第四节 能量之源-光与光合作用(1)

8、光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶 段，下列说法正确的是（D ） A.叶绿体类囊体膜上进行光反应和暗反应 B.叶绿体类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应 C.叶绿体基质中可进行光反应和暗反应 D.叶绿体基质中进行暗反应,不进行光反应 9、光合作用过程中，产生ADP和消耗ADP的 部位在叶绿体中依次为 ( B ) ①外膜 ②内膜 ③基质 ④类囊体膜 A．③② B．③④ C．①② D．④③
卡尔文循环：CO2
→ C3 → (CH2O)
二 光合作用过程
CO2＋H2O
光能 叶绿体
（CH2O）＋O2
糖类
划分依据:反应过程是否需要光能
光反应 暗反应
O2 H2O ①水的光解 叶绿 体中 的色 素
供氢 [H] 酶
光能
ATP 供能 酶 ② 酶 ADP+Pi
① ② 多种酶 固 定 还 原 参加催化
实验：绿叶中色素的提取和分离
1 实验原理： （1）叶绿体中的色素可以溶解在无水乙醇中， 可以用来提取色素。 （2）色素——有很多种，都能溶于层析液中， 但溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩 散的快；反之则慢。故，可用纸层析法分离色素
2 实验步骤
（1）取5g的绿叶，剪碎，放入提取器中。 （2）向提取器中加入少许二氧化硅（充分研磨） 和碳酸钙(中和细胞中的酸，防止镁从叶绿素分 子中移出) ，再加入2~3 ml无水乙醇，充分快速 研磨，研磨过程中要不时提起研磨杆使里面物 质充分混合。 （3）滤纸一端剪去两角。 （4）用毛细管吸取少量滤液，沿距离滤纸底部 1cm处画一道细线，滤液干后，再画一次。 （5）滤纸朝下放入层析液中，要盖住盖子，防 止层析液挥发。
3.影响光合作用的因素——温度
温度影响光合酶的活性 应用：增加昼夜温差
4.矿质营养影响光合作用
N： 光合酶的重要组分
P： ATP的重要组分
Mg： 叶绿素的重要组分
四 化能合成作用
自养生物 光能自养生物
以光为能源，以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖 类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。 例如绿色植物。
C B
二氧化碳浓度
有 机 物 消 耗
B点：（CO2补偿点）指在光照条件下，叶片进行 光合作用所吸收的CO2量与叶片所释放的CO2量 达到动态平衡时，外界环境中CO2的浓度。 C点：（CO2饱和点）指当空气中CO2浓度较低时，植 物的光合速率会随着CO2浓度的增加而提高。但是当空 气中的CO2浓度增加到一定程度后，植物的光合速率就 不会再随着CO2浓度的增加而提高。这时空气中的CO2 浓度就称为CO2饱和点。 。
叶 绿 素 ： 吸 收 蓝 紫 光 和 红 光
结论：
叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光， 胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
这些捕获光能的色素存在于细胞 中的什么部位？
（二）叶绿体的结构
形态：扁平的椭 球形或球形 两层膜结构 基粒——由许多 类囊体ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ叠而成， 色素分布在类囊 体薄膜上。 叶绿体基质—— 有许多酶
叶绿体是进行光合作用的场所。它内 部的巨大膜表面上，不仅分布了许多吸收 光能的色素分子，还有许多进行光合作用 所必须的酶。
二、光合作用的原理和应用
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，并释 放出O2的过程。
（一）光合作用的探究历程（P101－102）
（1）1642年[比利时] 海尔蒙特 柳树实验
异养生物
只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生 命活动。例如人、动物、真菌及大多数的细菌。
化能合成作用
化能自养生物
利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来 制造有机物。少数的细菌，如硝化细菌。
所需的能量来源不同（光能、化学能）
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
3 实验结果：
讨论问题： 1、滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序 怎样？ 宽窄如何？ 这说明了什么？ 2、滤纸上的滤液细线，为什么不能触及层析液？
层析液 滤液细线 后果：色素能溶于层析 液中，不利于各种色素 的分离
绿叶中的色素有4种，可以归纳为两类：
胡萝卜素（橙黄色） 捕 获 光 能 的 色 素 类胡萝 卜素 叶黄素（黄色） (占1/4)
类囊体
外膜 内膜 基粒
叶绿体 基质
（三）叶绿体的功能
1880年 恩格尔曼的实验
水 绵
好氧细菌
从实验中我们能得到什么结论？
光合作用的场所： 叶绿体
光合作用的产物中含有： 氧气 为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水绵 完全暴露在光下？
极细光束 完全曝光 准确判断释放氧气的位置 证明实验结果完全由光照引起
CO2 H2O 2.光合作用的实质是：把______和_______转变 光能 化学能 为有机物，把_______转变成_______,贮藏在有 机物中。 暗反应 3.在光合作用中，葡萄糖是在________中形成 光反应 的，氧气是在_________中形成的，ATP是在 光反应 暗反应 _______中形成的，CO2是在_______固定的。
联系
光反应是暗反应的基础，为暗反应提供[H] 和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi 。
三、光合作用原理的应用
环境因素对光合作用的影响
1）光照 2）二氧化碳浓度 3）温度 4）矿质元素
1.影响光合作用强度的因素—光照强度
CO2
吸 收
C
A点：只进行呼吸作用 AB段：光合作用小于呼吸作用 B点：光合作用等于呼吸作用
D
B
光合作用强度
C A
O
E
一天的时间
9 10 11 12 13 14
C点气孔关闭，使CO2固定受阻，产生的C3减少 D点光照减弱，光反应产生的[H]和ATP减少， 影响C3还原
2.二氧化碳的供应对光合作用强度的影响
光 合 作 用 速 率
CO2浓度
应用： 增加CO2浓度提高温室作物的产量
有 机 物 合 成
[H] + O2 物质 水的光解： H2O （还原剂） 酶 变化 ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP ATP的合成：
光能
类囊体薄膜
H 2O 酶
[H] Pi ＋ADP 三碳化合物 2C3 ATP
O2
CO2
五碳化合物
叶绿体基质 C3的还 原 CO2的 固定 多种酶
C5
卡尔文循环 糖类
场所： 叶绿体的基质中 条件： [H] 、ATP、酶、CO2 能量 ATP中活跃的化学能转变为糖类等 有机物中稳定的化学能 变化： 酶 CO 2C3 CO2的固定： 2＋C5 物质 酶 2C (CH2O)+ C5 变化 C 的还原： 3 3 糖类 ATP ADP+Pi [H] 、
0
CO2
释 放
BC段：光合作用大于呼吸作用
B A
光照强度
B：(光补偿点）指光合作用强度和呼吸 作用强度一致时的光照强度 C ：(光饱和点）指在一定的光强范围内，植物的光合 强度随光照度的上升而增加，当光照度上升到某一数 值之后，光合强度不再继续提高时的光照度值。
光合作用强度与光照强度、时间的关系
光照强度
1785年发现空气的组成，人们才明确绿 叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是 二氧化碳。
光能哪里去了？
（4）1845年，梅耶 能量转化与守恒定律 指出 化 光 学 能 能
储存在什么物 质中？
（5）1864年，德国萨克斯实验
光照
暗处理
碘蒸汽处理
酒精脱色
结论:绿色叶片在光合作用中产生了淀粉
问题1：为什么对植物进行一昼夜的暗处理？ 为了将叶片中原有的淀粉运走耗尽 问题2：为什么让叶片的一半曝光，另一半 遮光呢？ 进行对照
三碳化合物 2C3
叶绿体基质
暗反应阶段
ATP
CO2
五碳化合物
CO2的 多种酶 固定
[H]
C5 糖类
比较光反应、暗反应
光反应阶段 条件 场所 光、色素、酶、水 暗反应阶段 不需光、酶、[H]、ATP 叶绿体基质中
叶绿体类囊体薄膜
物质变化 水的光解； CO2的固定； C3的还原 ATP的生成 ATP中活 ATP中活 有机物中稳 能量变化 光能 定化学能 跃化学能 跃化学能
叶绿素a（蓝绿色） 叶绿素 (占3/4) 叶绿素b（黄绿色）
色素的功能：
吸收可见光，用于光合作用
叶绿素溶液
四种色素对光的吸收
叶绿体中的 色素提取液
100
吸收光能百分比 叶绿素
50
类胡萝卜素
400
500
600
700nm
可 见 光 区 春夏叶片为什么是绿色？
类 胡 萝 卜 素 ： 吸 收 蓝 紫 光
柳树2.5Kg
土100Kg
只浇水
5年后
结论：植物增重 主要来自水分
柳树82.5Kg 土99.9Kg
（2）普利斯特利实验
结论：植物可以更新空气
普利斯特利的的实验有时成功，有时失败， 可能的原因是什么？
没有考虑到光的影响。
（3）英格豪斯的实验
光 照 一 段 时 间 置 于 暗 处 一 段 时 间
结论： 光照是植物更新空气必不可少的
?
光合作用释放的O2来自CO2还是H2O？
（6）美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）
C02
180
C18O2
2
02
第 一 组
H2180
H 20
第 二 组
光合作用产生的O2来自于H2O。
光合作用产生的有机物又是怎样合成的？
（7）20世纪40年代，卡尔文(M.Calvin)
用14C标记的CO2供小球藻实验， 追踪检测其放射性。探明CO2中 的C的转移途径。
2NH3+3O2
2HNO2+O2
硝化细菌 硝化细菌
2HNO2+2H2O+能量
2HNO3+能量
CO2+ H2O
能量 酶
(CH20)+ O2
水的光解 1.叶绿体中的色素所吸收的光能，用于_______ [H] ATP 形成ATP 和____________;形成的________和__________ 提供给暗反应。
太阳光中有能量， 我们制造出太阳能电池 板可以捕获其中的能量 并转化为电能。 绿色植物也能捕获 并转化太阳光中的能量， 那么，绿叶中通过什么 物质或结构捕获并转化 光能呢？
（一）捕获光能的色素
我们知道，玉米中有时会出现白化 苗。白化苗由于不能进行光合作用，待 种子中贮存的养分耗尽就会死亡。可见 光合作用与细胞中的色素有关。 今天，下面的这个实验，主要目的 是探究绿叶中含有几种色素和学习对色 素进行提取和分离的方法，并设法将这 些色素分离开。 绿叶中有哪些色素呢？
植物为什么会生长？
植物进行光合作用，吸收太阳能，积累有机物
有些蔬菜大棚用红色或蓝色 的塑料薄膜代替普通塑料薄 膜，有的温室内悬挂发红色 或蓝色的灯管。 1.用这种方法有什么好处？这 样做对光合作用有影响吗？ 2.为什么是用红色或蓝色的呢？ 用绿色的可以吗？
第4节 能量之源——光与光合作用
一、捕获光能的色素和结构
5、在光合作用的暗反应过程中，没有被消耗掉的是 （ B） A、[H] B、C5化合物 C、ATP D、CO2
6、与光合作用光反应有关的是（ A ） ①H2O ②ATP ③ADP ④CO2 A.①②③ B.②③④ C.①②④ D.①③④
7、将植物栽培在适宜的光照、温度和充足的C02条件 下。如果将环境中C02含量突然降至极低水平，此时叶 肉细胞内的C3化合物、C5化合物和ATP含量的变化情况依 次是 C A. 上升；下降；上升 B. 下降；上升；下降 C. 下降；上升；上升 D. 上升；下降；下降
2c 3
co2
C5
(CH2O) [糖类]
光反应 元素转移 O元素: H2＊O
暗反应
＊O 2
C元素: C O2
C3
(CH2O)
类囊体薄膜 H 2O
O2
进入叶绿 [H] 体基质， 参与暗反 应 ATP 供暗反
光反应阶段
酶
Pi ＋ADP
应使用 场所： 叶绿体内的类囊体薄膜上 条件： 光、色素、酶、水、ADP、Pi 能量变化： 光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中
4 下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：
H 2O 光 B F CO2 G J I
A
C
D
E+Pi
H
色素 水 Ｏ2 ①图中A是______,B是_______,它来自于______的分解。 [H] ②图中C是_______，它被传递到叶绿体的______部位，用 基质 用作还原剂，还原C3 于_________ 。 色素吸收 ATP ③图中D是____，在叶绿体中合成D所需的能量来自______ 的光能 C3化合物 糖类 ④图中G________,F是__________,J是_____________ C5化合物 光反应 [H]和ATP ⑤图中的H表示_______， H为I提供__________