5.4能量之源——光与光合作用
一、实验
1．标题：绿叶中色素的提取和分离
2．目的：捕获光能的色素
①色素的提取
②色素的分离：色素的种类和含量
3．原理
（1）提取：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇或丙酮中
（2）分离：纸层析法。各色素在层板液中的溶解度不同。溶解度高的，随层析液在滤纸上扩散得快，滤纸上跑得远；溶解度低的，随层析液在滤纸上扩散的慢，滤纸上跑得近
4．取材：新鲜的绿叶，色素含量高
5．试剂
（1）无水乙醇：溶解色素（分次少量添加）。替代试剂，95%乙醇+适量的无水碳酸钠（除去乙醇中的水分）
（2）层析液：使色素分层离析。配制，20份在60-90℃下分馏出来的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成。替代试剂，93号汽油
（3）二氧化硅：助于研磨充分，使色素充分释放
（4）碳酸钙：中和酸性物质，防止研磨中色素被破坏
6．步骤
（1）提取绿叶中的色素
①称取绿叶五克，剪碎，放在研钵中
②加入少许SiO2、CaCO3，再加入10毫升无水乙醇。进行快速、充分的研磨（防止乙醇挥发、充分溶解色素）
③过滤杂物：将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（基部放置单层尼龙布）
④获取绿色滤液后，及时用棉塞将试管口封严（防止乙醇挥发和色素氧化）
（2）制备滤纸条：
①将干燥的定性滤纸剪成稍小于试管长与直径的滤纸条（干燥处理，使层析液扩散快）
②将一端减去两角（防止两侧色素扩散快，色素带不整齐；插入层板液时的方向）
③并在距这一端1厘米处用铅笔画一条细线：为画滤液线提供参考
（3）画滤液细线
①用毛细吸管吸取少量滤液：吸取量少，易画线
②沿铅笔线均匀划出一条细线：要求细、齐、直（使分离出的色素带平整、不重叠）
③待滤液干后，重复1-2次：积累更多色素，使分离出的色素带清晰分明
（4）分离绿叶中的色素
①取适量层析液倒入烧杯中
②将滤纸条轻插入层析液中：有滤液细线的一端朝下（尖端）
③滤液细线在层析液上方，不触及：以防止色素溶解于层析液中而无法分离
④用培养皿盖住：防止层析液挥发
（5）观察与记录
①注：叶绿体中不同色素对于不同波长的光吸收峰值不同
7．结果分析
（1）色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有四种色素
（2）色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明含量越多
（3）色素带扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越高
（4）相邻两条色素带之间距离最远的是胡萝卜素和叶*素，最近的是叶绿素a和叶绿素b
8．分布：叶绿体的类囊体薄膜上（增加膜面积→增加酶的附着点和色素含量）
9．花红叶绿：叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来；液泡中的色素（液泡中的色素一般是水溶性，不参与光合作用）
10．功能
（1）吸收、传递光能：绝大多数的叶绿素a，以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶*素
（2）转化光能：少数处于特殊状态的叶绿素a
11．进一步探究：圆形滤纸层析法
（1）方法：在圆心处→点样→插牙签，牙签通入层析液中
（2）现象：4个同心圆。最外层是胡萝卜素。圆形的厚度类似条形纸层析法
12．实验失败
（1）色素提取液色浅
①研磨不充分/未加入SiO2，色素未能充分提取出来
②称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小
③酒精一次性加入，没有分批少量加入
④使用放置数天的叶片，色素含量少
⑤有机溶剂有水
⑥过滤时，用了多层纱布或滤纸，使色素残留在上面
（2）色素提取发*
①未加入碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏，色素提取液浅
②反应后未迅速记录，叶绿素在光下分解
③取材不当：叶子不新鲜、有大量叶脉、有大量的溶浆
（3）色素带不整齐
①铅笔画细线时，没有画直
②画滤液细线时，细线没有做到细且直，使色素带彼此重叠
③滤纸条一端两角剪的不对称，或没有剪
（4）滤纸条上看不见色素带
①没有加有机溶剂
②忘记画滤液细线
③滤液细线接触到层析液，色素溶解到层析液中
（5）色素没有分开
①没有盖培养皿，滤纸上的层析液挥发（减少到层析液不能淹没滤纸时，扩散停止）
②操作时间短
13．色素与叶片颜色
（1）正常绿色：正常叶片中叶绿素和类胡萝卜素的比例为3∶1，且对绿光吸收量少，所以正常叶片总是呈现绿色
（2）叶色变*：寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，叶片显示出类胡萝卜素的颜色，叶片变*；叶绿素的合成需要光照条件，黑暗环境中叶绿素合成受阻，叶子*化
（3）叶色变红：秋天时，低温和植物体内积累的可溶性糖有利于花青素的形成，花青素在酸性的叶肉细胞（液泡）中变成红色，而叶绿素逐渐降解，叶片呈现红色
14．叶绿体的结构：见细胞器
二、探究历程
1．17世纪，海尔蒙特：
（1）栽培柳树实验：浇水的柳树长大后→称土壤重量，几乎不变→植物重量，增加
（2）结论：水分是植物建造自身的原料
2．，普利斯特利
（1）实验
①点燃蜡烛+绿色植物+密闭环境→蜡烛不熄灭
②小鼠+绿色植物+密闭环境→小鼠不易窒息死亡
（2）结论：植物可以更新空气
（3）实验分析
①缺少空白对照
②实验有缺陷（必须在阳光照射下），不可重复
③没有发现光在在植物更新空气中的作用，而将空气的更新归因于植物的生长
④由于当时科学发展水平的限制，没有明确植物更新气体的成分
3．，英格豪斯
（1）普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功
（2）结论：植物体只有在光照下，只有绿叶才能更新空气
（3）实验分析：缺少空白对照（去除植物或死亡的植物重新实验）
4．，R.梅耶
（1）据能量转化与守恒定律，提出光合作用时能量转化的假说
（2）结论：植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来
（3）实验分析
①只是理论推理，没有实验证明
②没有证明光能转成化学能储存在哪种有机物中
5．年，萨克斯
（1）实验
①绿叶饥饿处理（暗处放置几小时）→一半曝光（对照组）+一半遮光（实验组）→碘蒸气处理
②现象：曝光处变蓝，遮光处无颜色变化（红棕色）
（2）结论：绿叶在光下制造淀粉
（3）实验分析
①该实验设置了自身对照，自变量为光，因变量是颜色变化（有无淀粉生成）
②无关变量相同：同一叶片生长环境相同（温度，光照，时间，水分等）
③实验的关键是饥饿处理，以使叶片中的营养物质消耗掉，增强了实验的说服力
④为了使实验结果更明显，在用碘蒸气处理之前应用热酒精对叶片进行脱色处理，去除色素干扰
⑤本实验除了证明光合作用的产物有淀粉，还证明光是光合作用的必要条件
6．，恩格尔曼
（1）实验（一）
①操作
1）实验组1：水绵+好氧菌+黑暗无空气环境+极细光束
2）实验组2：水绵+好氧菌+黑暗无空气环境+完全曝光
②现象
1）实验组1：好氧细菌集中在叶绿体光照处
2）实验组2：好氧细菌分布在所有受光部位
③结论
1）氧是由叶绿体释放出来的
2）叶绿体是进行光合作用的场所
3）光合作用需要光照
④实验分析
1）该实验设置极细光束和黑暗、完全曝光和黑暗两组对照
2）自变量为光照，因变量为好氧菌聚集的部位
⑤实验巧妙
1）实验材料选得妙：用水绵作实验材料。水绵不仅具有细而长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中，便于观察和分析研究
2）排除干扰的方法妙：实验成功的关键之一在于控制无关变量和减少额外变量，恩格尔曼将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了环境中光线和氧的影响，从而确保实验的准确性
3）观测指标设计得妙：通过好氧细菌的分布进行检测，从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位
4）实验对照设计得妙：进行黑暗+极细光束和曝光的对比实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的，形成一组对照实验。用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，形成自身对照
（2）实验（二）
①操作：用七色光谱照射（光束先透过三棱镜再照射水绵和好氧细菌的试管）
②现象：好氧细菌集中在红光和蓝紫光处
（3）拓展
①操作
1）对照组：光束透过三棱镜
2）实验组：光束先透过水绵再透过三棱镜
②现象
1）对照组：七色散光
2）实验组：光的强度较弱；由于红光、蓝紫光被吸收，当光谱透过水棉、三棱镜后，该区域呈黑色
（4）结论
①叶绿体是进行光合作用的场所：主要吸收红光和蓝紫光；光合作用产生氧气
②它内部的巨大膜表面上：不仅分布着许多吸收光能的色素分子；还有许多进行光合作用所必需的酶
（5）与生活的联系：温室或大棚→无色最好（白色把光全反射，黑色把光全吸收→制造无光环境）
7．，鲁宾和卡门
（1）同位素标记法
①定义：用同位素追踪物质的运行和变化规律
②特征：不改变标记物的化学性质，只改变相对分子质量及放射性
③用途：弄清化学反应的详细过程
④操作：标记特征化合物，如核酸→P；蛋白质→S
（2）实验
①HO+CO2+植物→产生18O2
②H2O+C18O2+植物→产生O2
（3）结论：光合作用产生的O2来自于H2O
（4）实验分析
①相互对照实验：自变量是标记物质，因变量是氧气的相对分子质量或放射性
②用同位素标记法追踪元素在光合作用中的转移途径
8．20世纪40年代，卡尔文
（1）实验：14C标记14CO2→有机物中有放射性或相对分子质量较大
（2）结论：光合产物中有机物的碳来自CO2
三、光合过程
1．定义：绿色植物（对象，广义上还包括光合细菌）通过叶绿体{场所，还包括光合细菌的细胞质（具体形式和部位与细菌的结构有关）}利用光能（能量的输入）把CO2和H2O（反应物）转化成储存能量的有机物（能量的输出/产物）并释放出O2的过程（产物）
2．光反应
（1）概念：光合作用第一阶段，必须有光才能进行
（2）实质：光能转换为化学能，并放出氧气
（3）场所：叶绿体内的类囊体薄膜上
（4）条件：光、色素、酶、水、ADP、Pi
（5）时间：短促
（6）物质变化
①水的光解：2H2O→（光）4[H]+O2不需要酶的催化。[H]的去向→从类囊体薄膜到叶绿体基质，参与暗反应C3的还原。O2的去向→释放到叶绿体外供细胞呼吸或排到无机环境
②ATP的合成：ADP＋Pi→（酶）ATP。ATP的去向→从类囊体薄膜到叶绿体基质，参与暗反应C3的还原
（7）能量变化：光能→光解水和转变为活跃的化学能贮存在ATP中
3．暗反应
（1）概念：光合作用第二阶段，有无光均可
（2）实质：同化二氧化碳形成有机物
（3）场所：叶绿体的基质中、维管束鞘细胞
（4）条件：[H]、ATP、多种酶、CO2、C5
（5）时间：较缓慢，且在无光后，可继续进行一段时间
（6）物质变化
①卡尔文循环：CO2变成有机物的途径（同位素标记）
②CO2的固定：CO2＋C5→(酶)2C3。二氧化碳来自无机环境和细胞呼吸
③C3的还原：2C3+[H]→(ATP,酶)(CH2O)+C5。ADP+Pi→循环，移至类囊体薄膜上。C5→循环，先作反应物再作产物。C3→中间产物。(CH2O)→终产物：能量的储存物质
（7）能量变化：ATP中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能
4．联系
（1）光反应为暗反应提供[H]和ATP：暗反应为光反应提供ADP、Pi、氧化型辅酶I；光反应产生的ATP只利用于暗反应
（2）没有光反应，暗反应无法进行：没有暗反应，有机物无法合成
（3）光反应是物质和能量准备阶段，暗反应是延续、完成阶段：光反应结束后，暗反应持续2~3秒，至ATP、[H]耗尽。∴最有效的光合作用，是利用间隔很短的光-暗转换条件
（4）氧气除供给线粒体利用外，其余的释放到外界环境中
5．反应式
（1）CO2＋H2O→(光能、叶绿体)(CH2O)＋O2叶绿体提供反应场所和酶
（2）6CO2＋12H2O→(光能、叶绿体)C6H12O6＋6H2O+6O2
6．元素转换
（1）C：CO2→C3→(CH2O)
（2）H：H2O→[H]→（CH2O）+H2O（即在暗反应的第二步，[H]提供H+、e，C2O提供O2-形成H2O）
（3）O：H2O→O2
7．三转换
（1）ADP+Pi→ATP：光反应阶段
（2）ATP→ADP+Pi：光反应产生的ATP只用于暗反应，转换为ADP+Pi。即ADP、Pi循环
（3）NADP++H++2e+能量→（酶）NADPH：光反应阶段。氧化型辅酶II→还原型辅酶II
（4）NADPH→（酶）NADP++H++2e+能量：暗反应阶段，还原C3生成C5和（CH2O）。还原型辅酶II→氧化型辅酶II。即氧化型辅酶II循环
（5）CO2的固定：CO2＋C5→(酶)2C3
（6）C3的还原：2C3+[H]→(ATP,酶)(CH2O)+C5。即C5循环
四、其他光合作用
1．蓝藻：光合作用在光合片层的薄膜（有膜结构，但没有形成叶绿体）上进行
2．C4植物
（1）过程：CO2与C3固定形成C4→C4再被还原为C3→C3被加工后循环
（2）植物类型：玉米，高粱，甘蔗等
（3）特点：提高了固定CO2的能力；在干旱时，气孔关闭，C4植物能够利用细胞内的CO2进行光合作用
3．景天科：大部分白天光合作用，即白天吸收CO2释放O2；仙人掌，虎皮兰，景天，芦荟，吊兰等一直吸收CO2
（1）过程
①气孔夜晚开放，吸收CO2→转换成C3→转变成苹果酸（存在液泡中）
②白天气孔关闭，苹果酸释放CO2→参与卡尔文循环→形成糖类
（2）适应极度干旱的环境
五、化能合成
1．概念：某些细菌（硝化细菌、硫细菌、铁细菌）可以利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量（能源），将二氧化碳（碳源）等无机物转变成有机物
2．实例：硝化细菌的化能合成
（1）2NH3+3O2→(亚硝化细菌)2HNO2+2H2O+能量
（2）2HNO2+O2→(硝化细菌)2HNO3+能量
（3）CO2+H2O→(能量、硝化细菌)(CH2O)+O2
3．营养方式
（1）自养
①特点：以光能或无机物氧化释放的化学能为能源，以环境中的二氧化碳为碳源；合成自身的组成物质，并且储存能量
②分类：光能自养（蓝藻，光合细菌）；绿色植物；化能自养（硝化细菌）
（2）异养
①特点：以环境中现成的有机物作为能源和碳源；将这些有要物转变成自身的组成物质，并且释放能量
②关系：共生，捕食，寄生，腐生
③代表生物：人，动物，真菌，大多数细菌
4．比较
六、探究实验
1．标题：环境因素对光合作用强度的影响
2．实验原理
（1）叶片含有空气→上浮
（2）抽气后→下沉
（3）光合作用产生氧气→上浮，细胞间隙充满氧气
3．变量
（1）自变理：光照的强弱→通过台灯距离的远近
（2）因变量：光合作用强度（产氧量）→观测单位时间内上浮的叶片数量（速度）
4．操作
（1）打孔制小圆形叶片：取生长旺盛的绿叶，用打孔器打出直径为1cm的小圆形叶片30片（避开大的叶脉）
（2）抽气：注射器内有清水，叶片；重复操作
（3）放入黑暗处的清水中：避免光合作用→下沉（对照下步）
（4）光合作用
①各10片放入充满二氧化碳气体的清水中（用口通过玻璃管吹气）
②光照：强，中，弱三种光照条件下
1）强光：叶片浮起多（快）
2）中光：叶片浮起中（较快）
3）弱光：叶片浮起少（慢）
5．结论：在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用也不断增强，产生氧气多，浮起叶片多
七、光合作用的强度
1．概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量
2．表示方法：单位时间内光合作用产生有机物的量、利用二氧化碳的量、产生氧气的量
3．植物的“三率”
（1）概念
①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。检测指标：单位时间内一定量组织的CO2释放量、O2吸收量、有机物的分解量（细胞生物只要是活的，定有呼吸速率）
②净光合速率：植物绿色组织在光照条件下测得的值。检测指标：单位时间内一定量叶面积CO2的吸收量、O2的释放量、有机物的生成量。净光合速率＞0，植物积累有机物，生长发育；净光合速率=0，保证正常生命活动，不生长；净光合速率＜0，不能保证正常生命活动，长期导致死亡
③真光合速率=净光合速率+呼吸速率
（2）判定
①根据坐标曲线判定：当光照强度为0时
1）CO2吸收值为0，则该曲线表示总（真）光合速率曲线
2）CO2吸收值为负值（即释放），该值的绝对值表示呼吸速率，该曲线表示净光合速率曲线
②根据关键词判定
4．测定方法1
（1）装置：大广口瓶+植物+NaHCO3溶液（保持CO2浓度的稳定，释放/吸收CO2，即装置气体变量=氧气变化量；配制时，应煮沸后冷却）+瓶塞（一导管上有开关→控制气体；另一导管里有红墨水→观测气体量变化和液封）
（2）实验
①形成条件对照（光照或黑暗）的对比实验
②总光合速率=净光合速率+呼吸速率
③光照下：液滴右移→装置气体增加量=氧气释放量→净光合速率
④黑暗下：液滴左移→装置气体减少量=氧气吸收量→呼吸速率
5．测定方法2
（1）实验组1：用碳酸氢钠+光照条件→液滴右移→净光合速率
（2）实验组2：换成NaOH+黑暗条件→液滴左移→呼吸速率
6．测定方法3
（1）黑白瓶法：“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量
（2）规律
①总光合作用量（强度）=净光合作用量（强度）+有氧呼吸消耗量（强度）
②有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量（或二氧化碳的增加量）为有氧呼吸量。白瓶中氧气的增加量（或二氧化碳的减少量）为净光合作用量；二者之和为总光合作用量
③没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量（初始量+光合量-呼吸量）—黑瓶中测得的现有量（初始量-呼吸量）=总光合作用量
④“黑白瓶”同时实验1h，呼吸总时1h，光合总时1h，计算参考上述。“白瓶”先黑暗后光照各处理1h，则呼吸总时为2h，质量变化为2a（不考虑正负，只看数值），光合为1h，质量变化为1b→呼吸总量=2a，净光合量=b+a，总光合量=b+2a
7．测定方法4
（1）叶片上浮法：参考探究实验
8．测定方法5：半叶称重法
（1）与萨克斯实验类似：将对称叶片左侧遮光右侧曝光，并采用适当的方法阻止两部分之间的物质和能量的转换。在适宜光照下照射一段时间后，从侧截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为a、b。a→截取面积在这段时间内的，初始质量-呼吸作用有机物的消耗量；b→截取面积在这段时间内的，初始质量+光合作用有机物的生产量-呼吸作用有机物消耗量；b-a=截取面积在这段时间内的，光合作用合成的有机物量。∴真光合速率=(b-a)/(截取面积·时间)
9．物理误差校正：温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正（空白对照组的移动方向和实验组相同时，实验数据校正=实验组-对照组；若相反，用加法）试剂配制时，应煮沸后冷却
八、影响因素及应用
1．内部因素
（1）与植物自身的遗传特性有关
①曲线图：阴生植物的曲线图起点高、终点低、光补偿点小
②阴生植物的光补偿点比阳生植物所需要的光照强度低
③在一定光照强度范围内，阴生植物的光合速率比阳生植物强；超过某一值后，阳生植物光合速率强
④光照强度的变化对于阳生植物的影响更明显
（2）植物的叶片状况
①叶龄
1）曲线图：在一定范围内，随叶龄增加，叶面积增大，叶绿体增多，光合速率增强；正相关
2）当叶面积、叶绿体、叶绿素处于稳定状态时，光合速率基本稳定；平行线
3）随叶龄增长，叶绿素被破坏，光合速率下降；负相关
4）应用：农作物生长后期，适当摘除发*等老叶，降低细胞呼吸对有机物的消耗
②光合作用面积
1）曲线图：总光合量→饱和现象，影响条件有：叶被遮挡，光照不足；呼吸量→正相关，面积越大，光合作用越强；干物质量（有机物质量）：先升（干物质量随叶面积增大而增加）后降（光合作用不再增加，但叶的呼吸量不断增加，被呼吸消耗）
2）应用：适当修剪、合理密植
2．外部因素
（1）光
①光照强度：光补偿点，呼吸作用与光合作用强度相等。注：对于一个叶肉细胞，补偿点考查的是“率”相等，同时“量”也相等；对于一个叶片/植株，∵所有细胞都进行呼吸作用，而某些细胞进行呼吸+光合作用，∴此时，对于叶片来说，光合总量=呼吸总量，光合作用强度＞呼吸作用强度光照强度。影响ATP、[H]的产生，进而影响暗反应速率
1）曲线图：负起点的饱和现象
2）应用，解答光合作用与呼吸作用综合题：有氧呼吸的CO2释放量=O2吸收量；光合作用的CO2吸收量=O2释放量；比较CO2与O2量可知呼吸和光合作用的速率；进O2出CO2→呼吸光合，只有呼吸；进CO2出O2→光合呼吸；不进不出→呼吸=光合。大棚和温室的农作物提高光照强度。间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的配置等
②光质：不同波长的光
1）白光：复合光，作用强；大棚和温室用无色材料
2）同强度的单色光：光合作用强度，红光＞绿光
3）同强度的光：光合作用强度，红光＞白光
4）光质骤变：若由白光突然改用光照强度与白光相同的红光，则可利用的光增加，光反应增强，ATP含量增加，未被还原的C3减少。若由白光突然改用光照强度与白光相同的绿光，可导致光反应速率减慢，光反应产生的[H]和ATP减少，而短时间内暗反应仍以原来的速率进行，消耗[H]和ATP，故短时间内[H]含量会下降；同理，绿光下由于[H]和ATP含量下降，导致C3被还原为C5的速率减慢，而暗反应中CO2的固定仍以原来的速率消耗C5，故短时间内C5的含量会下降
③时长：零起点的饱和图
④光照面积：零起点的饱和图
（2）温度：主要影响酶的活性（主要影响暗反应）
①曲线图：类似酶的抛物线
②应用：适时播种；温室和大棚，白天适当提温提高光合速率，夜间降温降低呼吸消耗，利于有机物的积累
（3）二氧化碳浓度：影响暗反应C3的生成
①曲线图：类似光照强度。CO2补偿点：光合作用作用强度=呼吸作用强度
②应用：增施有机肥；温室投干冰或与动物棚相连；大田生产“正其行，通其风”，增加二氧化碳浓度
（4）矿质元素
①影响酶（Fe、N）、叶绿素（N、Mg）、[H]（N、P）、ATP（N、P）、淀粉的合成和运输（K）等合成
②曲线图：类似抛物线
1）在一定范围内，增加元素供应，可提高光合速率
2）超过一定浓度后，土壤浓度过高，导致植物渗透失水而萎缩，至死亡→烧苗
③应用：合理施肥；促进叶片面积增大，叶绿素合成，促进光合产物的运输和转化
（5）水分
①光合作用的原料：缺水：直接影响光合作用；过多：导致植物死亡
②新陈代谢的媒介
③物质运输的介质：缺水，糖类堆积，光合产物输出缓慢；温度高，蒸腾作用过强→间接导致叶片气孔关闭、限制CO2进入叶片
④曲线图：零点开始的抛物线
⑤应用：及时、合理灌溉
九、补偿点的含义及变化规律
1．在补偿点，植物光合作用强度等于呼吸作用强度
2．若改变某一因素（如光照、二氧化碳浓度）使光合作用增大（减小），而呼吸作用不受影响（即呼吸作用产生的二氧化碳不满足光合作用），为使光合作用与呼吸作用强度等，则补偿点应左移（相当于二氧化碳减少，光合作用降低，左移）（右移）
3．若改变某一因素（如温度）使呼吸作用增大（减小），为使二者相等，则补偿点应右移（左移）
十、饱和点的变化规律
1．当横坐标对应的因素对光合作用最大值不产生影响时，若改变某一因素（如二氧化碳浓度）使光合作用增大（减小）,则饱和点应右移（二氧化碳增加，光合作用时间延长）（左移）
十一、外界环境聚变
1．分析方法
（1）画出光合作用的示意图
（2）结合物质的生成和消耗路径
2．解题规律
（1）短时间内发生的，且是相对含量的变化
（2）C3和C5含量的变化是相反的：若C3含量增加，则C5含量减少
（3）[H]、ATP和C5的含量变化是一致的，都增加，或都减少
（4）碳水化合物的量与光合作用的条件呈正比：光照/二氧化碳增加→碳水化合物增加
3．过程分析
4．模型图分析，见图
十二、与有氧呼吸联系
十三、多因素对光合速率的影响：除了影响因素外，给予植物最适的生长环境；且认为呼吸强度没有发生变化
1．典例分析
（1）以光照强度和二氧化碳浓度为影响因素，且以光照强度为X轴，以光合作用速率为Y轴，以二氧化碳浓度为图示
（2）多条曲线的重合部位
①描述：在一定范围内，随着光照强度的增加，不同二氧化碳浓度下，植物光合速率增长速率一致
②影响因素：只有光照强度。即曲线的重合部位，影响因素只是横坐标所表示的因素
（3）最左分岔点至最右饱和点间
①描述：在一定范围内，随着光照强度的增加，二氧化碳浓度越高，植物光合速率增长越快，至饱和
②影响因素：光照强度和二氧化碳浓度。即曲线分岔点至饱和点间，影响因素是横坐标所表示的因素及图示因素
（4）最右饱和点后
①描述：超过某范围后，随着光照强度的增加，不同二氧化碳浓度下，植物光合速率都保持稳定；且浓度越高，曲线的饱和点越高越右
②影响因素：二氧化碳浓度。即饱和点后，影响因素是图示因素。此时，若改变图示因素至最适，曲线的饱和点提高、右移。若在最适光照强度、二氧化碳浓度的曲线中，可通过改变色素含量、酶量等来提高和右移饱和点，即充当影响因素。∴最高饱和点的影响因素是除横坐标所示因素及图示因素以外的因素
十四、光合作用的昼夜变化
1．无机环境中
（1）除了影响因素外，给予植物最适的生长环境
（2）且认为呼吸强度没有发生变化：一般，要同时测定一昼夜呼吸变化→取平均值，即曲线的平行段
（3）且一般不考虑温度的影响
（4）光合作用的二氧化碳来源于无机环境和植物的呼吸作用
（5）并不是所有植物都有“光合午休”：若无“光合午休”，则光合阶段的曲线一直上升到某时再下降
（6）∴自变量是时间和光照强度，因变量是净光合速率或二氧化碳的变化量
2．密闭环境中
（1）除了影响因素外，给予植物最适的生长环境
（2）∵密闭环境，∴二氧化碳的来源只有植物的呼吸作用和装置
（3）需要考虑光照强度和温度的变化：2-4时，密闭环境昼夜变化中，因为温度降低→呼吸降低；而2-4时，无机环境昼夜中呼吸不变→不考虑温度变化
（4）光合作用的二氧化碳只来源于呼吸作用
（5）并不是所有植物都有“光合午休”：若无“光合午休”，则光合阶段的曲线不会出现聚降段
（6）∴自变量是时间、光照、温度，因变量是净光合速率或二氧化碳的变化量
（7）注：在提供恒定光照的短时间密闭环境中，自变量是二氧化碳浓度。变化规律一般为：二氧化碳减少、氧气增加，最后达到补偿点状态即净光合减小到0
十五、细胞能量的来源和去路
1．三来源
（1）细胞呼吸
①分类：有氧呼吸、无氧呼吸
②场所：真核→细胞质基质、线粒体；原核→细胞质、细胞膜
③生态系统成分：生产者、消费者、分解者
（2）光合作用
①分类：利用叶绿体的光合作用；光合细菌的光合作用
②场所：叶绿体；光合细菌的细胞质
③生态系统成分：生产者
（3）化能合成：以硝化细菌代表；生态系统成分→生产者
2．三去路
（1）形成ATP
①细胞呼吸作用、化能合成作用、光合细菌释放的能量形成直接能源物质ATP，用于各项生命活动
②叶绿体光反应产生的ATP只作用于暗反应阶段
（2）热散失：大部分能量以热的形式散失；对于恒温动物用来维持体温
（3）储存在有机物中
①对于无氧呼吸，绝大多数没有被释放的能量储存在乳酸、酒精中
②保证生命活动正常进行下，没有被利用的有机物转化成其他物质（脂质、蛋白质等）
3．病*
（1）不制造、释放、利用、储存能量，利用宿主的原料和能量进行生命活动
（2）不属于生态系统的成分
4．条件
（1）能量以物质为载体
①物质的生成、分解或转化涉及能量的制造、释放、利用、储存
②能量的制造、释放、利用、储存也涉及物质的生成、分解或转化
③能量和物质的最终来源是无机环境
④生产者制造能量、固定有机物，且能量储存在有机物中
⑤分解者分解有机物；与生产者实现物质的循环
⑥消费者通过捕食关系（食物链/网），把有机物中的能量流动到下一营养级
⑦所有细胞生物均利用能量，保证生活活动的正常进行
⑧并不是所有生命活动都需要能量，如渗透、营养物质的消化等
⑨并不是所有生物均需要能量，如病*
（2）各种反应、反应各阶段所需的条件不同
十六、种子萌发：植物要生长发育，必须光合＞呼吸。种子由胚乳及其他结构组成。在种子的萌发过程中，胚乳提供呼吸所需要的能量和为其他物质/结构的合成提供原料。例如，一部分胚乳有氧呼吸，释放二氧化碳和能量，能量用于生命活动，而二氧化碳排到无机环境中；呼吸产生的水和其他胚乳成分转换为胚根。∴胚乳质量的减少有两方面：释放的二氧化碳和转换；其中二氧化碳的排放，也使种子的质量减少；但胚乳的转换只是减少了胚乳的质量没有改变种子的质量。期间，因为没有光合作用，干物质的量一直下降，直到胚芽长出，进行光合作用。在整个萌发过程中，新陈代谢旺盛，∴种子需要不断吸水
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