植物如何同时利用光合作用、呼吸作用、吸收作用来进行生长的实验报告单

【专家解说】：　一、绿色植物的光合作用 ―― 生物能量获得 　　㈠光合作用的发现史 　　1、1864年，德国著名植物生理学家朱利叶斯.萨克斯实验结论是什么？ 　　成功地证明植物叶片在光合作用中形成淀粉。光合作用需要光。 　　2、1880年，德国科学家恩吉尔曼实验的巧妙之处是什么？结论是什么？ 　　水绵细胞中有带状的叶绿体，好氧菌进行有氧呼吸需要氧气 　　结论：植物光合作用需要光，放氧结构是叶绿体 　　3、1938年，美国的科学家鲁宾（S.Rubin ）和卡门（Carmen）实验 　　方法：采用同位素示踪法研究氧气的来源 　　结论：证明了光合作用中释放的氧气完全来自水，同时还说明水的光氧化和二氧化碳的还原是分别进行的。 　　㈡叶绿体色素 　　⑴存在部位：囊状结构薄膜 　　⑵提取和分离 程 序提 取 叶 绿 体 色 素分 离 叶 绿 体 色 素原 理 　　叶绿体色素分子不溶于水，但溶于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂。在层析液推动下，各种色素沿着滤纸上升的扩散速度不同，被滤纸吸附在一定的位置。方 法 步 骤①材料准备： ②研磨提取： ③收集滤液：④滤液划线： ⑤层析分离： ⑥色素展层：注 意 事 项叶片要剪碎，研磨要充分，速度要快。滤液画线要细、直、浓，层析液不能没过滤液画线，操作完后要洗手　　⑶种类及其吸收光谱（选修和必修结合） 种　 类颜　 色含 量 %吸 收 光 谱叶绿素叶绿素a 叶绿素b蓝绿色 黄绿色50.0 25.0吸收和转换光能吸收、传递光能类　胡 萝卜素叶黄素 胡萝卜素黄　色 橙黄色17.0 8.0补充资料：影响叶绿素合成的环境因素　　许多环境条件影响叶绿素的合成，所以也影响叶色的深浅。光照是影响叶绿素合成主要条件。光线过弱，植株会出现黄化现象，如豆芽，韭黄。温度主要通过影响酶的活性而影响叶绿素合成。一般来说，叶绿素形成的最低、最适和最高温度分别是2—4℃、30℃左右和40℃。植株缺乏氮、镁、铁、锰、铜、或锌等元素不能合成叶绿素，呈缺绿病。其中，氮和镁是组成叶绿素的元素，而镁、铁、锰、铜、或锌等可能是叶绿素合成过程中某些酶的活化剂。 　　㈢光合作用的过程 　 项　 目光反应暗反应区 　　别反应部位 与光关系 反应步骤 主要产物 反应实质叶绿体片层膜上 由光引起，在光下进行 ①叶绿素吸收和转化光能 ②水光解和放氧 ③光合磷酸化 ④NADPH的产生 O2 、ATP、NADPH 光能→电能→化学能叶绿体基质中 不需要光 ①CO2的固定 ②三碳酸被还原 ③合成葡萄糖等 ④C5的再生 葡萄糖等有机物 同化CO2形成贮能有机物两 者 联 系光反应为暗反应提供ATP和有还原能力的NADPH ；暗反应继续完成储存能量于光合产物的过程　　㈣C3植物和C4植物的区别： 特征C3植物C4植物（玉米、甘蔗、高粱等）叶结构维管束鞘细胞不含叶绿体，其周围叶肉细胞排列疏松维管束鞘含有叶绿体，其周围叶肉细胞排列紧密，和维管束鞘细胞共同构成花环结构。CO2 固 定部位 受体 酶 固定产物 固定效率叶肉细胞 五碳化合物RuBP（二磷酸核酮糖） 与CO2亲和力低 三碳化合物（3磷酸甘油酸） 低叶肉细胞、维管束鞘细胞 三碳化合物PEP（磷酸烯醇式丙酮酸） 与CO2亲和力高 四碳化合物（草酰乙酸） 高CO2同化为有机物叶肉细胞内通过C3途径实现在维管束鞘细胞内通过C3途径实现植物类型典型温带植物典型热带或亚热带植物　　㈤光合作用的意义：生物界最基本的物质代谢和能量代谢 　　⑴同化碳素形成有机物，促进生物圈的碳循环 　　⑵转化光能为生命活动提供动力 　　⑶净化空气 　　⑷生物进化的意义：光合作用使有氧呼吸型的生物得以发生和发展，对O3层的形成有重要作用 　　㈥提高农作物对光能的利用率（措施） 途径延长光合作用时间增加光合面积提高光合作用效率具体措施间种、套种、轮种⑴合理密植 ⑵间作套种⑴控制光照强弱和光质 ⑵增加CO2浓度 ⑶合理施肥　　二、呼吸作用 ――生物能量转换 　　⒈呼吸作用的概念内涵 　　⑴活细胞内有机物的分解反应　 　　⑵伴有能量的释放、转移 　　⑶分为有氧呼吸和无氧呼吸 　　⒉有氧呼吸 　　⑴过程 　　　　　　　　　　 　　⑵特征（概念要素） 　　①有游离氧参加 　　②有机物被彻底氧化分解 　　③释放能量生成大量的ATP 　　④主要在线粒体中进行 　　⑤总反应式如下： 　　⒊无氧呼吸 　　⑴乳酸发酵和酒精发酵的过程 　　　　　　　　　　　　　 　　⑵特征（概念要素） 　　①全过程无游离氧参加 　　②复杂有机物降解为简单有机物 　　③释放能量生成少量的ATP 　　④始终在细胞质基质内进行 　　⑤乳酸发酵和酒精发酵反应式如下： 　　 　　⑶无氧呼吸与有氧呼吸的比较 类型有氧呼吸无氧呼吸区别与氧关系 最终产物 释放能量 呼吸部位有O2参加 CO2和H2O 多 主要在线粒体内无O2参加 主要是简单有机物 少 始终在细胞质基质内　 联　　 系糖解过程相同，丙酮酸继续反应的途径不同 　　⒋呼吸作用的意义 　　⑴细胞呼吸能为生物体的生命活动提供能量 　　⑵中间产物作为其它有机物合成的原料。 　　5．光合作用和呼吸作用的比较 　光合作用呼吸作用区 别细胞类型 与光关系 场　 所 物质转变 能量转换植物细胞 只在光照下发生 叶绿体 合成有机物 储能过程植物细胞和动物细胞 有光无光都发生 线粒体和细胞质基质 分解有机物 主要为放能过程联　　 系①光合放氧为呼吸使用；呼吸释放CO2被光合同化；呼吸作用分解的有机物正是光合作用所制造的 ②中间产物（三碳化合物）可交替使用；共用ATP 　　【典型例题分析】 　　1．分别在A、B、C三个研钵中加2克剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，即：深绿色、黄绿色（或褐色）、几乎无色。 处理ABCSiO2（少量）+++CaCO3（少量）－++95%乙醇（10毫升）+－+蒸馏水（10毫升）－+－　　注：“+”表示加；“－”表示不加。试回答： 　　⑴A处理得到的溶液颜色是_____________　，原因是_____________。 　　⑵B处理得到的溶液颜色是_____________　，原因是_____________。 　　⑶C处理得到的溶液颜色是_____________　，原因是_____________。 　　【解析】本题考查实验结果判断与机理分析的能力。本题考察的是叶绿素提取的原理，叶绿体色素易溶于有机溶剂，难溶于水。SiO2作用是使叶片研磨充分。CaCO3作用是使防止在酸性环境中色素被破坏。 　　[答案]： 　　⑴A 黄绿色，部分叶绿素受到破坏。 　　⑵B 几乎无色，叶绿素不溶于水。 　　⑶C 深绿色，大量叶绿素溶于乙醇中。 　　2．为了验证“二氧化碳是光合作用合成有机物的必需原料”，某同学制定了下列实验方案： 　　⑴实验目的（略） 　　⑵实验材料和用具（略） 　　⑶实验方法和步骤 　　①用一适当大小的玻璃罩住一株生长正常的盆栽绿色植物和一杯NaOH溶液，密封不透气。 　　②将上述植物及装置在暗室中饥饿，消耗掉叶片中的有机物，暗室中装有红色安全灯。 　　③饥饿一段时间以后，自暗室中取出，光照若干小时，使其充分进行光合作用 　　④取一叶片，放入盛有酒精的烧杯中，水浴加热，使叶绿素溶于酒精中。 　　⑤将已经脱绿的叶片取出，平铺在一个培养皿中，用碘—碘化钾溶液，检测有无葡萄糖的特异性颜色反应出现。 　　该实验方案有几处明显的错误，请指出错误并改正。 　　【解析】本题是实验评价综合习题，回答时既要注重光合作用的基本知识又要联系相关的化学原理，还应考虑实验对照原则和控制相关的实验变量。 　　[答案] 　　⑴试验步骤②中暗室中的红色安全灯应改为绿色安全灯。 　　⑵试验步骤⑤中葡萄糖应该为淀粉。 　　⑶未设立对照实验。对照实验的设置如下： 　　①装置同题干中的步骤①，但玻璃罩内用同样生长状况的另一株植物代替题干中的植物，用一杯清水代替NaOH溶液； 　　②将上述装置中的植物放在黑暗中饥饿，消耗掉叶片中贮存的有机物，暗室中装有绿色安全灯。 　　③重复题干中的步骤③④； 　　④重复改正后的题干中的步骤⑤。 　　3．下图表示野外松树（阳生植物）光合作用强度与光照强度的关系。其中的纵坐标表示松树整体表现出的吸收CO2和释放CO2量的情况。 请分析回答： 　　 　　　　　　　　　　 　　⑴ 光照强度为b时，光合作用强度_________________________。 　　⑵ 光照强度为a时，光合作用吸收CO2的量等于呼吸作用放出的CO2的量。如果白天光照强度较长时期为a，植物能不能正常生长？为什么？ 　　⑶ 如果将该曲线改绘为人参（阴生植物）光合作用强度与光照强度的曲线，b点的位置应如何移动，为什么？ 　　【解析】本题是光合作用和呼吸作用的综合习题，首先应理解图中曲线的含义。 　　吸收二氧化碳代表光合作用，放出二氧化碳代表呼吸作用。还应注意阴生植物达到最大光合作用强度时所需光照强度小于阳生植物。 　　[答案] 　　⑴ 最高，光照强度再增强，光合作用强度不再增加。 　　⑵ 不能。光照强度为a时，光合作用形成的有机物和呼吸作用消耗的有机物相等，但晚上只进行呼吸作用。因此，从全天看，消耗大于积累，植物不能正常生长。 　　⑶ 左移，与松树比较：人参光合作用强度达到最高点时，所需要的光照强度比松树低.