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1、细胞的代谢（光合作用）一、光合作用概述 1.概念：以 H2O和CO2 为原料，合成糖类等有机物，同时将 光 能转化为 化学 能的过程。2.场所： 绿色植物和藻类（真核细胞） 叶绿体 ；蓝细菌(蓝藻)及某些光合细菌(原核) 质膜 ；3.分析叶绿体的 亚显微 结构示意图：(1)1和2： 叶绿体内、外膜 ，不直接参与光合作用（无相关的酶与色素）。(2)5为基粒：（多个），每个基粒由多个 类囊体 堆叠形成，进行 光反应 场所，含有光合色素（ 脂 溶性色素）和光反应相关酶。 光、叶绿体(3)4为基质：进行 碳反应 的场所，含有少量DNA和RNA，有核糖体和碳反应相关酶。4.总反应式： 12H2O + 6
2、CO2 C6H12O6 + 6H2O + 6O2 二、光合色素的提取和分离1.实验试剂： 95%乙醇作用 提取色素 ；（原理： 绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂中，而不溶于水 ） 二氧化硅作用 研磨充分 ； 碳酸钙作用 防止色素被破坏（保护叶绿素） ； 层析液作用 分离色素 ；（原理： 各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扩散得快，反之则慢 ） 2.实验方法： 纸层析法 ；3.实验过程：研磨 研钵中加入绿叶的干粉、CaCO3、SiO2、95%的乙醇，充分、迅速研磨成匀浆 ：收集滤液 用单层尼龙布迅速过滤研磨液，收集滤液于试管，并及时用棉塞塞紧（防止乙醇挥发和色素氧化） ：制备滤
3、纸条 干燥定性滤纸制成长10cm、宽1cm的滤纸条，一端剪去等大的两角，并在距其1cm处用铅笔画一条细的横线 类胡萝卜素：点样 毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔画的横线画出一条细、直、匀的滤液细线，待滤液干后再画23次 叶绿素a叶绿素b叶黄素：分离 适量层析液倒入试管中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）插入到层析液中，且滤液细线要高于层析液液面（防止色素直接溶解到层析液中），用软木塞塞住试管口（防止层析液挥发） 【探究讨论】：在做“光合色素的提取和分离”实验时，得到了以下四种不同的结果，请指出成因。可能是因为研磨时未加入CaCO3，从而导致叶绿素“保护”不利，含量偏少；可能是因为没有加入提取剂95
4、%乙醇，所以提取液中不会出现色素；可能是因为滤液细线浸入层析液使色素溶解在层析液里；可能是因为研磨时未加入SiO2，导致叶片研磨不充分，最终导致各种色素的含量均减少；可能是因为研磨时加入无水乙醇过多，导致色素被“稀释”；可能是因为未选择“鲜绿”叶片，而错用了“黄叶”，从而导致色素中叶黄素、胡萝卜素含量偏多；4.植物的色素：（1）类型： 光合色素：存在于光合膜上：如 叶绿素 和 类胡萝卜素 ，溶解于有机溶剂； 非光合色素：主要存在于 液泡中 ，如 花青素 ，溶于水；（2）光合色素：（作用： 吸收光能并转化成化学能 ）色素种类含量颜色主要吸收光谱溶解度扩散速度元素叶绿素叶绿素a最多蓝绿色红光、蓝紫
5、光较小较慢C、H、O、N、Mg叶绿素b较多黄绿色最小最慢类胡萝卜素（多种黄、橙和红的色素的总称）胡萝卜素最少橙黄色蓝紫光最大最快碳氢链叶黄素较少黄色较大较快其它色素微量红色等画出叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱：（概念：以某种物质对不同波长光的 吸收率（即吸光率） 为纵坐标，以 波长 为横坐标，所得的曲线就是该物质的 吸收光谱 。）注：1. 叶绿体中的色素只吸收可见光（波长为400700nm），而对红外光和紫外光等不吸收。2. 光合色素对其他光并非不吸收，只是吸收少。3. 叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同。4. 叶绿素对绿光吸收很少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色 【探究讨论1】：初生的
6、植物，叶片是黄绿色的，原因是 初发育的嫩叶，合成的叶绿素少，不足以遮盖黄色色素的颜色 ；长大后，叶片是深绿色的，原因是 叶绿素合成多，遮盖了黄色色素的颜色 ；到了秋冬季节，叶片枯黄了，原因是 温度低光照弱，叶绿素的合成减慢甚至停止，故又不足以遮盖黄色色素的颜色 。【探究讨论2】：自然光下，无色透明大棚中植物的光合效率与有色大棚中植物的光合效率？ 无色有色无色透明大棚，接受等强度的白光、红光、绿光时植物的光合效率？ 红光白光绿光 三、绿色植物的光合作用过程：三碳糖H+、e-H2O蔗糖合成淀粉、脂质、蛋白质的原料PiRuBPCO2三碳酸PiADPNADP+NADPHO2ATP光反应碳反应场所类囊体
7、膜叶绿体基质条件光、色素、酶多种酶物质转换光、叶绿体水的光解：H2O 2H2e1/2 O2酶ATP的合成：ADPPi能量 ATP酶NADPH的合成：NADPH2e NADPH酶CO2的固定：3CO23RuBP 6三碳酸酶三碳酸分子的还原：ATP、NADPH6三碳酸分子 6三碳糖酶RuBP的再生：5三碳糖 3RuBP能量转化光能 电能 ATP、NADPH 中活跃化学能 有机物 中稳定化学能联系光反应为碳反应提供 ATP、NADPH ，碳反应为光反应提供 ADP、Pi、NADP+ ；重难点：卡尔文循环3CO2 + 3RuBP（全称： 核酮糖二磷酸 ） 6三碳酸（全称： 3-磷酸甘油酸 ） 6三碳糖
8、（全称： 三碳糖磷酸 ）卡尔文循环从 1个五碳分子 开始，在酶的 催化 作用下，CO2与RuBP 结合先形成1个 六碳 分子，随即分解成2个 三碳酸 。卡尔文循环的关键步骤是 三碳酸的还原 ，即每个三碳酸分子接受来自 ATP 的 磷酸基团 （物质）和来自 NADPH 的 氢 （物质），形成 三碳糖 。卡尔文循环中三碳糖以后的许多反应，都是为了 再生RuBP ，以保证此循环的不断进行。若要1分子的三碳糖离开卡尔文循环，卡尔文循环要进行 3 次。离开卡尔文循环的三碳糖（占比 1/6 ）： 少 部分在叶绿体内作为 合成淀粉、脂质、蛋白质 的原料， 大 部分在叶绿体外转变成 蔗糖 ，供植物体所有细胞利
9、用。 RuBP、三碳酸和三碳糖含有的元素为 C、H、O、P ；核酸、磷脂、ATP和NADPH含有的元素为 C、H、O、N、P ；总结：1.NADPH的功能：作为 还原剂 ，并为碳反应中三碳酸的还原提供 氢和能量 ；ATP的功能：为碳反应中三碳酸的还原提供 磷酸基团和能量 ；2. NADP+ 是氢的受体， NADPH 是氢的载体。3.光反应中产生的ATP只能用于 碳反应 ，植物一生中光反应产生的ATP比细胞呼吸 多 （多、少、无法比较）。注：光合作用合成的有机物除用于细胞呼吸外，还用于植物的生长发育繁殖，所以光合作用产生的ATP比细胞呼吸的多4.水的光解需要 光合色素 ，光合作用能在 碳反应 过
10、程中产生水。5.碳反应虽然无需光直接参加，但需要光反应产生的 ATP 和 NADPH ，因此碳反应只能在黑暗条件下进行极短时间。6.光合作用过程中ATP和NADPH在叶绿体中的转运方向是从 类囊体膜 到 叶绿体基质 ，ADP和NADP+在叶绿体中的转运方向是从 叶绿体基质 到 类囊体膜 RuBP7.元素示踪法：如果用14C标记CO2，那么光合作用中碳转移的最可能途径是 CO2 三碳化合物 有机物 。给植物提供H218O，首先出现的含18O的是 O2 ，较长时间后呢 CO2、有机物 。给植物提供C18O2，较长时间后，出现18O的物质是 有机物、H2O、O2 。8.外界环境骤变时光合作用中三碳酸、RuBP、NADPH、ATP、ADP、NADP等物质变化规律条件三碳酸 (C3)RuBP（C5）NADPH和ATP三碳糖合成量停止光照，CO2不变光照增强，CO2不变光照不变， CO2减少光照不变，CO2增加此表只是短时间内各物质的相对量的变化