能量之源-光与光合作用-

第4节能量之源——光与光合作用一、捕获光能的色素和结构

实验：绿叶中色素的提取和分离1．实验原理(1)提取：叶绿体中的色素溶于有机溶剂而不溶于水，可用无水乙醇等有机溶剂提取色素。(2)分离：各种色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，从而使各种色素相互分离。2.实验材料：新鲜、颜色深绿的叶片（成功关键1）3.实验步骤制备滤纸条画滤液细线分离色素观察记录提取色素☆各试剂作用SiO2——

CaCO3——

无水乙醇

（CCl4、丙酮、石油醚）步骤1试剂作用有助于研磨得充分▲过量易使滤液颜色变浅防止研磨中色素被破坏——

溶解色素▲

不加入则色素不能溶解，滤液几乎无色（1）提取色素：☆研磨的要求☆过滤：单层尼龙布☆收集滤液的要求迅速----有机溶剂易挥发充分------充分破坏叶绿体，获得较多的色素——及时塞紧试管口，防止挥发（成功关键3）——迅速、充分（成功关键2）将一端剪去两角在距此端1cm处画一铅笔横线不要弄脏弄湿滤纸条步骤2要求

☆制备要求——使色素扩散均匀，色素带整齐——标记作用（２）制备滤纸条步骤3要求☆画线要求（成功关键4）——防止色素带重叠，使扩散起点一致——增加色素含量，使效果更明显细、直、齐重复2～3次（干后再画）（３）画滤液细线滤液细线不能触及层析液盖住试管口步骤4要求☆操作要求（色素会溶于层析液中，不会在滤纸上扩散而分离）（防止挥发）（成功关键5）（４）分离色素4.实验结果：实验结果胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b扩散速度快慢与（）有关色素带的宽窄与（）有关溶解度高低色素含量多少色素种类色素颜色色素含量溶解度扩散速率橙黄色黄色蓝绿色黄绿色最少较少最多较多最高较高较低最低最快较快较慢最慢叶绿素a(蓝绿色)类胡萝卜素叶绿素胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）叶绿素b（黄绿色）1/43/4绿叶中的色素有4种，可以归纳为两类：2、色素的吸收光谱叶绿素溶液叶绿素主要吸收红光和蓝紫光类胡萝卜素主要吸收蓝紫光类胡萝卜素溶液吸收可见光，用于光合作用色素的吸收光谱图

400500600700nm10050吸收光能百分比叶绿素类胡萝卜素可见光区叶绿素：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主要吸收蓝紫光和红光主要吸收蓝紫光一、捕获光能的色素占1/4注：①因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片才呈现绿色。②两类色素除吸收上述光外，对其他光也有不同程度的吸收，故对光合作用最有效的光是白光，最无效的光是绿光。实践应用：温室大棚用无色薄膜最有效。现在我们已经知道绿叶中含有4种色素，那么，这些色素分布在细胞中的什么部位呢？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，后来人们称之为叶绿体。叶绿体结构模式图外膜内膜基粒基质3、叶绿体极大地扩展了受光面积4、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上有什么巧妙之处？（1）选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。用好氧细菌可确定释放氧气多的部位。（2）没有空气的黑暗环境，排除了光和O2的干扰。（3）用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验，进行局部光照、与曝光的对照实验，再次验证水绵细胞中放O2

部位以及光合作用的场所。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。水绵好氧细菌1883年

生物学家恩格尔曼巩固练习色素种类颜色扩散速度吸收光的颜色叶绿素a叶绿素b胡萝卜素叶黄素蓝绿色黄绿色橙黄色黄色较慢较快最慢最快蓝紫光和红光蓝紫光2.叶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C3.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A4.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D5.叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，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A6.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A７.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二、光合作用的原理和应用1、光合作用的概念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。场所：条件：原料：产物：能量：公元前3世纪，亚里斯多德提出，植物生长在土壤中，土壤是构成植物体的原材料。（一）光合作用的探究历程2.5Kg82.5Kg5年

土壤100Kg

土壤

99.9Kg这说明了什么？结论：水分是植物建造自身的原料。1771年普利斯特利实验一段时间后一段时间后普利斯特利实验结论：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？在这一过程中，光能去哪了？1845年，德国科学家梅耶，根据能量转化和守恒定律指出，植物在进行光合作用时，光能化学能储存在什么物质中？1864年，萨克斯的实验（置于暗处几小时）思考：目的是什么？一半遮光一半曝光为了使绿叶中原有的有机物消耗殆尽发现曝光的一半呈深蓝色，遮光的一半则没有颜色变化。用碘蒸气处理这片叶结论光合作用的产物除了氧气外还有淀粉。第一组光合作用释放的O2来自于H2O。H2180C02H20C18O2第二组180202美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）结论光合作用产生的有机物又是怎样合成的？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转化成有机物中C的途径，称为卡尔文循环。卡尔文循环：CO2→C3→(CH2O)年代科学家结论1771普利斯特利植物可以更新空气1779英格豪斯只有在光照下只有绿叶才可以更新空气1845R.梅耶植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来1864萨克斯绿色叶片光合作用产生淀粉1880恩格尔曼氧由叶绿体释放出来。叶绿体是光合作用的场所。1939鲁宾卡门光合作用释放的氧来自水。20世纪40代卡尔文光合产物中有机物的碳来自CO2二、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有光才能反应有光、无光都能反应光反应阶段叶绿体中的色素光能H2O

水在光下分解O2[H]光、酶、色素场所：类囊体薄膜H2O光酶[H]+O2ADP+Pi+能量（光能）酶ATP光能ATP中活跃化学能ADP+Pi酶ATP水的光解：条件：ATP的合成：物质变化：能量变化：暗反应阶段CO2C5

固定2C3[H]供氢酶(CH2O)[糖类]条件：物质变化：叶绿体基质酶多种酶催化CO2+C5酶2C3ATP中活跃的化学能还原酶ATP供能ADP+Pi场所：CO2的固定：C3的还原：ADP+Pi酶2C3

(CH2O)酶糖类ATP[H]、C5能量变化：有机物中稳定的化学能色素分子可见光C52C3ADP+PiATP2H2OO24[H]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：光反应阶段与暗反应阶段的比较项目光反应阶段暗反应阶段区别场所条件物质变化能量转化类囊体薄膜叶绿体基质需光、色素和酶需多种酶光能转化为ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能CO2的固定：CO2+C5

2C3C3的还原：2C3

（CH2O）

[H]，ATP酶ATPADP+Pi酶联系1、光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应的进行提供[H]和ATP2、暗反应是光反应的继续，暗反应为光反应的进行提供合成ATP的原料ADP和Pi水的光解：2H2O

光

4[H]+O2光ADP+PiATP酶ATP的合成：H2O［H］（CH2O）CO2C3（CH2O）CO2（CH2O）（1）氧元素光合作用的反应式光能叶绿体CO2+H2

*

O（CH2O)+*O26CO2+12H2OC6H12O6

+6H2O+6O2光能叶绿体H2O

O2（2）碳元素：元素的转移途径（3）氢元素：光合作用的实质把二氧化碳和水合成糖类等有机物。

光能ATP中化学能有机物中化学能

合成有机物

储存能量下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：①图中A是______,B是_______,它来自于______的分解。②图中C是_______，它被传递到叶绿体的______部位，用于____________________

。③图中D是____，在叶绿体中合成D所需的能量来自______④图中G________,F是__________,J是_____________⑤图中的H表示_______，H为I提供__________光H2OBACDE+PiFGCO2JHIＯ2水[H]基质还原C3ATP色素吸收的光能光反应[H]和ATP色素C5化合物C3化合物糖类条件C3C5【H】和ATP(CH2O)合成量停止光照CO2供应不变突然光照CO2供应不变光照不变CO2供应减少光照不变CO2供应增加光照和CO2

浓度对植物细胞内C3

、C5、【H】、ATP和(CH2O)合成量的影响（短时间的变化）增加减少减少减少减少增加增加增加增加增加增加增加减少减少减少减少

光合作用有氧呼吸场所条件物质变化能量变化实质联系比较光合作用、呼吸作用光、色素、酶、H2O、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中活跃化学能光能有机物中稳定化学能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）；呼吸作用为光合作用提供原料（CO2）三、光合作用强度的影响因素及其应用1.概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。(一)光合作用强度2.表示方法可以通过测定一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量的表示。具体：①单位时间内光合作用吸收CO2的量②单位时间内光合作用放出O2的量③单位时间内光合作用制造糖类的数量Ａ.内因同一叶片的不同生长发育时期（叶龄）同一植物在不同的生长发育阶段植物种类不同光合强度不同（遗传物质决定，酶的种类、数量）（二）影响光合作用强度的因素叶龄对光合作用的影响（1）曲线分析：①随幼叶不断生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增多,叶绿素含量不断增加，光合速率不断增加（OA段）；②壮叶时，叶面积、叶绿体、叶绿素都处于稳定状态，光合速率基本稳定（AB段）；③老叶时，随叶龄增加，叶内叶绿素被破坏，光合速率下降（BC段）。（2）应用：摘除老叶、残叶（二）影响光合作用强度的因素B.外因：光（条件及能量来源）CO2浓度（反应物）温度（酶的活性）矿质元素(色素、酶）水分（反应物）1、光照光照强度复色(白色)光﹥蓝紫光﹥红光﹥绿光光质（光的成分）：光照时间应用：延长光合作用时间大田：复种（一年种两茬或三茬）温室：人工光照①实验流程打出小圆形叶片（30片）：参考案例：探究光照强弱对光合作用强度的影响小圆形叶片沉到水底：将内部气体逸出的小圆形叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中，小圆形叶片全部沉到水底用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出直径1cm用注射器（内有清水、小圆形叶片）抽出叶片内气体（O2等），重复几次抽出叶片内气体：小圆形叶片加富含CO2的清水光照强度叶片浮起数量甲10片20mL

强多乙10片20mL

中中丙10片20mL

弱少对照实验及结果：②实验结论：在一定范围内,随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强（小圆形叶片中产生的O2越多，浮起的越多）。③光照强度与光合作用强度的关系曲线分析AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少，这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。AB光照强度0吸收CO2C释放CO2B点：细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度BC段：表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，此时光合作用强度大于细胞呼吸强度,到C点以上就不再加强了。光补偿点：光合作用吸收的CO2和呼吸放出CO2相等时的光强度。B点所示光照强度称为光补偿点。（光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长）光饱和点：光合作用达到最强时所需的最低的光强度。

C点所示光照强度称为光饱和点。AB光照强度0吸收CO2C释放CO2AB光照强度0吸收量CO2C释放量

CO2净光合速率呼吸速率实际光合速率（总值）净光合作用=总光合作用–呼吸作用项目表示方法净光合速率（表观光合速率）CO2吸收量、O2释放量、有机物积累量真正光合速率（实际或总光合速率）CO2固定值、O2产生量、有机物制造量呼吸速率CO2释放量、O2吸收量、有机物消耗量0CO2吸收光照强度ABC阳生植物阴生植物阳生植物的光补偿点和光饱和点大于阴生植物的光补偿点和光饱和点。A′B′C′CO2释放应用：①阴生植物的B点前移，C点较低。阳生植物，如松、杉、小麦、玉米、水稻等。阴生植物，如人参、三七和大多数蕨类植物。应用：②适当提高光照强度可增加大棚作物产量。③间作套种农作物的种类搭配，林带树种的配置，可合理利用光能。④增加光合作用面积（合理密植）

对应训练：

以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示。下列分析正确的是()A.光照相同时间，35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时相等B.光照相同时间，在20℃条件下植物积累的有机物的量最多C.温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少D.两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的量相等A下图是在一定的CO2浓度和温度下，某阳生植物CO2的吸收量和光照强度的关系曲线，据图回答：（1）该植物的呼吸速率为每小时释放CO2

mg/dm2。（2）b点表示光合作用与呼吸作用速率

。2520151050－5CO2吸收量mg/dm2·h光照强度（Klx）abcd（3）若该植物叶面积为10dm2，在光照强度为25Klx条件下光照1小时，则该植物光合作用吸收CO2

mg；合成葡萄糖

mg。

5相等250170.55

10

15

20

25

30

352520151050－5CO2吸收量mg/dm2·h光照强度（Klx）abcd2520151050－5－10CO2吸收量mg/dm2·h光照强度（Klx）abcd（4）若白天光照强度较长时期为b该植物能否正常生长？为什么？

（5）若该植物为阴生植物，则b点应向

移动。不能正常生长。白天光照强度为b时，无有机物积累，而夜间消耗有机物，从全天来看，有机物的消耗多于积累，不能正常生长。左5

10

15

20

25

30

352520151050－5CO2吸收量mg/dm2·h光照强度（Klx）abcd２.CO2浓度对光合作用强度的影响

（1）曲线分析：图1和图2都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度的增加而增大，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用速率不再增加。（2）点含义：①图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点；②图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；③图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点。（3）应用：适当提高CO2的浓度，增加光合作用强度①在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，②增施农家肥等增大CO2浓度，提高光能利用率。③温室栽培农作物可以投放干冰；或与鸡舍相连。如果CO2浓度继续升高，光合作用不但不会增加反而要下降，甚至引起植物CO2中毒而影响植物的正常生长发育。注：３.温度对光合作用速率的影响

(1)曲线分析：温度主要是通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率。(2)应用：白天调到光合作用最适温度,以提高光合作用速率；晚上适当降低温室的温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累。４.矿质元素供应对光合速率的影响

(1)曲线分析：在一定浓度范围内，增大矿质元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫。(2)应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量。N:蛋白质（酶）的合成Ｐ：ATP的合成Ｍg：叶绿素的合成５.水分的供应对光合作用速率的影响(1)影响：水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。(2)应用：根据作物的需水规律合理灌溉。光合作用强度O时间：盛夏A

710121418植物夏季为何“午休”？A点：温度过高，气孔关闭，CO2供应不足光合速率下降练习C曲线分析：①O～P

段限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其O～P段不断加强，光合速率不断提高。②P～Q

段，图中标出的双因子共同起作用。③当到Q点之后，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另一因子的方法。６.多因子对光合速率的影响应用：a.温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，也可同时充入适量的CO2提高光合速率。b.当温度适宜时，要适当提高光照强度和CO2浓度以提高光合速率。总之，可根据具体情况，通过提高光照强度、调节温度或增加CO2浓度等来充分提高光合速率，以达到增产的目的。科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一种植物光合作用强度的影响,得到实验结果如下图。请据图判断下列叙述不正确的是（）A.光照强度为a时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2

浓度不同B.光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同C.光照强度为a-b时，曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高D.光照强度为a-c时，曲线Ⅰ、