光反应、暗反应、有氧/无氧呼吸、真净光合的关系、影响因素曲线、限制因子、密闭装置昼夜变化、农业增产——把"气体进出"理顺,曲线题一眼看穿。
光反应在类囊体薄膜上,把光能转成 ATP 和 NADPH,并光解水放出 O₂;暗反应在叶绿体基质里,用 ATP/NADPH 把 CO₂ 固定成糖。
| 光反应 | 暗反应(卡尔文循环) | |
|---|---|---|
| 场所 | 类囊体薄膜 | 叶绿体基质 |
| 条件 | 光、色素、酶 | 多种酶(需光反应供能) |
| 原料 | H₂O、ADP、Pi、NADP⁺ | CO₂、C₅、ATP、NADPH |
| 产物 | O₂、ATP、NADPH | (CH₂O)、ADP、Pi、NADP⁺、C₅ |
看 ATP/NADPH 从光反应流向暗反应,CO₂ 进入、C₃⇄C₅ 循环、糖输出。按钮可暂停。
叶绿体色素含叶绿素 a、叶绿素 b(主吸收红光、蓝紫光,呈绿色)和类胡萝卜素(胡萝卜素、叶黄素,吸收蓝紫光)。可用纸层析法分离:扩散最快(最上)的是胡萝卜素,其次叶黄素、叶绿素 a、叶绿素 b。
⚠ 红光、蓝紫光被吸收最多 → 用绿光照射光合最弱。提取色素用无水乙醇,加 SiO₂(研磨充分)和 CaCO₃(防色素被破坏)。
| 阶段 | 场所 | 反应 | 产能 |
|---|---|---|---|
| 一 | 细胞质基质 | 葡萄糖→2丙酮酸 + [H] | 少量 ATP |
| 二 | 线粒体基质 | 丙酮酸 + H₂O → CO₂ + [H] | 少量 ATP |
| 三 | 线粒体内膜 | [H] + O₂ → H₂O | 大量 ATP |
⚠ 无氧呼吸第一阶段与有氧相同(都在细胞质基质生成丙酮酸);区别在第二步。乳酸型不放 CO₂,酒精型放 CO₂——这是判断呼吸类型的关键气体信号。
实验测得的是净(表观)光合(如叶片向外释放的 O₂、装置内 CO₂ 的减少)。真(总)光合还要加回细胞自己呼吸消耗掉的那部分。
拖动滑块改变光照强度。看"呼吸"这块固定不变,而"净光合"随光增长,二者叠成"真光合"。
光合速率受光照强度、CO₂ 浓度、温度三大因素共同影响。下面三个滑块同时调,曲线和速率实时变化,体会"短板(限制因子)"思想。
光补偿点:光合 = 呼吸,净光合 = 0(表观无气体进出)。
光饱和点:再增光合速率不再上升(此时限制因子变为 CO₂/温度)。
CO₂ 补偿点:CO₂ 浓度低到使光合 = 呼吸的那个浓度。
拖动指针扫过光照强度,读出此点净光合、真光合与呼吸的关系。
| 测什么 | 方法 | 读数含义 |
|---|---|---|
| 净光合(表观) | 光下测装置内 O₂ 增加 / CO₂ 减少 | = 真光合 − 呼吸 |
| 呼吸 | 黑暗(遮光)测 O₂ 消耗 / CO₂ 增加 | = 呼吸量 |
| 真(总)光合 | 净光合 + 呼吸(两次实验相加) | 真实合成量 |
白瓶(透光)既光合又呼吸 → 测净光合;黑瓶(遮光)只呼吸 → 测呼吸;初始瓶测起始溶氧。真光合 = (白瓶−初始) + (初始−黑瓶) = 白瓶 − 黑瓶。
⚠ 必须设黑暗(或黑瓶)单独测呼吸,否则只能得净光合,无法算真光合。这是实验题最常考的"为什么还要再做一组"。
"短板原理":多个因素同时作用时,光合速率由当前最缺的那个(限制因子)决定。曲线上"还在上升"的横轴变量就是限制因子;"已平台"则限制因子是别的。
判别逻辑:谁离"够用"最远,谁就是当前限制因子;提高它最有效。
密闭容器里放绿色植物,白天净放 O₂、净吸 CO₂(光合 > 呼吸);夜间只呼吸,放 CO₂、吸 O₂。一昼夜的净变化看光合与呼吸总量谁大。
看一昼夜里瓶内 CO₂(绿)与 O₂(红)随时间起伏:白天光合占优、夜间呼吸占优。
| 目标 | 措施 | 原理 |
|---|---|---|
| 多光合 | 合理密植、间作套种、延长光照时间(补光) | 增大有效受光面积/时间 |
| 提 CO₂ | 大棚增施 CO₂(气肥)、增施有机肥 | 提高暗反应原料浓度 |
| 调温度 | 大棚白天适当升温、夜间适当降温 | 白天促光合,夜间抑呼吸、减少有机物消耗 |
| 减消耗 | 夜间降温、贮藏作物低温低氧 | 降低呼吸速率,保住有机物 |
核心思路:白天想方设法把真光合做大,夜间想方设法把呼吸压小,净积累才最多。
① 测到的是"净光合",别忘了加回呼吸才是"真光合"。
② 光补偿点处净光合=0,但真光合≠0(等于呼吸量),气体表观无进出 ≠ 没有光合。
③ 无氧呼吸全过程在细胞质基质;乳酸型不放 CO₂,酒精型放 CO₂。
④ 光反应产 [H] 是 NADPH;呼吸产 [H] 是 NADH——书写别混。
⑤ 突然停光:暗反应中 C₃ 积累↑、C₅ 减少↓([H]/ATP 供应中断);突然降 CO₂:C₃↓、C₅↑。要会判这两组反向变化。
⑥ 限制因子:曲线"平台段"提高横轴变量无效,要提高别的因素才有用。
⑦ 类胡萝卜素不能直接进行光反应放氧,只是辅助色素吸光后传给叶绿素 a。
▸ "瞬时变化"四连判:停光 → C₃↑C₅↓(ATP/[H]断供,固定还在、还原停);来光 → C₃↓C₅↑;升 CO₂ → C₃↑C₅↓;降 CO₂ → C₃↓C₅↑。记住"谁多了就堵在它前面"。
▸ 气体守恒法解装置题:密闭装置内 CO₂ 与液滴的变化 = 光合 CO₂ 净吸 − 呼吸 CO₂ 净放;若用 NaOH 吸收 CO₂,则液滴只反映 O₂ 变化(净光合放氧或呼吸耗氧)。先想"瓶里谁在动"。
▸ 限制因子的"对照设计":要证明某因素是限制因子,固定其他因素只变它,看速率是否上升;上升即为限制因子。这是探究题标准答法。
▸ 真光合的两套口径换算:O₂ 口径与 CO₂ 口径在(CH₂O)合成时按 1:1 对应(呼吸商=1 的理想情形),葡萄糖合成需 6CO₂ 配 6O₂,做题时统一单位再相加。
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