生物必修1复习(第5章)

5细胞的能量供应和利用5-1降低化学反应活化能的酶5-1-1酶在细胞代谢中的作用（1）细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着许多的化学反应，统称细胞代谢细胞代谢是个体代谢的基础。细胞代谢与个体代谢合称新陈代谢。（2）酶对于细胞代谢顺利进行起至关重要的作用。正因酶的催化作用，细胞代谢才能在温和的条件下快速进行酶还可清除对细胞有害的物质（如H2O2）。（3）实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解1.质量分数20%新鲜肝脏研磨液1滴=1单位数量酶质量分数3.5%FeCl3溶液1滴=250000单位数量Fe3+2.实验处理试管号加入3%H2O2实验处理H2O2分解速度（气泡多少）点燃卫生香检测对照结论12ml————无助燃性生物体外的某些化学反应需要剧烈条件；在一定温度范围内，温度升高可加快反应速度22ml90°C水浴很少有助燃性32ml3.5%FeCl3溶液2滴较多助燃性较强酶具有高效性（在常温常压下酶催化的反应比无机催化剂所催化反应速率快得多）42ml20%新鲜肝脏研磨液2滴很多助燃性更强3.注意事项A。肝脏要求新鲜，避免过氧化氢酶被微生物分解B。肝脏要研磨，以使肝细胞破裂，释放酶分子C。卫生香不要插入过深，以免插入气泡或液体中而熄灭D。过氧化氢有一定的腐蚀性，不要让其溅在皮肤上，如有不慎则应迅速用清水冲洗E。加入催化剂后，应用棉花塞塞紧试管口。拔棉花塞、插入卫生香速度要快F。不要合用滴管，会影响实验结果。4.控制变量与对照实验人为改变的变量称为自变量，随自变量变化而变化的变量称为因变量。除了自变量外，影响实验结果的变量称为无关变量实验过程中除一个因素外，其余因素都保持不变的实验叫对照实验。对照实验的原则：（1）单一变量原则（e.g.植物实验要求长势相同）（2）对照原则（3）等量原则对照的类型（1）空白对照：不给对照组任何处理（如本实验的1号试管）（2）条件对照：给对照组施以不是研究因素的部分实验因素（如研究温度对酶的影响中，0°C与100°C的试管） （3）自身对照：处理前后互为对照（如质壁分离、鉴别物质）（4）相互对照：几个实验组互为对照（如本实验3、4号试管）（4）酶的作用机理1.分子从常态转变为易于发生化学反应的活跃状态所需的能量，称为活化能2.加热是直接供能使分子从常态转变为易发生化学反应的活跃状态酶则是通过降低活化能提高反应速率5-1-2酶的本质（1）对酶本质的探索1773意大利斯巴兰扎尼：让鹰吞下装肉块的笼子→胃有化学性消化作用1836德国施旺：提取出胃蛋白酶1976美国萨姆纳：从刀豆种子中提取脲酶→证明酶的本质是蛋白质20世纪80年代美国切赫、奥特曼：发现少数DNA有催化作用→少数的酶是RNA（2）酶的本质酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数是蛋白质，少数是RNA隐含问题：酶的合成原料（水解产物）是氨基酸或核糖核苷酸酶反应前后量与化学性质不变酶在离体后亦能作用活细胞都能产生酶5-1-3酶的特性（1）酶的高效性：酶的催化效率大约是无机催化剂的107-1013倍（2）酶具有专一性：无机催化剂催化的化学反应范围比较广每种酶只能催化一种或一类化学反应（3）酶的多样性：生物体内约有4000多种酶参加各种化学反应（4）酶的作用条件较温和：无机催化剂可在高温、高压、强酸、强碱条件下催化反应进行酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行一般动物酶的最适温度都是35-40°C间，植物则是40-50°C间细菌和真菌体内酶最适温度差较大，可高达70°C动物体内酶最适pH在6.5-8.0间，胃蛋白酶约为1.5，唾液淀粉酶约为7，胰蛋白酶约为8.5植物体内酶最适pH在4.5-6.5间，植物淀粉酶约为5过酸、过碱或温度过高，以及酒精、有机磷农药、氯农药会造成酶永久失活酶制剂适合在0-4°C环境保存（5）自然界中的酶不一定适用与生产生活，可利用酶工程改造。5-1-4实验：探究影响酶活性的条件（1-6指试管编号）（1）温度对酶活性的影响123456可溶性淀粉溶液2ml2ml2ml新鲜淀粉酶溶液1ml1ml1ml温度60°C100°C0°C60°C100°C0°C溶液混匀4→15→26→3放置于指定温度5min碘液1滴观察蓝色无有有 （2）pH对酶活性的影响（实际建议使用过氧化氢酶）123456可溶性淀粉溶液2ml2ml2ml新鲜淀粉酶溶液1ml1ml1mlpH调整溶液1ml蒸馏水1ml5%NaOH1ml5%HCl1ml蒸馏水1ml5%NaOH1ml5%HCl混匀4→15→26→360°C水浴5min斐林试剂2ml50-60°C水浴2min观察砖红色沉淀有无无（3）结论：酶的活性需要适宜的温度和pH（4）注意事项：1.每组实验都必须事先将反应物和酶事先用控制因素处理，使反应一开始就达到所需温度或pH，减少实验误差。不能先加酶→升温、降温过程中底物已经分解/在加入pH剂前底物已分解无法证实pH/温度对酶活性影响2.唾液淀粉酶的最适温度约为37°C，普通淀粉酶最适温度约为60°C3.临时制取淀粉溶液时应该先冷却后使用4.蔗糖溶液要现配现用以免被微生物分解成还原性糖5.要洗净试管以免残留的酶对下次实验造成影响（5）实验设计思路1.酶是蛋白质（同样的原理可证明酶是RNA）实验组：酶溶液+双缩脲试剂对照组：标准蛋白质溶液+双缩脲试剂2.酶的催化作用实验组：反应物+酶溶液对照组：反应物+等量蒸馏水观察底物是否分解3.酶的专一性实验组：反应物+酶溶液对照组：等量另一种反应物+酶溶液/反应物+等量另一种酶溶液（1）如果使用的是蔗糖与淀粉作为两种对照的反应物，应选用斐林试剂，因碘液不能检测蔗糖是否水解（2）关键是保证蔗糖纯度和新鲜程度（3）如果选用淀粉酶和另一种酶做对照酶，而选用淀粉做底物的话，斐林试剂和碘液都可选用（斐林试剂——检测产物，碘液——检测底物）4.酶的高效性实验组：反应物+酶溶液对照组：反应物+等量无机催化剂观察反应分解速度5.寻找酶的适宜条件间隔一定温度（pH）设置一个实验组，以反应液与试剂发生颜色反应程度为指标确定最适温度/pH。 注意确定最适温度时用碘液检测，因斐林试剂需加热，如此一来无法控制温度。5-1-5有关于酶的图像（1）活化能图像（2）高效性图像1.酶只能缩短达到平衡的时间，不会改变化学反应平衡点2.催化剂可加快反应速率3.酶的催化效率更高（3）影响酶促反应条件图像A、速度—pH/温度图在一定温度（pH）范围内，随温度（pH）升高，酶的催化作用增强，超过最适温度（pH）后，随温度（pH）升高，催化作用减弱.B、酶浓度、反应物浓度图 在其他条件适宜，酶浓度一定状况下酶促反应速率随反应物浓度增加而加快；但当反应物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性限制，酶促反应速率不再增加。C、催化能力—时间图酶会发生“钝化“现象，即时间久后酶催化能力减弱，需要更新。5-2细胞的能量通货——ATP5-2-1ATP的结构（1）结构简式：A—P～P～P1.A：腺苷T：三个P：磷酸基团故ATP中文名为三磷酸腺苷～：高能磷酸键，—：普通磷酸键2.1分子ATP=1分子腺苷+3个磷酸基团=1分子腺嘌呤+1分子核糖+3分子磷酸3.远离A的高能磷酸键易水解释能（30.54kJ/mol）→故称高能磷酸化合物此种形式的能是生物体内唯一可被细胞生命活动直接利用的能量（2）结构式5-2-2ATP与ADP的相互转化（1）反应式：（2）ATP转化过程特点：ATP和ADP含量少且相对稳定，其间转化迅速并时刻发生，两者处于动态平衡。该转化过程的能量供应机制是生物界共性之一。（3）磷酸肌酸（C～P）：另一种高能磷酸化合物，可在大量消耗ATP时分解供能使ATP合成 （4）ATP的来源：植物——光合作用、细胞呼吸；动物、微生物：细胞呼吸（5）ATP的去向：光合作用产生ATP——暗反应中C3化合物的还原细胞呼吸产生ATP——生物各种生理活动（6）转化过程的理解：酶不同，发生场所不同，反应类型不同，能量转化方式与去向不同反应是不可逆的，能量是不可逆的，物质是可逆的部位产生ATP消耗ATP过程细胞膜×√主动运输细胞质基质√√产生：细胞呼吸消耗：各种生化反应叶绿体√√产生：光反应消耗：暗反应线粒体√√产生：呼吸作用2、3阶段消耗：自体DNA复制核糖体×√合成蛋白质高尔基体×√形成细胞壁、分泌物内质网×√有机物合成、运输细胞核×√DNA复制、转录5-2-3ATP的利用（1）生物各种形式能量转化都以ATP为中心环节吸能反应一般与ATP水解相关，放能反应一般与ATP合成相关（2）生物体利用能源总结最终能源：太阳能三大能源物质：糖类、脂肪、蛋白质主要能源物质：葡萄糖主要储能物质：脂肪植物细胞储能物质：淀粉、脂肪动物细胞储能物质：糖原、脂肪直接能源物质：ATP辅助能源物质：CP（3）ATP释能转变成的能量1.机械能：草履虫纤毛摆动、精子鞭毛摆动、肌细胞收缩（运动、心跳、呼吸运动）、细胞分裂时纺锤丝收缩与染色体运动、胞吞、胞吐（分泌蛋白排出细胞）2.主动运输3.电能：大脑思考，神经冲动的传递、电鳐和电鳗的生物电4.化学能：小分子物质合成大分子物质5.光能：萤火虫、磷虾发光6.热能（4）ATP产生量—氧气量图像 A：无氧条件下可通过无氧呼吸分解有机物产生少许ATPA→B：有氧呼吸加强，分解有机物释能增加，ATP量增加B→C：酶、ADP、磷酸数量等限制，导致ATP产生量不再增加5-3ATP的主要来源——细胞呼吸5-3-1实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式（1）原理：1.酵母菌是兼性厌氧菌→便于研究细胞呼吸不同方式2.CO2可使澄清石灰水变混浊，使溴麝香草酚蓝碘水从蓝色变为绿色再变黄→根据混浊程度或变色时间长短检测CO2产生情况3.橙色重铬酸钾溶液在酸性条件下和乙醇发生灰绿色反应（2）步骤配制酵母菌培养液：向容量500ml锥形瓶A、B各加入10g新鲜食用酵母菌，然后分别注入240ml质量分数5%葡萄糖溶液检测CO2的产生：将甲装置连通橡皮球或气泵，让空气间断而持续的依次通入3个锥形瓶（约通气50min，既保证氧气充分供应，又使进入A瓶中的空气先经过NaOH的锥形瓶，洗除空气中的二氧化碳，保证第三个锥形瓶中澄清石灰水变浑浊是因为酵母菌有氧呼吸产生二氧化碳所致）B瓶应封口放置一段时间后，待酵母菌将B瓶中氧气消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶。两装置放置到25-35°C环境中培养8-10h，每1h记录一次石灰水的混浊情况检测酒精的产生：分别取A、B瓶中培养液2ml并分别注入洁净的两个试管（1、2）中，两个试管分别滴加0.5ml体积分数为95-99%的溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液，轻轻震荡试管，观察颜色变化（3）现象分析甲乙装置石灰水都变混浊。装置甲的混浊快且程度高，2号试管变灰绿色，1号试管不变分析：1.酵母菌有氧呼吸、无氧呼吸都放出二氧化碳，有氧时放出多且快2.无氧时酵母菌分解葡萄糖产生酒精（4）注意事项：1.使用新鲜酵母菌→出芽生殖快，细胞呼吸旺盛，实验效果明显2.温度控制在25-35°C：酶活性高，生命活动旺盛，细胞呼吸最明显3.不可用蒸馏水取代葡萄糖溶液，因葡萄糖是细胞呼吸的底物（能源物质）（5）对比实验设置2-3个实验组，通过对比结果、比较分析，来探究某种因素与实验对象的关系5-3-2细胞的呼吸方式（1）细胞呼吸：指有机物在细胞内经过一系列氧化分解后生成水和二氧化碳或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。（2）细胞呼吸可分为两种类型： 1.有氧呼吸：细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，生成水、二氧化碳，释放大量能量，生成许多ATP的过程2.无氧呼吸：细胞在无氧或缺氧的条件下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物不彻底氧化分解，释放少量能量，生成少量ATP的过程。（3）细胞呼吸的实质：分解有机物，释放能量，产生ATP（4）细胞呼吸的意义：1.为生命活动提供能量2.中间产物（如丙酮酸）为体内其他化合物合成提供原料（5）细胞呼吸主要利用底物是葡萄糖，其他有机物也能作为底物（6）能量变化：有机物中稳定化学能→ATP中活跃化学能+热能5-3-3有氧呼吸（1）线粒体1.形状：粒状/棒状2.功能：有氧呼吸主要场所3.结构：内膜向内折叠形成嵴，大大增加内膜表面积（酶分子附着表面积）。其周围充满液态基质，内膜与基质含多种有氧呼吸酶，内膜上有基粒。外膜使线粒体相对独立存在于细胞质基质中，并控制与细胞质基质的物质交换，保证线粒体内部环境相对稳定。4.分布：能量代谢水平高的细胞多，特化（如哺乳动物成熟红细胞）或衰老细胞则少或无。在细胞中一般均匀分布，但可定向移动到代谢旺盛部位（肌细胞中的肌质体）5.是生物体内二氧化碳浓度最高、氧气浓度最低的场所（2）有氧呼吸的过程1.第一阶段发生于细胞质基质酶反应式：C6H12O6——→2C3H4O3（丙酮酸）+4[H]（NADH，还原型辅酶Ⅰ）+能量分解1mol葡萄糖生成2molATP2.第二阶段发生于线粒体基质酶反应式：2C3H4O3+6H20——→6H2O+20[H]+能量分解2mol丙酮酸生成2molATP3.第三阶段酶反应式：24[H]+6O2——→12H20+能量消耗6mol氧气生成34molATP4.总反应式酶C6H12O6+6H2O+6O2——→12H2O+6CO2+能量 分解1mol葡萄糖，需6mol水、6mol氧气，生成12mol水（净变化6mol）、6mol二氧化碳、38molATP（这个ATP不会被光合作用暗反应利用）5.元素和物质的变化元素去路：葡萄糖——C→C02，H→H20，O→C02水——H→H20，O→CO2氧气——O→H20水参与第二阶段反应并在第三阶段生成，二氧化碳生成于第二阶段，氧气参与第三阶段反应6.有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式，三个阶段分别需要不同的酶对真核细胞而言，有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，主要场所是线粒体，依赖的条件是酶；对原核细胞而言，有氧呼吸的主要场所是细胞质基质和细胞膜7.分解1mol葡萄糖释放能量：2870kJ→1161kJ储存于ATP中，其余以热能形式散失（维持体温恒定）；能量利用率40.45%（3）有氧呼吸与体外燃烧的区别条件不同（酶催化|点燃）、能量释放方式不同（逐步释放|快速连续释放）、能量去向不同（多数以热能形式释放，部分转至ATP|发光发热）（4）有氧呼吸是在无氧呼吸基础上进化而来。多数生物采取有氧呼吸为主的细胞呼吸方式，并保持无氧呼吸酶系统，应对暂时缺氧不利状态。5-3-4无氧呼吸（1）场所：细胞质基质酶（2）过程：第一阶段：C6H12O6——→2C3H4O3+4[H]+能量酶第二阶段：2C3H4O3+4[H]——→2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量或酶2C3H4O3+4[H]——→2C3H6O3（乳酸）+能量酶总反应式：C6H12O6——→2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量或酶C6H12O6——→2C3H6O3（乳酸）+能量（3）产物（酶不同，故产物不同）植物：多数细胞→酒精、二氧化碳马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚→乳酸动物：乳酸微生物：乳酸菌→乳酸酵母菌→酒精、二氧化碳微生物的无氧呼吸被称为发酵，产生酒精称酒精发酵，产生乳酸称乳酸发酵（4）人体内乳酸的去路：肌细胞→血液→肝→变成丙酮酸，氧化供能/合成新的有机物→肾脏（少量）→尿液排出5-3-5影响细胞呼吸的因素（1）内因：不同植物呼吸速率不同（旱生<水生，阴生<阳生）同一植物不同器官（营养器官<生殖器官）、同一器官不同组织、同一器官不同生长过程呼吸速率有差异。 （2）温度：温度主要是通过影响酶的活性来影响呼吸作用速率A：低温抑制呼吸作用C：高温使酶失活降温过度，植物组织会被破坏，细胞受损，对病原微生物抵抗力下降，易腐烂变质恒温动物在环境温度骤降时，酶活性不变，由于散热上升，产热也上升，耗氧量也上升变温动物则会因酶活性下降而使产热下降，耗氧量也下降（3）氧气浓度A：只进行无氧呼吸B：有氧呼吸与无氧呼吸速率相等，此时总二氧化碳释放量最少A→C：有氧呼吸与无氧呼吸兼有，随浓度升高，无氧呼吸减弱，有氧呼吸增强C：只有有氧呼吸，总二氧化碳释放量=氧气吸收量D：无氧呼吸消失点（4）二氧化碳是细胞呼吸产物，浓度高时会抑制细胞呼吸（5）自由水5-3-6细胞呼吸的计算和实验细胞呼吸的计算：（单指无氧呼吸生成二氧化碳的状况下）消耗氧气mol释放二氧化碳mol氧气/二氧化碳空气体积变化仅有氧661不变有氧>无氧3-64-60.75-1增大有氧=无氧340.75增大有氧<无氧0-32-40-0.75增大仅无氧020增大1.消耗等量葡萄糖：无氧呼吸产生CO2mol：有氧呼吸产生CO2mol=1：3 有氧呼吸消耗O2mol：无氧呼吸产生CO2mol=3：1无氧呼吸产生ATPmol：有氧呼吸产生ATPmol=1：192.生成等量CO2无氧呼吸消耗葡萄糖mol：有氧呼吸消耗葡萄糖mol=3：1无氧呼吸生成ATPmol：有氧呼吸生成ATPmol：3：19有氧呼吸消耗O2mol：无氧呼吸释放CO2mol：1：1细胞呼吸的实验（测定种子呼吸方式及强度）把开关AB打开→等待U形管液面平衡→关闭开关AB→观察、记录U形管液面变化情况U形管液面变化：玉米种子呼吸耗氧体积对照组：用煮熟的种子和发芽种子对照种子要先用稀释消毒液清洗，防止微生物呼吸作用干扰烧杯中为NaOH，作用是吸收植物呼吸作用产生的CO2。5-3-7细胞呼吸原理的应用1.包扎伤口，选用透气消毒纱布：抑制厌氧细菌无氧呼吸2.酵母菌酿酒：先通气后密封→先有氧呼吸大量增殖，后无氧呼吸产生酒精各物质变化量如图：3.花盆经常松土：促进根部有氧呼吸，有利于吸收矿质离子4.稻田定期排水：抑制无氧呼吸产生酒精，防止酒精中毒，根发黑、变烂，植株死亡5.提倡慢跑：防止剧烈运动，肌细胞无氧呼吸产生乳酸，使肌肉酸胀无力6.破伤风杆菌感染伤口：及时清理伤口防止其无氧呼吸并注射抗毒血清7.中耕松土、防止土壤板结：促进根部有氧呼吸，有利于吸收矿质离子8.种子贮存：风干、低温、低氧，含水量过高会使细胞呼吸过强，使种子堆温度上升，进一步促进细胞呼吸，种子霉变。9.果实、蔬菜保鲜：控制细胞呼吸降低代谢强度（低温、低氧、增加CO2）10.剪去变黄衰老枝叶：防止其呼吸消耗有机物，使光合作用产物更多地转运到人们需要的植物器官中。 5-4能量之源——光与光合作用5-4-1实验：绿叶中色素的提取和分离（1）原理：1.叶绿体内色素能溶于无水乙醇、丙酮中，可用他们提取叶绿体中的色素2.层析液（20份石油醚+2份丙酮+1份苯或93号汽油）是脂溶性强的有机溶剂，叶绿体中色素在层析液中溶解度不同故扩散速度不同（溶解度大，扩散快），可用纸层析法分离色素（2）药品的作用：石英粉（二氧化硅）：使研磨充分白细河沙洗净干燥后亦可代用碳酸钙：保护叶绿体中色素（中和细胞液中有机酸，防止色素与其反应变成褐色的去镁叶绿素）无水乙醇：溶解、提取叶绿体中色素（3）步骤：1.取5g绿叶（要鲜艳浓绿）剪碎放入研钵（越细越好，尽量去除叶脉等部分）2.放入少许二氧化硅、碳酸钙，研磨过程中分多次加入10ml无水乙醇，迅速、充分研磨（要用力地压）3.研磨液迅速倒入基部放有单层尼龙布的玻璃漏斗，过滤将滤液收集到试管中，及时用棉塞塞住试管口4.将干燥定性滤纸剪成6cm×1cm的滤纸条，剪去一端两角（保证层析液在滤纸条上扩散速度相同）在该端约1cm处用铅笔画细线（不可用其他笔，以防遮盖色素颜色）5.毛细血管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀画出细线，干后再画2-3次（要匀、细、直、浓、齐）6.层析液倒入试管中，滤纸条细线端朝下插入层析液中，用棉塞塞紧试管口（滤液细线不可触及层析液，防止色素溶解于层析液中）可用小烧杯代替试管，用培养皿盖住小烧杯（防止层析液挥发，实验时要通风也是为了防止过多吸入层析液挥发性物质）7.观察、记录：观察滤纸条上有几条色素带、色素带的颜色8.整理、用肥皂洗手（4）结果：自上→下色素带：胡萝卜素（最整齐、扩散最快，橙黄色）、叶黄素（黄色）叶绿素a（最宽，蓝绿色）叶绿素b（黄绿色）（5）异常现象解释：绿色过浅：未加石英砂，研磨不充分；使用摆放数天的菠菜叶；一次加入大量无水乙醇色素带重叠：滤纸条上滤液接触到层析液没有绿色带：植株缺镁5-4-2捕获光能的色素（1）种类：叶绿素（总量的3/4，吸红光、蓝紫光）—叶绿素a（占其中3/4）叶绿素b（占其中1/4）类胡萝卜素（总量1/4，吸蓝紫光）—胡萝卜素（占其中1/3）叶黄素（占其中2/3）（2）分布：叶绿体基粒的囊状结构薄膜上（3）功能：吸收、传递光能；仅少数叶绿素a可转化光能（4）不溶于水，溶于有机溶剂（5）纸层析法分离 （6）滤液色素透射光下呈翠绿色，在反射光下是棕红色→荧光现象（7）关于吸收光谱的研究色素对所有光都会吸收，只是吸收量不同绿色光部分：吸收最少，又叶片不透光→叶片呈绿色光质与光合速率：白光>红光>蓝紫光>绿光暗带：不同色素吸收不同光，光谱相应波长区间出现暗带作用光谱（总吸收光谱）：作用光谱是其他色素共同作用成，与每个色素的光谱都不同氧气释放量与有机物生产量随光波长变化图像大致与作用光谱相同关于叶子颜色的变化→寒冷时叶绿素被破坏，变黄秋天形成红色花青素且叶绿素降解，变红（8）一般在农业选用无色玻璃塑料为适当降低光照，可选用有色玻璃或塑料薄膜；特殊状况下可以补充红橙光或蓝紫光（9）影响合成因素：光照（必要条件）、温度、矿质元素5-4-3叶绿体（1）形状：椭球形、球形（2）结构：内含许多基粒（由许多类囊体堆叠而成），基粒之间充满基质色素在类囊体薄膜上，通过类囊体薄膜堆叠大大增加接受光照表面积）（3）成分：类囊体薄膜→光合作用有关色素基质→光合作用酶、DNA、RNA（4）功能：光合作用的场所（5）分布：绿色植物叶肉细胞、幼嫩茎皮层细胞中（在不同植物细胞中数量不同）一般均匀分布，但可定向运动到向光一侧。可转动：弱光时以表面积较大一面对光；强光时以侧面对光（6）恩格尔曼的实验结论：第一个实验：氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物光合作用主要场所第二个实验：叶绿体主要吸收红光、蓝光以放出氧气巧妙处：1.选用水绵，叶绿体螺旋分布，便于观察分析2.选用黑暗无氧环境，排除外界环境和氧气干扰3.利用极细光束照射、好氧细菌检测，准确判断产氧部位4.用完全曝光水绵做对照5-4-4光合作用的探究历程（1）光合作用： 1.定义：绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物并释出氧气的过程2.必要条件：光照、水、二氧化碳3.实质：合成有机物，储存能量4.能量转化：光能→ATP中活跃化学能→有机物中稳定化学能5.意义：制造有机物，作为一切生物的物质基础；使大气维持碳氧平衡（2）1771英国普利斯特利点燃蜡烛+绿色植物，密闭→蜡烛不熄灭小鼠+绿色植物→小鼠不易死亡结论：植物能够更新空气不足：没有设置空白对照，应将点燃蜡烛及小鼠分别密闭，作为空白对照将空气更新归因于植物生长没有明确更新气体成分（3）1779荷兰英格豪斯只有阳光照射下的绿叶才能更新空气结论：植物更新空气需要绿叶和阳光（4）1845德国梅耶根据能量守恒定律推测植物进行光合作用时把光能转化成化学能储存（5）1864德国萨克斯黑暗“饥饿”处理12h的绿叶→曝光面在碘蒸气下变深蓝遮光面无颜色变化巧妙：1.设置自身对照，自变量是照光与否，因变量是颜色变化2.饥饿处理消耗掉叶片原有营养物质，增强说服力使结果更明显→热酒精脱绿处理3.证明光合作用产物是淀粉，证明光是光合作用必要条件变式：切断叶脉证明水是光合作用必要条件；将液片用内有NaOH的塑料袋包起来，证明二氧化碳是光合作用必要条件利用NaHCO3溶液平衡CO2浓度原理探究光合作用与呼吸作用光照下→光合作用消耗CO2→HCO3-减少→H+浓度低→pH值上升时间延长HCO3-大量消耗，转化成CO2量减少，H+减少速度减慢，Ph变化慢暗室中→呼吸作用释出CO2→H2CO3浓度增加→pH下降利用不同浓度NaHCO3+NaOH证明光合作用速率随CO2浓度升高而增大（6）1880美国恩格尔曼（7）1939美国鲁宾、卡门提供H218O、C18O2，追踪18O去向结论：释放的O2来自H2O同位素标记法：追踪物质的变化规律，弄清化学反应详细过程同位素标记不改变物质化学性质（8）20世纪40年代美国卡尔文小球藻追踪14CO2探明碳在光合作用中转化为有机物的途径（被称为卡尔文循环） 5-4-5光合作用的过程光反应阶段暗反应阶段概念光合作用第一阶段化学反应必需有光才能进行光合作用第二阶段化学反应有无光皆可进行实质光能转变为化学能，放出氧气同化二氧化碳形成有机物时间非常短较缓慢条件色素、光、酶、水酶、ATP、[H]、二氧化碳场所叶绿体内类囊体薄膜叶绿体基质物质转化光水的光解：2H2O→4[H]+O2↑ATP的合成酶CO2的固定：CO2+C5→2C3酶C3的还原2C3+[H]+ATP→（CH2O）+C5+ADP+Pi联系光反应为暗反应提供[H](还原型辅酶Ⅱ，NADPH)、ATP是物质和能量的准备阶段暗反应为光反应提供ADP和Pi是物质和能量转化的完成阶段既有区别也有联系，是缺一不可的整体能量转化光能→（电能→）ADP中活跃化学能→有机物中稳定化学能总反应式光能CO2+H2O——→（CH2O）+O2或叶绿体光能6CO2+12H2O——→C6H12O6+6O2叶绿体同位素示踪法：3H20→[3H]→（C3H20）+3H2O14C18O2→214C3→（14CH218O）+H2180H218O→18O2关于环境突变对几种物质含量变化的暂时影响C3C5ATP（CH2O）[H]光照变强，CO2不变↓↑↑↑↑光照变弱，CO2不变↑↓↓↓↓光照不变，CO2增多↑↓↓↑↓光照不变，CO2减少↓↑↑↓↑（CH2O）运输受阻↑↓↑↓↑5-4-6影响光合作用的因素与其原理的应用因素图像关键点的含义在生产上的应用 单因子影响光照强度A点光照强度为0，此时只进行呼吸作用，释放CO2的量，表明此时的呼吸强度。AB段表明随光照强度加强，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；到B点时，呼吸作用释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度=呼吸作用强度，称B点为光补偿点（植物白天光照强度应在光补偿点以上，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。C点为光合作用的饱和点。（1）适当提高光照强度（2）延长光合作用时间（例：轮作）（3）对温室大棚用无色透明玻璃（4）若要降低光合作用则用有色玻璃。如用红色玻璃，则透红光吸收其他波长的光，光合能力较白光弱。但较其他单色光强。光合面积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点为光合作用面积的饱和点，随叶面积的增大，光合作用不再增强，原因是有很多叶被遮挡在光补偿点以下。OB段干物质量随光合作用增强而增加，而由于A点以后光合作用量不再增加，而叶片随叶面积的不断增加OC段呼吸量不断增加，所以干物质积累量不断降低如BC段。植物的叶面积指数不能超过C点，若超过C点，植物将入不敷出，无法生活下去。适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免陡长，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。温室栽培植物时，可增加光合作用面积，合理密植是增加光合作用面积的一项重要措施。二氧化碳浓度CO2是光合作用的原料，在一定范围内，CO2越多，光合作用速率越大，但到A点时，即CO2达到饱和时，就不再增加了温室栽培植物时适当提高室内CO2的浓度，如释放一定量的干冰或多施有机肥，使根部吸收的CO2增多。大田生产“正其行，通其风”，即为提高CO2浓度、增加产量。温度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℃～35℃下正常进行光合作用，其中AB段（10℃～35℃），随温度的升高而逐渐加强，B点（35℃）以上光合酶活性下降，光合作用开始下降，40℃～50℃光合作用几乎完全停止（1）适时播种（2）温室栽培植物时，白天适当提高温度，晚上适当降温（3）植物“午休”现象的原因之一叶龄（色素含量）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、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率也基本稳定。BC段为老叶，随叶龄的增加，叶片内叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。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。又可降低其呼吸作用消耗有机物矿质元素矿质元素是光合作用的产物——葡萄糖进一步合成许多有机物时所必需的物质。如缺少N，就影响蛋白质（酶）的合成；缺少P就会影响ATP的合成；缺少Mg就会影响叶绿素的合成合理施肥可促进叶片面积增大，提高酶的合成率，提高光合作用速率 多因子影响：P点时，影响光合速率的因素应为横坐标所表示的因素。随该因子的不断增强，光合速率不断提高，当到达Q点时，横坐标所表示的因素，不再影响光合速率，要提高光合速率，可适当调整图示的其他因子。补充：光补偿点移动1.呼吸速率增加，CO2/光补偿点右移，饱和点左移，净光合作用下降呼吸速率减小，CO2/光补偿点左移，饱和点右移，净光合作用上升2.光合速率下降，同呼吸速率增加状况光合速率上升，同呼吸速率减小状况补充：光合作用与呼吸作用关系（1）：光合>呼吸（2）光合=呼吸（3）光合<呼吸（4）只有呼吸（黑暗环境下）补充：一天内O2、CO2含量变化A：O2；B：CO2判断植物是否能正常生长：判断光合作用净积累量是否大于0当植物处于光补偿点时，全天光合作用小于呼吸作用（晚上只有呼吸作用），净积累量小于0，不能正常生长5-4-7光合作用有关计算及细胞呼吸的综合计算（1）光合作用强度：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量（光合作用效率：光合产物能量/吸收光能）分为表观光合作用强度和实际光合作用强度表观光合作用强度：氧气增加量、二氧化碳减少量、植物增重量、有机物积累量、吸收二氧化碳量、植物释放氧气量以及一切实测数据实际光合作用强度：植物产生的有机物/氧气量、需要的二氧化碳量、光合作用吸收的二氧化碳量、光合作用释放的氧气量（2）光合作用实际产氧量：实测氧气释放量+细胞呼吸耗氧量 光合作用实际二氧化碳消耗量：实测二氧化碳释放量+细胞呼吸二氧化碳释放量光合作用葡萄糖净生产量：实际生产量-细胞呼吸消耗量（3）CO2来源：细胞呼吸、环境吸收O2去向：细胞呼吸、环境葡萄糖去向：细胞呼吸、贮存（4）几个常用摩尔质量葡萄糖180g/mol二氧化碳44g/mol氧气32g/mol14-碳14g/mol18-氧18g/mol氚（即3-氢）3g/mol（5）光合作用与呼吸作用同时进行，相互联系5-4-8化能合成作用1.自养生物：利用光能或某些无机物氧化时释放化学能以CO2和H20为原料合成有机物2.异养生物：利用体外环境中现成有机物维持自身生命活动3.化能合成作用：利用体外环境中某些无机物氧化时所释放能量，制造有机物的合成作用E.g.硝化细菌（化能自养需氧型）、绿硫细菌（化能自养厌氧型）