高中生物光合作用呼吸作用.docx
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高中生物光合作用呼吸作用
光合作用和呼吸作用
专有名词辨析
1、实际光合作用速率(强度):
真正的光合作用强度。
2、净光合作用速率(强度):
表现光合作用速率,可直接测得。
衡量量:
O2释放量、CO2吸收量、有机物积累量。
3、呼吸作用速率:
衡量量:
O2消耗量、CO2产生量、有机物消耗量。
光合作用
“绿叶中色素的提取和分离”实验
活动目标
1.进行绿叶中色素的提取和分离的实验。
2.探究绿叶中含有几种色素。
实验原理
光合色素易溶于无水乙醇等有机溶剂中,可以用无水乙醇提取绿叶中的光合色素。
光合色素可溶于层析液中,不同的光合色素在层析液中的溶解度不同。
溶解度高的光合色素随层析液在滤纸上扩散得快;溶解度低的光合色素在滤纸上扩散得慢。
这样,最终不同的光合色素会在扩散过程中分离开来。
操作指南
1.材料——新鲜的绿色叶片(如菠菜叶,南方学校也可尝试用朱槿叶)
2.用具——定性滤纸,棉塞,试管,试管架,研钵,玻璃漏斗,尼龙布,毛细吸管,剪刀,药勺,天平,10mL量筒。
3.试剂及其他药品
无水乙醇(溶解,提取色素)
层析液(光合色素可溶于层析液中,且溶解度不同)
二氧化硅(有助于研磨充分)碳酸钙(防止色素被破坏)
操作要点
(1)提取光合色素
用天平称取5g绿色叶片,剪碎,放入研钵中。
向研钵中放入少量二氧化硅和碳酸钙,加入10mL无水乙醇,迅速、充分地研磨。
在玻璃漏斗基部放一块单层尼龙布,将漏斗插入试管。
将研磨液倒入漏斗,及时用棉塞塞严盛有滤液的试管。
(2)制备滤纸条
将干燥的定性滤纸剪成长与宽略小于试管长与宽的滤纸条,将滤纸条一端剪去两角,在此端距顶端1cm处用铅笔画一条细横线。
(3)画滤液细线
用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔线均匀画细线。
待滤液线干后,重复画线一两次。
(4)分离光合色素
将适量的层析液倒入试管,将滤纸条画线一端朝下,轻轻插入层析液中,迅速塞紧试管口。
(注意:
不要让层析液触及滤液线。
)
(5)观察、记录
待层析液上缘扩散至接近滤纸条顶端时,将滤纸条取出,风干。
观察滤纸条上所出现的色素带及其颜色,并做好记录。
需要注意的几个问题
(1)应选择绿色较深、光合色素含量较高的植物叶片,如菠菜叶、朱槿叶等,作为实验材料,以便使滤液中色素浓度较高。
(2)画滤液细线时,要迅速,并要等滤液接近干时,再重复画线,以防滤液扩散开使滤液线过宽,影响分离效果。
(3)将滤纸条插入层析液中时,要避免滤液细线直接触及层析液。
试管中的层析液高度不要接近或超过滤液细线所处的高度,可灵活把握层析液的用量。
“绿叶中色素的提取和分离”实验中滤纸条上色素分布
叶绿体中的色素分布——叶绿体的类囊体的薄膜上
光合作用的场所——叶绿体:
叶绿体:
叶绿体是绿色植物细胞内进行光合作用的结构,是一种质体。
分布:
主要存在于绿色植物能够进行光合作用的细胞中(叶肉细胞)。
形态:
叶绿体呈绿色,扁平的椭球形或球形。
结构a双层膜=4层磷脂分子层=2层磷脂双分子层
(外膜的渗透性大,许多细胞质中的营养分子可自由进入膜间隙。
内膜的选择透过性很强。
含蛋白质(载体蛋白与酶),不含糖。
)
通过类囊体的堆叠来增加膜面积
b基粒(许多类囊体象圆盘一样叠在一起,称为基粒)
类囊体中含两类色素:
叶绿素(叶绿素a、叶绿素b)
和类胡萝卜素(胡萝卜素、叶黄素),通常叶绿素和类胡萝卜素的
比例约为3:
1
c基质含有与暗方应有关的酶和少量DNA和RNA.
(可半自主复制)
功能:
光合作用的场所(“养料制造车间”和“能量转换站”)
光合作用过程
总反应式:
物质转移(以生成葡萄糖为例):
光反应阶段——叶绿体的类囊体的薄膜上
条件:
光、色素、酶、水、ADP、Pi、NAPD+
时间:
短促
反应式:
水的光解:
ATP的合成:
能量变化:
光能电能ATP中活跃的化学能
暗反应阶段——叶绿体基质
条件:
多种酶ATP[H]CO2
时间:
较缓慢
反应式:
CO2固定;CO2+C5
2C3
C3还原:
2C3+[H]
(CH2O)+C5
能量变化:
ATP中活跃的化学能有机物中稳定的化学能
影响光合速率的因素
影响因素包括植物自身内部的因素,如处在不同生育期等,以及多种外部因素。
光照强弱、光质(强弱,长短,成分)、CO2浓度、温度高低、土壤水分
光照和CO2浓度变化对植物细胞内C3、C5、[H]、ATP和O2及(CH2O)含量的影响
[H]
ATP
O2产生量
C3
C5
(CH2O)
光照强→弱
CO2供应不变
减少
减少
减少
上升
下降
减少
光照弱→强
CO2供应不变
增多
增多
增多
下降
上升
增加
光照不变
CO2供应减少
相对增加
相对增加
减少
下降
上升
相对减少
光照不变
CO2供应增加
相对减少
相对减少
增加
上升
下降
相对增加
分析影响光合速率的因素
(1)单因子对光合作用速率影响的分析
①光照强度(如图所示)
曲线分析:
A点光照强度为0,此时只进行细胞呼吸,释放CO2量表明此时的呼吸强度。
AB段表明光照强度加强,光合作用逐渐加强,CO2的释放量逐渐减少,有一部分用于光合作用;而到B点时,细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用,即光合作用强度=细胞呼吸强度,称B点为光补偿点(植物白天的光照强度在光补偿点以上,植物才能正常生长)。
BC段表明随着光照强度不断加强,光合作用强度不断加强,到C点以上不再加强了,称C点为光饱和点。
应用:
阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低,如上图虚线所示。
间作套种时农作物的种类搭配,林带树种的配置,冬季温室栽培避免高温等都与光补偿点有关。
②光照面积(如图所示)
曲线分析:
OA段表明随叶面积的不断增大,光合作用实际量不断增大,A点为光合作用叶面积的饱和点。
随叶面积的增大,光合作用不再增加,原因是有很多叶被遮挡,光照强度在光补偿点以下。
OB段表明干物质量随光合作用增加而增加,而由于A点以后光合作用不再增加,但叶片随叶面积的不断增加呼吸量(OC段)不断增加,所以干物质积累量不断降低(BE段)。
应用:
适当间苗、修剪,合理施肥、浇水,避免徒长。
封行过早,使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下,白白消耗有机物,造成不必要的浪费。
③CO2浓度、含水量和矿质元素(如图所示)
曲线分析:
CO2和水是光合作用的原料,矿质元素直接或间接影响光合作用。
在一定范围内,CO2、水和矿质元素越多,光合作用速率越快,但到A点时,即CO2、水、矿质元素达到饱和时,就不再增加了。
应用:
“正其行,通其风”,温室内充CO2,即提高CO2浓度,增加产量的方法。
合理施肥可促进叶片面积增大,提高酶的合成速率,增加光合作用速率
④温度(如图所示)
曲线分析:
光合作用是在酶催化下进行的,温度直接影响酶的活性。
一般植物在10~下正常进行光合作用,其中AB段(10~35~E)随温度的升高而逐渐加强,B点(35~E)以上光合酶活性下降,光合作用开始下降,50%左右光合作用完全停止。
应用:
冬天,温室栽培可适当提高温度;夏天,温室栽培可适当降低温度。
白天调到光合作用最适温度,以提高光合作用:
晚上适当降低温室温度,以降低细胞呼吸,保证有机物的积累。
⑤叶龄(如图所示)
曲线分析:
OA段为幼叶,随幼叶的不断生长,叶面积不断增大,叶内叶绿体不断增
多,叶绿素含量不断增加,光合作用速率不断增加。
AB段为壮叶,叶片的面积、叶绿体的叶绿素都处于稳定状态,光合速率也基本稳定。
BE段为老叶,随着叶龄的增加,叶片内叶绿素被破坏,光合速率也随之下降。
应用:
农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶,都是根据其原理,降低其细胞呼吸消耗有机物。
(1)多因子对光合作用速率影响的分析(如图所示)
曲线分析:
P点时,限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子,随着因子的不断加强,光合速率不断提高。
当到Q点时,横坐标所表示的因素,不再是影响光合速率的因子,要想提高光合速率,可采取适当提高图示中的其他因子的方法。
呼吸作用
1、有氧呼吸
阶段
场所
物质变化
产能情况
第一阶段
细胞质基质
少量能量
第二阶段
线粒体基质
少量能量
第三阶段
线粒体内膜
大量能量
2、无氧呼吸
阶段
场所
物质变化
产能情况
第一阶段
细胞质基质
少量能量
第二阶段
不产能
高等动物剧烈运动骨骼肌无氧呼吸产生乳酸;
胡萝卜、玉米胚、土豆块茎、甜菜块茎无氧呼吸产乳酸
大多数植物细胞无氧呼吸生成酒精
有氧呼吸的主要场所——线粒体
线粒体:
真核细胞中由双层高度特化的单位膜围成的细胞器。
主要功能是通过氧化磷酸化作用合成ATP,为细胞各种生理活动提供能量。
分布:
动植物细胞中
形态:
无色,短棒状、圆球状、线状、哑铃状
结构a双层膜=4层磷脂分子层=2层磷脂双分子层
外膜光滑,内膜向内折叠成嵴(增加内膜表面积),分布有酶
含蛋白质(载体蛋白与酶),不含糖。
)
b基质含有多种参与有氧呼吸的酶和少量的DNA和RNA
功能有氧呼吸的主要场所(“动力车间”)。
供能:
约95%
细胞呼吸的能量变化
★当CO2释放总量最少时,生物呼吸作用最弱,最宜存放。
有氧呼吸与无氧呼吸的比较
有氧呼吸
无氧呼吸
不
同
点
场所
细胞质基质和线粒体
细胞质基质
条件
O2和酶
酶
产物
CO2和H2O
C2H5OH和CO2或乳酸
能量
大量能量
少量能量
相
同
点
实质
分解有机物,释放能量
联系
第一阶段的场所及转变过程相同
影响呼吸速率的因素
O2浓度、CO2浓度、温度高低、土壤水分
分析影响呼吸速率的因素
O2浓度对细胞呼吸的影响
光照强度、光质对光合作用强度的影响
CO2浓度对光合作用强度的影响
温度对光合速率的影响
剖析光合作用坐标图
在近几年高考生物卷中,图表题比例较大,题数多且分值又较高。
图1为CO2吸收量与光照强度关系的坐标图,属于光合作用中典型的坐标图,利用发散性思维,发现高考复习中与之有关的有10个常见问题,现归纳总结,希望能帮助大家提高复习效率。
1.纵坐标“CO2吸收量”代表光合总产量,还是光合净产量?
分析坐标图时,首先要明确纵坐标和横坐标的含义。
光合总产量和光合净产量常用的判定方法:
①如果CO2吸收量出现负值,则纵坐标为光合净产量;
②(光下)CO2吸收量、O2释放量和葡萄糖积累量都表示光合净产量;
③光合作用CO2吸收量、光合作用O2释放量和葡萄糖制造量都表示光合总产量。
2.a点、b点、c点的生物学含义是什么?
a点光照强度为0,只进行呼吸作用。
b点光合净产量为0,即光合作用强度等于呼吸作用强度。
c点为光合净产量达到最大值(m)所对应的最低的光照强度。
3.a点、b点产生ATP的细胞结构是什么?
a点只进行呼吸作用,产生ATP的细胞结构是细胞质基质和线粒体。
b点既进行光合作用,又进行呼吸作用,产生ATP的细胞结构是叶绿体基粒、细胞质基质和线粒体。
4.什么光照强度,植物能正常生长?
光合净产量>0,植物才能正常生长。
bd段(不包括b点)和de段光合作用强度大于呼吸作用强度,所以白天光照强度大于b点,植物能正常生长。
在一昼夜中,白天的光照强度需要满足白天的光合净产量>晚上的呼吸消耗量,植物才能正常生长。
5.bd段、de段光合作用的限制因素分别是什么?
bd段随着光照强度增大,光合净产量增加,则光合作用的限制因素是光照强度;de段,随着光照强度进一步增大,光合净产量不变,则光合作用的限制因素不是光照强度,而可能是CO2和温度等。
6.d点与b点相比,ATP、NADPH、C3、C5含量如何变化?
此类问题借用下面的反应流程,找到突破口就容易解决。
在其它环境条件不变的情况下,d点与b点相比,光照强度增大,光反应增强,形成的ATP和NADPH都增多(为突破口),所以C3被还原的增多,则剩余的C3减少;形成C3消耗的C5减少,则剩余的C5增多。
(注:
如果ATP和NADPH都增多,则ADP和NADP+都减少)
7.若原曲线代表阳生植物,则阴生植物对应的a点、b点、c点如何
移动?
阴生植物的呼吸作用强度一般比阳生植物低,所以对应的a点一般上移。
阴生植物叶绿素含量相对较多,且叶绿素a/叶绿素b的比值相对较小,叶绿素b的含量相对较多,在光照比较弱时,光合作用强度就达到最大,所以对应的c点左移。
阴生植物在光照比较弱时,光合作用强度就等于呼吸作用强度,所以对应的b点左移。
8.若实验时将光照由白光改为蓝光(光照强度不变),则b点如何移动?
把白光改为蓝光(光照强度不变),相当于把其它颜色的光都替换为蓝光,植物全部能被吸收,则光合作用效率提高,但呼吸作用基本没有变,所以光照强度相对较弱时光合作用强度就等于呼吸作用强度,即b点左移。
若把白光改为蓝光,过滤掉其它颜色的光(光照强度减弱),则光合作用效率减弱,对应b点右移。
9.若植物体缺Mg,则对应的b点如何移动?
植物体缺Mg,叶绿素合成减少,光合作用效率减弱,但呼吸作用没有变,需要增加光照强度,光合作用强度才等于呼吸作用强度,所以b点右移。
10.已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别是25℃和30℃,则温度由25℃上升到30℃时,对应的a点、b点如何移动?
根据光合作用和呼吸作用的最适温度可知,温度由25℃上升到30℃时,光合作用减弱,呼吸作用增强,所以对应的a点下移。
光照强度增强才能使光合作用强度等于呼吸作用强度,所以b点右移。
光合作用与呼吸作用过程中物质变化的关系
电子显微镜下的线粒体高倍显微下的叶绿体
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