一、叶绿体中素的种类、提取与分离
1. 叶绿素和其他素
素种类 | 叶绿素（3/4） | 类胡萝卜素（1/4） |
叶绿素a | 叶绿素b | 胡萝卜素 | 叶黄素 |
颜 | 蓝绿 | 黄绿 | 橙黄 | 黄 |
分布 | 叶绿体基粒的囊状结构薄膜上 |
吸收光谱 | 叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素（胡萝卜素和叶黄素）主要吸收蓝紫光 |
化学特性 | 不溶于水，能荣誉酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂 |
分离方法 | 老子道学文化研究会纸层析法 |
根与芽 | | | | |
2.叶绿体中素的提取和分离
（1）原理：
提取：叶绿体中的素易溶于有机溶剂而不溶于水，将叶片磨碎后可用无水乙醇等有机溶剂提取素。
分离：层析也是一种脂溶性很强的有机溶剂，不同素在层析液中的溶解度不同：溶解度打的在滤纸上扩散得快，溶解度小的随层析液在滤纸上扩散得慢。因此，叶绿体中的素就在扩散过程中被分离出来。
① 无水乙醇：作为提取液，可溶解绿叶中的素。
② 层析液：用于分离素。
③ 二氧化硅：破坏细胞结构，使研磨充分。
④ 碳酸钙：中和研磨过程中释放出的酸性物质，从而防止叶绿体中的素被破坏。
（3）实验流程
步骤 | 操作要点 | 说明 |
提取素 | 加少许SiO2和CaCO3、10mL无水乙醇，迅速研磨并用单层尼龙布过滤 | ①加SiO2为了研磨得更充分； ②加CaCO3防止研磨时叶绿素受到破坏 |
制备滤纸条 | 在剪去两角的滤纸条一端1cm处用铅笔画一条细线 | 剪去两角以保证素在滤纸上扩散均匀、整齐，否则会形成弧形素带 |
画滤液细线 | 用毛细吸管吸取素滤液，沿铅笔线均匀画一条滤液细线，待滤液干后再画一两次 | ①滤液细线要细、直 ②干燥后重复画一两次，既使滤液细线有较多的素，又使各素扩散的起点相同 |
素分离 | 将适量层析液倒入试管→插入滤纸条→棉塞塞紧试管口 | 层析液一定不能没过滤液细线 |
观察结果 | 滤纸条上呈现四条颜、宽度均不相同的素带 | 素带由上至下：胡萝卜素（最细）、叶黄素（二细）、叶绿素a（最粗）、叶绿素b（次粗） |
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（4）叶绿体素提取分离实验异常现象分析：
① 收集到的滤液绿过浅的原因分析：
a 未加石英砂（SiO2），研磨不充分。
b 使用放置数天的菠菜叶，素太少。
c 一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低（正确做法：分次加入少量无水乙醇提取素）
d 未加CaCO3或加入过少，素分子被破坏。
②滤纸条素带重叠：滤纸条上的滤液细线接触到层析液。
③滤纸条上不见素带
a 忘记画滤液细线
b 滤液细线接触到层析液，且时间较长，素全部溶解到层析液中。
c 层析时间过长，导致素随层析液蒸发。
二、光合作用的原理及应用
1.光合作用发现史中的经典实验分析
（1）1771年普里斯特利实验
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缺点：缺乏对照实验(记录时漏掉了实验在阳光下进行这一重要条件，后来英格豪斯为其纠正)
（2）1864年萨克斯实验
提前暗处理——目的：消耗掉叶片中原有的淀粉，避免干扰
实验过程、现象（结果）
（3）1880年恩格尔曼实验
实验组：极细光束照射处的叶绿体数据通信网
对照组：黑暗处的叶绿体和完全曝光的叶绿体
恩格尔曼的实验设计巧妙之处
①选材方面，选用水绵为实验材料。水绵不仅具有细长的带状叶绿体，而且叶绿体呈螺旋状地分布在细胞中，便于观察、分析研究。
②将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了光线和氧气的影响，从而确保实验正常进行。
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③选用了极细光束照射，并且选用好氧细菌检测，从而能够准确判断出水绵细胞中释放氧的部位。
④进行黑暗(局部光照)和曝光对比实验，从而明确实验结果完全是光照引起的。
（4）20世纪30年代鲁宾、卡门实验
实验方法：同位素标记法
特别提醒
在光合作用的发现中，大多数科学家们利用了对照实验，使结果和结论更科学、准确。
(1)萨克斯：自身对照，自变量为光照(一半曝光与另一半遮光)，因变量为颜变化。
(2)恩格尔曼：自身对照，自变量为光照(照光处与不照光处；黑暗与完全曝光)，因变量为
好氧菌的分布。
(3)鲁宾和卡门：相互对照，自变量为标记物质(HO与C18O2)，因变量为O2的放射性。
(4)普里斯特利：缺少空白对照，实验结果说服力不强。
2.光合作用过程
过 程 | 光反应 | 暗反应 |
图 解 | |
条 件 | 必须在光下 | 有光、无光都可以 |
场 所 | 叶绿体类囊体薄膜 | 叶绿体基质 |
物质 转化 | ①水光解 2H2O→4[H]＋O2↑ ②ATP的合成 ADP＋PiATP | ③CO2的固定CO2＋C5→2C3 ④C3的还原 2C3 (CH2O)＋C5＋H2O |
能量 转化 | 光能―→电能―→活跃化学能，并储存在ATP中 | ATP中活跃的化学能―→(CH2O)中稳定的化学能 |
关 系 | ①光反应为暗反应提供[H]和ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi； 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 |
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3.光合作用的影响因素
（1）影响光合作用的内部因素
① 植物种类不同，光合速率不同。光合速率取决于叶肉细胞中叶绿体的数量、叶绿体中素的含量以及光合酶的种类和数量。 ② 同一植物在不同的生长发育阶段、不同部位的叶片、同一部位的叶片在不同的叶龄时，光合速率不同。
曲线分析：在外界条件相同的情况下，光合作用速率由弱到强依次是幼苗期、营养生长期、开花期。
应用：根据植物在不同生长发育阶段光合作用速率不同，适时、适量地提供水肥及其他环境条件，以使植物茁壮成长。
（2）影响光合作用的环境因素及曲线分析
空气中CO2浓度、土壤中水分的多少、光照的长短与强弱，光的成分以及温度的高低等，都是影响光合作用强度的外界因素。
① 光照——光合作用的动力
a 光照时间越长，产生的光合产物越多。
b 光质，由于素吸收可见光中的红光和蓝紫光最多，吸收绿光最少，故不同波长的光对光合作用的影响不一样，建温室时，选用无透明的的玻璃(或塑料薄膜)做顶棚，能提高光能利用率。
c 光照强度：在一定光照强度范围内，增加光照强度可提高光合作用速率。
曲线分析：A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放CO2量表示此时的呼吸强度。
AB段表明光照强度加强，光合作用速率逐渐加强，CO2的释放量逐渐减少，有一部分用于光合作用；而到B点时，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度＝细胞呼吸强度，B点对应的光照强度称为光补偿点。
BC段表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强了。C点对应的光照强度称为光饱和点。
应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，如上图虚线所示。间作套种时农作物的种类搭配，林带树种的配置，冬季温室栽培避免高温等都与光补偿点有关。
外界条件变化时，CO2(光)补偿点移动规律：
呼吸速率增加，CO2(光)补偿点右移
呼吸速率减小，CO2(光)补偿点左移
呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率下降，CO2(光)补偿点右移；
条件的改变使光合速率上升时，CO2(光)补偿点左移。
②．光照面积
曲线分析：OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用面积的饱和点。随叶面积的增大，光合作用强度不再增加，原因是有很多叶被遮挡，光照不足。
OB段表明干物质量随光合作用增加而增加，而由于A点以后光合作用强度不再增加，但叶片随叶面积的不断增加，呼吸量(OC段)不断增加，所以干物质积累量不断降低(BC段)。
应用：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长。封行过早，使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费。
③ CO2浓度
光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点；图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。两图中的B和B′点都表示CO2饱和点，两图都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度增加而增大。
应用：大田要“正其行，通其风”，多施有机肥；温室内可适当补充CO2，即适当提高CO2浓度可提高农作物产量。
④ 必需矿质元素
曲线分析：在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用速率，但当超
过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物光合作用速率下降。
应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可以提高作物的光能利用率。
⑤ 温度
曲线分析：温度主要是通过影响酶的活性而影响光合作用速率。
应用：冬天，温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用速率；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。
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