第8单元光合作用与能量.docx

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第8单元光合作用与能量

第4单元光合作用与能量

焦点35植物色素：

光合色素

花青素

（1）主要色素：

叶绿素a

（2）辅助色素：

叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素

（3）分布位置：

位于叶绿体的囊状膜上

（4）不溶于水：

对红光和蓝光的吸收效果最佳

叶绿素不吸收绿色光而呈现绿色

（1）可溶于水

（2）分布于液胞内

（3）在酸性→呈红色

在碱性→呈蓝色

（4）与光合作用无关

【例题】下列有关于植物色素的叙述，何者错误？

（A）叶绿素可吸收绿色光而呈现绿色（B）叶绿素对红光和蓝光的吸收效果最佳（C）花青素和类胡萝卜素皆与光合作用有关（D）花青素在酸性条件下呈现蓝色（E）花青素在碱性条件下呈现红色

【答案】（A）（C）（D）（E）

【详解】（A）叶绿素不吸收绿色光（C）花青素与光合作用无关（D）（E）花青素在酸性条件下呈红色，在中性条件下呈紫色，在碱性条件下呈蓝色。

焦点36光合作用：

光反应

（发生于叶绿囊膜上）

（1）光能的转换：

太阳能→化学能

（2）水的分解：

H2O→½O2＋2H+＋2e－

（3）NADPH的形成：

NADP+＋H＋＋e－→NADPH

（4）ATP的形成：

ADP＋Pi→ATP

暗反应

（发生于叶绿体基质）

（1）固碳作用：

CO2＋H2O＋RuBP→甘油酸

（2）还原作用：

甘油酸

甘油醛

（3）再生作用：

甘油醛

RuBP

【例题】植物光合作用中的光反应，其主要功能为何？

（A）固定二氧化碳（B）产生ATP和NADPH（C）利用ATP产生葡萄糖（D）由二氧化碳和水产生葡萄糖【96指考】

【答案】（B）

【详解】光合作用中的光反应可形成ATP和NADPH。

焦点37光反应：

光系统

光系统II

（PSII）

反应中心P680＝对光波680nm吸收较强的叶绿素a

（1）各色素分子吸收光能→能量转移至叶绿素P680

→叶绿素P680释出电子

电子转移至PSI

（2）电子呈单方向从PSII流向PSI→不再返回

（3）PSII需补充的电子来自水分子的分解

光系统I

（PSI）

反应中心P700＝对光波700nm吸收较强的叶绿素a

各色素分子吸收能量→能量转移至叶绿素P700

→叶绿素P700释出电子

NADP+吸收电子和H+→合成NADPH

反应中心

叶绿素a

叶绿素a吸收光能→释出电子（引发电子传递链）

水的分解（光水解）：

H2O→½O2＋2H+＋2e－

（1）O2离开叶绿体→由气孔释出

（2）e－被光系统II吸收

→补充叶绿素a受光激活后所失去的电子

（3）H+藉主动运输进入叶绿囊的内腔

电子传递链

（1）对电子的亲合力：

电子载体A＜电子载体B＜电子载体C＜电子载体D

（2）电子释出能量→合成ATP（用于H+的主动运输）

叶绿囊内腔累积H＋

叶绿囊内腔累积H+

→叶绿囊内腔H+浓度高，叶绿囊外基质H+浓度低

→形成『质子浓度梯度』（电化学梯度）

合成ATP

叶绿囊膜上的沟道蛋白与ATP合成酶相连

质子浓度梯度

合成ATP

【例题】有关于光合作用的光反应，下列叙述何者正确？

（A）PSI和PSII均位于叶绿饼　（B）光系统失去的电子皆由水分解补充　（C）非循环式电子传递仅产生ATP，不产生NADPH　（D）循环式电子传递可产生ATP和NADPH　（E）PSII并未参与循环式电子传递

【答案】（A）（E）

【详解】（B）水分解所释出之电子由光系统II吸收（C）（D）非循环式电子传递可产生ATP和NADPH；循环式电子传递仅产生ATP，不产生NADPH。

焦点38光反应的电子传递链：

非循环式

电子传递

（1）主要功能：

将光能转变为化学能→形成ATP及NADPH

（2）一对电子的传递→可产生1个ATP及1个NADPH

∵2H2O→O2＋4H+＋4e－

∴光水解产生1个O2时，可释出4个电子→产生2ATP及2NADPH

循环式

电子传递

（1）主要功能：

产生1个ATP

（2）PSII未参与循环式电子传递→没有光水解作用，没有O2产生

（3）P700释出之电子被PSI本身所吸收→没有形成NADPH

【例题】有关于光合作用中的循环式和非循环式的电子传递方式，下列叙述何者正确？

（A）皆以P680和P700为反应中心　（B）皆有氧气的产生　（C）皆以NADP+吸收电子　（D）皆有ATP的产生

【答案】（D）

【详解】（A）循环式电子传递仅有PSI参与，PSI的反应中心是P700（B）非循环式电子传递引发水分解产生氧气，循环式电子传递不产生氧气（C）循环式电子传递由PSI吸收电子。

焦点39暗反应：

（亦被称为碳反应、卡尔文循环、三碳循环）

固定一个CO2需消耗3个ATP及2个NADPH

（1）6RuBP＋6CO2→不稳定化合物

12PGA（磷酸甘油酸）

（2）12PGA

12G3P（PGAL，磷酸甘油醛）

（3）10G3P→6RuBP（再用于固定CO2）

2G3P→合成葡萄糖、胺基酸、脂肪酸

【例题】生物可藉光合作用将太阳能转变为化学能，供细胞利用。

下列有关光合作用的叙述，哪几项正确？

（A）能行光合作用的生物细胞都含叶绿素（B）能行光合作用的植物细胞都含叶绿体（C）植物细胞主要利用绿光来进行光合作用（D）植物细胞进行光合作用时，将水分解产生氧分子的反应是在叶绿体的基质中进行（E）植物细胞进行光合作用时，固定二氧化碳生成糖分子的反应是在叶绿体的囊状膜上进行【93指考】

【答案】（A）（B）

【详解】（C）叶绿素不吸收绿光（D）光反应中的水分解反应发生于绿叶体的囊状膜上（叶绿囊膜上）（E）固定二氧化碳的暗反应发生于叶绿体的基质内。

焦点40CO2的固定：

CO2固定方式

代表种类

C3植物

CO2在叶肉中被固定为三碳的甘油酸PGA→进入卡尔文循环

一般植物均属此类

例如：

水稻

C4植物

CO2在叶肉先被固定为四碳的草醋酸OAA

→草醋酸转换成有机酸进入维管束鞘细胞

→有机酸分解释出CO2参与卡尔文循环

生长于热带、亚热带较缺水地区

例如：

甘蔗、玉米

CAM植物

可进行景天酸代谢

（1）夜间气孔开放

→CO2在叶肉被固定为苹果酸（存于液泡）

（2）日间气孔关闭

→苹果酸分解释出CO2参与卡尔文循环

生长于极缺水的干旱地区

例如：

景天科植物、仙人掌

落地生根、石莲、菠萝

【例题】

（1）下列有关不同植物固定CO2方法的叙述，何者错误？

（A）水稻叶肉细胞内的酵素能促使CO2与三碳糖结合（B）菠萝的叶肉细胞可在夜间将CO2固定于液胞内（C）甘蔗的叶肉细胞仅能固定CO2，但无法合成磷酸甘油醛（D）仙人掌的叶肉细胞可以固定CO2，又可以合成磷酸甘油醛【100指考】

（2）生物固碳法是利用生物具有光合作用的能力，将二氧化碳转换成碳水化合物。

下列有关景天酸代谢（CAM）植物之固碳作用的叙述，哪些正确？

（A）发生在白天（B）需要水分子（C）需要液胞（D）发生在光反应，可以产生能量（E）发生在碳反应，会消耗能量【100指考】

【答案】

（1）（A）

（2）（C）（E）

【详解】

（1）（A）水稻属于C3植物，叶肉细胞内的酵素能促使CO2被固定为三碳的甘油酸（B）菠萝属于CAM植物，叶肉细胞可在夜间将CO2固定于液胞内

（C）甘蔗属于C4植物，叶肉细胞仅能固定CO2，但无法合成磷酸甘油醛；维管束鞘细胞可进行卡尔文循环、合成磷酸甘油醛（D）仙人掌属于CAM植物，叶肉细胞于夜晚固定CO2，于白天合成磷酸甘油醛。

焦点41ATP的形成：

ATP的结构

腺嘌呤＋核糖＋三个磷酸基（仅具二个高能磷酸键）

能量货币

所有生物均直接利用ATP作为供能物质

转换效率90%

ATP的形成（耗能8Kcal）：

ADP＋Pi＋8Kcal→ATP＋H2O

ATP的水解（释能7.3Kcal）：

ATP＋H2O→ADP＋Pi＋7.3Kcal

偶联反应

生物体内的吸能反应与放能反应藉ATP而联合

受质阶层的

磷酸化作用

糖解作用

（发生于细胞质）

磷酸烯醇丙酮酸（PEP）＋ADP

↓酵素

丙酮酸＋ATP

化学渗透的

磷酸化作用

（1）氧化的磷酸化作用

（发生于粒线体）

内褶膜与外膜之间的空腔（外隔室）累积H+

→内褶膜内外H+浓度有差异

→H+通过内褶膜上的沟道蛋白和ATP合成酶

→触发ATP合成酶的活性

→ADP与Pi结合成ATP

（2）光合的磷酸化作用

（发生于叶绿体）

叶绿囊内腔累积H+

→叶绿囊膜内外H+浓度有差异

→H+通过叶绿囊上的沟道蛋白和ATP合成酶

→触发ATP合成酶的活性

→ADP与Pi结合成ATP

叶绿体

粒线体

【例题】下列有关于生物细胞形成ATP的叙述，何者正确？

（A）粒线体和叶绿体的外膜皆有电子传递链　（B）膜两侧的H+浓度差异可抑制ATP形成　（C）内膜的电子传递链可造成H+浓度差异　（D）ATP合成酶可促使H+浓度差异的形成

【答案】（C）

【详解】（A）粒线体和叶绿体的外膜无电子传递链（B）膜两侧的H+浓度差异可促使ATP形成（D）H+浓度差异可活化ATP合成酶而形成ATP。

焦点42有氧呼吸：

有氧呼吸（细胞呼吸）：

发生于粒线体，产生CO2和H2O，有电子传递链。

1.糖解作用

（发生于细胞质）

（1）葡萄糖→…→2PGAL（磷酸甘油醛）→…→2丙酮酸

（2）NAD+＋H+＋e－→NADH

（3）2ADP＋2Pi→2ATP

糖解过程不需氧参与→有氧或无氧均可进行糖解作用

2.形成乙酰辅酶A

（发生于粒线体）

（1）丙酮酸＋辅酶A→乙酰辅酶A＋CO2

（2）NAD+＋H+→NADH

3.柠檬酸循环

（发生于粒线体）

（1）乙酰辅酶A＋4C化合物→柠檬酸（6C）

（2）柠檬酸

↓柠檬酸循环（克列伯循环）

3NADH、FADH2、2CO2、ATP、4C化合物

4.电子传递链

（发生于粒线体的

内褶膜上）

（1）NADH、FADH2→参与粒线体内褶膜上的电子传递链

（2）电子释出能量→H+通过内褶膜移至外隔室

（3）外隔室累积高浓度H+→形成质子浓度梯度

→H+通过内褶膜上的沟道蛋白和ATP合成酶

→触发ATP合成酶的活性→合成ATP

（4）2H+＋½O2＋2e－→H2O

【例题】光合作用的光反应和细胞呼吸作用的过程皆有电子传递的现象，二者之间有何差异？

（A）光反应中，由O2提供电子给电子传递链（B）呼吸作用中，由NADH提供电子给电子传递链（C）呼吸作用的电子传递系统中，最后由O2接受电子（D）光反应的电子传递系统中，最后由NADPH接受电子（E）光反应的电子传递为一放能反应，呼吸作用的电子传递则为一吸能反应【91指考】

【答案】（B）（C）

【详解】（A）光反应中，由H2O提供电子给电子传递链（D）光反应的电子传递系统中，最后由NADP+接受电子而形成NADPH（E）光合作用和呼吸作用的电子传递链皆为放能反应（形成ATP）。

焦点43无氧呼吸：

无氧呼吸（酦酵作用）：

发生于细胞质，无电子传递链，不产生H2O。

乳酸酦酵

（肌肉细胞、乳酸菌）

（1）葡萄糖＋2ADP

2丙酮酸＋2ATP

（2）2丙酮酸

2乳酸

丙酮酸直接被还原为乳酸，不产生CO2

C6H12O6→2C2H4OHCOOH＋2ATP（不产生H2O和CO2）

酒精酦酵

（植物细胞、酵母菌）

（1）葡萄糖＋2ADP

2丙酮酸＋2ATP

（2）2丙酮酸

2乙醛＋2CO2

↓

2乙醇

丙酮酸被分解为乙醛和CO2，乙醛再还原为乙醇（酒精）

C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋2ATP（不产生H2O）

【例题】下列有关细胞进行呼吸作用的叙述，哪几项正确？

（A）酵母菌只会进行无氧呼吸作用（B）植物细胞只在进入黑暗期后才进行呼吸作用（C）动物细胞可进行有氧及无氧呼吸作用（D）所有生物细胞的呼吸作用都是在粒线体内进行（E）细胞进行有氧或无氧呼吸作用时，都会进行糖解作用【93指考】

【答案】（C）（E）

【详解】（A）酵母菌可行有氧呼吸和无氧呼吸（B）植物在白天和夜晚均会行呼吸作用（D）原核生物（细菌和蓝绿菌）不具粒线体；原核生物于细胞膜进行呼吸作用形成ATP。

焦点44探讨活动酵素活性的测定：

原理

利用触酶分解过氧化氢。

若有水和氧产生，表示有毒的H2O2已被分解

步骤

（1）3%过氧化氢溶液＋马铃薯碎片→收集所产生的气体（O2）。

（2）3%过氧化氢溶液＋磨碎的猪肝→收集所产生的气体（O2）。

结果

（1）2H2O2

2H2O＋O2↑

（2）以排水集气法收集气体（O2）

→即将熄灭的火柴头重新点燃（因O2有助然性）

【例题】在装有过氧化氢溶液的锥形瓶中，分别装入不同物质，回答下列问题：

（1）若放入的物质是小石块或粉笔，锥形瓶内的反应为何？

（2）若放入的物质是马铃薯，则锥形瓶内的反应为何？

（3）若放入的物质是磨碎的猪肝，则锥形瓶内的反应为何？

（4）上述各装置，锥形瓶内的反应是由何物质所引起？

（5）承上题，此反应的反应式中，产物为何？

（6）若以试管收集所产生的气体，应如何收集？

（7）把即将熄灭的火柴头丢入已收集气体的试管中，有何变化？

【答案】

（1）无反应

（2）有气泡产生（3）有气泡产生（4）触酶（5）O2及H2O

（6）排水集气法（7）又重新燃烧起来

焦点45探讨活动光合作用之探讨：

实验

光合色素之层析分离

光反应的还原作用

步骤

（1）80℃烘干菠菜叶片

（2）90%丙酮溶解叶片的色素

（3）5ml展开液

＝石油醚4.5ml＋90%丙酮0.5ml

石油醚：

丙酮＝9：

1

（1）0.5蔗糖溶液＝叶绿体的等张溶液

（2）叶绿体溶液离心分离

（3）0.1%DCPIP

→吸收光反应水分解所产生的电子

结果

由上而下：

（分子量由小至大）

胡萝卜素/叶黄素/叶绿素a/叶绿素b

照光的叶绿体溶液：

DCPIP蓝色→褪色为无色

希尔反应：

DCPIP（蓝色）＋H2O

DCPIP-H2（无色）＋

O2

【例题】请回答下列有关于『光合色素层析分离』实验的问题：

（1）本实验中使用丙酮的目的为何？

本实验中使用石油醚的目的为何？

（2）展开液的成分及配制比例为何？

叶汁滴在滤纸的范围有何限制？

（3）滤纸上最先出现的颜色为何？

（4）滤纸上所得色素层析由上而下依序为何？

（5）层析所得的光合色素，何者分子量最大？

【答案】

（1）溶解叶绿体内所含的色素；作为展开液

（2）石油醚：

丙酮＝9：

1；范围不可太大、愈小愈好

（3）橙色（4）胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b（5）叶绿素b

【例题】在『光反应的还原作用』实验中，先取叶绿体溶液置于冰箱中备用，然后取A、B、C、D四支试管，C管及D管以铝箔纸包紧管底使不透光，A管及B管则置于光照下，请回答下列有关于本实验的问题：

（1）本实验中的指示剂为何？

（2）制备叶绿体溶液时，为何必须使用蔗糖溶液？

其适当浓度为何？

（3）制备叶绿体溶液时，为何不能使用蒸馏水？

（4）为何需使用二层纱布过滤制备的叶绿体溶液？

（5）叶绿体溶液经每分钟3000转速离心5分钟后，其绿色沉淀物中有无细胞核？

为什么？

（6）哪些试管是为对照组？

（7）哪些试管的指示剂颜色发生变化？

指示剂的颜色如何变化？

【答案】

（1）DCPIP

（2）作为叶绿体的等张溶液，0.5M

（3）会使叶绿体胀破（4）可得到较纯净的叶绿体溶液

（5）有，因细胞核比重大，且大小与叶绿体相当

（6）B为A之对照组，D为C之对照组

（7）A；由蓝色褪色为无色