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光合作用反应式(生物光合作用公式)

  光合作用反应式(生物光合作用公式)猩生物
  二、光合作用与能量转化
  光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。
  1.捕获光能的色素—绿叶中色素的提取和分离
  (1)实验原理
  提取:色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇(提取液)中;
  分离:不同的色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散的快,反之则慢。
  (2)实验步骤
  ①提取绿叶中的色素
  取材:新鲜的菠菜叶,剪碎;
  研磨:加无水乙醇的目的是溶解色素,加碳酸钙的目的是防止研磨中色素被破坏,加二氧化硅的目的是有助于研磨更充分。
  过滤:选择单层尼龙布,原因是滤纸会吸附色素。
  收集: 将滤液收集到试管中,并用棉塞将试管口塞严,目的是防止滤液挥发。
  ②制备滤纸条
  滤纸条一段剪去两个角,目的是使得到的色素带平齐。
  ③画滤液细线
  画线要做到细、直、齐,待滤液干后再画2~3次,目的是尽可能的获得更多的色素。
  ④色素分离
  将滤纸条(有滤液细线的一端朝下)插入层析液中,注意不能让层析液触及层析液 。
  (3)实验结果
  色素的吸收光谱
  叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
  叶片呈现绿色是因为叶绿素对绿光的吸收最少,绿光被反射出来。
  2. 叶绿体的结构
  1)结构 色素和与光反应有关的酶(③基粒:由类囊体堆叠而成,分布有)
  注意:影响色素合成的因素:
  光照:叶绿素只有在光照条件下才能合成;
  温度:温度通过影响酶的活性来影响叶绿素的合成;
  必需元素:N、Mg等元素是构成叶绿素的元素,缺乏这些元素将无法合成叶绿素。
  (2)叶绿体增大膜面积的方式:由类囊体堆叠形成基粒,增大酶的附着面积。
  (2)叶绿体的功能
  恩格尔曼水绵实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。
  4、光合作用原理的探究历程
  (1)科学界普遍认为CO2中的C与O分开,释放氧气,C与H2O结合形成甲醛,再缩合成糖。后发现甲醛对植物有害,且甲醛不能通过光合作用转化为糖。
  (2)希尔反应:离体的叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应。
  (3)鲁宾和卡门:采用同位素示踪法,证明光合作用释放的氧气来自于水。
  (4)阿尔农发现叶绿体在光下合成ATP,且该过程总是与水的光解伴随。
  (5)卡尔文:用14CO2探明了CO2中的C在光合作用中转化为有机物中的C的途径,即卡尔文循环。
  5、光合作用的过程
  (1)光合作用的总反应式:CO2+H2O光能(CH2O)+O2。
  (2)光反应与暗反应的过程
  注意:水的光解不需要酶的催化;
  光反应在有光的条件下才能进行,暗反应不需要光的参与,但暗反应在无光条件下不能进行,原因是缺少光反应提供的[H]和ATP。
  光反应的时间略长于暗反应的时间,所以,光照与黑暗交替进行,有利于提高光能的利用率。
  光反应中的[H]还原型辅酶Ⅱ,NADPH,呼吸作用中的[H]是还原型辅酶Ⅰ,NADH。
  (3)环境因素骤变分析
  光照强度不变,增大CO2的浓度,将会导致C3增多,C5减少,[H]和ATP减少,合成的有机物增多;
  光照强度增大,CO2的浓度不变,将会[H]和ATP增多,导致C3减少,C5增多,合成的有机物增多;
  (4)化能合成作用:少数细菌通过无机物氧化释放的能量制造有机物。如硝化细菌将土壤中的氨氧化成硝酸,利用这一系列化学反应释放的能量将二氧化碳和水转换成糖类。属于自养生物。
  6、光合作用的影响因素
  (1)内部因素:色素、酶的含量,叶绿体的含量等因素;
  (2)外界因素
  (1)光照强度(如图1)
  ①原理:主要影响光反应阶段ATP和[H]的产生。
  ②分析P点后的限制因素
  内因:色素的含量、酶的数量和活性(外因:温度、CO2浓度)
  ③应用:温室生产中,适当增强光照强度,以提高光合速率,使作物增产;
  阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低,间作套种农作物,可合理利用光能。
  (2)CO2的浓度(如图2)
  ①原理:影响暗反应阶段C3的生成。
  ②分析P点后的限制因素
  内因:酶的数量和活性(外因:温度、光照强度)
  ③应用:在农业生产上可以通过"正其行,通其风",增施农家肥等增大CO2浓度,提高光合速率。
  (3)温度:通过影响酶的活性而影响光合作用(如图3)。
  应用:温室栽培植物时,白天调到光合作用最适温度,以提高光合速率;晚上适当降低温室内温度,以降低细胞呼吸速率,保证植物有机物的积累。
  (4)水分和矿物质元素
  ①原理:水既是光合作用的原料,又是体内各种化学反应的介质,如植物缺水导致萎蔫,使光合速率下降。另外,水分还能影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体内。
  矿质元素通过影响与光合作用有关的化合物的合成,对光合作用产生直接或间接的影响。如镁可以影响叶绿素的合成从而影响光反应。
  ②曲线
  ③应用:农业生产中,可根据作物的生长规律,合理灌溉和施肥。
  (5) 多因素对光合作用的影响
  五、光合与呼吸的综合分析
  1、光合作用与呼吸作用的过程比较
  物质名称:b:O2,c:ATP,d:ADP,e:NADPH([H]),f:C5,g:CO2,h:C3。
  生理过程及场所
  2、光合作用与呼吸作用物质和能量转移分析
  (1)光合作用和有氧呼吸中各种元素的去向
  C:CO2暗反应(――→)有机物呼吸Ⅰ(――→)丙酮酸呼吸Ⅱ(――→)CO2
  H:H2O光反应(――→)[H]暗反应(――→)(CH2O)有氧呼吸Ⅰ、Ⅱ(―――――→)[H]有氧呼吸Ⅲ(――――→)H2O
  O:H2O光反应(――→)O2有氧呼吸Ⅲ(――――→)H2O有氧呼吸Ⅱ(――――→)CO2暗反应(――→)有机物
  (2)光合作用与有氧呼吸中[H]和ATP的来源、去路
  (3)光合作用与有氧呼吸中的能量转化
  3、光合作用与呼吸作用
  (1)内在关系
  ①细胞呼吸速率:植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。
  ②净光合速率:植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。
  ③真正光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率。
  曲线
  (2)判定方法
  根据关键词判定
  4、光合作用与细胞呼吸曲线中的"关键点"移动
  (1)细胞呼吸对应点(A点)的移动:细胞呼吸增强,A点下移;细胞呼吸减弱,A点上移。
  (2)补偿点(B点)的移动
  ①细胞呼吸速率增加,其他条件不变时,CO2(或光)补偿点应右移,反之左移。
  ②细胞呼吸速率基本不变,相关条件的改变使光合速率下降时,CO2(或光)补偿点应右移,反之左移。
  (3)饱和点(C点)和D点的移动:相关条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时, C点右移,D点上移的同时右移;反之,移动方向相反。
  5、植物光合作用和细胞呼吸的日变化曲线分析
  (1)自然环境中一昼夜植物CO2吸收或释放速率的变化曲线
  a点:凌晨,温度降低,细胞呼吸减弱,CO2释放减少。
  b点:有微弱光照,植物开始进行光合作用。
  d点:温度过高,部分气孔关闭,出现"午休"现象。
  bf段:制造有机物的时间段。
  ce段:积累有机物的时间段。
  一昼夜有机物的积累量=S1-(S2+S3)。
  (2)密闭容器中一昼夜CO2浓度的变化曲线
  (注意:分析光合作用或细胞呼吸速率的变化时,应分析曲线变化趋势的快慢,也就是斜率。)
  AB段:无光照,植物只进行细胞呼吸。
  BC段:温度降低,细胞呼吸减弱(曲线斜率下降)。
  CD段:4时后,微弱光照,开始进行光合作用,但光合作用强度小于细胞呼吸强度。
  D点:随光照增强,光合作用强度等于细胞呼吸强度。
  DH段:光合作用强度大于细胞呼吸强度。其中FG段表示"光合午休"现象。
  H点:随光照减弱,光合作用强度下降,光合作用强度等于细胞呼吸强度。
  HI段:光照继续减弱,光合作用强度小于细胞呼吸强度,直至光合作用完全停止。
  I点低于A点:一昼夜,密闭容器中CO2浓度减小,即光合作用大于细胞呼吸,植物能正常生长(若I点高于A点,植物不能正常生长)。
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