第5章第4节光合作用1

1、 俗话说：俗话说：“万物生长靠太阳万物生长靠太阳”，为什么这，为什么这么说呢？我们来看一组数据：么说呢？我们来看一组数据：地球表面上的绿色植物每年大约制造地球表面上的绿色植物每年大约制造4400亿亿吨有机物；吨有机物；地球表面上的绿色植物每年储存的能量约为地球表面上的绿色植物每年储存的能量约为7.111018kJ，这个数字大约相当于，这个数字大约相当于240000个个三门峡水电站所发出的电力。三门峡水电站所发出的电力。 绿色植物储绿色植物储存在有机物中的存在有机物中的能量来自哪里呢？能量来自哪里呢？第四节第四节能量之源能量之源光与光合作用光与光合作用一一 捕获光能的色素和结构捕获光能的色素和结

2、构二二 光合作用的原理和应用光合作用的原理和应用 太阳的光能又是通过什么途径太阳的光能又是通过什么途径进入植物体内的？进入植物体内的？一一 捕获光能的色素和结构捕获光能的色素和结构v为什么有些植物的叶片不是绿色的为什么有些植物的叶片不是绿色的? ?v为什么有些植物的叶片在不同时期颜色不为什么有些植物的叶片在不同时期颜色不同呢同呢？v 绿叶中会有哪些种类的色素呢？v 它们分别是什么颜色的？v 各种色素在绿叶的含量相同吗？捕获光能的色素一、绿叶中色素的提取和分离一、绿叶中色素的提取和分离实验原理：实验原理：提取提取(无水乙醇无水乙醇)、分离、分离(层析液层析液)目的要求：目的要求：绿叶中色素的提取

3、和分离及色素的种类绿叶中色素的提取和分离及色素的种类材料用具：材料用具：新鲜的绿叶、定性滤纸等、无水乙醇等新鲜的绿叶、定性滤纸等、无水乙醇等方法步骤：方法步骤： 1.提取绿叶中的色素提取绿叶中的色素 2.制备滤纸条制备滤纸条 3.画滤液细线画滤液细线 4.分离绿叶中的色素分离绿叶中的色素 5.观察和记录观察和记录讨论：讨论： 1.滤纸条上色带的数目、排序、宽窄？滤纸条上色带的数目、排序、宽窄？ 2.滤纸条上的滤液细线，为什么不能触及层析液？滤纸条上的滤液细线，为什么不能触及层析液？（一）提取色素：（一）提取色素：1.研磨研磨材料材料:5g鲜叶鲜叶药品药品SiO2使研磨充分使研磨充分CaCO3

4、防止色素破坏防止色素破坏无水酒精无水酒精溶解色素溶解色素原理：原理：色素能溶解在丙酮或酒精等有机色素能溶解在丙酮或酒精等有机溶剂中，所以可用无水酒精提取色素。溶剂中，所以可用无水酒精提取色素。2.过滤：获取绿色滤液过滤：获取绿色滤液 色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素。分离色素。扩散速度与色素在层析中的溶解度的关系：扩散速度与色素在层析中的溶解度的关系：溶解度大，扩散速度快溶解度大，扩散速度快溶解度小，扩散速度慢溶解度小，扩散速度慢（二）分离色素（二）分离色素原理：原理：1.准备滤纸条准备滤纸条铅笔线铅笔线画铅笔细线画铅笔细线滤液细线滤液细线画

5、滤液细线画滤液细线要求：要求：细而齐细而齐 重复重复2 23 3次次2.分离色素：分离色素：插滤纸条插滤纸条层析液层析液培养皿培养皿层析液不能没层析液不能没及滤液线及滤液线胡萝卜素胡萝卜素叶黄素叶黄素叶绿素叶绿素a叶绿素叶绿素b最高最高最慢最慢说明色素的种类说明色素的种类1 /43 /4问题问题1 1：为什么选用水绵做为实验材料？：为什么选用水绵做为实验材料？ 因为水绵不仅有细而长的带状叶绿体，而且螺旋分布于细胞中，便于进行观察和分析研究 问题问题2.2.为什么选用黑暗为什么选用黑暗并且没有空气的环境？并且没有空气的环境？ 为了排除实验前环境中光线和为了排除实验前环境中光线和氧的影响，确保实验

6、的准确性氧的影响，确保实验的准确性 光合作用的场所是光合作用的场所是叶绿体叶绿体 光合作用的产物有光合作用的产物有氧气氧气！结论:问题问题3 3为什么先用极细光束照射水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？绵，而后又让水绵完全暴露在光下？ 先选极细光束，用好氧细菌检测，能先选极细光束，用好氧细菌检测，能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；准确判断水绵细胞中释放氧的部位；而后用完全曝光的水绵与之做对照，而后用完全曝光的水绵与之做对照，从而证明了实验结果完全是光照引起从而证明了实验结果完全是光照引起的，并且氧是由叶绿体释放出来的。的，并且氧是由叶绿体释放出来的。 红光区红光区蓝紫光区

7、蓝紫光区 如图，用棱镜产生的连续的不同波长、不如图，用棱镜产生的连续的不同波长、不同颜色的光照射水绵，想一想，在无氧条同颜色的光照射水绵，想一想，在无氧条件下，好氧性细菌将会如何分布？为什么？件下，好氧性细菌将会如何分布？为什么？恩格尔曼的第二个实验恩格尔曼的第二个实验分析：这一巧妙的实验说明了什么？分析：这一巧妙的实验说明了什么？叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用 实验表明：叶绿素主要吸收实验表明：叶绿素主要吸收红光红光和和蓝蓝紫紫光，类胡萝卜素主要吸收光，类胡萝卜素主要吸收蓝蓝紫紫光。光。功能：功能：用于光合作用用于光合作用 这些捕获光能的色素存在

8、于细胞中的什么部位呢？二、叶绿体的结构和功能二、叶绿体的结构和功能叶绿体的结构叶绿体的结构 这些囊状结构称为类囊体，吸收光能的四种这些囊状结构称为类囊体，吸收光能的四种色素，就分布在色素，就分布在类囊体的薄膜类囊体的薄膜上。上。基粒外膜内膜基质类囊体酶：酶：基粒基粒上和上和中中叶绿素类胡萝卜素叶绿体的作用：叶绿体的作用： 叶绿体是进行光合作用的场所，它叶绿体是进行光合作用的场所，它内部巨大膜表面上，不仅分布着许多吸内部巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。作用所必需的酶。1研磨绿叶时要加入碳酸钙，其目的是研磨绿叶时要加

9、入碳酸钙，其目的是 ( ) A使各种色素溶解在丙酮中使各种色素溶解在丙酮中 B使研磨充分使研磨充分 C防止色素分子被破坏防止色素分子被破坏 D加速研磨加速研磨 2对对“叶绿体中色素的提取和分离叶绿体中色素的提取和分离”实验中，下列描实验中，下列描述述 正确的是正确的是 ( )A将将5g新鲜完整的菠菜叶，放入研钵中，加入丙酮、新鲜完整的菠菜叶，放入研钵中，加入丙酮、石英砂、石英砂、CaCO3以后，迅速研磨以后，迅速研磨B用毛细吸管吸取少量滤液；沿铅笔线处小心均匀地用毛细吸管吸取少量滤液；沿铅笔线处小心均匀地划出一条滤液细线，并连续迅速地重复划划出一条滤液细线，并连续迅速地重复划23次次C把划好细

10、线的滤纸条插入层析液中，并不断摇晃，把划好细线的滤纸条插入层析液中，并不断摇晃，以求加快色素在滤纸条上的扩散以求加快色素在滤纸条上的扩散D色素分子是有机物，不溶于水，所以研磨过程中加色素分子是有机物，不溶于水，所以研磨过程中加入丙酮是为了溶解色素入丙酮是为了溶解色素 CD3分别在分别在I、II、III三个研钵中加三个研钵中加2克剪碎的新鲜菠菜克剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到三绿叶，并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，即：深绿色、黄绿色、几乎无色。种不同颜色的溶液，即：深绿色、黄绿色、几乎无色。则则I、II、III三个研钵中的溶液颜色分别是三个研

11、钵中的溶液颜色分别是 （ ）A几乎无色、黄绿色、深绿色几乎无色、黄绿色、深绿色B深绿色、几乎无色、黄绿色深绿色、几乎无色、黄绿色C黄绿色、深绿色、几乎无色黄绿色、深绿色、几乎无色D黄绿色、几乎无色、深绿色黄绿色、几乎无色、深绿色D 4下图所示下图所示“叶绿体中色素的提取和分离叶绿体中色素的提取和分离”实验的实验的装置装置 正确的是正确的是 ( ) 5纸层析法分离叶绿体色素时纸层析法分离叶绿体色素时,滤纸上最下端的色素滤纸上最下端的色素名称和颜色分别是名称和颜色分别是 ( ) A橙黄色的胡萝卜素橙黄色的胡萝卜素 B黄色的叶黄素黄色的叶黄素 C蓝绿素的叶绿素蓝绿素的叶绿素a D黄绿色的叶绿素黄绿色

12、的叶绿素b 6在圆形滤纸的中央，滴上叶绿体的色素滤液进行在圆形滤纸的中央，滴上叶绿体的色素滤液进行色素分离，会看到近似同心的四圈色素环，排在最外色素分离，会看到近似同心的四圈色素环，排在最外圈的色素是圈的色素是 ( ) A橙黄色的胡萝卜素橙黄色的胡萝卜素 B黄色的叶黄素黄色的叶黄素 C蓝绿素的叶绿素蓝绿素的叶绿素a D黄绿色的叶绿素黄绿色的叶绿素bBDA7阳光通过三棱镜能显示出七种颜色的连续光谱。阳光通过三棱镜能显示出七种颜色的连续光谱。如果将一瓶叶绿素提取液放在光源和三棱镜之间，连如果将一瓶叶绿素提取液放在光源和三棱镜之间，连续光谱中就会出现一些黑色条带，这些条带应位于续光谱中就会出现一些黑

13、色条带，这些条带应位于A绿光区绿光区 B红橙光区和绿光区红橙光区和绿光区( )C蓝紫光区和绿光区蓝紫光区和绿光区 D红橙光区和蓝紫光区红橙光区和蓝紫光区D光合作用的原理和应用光合作用的原理和应用植物为什么会生长？植物为什么会生长？一一 光合作用的探究历程光合作用的探究历程 五年后五年后16421642年海尔蒙特的实验年海尔蒙特的实验结论：植物增重主要来自水分结论：植物增重主要来自水分海尔蒙特的实验设海尔蒙特的实验设计有什么不足的地方？计有什么不足的地方？1771年（英）普里斯特利的实验年（英）普里斯特利的实验植物能够净化因燃烧或呼吸而变混浊的空气。植物能够净化因燃烧或呼吸而变混浊的空气。疑问疑

14、问：不同的人重复实验，有的成功，：不同的人重复实验，有的成功，有的失败，原因何在？有的失败，原因何在？( (有光和无光有光和无光) )1785年，拉瓦锡研究空气的成分后，明确绿叶在光下年，拉瓦锡研究空气的成分后，明确绿叶在光下放出的是氧气，吸收的是二氧化碳；放出的是氧气，吸收的是二氧化碳；1845年，梅耶指出，植物在进行光合作用时，把光能年，梅耶指出，植物在进行光合作用时，把光能转变成化学能储存起来；转变成化学能储存起来； 光合作用除了光合作用除了释放出氧气，还生释放出氧气，还生成了什么物质成了什么物质？1779 荷兰荷兰 英格豪斯英格豪斯绿色绿色的叶片和枝条在的叶片和枝条在阳光阳光下，才能更

15、新空下，才能更新空气的成分气的成分 1864年，年， (德德) 萨克斯的实验萨克斯的实验黑暗处理黑暗处理24小时小时叶片一部分遮光，叶片一部分遮光，一部分曝光一部分曝光酒精煮叶片，使酒精煮叶片，使绿色褪去绿色褪去结论结论：绿色叶片中光合作用中产生了淀粉：绿色叶片中光合作用中产生了淀粉碘液处理叶片碘液处理叶片曝光部分呈蓝色，遮曝光部分呈蓝色，遮光部分颜色没有变化光部分颜色没有变化3、绿叶在光合作用中产生了淀粉、绿叶在光合作用中产生了淀粉 1、让叶片中的营养物质（、让叶片中的营养物质（淀粉）淀粉）消耗掉消耗掉 3、这个实验说明能什么问题？、这个实验说明能什么问题？2、部分遮光、部分曝光，是为了进行

16、对照、部分遮光、部分曝光，是为了进行对照 原料/条件 场所 产物 v赫尔蒙特赫尔蒙特( (van Helmont) )v普里斯特利（普里斯特利（J. Priestley）v英格豪斯（英格豪斯（J. Ingen-housz）v拉瓦锡（拉瓦锡（Laroisier, A.L. ）v萨克斯（萨克斯（J. von Sachs）v恩格尔曼（恩格尔曼（C. Engelmann） H20淀粉淀粉叶绿体叶绿体（阳光）（阳光）O2CO2H2O C18O2H218O CO2 O2 O2 O2O2 O2 O2O2 O2 O2O2 O2 O2O2 O2 O2 O218O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O

17、2 18O2 18O2 18O2 结论结论:光合作用释放的氧全部来自水光合作用释放的氧全部来自水 1939年，（美）鲁宾和卡门的年，（美）鲁宾和卡门的同位素标记同位素标记实验：实验：20世纪世纪0年代，美国科学家卡尔文年代，美国科学家卡尔文 (M.Calvin)CO2碳的同位素碳的同位素 C14CO214( CH2 O)+O214CO2+ H2O14光能光能叶绿体叶绿体卡尔文循环卡尔文循环光合作用是指绿色植物通过光合作用是指绿色植物通过叶叶绿体绿体，利用，利用光能光能，把，把二氧化碳二氧化碳和水和水转化成储存着能量的转化成储存着能量的有机有机物物，并且释放出，并且释放出氧气氧气的过程。的过程。

18、 场所场所条件条件产物产物原料原料2光合作用的原理和应用（一）光合作用的过程（一）光合作用的过程 光合作用在叶绿体中是怎样进光合作用在叶绿体中是怎样进行的呢？行的呢？光反应光反应H2O 2 H + 1/2O2+Pi+光能光能ATP酶酶ADP暗反应暗反应能量的转移途径：能量的转移途径：碳的转移途径：卡尔文循环碳的转移途径：卡尔文循环光能光能NADPHNADPH中中活跃活跃的的化学能化学能(CH2O)中中稳定稳定的化学能的化学能CO2C3（CH2O）过程：光反应阶段和暗反应阶段的比较过程：光反应阶段和暗反应阶段的比较光反应阶段暗反应阶段进行进行部位部位条件条件物质物质变化变化能量能量变化变化联系联

19、系叶绿体基粒类囊体薄膜上叶绿体基粒类囊体薄膜上叶绿体基质中叶绿体基质中光、色素和酶光、色素和酶ATP、 H 、多种酶多种酶光能变成活跃的化学能光能变成活跃的化学能（ATP、 H 中）中）活跃的化学能（活跃的化学能（ATP ATP ）变）变成稳定的化学能（糖类）成稳定的化学能（糖类） 光反应产生的光反应产生的HH，在暗反应中用于还原，在暗反应中用于还原C C3 3光反应生成的光反应生成的ATP ATP ，在暗反应中，在暗反应中C3还原成糖类提供还原成糖类提供能量能量水的光解水的光解2H2O4H+O2合成合成ATP ADP+Pi ATP光光 酶酶光能光能COCO2 2的固定的固定6 6COCO2

20、2+ +6 6C C5 5 1212C C3 3C C3 3还原还原1212C C3 3 C C6 6H H1212O O6 6+ +6 6C C5 5 酶酶 酶酶ATP H 光合作用反应式：光合作用反应式： 6CO6CO2 212H12H2 2O OCC6 6H H1212O O6 66 6O O2 26H6H2 2O O（二）、光合作用的意义（二）、光合作用的意义 1、制造有机物 2、转化并储存太阳能 3、使大气中的O和CO的含量相对稳定 4、对生物的进化有重要作用 需氧型生物出现形成臭氧层 光合作用是生物界最基本的物质代光合作用是生物界最基本的物质代 谢和能量代谢谢和能量代谢1、光照强度

21、光照强度光合速率光饱和点玉米苔藓阳生植物阴生植物 在一定范围内，随着光照强度增大，光合速率增大；但光照强度过大则会抑制光合作用。受CO2、温度限制 （三）、影响光合作用的环境因素（三）、影响光合作用的环境因素一天的时间光合作用效率O光照强度121410光合速率日变化规律 总光合作用呼吸作用总光合作用呼吸作用=净光合作用净光合作用 光补偿点：光合作用吸收二氧化碳量与呼吸作用释放的二光补偿点：光合作用吸收二氧化碳量与呼吸作用释放的二氧化碳量，处于动态平衡时的光照强度。氧化碳量，处于动态平衡时的光照强度。 2、二氧化碳 在一定的范围内，随着CO2浓度增大，光合速率增大；但CO2浓度过大则会抑制光合作

22、用。 CO2光合速率对植物来说，大气中CO2浓度偏低。CO2饱和点4、温度3、光质红光红光、蓝紫光蓝紫光 其它颜色其它颜色 绿光绿光 N：P：K：Mg：5、矿质营养延长光合作用时间延长光合作用时间增加光合作用面积增加光合作用面积增加光能利用率增加光能利用率提高光合作用效率提高光合作用效率控制光照强弱控制光照强弱控制光质控制光质控制温度控制温度控制控制CO2供应供应必需矿质元素供应必需矿质元素供应合理灌溉合理灌溉提高复种指数（轮作）提高复种指数（轮作）温室中人工光照温室中人工光照合理密植合理密植间作套种间作套种通风透光通风透光在温室中施有机肥在温室中施有机肥使用使用COCO2 2发生器发生器阴生

23、植物阴生植物阳生植物阳生植物提高农作物产量的措施提高农作物产量的措施红光和蓝紫光红光和蓝紫光适时适量施肥适时适量施肥保持昼夜温差保持昼夜温差（四）、应（四）、应 用用（五）、光合作用和呼吸作用中的化学计算（五）、光合作用和呼吸作用中的化学计算光合作用反应式：光合作用反应式：6CO212H2OC6H12O66O26H2O呼吸作用反应式：呼吸作用反应式：有氧：有氧：C6H12O66O26H2O 6CO212H2O无氧：无氧：C6H12O62C2H5OH2CO2 (植物植物)实测实测COCO2 2吸收吸收量光合作用量光合作用COCO2 2吸收吸收量量- -呼吸作用呼吸作用COCO2 2释放量释放量实

24、测实测O O2 2释放量光合作用释放量光合作用O O2 2释放释放量量- -呼吸作用呼吸作用O O2 2消耗消耗量量三、化能合成作用：三、化能合成作用：2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量能量硝化细菌硝化细菌2HNO2+O2 2HNO3+能量能量硝化细菌硝化细菌举例：举例：6CO2+6H2O C6H12O6+6O2能量能量自然界中少数种类的细菌，虽然细胞内没有色素，不能进自然界中少数种类的细菌，虽然细胞内没有色素，不能进行光合作用，但是能够利用体外环境中某些无机物氧化释行光合作用，但是能够利用体外环境中某些无机物氧化释放的能量来制造有机物，这种合成作用，叫做放的能量来制造有机物，这种合

25、成作用，叫做化能合成作化能合成作用。用。自养生物自养生物: :以以COCO2 2和和HH2 2OO（无机物）为原料合成糖类（有机（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着的能量。物），糖类中储存着的能量。异养生物异养生物:只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。活动。所需的能量来源不同（光能、化学能）所需的能量来源不同（光能、化学能）光能自养生物光能自养生物绿色植物绿色植物硝化细菌硝化细菌化能自养生物化能自养生物( (硝化细菌、硫细菌、铁细菌、氢细菌硝化细菌、硫细菌、铁细菌、氢细菌等等) )如：如：绿色植物、水藻、少数种类的细菌绿色植物、

26、水藻、少数种类的细菌人和动物、真菌、大多数的细菌人和动物、真菌、大多数的细菌光合作用与呼吸作用的区别光合作用与呼吸作用的区别光合作用光合作用呼吸作用呼吸作用原料原料 CO2、H2OO2、葡萄糖等有机、葡萄糖等有机物物产物产物 O2、葡萄糖等有机物、葡萄糖等有机物 CO2、H2O等等能量能量转换转换贮藏能量的过程贮藏能量的过程光能光能活跃的化学能活跃的化学能稳定的化学能稳定的化学能释放能量的过程释放能量的过程稳定的化学能稳定的化学能活跃活跃的化学能的化学能发生发生部位部位有叶绿体的细胞的叶有叶绿体的细胞的叶绿体绿体活细胞的线粒体、细活细胞的线粒体、细胞质胞质发生发生条件条件光照下才可发生光照下才可发生光下、暗处都可发生光下、暗处都可发生1 1、光合作用中光反应阶段为、光合作用中光反应阶段为暗反应阶段提供了（暗反应阶段提供了（ ） A AO O2 2和和C C3 3化合物化合物 B B叶绿体色素叶绿体色素 C CH H2 20 0和和O O2 2 D DHH和和ATP