能量之源-光与光合作用

生物体内的主要能源物质是:生物体内主要的储能物质是:糖类脂肪温故生物体进行生命活动的直接能源物质:ATP最终能量来源:太阳的光能第4节能量之源——光与光合作用将光能转变成细胞能够利用的化学能的生理过程正常苗白化苗正常幼苗能进行光合作用制造有机物白化苗不能进行光合作用，无法制造有机物这说明光合作用需要色素去捕获光能一、实验原理1.叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以用无水乙醇可提取叶绿体中色素。2.色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子随层析液在滤纸条上的扩散得快，溶解度低的色素分子随层析液在滤纸条上的扩散得慢，因而可用层析液将不同的色素分离。实验——绿叶中色素的提取和分离实验材料：新鲜的菠菜叶片若干，石英砂，碳酸钙，丙酮，层析液，滤纸条，天平，剪刀，铅笔，直尺，尼龙布，烧杯等

提取和分离叶绿体中的色素方法与步骤称取5g左右的绿叶，剪碎，放入研钵中加少许的石英砂（充分研磨）和碳酸钙

(防止色素被破坏)与10ml无水乙醇。在研钵中快速研磨。将研磨液进行过滤提取色素制备滤纸条方法与步骤画滤液细线方法与步骤方法与步骤分离色素分离绿叶中的色素：注意事项：⑴滤纸条的放置：

如果触及到层析液，细线上的色素就会溶解到层析液中，不能在滤纸上扩散开来，导致实验失败⑵装置①有滤液细线的一端朝下②下端应插入层析液中③滤液细线不能触及层析液加盖实验装置叶绿素a叶绿素b(蓝绿色)(黄绿色)胡萝卜素叶黄素(橙黄色)(黄色)实验结果叶绿素（约占3/4）类胡萝卜素（约占1/4）叶绿素a叶绿素b胡萝卜素叶黄素(橙黄色)(黄色)(蓝绿色)(黄绿色)绿叶中的色素分析：为什么植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶片金黄呢？由于叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素，而使类胡萝卜素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色由于叶绿素比类胡萝卜素易受到低温的破坏，秋季低温使叶绿素大量破坏，而使类胡萝卜素的颜色显示出来用纸层析法分离叶绿体中的色素，在滤纸条上，色素带从上至下，依次为：A.叶绿素b—胡萝卜素—叶黄素—叶绿素aB.叶绿素a—叶绿素b—胡萝卜素—叶黄素C.叶黄素—叶绿素a—叶绿素b—胡萝卜素D.胡萝卜素—叶黄素—叶绿素a—叶绿素bD叶绿素溶液吸收可见光，用于光合作用2.色素的功能：连续光谱：当光束通过三棱镜后，把白光分成了红，橙，黄，绿，青，蓝，紫七色连续光谱吸收光谱：如果把色素溶液放在光源和分光镜中间，光谱中出现了暗带，这就是色素溶液的吸收光谱色素的吸收光谱图

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色素种类颜色含量在层析液中的溶解度扩散速度主要吸收的可见光作用蓝绿色黄绿色黄色橙黄色叶绿素类胡萝卜素3／41／4叶绿素a叶绿素b叶黄素胡萝卜素最多较多最少较少最小最大较大较小最快最慢较快较慢红光蓝紫光蓝紫光吸收、传递光能这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位呢？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水绵是常见的淡水藻类每条水绵由许多个结构相同的长筒状细胞连接而成水绵很明显的特点是：叶绿体呈带状，螺旋排列在细胞里，便于观察资料分析：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

完全光照氧气光叶绿体是进行光合作用的完整单位光合色素位于基粒上（类囊体薄膜）含光合酶位于基粒上和基质中1、含有的成分看：2、结构上看：叶绿体内部有许多基粒，每个基粒中有许多个类囊体极大地扩展了受光面积结论：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1下列是新鲜绿叶的四种色素在滤纸上分离的情况，正确的是（）

A.提取色素时加入碳酸钙是为了防止滤液挥发

B.水稻在收获季节，叶片中色素量的变化是（甲+乙）＜（丙+丁）

C.四种色素都能溶解在层析液中，乙色素溶解度最大

D.四种色素中，丙和丁主要吸收红光

B2、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D3、某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析（从上至下），与正常叶片相比，实验结果是

A.光吸收差异显著，色素带缺第2条

B.光吸收差异不显著，色素带缺第2条

C.光吸收差异显著，色素带缺第3条

D.光吸收差异不显著，色素带缺第3条4、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BD光合作用的定义光合作用是指

通过

，利用

，把

和

转化成

，并且释放出

的过程绿色植物叶绿体光能二氧化碳水储存着能量的有机物氧气光合作用的实质:合成有机物，储存能量一段时间后一段时间后1、1771年普利斯特利实验普利斯特利没有发现光在植物更新空气中的作用结论：绿色植物可以更新空气①普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功②植物体只有绿叶才能更新空气2、英格豪斯实验（1779年）

此时，人们尚不了解植物吸收和放出的究竟是什么气体1785年，由于发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳提出问题：光能哪里去了？

1845年，德国科学家梅耶根据能量转化与守恒定律明确指出：植物进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来提出问题：光能转换成化学能，贮存于什么物质中呢？即植物在吸收水分和二氧化碳、释放氧气的过程中，还产生了什么物质呢？一半曝光，一半遮光在暗处放置几小的叶片萨克斯实验1864暗处理光照碘蒸汽处理目的：消耗掉叶片中的营养物质结论：光合作用的产物除氧气外还有淀粉酒精脱色光合作用的原料有水和二氧化碳，光合作用释放的氧气到底来自二氧化碳还是水提出问题：随着技术的进步，人们对同位素有了更多了解，这为解决氧气来自水还是二氧化碳提供了研究手段同位素标记法科学家通过追踪

的化合物，可以弄清

的详细过程。这种方法叫做同位素标记法同位素标记化学反应光合作用释放的O2到底是来自H2O

，还是CO2？实验过程证明的问题:光合作用释放的氧气来自于水的分解1939年鲁宾、卡门同位素标记法研究氧的同位素：18O提出问题：光合作用产生的有机物又是怎样合成的呢？研究方法：同位素标记法碳的同位素：14C美国科学家卡尔文实验：实验材料：小球藻（一种单细胞的绿藻）用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卡尔文循环思考与讨论：

1.光合作用的原料、产物、场所和条件是什么？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—光和酶光合作用的反应式是：CO2+H2O光能叶绿体（CH2O）+O22.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：①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

；②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

；③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。1、光合作用化学反应式：2、光合作用过程光能叶绿体CO2+H2*

O（CH2O)+*O2（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？光合作用的过程光反应条件：叶绿体中的色素光能H2O

水在光下分解O2[H]光、酶、色素过程：场所：类囊体的薄膜上物质H2O光酶[H]+O2ADP+Pi+光能酶ATP能量光能ATP中活跃化学能ADP+Pi酶ATP暗反应co2C5固定2c3[H]供氢酶(CH2O)[糖类]场所：条件：过程：叶绿体基质酶多种酶参加催化co2+C5酶2c32c3酶(CH2O)C5[H]ATPATP酶ADP+Pi+能量物质能量:ATP中活跃的化学能转化为糖类中稳定的化学能还原酶ATP供能ADP+Pi

光合作用的过程返回原料和产物的对应关系：（CH2O）CHOCO2CO2H2OO2H2O能量的转移途径：碳的转移途径：光能ATP中活跃的化学能(CH2O)中稳定的化学能CO2C3（CH2O）来自来自来自来自光反应阶段暗反应阶段进行部位条件物质变化能量变化联系叶绿体类囊体薄膜上（快）叶绿体基质中（慢）光、色素和酶不需光、多种酶、ATP、[H]光反应为暗反应提供还原剂[H]和能量ATP暗反应产生ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料水的光解2H2O→4[H]+O2合成ATPADP+Pi

→ATP光

酶光能CO2的固定CO2+C5→2C3C3的还原2C3(CH2O)

酶

酶ATP[H]3、光反应阶段和暗反应阶段的比较ATP中活跃化学能光能ATP中活跃化学能有机物中稳定化学能

请分析光下的植物突然停止光照后，其体内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化？停止光照光反应停止请分析光下的植物突然停止CO2的供应后，其体内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化？[H]

↓

ATP↓还原受阻C3

↑C5↓CO2↓固定停止C3↓C5↑

（CH2O）CO2C52C3[H]酶固定还原供氢供能ATP——能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌化能合成作用2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化细菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量光合作用化能合成作用相同点不同点(利用的能量不同)光合作用和化能合成作用的异同把二氧化碳和水合成有机物利用的是光能利用的是化学能体外环境中无机物氧化释放的能量能够直接把从外界环境摄取的无机物转变成为自身的组成物质，并储存了能量的一类生物

不能直接利用无机物制成有机物，只能把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的组成物质，并储存了能量的一类生物

如：绿色植物，光合细菌、蓝藻、硝化细菌、铁细菌、硫细菌等如：人、动物、真菌(如蘑菇)、多数的细菌（乳酸菌、大肠杆菌）等自养生物：异养生物：（二）异化作用的主要两种类型1.需氧型在异化作用的过程中，必须不断地从外界环境中摄取氧来氧化分解体内的有机物，产生CO2，释放出其中的能量，以维持生命活动的进行代表生物：绝大多数动、植物，真菌，好氧细菌（有氧呼吸型）2.厌氧型（无氧呼吸型）在异化作用过程中，只有在无氧的条件下，才能将体内的有机物氧化，获得生命活动所需要的能量代表生物：乳酸菌、动物体内寄生虫（蛔虫）、破伤风杆菌注：酵母菌——兼性厌氧型生物三、归纳比较新陈代谢类型同化类型异化类型新陈代谢类型自养型异养型需氧型厌氧型异养厌氧型自养需氧型异养需氧型自养厌氧型回答下列生物的新陈代谢类型：牛、羊等大多数动物异养需氧型绿色植物自养需氧型自养需氧型硝化细菌蛔虫异养厌氧型异养需氧型蘑菇（大多数真菌）酵母菌异养厌氧型异养需氧型无氧时有氧时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_______，I表示________，H为I提供__________光H2OBACDE+PiFGCO2JHIＯ2水[H]基质用作还原剂，还原C3ATP光能光反应[H]和ATP色素C5化合物C3化合物糖类暗反应1、在光合作用的暗反应过程中，没有被消耗掉的（）

A、[H]B、C5化合物C、ATPD、CO2B3、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C2、光合作用过程的正确顺序是（）①二氧化碳的固定②氧气的释放③叶绿素吸收光能④水的光解⑤三碳化合物被还原A.④③②⑤①B.④②③⑤①C.③②④①⑤D.③④②①⑤Ｄ4、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D5、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()①外膜②内膜③基质④类囊体膜

A．③②B．③④

C．①②D．④③B6、在光合作用过程中，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ATPCO2葡萄糖

B

CO2+2H2O*光能叶绿体(CH2O)+O2*原料条件

CO2浓度

水分

光照

矿质元素温度（1）影响光合作用的因素有哪些？光照、CO2、温度、水、矿质元素等（2）如何定量表示光合作用的强度？探究：环境因素对光合作用强度的影响1、实验原理光合作用的强度可通过测定一定时间内

的数量来定量的表示内因：酶、色素等外因：叶肉细胞中叶绿体的数量；叶绿体中基粒的数量等原料的消耗或产物生成CO2消耗量O2的生成量参考案例：探究光照强弱对光合作用强度的影响⑴实验材料的选择及处理：同种生长旺盛的绿叶打孔器小圆形叶片30片让叶片内部气体逸出（方法）放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用大小相同，避开大的叶脉⑵分析变量：

自变量：

控制方法：

因变量：

观察方法：

无关变量：光照强弱改变台灯与烧杯之间的距离光合作用强度（O2的产生量）同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量①实验叶片：同种、生长状况相同、小圆形叶片大小相同、等量…②烧杯中清水：等量，有足够的CO2项目

烧杯

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多，浮起的多)不同光照强度对光合作用的影响C10时1214光合作用强度186ABDEAB：光照增加，光合强度增加C：光照最强叶片蒸腾作用最强叶片大量失水叶表面大量气孔关闭CO2进入受阻叶片中的CO2减少光合强度减弱DE：光照减少，光合强度减弱植物的午睡现象光照强度（1）光照强度应用：延长光照时间增大光照强度例：用下述容积相同的玻璃罩罩住大小、生长状况相同的天竺葵，光照相同时间后，罩内O2最少的是（）A．绿色罩B．红色罩C．蓝色罩D．紫色罩（2）光质自然光>蓝紫光

>红光>黄光>绿光A例：对甲，乙两相同植株作如下处理：（甲）持续光照10分钟，（乙）光照5秒后再黑暗处理5秒，连续交替进行20分钟。如其它条件不变，则甲，乙两植株所制造的有机物总量是（）

A甲多于乙B甲少于乙C甲等于乙

光反应暗反应甲10分钟10分钟乙10分钟近20分钟暗反应时间长于甲∴有机物更多B光合作用是在酶的催化下进行的，温度直接影响酶的活性。一般植物在10℃～35℃下正常进行光合作用2、温度应用：增加昼夜温差光合作用速率CO2浓度

3、CO2浓度规律:CO2含量很低时，植物不能制造有机物，在一定的浓度范围内,光合作用速率随CO2的浓度增大而加快，超过一定浓度后，光合速率趋于稳定应用：通风4、叶龄应用：适当摘除老叶、残叶、换新叶N：构成叶绿素，光合酶和ATP的重要组分P：[H]和ATP的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能Mg：构成叶绿素的重要组成成分5、矿质元素(或无机盐)应用：合理施肥6、水光合作用原料，影响气孔的开关应用：合理灌溉

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）呼吸作用为光合作用提供原料（CO2）CO2光能H2OO2ATP热能有机物一个叶肉细胞中叶绿体线粒体CO2、O2、H2O可以相互转移利用，但葡萄糖和ATP不能相互转移直接利用净光合速率：不算呼吸作用释放的CO2量，只算从外界吸收的CO2量，一定时间内CO2吸收量、O2释放量、有机物积累量如何计算一天的光合积累量？真正光合速率：植物在光下实际把CO2转化成有机物的量，常用一定时间内CO2固定量、O2产生量、有机物产生量（制造量）来表示呼吸速率：植物进行细胞呼吸时吸收的O2量、释放CO2量、消耗有机物量真正光合速率=净光合速率＋呼吸速率呼吸速率：植物至于黑暗环境中，测定实验密闭容器中内CO2增加量、O2减少量、有机物的减少量净光合速率真正光合速率真正光合速率=净光合速率+呼吸速率净光合速率：绿色植物在有光照的条件下，光合作用与呼吸作用同时进行时，测得的数据测定方法例1：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，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℃条件下植物产生的有机物的量最多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相等A例2:将某一绿色植物置于密闭的玻璃容器内，在一定条件下不给光照，CO2的含量每小时增加8mg，给予充足光照后，容器内CO2的含量每小时减少36mg，请回答：1、该植物的呼吸作用能够消耗

mg葡萄糖2、在有光照时，该植物每小时葡萄糖净生产量是

mg3、若一昼夜中先光照4小时，接着放置在黑暗情况下20小时，该植物体内有机物含量变化是（填增加或减少）

。（4）若要使这株植物有更多的有机物积累，你认为可采取的措施是:

。5.4524.5减少①延长光照时间；②降低夜间温度；③增加CO2浓度等多因素影响发现规律P点时，限制光合速率的因素应为

所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高到Q点时，

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，可适当提高图示的其他因子横坐标横坐标科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到如下图。请据图判断叙述不正确的是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，透成曲线

I和

II光合作用强度羞异的原因是温度度不同C．光照强度为a～b，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，曲线

I、III光合作用强度随光照强度升高而升高D当外界条件改变时，CO2（光）补偿点和饱和点的移动规律如下：3.呼吸速率增加，CO2（光）补偿点应右移4.呼吸速率减小，CO2（光）补偿点应左移1.呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率下降时，CO2（光）补偿点应右移，CO2（光）饱和点应左移2.呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率增加时，CO2（光）补偿点应左移，CO2（光）饱和点应右移有关光合曲线移动问题例:将川芎植株的一叶片置于恒温的密闭小室，调节小室CO2浓度，在适宜光照强度下测定叶片光合作用的强度（以CO2吸收速率表示），测定结果如上图。下列相关叙述，正确的是（）A．如果光照强度适当降低，a点左移，b点左移B．如果光照强度适当降低，a点左移，b点右移C．如果光照强度适当增强，a点右移，b点右移D．如果光照强度适当增强，a点左移，b点右移D下图表示将植物放在不同浓度CO2条件下，其光合作用速率受光照强度影响的变化曲线。b点和a点相比较，b点时叶肉细胞中C3的含、b点和c点相比较，b点时叶肉细胞中C3的含量的变化情况分别是A.低；高B.低；基本一致C.高；高D.高；基本一致已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃。右图表示该植物在25℃时光合作用强度与光照强度的关系若将温度提高到30℃的条件下(原光照强度和CO2浓度等不变)，从理论上，图中相应点的移动和m值的变化应该是：a点

、b点

、c点

、m值

A下移左移右移减少1、将某绿色植物放在特定的实验装置内，研究温度对光合作用与呼吸作用的影响（其余条件都是理想的）实验以O2的吸收量与释放量为指标，实验结果如下温度（℃）5101520253035光照下O2增多量（mg