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1、第4节 能量之源光与光合作用,问题探讨,有些蔬菜大棚内悬挂发红色或蓝色光的灯管，并且在白天也开灯。,讨 论,1.这种方法的好处是？不同颜色的光 照对植物的光合作用会有影响吗？,2.能否用绿光灯管来补充光源？为什么？,可以提高光合作用强度；不同颜色的光会影响植物的光合作用。,不能；因为叶绿素基本上不吸收绿光,问题探讨,为什么植物的叶片大多是绿色的，但有时叶片也会发黄？,因为绿叶中所含的色素主要是叶绿素，但也有其它的一些色素。,问题探讨,绿叶中的色素有哪些、其颜色各怎样？为什么叶绿素呈绿色？,一、捕获光能的色素,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
2、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。,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(中和细胞中的酸，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。,2.制备滤纸条：将干燥的定性滤纸剪成滤纸条，将滤纸条的一端剪去两个角，并在距这端1cm处用铅笔画一条细的横线。,3.画滤液细线：用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线。等滤液干后再画一两次。,4.分离绿叶中的色素：将适量的层析液倒入烧杯中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口。注意：不能让滤液细线接
3、触层析液,实验结果：,吸收可见光，用于光合作用,2.色素的功能：,色素的吸收光谱图,叶绿素：吸收蓝紫光和红光,类胡萝卜素：吸收蓝紫光,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,与光合作用有关的这些色素都存在于叶绿体中类囊体的薄膜上,一、捕获光能的色素,二、叶绿体的结构,1817年，两位法国科学家首次从植物中分离出叶绿素，当时并不清楚叶绿素在植物细胞中的分布情况。,1865年，德国植物学家萨克斯研究叶绿素在光合作用中的功能时，发现叶绿素并非普遍分布在植物的整个细胞中，而是集中在一个更小的结构里，后来人们称之为
4、叶绿体。,叶绿体结构模式图,外膜,内膜,基粒,基质,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。,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。,资料分析：叶绿体的功能,1,装片中好氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中。,装片中好氧细菌分布在叶绿体所有受光部位的周围。,氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。,2,结论：,叶绿体的被光束照射到的部位是光合作用的场所,结论：,现象：,现象：,没有空气黑暗,极 细 光 束,完 全 光 照,讨论：恩格尔曼实验在设计
5、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。,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。,巩固练习,蓝绿色,黄绿色,橙黄色,黄色,较慢,较快,最慢,最快,蓝紫光和红光,蓝紫光,2.叶
6、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（）A.内膜上 B.基质中 C.类囊体的薄膜上 D.各部位上,C,巩固练习,3.用纸层析法能够将叶绿体的四种色素分开的原因是（）A.四种色素随层析液在滤纸上扩散速度不同B.四种色素随滤液在滤纸上扩散速度不同C.四种色素随滤液在滤纸条上渗透速度不同D.四种色素随层析液在滤纸条上渗透速度不同,A,4.在叶绿体提取和分离试验中，特别要注意不能让层析液没及滤液细线，原因是（）A.滤纸条上的集中色素不能扩散B.色素沿滤纸条的扩散速度太慢，色素分离不明显C.层析液妨碍色素的溶解D.色素被层析液溶解不能向上扩散,D,巩固练习,5.叶绿体是植物进行光合作
7、用的细胞器，下面有关叶绿体的叙述正确的是（）A.叶绿体的色素都分布在囊状结构的膜上B.叶绿体的色素分别在外膜和内膜上C.光合作用的酶只分布在叶绿体基质中D.光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上,A,6.把绿叶的色素溶液放在自然光源和三棱镜之间，从镜的另一侧观察连续光谱中变暗的主要区域是（）A.红光和蓝紫光区 B.黄光和蓝紫光区 C.绿光和红光区 D.黄光和绿光区,A,7.为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予一定的条件，这些条件是（）A.光照，有空气，临时装片中无碳酸氢钠稀溶液B.光照，无空气，临时装片中有碳酸氢钠稀溶液C.黑暗，有空气，临时装片中无
8、碳酸氢钠稀溶液D.黑暗，无空气，临时装片中有碳酸氢钠稀溶液,B,8.下列关于叶绿体中色素的提取和分离实验原理的叙述，正确的是（）A.加入少许二氧化硅可防止在研磨时叶绿体中的色素受到破坏B.用无水乙醇将叶绿体中的色素进行分离C.滤纸条上的最上面色素带呈黄绿色D.溶解度越高的色素随层析液在滤纸上扩散越快,D,三、光合作用的探究历程,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。,光合作用的概念,光合作用的实质,合成有机物，储存能量,阅读教材（101102），并回答下列问题：,1.英国的普利斯特利的意义和不足之处分别是？,3.德国植物学家萨克斯的实验过
9、程及结果证明了什么？,4.鲁宾和卡门的同位素标记法的探究实验的过程及所证明的问题是什么？,三、光合作用的探究历程,2.荷兰科学家英格豪斯的实验结果是什么？德国科学家梅耶得出了什么结论？,结论：水分是植物建造自身的原料。,17世纪（1648年）比利时海尔蒙特栽培的柳树实验,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？,1779年，荷兰的英格豪斯,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。,水,二氧化碳,氧气,光,？,光能,化学能
10、,储存在什么物质中？,德国梅耶,1771年，普里斯特利(Joseph Priestley)：,1785年，发现了空气组成,才明确绿色植物在光照下释放氧气，吸收二氧化碳。,1779年，英格豪斯（J.Ingen-housz）发现：,普里斯特利的实验只有在光下才能成功；植物体只有绿叶才能更新污浊的空气。,植物可以更新空气，但忽略了光的作用。,1845年，德国科学家梅耶（R.Mayer）：,根据能量转化与守恒定律明确指出，植物在进行光合作用时，把光能转化成化学能储存起来了。,1864年，萨克斯(Julius von Sachs)的实验：,光照（一半暴光，一半遮光）,德国植物学家萨克斯的实验过程及结果证
11、明了什么？,证明了光合作用的产物有淀粉的生成。,结果：暴光部分呈深蓝色，遮光部分无颜色变化,实验过程：,绿叶,饥饿处理,碘蒸气处理,结论：,该实验证明了什么？,光合作用中释放的O2全部来自H2O,A,B,4.鲁宾和卡门的同位素标记法的探究实验的过程 及所证明的问题是什么？,20世纪40年代，最后由美国科学家卡尔文利用14C做试验研究：用14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，最终探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，这一途径称为卡尔文循环。,在1961年获得诺贝尔化学奖,卡尔文循环：CO2 C3(CH2O),思考与讨论：,1.光合作用的原料、产物、场
12、所和条件是什么？其化学反应式是？,原料 CO2和H2O；产物 糖类和O2；,场所叶绿体；条件光 酶；,光合作用的反应式是：,CO2+H2O,（CH2O）+O2,2.从人类对光合作用的探究历程来看，生物学的发展与物理学和化学有什么联系？与技术手段的进步有什么关系？试举例说明。,生物学的发展与物理学和化学的研究和进展关系很密切。例如：到1785年，由于发现了空气的组成，人们才明确光合作用放出的气体是O2，吸收的是CO2；鲁宾和卡门利用同位素标记法证明光合作用释放的气体O2是来自水，而不是来自CO2；卡尔文用同位素示踪技术探明了CO2中的碳在光和作用中的转化成有机物中碳的途径。,4、光合作用化学反应
13、式：,5、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？,四、光合作用的过程,光合作用过程,光反应,暗反应,划分依据:反应过程是否需要光能,光反应在白天可以进行吗？夜间呢？暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？,有光才能反应,有光、无光都能反应,H2O,类囊体膜,酶,光反应阶段,光、色素、酶,叶绿体内的类囊体薄膜上,水的光解：,（还原剂）,ATP的合成：,光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中,场所：,条件：,物质变化,能量变化,进入叶绿体基质，参与暗反应,供暗反应使用,CO2,五碳化合物 C5,CO2的固定,三碳化合物 2C3,
14、C3的还原,叶绿体基质多种酶,糖类,卡尔文循环,暗反应阶段,CO2的固定：,C3的还原：,叶绿体的基质中,H、ATP、酶,场所：,条件：,物质变化,能量变化,CO2,五碳化合物 C5,CO2的固定,三碳化合物 2C3,叶绿体基质多种酶,糖类,H,色素分子,可见光,C5,2C3,ADP+Pi,ATP,2H2O,O2,4H,多种酶,酶,(CH2O),CO2,吸收,光解,能,固定,还原,酶,光反应,暗反应,光合作用总过程：,光合作用的第一阶段，必须有光才能进行,光合作用的第二阶段，有没有光都可以进行,光反应和暗反应的比较,场所,条件,物质变化,能量变化,光反应,暗反应,联系,基粒片层结构薄膜,叶绿体
15、基质中,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,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。,光反应,H2O 2 H+1/2O2,水的光解：,光合磷酸化：,暗反应,总结：,光合作用中H、C、能量的转移途径H2O中H的转移途径：CO2中C的转移途径：能量的转移途径：,H2O,H,（CH2O）,CO2,C3,（CH2O）,光能,ATP中活跃的化学能,（CH2O）中稳定的化学能,6、光合作用的实质,把二氧化碳和水
16、合成糖类等有机物。,7、光合作用的意义1生物界中有机物的来源“绿色工厂”。2调节大气中_的含量“自动的空气净化器”。3生物生命活动所需能量的最终来源“巨大的能量转换站”。总之，_是生物界最基本的物质代谢和能量代谢,O2和CO2,光合作用,比较光合作用、呼吸作用,光、色素、酶、H2O和CO2,叶绿体,细胞质基质、线粒体,O2、酶、H2O、C6H12O6,无机物转变成有机物,有机物氧化分解成无机物,ATP中活 跃化学能,光能,糖类等有机物中稳定化学能,C6H12O6等有机物稳定的化学能,ATP中活 跃化学能和热能,合成有机物，储存能量,分解有机物，释放能量,光合作用为呼吸作用提供物质（有机物、O2
17、）；呼吸作用为光合作用提供原料（CO2）,影响光合作用强度的因素？,光照的长短与强弱；光的成分；CO2的浓度；温度的高低、必需矿物质元素（N、P、Mg）、水分等。,1、适当提高CO2的浓度（温室大棚）；2、增加光照时间和光照强度；3、白天适当增加温度，夜间适当降低温度；4、农作物间距合理，选择适当的光源等；5、合理施肥，提供必要的矿物质元素；6、合理灌溉，提供适当水分。,增加农作物产量的几点做法：,五、光合作用原理的应用,光合作用强度：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。,衡量光合作用强度的指标-光合作用速率 以一定时间内CO2 的消耗或O2,（CH2O）等产物的生成数量来表示。,CO
18、2 吸收量,CO2 释放量,O,光照强度,A,B,C,D,OA段:表示植物呼吸速率,注:不考虑光照强度对呼吸速率的影响,AB段:表示植物呼吸速率光合速率,表现为植物释放CO2,BC段:表示植物光合速率呼吸速率,表现为植物吸收CO2,B点表示植物呼吸速率=光合速率,当植物所处的光照强度为E时,该植物总的光合速率为OA+OD,而OD段表示的值称为该植物的净光合速率,E,图中A点含义：；B点含义：；C点表示：_；,光照强度为0，只进行呼吸作用,光合作用与呼吸作用强度相等,光合作用强度不再随光照强度增强而增强，称为光饱和点,六、光照与CO2浓度变化对C3、C5、H、ATP 含量的影响,上述变化如图所示
19、：上图是在一种外界条件改变而其他条件不变的情况下绘制的。,【特别提醒】(1)以上各物质含量的变化是在外界条件改变后的短时间内发生的，且是相对含量的变化。(2)一般来说，C3和C5的含量变化趋势是相反的，而H和ATP的含量变化趋势是相同的。(3)H能为暗反应的进行提供能量和还原剂，而ATP只能为暗反应的进行提供能量。,七、影响光合作用的因素及其在农业生产上的应用1单因子变量(1)光照光质a原理：色素吸收可见光中的红橙光和蓝紫光最多，吸收绿光最少，故不同波长的光对光合作用的影响不一样。b应用：建温室大棚时，选用无色透明的玻璃(或薄膜)做顶棚，能提高光能利用率。,光照强度：在一定光照强度范围内，增加
20、光照强度可提高光合作用速率。,曲线分析：A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放CO2量表明此时的呼吸强度。AB段表明光照强度加强，光合作用逐渐加强，CO2的释放量逐渐减少，有一部分用于光合作用；而到B点时，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度=细胞呼吸强度，称B点对应的光照强度 为光补偿点(白天的光照强度在光补偿点以上，植物才能正常生长)。,BC段表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以后不再加强了，称C点对应的光照强度为光饱和点。应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，如图虚线所示。间作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等都与光
21、补偿点有关。,(2)CO2浓度、含水量及矿质元素(如图所示),应用：“正其行，通其风”，温室内充CO2，即提高CO2浓度增加产量的方法。施用有机肥后，经土壤微生物分解后，既可为植物补充CO2，又可为植物提供各种矿质元素，以提高光合作用速率。,(3)温度(如图所示)曲线分析：光合作用是在酶催化下进行的，温度直接影响酶的活性。其中AB段(10 35)随温度的升高而逐渐加强，B点(35)以后光合酶活性下降，光合作用开始下降，50 左右光合作用完全停止。,应用：冬天，温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保
22、证植物有机物的积累。,2多因子变量,(1)曲线分析：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中的其他因子的方法。,(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增强光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当充加CO2，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。总之，可根据具体情况，通过增加光照强度、调节温度或增加CO2浓度来充分提高光合速率，以达到增产的目的。,化能合成作用：,利用环境中某些无机物氧化时所释
23、放的能量把无机物合成为有机物。如硝化细菌。,2HNO2+O2 2HNO3+能量,硝化细菌,举例：,6CO2+6H2O C6H12O6+6O2,能量,自养生物:,以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着的能量。,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。,所需的能量来源不同（光能、化学能）,光能合成作用(光合作用),绿色植物,硝化细菌,化能合成作用,例如人、动物、真菌及大多数的细菌。,光能自养生物,化能自养生物,1.叶绿体中的色素所吸收的光能，用于_ 和_;形成的_和_ 提供给暗反应。,2.光合作用的实质是：把_和_转变为有机物，把_转变成_,贮藏在有机
24、物中。,3.在光合作用中，葡萄糖是在_中形成的，氧气是在_中形成的，ATP是在_中形成的，CO2是在_固定的。,水的光解,形成ATP,H,ATP,CO2,H2O,光能,化学能,暗反应,光反应,光反应,暗反应,练一练,4、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（）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,D,5、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()外膜 内膜 基质 类囊体膜 A B C D,B,6、光合作用过程的正确顺序是
25、（）二氧化碳的固定 氧气的释放 叶绿素吸收光能水的光解三碳化合物被还原A.B.C.D.7、在暗反应中，固定二氧化碳的物质是（）三碳化合物五碳化合物氧气,8、在光照充足的环境里，将黑藻放入含有18O的水中，过一段时间后，分析18O放射性标记，最先（）A、在植物体内的葡萄糖中发现 B、在植物体内的淀粉中发现C、在植物体内的淀粉、脂肪、蛋白质中均可发现 D、在植物体周围的空气中发现,D,9、某科学家用含有14C的CO2来追踪光合作用中的C原子，14C的转移途径是（）A、CO2 叶绿体 ATP B、CO2 叶绿素 ATP C、CO2 乙醇 糖类 D、CO2 三碳化合物 糖类,D,10、在光合作用过程中
26、，能量的转移途径是A、光能 ATP 叶绿素 葡萄糖 B、光能 叶绿素 ATP 葡萄糖 C、光能 叶绿素 CO2 葡萄糖D、光能 ATP CO2 葡萄糖,B,下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：,图中A是_,B是_,它来自于_的分解。图中C是_，它被传递到叶绿体的_部位，用于_。图中D是_，在叶绿体中合成D所需的能量来自_图中G_,F是_,J是_图中的H表示_，I表示_，H为I提供_,2,水,H,基质,用作还原剂，还原C3,ATP,光能,光反应,H和ATP,色素,C5化合物,C3化合物,糖类,暗反应,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
27、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,C,若白天光照充足，下列哪种条件对农作物增产有利 A.昼夜恒温25 B.白天温度15，夜间温度15 C.昼夜恒温15 D.白天温度25，夜间温度15,D,用下述容积相同的玻璃罩分别罩住大小、生长状况相同的天竺葵，光照相同的时间后，罩内O2最少的是 A绿色罩 B红色罩C蓝色罩 D紫色罩,A,下列措施中，不会提高温室蔬菜产量的是（）A、增大O2浓度 B、增大CO2浓度 C、增强光照 D、调节室温,A,在叶绿体中，H和ADP的运动方向是()AH与ADP同时由类囊体膜向叶绿体基质运动BH与ADP同时由叶绿体基质向类囊体膜运动CH由类囊体膜向叶绿体基质运动，ADP的运动方向正好相反DADP由类囊体膜向叶绿体基质运动，H是向相反方向运动,C,右图是研究光合作用过程的实验，实验前溶液中加入ADP，Pi、叶绿体等，实验过程中有机物的合成如下图回答：,AB段：,无CO2，所以没有有机物合成,BC段：,因为AB段提供了充足的H和ATP，暗反应进行，有机物合成率迅速上升。,CD段：,因为无光照，随着H和ATP的不断消耗，暗反应减弱有机物合成率下降,有机物合成率,时间,光照无CO2,黑暗有CO2,
