高中生物必修一第五章第四节能量之源-光与光合作用
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2020/4/30
结论:
• 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。
2020/4/30
二、光合作用的原理和应用
光合作用的探究历程（P101－102）
2020/4/30
17世纪海尔蒙特栽培的柳 树实验
结论：水分是 植物建造自身 的原料。
（橙黄色） 叶黄素
（黄色）
2020/4/30
胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b
2.色素的功能
：
吸收可见光，用于光合作用
叶绿素溶液
2020/4/30
色素的吸收光谱图
吸收光能百分比
100
叶绿素
50
类胡萝卜素
400 500
600
700nm
可见光区
叶202片0/4/3为0 什么是绿色?
类叶 胡绿 萝素 卜： 素吸 ：收 吸蓝 收紫 蓝光 紫和 光红
光
化
能 德国 学 梅耶 能
储存在什 么物质中？
2020/4/30
1864年，德国萨克斯实验
黑暗处理 一昼夜
让一张叶片一半 曝光一半遮光
用碘蒸气处理这片叶， 发现曝光的一半呈深 蓝色，遮光的一半则 没有颜色变化。
绿叶在光下制造淀粉。
光合作用释放的O2来自CO2还是H2O？
2020/4/30
美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）
4、资料分析：叶绿体的功能
没有
极
完
空气
细
黑暗
光
全 光
束
照
1 现象：
装片中好氧细菌向叶绿体被 光束照射到的部位集中。
结论：
叶绿体的被光束照射到的 部位是光合作用的场所
2020/4/30
2 现象：
装片中好氧细菌分布在叶绿体 所有受光部位的周围。
结论：
氧是由叶绿体释放出来的， 叶绿体是光合作用的场所。
§4 能量之源——光与光合作用
光
叶 绿 体 结 构 模 式 图
2020/4/30
外膜 内膜
基质 基粒
而每个基粒都 含有两个以上 的类囊体，多 者可达100个 以上。叶绿体 内有如此多的 基粒和类囊体， 极大地扩大了 受光面积。
每个基粒都由 一个个圆饼状 的囊状结构堆 叠而成。这些 囊状结构称为 类囊体。吸收 光能的四种色 素就分布在类 囊体的薄膜上。
ADP+Pi 能量
光能 ATP中活跃化学能
2020/4/30
暗反应
▪ 条件：酶
▪ 场所：叶绿体基质
供氢
▪ 过程：
物
co2+ C5 2c3 酶
酶
2c3
(CH2O)
[H] 酶 还
ATP 供能
酶原
质
[H] ATP
C5
ADP+Pi
ATP 酶 ADP+Pi +能量
2c3
固
co2
定
多种酶
参加催化
C5
([C糖H类2O])
2020/4/30
影响光能利用率的因素在生产中的应用：
延长光合作用时间 ( 轮作 )
光能利用率
增加光合作用面积 ( 合理密植：间种、套种 )
光合作用效率
1、光照强度、光质 2、CO2浓度 3、温度
（1）单位时间内光合作用产生糖的数量 （2）单位时间光合作用吸收二氧化碳的量 （3）单位时间光合作用放出的氧气的量
度B点。细胞呼吸释放的二氧化碳全部用于光合作用，即光合作用 强度等于细胞呼吸强度。B点称为光补偿点
BC段：随光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，
C点为光饱和点。
若甲202曲0/4线/30 代表阳生植物，则乙曲线代表阴生植物。
(2)二氧化碳浓度 光 合
B
作
用
强
度
A
①曲线分析 在一定浓度范围内，随二氧化碳浓度的增加，植物的光合作用强 度加强。 A点：表示进行光合作用所需二氧化碳的最低浓度。 B点：表示二氧化碳饱和点，超过该浓度，光合强度不再增加。 ②应用：对农田里的农作物应合理密植，“正其行，通其风；对 温室作物来说，应增施农家肥料或使用二氧化碳发生器。
(5)水对光合作用的影响
①影响：水尽管是光合作用的原料和化学反应的介质，但 是水对光合作用的影响在多数情况下是间接影响。缺水（蒸腾 作用过强）导致气孔关闭，限制二氧化碳进入叶片；缺水引起 叶片内淀粉水解加强，可溶性糖过多，光合产物输出缓慢等。
②应用：预防干旱，合理灌溉。
2020/4/30
四、化能合成作用
2020/4/30
一、捕获光能的色素和结构
1、实验：绿叶中色素的提取和分离
原理：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。色素在层 析液中的溶解度不同，在滤纸上的扩散速 度有差别，可以 用来分离色素。
2020/4/30
方法与步骤
１．提取色素
称取5g左右的 鲜叶，剪碎，放入 研钵中。加少许的 二氧化硅（充分研 磨）和碳酸钙（防 止色素被破坏）与 10ml无水乙醇。在 研钵中快速研磨。 将研磨液进行过滤 。
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。 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。
2020/4/30
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
2020/4/30
结论：植物可以更新空气
有人重复了普利斯特利的实验，得到相反的结 果，所以有人认为植物也能使空气变污浊？
2020/4/30
1779年，荷兰英格豪斯
普利斯特利的实验只有在 阳光照射下才能成功；植物体 只有绿叶才能更新空气。
到1785年，发现了空气的组 成，人们才明确绿叶在光下放出 的是O2，吸收的是CO2。
例：适当提高CO2的浓度（温室大棚），增加光照时间 和光照强度，农作物间距合理，选择适当的光源等。
2020/4/30
(1)光照强度
A点:光照强度为0此时只进行细胞呼吸，释放的二氧化碳量 可表示此时细胞呼吸的强度。
AB段：随光照强度增强，光合作用强度增强，二氧化碳释放量逐渐减少，因 细胞呼吸释放二氧化碳一部分用于光合作用，细胞呼吸强度大于光合作用强
水的光解 ATP的合成
暗反应
叶绿体基质
ATP、 [H]、酶 CO2的固定 CO2的还原
光能转化为活跃 活跃的化学能
的化学能
转化为稳定的
化学能
有氧呼吸
细胞质基质和线粒体
O2、酶 葡萄糖的初步分解 丙酮酸彻底分解 [H]的氧化
稳定的化学能转化为 活跃的化学能
光照强度、CO2浓度、T、矿质元素、 T、O2 H2O
C02
1802
C18O2
02
第
一
组
H2180
第 二 H20 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？
2020/4/30
美国卡尔文
用14C标记14CO2，供小球 藻进行光合作用，探明了 CO2中的C的去向，称为卡 尔文循环。
2020/4/30
绿色植物通过叶绿体，利用光能，把
结论
植物可以更新空气
只有在光照下只有绿叶才可以更 新空气 植物在光合作用时把光能转变成 了化学能储存起来
绿色叶片光合作用产生淀粉
氧由叶绿体释放出来。叶绿体是 光合作用的场所。
光合作用释放的氧来自水。
光合产物中有机物的碳来自CO2
2020/4/30
光合作用化学反应式：
CO2
+
H2
*
光能
O叶绿体
（CH2O)+
2020/4/30
(3)温度 光 合 作 用 强 度
①曲线分析 光合作用是在多种酶的催化下进行的，温度直接影响酶的活性 AB段：在一定温度范围内，随温度的升高，光合作用逐渐增强 B点表示光合作用的最适温度，此时光合速率最高； BC段表示 ，超过了光合作用的最适温度，随温度的升高，光合 作用强度逐渐下降。 ②应用：适时播种；温室栽培中要保持昼夜温差。
能量 ATP中活跃的化学能转化为糖类中稳定的化学能
2020/4/30
光合作用总过程：
可见光
2H2O O2
光解
酶
吸收
4[H]
色素分子
ATP 酶
还 原
能
ADP+Pi
2C3 固定 CO2
多种酶 C5
(CH2O)
光反应
暗反应
2020/4/30
光反应和暗反应的比较
场所
光反应
基粒片层结构薄膜
暗反应
叶绿体基质中
菌 2NH3+3硝O化2细菌 2HNO2+2H2O+ 能 2H量NO2+硝O化2细菌 2HNO3+能量
6CO2+6H2能O量 2C6H12O6+ 6O2
2020/4/30
光合作用与有氧呼吸的比较
2020/4/30
反应场所 反应条件 物质变化
能量变化
影响因子 总反应式
光反应
叶绿体基粒类囊 体薄膜上 光、色素和酶
*
O2
光合作用过程
（1）光合作用分为哪几个阶段？分类依据是什么？ （2）每个阶段反应的条件、场所、物质变化、
能量变化如何？
2020/4/30
光反应
H2O 光能
水在光下分解
叶绿体 中的色
素
酶
O2
光、酶、色素
▪ 场所： 类囊体的薄膜上
[H] ▪ 过程： 光
物质 H2O [H]+ O2
ATP
酶
ADP+Pi+ 光能 ATP
CO2和H2O转化成储存能量的有机物，并
释放出O2的过程。
反应物、条件、
场所、生成物
CO2＋H2O
光能 叶绿体
（CH2O）＋O2
糖类
2020/4/30
年代 1771 1779
1845 1864 1880 1939 20世纪40代
科学家
普利斯特利 英格豪斯
R.梅耶 萨克斯 恩格尔曼 鲁宾 卡门 卡尔文
条件
物质 变化
光、色素、酶、水、ADP Pi [H]、ATP、酶、 CO2 、 C5
水的光解 ATP的生成
CO2的固定 C3的还原
能量 变化
联系
光能→ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能→ 有机物中稳定的化学能
1、光反应为暗反应准备了还原剂[H]和能量ATP； 2、暗反应为光反应补充消耗掉的ADP和Pi。
2020/4/30
2020/4/30
原料和产物的对应关系：
C （CH2O） H
O
O2
能量的转移途径：
CO2 H2O CO2 H2O
光能
ATP中活跃 的化学能
碳的转移途径：
(CH2O)中稳定 的化学能
CO2
C3
（CH2O）
2020/4/30
光合作用原理的应用
影响光合作用强度的因素？
CO2的浓度，光照的长短与强弱；光的成分；温 度的高低、必需矿物质元素、水分等。
2020/4/30
方法与步骤 ２．制备滤纸条
2020/4/30
方法与步骤 ３．画滤液细线
2020/4/30
方法与步骤 ４．分离色素
２
2020/4/30
实验结果：
2020/4/30
绿叶 中的 色素
叶绿素a
叶绿素
（含量约3/4）
（蓝绿色） 叶绿素b
Байду номын сангаас类胡萝卜素
（含量约1/4）
（黄绿色） 胡萝卜素
2020/4/30
讨论：恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处？
（1）、用水绵作实验材料，有细而长的带状叶绿 体，螺旋状分布在细胞中，便于观察和分析研究。
（2）、将临时装片置于黑暗且没有空气的环境 中，排除了环境中光线和O2的影响，从而确保 实验能顺利进行。 （3）、用极细的光束照射，并且用好氧菌进 行检测，能准确的判断水绵细胞中放O2 部位。 （4）、进行黑暗（局部光照）与曝光的对照实 验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。
2020/4/30
(4)必需矿质元素供应对光合作用的影响
①影响：矿质元素直接或间接影响光合作用。一定范围 内 N、P、K等矿质元素越多，光合速率越快。N是构成 叶绿素、 酶、ATP等的元素；P是构成ATP等的元素，参与叶绿体膜的构 成；Mg是构成叶绿素的元素；K影响糖类的合成和运输。
②应用：合理施肥。
2020/4/30
4、矿质元素（ 合理施肥） 5、水（ 合理灌溉）
结论:
• 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。
2020/4/30
二、光合作用的原理和应用
光合作用的探究历程（P101－102）
2020/4/30
17世纪海尔蒙特栽培的柳 树实验
结论：水分是 植物建造自身 的原料。
（橙黄色） 叶黄素
（黄色）
2020/4/30
胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b
2.色素的功能
：
吸收可见光，用于光合作用
叶绿素溶液
2020/4/30
色素的吸收光谱图
吸收光能百分比
100
叶绿素
50
类胡萝卜素
400 500
600
700nm
可见光区
叶202片0/4/3为0 什么是绿色?
类叶 胡绿 萝素 卜： 素吸 ：收 吸蓝 收紫 蓝光 紫和 光红
光
化
能 德国 学 梅耶 能
储存在什 么物质中？
2020/4/30
1864年，德国萨克斯实验
黑暗处理 一昼夜
让一张叶片一半 曝光一半遮光
用碘蒸气处理这片叶， 发现曝光的一半呈深 蓝色，遮光的一半则 没有颜色变化。
绿叶在光下制造淀粉。
光合作用释放的O2来自CO2还是H2O？
2020/4/30
美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）
4、资料分析：叶绿体的功能
没有
极
完
空气
细
黑暗
光
全 光
束
照
1 现象：
装片中好氧细菌向叶绿体被 光束照射到的部位集中。
结论：
叶绿体的被光束照射到的 部位是光合作用的场所
2020/4/30
2 现象：
装片中好氧细菌分布在叶绿体 所有受光部位的周围。
结论：
氧是由叶绿体释放出来的， 叶绿体是光合作用的场所。
§4 能量之源——光与光合作用
光
叶 绿 体 结 构 模 式 图
2020/4/30
外膜 内膜
基质 基粒
而每个基粒都 含有两个以上 的类囊体，多 者可达100个 以上。叶绿体 内有如此多的 基粒和类囊体， 极大地扩大了 受光面积。
每个基粒都由 一个个圆饼状 的囊状结构堆 叠而成。这些 囊状结构称为 类囊体。吸收 光能的四种色 素就分布在类 囊体的薄膜上。
ADP+Pi 能量
光能 ATP中活跃化学能
2020/4/30
暗反应
▪ 条件：酶
▪ 场所：叶绿体基质
供氢
▪ 过程：
物
co2+ C5 2c3 酶
酶
2c3
(CH2O)
[H] 酶 还
ATP 供能
酶原
质
[H] ATP
C5
ADP+Pi
ATP 酶 ADP+Pi +能量
2c3
固
co2
定
多种酶
参加催化
C5
([C糖H类2O])
2020/4/30
影响光能利用率的因素在生产中的应用：
延长光合作用时间 ( 轮作 )
光能利用率
增加光合作用面积 ( 合理密植：间种、套种 )
光合作用效率
1、光照强度、光质 2、CO2浓度 3、温度
（1）单位时间内光合作用产生糖的数量 （2）单位时间光合作用吸收二氧化碳的量 （3）单位时间光合作用放出的氧气的量
度B点。细胞呼吸释放的二氧化碳全部用于光合作用，即光合作用 强度等于细胞呼吸强度。B点称为光补偿点
BC段：随光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，
C点为光饱和点。
若甲202曲0/4线/30 代表阳生植物，则乙曲线代表阴生植物。
(2)二氧化碳浓度 光 合
B
作
用
强
度
A
①曲线分析 在一定浓度范围内，随二氧化碳浓度的增加，植物的光合作用强 度加强。 A点：表示进行光合作用所需二氧化碳的最低浓度。 B点：表示二氧化碳饱和点，超过该浓度，光合强度不再增加。 ②应用：对农田里的农作物应合理密植，“正其行，通其风；对 温室作物来说，应增施农家肥料或使用二氧化碳发生器。
(5)水对光合作用的影响
①影响：水尽管是光合作用的原料和化学反应的介质，但 是水对光合作用的影响在多数情况下是间接影响。缺水（蒸腾 作用过强）导致气孔关闭，限制二氧化碳进入叶片；缺水引起 叶片内淀粉水解加强，可溶性糖过多，光合产物输出缓慢等。
②应用：预防干旱，合理灌溉。
2020/4/30
四、化能合成作用
2020/4/30
一、捕获光能的色素和结构
1、实验：绿叶中色素的提取和分离
原理：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。色素在层 析液中的溶解度不同，在滤纸上的扩散速 度有差别，可以 用来分离色素。
2020/4/30
方法与步骤
１．提取色素
称取5g左右的 鲜叶，剪碎，放入 研钵中。加少许的 二氧化硅（充分研 磨）和碳酸钙（防 止色素被破坏）与 10ml无水乙醇。在 研钵中快速研磨。 将研磨液进行过滤 。
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。 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。
2020/4/30
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
2020/4/30
结论：植物可以更新空气
有人重复了普利斯特利的实验，得到相反的结 果，所以有人认为植物也能使空气变污浊？
2020/4/30
1779年，荷兰英格豪斯
普利斯特利的实验只有在 阳光照射下才能成功；植物体 只有绿叶才能更新空气。
到1785年，发现了空气的组 成，人们才明确绿叶在光下放出 的是O2，吸收的是CO2。
例：适当提高CO2的浓度（温室大棚），增加光照时间 和光照强度，农作物间距合理，选择适当的光源等。
2020/4/30
(1)光照强度
A点:光照强度为0此时只进行细胞呼吸，释放的二氧化碳量 可表示此时细胞呼吸的强度。
AB段：随光照强度增强，光合作用强度增强，二氧化碳释放量逐渐减少，因 细胞呼吸释放二氧化碳一部分用于光合作用，细胞呼吸强度大于光合作用强
水的光解 ATP的合成
暗反应
叶绿体基质
ATP、 [H]、酶 CO2的固定 CO2的还原
光能转化为活跃 活跃的化学能
的化学能
转化为稳定的
化学能
有氧呼吸
细胞质基质和线粒体
O2、酶 葡萄糖的初步分解 丙酮酸彻底分解 [H]的氧化
稳定的化学能转化为 活跃的化学能
光照强度、CO2浓度、T、矿质元素、 T、O2 H2O
C02
1802
C18O2
02
第
一
组
H2180
第 二 H20 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？
2020/4/30
美国卡尔文
用14C标记14CO2，供小球 藻进行光合作用，探明了 CO2中的C的去向，称为卡 尔文循环。
2020/4/30
绿色植物通过叶绿体，利用光能，把
结论
植物可以更新空气
只有在光照下只有绿叶才可以更 新空气 植物在光合作用时把光能转变成 了化学能储存起来
绿色叶片光合作用产生淀粉
氧由叶绿体释放出来。叶绿体是 光合作用的场所。
光合作用释放的氧来自水。
光合产物中有机物的碳来自CO2
2020/4/30
光合作用化学反应式：
CO2
+
H2
*
光能
O叶绿体
（CH2O)+
2020/4/30
(3)温度 光 合 作 用 强 度
①曲线分析 光合作用是在多种酶的催化下进行的，温度直接影响酶的活性 AB段：在一定温度范围内，随温度的升高，光合作用逐渐增强 B点表示光合作用的最适温度，此时光合速率最高； BC段表示 ，超过了光合作用的最适温度，随温度的升高，光合 作用强度逐渐下降。 ②应用：适时播种；温室栽培中要保持昼夜温差。
能量 ATP中活跃的化学能转化为糖类中稳定的化学能
2020/4/30
光合作用总过程：
可见光
2H2O O2
光解
酶
吸收
4[H]
色素分子
ATP 酶
还 原
能
ADP+Pi
2C3 固定 CO2
多种酶 C5
(CH2O)
光反应
暗反应
2020/4/30
光反应和暗反应的比较
场所
光反应
基粒片层结构薄膜
暗反应
叶绿体基质中
菌 2NH3+3硝O化2细菌 2HNO2+2H2O+ 能 2H量NO2+硝O化2细菌 2HNO3+能量
6CO2+6H2能O量 2C6H12O6+ 6O2
2020/4/30
光合作用与有氧呼吸的比较
2020/4/30
反应场所 反应条件 物质变化
能量变化
影响因子 总反应式
光反应
叶绿体基粒类囊 体薄膜上 光、色素和酶
*
O2
光合作用过程
（1）光合作用分为哪几个阶段？分类依据是什么？ （2）每个阶段反应的条件、场所、物质变化、
能量变化如何？
2020/4/30
光反应
H2O 光能
水在光下分解
叶绿体 中的色
素
酶
O2
光、酶、色素
▪ 场所： 类囊体的薄膜上
[H] ▪ 过程： 光
物质 H2O [H]+ O2
ATP
酶
ADP+Pi+ 光能 ATP
CO2和H2O转化成储存能量的有机物，并
释放出O2的过程。
反应物、条件、
场所、生成物
CO2＋H2O
光能 叶绿体
（CH2O）＋O2
糖类
2020/4/30
年代 1771 1779
1845 1864 1880 1939 20世纪40代
科学家
普利斯特利 英格豪斯
R.梅耶 萨克斯 恩格尔曼 鲁宾 卡门 卡尔文
条件
物质 变化
光、色素、酶、水、ADP Pi [H]、ATP、酶、 CO2 、 C5
水的光解 ATP的生成
CO2的固定 C3的还原
能量 变化
联系
光能→ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能→ 有机物中稳定的化学能
1、光反应为暗反应准备了还原剂[H]和能量ATP； 2、暗反应为光反应补充消耗掉的ADP和Pi。
2020/4/30
2020/4/30
原料和产物的对应关系：
C （CH2O） H
O
O2
能量的转移途径：
CO2 H2O CO2 H2O
光能
ATP中活跃 的化学能
碳的转移途径：
(CH2O)中稳定 的化学能
CO2
C3
（CH2O）
2020/4/30
光合作用原理的应用
影响光合作用强度的因素？
CO2的浓度，光照的长短与强弱；光的成分；温 度的高低、必需矿物质元素、水分等。
2020/4/30
方法与步骤 ２．制备滤纸条
2020/4/30
方法与步骤 ３．画滤液细线
2020/4/30
方法与步骤 ４．分离色素
２
2020/4/30
实验结果：
2020/4/30
绿叶 中的 色素
叶绿素a
叶绿素
（含量约3/4）
（蓝绿色） 叶绿素b
Байду номын сангаас类胡萝卜素
（含量约1/4）
（黄绿色） 胡萝卜素
2020/4/30
讨论：恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处？
（1）、用水绵作实验材料，有细而长的带状叶绿 体，螺旋状分布在细胞中，便于观察和分析研究。
（2）、将临时装片置于黑暗且没有空气的环境 中，排除了环境中光线和O2的影响，从而确保 实验能顺利进行。 （3）、用极细的光束照射，并且用好氧菌进 行检测，能准确的判断水绵细胞中放O2 部位。 （4）、进行黑暗（局部光照）与曝光的对照实 验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。
2020/4/30
(4)必需矿质元素供应对光合作用的影响
①影响：矿质元素直接或间接影响光合作用。一定范围 内 N、P、K等矿质元素越多，光合速率越快。N是构成 叶绿素、 酶、ATP等的元素；P是构成ATP等的元素，参与叶绿体膜的构 成；Mg是构成叶绿素的元素；K影响糖类的合成和运输。
②应用：合理施肥。
2020/4/30
4、矿质元素（ 合理施肥） 5、水（ 合理灌溉）