能量之源-光与光合作用讲课讲稿

能量之源—光与光合作用2.实验流程

3．基本技术要求 (1)实验成功的关键①叶片要新鲜、颜色要深绿。②滤液收集后，要及时用棉塞将试管口塞紧，以免滤液挥发。③滤液细线不仅要细、直，而且要含有比较多的色素(可以重复画二至三次)。④滤纸上的滤液细线不能浸入层析液中。 (2)注意事项①制备定性滤纸条时，注意双手尽量不要接触纸面，以免手上的油脂或其它脏物污染滤纸。②根据烧杯的高度制备滤纸条，让滤纸条长度高出烧杯1cm，高出的部分做直角弯折。③画滤液细线时，用力要均匀，速度要适中。④研磨要迅速、充分。a.因为无水乙醇容易挥发；b.为了使叶绿体完全破裂，从而能提取较多的色素；c.叶绿素极不稳定，能被活细胞中的叶绿素酶水解而破坏。⑤制备滤纸条时，要将滤纸条的一端剪去两角，这样可以使色素在滤纸条上扩散均匀，便于观察实验结果。

特别提醒:(1)从色素带的宽度可推知色素含量的多少；(2)从色素带的位置可推知色素在层析液中溶解度大小；(3)在滤纸上距离最近的两条色素带是叶绿素a与叶绿素b，距离最远的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素。叶绿体中的色素主要吸收红橙光和蓝紫光叶片为什么往往是绿色的呢？叶绿素中的吸收光谱0400500600700nm50100叶绿素b叶绿素a特别提醒:

①叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。②叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，但对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少,对绿光吸收最少。不同颜色温室大棚的光合效率(1)无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明的大棚光合效率最高。(2)色素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低。议一议：(1)海洋中藻类有分层现象，与植物中的色素吸收光的颜色有什么关系？(2)在温室内自然光照射基础上，给植物人工补充哪些单色光对增产有利？答案：(1)不同波长的光穿透性不同，不同藻类吸收不同波长的光。(2)红光、蓝紫光属于对植物光合作用最有效的光谱，因此可以补充这两种光达到增产的目的。叶绿体的结构类囊体扩展了受光面积。

色素的分布与作用 1．分布：叶绿体中的色素都分布于类囊体的薄膜上。2．作用：色素可吸收、传递光能，少数处于特殊状态的叶绿素a可实现光合作用中转化光能。1880年，恩格尔曼的实验隔绝空气黑暗，用极细光束照射完全暴露在光下水绵和好氧细菌的装片结论：氧是由

叶绿体释放出来的，

叶绿体是光合作用的场所。

光合作用需要光照。(3)实验分析本实验设计的巧妙之处在于：①选择水绵作实验材料，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌确定O2释放的部位，便于观察。②没有空气的黑暗环境排除了O2和光的干扰。③设置了对照实验实验设计的基本原则1、对照性原则2、单一变量原则3、等量原则4、科学性原则5、平行重复原则（1）种类★空白对照：对照组不做任何实验处理。★

自身对照：实验组和对照组在同一研究对象上进行，不再另设对照组。★

相互对照：不单独设对照组，而是几个实验组相互对照(即：对比实验）。★条件对照：给对照组施以部分实验变量。（至少要有3组或3组以上）

对照性原则对照组与实验组的确定实验组：是接受实验变量处理的对象组。对照组：对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组（让实验变量处在自然状态下）。【例2】为验证甲状腺激素能促进蝌蚪发育，将27只同种、同时孵化且大小相同的蝌蚪，随机均分为三组，饲养的水、饲料和温度等培养条件相同且适宜。甲组加入甲状腺激素、乙组加入甲状腺激素抑制剂、丙组不加入药剂。饲养一段时间后，观察生长情况。根据实验对照原则回答下列问题：甲组属于

；乙组属于

；丙组属于

。A．实验组B．条件对照C．自身对照D．空白对照ABD（条件对照）给对照组部分实验因素，保证除了要研究的变量不同外其他条件完全相同探究光对燕麦胚芽鞘生长影响的实验例题2:证明DNA是遗传物质的肺炎双球菌体外转化实验中，设置以下几组：

该实验所研究的实验因素为DNA，故用DNA处理的③组为实验组，而蛋白质或多糖虽然是实验所实施的处理因素，但与实验因素（DNA）无关，故①②③组之间形成条件对照，①②组均为③组的对照组；而③组（实验组）和④组（对照组）之间形成空白对照。【例3】下图的甲是在有光条件下绿色植物进行光合作用释放氧气的装置；若要证明植物放氧必须在有光的条件下进行和有光条件下放氧必须有植物参与，则作为甲的对照实验装置分别是：乙和丙

（自身对照）在同一实验对象上，实验前（无蔗糖溶液,对照组）与实验后（有蔗糖溶液，实验组）之间的对照质壁分离和复原实验质壁分离复原质壁分离例题：植物叶片表皮上分布有大量的气孔，气孔结构如图所示。当组成气孔的细胞（保卫细胞）吸水后，会膨胀变形，气孔开启；反之细胞失水收缩，气孔关闭。请以放置一小段时间的菠菜为材料设计一个实验，证明气孔具有开启和关闭的功能：在此实验中，实验前和实验后，就形成自身对照。（相互对照）不单设对照组，而是几个实验组相互对照不同盐浓度对哺乳动物红细胞的影响研究

例如：验证植物根对矿质离子有选择吸收的特性把番茄和水稻分别培养在成分相同的培养液中，过一段时间后，测定培养液中各种矿质元素离子浓度的变化，就会发现番茄吸收Ca多，吸收Si少；而水稻吸收Si多，吸收Ca少。以上就是两个实验组的相互对照。例题：在研究N、P元素是水体富营养化的因素实验中，设置三组，一组加入N，一组加入P，第三组加入N和P，其中每一组既是实验组，又是对照组。3、等量性原则（1）生物材料要相同：即所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等方面特点要尽量相同或至少大致相同。（2）实验器具要相同：即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小、型号、洁净度等要完全一样。（3）实验试剂要相同：即试剂的成分、浓度、体积要相同。尤其要注意体积上等量的问题（4）处理方法要相同：保温或冷却；光照或黑暗；搅拌或振荡都要一致。有时尽管某种处理对对照实验来说，看起来似乎是毫无意义的，但还是要作同样的处理。想一想：“叶绿体是高等植物进行光合作用的主要场所”，这句话表述是否确切？答案：不确切。叶绿体不仅含有捕捉光能的4种色素，而且含有多种与光合作用有关的酶，并且具有在光合作用中吸收CO2释放O2的特性。可见，光合作用全过程都在叶绿体内进行。光合作用的探究历程1771年（英）普里斯特利的实验植物可以更新空气；1779年，荷兰科学家英格豪斯的实验,发现的实验只有在阳光下绿叶中才能更新气体；1785年，明确绿叶在光下放出的是氧气，吸收的是二氧化碳；1845年，梅耶指出，植物在进行光合作用时，把光能转变成化学能储存起来；1864年，萨克斯(德)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1864年，（德）萨克斯的实验绿色叶片中光合作用中产生了淀粉；20世纪30年代，鲁宾和卡门（美）的同位素标记实验：结论：光合作用产生的氧气全部来自水，而不是来自CO2。光合作用的概念：是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。什么是光合作用呢？光合作用的原理和应用（一）光合作用的过程CO2+H2O*

(CH2O)+O2*总反应式:包括两个阶段:1.光反应2.暗反应叶绿体光色素分子可见光C52C3ADP+PiATP2H2OO24[H]多种酶酶CH2OCO2吸收光解能固定还原酶光反应暗反应光合作用的过程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基粒囊状结构中叶绿体基质中光、色素和酶ATP、NADPH、多种酶光能转换成电能再变成活跃的化学能（ATP、NADPH中）活跃的化学能变成稳定的化学能光反应为暗反应提供NADPH和ATP暗反应产生的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→2C3三碳的还原2C3C6H12O6酶酶ATP[H]过程：光反应阶段和暗反应阶段的比较2．光合作用过程中，哪些过程需要酶的参与？ 【提示】光合作用中色素的吸收、传递、转化及水的光解过程中不需要酶的催化，而ATP的形成、CO2的固定、CO2的还原离不开酶的催化。温度光合作用是在酶催化下进行的，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，其中AB段(10～35℃)随温度的升高光合作用逐渐加强；B点(35℃)表示光合作用的最适温度。当温度超过B点(BC段)时，与光合作用有关的酶活性下降，光合作用强度也开始下降；50℃左右光合作用几乎停止冬天，温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用的强度；晚上适当降低温度，降低酶的活性，以降低细胞呼吸强度，保证有机物的积累1.单因子影响因素图像关键点的含义在生产上的应用光照强度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段：随光照强度加强，光合作用强度逐渐加强，CO2的释放量逐渐减少，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。B点：细胞呼吸释放的CO2量刚好满足光合作用的需要，即光合作用强度等于细胞呼吸强度(光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长)。BC段：表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强了(主要受细胞内酶的数量、酶的活性、C3和C5的含量的限制)阴生植物的B点左移，C点较低，如图中虚线所示。间作套种时农作物的种类搭配，林带树种的配置等都是这一原理的具体运用CO2浓度、含水量和矿质元素AB段：CO2和水是光合作用的原料，矿质元素直接或间接影响光合作用。在一定范围内，随CO2浓度、水和矿质元素的增加，植物的光合作用强度增强。A点：表示植物进行光合作用所需CO2

、水、矿质元素的最低浓度。(1)农田里的农作物应合理密植，“正其行，通其风”；对温室作物来说，应增施农家肥料或使用CO2发生器。(2)矿质元素直接或间接影响光合作用。N是构成叶绿素、酶、ATP等的元素；P是构成ATP等的元素，参与叶绿体膜的构成；Mg是构成叶绿素的元素；K影响糖类的合成和运输。因此要合理施肥。CO2浓度、含水量和矿质元素B点：表示CO2

、水，矿质元素的饱和点，超过该点，随CO2浓度、含水量增加，植物的光合作用强度不再增加(主要受细胞内酶的数量和酶的活性的限制)；随必需矿质元素浓度的增加，因土壤溶液浓度过高而导致植物光合速率下降(3)水是光合作用的原料和化学反应的介质，水对光合作用的影响在多数情况下是间接影响。缺水导致气孔关闭，限制CO2进入叶片；缺水引起叶片内淀粉水解加强，可溶性糖过多，光合产物输出缓慢等。因此要预防干旱，合理灌溉绿叶的面积OA段：随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大。A点：为光合作用叶面积的饱和点。超过此点，随叶面积的增大，光合作用不再增加，原因是叶片相互遮挡，影响对光的吸收。OB段：表明干物质量(有机物净生产量，即光合作用的生产量－呼吸消耗量)随叶面积增加而增加。BC段：由于A点以后光合作用不再增加，但叶片的呼吸量(OC段)随叶面积的增大而增加，所以干物质积累量降低适当间苗，合理密植，适当修剪，避免徒长。封行过早，使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费2.多因子影响多因子影响图像关键点的含义P时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，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的其它因子多因子影响应用温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合作用速率。总之，可根据具体情况，通过增加光照强度、调节温度或增加CO2浓度来充分提高光合速率，以达到增产的目的实验原理：利用真空渗入法排除叶内细胞间隙的空气，充以水分，使叶片沉于水中。在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小，在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮，根据上浮所需的时间长短，即能比较光合作用的强弱。探究环境因素对光合作用的影响观察与记录一、不同光照强度对光合作用的影响烧杯光照（日光灯）距离光照强度叶子圆片上浮所需时间第一片第二片第三片第四片140W5CM240W30CM340W50CM结论：在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增强而增强光合作用的重要意义

为包括人类在内的几乎所有生物的生存提供了物质来源和能量来源

维持大气中氧气和二氧化碳含量的相对稳定促进生物进化从物质转变和能量转变的过程来看，光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢化能合成作用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释放的能量来制造有机物，这种合成作用，叫做化能合成作用。进行光合作用和化能合成作用的生物都是自养型生物，而只能利用环境中现成的有机物来维持自身生命活动的生物是异养型生物．3．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：温度可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，而使叶子变黄。 (3)必需元素：叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄。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，叶变黄。 应用指南： (1)应用叶绿体色素吸收光谱的特点设计实验探究植物在哪种颜色的光照下光合效率(产生O2多)高。 (2)应用影响叶绿素合成的因素设计实验验证叶绿素合成需要适宜的光照、温度等外界条件。1．光合作用过程图解2．反应式及元素去向

(1)氧元素： (2)碳元素：CO2→C3→(CH2O) (3)氢元素：H2O→[H]→(CH2O)3．光照和CO2浓度变化对植物细胞内C3、C5、[H]、ATP和O2及(CH2O)含量的影响。总结如下：改变条件C3含量C5含量[H]和ATP含量(CH2O)合成量停止光照，CO2供应不变增加减少减少或没有减少或没有突然光照，CO2供应不变减少增加增加增加光照不变，停止CO2供应减少增加增加减少或没有光照不变，CO2供应增加增加减少减少增加光照不变，CO2供应不变，(CH2O)运输受阻增加减少增加减少特别提醒：1、以上各物质含量的变化是在外界条件改变的短时间内发生的，且是相对含量的变化；2、为方便记忆，可总结为：无（弱）光C3多，无碳（CO2浓度低）C3少；C3和C5总为负相关；[H]、ATP与C5的变化总是呈正相关；3、糖类的合成量在强光、碳高时增多，在弱光、碳少时减少。4、糖类运输受阻时特殊，要单独分析；项目光合作用细胞呼吸物质变化无机物→有机物有机物→无机物能量变化光学能→化学能(储能)稳定的化学能→活跃的化学能(放能)实质合成有机物，储存能量分解有机物，释放能量，供细胞利用场所叶绿体活细胞(主要在线粒体)条件只在光下进行有光、无光都能进行1．光合作用与细胞呼吸的区别与联系联系光合作用储存于有机物中的能量只有通过细胞呼吸才能用于各项生命活动；光合作用是自然界中最基本的物质代谢和能量代谢，细胞呼吸则为生命活动提供动力并成为物质转化的枢纽。2.[H]和ATP的来源、去路的比较来源去路[H]光合作用光反应中水的光解作为还原剂用于暗反应阶段中，还原C3形成(CH2O)等有氧呼吸第一阶段从葡萄糖到丙酮酸及第二阶段丙酮酸和水反应产生用于第三阶段还原O2产生H2O，同时释放出大量的能量ATP光合作用光反应阶段合成ATP，所需能量来自色素吸收的太阳光能供暗反应阶段C3还原时的能量之需，以稳定的化学能形式储存于有机物中有氧呼吸第一、二、三阶段均能产生，第三阶段产生量最多，能量来自有机物氧化分解作为能量“通货”用于各项生命活动下图表示高等植物光合作用与呼吸作用过程中物质变化的关系，下列说法正确的有()

A．2过程消耗的ATP来自1、3、4、5过程产生的ATPB．1、2过程在叶绿体中，3、4、5过程在线粒体中进行C．1过程产生的[H]参与2过程，3和4过程产生的[H]与氧结合产生水D．高等植物所有的细胞都可以进行1、2、3、4、5过程

3.光合速率与呼吸速率的关系：光合作用速率与呼吸作用速率的表示 (1)呼吸速率的表示方法：植物置于黑暗环境中，测定实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。 (2)净光合速率和真正光合速率 ①净光合速率：常用一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示； ②真正光合速率：常用一定时间内O2产生量、CO2固定量或有机物产生量表示。议一议：什么叫光合速率？它分为几种类型，关系如何？答案：光合速率或称光合强度是指一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行光合作用的量(如释放多少氧，消耗多少CO2)。它分为净光合速率和真正光合速率两种类型，在光照条件下，人们测得的CO2

吸收量是植物从外界环境吸收的CO2总量，叫净光合速率。真正光合速率是指植物在光照条件下，植物从外界环境中吸收的CO2的量，加上呼吸作用释放的CO2的量，即植物实际同化的CO2的量。净光合速率小于真正光合速率。真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率①绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率(A点)。②绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。关系式用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：

A．光合作用产氧量＝氧气释放量＋细胞呼吸耗氧量B．光合作用固定CO2量＝CO2吸收量＋细胞呼吸释放CO2量C．光合作用葡萄糖产生量＝葡萄糖积累量(增重部分)＋细胞呼吸消耗葡萄糖量光合作用反应式：6CO2＋12H2O→C6H12O6＋6O2＋6H2O呼吸作用反应式：有氧：C6H12O6＋6O2＋6H2O→6CO2＋12H2O无氧：C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2(植物)特别提醒:植物所有的生活过程都受温度的影响。在一定的温度范围内，提高温度可以提高酶的活性，加快反应速度。但是温度对光合作用和呼吸作用的影响不同(如图所示)，所以植物净光合作用的最适温度不一定就是植物体内酶的最适温度。

〖例3〗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）比较在上述条件下，光照时呼吸作用的强度与黑暗时呼吸作用的强度差是

mg。（2）在光照时，该植物每小时葡萄糖净生产量是

mg。（3）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:

。024.5减少①延长光照时间；②降低夜间温度；③增加CO2浓度。5．将状况相同的某种绿叶分成四等组，在不同温度下分别暗处理1h，再光照1h(光强相同)，测其重量变化，得到如下表的数据。可以得出的结论是A．该植物光合作用的最适温度约是27℃B．该植物呼吸作用的最适温度约是29℃C．27～29℃下的净光合速率相等D．30℃下的真正光合速率为2mg/h组别一二三四温度/℃27282930暗处理后重量变化/mg－1－2－3－1光照后与暗处理前重量变化/mg＋3＋3＋3＋1B【例2】下图中甲、乙是改变光照和CO2浓度后，与光合作用有关的C3和C5在细胞内变化曲线，丙图是实验前在溶液中加入了破损外膜和内膜的叶绿体及一定量ATP和[H]，然后分连续的Ⅰ、Ⅱ两个阶段进行的实验，请回答有关问题：(1)甲图中曲线a表示的化合物是________(2)乙图中曲线b表示的化合物是________(3)在丙图中，除葡萄糖外，阶段Ⅰ积累的物质主要有___________。C3C5C3、ADP和Pi【例题1】测定植物光合作用的速率，最简单有效的方法是测定：A.植物体内葡萄糖的氧化量B.植物体内叶绿体的含量C.二氧化碳的消耗