1-3(3)光合作用及光呼關(guān)系

考點(diǎn)一光合作用的探究歷程1.光合作用發(fā)現(xiàn)史中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)及分析2．恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)上的巧妙之處(1)實(shí)驗(yàn)材料選得妙：用水綿作為實(shí)驗(yàn)材料。水綿不僅具有細(xì)而長的帶狀葉綠體，而且葉綠體呈螺旋狀分布在細(xì)胞中，便于觀察和分析研究。(2)排除干擾的方法妙：恩格爾曼將臨時(shí)裝片放在黑暗并且沒有空氣的環(huán)境中，排除了環(huán)境中光線和氧氣的影響，從而確保實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘＿M(jìn)行。(3)觀測指標(biāo)設(shè)計(jì)得妙：通過好氧細(xì)菌的分布進(jìn)行檢測，從而能夠準(zhǔn)確地判斷出水綿細(xì)胞中釋放氧氣的部位。(4)實(shí)驗(yàn)對照設(shè)計(jì)得妙：將極細(xì)的光束照射處的葉綠體與黑暗處的葉綠體、完全曝光的葉綠體進(jìn)行對照，從而明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果是由光照引起的。3．在光合作用的發(fā)現(xiàn)中，大多數(shù)科學(xué)家利用了對照實(shí)驗(yàn)(1)薩克斯：自身對照，自變量為光照(一半曝光與另一半遮光)，因變量為顏色變化。(2)恩格爾曼：自身對照，自變量為光照(照光處與不照光處；黑暗與完全曝光)，因變量為好氧細(xì)菌的分布。(3)魯賓和卡門：相互對照，自變量為標(biāo)記物質(zhì)(HO與C18O2)，因變量為O2的放射性。(4)普利斯特利：缺少空白對照，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說服力不強(qiáng)。(1)光反應(yīng)階段①條件：光、光合色素。②場所：葉綠體類囊體薄膜上。③物質(zhì)變化：水的光解和ATP的合成。④能量變化：光能轉(zhuǎn)變成活躍的化學(xué)能儲存在ATP中。(2)暗反應(yīng)階段①條件：酶、[H]、ATP。②場所：葉綠體基質(zhì)。③物質(zhì)變化：CO2的固定和C3的還原。CO2的固定：能量變化：ATP中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能(3)總反應(yīng)式：1.過程(4)光反應(yīng)與暗反應(yīng)的關(guān)系2.光合作用的反應(yīng)式及元素去向分析當(dāng)外界條件改變時(shí)，短時(shí)間內(nèi)將直接影響光合作用中C3、C5、[H]、ATP及(CH2O)的含量，其含量變化可以采用如圖分析：根據(jù)“變誰從誰入手”的方法進(jìn)行分析:若光照改變，從左端入手，按①→②③分析，④暫時(shí)不變；CO2濃度變化從右端入手，按④→②③分析，①暫時(shí)不變，快則均快，慢則均慢，最終四個(gè)反應(yīng)速率保持一致。條件過程變化C3C5[H]和ATP模型分析光照由強(qiáng)到弱，CO2供應(yīng)不變①過程減弱②③過程減弱，④過程正常進(jìn)行增加減少減少光照由弱到強(qiáng)，CO2供應(yīng)不變①過程增強(qiáng)②③過程增強(qiáng)④過程正常進(jìn)行減少增加增加光照不變，CO2由充足到不足④過程減弱，①②③過程正常進(jìn)行，隨C3減少②③減弱，①過程正常減少增加增加光照不變，CO2由不足到充足④過程增強(qiáng)①②③正常進(jìn)行，隨C3增加②③增強(qiáng)，①過程正常增加減少減少4.化能合成作用①概念：自然界中少數(shù)種類的細(xì)菌，能夠利用體外環(huán)境中的某些無機(jī)物氧化時(shí)所釋放的能量來制造有機(jī)物，這種合成作用叫作化能合成作用。②舉例：硝化細(xì)菌的化能合成作用過程：

a.硝化作用

b.有機(jī)物合成③化能合成作用與光合作用的比較項(xiàng)目化能合成作用光合作用不同能量來源體外無機(jī)物氧化放出的能量光能生物類型原核生物(如硝化細(xì)菌等)主要為綠色植物，還有藍(lán)藻等相同代謝類型自養(yǎng)需氧型物質(zhì)變化將無機(jī)物(CO2和H2O等)轉(zhuǎn)化為儲存能量的有機(jī)物生態(tài)地位生產(chǎn)者考點(diǎn)3影響光合作用的因素及應(yīng)用光合作用強(qiáng)度(光合作用速率)：是指植物在一定時(shí)間內(nèi)將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的多少。通常用單位時(shí)間、單位葉面積的CO2吸收量或O2釋放量表示。光合作用效率：是指植物將照射到植物上的光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的效率。植物通過光合作用制造有機(jī)物中所含有的能量與光合作用中吸收的光能的比值，它由植物葉片吸收光能的能力、及將吸收了的光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的能力決定。光能利用率：植物將一年中投射到該土地上的光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的效率。指植物光合作用所累積的有機(jī)物所含能量，占照射在同一地面上的日光能量的比率。（一）內(nèi)部因素1.與植物自身的遺傳特性有關(guān)，如陰生植物和陽生植物，如圖1所示。2.植物葉片的葉齡、葉面積指數(shù)也會制約光合作用，如圖2、圖3所示。（二）外部因素1．光照：

影響光反應(yīng)階段(1)光照時(shí)間：光照時(shí)間越長，產(chǎn)生的光合產(chǎn)物越多。(2)光質(zhì)：由于色素吸收可見光中的紅光和藍(lán)紫光最多，吸收綠光最少，故不同波長的光對光合作用的影響不同，建溫室時(shí)，選用無色透明的玻璃(或塑料薄膜)作頂棚，能提高光能利用率。(3)光照強(qiáng)度：光照強(qiáng)度通過影響植物的光反應(yīng)進(jìn)而影響光合速率。光照強(qiáng)度增加，光反應(yīng)速度加快，產(chǎn)生的[H]和ATP增多，使暗反應(yīng)中還原過程加快，從而使光合作用產(chǎn)物增加。(4)光照強(qiáng)度對光合作用速率影響的曲線分析應(yīng)用：①溫室生產(chǎn)中，適當(dāng)增強(qiáng)光照強(qiáng)度，以提高光合速率，使作物增產(chǎn)；②陰生植物的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)都較陽生植物低，如圖中虛線所示，間作套種農(nóng)作物，可合理利用光能。2．CO2濃度(1)原理：CO2影響暗反應(yīng)階段，制約C3的形成。(2)曲線分析：圖1中A點(diǎn)表示CO2補(bǔ)償點(diǎn)，即光合速率等于呼吸速率時(shí)的CO2濃度。

圖2中A′點(diǎn)表示進(jìn)行光合作用所需CO2的最低濃度。B和B′點(diǎn)都表示CO2飽和點(diǎn)。(3)應(yīng)用：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可以通過“正其行，通其風(fēng)”，增施農(nóng)家肥等增大CO2濃度，提高光合速率。3．溫度(1)原理：溫度通過影響酶的活性影響暗反應(yīng)階段。(2)曲線分析：AB段在B點(diǎn)之前，隨著溫度升高，光合速率增大B點(diǎn)酶的最適溫度，光合速率最大BC段隨著溫度升高，酶的活性下降，光合速率減小，50℃左右光合速率幾乎為零(3)應(yīng)用：溫室栽培植物時(shí)，白天調(diào)到光合作用最適溫度，以提高光合速率；晚上適當(dāng)降低溫室內(nèi)溫度，以降低細(xì)胞呼吸速率，保證植物有機(jī)物的積累。4．水分和礦質(zhì)元素對光合作用的影響(1)水分：水既是光合作用的原料，又是體內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)，如植物缺水導(dǎo)致萎蔫，使光合速率下降。另外，水分還能影響氣孔的開閉，間接影響二氧化碳進(jìn)入植物體內(nèi)。如夏季中午，植物為防止蒸騰作用失水過多，氣孔關(guān)閉，二氧化碳供應(yīng)不足，光合速率下降，這種現(xiàn)象稱為植物的“光合午休”。(2)礦質(zhì)元素：礦質(zhì)元素直接或間接影響光合作用。N是構(gòu)成葉綠素、酶、ATP等的元素；P是構(gòu)成ATP的元素，并參與葉綠體膜的構(gòu)成；Mg是構(gòu)成葉綠素的元素；K影響糖類的合成與運(yùn)輸。無機(jī)鹽對光合速率的影響：N、P、K、Mg等無機(jī)鹽缺乏時(shí)主要導(dǎo)致光反應(yīng)強(qiáng)度降低，從而使植物的產(chǎn)量減少，因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中要適當(dāng)?shù)厥┓室栽黾愚r(nóng)作物的產(chǎn)量。影響光合作用的環(huán)境因素5．光合作用曲線的分析(1)環(huán)境條件改變對補(bǔ)償點(diǎn)、飽和點(diǎn)的影響CO2(或光)補(bǔ)償點(diǎn)和飽和點(diǎn)的移動(dòng)方向：一般有左移、右移之分，其中CO2(或光)補(bǔ)償點(diǎn)B是曲線與橫軸的交點(diǎn)，CO2(或光)飽和點(diǎn)C是最大光合速率對應(yīng)的CO2濃度(或光照強(qiáng)度)，位于橫軸上。(1)補(bǔ)償點(diǎn)的移動(dòng)：①呼吸速率增加，其他條件不變時(shí)，CO2(或光)補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)右移，反之左移。②呼吸速率基本不變，相關(guān)條件的改變使光合速率下降時(shí)，CO2(或光)補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)右移，反之左移。(2)飽和點(diǎn)的移動(dòng)：相關(guān)條件的改變(如增大光照強(qiáng)度或增大CO2濃度)使光合速率增大時(shí)，飽和點(diǎn)應(yīng)右移，反之左移。(3)陰生植物與陽生植物相比，CO2(或光)補(bǔ)償點(diǎn)和飽和點(diǎn)都應(yīng)向左移動(dòng)。①當(dāng)缺鎂時(shí)，其他條件不變：：a

b

cd②當(dāng)圖示表示陽生植物的光合作用強(qiáng)度時(shí)，則陰生植物：a

b

cd③當(dāng)CO2濃度較低時(shí)，其他條件不變：a

b

cd④干旱初期，對呼吸影響不大:a

,但氣孔關(guān)閉,CO2吸收量少,則b

cd⑤當(dāng)圖示表示綠光時(shí)的光合作用強(qiáng)度，則改用紅光后：a

b

cd(2)光照、CO2濃度和溫度對光合作用的綜合作用①常見曲線：②曲線分析：P點(diǎn)：限制光合速率的因素應(yīng)為橫坐標(biāo)所表示的因子，隨著因子的不斷加強(qiáng)，光合速率不斷提高。Q點(diǎn)：橫坐標(biāo)所表示的因子不再是影響光合速率的因素，影響因素主要為各曲線所表示的因子。要想提高光合速率，可適當(dāng)提高圖示中的其他影響因子的強(qiáng)度。③應(yīng)用：溫室栽培時(shí)，在一定光照強(qiáng)度下，白天適當(dāng)提高溫度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同時(shí)適當(dāng)增加CO2，進(jìn)一步提高光合速率；當(dāng)溫度適宜時(shí)，可適當(dāng)增加光照強(qiáng)度和CO2濃度以提高光合速率。（3）密閉容器及自然環(huán)境中植物—晝夜光合作用曲線

ob段、fg段：bf段：bc段、ef段：ce段：a點(diǎn)：b點(diǎn)：c點(diǎn)：d點(diǎn)：e點(diǎn)：圖1夏季一晝夜CO2吸收和釋放變化曲線夜間沒有光照，光合停止，只進(jìn)行呼吸；有機(jī)物減少，環(huán)境中CO2增加，O2減少。白天光合作用與呼吸作用同時(shí)進(jìn)行，制造有機(jī)物的時(shí)間段。清晨和傍晚光照較弱，光合小于呼吸；有機(jī)物減少，環(huán)境中CO2增加，O2減少。光合大于呼吸；積累有機(jī)物，有機(jī)物的總量增加；環(huán)境中CO2減少，O2增加。凌晨2～4時(shí)，溫度降低，呼吸作用減弱，CO2釋放減少。有微弱光照，植物開始進(jìn)行光合作用。上午7時(shí)左右，光合作用等于呼吸作用。CO2積累量最大。溫度過高，部分氣孔關(guān)閉，出現(xiàn)光合“午休”現(xiàn)象。下午6時(shí)左右，光合作用等于呼吸作用。光合作用產(chǎn)物積累量最大。一晝夜有機(jī)物的積累量(用CO2量表示)的表示方法:方法1：一晝夜有機(jī)物的積累量＝白天從外界吸收的CO2量－晚上呼吸釋放的CO2量；方法2：一晝夜有機(jī)物的積累量＝白天固定的CO2量－24小時(shí)呼吸釋放的CO2量。方法1中用的是凈光合作用量，方法2中用的是總光合作用量。圖1夏季一晝夜CO2吸收和釋放變化曲線圖1中有機(jī)物的積累量：一晝夜有機(jī)物的積累量＝SP－SM－SN(Sp、SM、SN分別表示P、M、N的面積)。一晝夜光合作用中C3含量的變化(1)AB段、IJ段的C3含量較高，原因是夜間無光，[H]和ATP缺乏，C3不能被還原。(2)BC段的C3含量下降，原因是BC段的光照強(qiáng)度增強(qiáng)，產(chǎn)生[H]和ATP增多，C3被還原，C3減少；GI段的C3含量上升，原因是GI段的光照強(qiáng)度減弱，產(chǎn)生[H]和ATP減少，C3被還原的量減少，C3增多。(3)CD段的C3含量升高，原因可能是白天該地區(qū)天氣暫時(shí)由晴轉(zhuǎn)陰，光反應(yīng)不足。(4)G點(diǎn)的C3含量最低，原因是G點(diǎn)氣孔關(guān)閉，二氧化碳不足，生成C3的量減少，而C3的還原正常進(jìn)行，所以C3含量低；相反C5的消耗減少，而還原過程又產(chǎn)生C5，因此G點(diǎn)C5含量較高。圖2密閉玻璃罩內(nèi)CO2濃度與時(shí)間的關(guān)系曲線AB段：BC段：CD段：D點(diǎn)：DH段：H點(diǎn)：HI段：無光照，植物只進(jìn)行呼吸作用。溫度降低，呼吸作用減弱。4時(shí)后，微弱光照，開始進(jìn)行光合作用，但光合作用強(qiáng)度＜呼吸作用強(qiáng)度。隨光照增強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度＝呼吸作用強(qiáng)度。光合作用強(qiáng)度＞呼吸作用強(qiáng)度。其中FG段表示“光合午休”現(xiàn)象。隨光照減弱，光合作用強(qiáng)度下降，光合作用強(qiáng)度＝呼吸作用強(qiáng)度。光照繼續(xù)減弱，光合作用強(qiáng)度＜呼吸作用強(qiáng)度，直至光合作用完全停止。圖2密閉玻璃罩內(nèi)CO2濃度與時(shí)間的關(guān)系曲線圖2中植物生長與否的判斷(1)I點(diǎn)低于A點(diǎn)，說明：(2)若I點(diǎn)高于A點(diǎn)，說明：(3)若I點(diǎn)等于A點(diǎn)，說明：一晝夜，密閉容器中CO2濃度減小，即光合作用＞呼吸作用，植物生長。光合作用＜呼吸作用，植物體內(nèi)有機(jī)物總量減少，植物不能生長。光合作用＝呼吸作用，植物體內(nèi)有機(jī)物總量不變，植物不生長?？键c(diǎn)15光合作用和細(xì)胞呼吸考點(diǎn)4光合作用與細(xì)胞呼吸的關(guān)系1．場所的比較(1)葉綠體的類囊體薄膜：ATP、[H]和O2產(chǎn)生的場所。(2)葉綠體基質(zhì)：CO2固定的場所、ATP和[H]消耗的場所。(3)線粒體基質(zhì)：CO2產(chǎn)生的場所。(4)線粒體內(nèi)膜：O2消耗的場所?？键c(diǎn)15光合作用和細(xì)胞呼吸項(xiàng)目來源去路[H]光合作用光反應(yīng)中水的光解作為還原劑用于暗反應(yīng)階段中還原C3形成(CH2O)有氧呼吸第一階段從葡萄糖到丙酮酸及第二階段丙酮酸和水反應(yīng)產(chǎn)生用于第三階段還原O2產(chǎn)生H2O，同時(shí)釋放出大量能量ATP光合作用光反應(yīng)階段合成，所需能量來自色素吸收的光能供暗反應(yīng)階段C3還原時(shí)的能量之需，以穩(wěn)定的化學(xué)能儲存于有機(jī)物中有氧呼吸第一、二、三階段均能產(chǎn)生，第三階段產(chǎn)生能量最多，來自有機(jī)物氧化分解作為能量“通貨”，用于各項(xiàng)生命活動(dòng)5.光合速率、呼吸速率的關(guān)系

真正光合速率O2產(chǎn)生(生成)速率CO2固定速率有機(jī)物產(chǎn)生(制造、生成)速率凈光合速率O2釋放速率CO2吸收速率有機(jī)物積累速率呼吸速率黑暗中O2吸收速率黑暗中CO2釋放速率有機(jī)物消耗速率凈光合速率=真正光合速率－呼吸速率凈光合量=真正光合量率－呼吸量(S4-S1)=(S2+S3+S4)－(S1+S2+S3)(3)光合作用和呼吸作用的數(shù)量關(guān)系(1)光合作用釋放6molO2需要消耗12molH2O。(2)光反應(yīng)階段，12molH2O光解產(chǎn)生24mol[H]，在暗反應(yīng)中用于還原6molCO2，并產(chǎn)生6molH2O。(3)每分解1molC6H12O6，需要消耗6molO2，產(chǎn)生6molCO2。(4)光合作用和呼吸作用的綜合計(jì)算①光合作用實(shí)際O2產(chǎn)生量＝實(shí)測的O2釋放量＋呼吸作用O2消耗量。②光合作用實(shí)際CO2消耗量＝實(shí)測的CO2吸收量＋呼吸作用CO2釋放量。③光合作用實(shí)際C6H12O6制造量＝實(shí)測C6H12O6積累量－呼吸作用C6H12O6消耗量（4）不同光照條件下，總光合速率、凈光合速率和呼吸速率的關(guān)系[易誤提醒]（5）光合速率和呼吸速率的實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果分析：①若紅色液滴右移，說明光照較強(qiáng)，光合作用速率大于細(xì)胞呼吸速率，釋放的O2使瓶內(nèi)氣壓增大。②若紅色液滴左移，說明光照較弱，細(xì)胞呼吸速率大于光合作用速率，吸收O2使瓶內(nèi)氣壓減小。③若紅色液滴不動(dòng)，說明在此光照強(qiáng)度下，光合作用速率與細(xì)胞呼吸速率相等，釋放的O2量與吸收的O2量相等，瓶內(nèi)氣壓不變。（5）光合速率和呼吸速率的實(shí)驗(yàn)測定(1)甲裝置：NaHCO3溶液的作用：保證了容器內(nèi)CO2濃度的恒定，滿足了綠色植物光合作用的需求。條件：光照。結(jié)果：單位時(shí)間氣體的增加量即為凈光合速率。(2)乙裝置：NaOH溶液的作用：保證了容器內(nèi)CO2濃度的恒定。條件：黑暗。結(jié)果：單位時(shí)間氣體的減少量即為呼吸速率。（7）影響光合作用和細(xì)胞呼吸速率因素的分析和應(yīng)用角度1影響因素綜合分析1．水分的變化：干旱時(shí)，植物氣孔關(guān)閉，影響二氧化碳的吸收，進(jìn)而影響光合作用的暗反應(yīng)；水分過多造成淹水時(shí)，抑制植物的有氧呼吸，通過無氧呼吸產(chǎn)生的酒精對植物體產(chǎn)生毒害作用。2．二氧化碳的變化：低濃度的二氧化碳抑制光合作用；二氧化碳濃度過高時(shí)抑制細(xì)胞的有氧呼吸。3．光照強(qiáng)度：弱光時(shí)抑制光合作用的光反應(yīng)；光照過強(qiáng)往往伴隨著氣溫升高、氣孔關(guān)閉，影響暗反應(yīng)。4．溫度：通過影響酶的活性進(jìn)而全面影響植物的光合作用和細(xì)胞呼吸。間作是幾種作物相間種植，即一行A一行B，通常將高和喜陽植物與矮的喜蔭植物間種。套種是在前一茬作物即將收割沿未收割之前將后一茬作物種入前茬的行間株間。如在棉花尚未收完前種入豌豆，還可利用棉花稈作豌豆的支架。

輪作是幾種作物輪流種植，如稻田在冬天種蘿卜或綠肥；也可今年種水稻、明年種玉米，后年種棉花等許多種植物輪流種植。三者通稱為“復(fù)種”。其中間作、套種：增加光合面積；輪作：延長光合時(shí)間。三者都是為了提高光能利用率，而不是提高光合作用效率。角度2在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用1．合理密植：增大光合作用面積，提高光能利用率。2．間作套種：充分利用光能，提高光能利用率。3．增施農(nóng)家肥：農(nóng)家肥富含有機(jī)物，通過微生物的分解作用產(chǎn)生無機(jī)鹽和二氧化碳，為植物生長提供原料。4．遮光或補(bǔ)光：陰生植物的光飽和點(diǎn)和補(bǔ)償點(diǎn)均低于陽生植物，因此在強(qiáng)光照時(shí)應(yīng)適當(dāng)遮光；在連續(xù)陰雨天，為提高植物的光合作用，應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)光。5．夜間降溫：降低酶的活性，降低細(xì)胞呼吸強(qiáng)度，減少有機(jī)物的消耗?？键c(diǎn)15光合作用和細(xì)胞呼吸考點(diǎn)5綠葉中色素的提取和分離試劑原理色素提取_______綠葉中的色素溶于_________，而不溶于水色素分離_______各種色素在_______中的_______不同，_________的隨

在濾紙上擴(kuò)散得快，反之則慢步驟操作方法目的分析提取色素①稱取綠葉，剪碎，放入研缽；②加SiO2、CaCO3和10mL無水乙醇(或5mL丙酮)迅速、充分研磨(若沒有無水乙醇，也可用體積分?jǐn)?shù)為95%的乙醇，但要加入適量的無水碳酸鈉，除去水分)①加SiO2是為了使研磨更充分；②加CaCO3是為了防止研磨時(shí)葉綠素受到破壞；③葉綠體色素易溶于無水乙醇(或丙酮)等有機(jī)溶劑；④加無水乙醇(或丙酮)迅速研磨的目的是減少研磨過程中葉綠