第12讲：光合作用

1、 光合作用一轮复习一轮复习一、捕获光能的色素一、捕获光能的色素（一）实验：（一）实验：绿叶中色素的提取和分离绿叶中色素的提取和分离 1 1、实验原理、实验原理（提取原理、分离原理）提取原理、分离原理）2 2、方法与步骤：、方法与步骤：色素的色素的提取提取2 2、方法与步骤：、方法与步骤：2 2、方法与步骤：、方法与步骤：2 2、方法与步骤：、方法与步骤：色素的色素的分离分离易错警示！实验中的注意事项及操作目的易错警示！实验中的注意事项及操作目的制备滤纸条：制备滤纸条： 制备滤纸条是，要将滤纸条的一端剪去两角，这样制备滤纸条是，要将滤纸条的一端剪去两角，这样可以使色素在滤纸条上扩散均匀，便于观察

2、实验结可以使色素在滤纸条上扩散均匀，便于观察实验结果果叶绿体色素提取和分离实验异常现象分析：叶绿体色素提取和分离实验异常现象分析：1、收集到的滤液绿色过浅的原因分析：、收集到的滤液绿色过浅的原因分析：a未加石英砂，研磨不充分未加石英砂，研磨不充分b使用放置数天的菠菜叶，滤液色素太少使用放置数天的菠菜叶，滤液色素太少c一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低d未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏2、滤纸条看不见色素带：、滤纸条看不见色素带：忘记画滤液细线忘记画滤液细线滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素滤液细线接触到层析液，且

3、时间较长，色素全部溶解到层析液中全部溶解到层析液中叶绿体中的色素提取液叶绿体中的色素提取液叶绿素主要吸收叶绿素主要吸收_类胡萝卜素主要吸收类胡萝卜素主要吸收_蓝紫光蓝紫光蓝紫光、红光蓝紫光、红光（二）叶绿体中色素的吸收光谱（二）叶绿体中色素的吸收光谱吸收光能的百分比吸收光能的百分比荧光现象：荧光现象：是指叶绿素在透射光下为是指叶绿素在透射光下为绿色绿色，而在反射，而在反射光下为光下为红色红色的现象，这红光就是叶绿素受光激发后发的现象，这红光就是叶绿素受光激发后发射的荧光。射的荧光。 （三）荧光现象（三）荧光现象1.1.光照是影响叶绿素形成的主要条件光照是影响叶绿素形成的主要条件2.2.适宜的温

4、度适宜的温度3.3.矿质元素矿质元素植物缺乏植物缺乏N N、MgMg、FeFe、MnMn、CuCu、ZnZn的元素是，就不能的元素是，就不能形成叶叶绿素，出现缺绿病。形成叶叶绿素，出现缺绿病。N N、MgMg都是组成叶绿素都是组成叶绿素的元素，不可缺少。的元素，不可缺少。FeFe、MeMe、CuCu、ZnZn等可能是叶绿素等可能是叶绿素形成过程中某些酶的活化剂，在叶绿素形成过程中起形成过程中某些酶的活化剂，在叶绿素形成过程中起间接作用。间接作用。 （四）叶绿素合成的条件（四）叶绿素合成的条件（五五）叶绿体中色素的）叶绿体中色素的功能：功能：吸收、传递、转化光能吸收、传递、转化光能基粒基粒: :

5、由由类囊体类囊体（单层膜）堆叠而成，（单层膜）堆叠而成，分布着光合色素，光反应的场所。分布着光合色素，光反应的场所。外膜外膜:内膜内膜:基质基质:暗反应的暗反应的 场所。场所。二、叶绿体的结构与功能定位二、叶绿体的结构与功能定位基质基质类囊体腔类囊体腔二、叶绿体的结构与功能定位二、叶绿体的结构与功能定位1 117711771年普利斯特利实验年普利斯特利实验 本实验缺点：缺乏本实验缺点：缺乏 ，实验结果的说服，实验结果的说服力不强。力不强。三、三、光合作用发现史中的经典实验光合作用发现史中的经典实验 植物可以植物可以更新空气更新空气空白对照空白对照2 218641864年萨克斯实验年萨克斯实验(

6、1)(1)本实验中黑暗处理的目的：消耗掉本实验中黑暗处理的目的：消耗掉 ， 避免干扰。避免干扰。(2)(2)本实验为自身对照，自变量为本实验为自身对照，自变量为是否照光是否照光( (一半曝光与一半曝光与另一半遮光另一半遮光) )，因变量为，因变量为 ，检测因变量的方法为检测因变量的方法为 。 叶片中原有的淀粉叶片中原有的淀粉叶片是否制造出淀粉叶片是否制造出淀粉是否出现颜色变化是否出现颜色变化(出现深蓝色出现深蓝色)3 318801880年恩格尔曼实验年恩格尔曼实验(1)(1)本实验的实验组为本实验的实验组为 ，对照组，对照组为为 。(2)(2)本实验中为自身对照，自变量为本实验中为自身对照，自

7、变量为光照光照( (照光处与不照照光处与不照光处；光处； 因变量为因变量为 部位。部位。 极细光束照射处的叶绿体极细光束照射处的叶绿体黑暗处的叶绿体和完全曝光的叶绿体黑暗处的叶绿体和完全曝光的叶绿体黑暗与完全曝光黑暗与完全曝光)好氧细菌分布好氧细菌分布易错警示！恩格尔曼实验方法的巧妙之处易错警示！恩格尔曼实验方法的巧妙之处(1)(1)实实验材料选得妙：验材料选得妙：用水绵作为实验材料。水绵不仅用水绵作为实验材料。水绵不仅具有细而长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分布具有细而长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中，便于观察和分析研究。在细胞中，便于观察和分析研究。(2)(2)排除干扰的方

8、法妙：排除干扰的方法妙：实验成功的关键之一在于控制实验成功的关键之一在于控制无关变量和减少额外变量，恩格尔曼将临时装片放在无关变量和减少额外变量，恩格尔曼将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了环境中光线和氧黑暗并且没有空气的环境中，排除了环境中光线和氧的影响，从而确保实验能够正常进行。的影响，从而确保实验能够正常进行。(3)(3)观测指标设计得妙：观测指标设计得妙：通过好氧细菌的分布进行检测，通过好氧细菌的分布进行检测，从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位。从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位。(4)(4)实验对照设计得妙：实验对照设计得妙：进行黑暗进行黑暗( (局部光照局

9、部光照) )和曝光的和曝光的对比实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。对比实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。 41941年鲁宾、卡门实验年鲁宾、卡门实验 同位素标记法：同位素标记法： 用于研究生物体内各种复杂的生理、用于研究生物体内各种复杂的生理、生化过程的方法，用示踪元素标记的化合生化过程的方法，用示踪元素标记的化合物，化学性质不变，物，化学性质不变，光合作用、呼吸作用、光合作用、呼吸作用、蛋白质代谢、噬菌体侵染细菌的实验、蛋白质代谢、噬菌体侵染细菌的实验、DNA的自我复制的自我复制等过程都应用了此方法等过程都应用了此方法 光合作用探索历程光合作用探索历程光反应光反应: :发生在

10、发生在类囊体膜类囊体膜上上暗反应暗反应: :发生在发生在叶绿体的基质叶绿体的基质中中四、光合作用的过程四、光合作用的过程光反应过程光反应过程光能（可见光）光能（可见光）电能（电子流）电能（电子流）活跃的化学能（活跃的化学能（ATP和和H）水的光解：水的光解：H2O 2H+1/2 O2 光光解解光合磷酸化：光合磷酸化：ADP+Pi能量能量 ATP酶酶暗反应过程暗反应过程光能光能CO2色素分子色素分子C52C3ADP+PiATPH2OO2H多种多种 酶酶酶酶吸收吸收光解光解光反应阶段光反应阶段暗反应阶段暗反应阶段水的光解：水的光解：H2O 2H+1/2 O2 光光解解CO2的固定的固定: CO2+

11、C5 2C3酶酶还还原原酶酶固固 定定供能供能（CH2O）酶酶 C3化合物还原：化合物还原：2 C3 （CH2O）ATP酶酶H,ADP+Pi光合磷酸化：光合磷酸化：ADP+Pi能量能量 ATP酶酶结合上图分析，完成光反应与暗反应的比较结合上图分析，完成光反应与暗反应的比较光光 有光有光 无光无光 基质基质 O2 活跃的化学能活跃的化学能HATPADPPi拓展分析拓展分析1 1. .在光合作用总反应式中标出各元素的来在光合作用总反应式中标出各元素的来源和去路源和去路 光合作用过程中元素去向：O：水 O2 CO2 (CH2O)C：CO2 C3 (CH2O)H：H2O HH ( CH2O)拓展分析拓

12、展分析2 2 不同条件各种物质合成量的动态变化不同条件各种物质合成量的动态变化五、五、 影响光合作用的因素影响光合作用的因素（一一）、光合速率及表示单位光合速率及表示单位光合速率通常是指单位时间单位叶面积的光合速率通常是指单位时间单位叶面积的COCO2 2吸收量或吸收量或O O2 2的的释放量释放量，也可用单位时间单位叶面积上的，也可用单位时间单位叶面积上的干物质积累量干物质积累量来来表示。表示。表观光合速率表观光合速率( (或或净光合速率净光合速率):):通常测定光合速率时没有把呼吸作用以及呼吸释放的通常测定光合速率时没有把呼吸作用以及呼吸释放的COCO2 2被被光合作用再固定等因素考虑在内

13、，所测结果：光合作用再固定等因素考虑在内，所测结果：总光合速率（或真光合速率）总光合速率（或真光合速率）= =表观光合速率（或净光合速率）表观光合速率（或净光合速率）+ +呼吸速率呼吸速率（二二）、内部因素、内部因素1 1、叶龄、叶龄 新长出的嫩叶，光合速率很低新长出的嫩叶，光合速率很低。光合速率随叶龄增长出现光合速率随叶龄增长出现“低低高高低低”的规律的规律但随着幼叶的成长，但随着幼叶的成长，叶绿体叶绿体的发育，的发育，叶绿素含量叶绿素含量与与酶活性酶活性的增加，当叶的增加，当叶片长至面积和厚度最大时，光合速片长至面积和厚度最大时，光合速率通常也达到最大值，以后，随着率通常也达到最大值，以后

14、，随着叶片衰老，叶片衰老，叶绿素叶绿素含量与含量与酶活性酶活性下下降，以及降，以及叶绿体内部结构的解体叶绿体内部结构的解体，光合速率下降。光合速率下降。 曲线分析：曲线分析：随幼叶发育为壮叶，叶面积增大，叶随幼叶发育为壮叶，叶面积增大，叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合速绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合速率率 ；老叶内叶绿素被破坏，光合速率随；老叶内叶绿素被破坏，光合速率随之之 。 应用：应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶，都是根据其原理，可叶及茎叶蔬菜及时换新叶，都是根据其原理，可降低其细胞呼吸消耗的有机物。降低其

15、细胞呼吸消耗的有机物。增大增大下降下降2 2、光合产物的输出、光合产物的输出 光合产物光合产物( (蔗糖蔗糖) )从叶片中输出的速率会影响叶片的光合速从叶片中输出的速率会影响叶片的光合速率。率。 例如，摘去花、果、顶芽等例如，摘去花、果、顶芽等, ,邻近叶的光合速率邻近叶的光合速率? ? 摘除其他叶片，只留一张叶片与所有花果，留下叶的光合摘除其他叶片，只留一张叶片与所有花果，留下叶的光合速率速率? ? 对苹果等枝条环割，使环割上方枝条上的叶片光合速率对苹果等枝条环割，使环割上方枝条上的叶片光合速率? ?光合产物积累到一定的水平后会影响光合速率的原因：光合产物积累到一定的水平后会影响光合速率的原

16、因： (1)(1)反馈抑制。反馈抑制。 (2)(2)淀粉粒的影响。淀粉粒的影响。（三）（三）、外外部因素部因素1 1、单单因素因素原理分析：光照强度影响光合速率的原理是通过影原理分析：光照强度影响光合速率的原理是通过影响响 阶段，制约阶段，制约 的产生，的产生，进而制约进而制约 阶段。阶段。图像分析：图像分析：A A点时只进行点时只进行 ；ABAB段随着光段随着光照强度的增强，照强度的增强， 强度也增强，但强度也增强，但是仍然小于是仍然小于 强度；强度；B B点时代谢特点时代谢特点为点为 ；BCBC段随着光照强度的增强，光合作用强度仍不断增段随着光照强度的增强，光合作用强度仍不断增强；强；C

17、C点对应的光照强度为点对应的光照强度为 ，限制，限制C C点点的环境因素可能有的环境因素可能有 等。等。光反应光反应ATP和和H暗反应暗反应细胞呼吸细胞呼吸光合作用光合作用细胞呼吸细胞呼吸光合作用强度等于细胞呼吸强度光合作用强度等于细胞呼吸强度光饱和点光饱和点温度或二氧化碳浓度温度或二氧化碳浓度（1 1）、光强、光强光强光强- -光合曲线光合曲线 应用分析：欲使植物正常生长，则必须使光照强度应用分析：欲使植物正常生长，则必须使光照强度大于大于 点对应的光照强度；适当提高点对应的光照强度；适当提高 可增加可增加大棚作物产量。大棚作物产量。 光照强度的应用光照强度的应用:延长光合作用的时间：延长光

18、合作用的时间：a、大棚蔬菜生产时，可在夜间进行人工光照以延长、大棚蔬菜生产时，可在夜间进行人工光照以延长光合作用的时间光合作用的时间b、大田作物可采用轮作，延长全年内单位土地面积、大田作物可采用轮作，延长全年内单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间上绿色植物进行光合作用的时间B光照强度光照强度拓展拓展【解读密闭容器及自然环境中植物光合作用曲线】【解读密闭容器及自然环境中植物光合作用曲线】典型图示典型图示1信信息息解解读读图图1夏季一昼夜夏季一昼夜CO2吸收和释放变化曲线吸收和释放变化曲线a点：凌晨点：凌晨2时时4时，温时，温度降低，呼吸作用减弱，度降低，呼吸作用减弱，CO2释放减少。释放减少

19、。b点：有微弱光点：有微弱光照，植物开始进照，植物开始进行光合作用。行光合作用。c点：上午点：上午7时左时左右，光合作用等右，光合作用等于呼吸作用于呼吸作用bc段：段：光合作光合作用小于用小于呼吸作呼吸作用。用。d点：温度过高，点：温度过高，部分气孔关闭，出部分气孔关闭，出现现“ ”现象。现象。e点：下午点：下午6时左时左右，光合作用等右，光合作用等于呼吸作用。于呼吸作用。ef段：光合段：光合作用小于呼作用小于呼吸作用。吸作用。fg段：段：没有光没有光照，光合照，光合作用停止，作用停止，只进行呼只进行呼吸作用。吸作用。午休午休ce段：光合作用段：光合作用大于呼吸作用。大于呼吸作用。典型图示典型

20、图示2信信息息解解读读AB段：段：无光照，无光照，植物只植物只进行呼进行呼吸作用。吸作用。BC段：段：温度降温度降低，呼低，呼吸作用吸作用减弱减弱。CD段：段：4时后，微弱光照，时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合开始进行光合作用，但光合作用强度作用强度 呼吸作用强度。呼吸作用强度。DH段：光照继续增强，段：光照继续增强，光合作用强度光合作用强度 呼吸作呼吸作用强度。其中用强度。其中FG段表示段表示“光合午休光合午休”现象。现象。HI段：光照继段：光照继续减弱，光合续减弱，光合作用强度作用强度 呼呼吸作用强度，吸作用强度，直至光合作直至光合作用完全停止。用完全停止。H点：随光照减弱，光合点

21、：随光照减弱，光合作用强度下降，光合作用强作用强度下降，光合作用强度度 呼吸作用强度。呼吸作用强度。D点：随光照增强，光合作点：随光照增强，光合作用强度用强度 呼吸作用强度呼吸作用强度。（2 2）、COCO2 2原理分析：原理分析：COCO2 2浓度影响光合作用的原理是通过影浓度影响光合作用的原理是通过影响响 阶段，制约阶段，制约 生成。生成。图像分析：图图像分析：图1 1中中A A点表示点表示光合作用速率等于细胞呼光合作用速率等于细胞呼吸速率时的吸速率时的COCO2 2浓度，即浓度，即COCO2 2补偿点补偿点，而图，而图2 2中的中的A A点表示点表示进行光合作用所需进行光合作用所需COC

22、O2 2的最低浓度的最低浓度；两图中的；两图中的B B和和B B点都表示点都表示 ，两图都表示在一，两图都表示在一定范围内，定范围内， 随随 增加而增大。增加而增大。应用分析：大气中的应用分析：大气中的COCO2 2浓度处于浓度处于 段时，植段时，植物无法进行光合作用；在农业生产中可通过物无法进行光合作用；在农业生产中可通过“正正其行，通其风其行，通其风”和和 等措施增加等措施增加COCO2 2浓度，提高光合作用速率。浓度，提高光合作用速率。暗反应暗反应C3CO2饱和点饱和点光合作用速率光合作用速率CO2浓度浓度OA增施农家肥增施农家肥应用应用种植大棚蔬菜时，多施用有机种植大棚蔬菜时，多施用有

23、机肥、人工增施肥、人工增施CO2大田作物应多施有机肥和实施大田作物应多施有机肥和实施秸秆还田，或南北种植以保证秸秆还田，或南北种植以保证空气顺畅流通空气顺畅流通（3 3）、温度温度 光合过程中的暗反应是由光合过程中的暗反应是由酶所催化的化学反应，因而酶所催化的化学反应，因而受温度影响。受温度影响。 在强光、高在强光、高COCO2 2浓度时温浓度时温度对光合速率的影响要比弱度对光合速率的影响要比弱光、低光、低COCO2 2浓度时影响大浓度时影响大( (图图) )，这是因为在，这是因为在强光和高强光和高COCO2 2条件条件下，温度成了光合下，温度成了光合作用的主要限制因素。作用的主要限制因素。

24、应用分析：温室中白天调应用分析：温室中白天调到光合作用到光合作用 ，以提高光合作用速率；晚以提高光合作用速率；晚上适当上适当 ，以降低以降低 ，保证，保证植物有机物积累。植物有机物积累。植物植物“午休午休”原因之一原因之一。最适温度最适温度降低温室的温度降低温室的温度细胞呼吸细胞呼吸(1)曲线的含义：在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的曲线的含义：在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的 供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会 因土壤溶液浓度过高使植物吸水困难从而导致光合作用因土壤溶液浓度过高使植物吸水困难从而导致光合作用 速率下降。速率下降。(2)应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时地、应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时地、 适量地增