專題二細胞代謝
專題聚焦四光與光合作用
一、葉綠體中色素的種類、提取與分離
1. 葉綠素和其他色素
2.葉綠體中色素的提取和分離
（1）原理：
提取：葉綠體中的色素易溶於有機溶劑而不溶於水，將葉片磨碎後可用無水乙醇等有機溶劑提取色素。
分離：層析也是一種脂溶性很強的有機溶劑，不同色素在層析液中的溶解度不同：溶解度打的在濾紙上擴散得快，溶解度小的隨層析液在濾紙上擴散得慢。
因此，葉綠體中的色素就在擴散過程中被分離出來。
（2）實驗中集中化學物質的作用
① 無水乙醇：作為提取液，可溶解綠葉中的色素。
② 層析液：用於分離色素。
③ 二氧化矽：破壞細胞結構，使研磨充分。
④ 碳酸鈣：中和研磨過程中釋放出的酸性物質，從而防止葉綠體中的色素被破壞。
（3）實驗流程
（4）葉綠體色素提取分離實驗異常現象分析：
① 收集到的濾液綠色過淺的原因分析：
a 未加石英砂（sio2），研磨不充分。
b 使用放置數天的菠菜葉，色素太少。
c 一次加入大量的無水乙醇，提取濃度太低（正確做法：分次加入少量無水乙醇提取色素）
d 未加caco3或加入過少，色素分子被破壞。
②濾紙條色素帶重疊：濾紙條上的濾液細線接觸到層析液。
③濾紙條上不見色素帶
a 忘記畫濾液細線
b 濾液細線接觸到層析液，且時間較長，色素全部溶解到層析液中。
c 層析時間過長，導致色素隨層析液蒸發。
二、光合作用的原理及應用
1.光合作用發現史中的經典實驗分析
（1）2023年普里斯特利實驗
植物更新空氣
缺點：缺乏對照實驗(記錄時漏掉了實驗在陽光下進行這一重要條件，後來英格豪斯為其糾正)
（2）2023年薩克斯實驗
提前暗處理——目的：消耗掉葉片中原有的澱粉，避免干擾
實驗過程、現象（結果）
（3）2023年恩格爾曼實驗
實驗組：極細光束照射處的葉綠體
對照組：黑暗處的葉綠體和完全**的葉綠體
恩格爾曼的實驗設計巧妙之處
①選材方面，選用水綿為實驗材料。水綿不僅具有細長的帶狀葉綠體，而且葉綠體呈螺旋狀地分布在細胞中，便於觀察、分析研究。
②將臨時裝片放在黑暗並且沒有空氣的環境中，排除了光線和氧氣的影響，從而確保實驗正常進行。
③選用了極細光束照射，並且選用好氧細菌檢測，從而能夠準確判斷出水綿細胞中釋放氧的部位。
④進行黑暗(區域性光照)和**對比實驗，從而明確實驗結果完全是光照引起的。
（4）20世紀30年代魯賓、卡門實驗
實驗方法：同位素標記法
特別提醒
在光合作用的發現中，大多數科學家們利用了對照實驗，使結果和結論更科學、準確。
(1)薩克斯：自身對照，自變數為光照(一半**與另一半遮光)，因變數為顏色變化。
(2)恩格爾曼：自身對照，自變數為光照(照光處與不照光處；黑暗與完全**)，因變數為好氧菌的分布。
(3)魯賓和卡門：相互對照，自變數為標記物質(ho與c18o2)，因變數為o2的放射性。
(4)普里斯特利：缺少空白對照，實驗結果說服力不強。
2.光合作用過程
3.光合作用的影響因素
（1）影響光合作用的內部因素
① 植物種類不同，光合速率不同。光合速率取決於葉肉細胞中葉綠體的數量、葉綠體中色素的含量以及光合酶的種類和數量。
② 同一植物在不同的生長發育階段、不同部位的葉片、同一部位的葉片在不同的葉齡時，光合速率不同。
曲線分析：在外界條件相同的情況下，光合作用速率由弱到強依次是幼苗期、營養生長期、開花期。
應用：根據植物在不同生長發育階段光合作用速率不同，適時、適量地提供水肥及其他環境條件，以使植物茁壯成長。
（2）影響光合作用的環境因素及曲線分析
空氣中co2濃度、土壤中水分的多少、光照的長短與強弱，光的成分以及溫度的高低等，都是影響光合作用強度的外界因素。
① 光照——光合作用的動力
a 光照時間越長，產生的光合產物越多。
b 光質，由於色素吸收可見光中的紅光和藍紫光最多，吸收綠光最少，故不同波長的光對光合作用的影響不一樣，建溫室時，選用無色透明的的玻璃(或塑料薄膜)做頂棚，能提高光能利用率。
c 光照強度：在一定光照強度範圍內，增加光照強度可提高光合作用速率。
曲線分析：a點光照強度為0，此時只進行細胞呼吸，釋放co2量表示此時的呼吸強度。
ab段表明光照強度加強，光合作用速率逐漸加強，co2的釋放量逐漸減少，有一部分用於光合作用；而到b點時，細胞呼吸釋放的co2全部用於光合作用，即光合作用強度＝細胞呼吸強度，b點對應的光照強度稱為光補償點。
bc段表明隨著光照強度不斷加強，光合作用強度不斷加強，到c點以上不再加強了。c點對應的光照強度稱為光飽和點。
應用：陰生植物的光補償點和光飽和點比較低，如上圖虛線所示。間作套種時農作物的種類搭配，林帶樹種的配置，冬季溫室栽培避免高溫等都與光補償點有關。
外界條件變化時，co2(光)補償點移動規律：
呼吸速率增加，co2(光)補償點右移
呼吸速率減小，co2(光)補償點左移
呼吸速率基本不變，條件的改變使光合速率下降，co2(光)補償點右移；
條件的改變使光合速率上公升時，co2(光)補償點左移。
②．光照面積
曲線分析：oa段表明隨葉面積的不斷增大，光合作用實際量不斷增大，a點為光合作用面積的飽和點。隨葉面積的增大，光合作用強度不再增加，原因是有很多葉被遮擋，光照不足。
ob段表明幹物質量隨光合作用增加而增加，而由於a點以後光合作用強度不再增加，但葉片隨葉面積的不斷增加，呼吸量(oc段)不斷增加，所以幹物質積累量不斷降低(bc段)。
應用：適當間苗、修剪，合理施肥、澆水，避免徒長。封行過早，使中下層葉子所受的光照往往在光補償點以下，白白消耗有機物，造成不必要的浪費。
③ co2濃度
光合作用速率等於細胞呼吸速率時的co2濃度，即co2補償點；圖2中的a′點表示進行光合作用所需co2的最低濃度。兩圖中的b和b′點都表示co2飽和點，兩圖都表示在一定範圍內，光合作用速率隨co2濃度增加而增大。
應用：大田要「正其行，通其風」，多施有機肥；溫室內可適當補充co2，即適當提高co2濃度可提高農作物產量。
④ 必需礦質元素
曲線分析：在一定濃度範圍內，增大必需礦質元素的**，可提高光合作用速率，但當超過一定濃度後，會因土壤溶液濃度過高而導致植物光合作用速率下降。
應用：在農業生產上，根據植物的需肥規律，適時、適量地增施肥料，可以提高作物的光能利用率。
⑤ 溫度
曲線分析：溫度主要是通過影響酶的活性而影響光合作用速率。
應用：冬天，溫室栽培可適當提高溫度；夏天，溫室栽培可適當降低溫度。白天調到光合作用最適溫度，以提高光合作用速率；晚上適當降低溫室溫度，以降低細胞呼吸速率，保證植物有機物的積累。
⑥ 多因子變數對光合作用速率影響的分析(外界因素)
曲線分析：p點時，限制光合速率的因素應為橫座標所表示的因子，隨其因子的不斷加強，光合速率不斷提高。當到q點時，橫座標所表示的因素，不再是影響光合速率的因子，要想提高光合速率，可採取適當提高圖示中的其他因子的方法。
應用：溫室栽培時，在一定光照強度下，白天適當提高溫度，增加光合作用酶的活性，提高光合速率，也可同時充入適量的co2，進一步提高光合速率，當溫度適宜時，要適當提高光照強度和co2濃度以提高光合速率。總之，可根據具體情況，通過提高光照強度、調節溫度或增加co2濃度等來充分提高光合速率，以達到增產的目的。
典型例題分析：
甲、乙兩圖分別表示光照強度和空氣中co2含量對某綠色植物光合作用的影響，丙圖表示一天內某時間段蔬菜大棚內co2濃度隨時間的變化曲線。請據圖回答下列問題。
(1)甲圖中的b點與乙、丙圖中的________點葉肉細胞所處的生理狀態相同，此時細胞中能產生atp的部位有如果在缺鎂的條件下，g點將向________方移動。
(2)c點與b點相比較，葉綠體基質中c3的含量________(填「較多」、「較少」或「不變)。
(3)甲圖中a點所進行的生理反應表示式為
(4)光合作用在遇到一定限制因素時，其速率將不再增加，圖中限制e點的外界因素是
(5)據研究發現，當土壤乾旱時，植物根細胞會迅速合成某種化學物質x。有人推測根部合成的x運輸到葉片，能調節氣孔的開閉。他們做了如下實驗：
從該植株上剪取大小和生理狀態一致的3片葉，分別將葉柄下部浸在不同濃度x的培養液中，以分析葉片中x物質濃度與氣孔開放程度之間的關係。一段時間後，可以測得有關資料。以上方案有不完善的地方，請指出來並加以改正。
光與光合作用教案
知識 說出綠葉中色素的種類和作用 了解 說出葉綠體的結構和功能 了解 說明光合作用以及它的認識過程 理解 研究影響光合作用強度的因素 情感態度 通過了解光合作用的探索過程，認同科學家不 家不僅要繼承前人的科研成果，而且要善於吸收不同意見中的合理成分，還要具有質疑 創新和用於實踐的科學精神與態度。能力...
光合作用與植物生長補光燈
一 光合作用 自然界生命的維持，完全依賴能量的 太陽就是能量的 植物在光合作用中吸收來自太陽的能量，通過光合作用產生植物生長所需要的養料，通過呼吸作用與外界交換二氧化碳和氧氣。光合作用和呼吸作用是植物生長的兩種主要過程。光合作用是綠色植物通過吸收太陽光能，引發光作用和酶催化兩種化學反應，吸收空氣中的...
能量之源 光與光合作用導學案
第四節能量之源 光與光合作用 學習目標 1.說出綠葉中色素的種類和作用2.說出葉綠體的結構和功能。3.說明光合作用以及對它的認識過程。4.嘗試 影響光合作用強度的環境因素。5.說出光合作用原理的應用6.簡述化能合成作用。學習重點和難點 1.學習重點 1 綠葉中色素的種類和作用2 光合作用的發現及研究...