植物的光合作用和呼吸作用

第6章　绿色植物的光合作用和呼吸作用
第一节　植物光合作用的发现

内容精讲
1.在海尔蒙特的实验中，柳树增加的质量是多少？柳树增重的绝大部分物质来源于什么？土壤减少的质量是多少？主要是什么物质？本实验的结论是什么？
剖析：海尔蒙特的实验中使用了定量测定的方法，通过数据来分析和得出结论。柳树增加的质量是82.5-2.5=80 kg。
柳树增重的绝大部分物质来源于水。
土壤减少的质量是100-99.9＝0.1 kg，主要是无机盐。
海尔蒙特得出的实验结论是柳树的生长主要是由水引起的。
2.在普利斯特莱的实验中，三部分实验分别说明了什么？
剖析：实验一中，蜡烛与植物，老鼠与植物都是互利的，如蜡烛不容易熄灭，蜡烛能使气体变坏，植物能更新空气，使气体变好，小鼠不容易窒息而死；实验二中，植物不能获得坏气体无法正常生长；实验三中，蜡烛和老鼠都需要好气体才能生长。现在我们知道，“好气体”是氧气，“坏气体”是二氧化碳。
在光照下，普利斯特莱让一支蜡烛在内有薄荷枝条的玻璃罩里燃烧至熄灭。10 d以后，薄荷枝条仍是繁茂的。当他重新点燃熄灭的蜡烛时，蜡烛又重新明亮地燃烧起来。普利斯特莱关于植物是否能清洁空气的问题有了初步的答案。实验发现植物消耗掉由蜡烛产生的二氧化碳，而提供氧气使蜡烛能够重新燃烧。这种氧气也足以维持一只老鼠的生命。缺少植物的玻璃罩里充满二氧化碳，却缺少氧气，导致老鼠死亡。因此，普利斯特莱认为，植物消耗二氧化碳而产生氧气，火焰和动物都得靠氧气才能延续和生存。这个实验也表明二氧化碳和动物都得靠氧气才能延续和生存。这个实验也表明二氧化碳和阳光是影响植物生长的因素。
3.问题1：在普利斯特莱的实验中，若在玻璃罩外套上黑色塑料袋，则老鼠与植物将分别出现什么现象？在有光的条件下将实验中的植物、蜡烛、老鼠放在同一个玻璃罩下，将会发生什么现象？玻璃罩内无光时，老鼠与植物能否共存？
在一定范围内，光合作用速率随光照强度的增强而加快，但光强增加到一定强度，光合作用速率不再加快。
探究：玻璃罩内有光时，老鼠与植物能共存一段时间，植物在无光时能否进行光合作用决定了老鼠与植物还能否共存。
问题2：有光的环境下，植物、蜡烛、老鼠能否共存于玻璃罩下？各自将会有何变化？
科学实验证明，空气中二氧化碳含量的增加，能够使叶肉细胞间隙中的二氧化碳含量增加，这有利于叶绿体获得二氧化碳，因而有利于光合作用的进行。
探究：在有光环境下，植物正常进行光合作用，且获得更多二氧化碳，看是否释放双倍的氧气量。
典题精讲
例1下列科学家的实验中证明光合作用的原料是水的为()
A.范?海尔蒙特　
B.普利斯特莱
C.希尔　
D.卡尔文
思路解析：只有范?海尔蒙特的柳条实验认为树增加的重量是从水中来的。普利斯特莱实验植物能产生O2；卡尔文是研究光合作用物质循环的；希尔是研究光合作用O2来自水而不是CO2。答案：A
例2地球上所有动物和植物所需要的有机物最终来自()
A.所有无机物
B.光合作用
C.呼吸作用
D.吸收作用
思路解析：地球上的有机物的来源只有通过绿色植物的光合作用才能制造出来，其他作用都无此能力，所以说有机物最终来自光合作用。
答案：B

第二节　植物光合作用的场所

内容精讲
1.为什么植物叶片的颜色不全是绿色的，有的是色彩斑斓的呢？
剖析：大部分植物的叶片表皮细胞中只含叶绿素，所以叶片为绿色的。但也有些植物叶片表皮细胞里含有大量的类胡萝卜素、花青素及叶黄素等色素，或者在叶片的某一部分含量很大，因此形成了色彩斑斓的彩叶。
果实的变色，也是色素变化的结果。幼果时果皮的绿色主要是由叶绿素引起的，随着果实成熟，叶绿素含量减少，类胡萝卜素和花青素增加，因而使果实呈现黄色、橘红色或红色。
叶片中的色素在两个部位，叶绿体和液泡中，大部分植物叶片的颜色来自叶绿体，叶绿体内一共有四种色素，叶绿素a是蓝绿色，叶绿素b是黄绿色，胡萝卜素是橙黄色，叶黄素是黄色，叶色的变化就是因为四种色素的比例不同所致。一般情况下，叶绿素比较多，所以叶色就是绿色，秋天因为叶绿素分解，胡萝卜素和叶黄素占的比例比较大，所以偏黄。而红叶是因为液泡中的花青素的原因。
2.为什么说叶是绿色植物进行光合作用的主要器官？
剖析：本题在知识上考查光合作用的器官叶以及叶绿体的知识，因为叶中有大量的叶绿体，叶绿体是进行光合作用的场所，所以说它是主要器官，而不说它是唯一器官。在植物体的其他器官中，有些也含有叶绿体，只要有叶绿体存在，就能进行光合作用。茎的细嫩部分，花的花萼、果实成长过程中都呈绿色，都能进行光合作用。
含有叶绿体的细胞都能进行光合作用，而叶肉细胞中含有大量叶绿体，是进行光合作用的主要器官。
光合作用是植物特有的功能。植物进行光合作用的机构有很多共同之处，但也存在着差别。植物的绿色部分都能进行光合作用，通常叶子是植物主要的光合器官。它形状扁平，有利于捕捉光能；表皮上有气孔，内部叶肉细胞间有不少空隙，便于气体交换；叶片内叶脉纵横，可进行频繁的水分及光合产物的运输。
在具有真核细胞、能进行光合作用的植物（包括大部分藻类）的细胞中，均有专门的细胞器——叶绿体。它外面包有双层被膜，以维持叶绿体内部特别适于光合作用进行的微环境。3.在韭菜出土之时将遮光物盖在韭苗上，半月余，韭叶由绿转黄，便成韭黄，韭黄比韭菜更加鲜嫩香美，它含有极丰富的蛋白质、脂肪、钙、磷、铁、胡萝卜素、维生素C，超过白菜、油菜、包菜、芹菜、莴苣等叶类菜和所有的瓜茄类蔬菜。它营养丰富，人们生活中经常用韭黄来调味。
韭黄成本不一定很高,但它的生长周期比较慢,产量也比较低,所以造成它的成本比韭菜高一点,价格也要高一点。韭菜的价格按照今年11月份的平均价格看是2.40元/千克,韭黄是6元/千克多一点,价格差别比较悬殊,差距大约能够在两倍甚至更多一点。
韭菜虽然身价没有韭黄那么高贵，但营养价值却不低。例如，与韭黄相比，食物纤维高11.6%，胡萝卜素高4.4倍，维生素C高60%，矿物质含量大体相当，仅硒含量水平（增强抗氧化防御体系的重要元素）韭黄比韭菜高81.5%。可见，蔬菜的商品价值（价格）是不可同营养价值划等号的。
问题：
（1）韭菜和韭黄是同一种植物在不同环境下产生的吗？
（2）韭菜价格没有韭黄贵，所以营养价值也没有韭黄高吗？
探究：（1）韭菜在经过一次收割后，一部分正常生长，另一部分用黑色薄膜遮盖，经过若干天，看有何不同？
（2）经过详细了解韭菜和韭黄的营养成分，进行营养价值比较。
典题精讲
例在显微镜下观察蚕豆叶横切面，看到栅栏组织的特点是()
A.细胞呈圆形，排列不整齐，含叶绿体较多
B.细胞呈圆柱形，排列整齐，含叶绿体较多
C.细胞不规则，排列紧密，细胞含叶绿体较少
D.细胞呈波浪形，排列紧密，细胞不含叶绿体
思路解析：靠近上表面的叶片为栅栏层，这层细胞排列紧密整齐，有较多的叶绿体。
答案：B

第三节　植物光合作用的实质

内容精讲
在“绿叶在光下制造有机物”的实验前，要将盆栽天竺葵放到黑暗处一昼夜。在实验时要用黑纸片把叶片的一部分从上、下两面遮盖起来再放到光下照射几小时。此项操作在整个实验中具有什么作用？
剖析：绿叶在光下能否制造有机物，实际上是通过检验淀粉的有无来证明的。在实验前要将盆栽天竺葵放到黑暗处一昼夜的目的是使天竺葵消耗掉以前产生的淀粉，以免影响实验效果。在实验时要用黑纸片把叶片的一部分从上、下两面遮盖起来再放到光下照射几小时，实验结果表明，照光部分的叶片内有淀粉产生，不照光部分则没有淀粉产生，目的是为了证明光照是光合作用制造有机物不可缺少的条件。此项操作对光下制造淀粉起对照作用。
在此实验过程中存在很多关键之处：
（1）把天竺葵放到黑暗处一昼夜。
为什么要放到黑暗处一昼夜？
因为：为了让天竺葵细胞内的有机物消耗尽。
（2）用黑纸片从上下两面遮盖叶片的一部分。
为什么要遮盖叶片的一部分，遮盖整个叶片行吗？
答：不行，因为不完全遮盖是为了给遮盖的与不遮盖的地方作比较。
为什么要从叶片的上下两面遮盖？
因为：如果不上下两面遮盖，没有遮盖的一面也会制造有机物。
（3）几小时后，摘下叶片，去掉黑纸片。
（4）把叶片放入盛有酒精的小烧杯中，隔水加热。
能否用瓶口塞有棉花的锥形瓶代替小烧杯？这两种方法各有什么优劣？
答：能。用小烧杯更方便取叶片出来，但锥形瓶难取出。
（5）用清水漂洗叶片，滴加碘液。
为什么要用清水漂洗？
因为：为了防止酒精破坏碘液。
（6）冲掉碘液，观察叶色的变化。
在实验过程中观察到的现象记录如下：
纸片夹住的地方没有变蓝色，但没被夹住的变了。
结果和结论：
实验结果：纸片夹住的地方没有变蓝色，但没被夹住的变了。说明植物在光下会制造有机物。结论： 说明光是绿色植物制造有机物的必要条件。
典题精讲
例题探究叶在光下制造淀粉的实验中，把盆栽的天竺葵放在黑暗处一昼夜的目的是（）
A.降低温度
B.停止光合作用
C.降低呼吸作用
D.运走、耗尽叶肉细胞内的有机物
思路解析：为了使天竺葵叶片中已制造出的有机物不影响后来的实验结果，应将之除去，办法就是在黑暗处使其进行呼吸作用，消耗掉有机物。
答案：D

第四节　植物的呼吸作用

内容精讲
问题：已萌发种子的生命活动比未萌发种子的生命活动较旺盛，你能根据下面提供的材料用具设计一实验，来验证植物生命活动旺盛的部位呼吸作用强度较大吗？
材料用具：已萌发和未萌发的大豆种子、矿泉水瓶、温度计、标签。
种子呼吸时放出热
(1)观察盛有煮熟种子和萌发种子的保温杯内的温度计示数，并思考产生此现象的原因，归纳出种子呼吸放出热。
(2)提出问题：是否只有萌发的种子才进行呼吸作用？干燥的未萌发的种子是否进行呼吸作用？
(3)对比实验：装有干燥种子保温杯的温度有何特点，说明什么问题?
(4)归纳：只要有生命活力的种子都进行呼吸作用。随着问题的逐渐深入，学生思维愈加深刻全面。
探究：根据呼吸作用能产生能量，且其中一部分将作为热能形式散发出来的原理，可使温度计测试哪个温度较高。
典题精讲
例1呼吸作用在植物体的哪个部位进行（）
A.根、茎
B.叶、种子　
C.花、果实　
D.任何生活的部分
思路解析：能进行呼吸作用的部位是存在活细胞的组织或器官。
答案：D
例2当雨水季节来临时，农业上常常因为水利工程不当，造成雨水难以及时排出，大面积的庄稼被淹，很多植物几天后出现死亡现象，其原因是（）
A.水分过多，根毛无法吸收
B.水分过多，根无法获得氧气呼吸
C.水分过多，使细胞大量繁殖，导致根烂掉
D.根吸收水分过多使细胞胀破
思路解析：土壤中的水分过多，致使土壤缝隙中无空气，根无法吸氧，也不能进行呼吸作用。答案：B

第五节　光合作用和呼吸作用原理的应用

内容精讲
1.在温室的大棚中，经常可以看见有几个煤炉，你知道为什么吗？
剖析：人们通过调节温室中二氧化碳的浓度为植物生长提供适宜的环境。增加二氧化碳的浓度的方法有多种，如施加有机肥，利用微生物分解有机物产生二氧化碳，或直接释放储存在钢瓶中的二氧化碳等。在大棚内放煤炉就是为了释放二氧化碳。给大田、温室里的农作物施加二氧化碳的方法称为“气肥法”，二氧化碳又被称为“空中肥料”。由此增加植物的光合作用，农业生产就能获得丰收。近年来，随着科学技术的进步与发展，气体化肥正逐渐被人们所接受。
光合作用是农作物丰产的核心。农作物生产所需的二氧化碳远远超过空气中的正常含量（约0.032%）。温室的大棚内，白天光照增强，光合作用相应加快，消耗的二氧化碳又得不到及时补充，致使光合作用不能正常进行。为了提高产量，对温室大棚补充二氧化碳是非常必要的。温室大棚补充二氧化碳“气肥”的方法较多，常见的有干冰法、发酵法、石灰石与盐酸法、碳酸氢铵与硫酸反应法等，较受欢迎的是碳酸氢铵与硫酸反应法。实践证明，二氧化碳“气肥”的施用，可以显著提高农作物的产量，如水稻抽穗前二氧化碳的体积分数增加到0.09%时，其产量将增加30%。
2.为什么真空充氮包装的粮食、干果或药材不易变质？
剖析：粮食、干果和药材，在储藏期间内，仍旧具有生命，并且进行一定的呼吸作用，逐渐消耗氧分。在一定的温度、湿度下，沾附在上面的微生物及蛀虫等，也会迅速繁殖起来，最后导致粮食等变质。如果采用真空包装来保存，可以得到较理想的储存效果。所谓真空充氮包装法，就是选用气密性、防潮效果较好的双层复合塑料薄膜作为包装袋，装入粮食、干果或药材后，置于真空包装机内，把袋内的空气抽掉，使袋内的粮食处于真空、缺氧、低温的状态，致使细菌、霉菌等的生长、繁殖被抑制。
由于包装袋不是绝对不透气，另外，袋内外存在气压差，袋外的氧气还是会逐渐透入袋内，使细菌、霉菌复苏。所以包装袋内抽成真空时还要充进一些氮气。由于氮气的化学性质不活泼，可有阻止氧化的作用，就会使袋内的细菌、霉菌等处于被抑制状态，同时，储藏物本身的呼吸作用也受到抑制。用这种方法储存的粮食，在常温下，一年内都不会变质，而且营养成分和口味也不会发生变化。
3.带刺类不适合放在卧室,万年青类植物汁液有轻毒,不要放在有小孩的室内,香花类植物要有选择,某些花香会引起不适,基本上市售的观叶植物都是经过长期挑选出来的,适合放在室内的,但绿巨人类万年青属的要注意防止儿童误食。理论上植物夜间也是消耗氧气的,但消耗量不大,只要卧室不是太密封,没有通风不良,基本不存在绿色植物与人争夺氧气的问题。文竹对人有影响的说法没有依据,相反文竹还能吸收有害气体,还能作为有害空气指示植物,如果室内的有害气体超标会引起文竹灰暗干焦,如果室内的文竹有这些现象就要警惕室内空气健康指数了。
盆栽土培植物最好都不要放在卧室内,主要是培养土中有很多真菌、细菌等,夜晚会从土中散发到空气中,造成人呼吸道感染,植物散发的汁液有毒倒是次要的,此外植物夜晚没有光合作用时会和人争夺氧气,基于以上几个方面,卧室放少量水培植物为宜,既干净又卫生。
问题：
（1）我们知道绿色植物是维持自然界氧气和二氧化碳平衡的关键，那么我们买一些放在卧室好不好，为什么？
（2）假如现在你要选择一些植物放在卧室，你会选择什么呢？
探究：（1）绿色植物利用光能进行光合作用，吸收二氧化碳，释放氧气。因此除了一些有毒植物外，或者释放一些特殊气味的植物外还是可以放在卧室的。当然室内也不能放太多的植物，三四盆即可。
（2）当然，卧室里养花不能太多，一般以三五盆为宜。最适合卧室里养的花是肉质花卉，如仙人掌类、景天类等，因为它们耐干旱，适应卧室环境，最重要的是它们特殊的生理习性，白天气孔关闭进行光合作用，晚上气孔打开吸收二氧化碳并放出氧气。
典题精讲
例题 科学家研究发现，用“汽水”浇灌植物能促进植物的生长，原因是“汽水”（）
A.加强呼吸作用
B.加强光合作用
C.改良碱性土壤、调节pH
D.加强植物的蒸腾作用
思路解析：“汽水”实际上是充入二氧化碳的弱酸性溶液，它可缓慢释放二氧化碳气体，增加作物叶片周围环境中的二氧化碳浓度，可使光合作用增强，从而促进有机物的积累，促进植物生长。

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