能量之源——光与光合作用

1、生物体内的生物体内的主要能源主要能源物质是物质是:生物体内主要的生物体内主要的储能储能物质是物质是: :糖糖类类脂肪脂肪温故生物体进行生命活动的生物体进行生命活动的直接直接能源物质能源物质: :ATPATP最终最终能量来源能量来源: : 太阳的光能太阳的光能俗话说：万物生长靠太阳。为什么这样说呢？俗话说：万物生长靠太阳。为什么这样说呢？第四节第四节 能量之源能量之源光与光合作光与光合作用用 绝大多数生物，活细胞所需能绝大多数生物，活细胞所需能量的最终源头是量的最终源头是 ，将光能转变成细胞能够利用的化学将光能转变成细胞能够利用的化学能的生理过程是能的生理过程是 。来自太阳的光能来自太阳的光能光

2、合作用光合作用正常苗正常苗白化苗白化苗正常幼苗正常幼苗能进行光能进行光合作用制合作用制造有机养造有机养料料白化苗不白化苗不能进行光能进行光合作用，合作用，无法制造无法制造有机养料有机养料这说明光合作用需要色素去捕获光能。这说明光合作用需要色素去捕获光能。一、捕获光能的色素和结构 （）实验：绿叶中色素的提取和分离实验：绿叶中色素的提取和分离1、原理：、原理：提取色素：提取色素：绿叶中的绿叶中的色素色素可以可以溶解溶解在有机溶剂在有机溶剂无水乙无水乙醇或丙酮醇或丙酮中，可以用来提取色素。中，可以用来提取色素。分离色素（纸层析法）分离色素（纸层析法）：色素在色素在层析液中的溶解层析液中的溶解度不同度

3、不同，溶解度高溶解度高的随着层析液在滤纸上的随着层析液在滤纸上扩散的快扩散的快，反之反之则慢。几分钟之后，绿叶中的色素会随着则慢。几分钟之后，绿叶中的色素会随着层析液层析液在在滤纸滤纸上上的扩散而分离开的扩散而分离开2 2 、方法步骤：方法步骤： 1. 1.提取绿叶中的色素提取绿叶中的色素 2. 2.制备滤纸条制备滤纸条 3. 3.画滤液细线画滤液细线 4. 4.分离绿叶中的色素分离绿叶中的色素 5. 5.观察和记录观察和记录1提取色素：提取色素：2分离分离色素（色素（纸层析法纸层析法）加少许的石英砂加少许的石英砂和碳酸钙和碳酸钙，研磨研磨加加无水乙醇，无水乙醇，快速快速研磨研磨将研磨液进行过

4、滤将研磨液进行过滤剪碎叶片，放入研钵中剪碎叶片，放入研钵中2制备滤纸条：制备滤纸条： 取取长长6cm 宽宽1cm的滤纸条的滤纸条，剪去一端的两角剪去一端的两角，在在距离剪角一端距离剪角一端1cm处用铅笔画一条处用铅笔画一条细细线线3画滤液细线：画滤液细线：细、直、细、直、齐、色浓齐、色浓。 用毛细吸管，吸取少量滤液，用毛细吸管，吸取少量滤液，沿着铅笔线沿着铅笔线均匀地画，待滤液干燥后再画均匀地画，待滤液干燥后再画23次次。4分离色素：分离色素：倒入倒入3ml层析液，将滤纸条有层析液，将滤纸条有滤滤液细线的一端朝下液细线的一端朝下，略微倾斜靠着烧杯内壁，略微倾斜靠着烧杯内壁，轻轻轻轻插入层析液插

5、入层析液，用培养皿盖，用培养皿盖盖上烧杯盖上烧杯。注意：注意：滤液细线不能触及层析液滤液细线不能触及层析液胡萝卜素胡萝卜素叶绿素叶绿素a叶黄素叶黄素叶绿素叶绿素b类胡萝卜素类胡萝卜素 叶绿素叶绿素 1/4 3/4 黄绿色黄绿色蓝绿色蓝绿色橙黄色橙黄色黄色黄色5观察观察与与记录记录口诀：胡叶口诀：胡叶ab收集的滤液绿色过浅，这是为什么呢收集的滤液绿色过浅，这是为什么呢1,使用放置数天的绿叶使用放置数天的绿叶2,未加未加SIO2，导致研磨不充分，导致研磨不充分3,未加未加CaCO3或加入太少，导致叶绿素被破坏或加入太少，导致叶绿素被破坏4,一次加入无水乙醇过多，使滤液浓度过低一次加入无水乙醇过多，

6、使滤液浓度过低思考 ：为什么春夏两季植物的叶子翠绿醉人，而深秋树叶则金黄斑斓呢？ 叶绿素很容易被破坏。所以秋天的时候，叶绿素会因为“忍受”不了气温下降等因素的影响而分解消失；而类胡萝卜素则比较稳定，终于在没有叶绿素干扰时“重见天日”。所以深秋的叶子才会金黄斑斓。绿叶中的色素溶液绿叶中的色素溶液吸收可见光，用于光合作用吸收可见光，用于光合作用色素的功能：色素的功能：叶绿体中的色素主要吸收叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光红光和蓝紫光色素的吸收光谱图色素的吸收光谱图 400 500 600 700nm 400 500 600 700nm 1001005050吸收光能百分比叶绿素类胡萝卜素可 见 光

7、 区叶绿素：吸收蓝紫光和红光叶绿素：吸收蓝紫光和红光类胡萝卜素：吸收蓝紫光类胡萝卜素：吸收蓝紫光叶绿素叶绿素a a和叶绿素和叶绿素b b主要吸收主要吸收蓝紫光蓝紫光和和红光红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光蓝紫光。 注注：因为叶绿素：因为叶绿素对绿光吸收最少对绿光吸收最少，绿光被反，绿光被反射回来，所以叶片才呈现射回来，所以叶片才呈现绿色绿色。 三、绿叶中色素的分布三、绿叶中色素的分布叶绿体的分布叶绿体的分布 主要：叶肉细胞中主要：叶肉细胞中其他：幼嫩茎、果实等器官其他：幼嫩茎、果实等器官 的一些细胞中的一些细胞中 保卫细胞保卫细胞基粒基粒类囊体类囊体吸收光能的吸收光

8、能的色素分布于色素分布于类囊体的薄类囊体的薄膜上膜上极大地极大地扩展了扩展了受光面受光面积积 水绵是常见的水绵是常见的淡水藻类淡水藻类 每条水绵由许多个结构相每条水绵由许多个结构相同的同的长筒状细胞长筒状细胞连接而成。连接而成。 水绵很明显的特点是：水绵很明显的特点是：叶叶绿体呈带状绿体呈带状，螺旋螺旋排列在排列在细胞里。细胞里。 结论结论: 叶绿体叶绿体是进行光合作用的场所，它内是进行光合作用的场所，它内部的巨大膜表面上，不仅分布着许多部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的吸收光能的色素分子色素分子，还有许多进行，还有许多进行光合作用所必需的光合作用所必需的酶酶。、实验材料选择、实验材料

9、选择a 和和b 。a的优点是的优点是 ；b的优点是的优点是 。、没有空气的黑暗环境排除了、没有空气的黑暗环境排除了 和和 干扰。干扰。、用极细的光束照射，叶绿体上可分为、用极细的光束照射，叶绿体上可分为 和和 的部位，相当于一组的部位，相当于一组 实验。实验。、临时装片暴露在光下的实验再一次、临时装片暴露在光下的实验再一次 验证验证实验结果实验结果出现出现完全是由光照引起完全是由光照引起的的。水绵水绵好氧细菌好氧细菌叶绿体呈螺旋式带状，便于观察叶绿体呈螺旋式带状，便于观察可确定释放氧气的部位可确定释放氧气的部位氧气氧气光光光照多光照多光照少光照少对比对比讨论：讨论：恩格尔曼实验在设计上有什么巧

10、妙之处？恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处？2.2.普利斯特利发现：普利斯特利发现：4.4.萨克斯的实验发现：萨克斯的实验发现：5.5.恩格尔曼的实验恩格尔曼的实验：6.6.鲁宾和卡门的实验鲁宾和卡门的实验：CO2+H2O光能光能叶绿体叶绿体(CH2O)+O2植物可以更新空气（植物可以更新空气（二氧化碳二氧化碳，氧气），氧气）光合作用产生了光合作用产生了淀粉淀粉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释放的氧全部来自水光合作用释放的氧全部来自水1.凡凡.海尔蒙特发现海尔蒙特发现：3.3.英格豪斯的实验英格豪斯的实验: :植物生长所需养料主要来自植物生长所需养料主要来自水水绿叶只有在

11、阳光下才能产生绿叶只有在阳光下才能产生氧氧1 1、海尔蒙特的实验（、海尔蒙特的实验（16481648年）年）小柳树小柳树 + + 干土干土2.3kg2.3kg90.9kg90.9kg76.7kg76.7kg90.843kg90.843kg雨水雨水浇灌浇灌5 5年年 直到直到18世纪中期，人们一直世纪中期，人们一直以为只有土壤中的水分是植物建以为只有土壤中的水分是植物建造自身的原料，而没有考虑植物造自身的原料，而没有考虑植物能否从空气中得到什么。能否从空气中得到什么。2、普里斯特利的实验普里斯特利的实验（1771年）年）结论：结论：绿色植物绿色植物具有更新具有更新空气的能空气的能力力 普利斯特利

12、的实验普利斯特利的实验只有在阳光只有在阳光照射照射下才能成功。下才能成功。 黑暗 光下 植物体植物体只有绿叶只有绿叶才能更新空气。才能更新空气。3、英格豪斯实验（、英格豪斯实验（1779年）年） 此时，人们尚不了解植物吸收和放出此时，人们尚不了解植物吸收和放出的究竟是什么气体。的究竟是什么气体。1785年，由于发现了年，由于发现了空气的组成，人们才明空气的组成，人们才明确确绿叶在光下绿叶在光下放出的气放出的气体是体是氧气氧气，吸收的是二吸收的是二氧化碳氧化碳 在这个过程中，光能又哪里去了呢？在这个过程中，光能又哪里去了呢？ COCO2 2+H+H2 2O O ？+O2光能光能 德国科学家梅耶（

13、德国科学家梅耶（R.Mayer) 1845年年 根据根据能量转能量转化化和守恒定律和守恒定律 明确指出，明确指出，光能光能 化学能化学能 光能转化为化学能光能转化为化学能 ，贮存在什么化合物中呢？，贮存在什么化合物中呢？4 4、萨克斯的实验（、萨克斯的实验（18641864年）年）5 5、恩格尔曼实验、恩格尔曼实验18801880年年光合作用可以释光合作用可以释放氧气放氧气场所场所叶绿体叶绿体光合作用需要光光合作用需要光能能结论结论:6 6、鲁宾、卡门实验（鲁宾、卡门实验（19411941年）年） 光合作用光合作用中释放的中释放的氧气氧气来自来自于于水水结论结论: :同位素标记法？同位素标记法

14、？同位素标记法：同位素标记法： 科学家通过追踪科学家通过追踪 的的化合物，可以弄清化合物，可以弄清 的详细的详细过程。这种方法叫做同位素标记法。过程。这种方法叫做同位素标记法。同位素标记同位素标记化学反应化学反应可用于可用于追踪物质的运追踪物质的运行和变化规律行和变化规律用同位素标记的化用同位素标记的化合物，合物，化学性质不化学性质不会改变会改变提出问题：提出问题：光合作用产生的有机物又是怎样合成的呢？光合作用产生的有机物又是怎样合成的呢？研究方法：研究方法： 同位素标记法同位素标记法碳的同位素：碳的同位素：14C美国科学家卡尔文实验：美国科学家卡尔文实验：实验材料：实验材料：小球藻（一种单细

15、胞的绿藻）小球藻（一种单细胞的绿藻） 用用14CO2供小球藻进行光合作用，然后供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，最终探明了追踪检测其放射性，最终探明了CO2中的碳中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。在光合作用中转化成有机物中碳的途径。卡尔文循环卡尔文循环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绿体叶绿体，利用，利用光能光能，把，把二氧化碳和水二氧化碳和水转化成储存能量的转化成储存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。 光合作用光合作用的的概念概念反应条件：反应条件：反应场所：反应场所：反应物：反应物：生成物：生成物：能

16、量变化：能量变化：光能光能, ,酶酶叶绿体叶绿体COCO2 2，H H2 2O O有机物，有机物，O O2 2光能光能化学能化学能CO2+H2*O光能光能叶绿体叶绿体(CH2O) +*O2三、光合作用的过程三、光合作用的过程 第一阶段：光反应第一阶段：光反应 第二阶段：暗反应第二阶段：暗反应H2O直接释放到直接释放到空气中空气中为第二阶段为第二阶段提供还原剂提供还原剂为第二阶段为第二阶段提供能量提供能量与呼吸作用中与呼吸作用中H的区别？的区别？2C3 酶酶ATP、 H （CH2O） +C5 +H2O：2C3 酶酶ATP、 H （CH2O） +C5 +H2O光合作用的反应式：光合作用的反应式：光

17、能光能叶绿体叶绿体CO2+H2O* （CH2O）+O*26CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O光能光能叶绿体叶绿体4、光反应阶段与暗反应阶段的比较、光反应阶段与暗反应阶段的比较叶绿体类囊体的薄膜上叶绿体类囊体的薄膜上叶绿体的基质中叶绿体的基质中需光、色素和酶需光、色素和酶需多种酶、需多种酶、HH、 能量能量ATPATP 光能光能转变为转变为ATPATP中中活活跃的化学能跃的化学能ATPATP中中活跃的化学能活跃的化学能转化为糖转化为糖类等有机物中类等有机物中稳定的化学能稳定的化学能水的光解水的光解ATPATP的合成的合成COCO2 2的固定的固定C C3 3的还原的还原叶叶绿绿

18、体体色色素素2H2O水的光解水的光解叶叶绿绿体体色色素素O2HADP Pi酶酶ATP2C3多种酶参多种酶参加催化加催化供氢供氢供能供能还还原原CH2O暗反应光反应CO2C5固固定定色色素素光光能能讨论：讨论：条件变化时，各种物质条件变化时，各种物质含含量的动态变化。量的动态变化。减少减少减少减少减少减少减少减少增加增加增加增加减少减少增加增加影响光合作用的因素影响光合作用的因素1内因：（内因：（色素和酶色素和酶）植物种类不同，光合速率不同（主要是植物种类不同，光合速率不同（主要是色素含量和色素含量和酶的含量及种类酶的含量及种类）同一植物在不同的生长发育阶段，光合速率不同同一植物在不同的生长发育

19、阶段，光合速率不同同一植物不同部位的叶片，光合速率不同同一植物不同部位的叶片，光合速率不同同一部位的叶片在不同的叶龄时，光合速率不同同一部位的叶片在不同的叶龄时，光合速率不同2.外因：外因：光照光照(光照强度，光照时间，光的成光照强度，光照时间，光的成分分)、CO2的浓度、温度、水、矿质元素等的浓度、温度、水、矿质元素等1光照强度对光合作用强度的影响光照强度对光合作用强度的影响参考案例：参考案例：探究光照强弱对光合作用强度的影响探究光照强弱对光合作用强度的影响实验材料的选择及处理：实验材料的选择及处理：同种生长旺盛的绿叶同种生长旺盛的绿叶打孔器打孔器小圆形叶片小圆形叶片30片片让叶片内部气体逸

20、出让叶片内部气体逸出放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用大小相同，避大小相同，避开大的叶脉开大的叶脉分析变量：分析变量： 自变量：自变量： 控制方法：控制方法： 因变量：因变量： 观察方法：观察方法： 无关变量：无关变量：光照强弱光照强弱改变台灯与烧杯之间的距离改变台灯与烧杯之间的距离光合作用强度光合作用强度 （O2的产生量）的产生量） 同一时间段内各实验装置中同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量小圆形叶片浮起的数量实验叶片：实验叶片：同种、生长状况相同、小圆同种、生长状况相同、小圆形叶片大小相同等形叶片大小相同等烧杯中清水：等量，有足够的烧杯中清水：等量，有足

21、够的CO2光照强度与光光照强度与光合速率的关系合速率的关系a点：点：光照强度为光照强度为0 0，此时只进行细胞呼此时只进行细胞呼吸，释放的吸，释放的COCO2 2量可量可表示细胞呼吸的强表示细胞呼吸的强度度 ab段：段： 随光照强度增强，光合作用强度随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，也逐渐增强，COCO2 2释放量减少，这是因为细释放量减少，这是因为细胞呼吸释放的胞呼吸释放的COCO2 2有一部分用于光合作用，有一部分用于光合作用，此时此时细胞呼吸强度大于光合作用强细胞呼吸强度大于光合作用强度度 b点：点： 细胞呼吸释放的细胞呼吸释放的COCO2 2全部用于光合作全部用于光合作用，此时用

22、，此时细胞呼吸强度等于光合作用强度细胞呼吸强度等于光合作用强度bc段：段： 随光照强度增强，光合作用强度随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，到也逐渐增强，到C C点以上不再增强点以上不再增强a a点：点：b b点：点：bc段：段：abab段：段：光补偿点光补偿点光饱和点光饱和点生产上的应用生产上的应用： 提高光照强度 延长光照时间（一年一熟改为一年多熟） 增加光合作用面积（合理密植，套种） 选用白光Oabcde光合作用的强度光合作用的强度二氧化碳的浓度二氧化碳的浓度a b：b c：c d：d e：COCO2 2浓度超过一定限度，将引起原生质体浓度超过一定限度，将引起原生质体 中毒或气孔关闭

23、，抑制光合作用。中毒或气孔关闭，抑制光合作用。2.2.COCO2 2浓度对光合作用强度的影响浓度对光合作用强度的影响COCO2 2浓度再增加，光合作用强度保持不变；浓度再增加，光合作用强度保持不变；随随COCO2 2的浓度增加，光合作用强度增强；的浓度增加，光合作用强度增强；COCO2 2太低，太低，只进行呼吸作用，只进行呼吸作用，农作物消耗农作物消耗光合作用光合作用制造的有机物制造的有机物CO2饱和点饱和点 措施：措施：温室：温室：燃烧液化石油气燃烧液化石油气，使用二氧化碳发生器使用二氧化碳发生器（干冰）（干冰）。大田：大田：确保良好通风；确保良好通风；增施有机肥料；增施有机肥料；深施深施“

24、碳铵碳铵” (NH4HCO3) 空气中空气中COCO2 2含量一般占含量一般占330mg/L330mg/L，与植物光合所需最，与植物光合所需最适浓度（适浓度（1000mg/L1000mg/L）相差太远。）相差太远。必须指出：必须指出：增加增加COCO2 2可以提高光合效率，但是无限制可以提高光合效率，但是无限制地在全球范围内提高地在全球范围内提高COCO2 2浓度，会产生浓度，会产生“温室效应”生产上的应用生产上的应用3.3.温度温度对光合作用强度的影响对光合作用强度的影响水是光合作用的原料，缺水即可直接影响光合作用，缺水还会导致气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用4.4.水分水

25、分对光合作用强度的影响对光合作用强度的影响NN：光合酶及光合酶及NADPNADP+ +和和ATPATP的重要组分的重要组分P P：NADPNADP+ +和和ATPATP的重要组分；维持叶的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能绿体正常结构和功能KK：促进光合产物向贮藏器官运输促进光合产物向贮藏器官运输MgMg：叶绿素叶绿素的重要组分的重要组分不足：不足：光合作用不能顺利进行光合作用不能顺利进行过量：过量：危害农作物正常生长发育危害农作物正常生长发育5.5.矿质元素矿质元素对光合作用强度的影响对光合作用强度的影响6、光合作用原理的应用光合作用原理的应用（1 1）影响光合作用的因素）影响光合作用的因素

26、光照强度光照强度，COCO2 2 ，温度温度 ，水水，矿质元素矿质元素 等等（2 2）提高农作物光合作用强度的措施）提高农作物光合作用强度的措施1 1、适当提高光照强度、延长光照时间、适当提高光照强度、延长光照时间3 3、适当提高、适当提高COCO2 2浓度浓度4 4、白天适当提高温度，夜晚适当降低温度、白天适当提高温度，夜晚适当降低温度5 5、适当增加植物体内的含水量、适当增加植物体内的含水量6 6、适当增加矿质元素的含量、适当增加矿质元素的含量2 2、合理密植、合理密植在生活中的应用在生活中的应用清晨或夜间不在密林中锻炼清晨或夜间不在密林中锻炼（增大昼夜温差）（增大昼夜温差） 不能直接利用

27、无机物制成有机物不能直接利用无机物制成有机物，只能，只能把从外界把从外界摄取的现成的有机物摄取的现成的有机物转变成自身的转变成自身的组成物质，并储存了能量的一类生物组成物质，并储存了能量的一类生物 如：绿色植物，蓝藻、硝化细菌、铁细菌、硫细菌等如：绿色植物，蓝藻、硝化细菌、铁细菌、硫细菌等如：人、动物、真菌如：人、动物、真菌(如蘑菇如蘑菇) 、多数的细菌（乳酸菌、多数的细菌（乳酸菌、大肠杆菌）等大肠杆菌）等自养生物：自养生物：异养生物：异养生物：7 7、化能合成作用、化能合成作用能利用能利用COCO2 2制造有机物的生物制造有机物的生物能够利用体外环境中的能够利用体外环境中的某些无机物氧化时某

28、些无机物氧化时所释放的能量所释放的能量来来把把COCO2 2转变成转变成有机物的合成作用有机物的合成作用 例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类等少数种类的细菌的细菌7 7、化能合成作用、化能合成作用2NH2NH3 3+3O+3O2 2 2HNO 2HNO2 2+2H+2H2 2O+O+能量能量硝化细菌硝化细菌2HNO2HNO2 2+O+O2 2 2HNO 2HNO3 3+ +能量能量硝化细菌硝化细菌6CO6CO2 2+6H+6H2 2O 2CO 2C6 6H H1212O O6 6+ 6O+ 6O2 2能量能量光合作用与呼吸作用的区别：光合作用与呼吸作用的区别

29、：光能转换为生命动力的过程光能光能光光反应反应ATPATP中活中活跃的化跃的化学能学能有机物有机物中稳定中稳定的化学的化学能能各项生各项生命活动命活动ATPATP中活中活跃的化跃的化学能学能利用利用细胞细胞呼吸呼吸光合作用光合作用暗暗反应反应直接的能量来源：直接的能量来源：ATP最终的能量来源：最终的能量来源：太阳的光能太阳的光能练习练习 1、光合作用中，糖类是在、光合作用中，糖类是在 阶段形成的，阶段形成的，O2是在是在 阶段形成的，阶段形成的，ATP是在是在 阶段形阶段形成的。成的。 2、某科学家用含有、某科学家用含有14C的的CO2来追踪光合作用中的来追踪光合作用中的C原原子，这种子，这种C原子的转移途径是（原