2的釋放量可依據(jù)圖乙量筒中收集的液體體積估算。①氧氣量筒中收集的液體體積例4

光合作用的正常進(jìn)行要受多種因素的影響。一個生物興趣小研究了礦質(zhì)元素含量、光強度和溫度對光合作用的影響，下面是一位同學(xué)根據(jù)實驗結(jié)果繪制的一組曲線，你認(rèn)為不正確的是A解析

N是構(gòu)成酶、葉綠素、ATP、NADPH、核酸等的原料，氮元素是植物光合作用的必需元素，但光合強度不會隨葉片中含N量的增大而不斷增大。類囊體膜水葉綠體基質(zhì)CO2的固定1.根據(jù)對右圖的觀察，下列判斷正確的是A.①需要NADPH，②不需要ATPB.①②都不需要NADPHC.①不需要NADPH，②需要NADPH和ATPD.①②都需要NADPH和ATP解析由題圖可知，該過程為光合作用的碳反應(yīng)過程，①、②分別是指CO2的固定和三碳酸分子的還原，CO2的固定不需要NADPH，但是三碳酸分子的還原需要NADPH和ATP。C2.(2018·湖州期中)光合作用中水分子光解的產(chǎn)物是A.氧氣和氫氣B.氧氣、H＋、e－C.氧原子、NADP＋、e－D.氧氣、NADPH、ATP解析在光合作用的光反應(yīng)中，水在葉綠體的類囊體膜上發(fā)