第4节(正式上课)能量之源光与光合作用

第四节能量之源－光与光合作用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在不同时期颜色不同呢？一、捕获光能的色素

因为绿叶中所含的色素主要是叶绿素，但也有其它的一些色素。一、实验原理1.绿叶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▲实验方法——纸层析法▲实验材料——新鲜、颜色深绿的叶片无浆汁的叶片菠菜叶、棉花叶、洋槐叶等（成功关键1）二、实验程序

方法与步骤：称取5g左右的鲜叶，剪碎，放入研钵中。加少许的石英砂（迅速、充分研磨）和碳酸钙(中和细胞中的酸，防止色素被破坏)与10ml无水乙醇。在研钵中快速研磨。将研磨液进行过滤收集。有机溶剂易挥发充分破坏叶绿体，使色素完全释放——及时塞紧试管口，防止挥发（成功关键3）收集滤液的要求迅速、充分原因（成功关键2）说明：1、叶绿素溶液在透射光下呈绿色，在反射光下呈棕红色。2、提取到的色素溶液淡绿色。其原因可能是：①研磨不充分，色素末能充分提取出来；②无水乙醇加入量太多，稀释了色素提取液；③未加入碳酸钙粉末，叶绿素分子被破坏。步骤1试剂作用研磨充分▲过量易使滤液颜色变浅中和有机酸，防止色素被破坏☆各试剂作用SiO2——CaCO3——无水C2H5OH（CCl4、丙酮、石油醚）——溶解色素▲

不加入则会发生去镁反应，叶绿素分子成为褐色的去镁叶绿素，滤液呈黄绿色或褐色▲

不加入则色素不能溶解，滤液几乎无色步骤2要求制备滤纸条☆

制备要求

——使色素扩散均匀，色素带整齐——标记作用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3要求画滤液细线☆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）步骤4要求分离色素

3mL层析液→小烧杯→滤纸条插入层析液中（滤液细线一端朝下）→用培养皿盖住烧杯口☆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）滤液细线不能接触层析液盖住烧杯口实验结果：讨论：1.滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？宽窄如何？这说明了什么？2/5/202311实验结果胡萝卜素（扩散速度最快，色素带最窄）叶黄素叶绿素a（色素带最宽）叶绿素b（扩散速度最慢）▲实验结果扩散速度快慢与（）有关色素带的宽窄与（）有关溶解度高低色素含量多少C40H56C40H56O2相邻最近的两条色素带相邻最远的两条色素带橙黄色黄色蓝绿色黄绿色圆形滤纸、粉笔层析法●叶绿素溶液吸收可见光，用于光合作用2.色素的功能：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a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光（还有防止光照伤害叶绿体的功能）。对其它波段的光不是不吸收，只是吸收量少。注：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。故对光合作用最有效的光是白光，最无效的光是绿光。结论：问题：这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位？

1817年，两位法国科学家首次从植物中分离出叶绿素，当时并不清楚叶绿素在植物细胞中的分布情况。

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。3.叶绿体叶绿体的功能资料分析：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3．恩格尔曼实验方法的巧妙之处(1)实验材料选得妙：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在细胞中，便于观察和分析研究。(2)排除干扰的方法妙：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。(3)观测指标设计得妙：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。(4)实验对照设计得妙：进行黑暗(局部光照)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。影响叶绿素合成的因素：1、光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。2、温度：温度影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，因而叶子变黄。3、矿质元素：叶绿素中含N、Mg等矿质元素，若缺乏将导致叶绿素无法合成，老叶先变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，幼叶变黄。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三、光合作用的探究历程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。光合作用的概念2.5Kg82.5Kg5年土壤100Kg土壤

99.9Kg这说明了什么？

1771年英国的普利斯特利（J.Pristly）的实验。

21、蜡烛易熄灭、小白鼠易窒息而死。2、蜡烛不容易熄灭3、小白鼠不易窒息而死

1

3缺点：1、没有发现光在植物更新空气中的作用，而是将空气的更新归因于植物的生长。2、缺乏对照组（漏掉了实验在阳光下进行这一重要条件）实验结论：植物可以更新因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸而变得污浊的空气。有人重复普利斯特利的实验却得出相反的结论。你认为他们在什么条件下重复试这样的实验？1779年，荷兰科学家英格豪斯做了500多次植物更新空气的实验。1785年，明确绿叶在光下放出的是氧气，吸收的是二氧化碳结果：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污浊的空气。在这一过程中，光能去哪了？

1845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。萨克斯实验暗处理几小时提前暗处理------消耗叶片原有的淀粉避免干扰。实验组：一半曝光对照组：一半遮光自身对照实验自变量：为光照有无；因变量：为颜色变化。你发现了什么？这个实验能说明什么？酒精浴脱色处理：1939年，鲁宾和卡门（美）的实验：实验过程证明的问题光合作用释放的氧气全部来自于H2O，而不是来自CO2。实验方法：同位素标记相互对照实验自变量：为标记物。因变量：为氧气的放射性。最后由美国科学家卡尔文利用14C做试验研究：用14C标记的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，这一途径称为卡尔文循环（暗反应）。在1961年获得诺贝尔化学奖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？四、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H2O光[H]+O2ADP+Pi+光能酶ATP光能ATP中活跃化学能物质能量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；有光无光均可多种酶参加催化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光反应和暗反应的比较场所条件物质变化能量变化光反应暗反应联系基粒的类囊体薄膜上叶绿体基质中光、色素、酶、水、ADP、Pi[H]、ATP、酶、CO2、C5水的光解ATP的合成CO2的固定C3的还原光能→ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能1、光反应为暗反应准备了还原剂[H]和ATP；2、暗反应为光反应补充消耗掉的ADP和Pi。ATP的水解总之，光反应和暗反应是两个既相互独立又同时进行、既相互制约又密切联系的两个生理过程。植物白天进行光反应，晚上进行暗反应”的说法正确吗？为什么？3、两者相互独立又同时进行，相互制约又密切联系色素分子可见光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：光合作用的第一阶段，必须有光才能进行光合作用的第二阶段，有没有光都可以进行光反应2H2O→4[H]+O2+Pi+光能ATP酶ADP水的光解：ATP的合成：暗反应C3的还原：

2C3+[H](CH2O)+C5酶ATPCO2的固定：：

CO2+C5→2C3酶总结：ATPADP+Pi+能量酶ATP的水解：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—光酶；光合作用的反应式是：CO2+H2O光能叶绿体（CH2O）+O2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中活跃的化学能有机物中稳定的化学能CO2C3（CH2O）fromfromfromfrom6、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

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）化能合成作用自养生物以光为能源，以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。例如绿色植物。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活动。例如人、动物、真菌及大多数的细菌。化能合成作用利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。少数的细菌，如硝化细菌。光能自养生物化能自养生物所需的能量来源不同（光能、化学能）自养生物以光为能源，以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。例如绿色植物。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活动。例如人、动物、真菌及大多数的细菌。利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。少数的细菌，如硝化细菌。光能自养生物化能自养生物所需的能量来源不同（光能、化学能）化能合成作用光合作用——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2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化细菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量化能合成作用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C巩固练习3.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D巩固练习5.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.为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予一定的条件，这些条件是（）A.光照，有空气，临时装片中无碳酸氢钠稀溶液B.光照，无空气，临时装片中有碳酸氢钠稀溶液C.黑暗，有空气，临时装片中无碳酸氢钠稀溶液D.黑暗，无空气，临时装片中有碳酸氢钠稀溶液B8.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D1．下列关于叶绿素合成和功能的叙述，错误的是(

)A．光是叶绿素合成的必要条件B．低温抑制叶绿素的合成C．矿质元素影响叶绿素的合成D．提取的叶绿素溶液，给予适宜的温度、光照和CO2，可进行光合作用2．1880年美国生物学家设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将三棱镜产生的光谱投射到丝状的水绵体上，并在水绵的悬液中放入好氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图)，他得出光合作用在红光区和蓝光区最强这个实验的思路是()A．细菌对不同的光反应不同，细菌聚集多的地方，水绵光合作用强B．好氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强，则在该种光照射下植物光合作用强C．好氧细菌聚集多的地方，水绵光合作用产生的有机物多，则在该种光照射下植物光合作用强D．聚集的好氧细菌大量消耗光合作用产物——O2，使水绵的光合作用速度加快，则该种光有利于光合作用3.如图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况，以下说法正确的是(

)A.提取色素时加入碳酸钙是为了防止滤液挥发B.水稻在收获时节，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，乙色素的溶解度最大D.四种色素中，丙和丁主要吸收红光4．下图表示光照下叶肉细胞中A、B两种细胞器间的气体交换，下列有关此图的叙述正确的是(

)A．在黑暗中A将停止生理作用B．A结构能产生ATP，B结构不能产生ATPC．植物正常生长时，B结构产生的O2全部被A结构利用D．夜晚适当降温，能降低A结构的生理功能，白天适当升温，B结构的生理功能提高比A结构更显著，故白天适当升温，夜晚适当降温能增加农作物的产量5.有关如图所示模拟实验的叙述，正确的是(

)A．甲和乙都不产生气泡B．甲产生气泡与光有关C．甲和乙都产生气泡，气泡成分不同D．甲和乙都产生气泡，气泡成分相同2.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。光合作用两反应，光暗交替同进行，光暗各分两步走，光为暗还供氢能，色素吸光两用途，解水释氧暗供氢，ADP变ATP，光变不稳化学能，光完成行暗反应，后还原来先固定，二氧化碳气孔入，C5

结合C3

生，C3

多步被还原，需酶需能还需氢，还原产物有机物，能量贮存在其中，C5

离出再反应，循环往复永不停。光合作用记忆口诀总光暗光反应和暗反应的比较场所条件物质变化能量变化光反应暗反应联系基粒片层结构薄膜叶绿体基质中光、色素、酶、水、ADP、Pi[H]、ATP、酶、CO2、C5水的光解ATP的生成CO2的固定C3的还原光能→ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能1、光反应为暗反应准备了还原剂[H]和能量ATP；2、暗反应为光反应补充消耗掉的ADP和Pi。光反应H2O→2[H]+1/2O2+Pi+光能ATP酶ADP水的光解：光合磷酸化：暗反应CO2的还原：

2C3+[H](CH2O)+C5酶ATPCO2的固定：

CO2+C5→2C3酶总结：光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）fromfromfromfrom影响光合作用强度的因素？光照的长短与强弱；光的成分；CO2的浓度；温度的高低、必需矿物质元素（N、P、Mg）、水分等。1、适当提高CO2的浓度（温室大棚）；2、增加光照时间和光照强度；3、白天适当增加温度，夜间适当降低温度；4、农作物间距合理，选择适当的光源等；5、合理施肥，提供必要的矿物质元素；6、合理灌溉，提供适当水分。增加农作物产量的几点做法：五、光合作用原理的应用①图中A点含义：

；②B点含义：

；③C点表示：

____；光照强度为0，只进行呼吸作用光合作用与呼吸作用强度相等光合作用强度不再随光照强度增强而增强，称为光饱和点1.叶绿体中的色素所吸收的光能，用于_______和____________;形成的________和__________提供给暗反应。2.光合作用的实质是：把______和_______转变为有机物，把_______转变成_______,贮藏在有机物中。3.在光合作用中，葡萄糖是在________中形成的，氧气是在_________中形成的，ATP是在_______中形成的，CO2是在_______固定的。水的光解形成ATP[H]ATPCO2H2O光能化学能暗反应光反应光反应暗反应练一练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C①图中A点含义：

；②B点含义：

；③C点表示：

____；光照强度为0，只进行呼吸作用光合作用与呼吸作用强度相等称为光补偿点光合作用强度不再随光照强度增强而增强，称为光饱和点必考练某科学家用含有14C的CO2来追踪光合作用中的C原子，14C的转移途径是（）

A、CO2

叶绿体ATPB、CO2

叶绿素ATPC、CO2

乙醇糖类

D、CO2

三碳化合物糖类D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若白天光照充足，下列哪种条件对农作物增产有利

A.昼夜恒温25℃B.白天温度15℃，夜间温度15℃C.昼夜恒温15℃D.白天温度25℃，夜间温度15℃

D用下述容积相同的玻璃罩分别罩住大小、生长状况相同的天竺葵，光照相同的时间后，罩内O2最少的是[]A．绿色罩B．红色罩C．蓝色罩D．紫色罩A下列措施中，不会提高温室蔬菜产量的是（）

A、增大O2浓度B、增大CO2浓度

C、增强光照D、调节室温A1、在光合作用的暗反应过程中，没有被消耗掉的是（）

A、[H]B、C5化合物C、ATPD、CO2B2、与光合作用光反应有关的是（）①H2O②ATP③ADP④CO2A.①②③B.②③④C.①②④D.①③④A4、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、光合作用过程的正确顺序是（）①二氧化