4-2光合作用研究史+光合色素

叶绿体的基质 多种 酶
CO2的固定：CO2 + C5 → 2C3 C3的还原： 2C3 + [H] (CH2O) + C5
物 质 变化
ADP+Pi
NADP+ + H+ +e
能量 转换 联系 光能 电能
NADPH
活跃的化学能
活跃的化学能 能
稳定的化学
光反应为暗反应提供ATP 、NADPH，暗反应为光反应补充ADP、Pi、 NADP
1939年（美国） 鲁宾和卡门实验
提出问题 光合作用产生的氧是来自于水还是二氧化碳？ 光合作用产生的氧是来自于水（或者是二氧化碳）。
作出假设
设计实验
A 结果分析
B
A中气体无放射性，B中气体具有放射性
同 位 素 标 记 法
得出结论
光合作用产生的氧气来自于水，而不 是来自于二氧化碳。
1961年荣获诺贝尔化学奖
答案：光照强度主要影响光合作用的光反应。光合作用强度 随光照强度的变化而变化。光照弱时光合作用减慢，光照逐 步增强时光合作用随之加快，但是光照增强到一定程度，光 合作用速度不再增加。
问题4.不同光质又是怎样影响光合作用的？ 答案：光质不同影响光合速率，白光为复色光，光合作用能 力最强。单色光中红光作用最快，蓝紫光次之，用的强度，称为光合速率
光照强度 二氧化碳浓度 温度 水和一些无机离子如氮、磷、钾和镁
实验步骤：
实验流程
打出小圆形叶片(30片)：用打孔器在生长旺盛的绿 叶上打出(直径＝1cm) 抽出叶片内气体：用注射器(内有清水、小圆形叶 片)抽出叶片内气体(O2等) 小圆形叶片沉水底：将抽出内部气体的小圆形叶片 放入黑暗处盛有清水的烧杯中，小圆形叶片全部沉 到水底
下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：
H2O 光 A B C D G F CO2
E+Pi H I
J
水 叶绿素 是_______, Ｏ2 ①图中A是______,B 它来自于______ 的分解。 基质 部位，用 [H] ，它被传递到叶绿体的______ ②图中C是_______ 用作还原剂，还原C3 于____________________ 。 色素吸收 ATP，在叶绿体中合成D所需的能量来自的光能 ③图中D是____ ______ C3化合物 糖类 ④图中G________,F 是_____________ C5化合物 是__________,J 光反应 ， H为I提供__________ [H]和ATP ⑤图中的H表示_______
光合作用的研究历史
植物生长所需的物质来自何处？ 公元前3世纪，亚里士多德提出， 植物生长在土壤中，土壤是构成 植物体的原材料。
17世纪范尔蒙特(比利时) 柳树实验
图 A
图B
图C
实验前 90.800kg 2.25kg
实验后 90.743kg 76.70kg
图 变化 D
土壤干重 柳 树
-0.057kg +74.75kg
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。
光合作用发现过程
1948年 1923年 光合作用制 造的有机物 中ＣＯ２转 化成有机物 的途径（美 国：卡尔文）
发 现 内 容
1771年
1864年 绿色植物 通过光合 空气组成 作用制造 被发现 了淀粉 光合作用 （德国： 放出氧气， 萨克斯） 吸收二氧 化碳 1785年
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2.叶绿体及其色素
叶片是进行光合作用的主要器官
绿叶
叶片中的叶肉细胞 叶肉细胞
叶绿体是进行光合作用的场所
亚显微结构模式图
叶绿体亚显微 结构模式图
叶绿体及色素
具选择性
双层膜结构 基质 类囊体 基粒 酶 色素
1.下列标号各代表： 内膜 ③_________ 基粒 ① 外膜 ②________ 叶绿体 基质 ④ 类囊体膜 ⑤________ 2.在④上分布有光合作用所需的 色素 和 酶 ， 在⑤中也分布有光合作用所需的 酶 。
植物增重的物质是从哪里来的呢？ 结论： 植物生长所需的养料主要来自于水，而不是土壤。
二、1771年普里斯特利（英）对光合作用的探 索 普利斯特利的实验结论： 植物可以更新浑浊的空气。
三、1779年英格豪斯（荷兰）实验
更新空气的关键因素是“光” 。
光
1785年空气的组成被发现
绿叶在光照中放出的是O2，吸收的CO2 。
ATP
NADPH
(CH2O)
C5
光
光合作用的全过程
e +
e
O2 O2 H+ H+ H+ H 2O
e
H + H+
H+
NADP+ ADP+Pi NADPH
2C3 固定
CO2
H+
ATP合 成酶 类囊体腔
还原
多种酶参加 催化
C5
ATP
（CH2O）
光反应与暗反应比较
光反应
暗反应
场所
条件
叶绿体的类囊体膜 光、色素、酶 H 2O H+ +O2+e ATP
在20世纪80年代末，光合作用的一 项研究成果获得了诺贝尔奖。基金 委员会宣布得奖的评语中称光合作 用是“地球上最重要的化学反应”。
光合作用的意义：
1.生产有机物，是动物和人类的食物来源和生存 基础 2.将太阳能转化为有机物中的化学能，是地球上 生物的生命活动所需能量的来源 3.维持大气O2和CO2的相对平衡
原料——CO2+H2O
产物——(CH2O)n+O2
动力—— 太阳光
场所——叶绿体
光合作用的概念： 光合作用是指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，并且释放出氧气的 过程。
光 H20 C02
光合 作用
(叶绿体)
02
(CH20)n
能源物质
光
光反应
e +
叶绿体基质
光合作用效率与光照强度、时间的关系
光照强度
B
D
光合作用效率
C
A
O
E
一天的时间
10 11 12 13 14 15
3.CO2浓度
②温度
光合作用是在酶的催化下进行的，温度直接 影响酶的活性。一般植物在10℃～35℃下正 常进行光合作用。
问题5.在生产生活实际中我们是怎样改变光强来 改变光合作用强度的？ 答案：适当提高光照强度、延长光合作用时间、增 加光合作用面积——合理密植、对温室大棚用无色 透明玻璃；若要降低光合作用则用有色玻璃，如用 红色玻璃，则透红光,不吸收其他波长的光，光合 能力较白光弱，但较其他单色光强。 问题6.温度是怎样影响光合作用的？在生产中是怎样利用温度 来增加农作物产量的？ 答案：光合作用的光反应和暗反应是酶促反应，温度直接影响 酶的活性，从而影响光合速率。温度过高，还会影响植物叶片 气孔开度，影响CO2供应，进而影响暗反应，从而影响光合速 率。 在农业生产中可通过适时播种、温室栽培植物时，白天适当提 高温度，晚上适当降温来提高产量。
反应 式
CO2 + 2H2O
光能 （ CH2O） + H2O + O2 叶绿体
光合作用实质
物质变化
无机物
有机物（CH2O)
能量变化 光能
活跃的化学能
ATP
稳定的化学能 （CH2O）
产物和原料的对应关系：
C （CH2O） H O
O2 能量的转移途径：
光能 ATP中活跃 的化学能
CO2 H2O CO2 H2O
光合作用与生产生活
在生活中的应用 清晨或夜间不在密林中锻炼
在农业生产上应用—— 如何增加作用单位面积 的产量
增加光照面积
延长光照时间
适当增加二氧化碳浓度
P点时，限制光合速率的因素 应为横坐标所表示的因子，随 其因子的不断加强，光合速率 不断提高。当到Q点时，横坐 标所表示的因素，不再是影响 光合速率的因子，要想提高光 合速率，可采取适当提高图示 的其他因子
各 种 色 素
叶绿素a
e
叶绿体色素的功能和特性：
功能：吸收、传递、转化光能 特性：选择吸收光谱
叶绿体中色素的吸收光谱
实验表明：叶绿素在蓝紫光和红光部分都有很 高的吸收峰，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
3、光合作用的过程
光合作用的反应式概括为：
光能
CO2+2H2O
叶绿体
（CH2O） +H2O + O2
4.叶龄
5.叶面积
6. 水分：
1) 直接作用：作为光合作用的原料 2) 间接作用： (1) 影响气孔开放 (2) 影响光合产物运输 (3) 缺水时淀粉水解加强，糖类积累 (4)水分亏缺严重时，光合机构受损，电子 传递降低，光合磷酸化解偶联。
7.矿质营养
N：光合酶和ATP的重要组分
P：ATP的重要组分；维持叶绿体正 常结构和功能 Mg：叶绿素的重要组分
四、1864年萨克斯（德国）实验 探究：光合作用需要CO 和H O，在释放出O 的同时，还产生哪些物质？
2 2
2
萨克斯的实验结论： 绿色植物光合作用的产物有淀粉。
1880年，恩格尔曼（德国）
见光叶绿体部位有氧气的产生。 叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所
同位素标记法：
放射性同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用放射 性同位素标记的化合物，化学性质不会发生改变。 科学家通过追踪放射性同位素标记的化合物，可以弄清化 学反应的详细过程。
酶
NADPH
ATP的形成： ADP + Pi + 能量
ATP
（活跃化学能）
暗反应
叶绿体基质
三碳 化合物
固定 NADP+ 还原
供氢
NADPH
CO2
供能
ATP
ADP+Pi
多种酶 参加催化
再生
五碳 化合物
（CH2O）n
卡尔文循环
淀粉 （叶绿体）
蔗糖 （运输）
暗反应
• 场所： 叶绿体的基质 • 条件： 酶、ATP 、NADPH、CO2、C5 • 过程： CO2的固定： CO2 + C5 → 2C3 C3的还原： C3 C5的再生： C3
思考题
• 将一棵在暗处放置了很久的植物，突然从暗 处移到光下，其叶绿体中C3和C5的含量变化 如何？ • 如果将在强光下放置很久的一棵植物，突然 从光下移到暗处，C3和C5的含量又将发生什 么变化？
影响光合作用的因素
①光照强度
光照强度
问题3.请说出光照强度是如何影响光合作用强度 的？其影响有什么特点？
1779年 植物更新 空气需要 植物可以 光照（荷 兰: 更新空气 （英国： 英格豪斯） 普里斯特 利
光合作用 释放的O2 全部来自 H2O（美 国：鲁宾 和卡门）
…
1642年
植物生长 需要的物 质是水 H2O（比 利时： 范· 赫尔 蒙特）
发现年代
上述研究结果说明： 光合作用的原料是 二氧化碳和水 条件是 阳光 产物是 淀粉和氧 场所是 叶绿体
① ②
⑤
③
④
20
绿 叶 中 的 色 素
胡萝卜素（橙黄色） 类胡萝卜素 叶黄素（黄色） 叶绿素 叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
为什么叶片通常呈现绿色？ 通常，绿色植物叶片中的叶绿素含量是 类胡萝卜素的4倍。因此，叶片呈现绿色。
秋冬来临，绿叶颜色为何会黄？
叶片衰老或环境条件不良时，叶绿素比类胡萝卜素 更容易被破坏，其含量降低，叶片由此显现出类胡萝卜 素的颜色。。
3、在光合作用的暗反应中发生的反应过程有 A、CO2的固定，O2的释放 D B、CO2和水反应生成糖等物质 C、H2O的分解，O2的释放 D、CO2的固定产物（C3化合物）的还原 4、小球藻在光照条件下，其细胞中NADP + A e+H+→NADPH的反应发生在 A．叶绿体片层结构（类囊体） B．叶绿体基质 C．线粒体嵴 D．线粒体基质
不同光照强度对光合作用的影响
项目 烧杯 甲 乙 丙 小圆形 叶片 10片 10片 10片 NaHCO3 溶液 20 mL 20 mL 20 mL
光照强度
强 中 弱
叶片浮 起时间 多 中 少
实验结论：在一定范围内，随着光照强度不
断增强，光合作用强度也不断增强(小圆形叶 片中产生的O2多，浮起的多)。
问题7.二氧化碳又是怎样影响光合作用强度的？
答案：二氧化碳是光合作用的原料之一。环境中二氧化碳浓度 的高低明显影响光合速率。在一定范围内，植物的光合速率是 随CO2浓度增加而增加，但到达一定程度时再增加CO2浓度， 光合速率不再增加。在实际生产中温室栽培植物时适当提高室 内CO2的浓度，如施放一定量的干冰或多施农家肥。
(CH2O)中稳定 的化学能
碳的转移途径：
CO2
C3 （CH2O）n
课堂练习
1、叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，光能的吸收 发生在叶绿体的 C A.内膜上 B.基质中 C.类囊体膜上 D.各部位上 2、光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，下列参与 B 暗反应必需的物质是 A．H2O、CO2、ADP B．CO2、NADPH、ATP C．H2O、CO2、ATP D．NADPH、H2O、 ADP
e
O2
O2 H+ H+ H+ H+ H + H+
H 2O
e
H+
NADP+ ADP+Pi NADPH
H+
ATP 合成 酶
ATP
类囊体腔
类囊体膜
光反应
• 场所： 叶绿体的类囊体膜 • 条件： 光、色素、酶 • 过程： 水的光解： 2H2O NADPH的形成：
光 酶
暗反应 O2+4H++4e-
NADP++2e+H+