（同位素標(biāo)記法的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用、 探究影響光合作用的環(huán)境因素）一、捕獲光能的色素和場所1光合色素(1)光合色素的種類：葉綠體中的光合色素有葉綠素和類胡蘿卜素兩類。葉綠素分為葉綠素a和葉綠素b兩種，均不溶于水，但易溶于酒精、丙酮、石油醚等有機(jī)溶劑中。葉綠素a呈藍(lán)綠色；葉綠素b呈黃綠色。類胡蘿卜素包括胡蘿卜素和葉黃素兩種，顏色分別是橙黃色和黃色。(2)功能：葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光；類胡蘿卜素則主要吸收藍(lán)紫光。(3)色素與吸收光譜 2葉綠體的結(jié)構(gòu) (1)葉綠體的結(jié)構(gòu)：如下圖，由外膜、內(nèi)膜、葉綠體基質(zhì)和基粒(由類囊體構(gòu)成)組成，與光合作用有關(guān)的酶分布于基粒的類囊體及基質(zhì)中。光合作用色素分布于類囊體薄膜上，因此光反應(yīng)的場所是類囊體薄膜。 (2)葉綠體擴(kuò)大反應(yīng)面積的方式是類囊體薄膜疊加形成基粒。 (3)功能：葉綠體是進(jìn)行光合作用的場所。 (4)分布：葉綠體主要分布在植物的葉肉細(xì)胞和幼嫩的皮層細(xì)胞。在高等植物中，尤其是在被子植物中，葉綠體在細(xì)胞質(zhì)中的位置隨光照強(qiáng)度而變化，在強(qiáng)光下，葉綠體以窄面受光，避免過強(qiáng)的光照對(duì)葉綠體的傷害，在弱光下，以寬面受光，以接受更多的光能?！纠?】下圖是葉肉細(xì)胞在不同光照強(qiáng)度下葉綠體與線粒體代謝簡圖。 下列相關(guān)敘述中，錯(cuò)誤的是()A若細(xì)胞處于黑暗環(huán)境中，那么該細(xì)胞單位時(shí)間放出的CO2量即為呼吸速率B細(xì)胞沒有與外界發(fā)生O2和CO2交換，可斷定此時(shí)光合作用速率等于呼吸作用速率C細(xì)胞處在較強(qiáng)光照條件下，細(xì)胞光合作用所利用的CO2量為N1與N2的和D對(duì)細(xì)胞的分析可以得出，此時(shí)光合作用強(qiáng)于細(xì)胞呼吸【例1】下圖是葉肉細(xì)胞在不同光照強(qiáng)度下葉綠體與線粒體代謝簡圖。 下列相關(guān)敘述中，錯(cuò)誤的是()D【解析】本題考查了光合作用和細(xì)胞呼吸的相關(guān)知識(shí)：由圖可知，細(xì)胞處于黑暗環(huán)境中，只有呼吸作用，該細(xì)胞單位時(shí)間放出的CO2量為呼吸速率，A正確；當(dāng)光合作用速率等于呼吸作用速率時(shí)，沒有與外界發(fā)生O2和CO2交換，B正確；細(xì)胞處在較強(qiáng)光照條件下，細(xì)胞光合作用所利用的CO2量為環(huán)境中吸收的CO2(N1)與呼吸作用釋放的CO2(N2)的和，C正確；對(duì)細(xì)胞，從環(huán)境中吸收O2并釋放CO2，故呼吸作用大于光合作用，故D錯(cuò)誤。 二、“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn) 1實(shí)驗(yàn)原理 (1)色素溶于有機(jī)溶劑而不溶于水，可用無水乙醇等有機(jī)溶劑提取綠葉中的色素。 (2)各種色素在層析液中溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得快，反之則慢，從而使各種色素相互分離。2方法步驟(1)提取色素稱取綠葉剪碎研磨：加入少許SiO2、CaCO3和10 mL無水乙醇過濾：漏斗基部放一塊單層尼龍布收集濾液(2)制備濾紙條長與寬略小于試管，在一端剪去兩角在距剪去兩角的一端1 cm處畫鉛筆線 (3)畫濾液細(xì)線 沿鉛筆線畫一條直且均勻的濾液細(xì)線 干燥后，再畫一兩次 (4)色素分離 將濾紙條插入有3 mL層析液的試管中，有濾液細(xì)線的一端朝下 (5)觀察結(jié)果：濾紙條上色素帶有四條，如圖： 3實(shí)驗(yàn)中幾種化學(xué)試劑的作用 (1)無水乙醇用于提取綠葉中的色素。 (2)層析液用于分離綠葉中的色素。 (3)二氧化硅可增加杵棒與研缽間的摩擦力，破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使研磨充分。 (4)碳酸鈣可防止研磨過程中色素被破壞。 4實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng) (1)選材：應(yīng)選取鮮嫩、顏色深綠的葉片，以保證含有較多的色素。 (2)提取色素：研磨要迅速、充分，且加入各物質(zhì)的量要成比例，以保證提取較多的色素和色素濃度適宜。 (3)畫濾液細(xì)線：用力要均勻，快慢要適中。濾液細(xì)線要細(xì)、直，且干燥后重復(fù)畫一兩次，使濾液細(xì)線既有較多的色素，又使各色素?cái)U(kuò)散的起點(diǎn)相同。 (4)色素分離：濾液細(xì)線不要觸及層析液，否則濾液細(xì)線中的色素分子將溶解到層析液中，濾紙條上得不到色素帶。 5色素提取液呈淡綠色的原因分析 (1)研磨不充分，色素未能充分提取出來。 (2)稱取綠葉過少或加入無水乙醇過多，色素溶液濃度小。 (3)未加碳酸鈣或加入過少，色素分子部分被破壞。 【例2】(1)甲同學(xué)利用新鮮的玉米綠色葉片進(jìn)行“葉綠體中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)，在濾紙上出現(xiàn)了四條清晰的色素帶，其中呈黃綠色的色素帶為_。 (2)該同學(xué)改變層析液組成后繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，濾紙條上只出現(xiàn)了黃、綠兩條色素帶。他用刀片裁出帶有色素帶的濾紙條，用乙醚分別溶解條帶上的色素，濃縮后用一分析儀器檢測，通過分析色素溶液的_來判斷條帶的色素種類。 (3)實(shí)驗(yàn)結(jié)束幾天后，乙、丙兩同學(xué)發(fā)現(xiàn)部分預(yù)留葉片已變黃。乙同學(xué)認(rèn)為這是由葉片中某些色素降解所造成的，丙同學(xué)則認(rèn)為是由某些色素含量增加所造成的。根據(jù)所學(xué)知識(shí)，你將如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來判斷兩位同學(xué)的觀點(diǎn)是否正確？_。 【解析】(1)葉綠體中四種色素及其顏色分別是：胡蘿卜素(橙黃色)、葉黃素(黃色)、葉綠素a(藍(lán)綠色)、葉綠素b(黃綠色)。 (2)不同色素的吸收光譜不同。據(jù)此可用光譜分析儀來判斷色素的種類。 (3)通過設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)來探究發(fā)黃的葉片中某些色素是否因降解而減少，某些色素是否含量增加。對(duì)照組選取正常未發(fā)黃的葉片，實(shí)驗(yàn)組選取已變黃的葉片，通過提取分離這兩種葉片中的色素，比較各種色素的含量，得出結(jié)論。 【答案】 (1)葉綠素b (2)吸收光譜 (3)從預(yù)留的葉片中挑選出足量的、分量相等、大小相近的已變黃的葉片和尚未變黃的葉片為實(shí)驗(yàn)材料，在相同條件下，再次進(jìn)行色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)，測定和記錄結(jié)果，比較這兩種葉片各種色素的組成及含量后，得出結(jié)論 1光合作用的探究歷程中幾個(gè)重要實(shí)驗(yàn)分析 (1)普利斯特利的實(shí)驗(yàn) 密閉玻璃罩綠色植物 缺少空白對(duì)照，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說服力不強(qiáng)，應(yīng)將點(diǎn)燃的蠟燭和小鼠分別單獨(dú)置于密閉玻璃罩內(nèi)，作為空白對(duì)照。 沒有認(rèn)識(shí)到光在植物更新空氣中的作用，而將空氣的更新歸因于植物的生長。 限于當(dāng)時(shí)科學(xué)發(fā)展水平的限制，沒有明確植物更新氣體的成分。 三、光合作用的探究歷程 (2)薩克斯的實(shí)驗(yàn) 黑暗中饑餓處理的綠葉 設(shè)置了自身對(duì)照，自變量為曝光和遮光，因變量是顏色變化(有無淀粉生成)。 實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是饑餓處理，以使葉片中的營養(yǎng)物質(zhì)消耗掉，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的說服力。為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更明顯，在用碘處理之前應(yīng)用熱酒精對(duì)葉片進(jìn)行脫綠處理。 本實(shí)驗(yàn)除證明了光合作用的產(chǎn)物有淀粉外，還證明光是光合作用的必要條件。 (3)魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn) 設(shè)置了對(duì)照實(shí)驗(yàn)，自變量是標(biāo)記物質(zhì)(HO和C18O2)，因變量是O2的放射性。 魯賓和卡門的同位素標(biāo)記法可以追蹤C(jī)O2和H2O中的C、H、O等元素在光合作用中的轉(zhuǎn)移途徑。【例3】(雙選)薩克斯將天竺葵的綠葉在暗處放置幾小時(shí)后，讓葉片一半曝光、另一半遮光。過一段時(shí)間后，用酒精脫色，再用碘蒸氣處理葉片，發(fā)現(xiàn)曝光的一半呈深藍(lán)色，遮光的一半則沒有顏色變化。下列敘述正確的是() A實(shí)驗(yàn)的自變量是有無光照，因變量是是否產(chǎn)生淀粉 B此實(shí)驗(yàn)為對(duì)比實(shí)驗(yàn) C實(shí)驗(yàn)證明光合作用的必要條件是需要光 D此實(shí)驗(yàn)中酒精的作用與觀察根尖分生組織細(xì)胞有絲分裂中酒精的作用相同AC 【解析】葉片一半曝光、一半遮光，自變量是光的有無，淀粉遇碘變藍(lán)， 葉片一半呈藍(lán)色 、一半無顏色變化，說明一半產(chǎn)生淀粉、一半無淀粉，因變量是有無淀粉產(chǎn)生。此實(shí)驗(yàn)為對(duì)照實(shí)驗(yàn)，不是對(duì)比實(shí)驗(yàn)。無光沒有淀粉產(chǎn)生，說明光是光合作用的必要條件。此實(shí)驗(yàn)中酒精的作用是溶解色素，有絲分裂中酒精的作用是解離時(shí)固定細(xì)胞。 四、光合作用的過程 1總反應(yīng)式： 2光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較：比較項(xiàng)目光反應(yīng)暗反應(yīng)實(shí)質(zhì)光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，并放出O2同化CO2形成有機(jī)物時(shí)間短促，以微秒計(jì)較緩慢條件需葉綠素、光、酶不需葉綠素和光，需要多種酶比較項(xiàng)目光反應(yīng)暗反應(yīng)場所在葉綠體類囊體結(jié)構(gòu)的薄膜上進(jìn)行在葉綠體內(nèi)的基質(zhì)中進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化能量轉(zhuǎn)換光能活躍化學(xué)能，并儲(chǔ)存在ATP和H中ATP中活躍的化學(xué)能(CH2O)中穩(wěn)定的化學(xué)能續(xù)表續(xù)表比較項(xiàng)目光反應(yīng)暗反應(yīng)圖解關(guān)系光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供還原劑H、能量ATP；暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP和Pi沒有光反應(yīng)，暗反應(yīng)無法進(jìn)行；沒有暗反應(yīng)，有機(jī)物無法合成 【例4】將單細(xì)胞綠藻置于25 、適宜光照和充足的CO2條件下培養(yǎng)，經(jīng)過一段時(shí)間后，突然停止光照，發(fā)現(xiàn)綠藻體內(nèi)三碳化合物的含量突然上升，這是由于() 光反應(yīng)仍在進(jìn)行，形成H和ATP光反應(yīng)停止，不能形成H和ATP暗反應(yīng)仍進(jìn)行，CO2和五碳化合物結(jié)合，繼續(xù)形成三碳化合物光反應(yīng)停止，由于沒有H和ATP供應(yīng)，三碳化合物不能形成葡萄糖，積累了許多的三碳化合物 A B C DB 【解析】本題主要考查光照強(qiáng)度對(duì)C3含量的影響。若突然停止光照，光反應(yīng)停止，ATP和H的合成停止，C3的消耗減少，積累增加。而與此同時(shí)，暗反應(yīng)仍然在進(jìn)行，C3的積累進(jìn)一步增加。凡是涉及光照和CO2濃度變化對(duì)植物細(xì)胞內(nèi)C3、C5、H、ATP及(CH2O)合成量的影響的題目，一定要既考慮來源，又考慮去路。 五、影響光合作用的因素及光合作用原理在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用 1光照強(qiáng)度(1)曲線分析(如右圖)A點(diǎn)光照強(qiáng)度為0，此時(shí)只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，釋放的CO2量可表示此時(shí)細(xì)胞呼吸的強(qiáng)度。 AB段：隨光照強(qiáng)度增強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度也逐漸增強(qiáng)，CO2釋放量逐漸減少，這是因?yàn)榧?xì)胞呼吸釋放的CO2有一部分用于光合作用，此時(shí)細(xì)胞呼吸強(qiáng)度大于光合作用強(qiáng)度。 B點(diǎn)：細(xì)胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用，即光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度(光照強(qiáng)度只有在B點(diǎn)以上時(shí)，植物才能正常生長)，B點(diǎn)所示光照強(qiáng)度稱為光補(bǔ)償點(diǎn)。 BC段：表明隨著光照強(qiáng)度不斷加強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度不斷加強(qiáng)，到C點(diǎn)以上不再加強(qiáng)了，C點(diǎn)所示光照強(qiáng)度稱為光飽和點(diǎn)。 (2)應(yīng)用：陰生植物的B點(diǎn)前移，C點(diǎn)較低，如圖中虛線所示，間作套種農(nóng)作物的種類搭配，林帶樹種的配置，可合理利用光能；適當(dāng)提高光照強(qiáng)度可增加大棚作物產(chǎn)量。 2CO2濃度 (1)曲線分析(如下圖)：圖1和圖2都表示在一定范圍內(nèi)，光合作用速率隨CO2濃度的增加而增大，但當(dāng)CO2濃度增加到一定范圍后，光合作用速率不再增加圖1中A點(diǎn)表示光合作用速率等于細(xì)胞呼吸速率時(shí)的CO2濃度，即CO2補(bǔ)償點(diǎn)；圖2中的A點(diǎn)表示進(jìn)行光合作用所需CO2的最低濃度。圖1和圖2中的B和B點(diǎn)都表示CO2飽和點(diǎn)。(2)應(yīng)用：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可以通過“正其行，通其風(fēng)”，增施農(nóng)家肥等增大CO2濃度，提高光能利用率 3溫度 (1)曲線分析(如下圖)：溫度主要是通過影響與光合作用有關(guān)酶的活性而影響光合作用速率。 (2)應(yīng)用：冬天，溫室栽培可適當(dāng)提高溫度，也可適當(dāng)降低溫度。白天調(diào)到光合作用最適溫度，以提高光合作用；晚上適當(dāng)降低溫室溫度，以降低細(xì)胞呼吸，保證植物有機(jī)物的積累。 4必需元素供應(yīng)對(duì)光合速率的影響 (1)曲線分析(如下圖)：在一定濃度范圍內(nèi)，增大必需元素的供應(yīng)，可提高光合作用速率，但當(dāng)超過一定濃度后，會(huì)因土壤溶液濃度過高而導(dǎo)致植物滲透失水而萎蔫。 (2)應(yīng)用：根據(jù)作物的需肥規(guī)律，適時(shí)、適量地增施肥料，可提高農(nóng)作物產(chǎn)量。 5水分的供應(yīng)對(duì)光合作用速率的影響 (1)影響：水是光合作用的原料，缺水既可直接影響光合作用，又會(huì)導(dǎo)致葉片氣孔關(guān)閉，限制CO2進(jìn)入葉片，從而間接影響光合作用。 (2)應(yīng)用：根據(jù)作物的需水規(guī)律合理灌溉。 【例5】如圖所示的14四種實(shí)驗(yàn)條件下，測定了不同光照強(qiáng)度對(duì)光合作用速率的影響。從以下實(shí)驗(yàn)可知，限制實(shí)驗(yàn)2、實(shí)驗(yàn)3和P點(diǎn)光合作用速率的因素分別是()A光照強(qiáng)度；CO2濃度；溫度B溫度；CO2濃度；光照強(qiáng)度 CCO2濃度；溫度；光照強(qiáng)度D溫度；光照強(qiáng)度；CO2濃度B 【解析】本題主要考查環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響。由圖可知，P點(diǎn)以前，光照增強(qiáng)，光合速率增加，因此P點(diǎn)時(shí)的限制因子是光照強(qiáng)度；比較實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2，在橫坐標(biāo)上任取一點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)1的光合速率之所以比實(shí)驗(yàn)2高在于溫度高，因而限制實(shí)驗(yàn)2的因素是溫度；比較實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)3，在橫坐標(biāo)上任取一點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)1的光合速率之所以比實(shí)驗(yàn)3高在于CO2濃度高，因而限制實(shí)驗(yàn)3的因素是CO2濃度。 六、光合作用與有氧呼吸的比較 1區(qū)別與聯(lián)系光合作用有氧呼吸代謝類型合成作用(或同化作用)分解作用(或異化作用)物質(zhì)變化無機(jī)物有機(jī)物有機(jī)物無機(jī)物能量變化光能化學(xué)能(儲(chǔ)能)化學(xué)能ATP、熱能(放能)實(shí)質(zhì)合成有機(jī)物，儲(chǔ)存能量分解有機(jī)物、釋放能量場所葉綠體活細(xì)胞(主要在線粒體)條件只在光下進(jìn)行有光、無光都能進(jìn)行H的來源光反應(yīng)中水的光解第一階段從葡萄糖到丙酮酸及第二階段丙酮酸和H2O分解產(chǎn)生續(xù)表光合作用有氧呼吸H的去路作為還原劑用于暗反應(yīng)階段中還原C3形成(CH2O)和C5用于第三階段還原O2產(chǎn)生H2O，同時(shí)釋放大量能量ATP的來源光反應(yīng)階段ATP合成所需能量來自色素吸收的太陽光能第一、二、三階段均產(chǎn)生，第三階段產(chǎn)生最多，能量來自有機(jī)物氧化分解ATP的去路用于暗反應(yīng)階段C3的還原，以穩(wěn)定化學(xué)能形式儲(chǔ)存于有機(jī)物中作為能量通貨用于各項(xiàng)生命活動(dòng)聯(lián)系 2.光合作用與細(xì)胞呼吸的計(jì)算 (1)光合作用速率表示方法：通常以一定時(shí)間內(nèi)CO2等原料的消耗或O2、(CH2O)等產(chǎn)物的生成數(shù)量來表示。 (2)呼吸速率表示方法：將植物置于黑暗中，實(shí)驗(yàn)容器中CO2增加量、O2減少量或有機(jī)物減少量，即表示呼吸速率。 (3)如下圖，葉綠體內(nèi)光合作用產(chǎn)物O2和有機(jī)物首先滿足同一細(xì)胞內(nèi)線粒體進(jìn)行細(xì)胞呼吸的需要，若有多余再排出細(xì)胞外，即deg；或不夠再從細(xì)胞外獲得，即gdf。而線粒體細(xì)胞呼吸的產(chǎn)物CO2也首先滿足同一細(xì)胞內(nèi)葉綠體進(jìn)行光合作用的需要，若有多余再排出細(xì)胞外，即hca；或不夠再從細(xì)胞外獲得，即cbh。 因此，光照下有機(jī)物的凈積累量可用下式來表示：凈積累量總合成量呼吸量。 一晝夜有機(jī)物的積累量(用CO2量表示)可用下式表示：積累量白天從外界吸收的CO2總量晚上呼吸釋放的CO2量。 應(yīng)用指南：將離體葉片培養(yǎng)在NaHCO3溶液中，分別測定黑暗和光照下溶液pH的變化或借助酸堿指示劑的顏色變化，可以驗(yàn)證光合作用吸收CO2和細(xì)胞呼吸釋放CO2。 【例6】采用黑白瓶(不透光可透光瓶)法測定池塘群落各深度日代謝的平均氧濃度變化，結(jié)果如下表。請據(jù)表分析，該池塘一晝夜生產(chǎn)氧氣量和消耗氧氣量各為多少(單位：gm2)() A. 9、7 B8、7 C8、11 D5、11B 【解析】本題主要考查光合作用與細(xì)胞呼吸的計(jì)算。遇到光合作用與細(xì)胞呼吸的計(jì)算題，首先判斷題中的已知量指的是總生成量還是凈積累量，這是解題的關(guān)鍵，若判斷不清，結(jié)果必然錯(cuò)誤。然后再根據(jù)總量與凈積累量的關(guān)系式就很快得到結(jié)果。表中白瓶的量即為凈積累量，黑瓶的量為呼吸消耗量，題中所問池塘中的氧氣生產(chǎn)量和消耗量是指整個(gè)池塘，包括各個(gè)深度，因此，計(jì)算結(jié)果應(yīng)是各深度之和。另外，這里很明顯氧氣生產(chǎn)量指的是總生成量，而不是凈積累量。表中各深度黑瓶中的呼吸消耗量為7，白瓶中的凈積累量為1，因此總生成量為8。 七、化能合成作用 1概念：某些細(xì)菌利用體外環(huán)境中的某些無機(jī)物氧化時(shí)所釋放的能量來制造有機(jī)物的合成作用。 2實(shí)例：硝化細(xì)菌能利用NH3氧化成HNO2和HNO3時(shí)所釋放的化學(xué)能，將CO2和H2O合成為糖類。 3自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物 (1)自養(yǎng)生物：綠色植物和硝化細(xì)菌都能將無機(jī)物合成為有機(jī)物，因此屬于自養(yǎng)生物。 (2)異養(yǎng)生物：人、動(dòng)物、真菌以及大多數(shù)細(xì)菌只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機(jī)物來維持自身的生命活動(dòng)，屬于異養(yǎng)生物。 【例7】(雙選)下圖為生物體部分代謝過程，下列有關(guān)分析正確的是() A過程只能在植物細(xì)胞的葉綠體中進(jìn)行 B過程需要的酶只存在于線粒體的內(nèi)膜和線粒體基質(zhì)中 C能進(jìn)行過程的生物無核膜但屬于生產(chǎn)者 D和過程可發(fā)生于同一個(gè)細(xì)胞中CD 【解析】本題主要考查光合作用、細(xì)胞呼吸和化能合成作用等知識(shí)點(diǎn)，具有較強(qiáng)的綜合性。過程表示將CO2和H2O合成有機(jī)物，可以在植物細(xì)胞的葉綠體中進(jìn)行也可以在含光合色素的原核生物中進(jìn)行；過程是將(CH2O)徹底分解，屬于有氧呼吸全過程，場所有細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，也有線粒體內(nèi)膜和基質(zhì)；過程是硝化細(xì)菌利用氧化NH3獲得的化學(xué)能合成有機(jī)物的過程，屬于化能合成作用；過程是無氧呼吸產(chǎn)生酒精的過程。有氧呼吸和無氧呼吸可發(fā)生于同一細(xì)胞中。 1葉綠素對(duì)紅光和藍(lán)紫光的吸收量較大，對(duì)黃綠光的吸收量較少，并非不吸收；而類胡蘿卜素吸收藍(lán)紫光也僅表示對(duì)藍(lán)紫光的吸收量較大，對(duì)其他光吸收量較少。2并非所有的植物細(xì)胞都具有葉綠體，如植物的根尖細(xì)胞、表皮細(xì)胞沒有葉綠體；并非能進(jìn)行光合作用的生物都具有葉綠體，如藍(lán)藻。3當(dāng)條件改變時(shí)，C3、C5、ATP、H含量變化4.綠色植物和硝化細(xì)菌在代謝方面的異同點(diǎn)(1)相同點(diǎn)：都能將無機(jī)物合成為有機(jī)物，都屬于自養(yǎng)生物。(2)不同點(diǎn)：綠色植物是利用光能合成有機(jī)物，硝化細(xì)菌則是利用化學(xué)能合成有機(jī)物。一、理論歸納(一)同位素標(biāo)記法的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用1概述用同位素標(biāo)記化合物，讓它們一起運(yùn)動(dòng)、遷移，再用探測儀器進(jìn)行追蹤，可以弄清化學(xué)反應(yīng)的詳細(xì)過程的方法。2方法應(yīng)用用來研究細(xì)胞內(nèi)的元素或化合物的來源、組成、分布和去向等，進(jìn)而了解細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能、化學(xué)物質(zhì)的變化、反應(yīng)機(jī)理等。3應(yīng)用分析(1)標(biāo)記某元素，追蹤其轉(zhuǎn)移途徑。如用18O標(biāo)記 ，光合作用只產(chǎn)生18O2；再用18O標(biāo)記C18O2，光合作用只產(chǎn)生O2；證明光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧原子全部來自于H2O，而不是來自CO2。(2)標(biāo)記特征元素，探究化合物的作用。如T2噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)中，用32P標(biāo)記噬菌體的DNA，大腸桿菌內(nèi)發(fā)現(xiàn)放射性物質(zhì)；35S標(biāo)記蛋白質(zhì)，大腸桿菌內(nèi)未發(fā)現(xiàn)放射性物質(zhì)；證明了DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)。182HO(3)標(biāo)記特征化合物，探究詳細(xì)生理過程，研究生物學(xué)原理。如用3H標(biāo)記亮氨酸，探究分泌蛋白的分泌過程；用3H標(biāo)記胸腺嘧啶脫氧核苷酸，研究有絲分裂過程中染色體的變化規(guī)律；用15N標(biāo)記DNA，證明了DNA復(fù)制的特點(diǎn)是半保留復(fù)制。(二)探究影響光合作用的環(huán)境因素1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路分析2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)示例探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用的影響(1)實(shí)驗(yàn)流程(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在一定范圍內(nèi)，隨著光照強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度也不斷增強(qiáng)(小圓形葉片中產(chǎn)生的O2多，浮起的多)。二、演練二、演練1.光合作用是地球上最重要的化學(xué)反應(yīng)。同位素標(biāo)記法的引入，為探尋和建立光合作用的化學(xué)反應(yīng)過程，作出了巨大的貢獻(xiàn)。(1)1939年，魯賓和卡門用同位素標(biāo)記法追蹤光合作用中O2的來源。魯賓和卡門用 和普通的CO2進(jìn)行小球藻光合作用實(shí)驗(yàn)(見圖A)，結(jié)果放出的O2具有放射性。若用C18O2和普通的H2O進(jìn)行光合作用實(shí)驗(yàn)(見圖B)，結(jié)果產(chǎn)生的O2不具有放射性。綜合實(shí)驗(yàn)、，可獲得的結(jié)論是 。182HO光合作用釋放的O2來源于H2O，而不是CO2(2)美國科學(xué)家卡爾文用同位素標(biāo)記法來追蹤C(jī)O2是如何轉(zhuǎn)變成碳水化合物的。卡爾文給小球藻懸浮液通入14CO2，光照一定時(shí)間(從1秒到數(shù)分鐘)后殺死小球藻，同時(shí)提取產(chǎn)物并分析。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，僅僅30秒的時(shí)間，二氧化碳已經(jīng)轉(zhuǎn)化為許多種類的化合物。想要探究CO2轉(zhuǎn)化成的第一個(gè)產(chǎn)物是什么，可能的實(shí)驗(yàn)思路是 ?？s短光照時(shí)間，當(dāng)檢測到的帶放射性的有機(jī)化合物只有一種時(shí)，這個(gè)化合物就是第一個(gè)產(chǎn)物 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在光照下物質(zhì)A和物質(zhì)B的濃度很快達(dá)到飽和并保持穩(wěn)定。此時(shí)突然中斷CO2的供應(yīng)，A、B物質(zhì)的變化如圖C所示。以上實(shí)驗(yàn)說明，固定二氧化碳的化合物是 ，二氧化碳轉(zhuǎn)化的第一個(gè) 產(chǎn)物是 。BA 【解析】魯賓和卡門用同位素標(biāo)記法證明了光合作用釋放的O2來源于H2O，而不是CO2。突然中斷CO2的供應(yīng)，增加的B物質(zhì)是C5，而減少的A物質(zhì)是C3。 2.以下是某生物興趣小組進(jìn)行的光合作用實(shí)驗(yàn)：利用打孔器對(duì)爬山虎和石榴的幼嫩葉片打孔，獲取一批直徑為0.8 cm的葉圓片。設(shè)法使葉圓片細(xì)胞間隙中的氣體排出、葉圓片沉到蒸餾水底部，置于黑暗處待用。取4支試管，按下表中的“處理”步驟操作，之后將4支試管同時(shí)置于60 W的白熾燈下，各試管與白熾燈的距離均為20 cm，觀察葉圓片上浮的情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下表中的“結(jié)果”。續(xù)表請分析回答下列問題：(1)試解釋2號(hào)和4號(hào)試管中的葉圓片上浮的原因： 。(2)試解釋1號(hào)和3號(hào)試管中的葉圓片到實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)仍沉沒水底的原因： 。在適宜條件下葉圓片進(jìn)行光合作用，釋放的O2多于有氧呼吸消耗的O2，葉細(xì)胞間隙中的O2增加，使葉圓片浮力增大蒸餾水中缺乏CO2和O2，葉圓片不能進(jìn)行光合作用和有氧呼吸，其浮力基本不變(3)為什么不同植物的葉圓片在相同條件下上浮所需的時(shí)間不同？有的同學(xué)認(rèn)為是由于不同植物的葉圓片質(zhì)量不同，有的同學(xué)認(rèn)為是由于不同植物的光合作用速率不同，有的同學(xué)認(rèn)為是由于不同植物的葉細(xì)胞間隙大小不同(細(xì)胞間隙越大積聚氣體的速度越快)。同學(xué)們利用電子天平測量相同數(shù)量的爬山虎和石榴的葉圓片質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)兩者等重。那么，應(yīng)如何針對(duì)上述問題展開進(jìn)一步的探究呢？如果你是小組成員，請你簡要說明實(shí)驗(yàn)思路。 ； 。取相同質(zhì)量、相同生長狀況的爬山虎和石榴的新鮮葉片，置于密閉的透明玻璃容器中，在相同適宜的光照、溫度等條件下測定其各自的CO2吸收速率(或者O2的釋放速率)，并進(jìn)行比較取兩種植物的葉片做成切片，在顯微鏡下觀察其各自葉橫切面，比較兩者葉細(xì)胞間隙的大小 【解析】當(dāng)葉圓片進(jìn)行光合作用，釋放的O2多于有氧呼吸消耗的O2，葉細(xì)胞間隙中的O2增加，使葉圓片浮力增大，葉圓片上浮。1號(hào)和3號(hào)試管中的葉圓片在蒸餾水中缺乏CO2和O2，葉圓片不能進(jìn)行光合作用和有氧呼吸，其浮力基本不變，仍會(huì)沉沒水底?？赏ㄟ^測定兩種植物葉片的光合作用速率和用顯微鏡觀察兩植物的葉片細(xì)胞間隙大小予以驗(yàn)證。 1.(2011江蘇)某研究組獲得了水稻的葉黃素缺失突變體。將其葉片進(jìn)行了紅光照射光吸收測定和色素層析條帶分析(從上至下)，與正常葉片相比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是( ) A光吸收差異顯著，色素帶缺第2條 B光吸收差異不顯著，色素帶缺第2條 C光吸收差異顯著，色素帶缺第3條 D光吸收差異不顯著，色素帶缺第3條B【解析】葉綠體中主要含有葉綠素a、葉綠素b、葉黃素、胡蘿卜素，其中葉綠素a、葉綠素b主要吸收紅光和藍(lán)紫光，而葉黃素和胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光；四種色素在進(jìn)行色素分離時(shí)，在濾紙條上從上至下的順序依次是胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b。 2.(2010海南)下列關(guān)于葉綠體的描述，錯(cuò)誤的是( ) A基粒由類囊體堆疊而成 B葉綠體被膜由雙層膜組成 C暗反應(yīng)發(fā)生在類囊體膜 D類囊體膜上具有葉綠素和酶C 【解析】許多類囊體像圓盤一樣疊在一起，稱為基粒，組成基粒的類囊體，叫做基粒類囊體，構(gòu)成內(nèi)膜系統(tǒng)的基粒片層。葉綠體被膜為雙層膜組成，A、B對(duì)。在暗反應(yīng)中，葉綠體利用光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和H這兩個(gè)高能化合物分別作為能源和還原的動(dòng)力將C3還原，使之轉(zhuǎn)變成葡萄糖，由于這一過程不需要光所以稱為暗反應(yīng)。CO2固定反應(yīng)開始于葉綠體基質(zhì)，結(jié)束于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。所以C錯(cuò)。3.(2011新課標(biāo))在光照等適宜條件下，將培養(yǎng)在CO2濃度為1%環(huán)境中的某植物迅速轉(zhuǎn)移到CO2濃度為0.003%的環(huán)境中，其葉片暗反應(yīng)中C3和C5化合物微摩爾濃度的變化趨勢如下圖?；卮饐栴}：(1)圖中物質(zhì)A是 (C3化合物、C5化合物)。(2)在CO2濃度為1%的環(huán)境中，物質(zhì)B的濃度比A的低，原因是 。將CO2濃度從1%迅速降低到0.003%后，物質(zhì)B濃度升高的原因是 。(3)若使該植物繼續(xù)處于CO2濃度為0.003%的環(huán)境中，暗反應(yīng)中C3和C5化合物濃度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，物質(zhì)A的濃度將比B的 (低、高)。C3化合物暗反應(yīng)速率在該環(huán)境中已達(dá)到穩(wěn)定，即C3和C5化合物的含量穩(wěn)定。根據(jù)暗反應(yīng)的特點(diǎn)，此時(shí)C3化合物的含量是C5化合物的2倍當(dāng)CO2濃度突然降低時(shí)，C5化合物的合成速率不變，消耗速率卻減慢，導(dǎo)致C5化合物積累高【解析】 (1)一個(gè)CO2和一個(gè)C5結(jié)合生成兩個(gè)C3，細(xì)胞中C3化合物的含量是C5化合物的2倍，A的相對(duì)濃度高于B，所以A是C3化合物。當(dāng)外界CO2濃度下降時(shí)，A的含量迅速下降，也可判斷出A是C3化合物。(2)一個(gè)CO2和一個(gè)C5結(jié)合生成兩個(gè)C3，細(xì)胞中C3化合物的含量是C5化合物的2倍。外界CO2濃度下降，C3化合物的還原正常進(jìn)行，C5化合物的合成速率不變，但是CO2的固定減慢，所以C5化合物積累。(3)雖然外界CO2濃度低，但暗反應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，各種化合物的比例不變，細(xì)胞中C3化合物的含量是C5化合物的2倍。(4)外界CO2濃度低，通過固定生成的C3化合物少，相應(yīng)的C3化合物還原需要的光反應(yīng)產(chǎn)物即ATP和H也少。 (4)CO2濃度為0.003%時(shí)，該植物光合速率最大時(shí)所需要的光照強(qiáng)度比CO2濃度為1%時(shí)的(高、低)，其原因是 。低CO2濃度低，暗反應(yīng)的強(qiáng)度低，所需ATP和H少4.下圖為研究光合作用的實(shí)驗(yàn)裝置。用打孔器在某植物的葉片上打出多個(gè)葉圓片，再用氣泵抽出葉片內(nèi)的氣體直至葉片沉入水底，然后將等量的葉圓片轉(zhuǎn)至不同濃度的NaHCO3溶液中，給予一定的光照，測量每個(gè)培養(yǎng)皿中葉圓片上浮至液面所用的平均時(shí)間(如圖)，以研究光合作用速率與NaHCO3溶液濃度的關(guān)系。有關(guān)分析正確的是( )CA在ab段，隨著NaHCO3溶液濃度的增加，光合作用速率逐漸減小B在bc段，單獨(dú)增加光照或溫度或NaHCO3溶液濃度，都可以縮短葉圓片上浮的時(shí)間C在c點(diǎn)以后，因NaHCO3溶液濃度過高，使葉肉細(xì)胞失水而導(dǎo)致代謝水平下降D因配制的NaHCO3溶液中不含氧氣，所以整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中葉片不能進(jìn)行呼吸作用【解析】本題考查影響光合作用的因素。圖中縱坐標(biāo)是上浮至液面的時(shí)間，時(shí)間越短，說明單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生氧氣越多，說明光合作用強(qiáng)度越大。結(jié)合曲線分析，ab段隨著NaHCO3溶液濃度的增加，光合作用增強(qiáng)，產(chǎn)生氧氣越多，葉圓片上浮時(shí)間越短，故A錯(cuò)誤；從圖中分析，bc段CO2濃度已不再是制約光合作用的因素，因此單獨(dú)增加NaHCO3溶液濃度，不會(huì)提高光合作用速率，葉圓片上浮時(shí)間不變，故B錯(cuò)誤；由于NaHCO3溶液濃度過高，使葉肉細(xì)胞失水而導(dǎo)致整體代謝水平下降，葉圓片上浮時(shí)間長，故C正確。 5.(雙選)將某綠色植物放在特定的實(shí)驗(yàn)裝置中，研究溫度對(duì)光合作用與呼吸作用的影響(其余的實(shí)驗(yàn)條件都是理想的)，實(shí)驗(yàn)以CO2的吸收量與釋放量為指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示：下列對(duì)該表數(shù)據(jù)分析不正確的是( )A晝夜不停地光照，溫度在35 時(shí)該植物能生長B每天交替進(jìn)行12小時(shí)光照、12小時(shí)黑暗，溫度均保持在20 的條件下，該植物積累的有機(jī)物最多C晝夜不停地光照，該植物生長的最適宜溫度是30 D每天交替進(jìn)行12小時(shí)光照、12小時(shí)黑暗，溫度在30 時(shí)，該植物積累的有機(jī)物是溫度在10 時(shí)的2倍CD 【解析】本題以圖表的形式考查光合作用和細(xì)胞呼吸的相關(guān)計(jì)算，明確黑暗條件下只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，光照條件下的CO2吸收量為凈光合作用。光照下CO2的吸收量代表的是有機(jī)物的積累量，黑暗中CO2的釋放量代表的是有機(jī)物的消耗量；35 時(shí)該植物的有機(jī)物積累量為3 mg/h，能正常生長；晝夜不停地光照，植物生長最快時(shí)的溫度為25 ；每天交替進(jìn)行12小時(shí)光照、12小時(shí)黑暗，在20 時(shí)該植物積累的有機(jī)物為：3.25121.51221 mg；同理可算出其他溫度條件下有機(jī)物的積累量，在所有的溫度中20 時(shí)有機(jī)物積累量最多；每天交替進(jìn)行12小時(shí)光照、12小時(shí)黑暗，在10 時(shí)該植物積累的有機(jī)物量為：1.75120.751212 mg；在30 時(shí)該植物積累的有機(jī)物量為：3.5123.0126 mg；在10 時(shí)該植物積累的有機(jī)物是30 時(shí)的2倍。6. (雙選)以測定的CO2吸收量與釋放量為指標(biāo)，研究溫度對(duì)某綠色植物光合作用與細(xì)胞呼吸的影響，結(jié)果如圖所示。下列分析正確的是( )6. (雙選)以測定的CO2吸收量與釋放量為指標(biāo)，研究溫度對(duì)某綠色植物光合作用與細(xì)胞呼吸的影響，結(jié)果如圖所示。下列分析正確的是( )A光照相同時(shí)間，35 時(shí)光合作用制造的有機(jī)物的量與30 時(shí)相等B光照相同時(shí)間，在25 條件下植物積累的有機(jī)物的量最多C溫度高于25 時(shí)，光合作用制造的有機(jī)物的量開始減少D兩曲線的交點(diǎn)表示光合作用制造的有機(jī)物與細(xì)胞呼吸消耗的有機(jī)物的量相等 AB【解析】該題的縱坐標(biāo)表示光照下二氧化碳的吸收量與釋放量，也就是植物積累的有機(jī)物量和黑暗中二氧化碳的釋放量(細(xì)胞呼吸)，因此，光合作用制造的有機(jī)物應(yīng)該是兩條曲線的數(shù)值之和。所以，光照相同時(shí)間，35 時(shí)光合作用制造的有機(jī)物的量為(33.5) mg/h,30 時(shí)光合作用制造的有機(jī)物的量為(33.5) mg/h，故光照相同時(shí)間，35 時(shí)光合作用制造的有機(jī)物的量與30 時(shí)相等；光照相同時(shí)間，植物積累有機(jī)物最多的點(diǎn)是25 ；光合作用制造的有機(jī)物與細(xì)胞呼吸消耗的有機(jī)物的量相等的點(diǎn)應(yīng)該是光照下植物不吸收二氧化碳的點(diǎn)，而不是圖中二者曲線的交點(diǎn)。 7.將一植物放在密閉的玻璃罩內(nèi)，置于室外進(jìn)行培養(yǎng)，假定玻璃罩內(nèi)植物的生理狀態(tài)與自然環(huán)境中相同。用CO2濃度測定儀測得了該玻璃罩內(nèi)CO2濃度的變化情況，繪制成如圖的曲線，下列有關(guān)說法正確的是( )DABC段較AB段CO2濃度增加減慢，是因?yàn)橹参镩_始進(jìn)行光合作用消耗CO2BCO2濃度下降從DE段開始，說明植物進(jìn)行光合作用是從D點(diǎn)開始的CH點(diǎn)CO2濃度最低，說明此時(shí)植物對(duì)CO2的吸收速率最大DD點(diǎn)表明植物光合作用強(qiáng)度和呼吸作用強(qiáng)度相等【解析】本題考查一天中的光照和溫度對(duì)光合作用的影響。2到4時(shí)溫度較低，細(xì)胞呼吸受抑制，產(chǎn)生的CO2量減少，CO2濃度增加減慢。從4時(shí)開始已經(jīng)有微弱的光，植物開始進(jìn)行光合作用，只是光合作用強(qiáng)度小于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。到6時(shí)，光合作用強(qiáng)度和細(xì)胞呼吸強(qiáng)度相等，超過6時(shí)，光合作用強(qiáng)度大于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度，所以CO2濃度降低。10到14時(shí)，由于氣溫不斷增高，光照增強(qiáng)，植物為減少水分的散失，關(guān)閉部分氣孔，光合作用減弱，二氧化碳的消耗速率減少。到18時(shí)，光照強(qiáng)度進(jìn)一步降低，光合作用強(qiáng)度也降低，從而與細(xì)胞呼吸強(qiáng)度再次相等，之后細(xì)胞呼吸強(qiáng)度大于光合作用強(qiáng)度，CO2濃度增加。