第四節 能量之源——光與光合作用

考試方向：光合作用過程、外界環境條件變化時光合作用各物質的變化、葉綠體中色素的提取和分離、影響光合作用的因素、光合作用與呼吸作用的聯繫及其在增產方面的應用，都是考試重點。

1、色素的種類和功能

（1）綠葉中的色素中包含葉綠素和類胡蘿蔔素。①葉綠素中包含葉綠素a（呈藍綠色），葉綠素b（呈黃綠色），主要吸收紅光和藍紫光。

（2）類胡蘿蔔素包含胡蘿蔔素（呈橙黃色），葉黃素（呈黃色）主要吸收藍紫光。

2、色素的吸收光譜

（1）葉綠素主要吸收波長為640~660nm的紅光和430~450nm的藍紫光。

（2）胡蘿蔔素和葉黃素吸收帶在400~500nm的藍紫光區，不吸收紅光等長波長光。

3、不同顏色溫室大棚的光和效率：無色透明的薄膜大棚光合效率最高，綠色的塑料薄膜的大棚光合效率最低。

4、光質與光合效率

（1）不同波長的光對光合效率的影響不同。光合效率大小為白光>紅光、藍紫光>橙黃色光>綠光。

（2）不同顏色的藻類吸收不同波長的光。

葉綠體

5、葉綠體的分布

（1）分布在葉肉細胞和幼嫩莖的表皮細胞。

（2）結構：①外表：雙層膜 ②內部：a.基質含有反應所需要的酶，少量DNA、RNA和無機鹽等。b.基粒由類囊體堆疊而成，增大了膜面積，其上分布著與捕獲光能有關的色素和光反應所需的酶。

（3）功能：進行光和作用的場所。

6、葉綠體功能的實驗驗證

（1）時間：1880年

（2）實驗者：德國科學家恩格爾曼。

（3）實驗過程：①水棉（好氧細菌）→（黑暗無空氣）→（極細光束照射水棉）→好氧細菌只集中在葉綠體被光束照射到的部位。②水棉（好氧細菌）→（黑暗無空氣）→（完全曝光）→好氧細菌分布在所受光部位。

（4）結論：氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是光合作用的場所。

7、葉綠體中色素的提取和分離

（1）實驗目的：①初步掌握提取和分離葉綠體中色素的方法。②探索葉綠體中有幾種色素。

（2）實驗原理：①葉綠體中的色素能溶解在有機溶劑，所以可以再葉片被磨碎以後用乙醇提取葉綠體的色素。②葉綠體中的色素在層析液中的溶解程度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散的快，溶解度低的隨層析也在濾紙上擴散的慢。根據這個可以將葉綠體中的不同色素分離出來。

（3）實驗材料和用具：新鮮的綠葉、無水乙醇，層析液，二氧化矽和碳酸鈣，乾燥的定性濾紙，試管，棉塞，試管架，研缽，玻璃漏鬥，尼龍布，毛細吸管，剪刀，藥勺，量筒（10ml），天平。

（4）實驗步驟：

提取色素：①稱取5g綠色葉片並剪碎，少量二氧化矽、碳酸鈣和10ml無水乙醇。②放入研缽研磨→過濾→收集到試管內並塞嚴試管口。

製備濾紙條：①將乾燥的定性濾紙剪成6釐米長，1釐米寬的紙條，減去兩端的角呈梯形。②在距離剪角的一端1釐米處用鉛筆畫一條細的橫線。

畫綠葉細線：①用毛細吸管吸去少量綠葉，沿鉛筆線均勻的畫出一條直的綠葉細線。②待濾液幹後，在重複畫一兩次。

色素分離：①將適量的層析液導入試管中。②將濾紙條有線的一端朝下輕輕的插入層析液中。③用棉塞塞緊試管口

（5）現象：濾紙條上出現了四條寬度、顏色不同的色素帶。擴散最快的是胡蘿蔔素（橙黃色），擴散最慢的是葉綠素b(黃綠色)。

層析結果

（6）實驗中操作的作用：①二氧化矽：為了使研磨充分；②碳酸鈣：保護色素免受破壞；③丙酮：色素的溶劑；

8、光合作用的過程

（1）綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，並且釋放出氧氣的過程。

（2）光合作用的反應式：CO2+H2O→（光能，葉綠體）→（CH2O）+O2

（3）光合作用圖解

（4）光反應和暗反應的區別和聯繫

光反應和暗反應的區別和聯繫

9、光合作用的原理的應用

（1）光合作用的強度：植物在單位時間內通過光合作用製造糖類的數量。

（2）表示方法：①單位時間內光合作用產生有機物的量；②單位時間內光合作用利用二氧化碳的量；③單位時間內光合作用產生的氧氣的量。

10、化能合成作用

（1）某些細菌（如硝化細菌、硫細菌、鐵細菌等）可以利用體外環境中的某些無機物氧化時所釋放的量，將二氧化碳等無機物氧化時所釋放的能量，將二氧化碳等無機物轉變成有機物，這種合成作用叫做化能合成作用。

（2）硝化細菌的化能合成作用

硝化細菌

（3）光合作用與化能合成的作用比較：①光合作用生物類型是綠色植物和光和細菌等，來源於光能，環境條件是光、二氧化碳、水、事宜的溫度等。②化能合成作用類型是硝化細菌等，來源於體外物質氧化釋放的化學能。環境條件是氨氣、氧氣、二氧化碳、水和適宜的溫度。③相同點都是從外界環境攝取簡單的無機物合成有機物，並儲存能量。

11、環境因素對光合作用的影響

（1）光照強度

關鍵點：A點光照強度為0，此時只進行細胞呼吸，單位時間內釋放二氧化碳量表示呼吸速率；B點細胞呼吸釋放的二氧化碳和光合作用吸收的二氧化碳量相等，此時的光照強度成為光補償點。C點時已經達到了光飽和點，此時光照強度增加，光合作用強度不在增加。

（2）二氧化碳濃度

甲

乙

（①）走勢分析：圖甲和圖乙都表示在一定範圍內，光合作用速率隨二氧化碳濃度的增大而增大，但當二氧化碳濃度增加到一定範圍後，光合作用速率不再增加。

（②）關鍵點：圖甲中A點表示光合作用速率等於細胞呼吸速率的二氧化碳濃度，即二氧化碳補償點；圖乙中的A『點表示進行光合作用所需的二氧化碳的最低濃度。圖甲和圖乙中的B』和B點都表示二氧化碳飽和點。

（3）溫度

（①）影響原理：溫度通過影響酶的活性來影響光合作用。

（②）曲線分析：B點對應的溫度是最適溫度，此時光合作用最強，高於或低於此溫度，光合作用強度都會下降。

（4）在實踐中的應用：①光照強度主要影響光反應。陰性植物的光補償點和光飽和點都比陽生植物低，合理的密植也是對光照合理的利用的充分體現。②二氧化碳濃度主要影響暗反應。在田間生產時，可以通過合理使用有機肥來提高二氧化碳的濃度；溫室中適當增加二氧化碳濃度，如投入乾冰。③溫度通過影響光合作用中酶的活性來影響光合作用強度。溫室栽培時白天適當提高溫度，夜間適當降低溫度。

例：1.紙層析法分離葉綠體色素時，濾紙條從上至下第二條的色素名稱和顏色分別是（ ）

A. 葉綠素a、藍綠色B. 葉綠素b、黃綠色C. 胡蘿蔔素、橙黃色D. 葉黃素、黃色

考點：葉綠體色素的提取和分離實驗

分析：葉綠體色素的提取和分離實驗：1、提取色素原理：色素能溶解在酒精或丙酮等有機溶劑中，所以可用無水酒精等提取色素。2、分離色素原理：各色素隨層析液在濾紙上擴散速度不同，從而分離色素。溶解度大，擴散速度快；溶解度小，擴散速度慢。3、各物質作用：無水乙醇或丙酮：提取色素；層析液：分離色素；二氧化矽：使研磨得充分；碳酸鈣：防止研磨中色素被破壞。4、結果：濾紙條從上到下依次是：胡蘿蔔素（最窄）、葉黃素、葉綠素a（最寬）、葉綠素b（第2寬），色素帶的寬窄與色素含量相關。

【答案】

D【解析】紙層析法分離葉綠體色素時，濾紙條從上至下第二條的色素帶是葉黃素，呈黃色。故選：D。

例：2.韭菜完全在黑暗中生長，因無陽光供給，不能合成葉綠素進行光合作用，就會變成黃色，稱之為「韭黃」。提取並分離韭黃葉片色素，與正常韭菜葉相比，層析帶只有上端兩條色素帶。下列對實驗操作和結果分析，不正確是（　　）A. 用無水乙醇溶解提取色素B. 提取色素加入SiO2增強研磨效果C. 分離色素用紙層析法D. 韭黃色素溶解度比葉綠素低

考點：葉綠體色素的提取和分離實驗

分析：1、綠葉中色素的提取和分離實驗，提取色素時需要加入無水乙醇（溶解色素）、石英砂（使研磨更充分）和碳酸鈣（防止色素被破壞）；分離色素時採用紙層析法，原理是色素在層析液中的溶解度不同，隨著層析液擴散的速度不同，最後的結果是觀察到四條色素帶，從上到下依次是胡蘿蔔素（橙黃色）、葉黃素（黃色）、葉綠素a（藍綠色）、葉綠素b（黃綠色）。2、韭黃色素中無葉綠素，原因可能是在避光條件下，葉綠素不能合成，因此只含有胡蘿蔔素和葉黃素。

解答：A、葉綠體中的色素易溶於有機溶劑中，可以用無水乙醇溶解提取色素，A正確；B、提取色素加入SiO2使研磨充分，B正確；C、分離色素用的是紙層析法，C正確；D、韭黃色素只有胡蘿蔔素和葉黃素，兩種色素在層析液中的溶解度都高於葉綠素，D錯誤。故選：D。

例：3.下圖表示大豆葉肉細胞光合作用和呼吸作用的過程示意圖，其中A～D為不同的反應過程，①～④代表不同物質。下列相關敘述正確的是（　　）

A. 過程A和過程D的生物化學反應均發生在生物膜上

B. 強光時，NADPH的合成速率明顯大於物質②的生成速率

C. 過程D產生的CO2用於過程B至少要穿過4層生物膜

D. 過程D產生的ATP能在過程B中大量用於（CH2O）的合成

考點：葉綠體結構及色素的分布和作用

分析：據圖分析：圖示表示光合作用與有氧呼吸的過程，A表示光反應階段，B表示暗反應階段，C表示有氧呼吸第一階段，D表示有氧呼吸第二三階段；①是氧氣，②是NADP+，③是ADP和Pi，④是C5．據此分析作答。

解答：A、圖中A表示光反應階段，發生在葉綠體的類囊體薄膜上，D是有氧呼吸的第二三階段，其中第二階段發生在線粒體基質，第三階段發生在線粒體內膜，A錯誤；B、強光時，NADPH的合成速率等於物質②NADP+的生成速率，B錯誤；C、D階段產生的二氧化碳用於過程B至少要穿過線粒體兩層膜和葉綠體兩層膜才能被利用，共4層生物膜，C正確；D、有氧呼吸產生的ATP只能用於生命活動消耗，不能用於（CH2O）的合成，D錯誤。故選：C。