1、第四节 能量之源 光与光合作用,一.光合色素的类型及吸收的光质，光合色素的提取和分离实验,二.光合作用的探究历程,三.光合作用的过程（反应式、条件、场所、能量和物质的转化）,四.影响光合作用的因素的因素,五.探究光照强度对光合作用的影响,六.化能合成作用,本节知识梳理：,一.捕获光能的色素,叶绿素,类胡萝卜素,叶绿素a,叶绿素b,胡萝卜素,叶黄素,蓝绿色,黄绿色,橙黄色,黄 色,占3/4,吸收蓝紫光和红光,吸收蓝紫光,占1/4,实验、 叶绿体中色素的提取和分离,1.提取绿色叶片中的色素,原理：叶绿体中的色素不溶于水，但能溶于有机溶剂中,绿叶5g（剪碎）,硏钵,少许二氧化硅（利于研磨）,少许碳酸
2、钙（保护色素）,10mL无水乙醇（溶解色素）,研磨 （快速、充分）,过滤 （单层尼龙布）,2.制备滤纸条,色素滤液,3.划滤液细线,用毛细吸管吸取滤液，沿铅笔线划滤液细线（反复几次）,要求：细、齐、匀、深,4.色素的分离纸层析法,千万不能让滤液细线浸没到层析液中,5.实验结果及原理,原理：各种色素在层析液中的溶解度不同，所以它们随层析液在滤纸条上的扩散速度就不同,二、光合作用的原理和应用,光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存能量的有机物，并且释放出氧气的过程。,普里斯特利,植物能更新空气,萨克斯,深蓝色,不变色,光合作用产生淀粉,恩吉尔曼,水绵和好氧菌,细光束,
3、全暴光,细菌只分布在光照处的周围,细菌只分布在所有受光部位,O2是叶绿体释放的它是光合作用场所,鲁宾卡门,提供植物,氧气来自水的分解,点燃蜡烛或用小鼠分别与植物密闭,（一）光合作用的探究历程,木桶里栽柳5年，雨水浇灌,推论：重量主要不是来自土壤而是来自水水是植物建造自身的原料,1. 范海尔蒙特的实验,植物生长的物质来自于土壤吗？,（一）光合作用的探究历程,2. 1771 普利斯特利,问题：植物能否从空气中得到些什么？ 实验：,结论：植物可以更新空气，归因于植物的生长,为什么有人认为植物也能使空气变污浊？,问题：为什么植物也会污浊空气？ 实验：,3. 1779 英格豪斯,有光 无光 500多次,
4、结论：只有在光下，植物体只有绿叶才能更新空气,1845年德国 梅耶(R.Mayer),能量转换和守恒定律,光能哪里去了？,光能转换成化学能，贮存在什么物质中呢？,依据：,结论：,植物进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来,4.萨克斯的实验,放在暗处几小时， 目的是什么？,结论： 产物淀粉 条件光照,1为什么对天竺葵先进行暗处理？,2为什么让叶片的一半曝光，另一半遮光呢？,3这个实验的说明什么问题？,答：为了将叶片内原有的淀粉运走耗尽。,答：为了进行对照。,答：结果证明绿叶在光下制造了淀粉。,4. 实验变量是？反应变量是？,答：实验变量是光照，反应变量是叶片颜色变化,5.摘下的叶片能不能直接
5、用碘液检测？,不能，需先用酒精溶解叶片中的色素,5.德国科学家恩吉尔曼(C.Engelmann),水绵特点：由许多个结构相同的长筒状细胞连 接而成，叶绿体呈带状，螺旋排列 在细胞里。,隔绝空气,黑暗，用极细光束照射,完全暴露在光下,水绵和好氧细菌的装片, 氧是由 叶绿体释放出来的， 叶绿体是光合作用的场所。光合作用需要光照,资料分析：（阅读教材100页“资料分析”）,(1)恩格尔曼实验的结论是什么？,答：为了排除环境中光线和氧的影响，确保实验的准确性。,答：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。,答：先选极细光束，用好氧细菌检测，能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；而后用完
6、全曝光的水绵与之做对照。,4.对照类型？实验变量是？反应变量是？,自身对照，实验变量是光照(照光处和不照光处；黑暗与完全曝光)，反应变量是好氧细菌的分布,材料：水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用好氧性细菌可确定释放氧气的部位；条件：没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰； 操作：用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验； 临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。,(2)恩格尔曼的实验方法有什么巧妙之处？,(3) 从资料中可以得出什么推论？,叶绿体是进行光合作用的场所。,积极思维,恩吉尔曼实验的结果,分析：这一实验的结论是什么？,好氧型细菌,水绵,光合色素
7、吸收的主要是蓝紫光和红光,. 1939 鲁宾和卡门,问题：氧气来自于哪？,实验方法： 同位素标记法,结论：光合作用中释放的氧全部来自水。,实验变量是？反应变量是？,实验变量是标记物，反应变量是氧气的放射性,. 20世纪40年代 卡尔文,问题：光合作用的有机物怎样合成的？ 实验：14C标记的14CO2供小球藻进行光合 作用，追踪其放射性 结论：探明了CO2中的碳经过光合作用转化成有机物中碳的途径 卡尔文循环,生物学研究与物理学和科学技术发展密切相关,绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并释放出氧的过程。,2 . 光合作用的概念,（二）光合作用的过程,O2 H,A
8、TP,暗反应,光反应,酶 ADP+Pi,CO2,C6H12O6,水的光解,ATP的形成,CO2的还原,ATP的水解,光反应和暗反应的比较,基粒囊状结构薄膜上,叶绿体基质中,光、色素、酶和水,CO2、酶、ATP、H,O2、H、ATP,有机物（还有水）,光能活跃的化学能（ATP）,活跃的化学能（ATP） 糖中稳定的化学能,光能转变为化学能，并放出O2,同化CO2形成C6H12O6,光反应和暗反应的联系,光反应为暗反应提供还原剂H、能量和ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi,没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，光反应也不能持续进行，有机物无法合成,光合作用的总反应式,光合作用的总反应式,光合作
9、用的实质,6CO2 + 12H2O,光能,有机物中稳定的化学能,C6H12O6 + 6O2 + 6H2O,ATP中活跃的化学能,光照,光照强度,光质（白光红光（糖）蓝紫光（蛋白质）绿光）,温度,CO2浓度,矿质元素,水,酶活性,影响暗反应,N、 Mg 、 Fe 、 K 、 P,光合作用的原料之一,影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体,（三）影响光合作用强度的因素,光合作用强度表示法：,单位时间内光合作用产生糖的数量,单位时间内光合作用吸收CO2的量,单位时间内光合作用释放O2的量,（四）探究光照强度对光合作用的影响,打出小圆形叶片（0 片）：,抽出叶片内气体：,（2）实验流程,在一定范围内
10、随光照强度的增强，光合作用强度也增强。,用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出（直径=1cm）,用注射器（内有清水和小圆叶片）抽出叶片内气体( O2等),小圆形叶片沉水底：,探究光照强度对光合作用的影响,对照实验及结果：,多,中,少,（3）实验结论,（五）化能合成作用,自然界中的某些细菌，能够利用环境中的某些无机物氧化分解时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用称化能合成作用。,2NH3 + 3O2,2HNO2 + 2H2O + 能量,2HNO2 + O2,2HNO3 + 能量,（CH2O ）+ O2,生物的代谢类型,区别：能量来源不同,光合作用,化 能 合成 作 用,类型,共同点：将无机物合成有机物
11、，并储存能量,生物：绿色植物、光合细菌；硝化细菌、铁细菌、硫细菌等,异养型,动物和人类；营腐生、寄生生活的细菌和真菌等。,生物的代谢类型,自养型,同化作用的代谢型,异化作用的代谢型,进行有氧呼吸，也能进行暂时的、部分的无氧呼吸,只能进行无氧呼吸，氧气的存在抑制其呼吸作用,（如乳酸菌、破伤风杆菌）,既能进行有氧呼吸，也能进行无氧呼吸（如酵母菌）,（1）制造有机物,（2）将光能转变为化学能，贮存在有机物中,（3）维持大气中O2与CO2的相对稳定,（4）促进生物进化（厌氧型生物需氧型生物）,（五）光合作用的意义,6 . 某科学家用含碳的同位素14C的CO2来追踪光合作用中碳原子在下列分子中的转移,最
12、可能的途径是 ( )A. CO2 叶绿素 ADP B. CO2 叶绿素 ATPC. CO2 C5 葡萄糖 D. CO2 C3 葡萄糖,D,课 堂 练 习,将某绿色植物置于密闭的玻璃容器中,给予适当条件，放在光照下，容器内CO2含量每小时减少36mg；放在黑暗条件下，容器内CO2 含量每小时增加8mg，并测得该植物在上述光照下每小时制造了葡萄糖30mg。据此推断该植物在上述光照和黑暗条件下的呼吸作用强度（ ）,A.光照条件下的呼吸作用强度大 B.两种条件下的呼吸作用强度相同 C.黑暗条件下的呼吸作用强度大 D.无法确定,B,7.将植物培养在适宜的光照，温度、和充足的CO2条件下：（1）当CO2浓
13、度突然降至极低水平时，发现植物叶片中的五碳化合物含量突然上升，这是因为_缺少时，植物体内的五碳化合物不能形成_。（2）如果在降低CO2的同时，停止光照，则不会出现五碳化合物上升的现象，这是因为暗反应所必须的_和_供应不足，使_ _不能形成五碳化合物。,CO2,三碳化合物, H ,ATP,三碳化合物,8. 右图表示将重量相同的三株小麦幼苗置于三支试管中(试管内装有含全部矿质元素的培养液)。然后将它们分别放在三种条件下培养若干天。试根据结果回答：（1）c试管中的小麦幼苗与a试管比较增重较多，这是因为提高,a 15OC b 20OC c 20OC 强光照 弱光照 强光照,温度能提高_,从而使_尤其是
14、_反应的速度加快。（2）b试管中的幼苗与a试管相比增重很少，这是因为其光合作用的_的产物很少，限制了暗反应中的_过程。,酶的活性,光合速度,暗,光反应,还原,吸收光能的百分比,（一）光能转换成电能 1、色素 （1）聚光色素（天线色素）吸收、传递光能（无光化学活性）：大多数的叶绿素a，全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素. （2）反应中心色素 吸收、转换光能：少数特殊状态的叶绿素a 。 两个光系统：PS（P680） PS（P700）,2、最初电子供体 水：2H2O4H+O2+4e 最终电子受体： NADP + （氧化型辅酶）,B,e,H2O,NADPH,NADP +,A:处于特殊状态下的叶绿素a B
15、:具有吸收传递作用的色素 C和D：传递电子的物质,（二）、电能转换成活跃的化学能1、NADP + +2e + H+ NADPH2、ADP+Pi+电能ATP,酶,酶,（三）活跃的化学能转换成稳定的化学能,（四）、光合作用中能量变化：光能电能活跃化学能稳定化学能,光合作用的产品是有机碳化合物及氧。每人全年呼吸所用的氧，相当于150m2的叶面在夏季里的释氧量。光合作用是一个十分复杂的过程，其机理至今尚未完全清楚。高等植物可以根据其光合作用初产物的不同而分成三类:C3植物、C4植物、景天科植物酸代谢类型植物(CAM),分别适合于不同的生态条件.,C3 小麦,C4 玉米,光合速率的日变化,C4,C3,光
16、合作用强度 (molm-2s-1),时间,课 堂 练 习,1 . 一株绿色植物在单位时间内,使光合产物最多的光照是 ( )A.红光 B.蓝紫光 C.绿光 D.白光,D,2 . 光合作用过程中,ATP转变为ADP的地方是叶绿体的 ( ) A.外膜上 B.基质中 C.色素中 D.基粒薄膜上,B,3 . 用含同位素18O2的水来浇灌植物,经光照后, 18O可发现于 （ ）A.生成的葡萄糖中 B.生成的淀粉中 C.合成的蛋白质中 D.周围的空气中,D,A,4.光反应的主要产物是下列哪一组 ( )A.H、ATP、O2 B.H、ADP、H2OC.H2、ADP、O2 D.H、ADP、O2,5 . 光合作用可
17、分为光反应和暗反应两个阶段,下列叙述正确的是 ( )A.光反应不要酶 , 暗反应需要多种酶B.光反应储存能量 , 暗反应消耗能量C.光反应固定CO2 , 暗反应还原CO2D.光反应消耗水 , 暗反应消耗ATP,D,影响光反应的速度,（三）光合作用原理的应用,、延长光照时间：轮作、套种、间作,2、增加光照面积：合理密植充分利用光能,提高农作物的光能利用率,3、增强光合作用强度,（光合作用强度的表示方法）,（1）控制光照,（2）控制温度（增大昼夜温差）,（3）增加农作物环境中CO2的浓度,增施有机肥料或NH4HCO3、大棚内圈养一些小型动物、种植一些食用菌等。,温度通过影响酶的活性影响暗反应来影响
18、光合作用速率,光照强度,光质（白光红光（有利于糖的形成）蓝紫光（有利有蛋白质积累）绿光）,光照强度,应用 ：阴生植物的B点前移，C点较低，如图中虚线所示。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。,（2）CO2的影响,A点：进行光合作用所需CO2的最低浓度。,应用：如何提高CO2的浓度,农田农作物要合理密植，注意通风 增施有机肥料或NH4HCO3、 大棚内圈养一些小型动物、种植一些食用菌等。,（3）温度的影响,应用 ：,一般植物在10-35 下正常进行光合作用,适时播种；温室栽培中注意保持昼夜温差。,（影响酶的活性和气孔的开度）,（4）必需矿质元素的影响,是叶绿素、酶、AT
19、P等物质重要构成元素,Mg：,P：,应用：,合理施肥,植物一生中都需要不断地从外界吸收必需的矿质元素。不同的植物对各种必需矿质元素的需要量不同；同一种植物不同的生长发育时期，对各种矿质元素的需要量也不相同。合理施肥就是指根据植物的需肥规律适时地、适量地施肥，以便植物体茁壮生长，并且获得少肥高效的结果。,（6）绿叶面积的影响,OA段：,为光合作用叶面积的饱和点。随叶面积的增大，光合作用不再增加，原因是叶片相互遮挡，影响对光的吸收,随叶面积的不断增大光合作用实际量不断增大 。,应用：,适当间苗，合理密植，适当修剪，避免徒长,对以上结果分析正确的是( ) A. 在20条件,影响光合作用的因素只有光照
20、强度 B.在10、5klx的光照下，每小时光合作用产生的氧气量是3mg C.在5klx光照下，10时积累的有机物比20时多 D.在20、10klx光照下，每小时光合作用固定的CO2量约是13.8mg,补偿练习:,将某种绿色植物的叶片，放在特定的实验装置中，研究在10、20的温度条件下，分别置于5klx、10klx光照和黑暗条件下的光合作用和呼吸作用。结果如图所示。,C,将川芎植株的一叶片置于恒温的密闭小室，调节小室CO2浓度，在适宜光照强度下测定叶片光合作用的强度（以CO2吸收速率表示）,测定结果如下图。下列说法正确的是 （ ） A. 如果光照强度适当降低，a点左移，b点左移 B. 如果光照强度适当降低，a点左移，b点右移 C. 如果光照强度适当增加，a点右移，b点右移 D. 如果光照强度适当增加，a点左移，b点右移,D,
