骷髅头戒指含义:(八) 植物新陈代谢二 光合作用和呼吸作用

[知识结构]
一、绿色植物的光合作用——生物能量获得
(—)光合作用的发现史
思考题：
1、1864年，德国著名植物生理学家朱利叶斯·萨克斯实验结论是什么?
2、1880年，德国科学家恩吉尔曼实验选材的巧妙之处是什么?结论是什么?
3、1938年，美国的科学家鲁宾(S. Rubin)和卡门(Carmen)实验：
(二)叶绿体色素
(1)存在部位：叶绿体囊状结构的薄膜上
(2)提取和分离
程序提取叶绿体色素分离叶绿体色素
原理叶绿体色素为有机物，可以溶于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂各种色素在层析液中的溶解度不同，随着层析液沿滤纸扩散速度不同
方法
步骤①材料准备；
②研磨提取；
③收集滤液；④滤液划线；
⑤层析分离；
⑥观察结果：
注意
事项叶片要剪碎，研磨要充分，速度要快。滤液画线要细、直、浓，层析液不能没过滤液画线，操作完后要洗手
思考题：4、提取色素的过程中加入SiO2、CaCO3和丙酮的作用是什么？
(3)种类及其吸收光谱
种类颜色含量%吸收光谱功能
叶绿素叶绿素a
叶绿素b蓝绿色
黄绿色50.0
25.0主要吸收红橙光和蓝紫光吸收和转换光能
类胡萝
卜素叶黄素
胡萝卜素黄色
橙黄色17.0
8.0主要吸收蓝紫光吸收、传递光能
作业：设计实验，验证叶绿体色素吸收的光种类(参照课本实验方案)
补充资料：影响叶绿素合成的环境因素
许多环境条件影响叶绿素的合成，所以也影响叶色的深浅。光照是影响叶绿素合成的主要条件。光线过弱，植株会出现黄化现象，如豆芽，韭黄。温度主要通过影响酶的活性而影响叶绿素合成。一般来说，叶绿素形成的最低、最适和最高温度分别是2－4℃、30℃左右和40℃。植株缺乏氮、镁、铁、锰、铜或锌等元素不能合成叶绿素。其中，氮和镁是组成叶绿素的元素，而镁、铁、锰、铜或锌等可能是叶绿素合成过程中某些酶的活化剂。
(三)光合作用的过程

项目 光反应暗反应
区
别反应部位
与光关系
反应步骤
主要产物反应实质
叶绿体囊状结构薄膜上
由光引起，在光下进行
①叶绿素吸收和转化光能
②水光解和放氧
③光合磷酸化
④NADPH的产生
O2、ATP、NADPH
光能→电能→化学能叶绿体基质中
有光无光都可
①CO2的固定
②三碳酸被还原
③合成葡萄糖等
④C5的再生
葡萄糖等有机物
同化CO2形成贮能有机物
两者联系光反应为暗反应提供ATP和有还原能力的NADPH；暗反应继续完成储存能量于光合产物的过程。
(四)C3植物和C4植物的区别；
特征C3植物C4植物(玉米、甘蔗、高梁、苋菜等)
叶结构维管束鞘细胞不含叶绿体，其周围叶肉细胞排列疏松维管束鞘含有叶绿体，其周围叶肉细胞排列紧密，和维管束鞘细胞共同构成花环结构。
CO2
固定部位
受体
酶
固定产物
固定效率叶肉细胞
五碳化合物
与CO2亲和力低
三碳化合物(3磷酸甘油酸)
低叶肉细胞、维管束鞘细胞
三碳化合物PEP和C5化合物
与CO2亲和力高
四碳化合物(草酰乙酸)
高
CO2同化为有机物在叶肉细胞内通过C3途径实现在维管束鞘细胞内通过C3途径实现
植物类型典型温带植物典型热带或亚热带植物
(五)光合作用的意义：生物界最基本的物质代谢和能量代谢
(1)同化碳素形成有机物，促进生物圈的碳循环
(2)转化光能为生命活动提供动力
(3)净化空气
(4)生物进化的意义：光合作用使有氧呼吸型的生物得以发生和发展，对O3层的形成有重要作用
思考：影响光合作用的因素(光、空气、温度、矿质离子、水)
(六)提高农作物对光能的利用率(措施)
途径延长光合作用时间增加光合面积提高光合作用效率
具体措施一年多收(1)合理密植
(2)间作套种 (1)控制光照强弱和成分
(2)增加CO2浓度
(3)合理施肥
思考题：5、当空气中CO2含量提高到一定程度，光合作用强度不再随着CO2含量的增加而提高，原因是什么?
补充资料：
1　 间作套种
提高土地的利用率就是采用间作、套种等方法，一年内巧妙地搭配多种作物，从时间上和空间上更好地利用光能，缩短田地空闲时间，减少漏光率以增加收获面积，延长单位土地面积上的作物的光合时间。
间作套种：“间作”是在一种作物的行间，种植另一种作物的栽培方法。
套种则是在一种作物收割之前，就已播种了后一种作物的栽培方法。
间作选择的作物在株型上一高一矮、一胖一瘦，叶片成层、参差错落地分布，在基本上不降低主作物的密度和适当地增种副作物的情况下，使光能得到合理的分配。如玉米和大豆的间作，从空间上充分而有效地利用了光能。再比如芝麻与绿豆的间作效果非常好，正如农谚上说：“芝麻混绿豆，上下三层楼，芝麻头上漂，蔓缠半中腰，绿豆满地爬，透风透光产量高。
套种更能从时间上充分地利用日光能。如棉麦套种时，棉花的播种期比麦提早一个月左右，因而既保证了棉花的生长期，又充分地利用了时间，变一年一熟或两年三熟为一年两熟，大大提高了日光能和土壤的利用率。
2　 二氧化碳施肥
二氧化碳作为植物光合作用的原料，对光合作用强度影响很大。大棚或温室栽培，为了保温常使大棚或温室处于封闭状态，造成棚内空气和棚外空气相对阻隔，植物由于光合作用而消耗的二氧化碳得不到及时补充，会严重影响作物的生长发育，从而影响到作物的产量和品质。在此情况下，除了适当通风外，人工适量补充二氧化碳即进行二氧化碳施肥是必要的，因为二氧化碳施肥增强了作物的光合作用，因此可显著提高作物的产量，改善作物品质，并可提早上市，提高经济效益。
大棚、温室内人工补充二氧化碳的方法很多，目前主要有以下几种：
(1)燃烧法：通过在棚室内燃烧煤、油等可燃物，利用燃烧时产生的二氧化碳作为补充来源。但要利用清洁颜料，避免燃烧时产生的其他有害物对作物的影响。
(2)种植法：在大棚内利用棚头、边缘隙地、架床下种植平菇、香菇等食用菌，不仅可提高大棚利用率，而且菌丝在生长过程中，分解菇料，释放出二氧化碳。
(3)微生物法：增施有机肥、厩肥和稻麦秸杆，在微生物的作用下缓慢释放二氧化碳作为补充。
(4)液体二氧化碳释放法：用钢瓶装入液体二氧化碳，选用1厘米粗的塑料管通入温室棚内，因为二氧化碳的比重大于空气，必须把塑料管架离地面，每隔两米左右，在塑料管上扎一个小孔，把塑料管另一端接在钢瓶出口。
(5)施用二氧化碳颗粒气肥法：只需在大棚中穴播颗粒气肥，深度3cm左右，每次每亩10公斤，一次有效期长达一个月，是一种较有推广和使用价值的二氧化碳施肥新技术。
(6)化学法：是最常用的二氧化碳施肥法。就是用硫酸和碳酸氢铵进行化学反应，生成硫酸铵和二氧化碳，二氧化碳供作物光合作用利用，生成的副产品硫酸铵是作物的很好肥料。
二、呼吸作用——生物能量转换
1. 呼吸作用的概念内涵
(1)活细胞内有机物的分解反应
(2)伴有能量的释放、转移
(3)分为有氧呼吸和无氧呼吸
2. 有氧呼吸
(1)过程

(2)特征(概念要素)
① 有游离氧参加
②有机物被彻底氧化分解
③释放能量生成大量的ATP
④主要在线粒体中进行
⑤总反应式如下：

3. 无氧呼吸
(1) 乳酸发酵和酒精发酵的过程

(2)特征(概念要素)
①全过程无游离氧参加
②复杂有机物降解为简单有机物
③释放能量生成少量的ATP
④始终在细胞质基质内进行
⑤乳酸发酵和酒精发酵反应式如下：
乳酸发酵：
酒精发酵：
思考题：6、无氧呼吸产生乳酸的生物有哪些?产生酒精的生物有哪些?
(3)无氧呼吸与有氧呼吸的比较
类型有氧呼吸无氧呼吸
区别与氧关系
最终产物
释放能量
呼吸部位有O2参加
CO2和H2O
多
主要在线粒体内无O2参加
主要是简单有机物
少
始终在细胞质基质内
联系糖酵解过程相同，丙酮酸继续反应的途径不同
4. 呼吸作用的意义
(1)细胞呼吸能为生物体的生命活动提供能量
(2)中间产物作为其它有机物合成的原料
思考题：7、呼吸作用在生活中的应用有哪些?
5.　 光合作用和呼吸作用的比较
光合作用呼吸作用
区别细胞类型
与光关系
场所
物质转变
能量转换植物细胞
只在光照下发生
叶绿体
合成有机物
储能过程植物细胞和动物细胞
有光无光都发生
线粒体和细胞质基质
分解有机物
主要为放能过程
联系光合放氧为呼吸使用；呼吸释放CO2被光合同化；
呼吸作用分解的有机物正是光合作用所制造的
思考题答案：
1、成功地证明植物叶片在光合作用中形成淀粉。光合作用需要光。
2、水绵细胞中有带状的叶绿体，好氧菌进行有氧呼吸需要氧气
结论：植物光合作用需要光，放氧结构是叶绿体
3、方法：采用同位素示踪法研究氧气的来源
结论：证明了光合作用中释放的氧气完全来自水，同时还说明水的光氧化和二氧化碳的还原是分别进行的。
4、SiO2的作用：便于研磨充分
CaCO3的作用：保护叶绿体色素尤其是叶绿素免受破坏；因为叶绿素在低温、酸性等环境下容易遭到破坏，细胞质基质呈弱酸性，在研磨过程中破坏细胞的膜结构，使叶绿素处于弱酸性环境，此时容易遭到破坏，而CaCO3先和酸结合保护叶绿素。
丙酮的作用：溶解叶绿体色素
5、限制性的因素较多，如光反应的产物ATP、NADPH不足，酶的活性的影响等，此时的二氧化碳浓度称之为CO2饱和点
6、无氧呼吸产生乳酸的生物有：乳酸菌、动物、玉米胚、马铃薯块茎和甜菜块茎。
无氧呼吸产生酒精的生物有酵母菌、植物等。
7、如酸奶、泡菜、酸菜、温室植物保持昼夜温差、种子萌发过程条件的控制等。
[典型题解析]
1、下列关于叶绿素合成与功能的叙述，错误的是
A 光是叶绿素合成的必要条件
B 低温抑制叶绿素的合成
C 矿质元素影响叶绿素的合成
D 提取的叶绿素溶液，给予适宜的温度、光照和CO2，可进行光合作用
[解析]叶绿素合成过程需要光照，其原料之一为Mg2+，是一个酶促反应过程，所以温度、pH等影响酶的因素都会影响叶绿素的合成。光合作用的进行除了需要光照、叶绿体色素、合适的温度、CO2、H2O等条件之外，还需要酶催化，如果用叶绿体再给予适宜的条件就可以进行光合作用。答案：D
2、将培养有水绵的培养皿置于黑暗中一段时间，并阻止氧气进入，此时只有严格厌氧菌生长。当水绵被通过分光镜获得的单色光光束照射时，藻丝上细菌聚集最多的部位是
A 1,3　　　 B　 2,3　　 C　 3,4　　 D　 1,4
[解析]叶绿体色素主要吸收红橙光和蓝紫光，在此光波下水绵进行光合作用产生氧气多，厌氧细菌集中在含氧少的区段。答案：B
3、在光照的条件下，供给玉米离体叶片少量的14CO2，随着光合作用时间的延续，在光合作用固定CO2形成的C3化合物和C4化合物中，14C含量变化示意图正确的是：


[解析]因为光合作用的暗反应过程先在部分叶肉细胞中进行C4途径，然后C4化合物进入维管束鞘细胞后进行C3途径，所以14C先出现在C4化合物中，然后再消耗，C3中逐渐增多而C4中逐渐减少。答案：B
4、夏季中午强烈的阳光会导致植物气孔关闭。此时. 下列植物中光合作用强度最高的是：
A、高粱　 B、水稻　 C、大豆　 D、小麦
[解析]本题考查哪些植物为C4植物，因为C4植物利用低浓度的二氧化碳的效率高，进行光合作用的强度强。高粱是C4植物，而水稻、大豆、小麦是C3植物。答案：A
5、下面是有关光合作用的问题
下图3表示某绿色植物光合作用中光强度和氧气释放速度的关系。图4表示该植物在不同温度(15℃和25℃)下某一光强度时氧气释放量和时间的关系。请据图回答：

(1)当图4纵坐标表示光合作用所产生氧气的净释放量时，则它是光强度为______千勒克司下的测定值。
(2)当图4纵坐标表示光合作用所产生氧气的释放量总量时，则它是光强度为______千勒克司下的测定值。
(3)在4千勒克司光强度下，25℃时该植物每小时光合作用所产生的葡萄糖量是15℃时的_______倍，这主要是因为______________
[解析]
(1)由图3可以知道不同光照情况下氧气的释放速率。如果图4纵坐标表示光合作用所产生氧气的净释放量(即光合作用产生的氧气量减去呼吸作用消耗的氧气量)，其60分钟时对应的氧气量即为氧气释放速率，如15℃时对应的氧气量为40毫升，对照图3，可以读出光强度为4千勒克司时氧气的释放速率为40毫升／小时。
(2)如果图4纵坐标表示光合作用所产生氧气的释放量总量，要和图3对应起来，还应该减去呼吸作用消耗的氧气量。如15℃时，氧气释放总量为每小时40毫升，其呼吸作用每小时消耗的氧气量为10毫升，则氧气净释放量为30毫升，其对应的光强度为2.5千勒克司。
(3)根据图3可知，在4千勒克司光强度下，25℃时该植物每小时产生的氧气总量为70毫升，15℃时每小时产生的氧气量为50毫升，前者为后者的1.4倍，产生的氧气量比值也是葡萄糖量的比值
答案：
(1)4　 (2)2.5　 (3)1.4　 温度影响光合作用中酶的活性(暗反应的酶活性)