光合作用:捕获阳光的绿色工厂
地球每年通过光合作用把上万亿千克的太阳能「锁」进有机物——你呼吸的每一口氧气、吃的每一顿饭,都是叶绿体的产品。本章是高考实验与曲线题的第一大户,抓住「两条流水线(光反应、暗反应)+ 三个变量(光、、温度)」就能稳住基本盘。
色素:工厂的「采光系统」
绿叶中的色素位于叶绿体类囊体薄膜上。提取用无水乙醇(色素溶于有机溶剂),研磨时加 (使研磨充分)、(防止研磨中色素被破坏);分离用纸层析法——四种色素在层析液中溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快。
滤纸条上四条色素带,从上到下:
| 顺序 | 色素 | 颜色 | 记忆要点 |
| 1(最快) | 胡萝卜素 | 橙黄色 | 溶解度最高 |
| 2 | 叶黄素 | 黄色 | 两类胡萝卜素合称「类胡萝卜素」,主要吸收蓝紫光 |
| 3 | 叶绿素 a | 蓝绿色 | 含量最多,带宽 |
| 4(最慢) | 叶绿素 b | 黄绿色 | 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,基本不吸收绿光——所以叶子呈绿色 |
易错点:色素带的宽窄代表含量,位置(扩散距离)代表溶解度;秋天叶子变黄是叶绿素分解快、类胡萝卜素显色;「绿叶中色素的提取和分离」实验滤液细线要画得细、直、齐且干燥后再画第二次。
探究历程:课本上的五个「名场面」
- 萨克斯:叶片一半遮光、一半曝光,碘蒸气检验——曝光处变蓝 ⇒ 光合产物是淀粉、光合作用需要光;
- 恩格尔曼:水绵(带状叶绿体)+ 好氧细菌,极细光束照射——细菌聚集成堆处即放氧处 ⇒ 氧气由叶绿体释放、叶绿体是光合场所;
- 鲁宾、卡门:同位素 18O 分别标记 与 ⇒ 全部来自水,不来自 ;
- 卡尔文:14C 标记追踪 中的碳 ⇒ 暗反应中碳的转移途径 。
光反应与暗反应:两条衔接的流水线
- 光反应:必须有光,在类囊体薄膜上进行。两件事:水的光解放氧、供 ;把光能转成 ATP 中活跃的化学能;
- 暗反应:有光无光都可进行,在叶绿体基质中进行。两件事: 与 结合被固定为 2 个 ; 接受 和 ATP 释放的能量被还原成糖类(同时再生 )。
两者的物质联系是考试命题的「暗门」:光照突然停止 ⇒ 光反应骤停 ⇒ 、ATP 减少 ⇒ 还原受阻而积累、 因来源少而减少; 供应突然停止 ⇒ 生成受阻而减少、 积累。把这张「增减表」推熟,考试只需代入条件。
总反应式:
公式 (1)
影响光合作用的环境因素
- 光照强度:曲线先直线上升(光反应限制),出现光饱和点后趋平(受 或酶限制); 浓度、温度都会移动饱和点的位置;
- 浓度:直接影响暗反应的固定步骤,有饱和点;
- 温度:通过影响酶活性起作用,有最适温度。
分析光照强度曲线必须区分真光合与净光合:
公式 (2)
- 曲线与横轴的交点是光补偿点(光合=呼吸,有机物不积累);此后的平台是光饱和区;
- 一昼夜有机物积累量 白天净积累 晚上呼吸消耗。景天科植物(CAM)夜晚开孔储 、白天闭孔——「午休」与抗旱的高阶题型。
例(密闭装置分析):密闭玻璃罩中放一株植物,中午光照最强时测定光合速率反而出现低谷(「光合午休」)。
原因链:光照过强、温度过高 ⇒ 植物蒸腾失水过多 ⇒ 气孔部分关闭 ⇒ 进入减少 ⇒ 暗反应减弱 ⇒ 光合速率下降。对策:适当遮阴、通风(补充 )。大棚生产中增施有机肥(分解释放 )、施用气肥、保持通风,都是围绕「抬升暗反应原料浓度」做文章。
光合与呼吸的联手表
- 场所对比:光合在叶绿体;有氧呼吸主要在线粒体(第一阶段在细胞质基质);
- 条件对比:光合需要光(光反应)、色素;呼吸有光无光都进行;
- 物质对比:光合的原料恰是呼吸的产物;两者同时存在时,植物表观上是吸氧还是放氧、吸 还是放 ,取决于两者的相对强弱;
- 能量对比:光合是储能(光能 → 有机物中的化学能),呼吸是放能(有机物 → ATP + 热能)。
记忆点:光合作用的全部公式可以压缩成三句——光反应产「氢」产「钱」(ATP),暗反应「固碳」还「原」成糖;光骤停卡还原、碳骤停卡固定。把两条流水线画熟,一切曲线题都只是在这张图上加条件。