第五章 第四节 能量之源-光与光合作用

柳树增重80kg
土壤只减少0.06kg
结论：植物增重主要来自水分
3、1771年英国普利斯特利实验
一段时间后
一段时间后
普 利 斯 特 利 实 验
结论：植物可以更新空气
4、1779年，荷兰 英格豪斯的实验
A组
B组
实验重复了500多次 结论：只有在光照下只有绿叶才可以更新空气
1785年，发现了空气的组成， 科学家在明确绿叶在光下放出的 气体是氧气，吸收的是二氧化碳
光反应阶段
光反应阶段
进行部位
条件 物质变化 主要产物 能量变化 类囊体薄膜上
光、色素和酶、水
酶 水的光解：H2O 光能 合成ATP ： ADP+Pi O2 、[H] 、ATP 光能→ATP中活跃的化学能 [H] + O2
酶 ATP 光能
光合作用的最终产物里面并没有[H]和ATP， 那么它们是怎么样被消耗掉的呢？
外膜
内膜
叶绿体存在 于叶肉细胞、 茎幼嫩组织
基质
(含有酶)
基粒
(类囊体堆叠)
类囊体
(有色素和酶)
双层膜；类囊体堆叠成基粒增大膜面积；基质中也有酶， 还有少量的DNA和RNA 类囊体薄膜上含有吸收、传递、转化光能的色素
没 有 氧 气 的 黑 暗 环 境
极 细 的 光 束
没 有 氧 气 的 有 光 环 境
不同的色素对光的吸收有什么差别？
捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位？
实验：绿叶中色素的提取和分离
（一）色素的提取
叶绿体中的色素能溶解在 有机溶剂无水乙醇 用无水乙醇可提取叶绿体中色素。 中，
（二）分离色素
色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从 而分离色素。
★扩散速度与色素在层析中的溶解度的关系：
溶解度大，扩散速度快 溶解度小，扩散速度慢
光能利用率
4、矿质元素（ 合理施肥）
5、水（ 合理灌溉）
进行 部位
条件 物质 变化 能量 变化 联系
类囊体的薄膜上 水、光、色素和酶 水的光解、合成ATP 光能→ ATP中活跃的 化学能
光反应为暗反应提供[H]和ATP
暗反应产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料
叶绿体处不同条件下，C3、C5、［H］、ATP以及 (CH2O)合成量的动态变化
条件 停止光照 CO2供应不变 光照不变 停止CO2供应
1939
20世纪40代
鲁宾
卡门
光合作用释放的氧来自水。
光合产物中有机物的碳来自CO2
卡尔文
光合作用的原料，产物，场所和条件是 什么？你能用一个反应式表示出来吗?
CO2+H2O 光能
叶绿体
（CH2O）+O2
三、光合作用的过程 划分依据:反应过程是否需要光能
光反应 暗反应
光反应在白天可以进行吗？夜间呢？ 有光才能反应 暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？ 有光、无光都能反应
BC段:此段光合强度＞呼吸强度
CO2浓度
吸 收 量
A点：CO2补偿点
O 释 A 放 C
量
CO2
B点：CO2饱和点
B CO2浓度
CO2
C点：只进行呼吸作用
右图表示将某植物放在不同浓度 CO2 环境 条件下，其光合速率受光照强度影响的变 化曲线。 e 点与 d 点相比较， e 点时叶肉细 胞中 C3 的含量； e 点与 f 点相比较， e 点时 叶肉细胞中C3的含量变化情况是
叶绿素溶液
色素的吸收光谱图
类 胡 萝 卜 素 ： 吸 收 蓝 紫 光
叶 绿 素 ： 吸 收 蓝 紫 光 和 红 光
1、叶片为什么往往是绿色的呢？
叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，再加上 叶绿素含量多，所以叶片才呈现绿色。
2、温室或大棚种植蔬菜应选择什么颜色的塑料薄膜？
可以选择有色薄膜，比如红色或蓝色的薄膜，只允许红光或 蓝光通过。还可以选择无色透明塑料薄膜可以通过所有波长 的可见光（波长为400-700），光合效率最强。
C （光饱和点）
阳生植物 阴生植物
净 光 合 速 率 呼 吸 速 率 实 际 光 合 速 率 （ 总 值 ）
0
CO2
B
（光补偿点） 光照强度
释 放 量
受光影响
A
（呼吸强度）
受CO2、酶或其他因素限制
阴生植物的光补偿点、光饱和点＜阳生植物
• 应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物。
真正光合速率=净光合速率+呼吸速率
A
A．低、高 B．低、基本一致
C．高、高
D．高、基本一致
温度
温度→酶活性→光合作用速率
吸 收 量
0
①由于气温过高，蒸腾作用旺盛，水分在 中午供应不上，气孔关闭； ②由于气孔关闭导致二氧化碳供应不足；
CO2
6
A B
C 17 时间
10
13
15
温度改变时，光补偿 点和光饱和点的变化
吸↑ 收 CO2 0 释c 放 CO2 a
叶绿体的功能：
叶绿体是进行光合作用的场所，它内 部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收 光能的色素分子，还有许多进行光合作用 所必需的酶。
问题：植物生长所需的物质来自何处？
2000多年前 亚里士多德 (Aristotle)
认为：构成植物 体的原料是土壤 植物增加的重量=土壤减少的重量
2、1648年比利时海尔蒙特的实验 五年后
硝化细菌
2HNO3+能量
6CO2+6H2O
能量
2C6H12O6+ 6O2
自养生物：
能够直接把从外界环境摄取的无机物转 变成为自身的组成物质，并储存了能量的一 类生物
如：绿色植物，蓝藻、硝化细菌、铁细菌、硫细菌等
异养生物：
不能直接利用无机物制成有机物，只能 把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的 组成物质，并储存了能量的一类生物
C3
C5
［H］和ATP
(CH2O)合 成量
增加 下降 减少或没有 减少或没有
减少 增加
增加
减少或没有
化能合成作用
——能够利用体外环境中的某些无机物氧化 时所释放的能量来制造有机物的合成作用
例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类 的细菌 2NH3+3O2
硝化细菌
2HNO2+2H2O+能量
2HNO2+O2
联系
光合作用的产物为细胞呼吸提供了物质基 础——有机物和氧气；细胞呼吸产生的二氧 化碳可被光合作用所利用
哪些外界因素会影响光合作用的进行
光（光强、光质）、温度、CO2浓度、矿质元素、水等
强度 波长
浇水
Mg2+ 施肥
施肥
温度 pH
空气 中的 浓度
CO2 吸 收 量 mg/dm2·h
光合速率（强度）
结论：叶绿体是光合作用的场所，氧是由叶绿体释放
出来的。
光合作用需要光照。
恩格尔曼实验的巧妙之处
选材好。 水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察； 用好氧细菌可确定释放氧气多的部位。 设计巧妙。 没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰； 用极细的光束照射，叶绿体上可分为有光照和无 光照的部位，相当于一组对照实验。
5、 1845年，德国的科学家梅耶 指出：植物光合作用时，把光能 转换成化学能储存起来。
依据：能量转换和守恒定律
6、1864年萨克斯的实验
一 在 半 暗 曝 处 光 放 ， 置 一 几 暗处理 半 小 遮 的 光 叶 片
碘蒸汽处理
光照Biblioteka 酒精 脱色结论:绿色叶片在光合作用中产生了淀粉
7、光合作用的原料有水和二氧化碳， 那么，光合作用释放的氧气到底是 来自二氧化碳还是来自水呢？ 1939年，美国的科学家鲁宾和卡 门利用同位素标记法,用18O做示 踪原子，对光合作用的产物氧气 中氧的来源进行了探究。
O2
18O
2
C18O2
（一）
CO2
（二）
H2O H2O
H218 O H218O
绿藻 绿藻 结论: 光合作用释放的氧全部来自水。
光合作用产生的有机 物又是怎样合成的呢？
20世纪40年代，美国科 学家卡尔文利用放射性 同位素14C标记的14CO2做 实验研究这一问题。最 终探明CO2中的碳在光合 作用中转化成有机物中 的碳的途径，这一途径 称为卡尔文循环。
方法与步骤：称
取5g左右的鲜叶，剪碎， 放入研钵中。加少许的 石英砂（充分研磨）和 碳酸钙 (保护色素)与 10ml无水乙醇。在研钵 中快速研磨（防止无水 乙醇挥发）。将研磨液 进行过滤。
1.准备滤纸条
剪去两角的原因？
铅笔线 画铅笔细线
保证使滤液能同步到达滤液细线
滤液细线 画滤液细线
★要求：细而直
3、秋季植物叶变黄、变红是什么原因？
秋季, 气温降低, 叶绿素分解，叶片中的叶黄素、胡萝卜素 开始显露；形成了花青素，花青素遇酸变红
【例1】如图是叶片中两类色素的吸收光谱，试判
定A和B分别为何种色素（ D ）
A.叶绿素a、叶绿素b
B.类胡萝卜素、叶绿素
C.叶黄素、叶绿素a
D.叶绿素、类胡萝卜素
二、叶绿体的结构和功能
f
d
b
光照强度
→
若上图示植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为 25℃和30℃，该曲线表示该植物在25℃时光合作用强 度与光照强度的关系。若将温度提高到30℃的条件下 （原光照强度和CO2浓度不变），理论上图中相应点的 移动分别是：c点 下移 （填“上移”、“下移”或“不 右移 （填“左移”、“右移”或“不 移”）；a点 动”）； 下移
（含量约1/4）
叶黄素（黄色） 叶绿素a（蓝绿色）