第五章第四节 能量之源——光和光合作用

(共38张PPT)
能量之源——
光和光合作用
1. 叶绿体的结构
2.绿叶中色素的提取和分离
基质
外膜
内膜
基粒
囊状结构
主要吸收蓝紫光
类胡罗卜素
叶 绿 素
叶绿素a（呈蓝绿色）
叶绿素b（呈黄绿色）
胡罗卜素（呈橙黄色）
叶黄素（呈黄色）
（3/4）
（1/4）
色素
主要吸收红光、蓝紫光
吸收、传递和转化光能（少数处于特殊状态的叶绿素a可转化光能）
作用：
一、叶绿体中的色素
最多
较多
最少
较少
二、光合作用的探究历程
干燥土壤90.8kg
小柳树2.25kg
只用雨水浇灌
五年后柳树长大
1648年海尔蒙特（比利时）实验
实验前 实验后 变化
土壤干重 90.800kg 90.743kg
柳 树 2.25kg 76.70kg
结论：建造植物体的原料是水分
+74.75kg
-0.057kg
土壤烘干后称重
1771年 普利斯特利
思考：1.请同学们试着描述该实验过程，并思考实验遵循了什么原则？
第一组：将一根蜡烛罩在玻璃钟罩内，另一根蜡烛与绿色植物一起罩在玻璃钟罩内。第二组：将一只老鼠罩在玻璃钟罩内，另一只老鼠与绿色植物一起罩在玻璃钟罩内
实验中巧妙的进行了对照，植物的有无体现了变量的单一。
2.当时其他科学家也都为普利斯特利的实验吸引，并重复他的实验，奇怪的是实验有时获得了成功，有时却失败，这是为什么呢？
科学家们实验中可能忽视了光照、植物本身、透明玻璃罩等对实验的影响
1779年 英格豪斯
英格豪斯花了三个月的时间，用带叶的枝条作了500次以上的实验（如图)，发现植物在光照下才能（释放气体）更新空气。
资料1：在以后的20多年中，在许多科学家的努力下，特别是经过化学家们的努力，研究得出空气成分以后，得知英格豪斯提出植物可以更新空气，实际是产生了氧气的原因。
思考：英格豪斯当时为什么只得出植物在光下更新空气，而没有得出产生了氧气？
受当时科学技术发展的制约（还未能搞清楚空气的成分）
光照 产生气体
暗处 不产生气体
英根豪斯实验示意图
1864年 萨克斯
思考：1.1864年萨克斯欲探究光合作用的产物中有淀粉。现提供一盆正常生长的绿色植物，黑纸片，酒精、碘液等材料，小组讨论后，请帮助他设计该实验，叙述其实验过程。
2.请与萨克斯的实验（实验过程如右图)比较，找出你实验中的不足，并完善你的实验设计方案。
暗处理几小时
酒精脱色
滴加碘液
一半遮光 一半曝光
萨克斯实验示意图
①植物先进行暗处理几小时，目的是什么
酒精脱色是脱掉绿叶中什么成分
碘液染色的目的是什么
②该实验是如何遵循对照原则的？得出什么结论
③1865年，萨克斯在研究叶绿素在光合作用过程中的功能时，发现叶绿素并非普遍分布在植物的整个细胞中，而是集中在一个个更小的结构里，后来人们称之为叶绿体
消耗掉营养物质
避免对实验干扰
色素
检测是否有淀粉产生
叶片一半遮光，一半曝光;植物在光下产生淀粉.
1.好氧细菌容易聚集在O2多的部位，由此得出产生O2部位是什么？光合作用场所在哪里？
1880年 恩格尔曼
叶绿体
2.小组讨论：恩格尔曼在实验的选材上、光照处理等方面有哪些巧妙之处？
(1)选材方面，选用水绵为实验材料。水绵叶绿体呈带状, 大而明显,便于观察。选用好氧细菌检测，能够准确判断出水绵细胞中释放氧的部位。(2)选用了极细光束照射，黑暗(局部光照)和曝光对比实验。
3.某兴趣小组用透过三棱镜的光线照射水绵临时装片，惊奇发现大量好氧细菌聚集在红光和蓝光区域，从这一结果中你能推导出什么结论？
叶绿体主要吸收红光和蓝光，用于光合作用，放出O2
氧气是叶绿体产生的，叶绿体是进行光合作用的场所。
实验结论：
请同学们回答：
1.光合作用原料、场所、条件、产物各是什么？
试写出反应方程式：
2.在上述基础上请用简洁语言给光合作用下定义。
在（光照)条件下，在绿色植物的(叶绿体)中, 把(二氧化碳和水)转化为(淀粉同时释放氧气)，这个过程叫光合作用
CO2+H2O
光能
叶绿体
(CH2O)+O2
CO2和H2O 、叶绿体、光、（CH2O）和O2
1940年，鲁宾和卡门（同位素标记法）
右图为鲁宾和卡门利用同位素标记法进行的实验示意图。图中A物质与B物质相对分子质量的比是（ ）
A. 1：2 B. 8：9 C. 2：1 D.9：8
B
A
CO2
H218O
光照射下的
小球藻悬液
C18O2
H2O
D
阅读课本P62，同位素标记法研究光合作用中物质转移途径完成下列习题，并感悟同位素标记法在科学研究中的应用
感知：美国科学家卡尔文运用该研究方法对光合作用过程进行了详细的研究，并取得了丰硕的成果。
成功的启示
1、适宜的实验材料
2、巧妙的实验设计
4、严谨的科学态度
5、善于应用新科技
3、精湛的思维技艺
6、献身科学的精神
叶绿体
中的色素
H2O
NADPH
ATP
ADP + Pi
水的光解
O2
2C3
C5
（CH2O）
多种酶
参加催化
CO2
还 原
固 定
C5的再生
三、光合作用的过程
光反应
暗反应
[H]
6CO2 + 12H2O* C6H12O6 +6 H2O + 6O2*
光能
叶绿体
场所：叶绿体的类囊体薄膜
场所：叶绿体基质
叶绿体中的色素
光能
供氢
酶
供能
还原
多种酶参加催化
(CH2O)蛋白质脂肪
ADP+Pi
酶
ATP
2C3
C5
固定
CO2
H2O
水的光解
光反应
暗反应
体验成功
方框内应该填什么
H2O
O2
[H]
光反应与暗反应的区别
需色素、光、酶
需多种酶催化、ATP和[H]
叶绿体类囊体的薄膜上
叶绿体的基质中
ATP的合成 ： ADP+Pi+能量 ATP
酶
水的裂解 ： 2H2O 4[H]+O2
光
CO2的固定：CO2+C5 2C3
酶
CO2的还原：2C3 （CH2O）
[H], ATP
酶
ATP中的活跃化学能转变成储存在有机物中的稳定化学能
光能转变成活跃的化学能并储存在ATP中
项目 光反应 暗反应
场所
条件
物质变化
能量变化
四、影响光合作用的因素及其相关原理在生产实践中的应用
★单因子变量对光合作用的影响
光合作用强度表示方法
1、单位时间内光合作用产生有机物（糖）的
数量（即植物重量或有机物的增加量）。2、单位时间内光合作用吸收C02的量(或实验
容器内CO2减少量)。
3、单位时间内光合作用放出02的量(或实验容
器内02增加量)。
★单因子变量对光合作用的影响
①光照时间：
②光照强度：
③ 光质：
时间越长，产生的光合产物越多
在一定光照强度范围内，增加
光照强度可提高光合作用速率。
[1]光照
实验假设
实验步骤
实验结果
实验结论
在一定范围内随光照强度的增强，光合作用强度也增强
案例：探究光照强弱对光合作用强度的影响
教材104页
→光反应
光照强度
②光照强度
光合速率
0
光强
光强
CO2
吸收
CO2
释放
A
0
B
C
→NADPH、ATP
→暗反应
C3还原
（CH20）←
②光照强度
A点：
AB段：
B点：
BC段：
C点：
光照强度为0时只进行细胞呼吸，释放C02量代表此时的呼吸强度
随光照强度增强，光合作用逐渐增强，C02的释放量逐渐减少,因一部分用于光合作用
光补偿点,此时细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用速率=细胞呼吸速率
随光照强度不断增强，光合作用不断增强
光饱和点,光照强度达到一定值时，光合作用不再增强
净
②光照强度
净
真正光合速率＝净光合速率+呼吸速率
→光反应
光照强度
②光照强度
光合速率
0
光强
光强
CO2
吸收
CO2
释放
A
0
B
C
光补偿点
光饱和点
→NADPH、ATP
→暗反应
C3还原
（CH20）←
总（实际）光合速率
净光合速率
1、“总光合量”与 “净光合量”的比较
项目 总光合量 净光合量
有机物
O2量
CO2量
植物（或叶片、叶绿体） 量
植物（或叶片） 量；收获植物所得的有机物量，一段时间内干物质增加量
植物体或叶片
量；
植物体（或叶片） 量；植物所处外界环境中氧气的 量
植物体（或叶片） （或 量）；叶绿
体 量
植物体（或叶片）从外
界 量；植物所处外界环境中二氧化碳的 量
产生或制造
积累
产生或制造
叶绿体释放量
释放
增加
固定
同化
吸收
吸收
减少
③光的性质
白光>红光、蓝紫光>… …>绿光
⑴温室大棚塑料薄膜的颜色最好是：
无色透明
⑵绿色植物生理实验的安全灯颜色：
绿色
⑶水域植物（藻类—水深）的垂直分布：
绿藻
红藻
褐藻
原因：不同颜色的藻类吸收不同波长的光，藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射了红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄光。水层对光波中红、橙部分吸收显著多于蓝、绿部分的吸收，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，所以吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层吸收绿光和蓝紫光较多的红藻分布于海水深得地方。
光照面积
OA段：
A点：
OB段：
BC段：
OC段：
…随叶面积的不断增大，
光合作用实际量不断增大
光合作用面积的饱和点
随叶面积的增大，光合
作用不再增强，原因是有
很多叶被遮挡，光照强度在光补偿点以下
…干物质量随光合作用增强而增加
随叶面积的不断增加，干物质积累量不断降低
随叶面积的不断增加，呼吸量不断增加
光照面积
应用：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长。封行过早，使中下层叶片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。
→C3的生成
CO2浓度
→暗反应C3还原
→（CH20）
光合速率
0
CO2浓度
A
B
[2]CO2浓度
A点：
AB段：
B点：
进行光合作用所需CO2的最低浓度
在一定范围内，随C02浓度的提高，植物的光合速率加快
表示C02的饱和点，CO2超过该浓度，光合速率达到最大不再提高。
→C3的生成
CO2浓度
→暗反应C3还原
→（CH20）
光合速率
0
CO2浓度
A
B
CO2饱和点
CO2补偿点
[2]CO2浓度
应用：农作物增产措施
（2）温室栽培，晴天适当增加
CO2浓度
①施有机肥（农家肥）
②施用NH4HCO3肥料
（1）合理密植使农田通风良好
“正其行，通其风”
光合速率
0
CO2浓度
A
B
③CO2发生器
CO2浓度
[3]温度
→酶活性
1、温度
→NADPH、ATP生成量
暗反应
（CH20）生成量
→光反应
主
次
2、温度是影响气孔开闭的因素之一
[3]温度
应用：农作物增产措施
⑴晴天：白天适当升温，晚上适当
降温以保持较高的昼夜温差
⑵连续阴雨天：白天和晚上均降温
1、适时播种；
2、温室栽培：
3、防止“午休”现象
教材P106拓展题1
（1）根据图中的曲线表明，7～10时光合作用强度不断增强，这是因为在一定温度和二氧化碳供应充足的情况下，光合作用的强度是随着光照加强而增强的。
（2）在12时左右光合作用强度明显减弱，是因为此时温度过高，气孔关闭，二氧化碳供应不足 ，导致光合作用强度明显减弱。
（3）14～17时光合作用强度不断下降的原因，是因为此时光照强度不断减弱。
[4] H2O
→H+的生成
H2O
→暗反应C3还原
→（CH20）
→NADPH的生成
含水量
1、光合作用的原料；
2、植物体内各种生化
反应的介质；
3、影响气孔的开闭。
应用：根据作物需水规律合理灌溉；
预防干旱洪涝
OA段：在一定范围内，水
越充足，光合作用速率越快
[5] 矿质元素
矿质元素
矿质元素直接或间接影响光合作用。如可促进叶片面积增大，提高酶的合成速率，作为酶的激活剂等，提高光合作用速率。
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。
★多因子对光合作用速率的影响
P点：
Q点：
限制光合速率的因素为横坐标所表示的因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提高
横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，若要提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法
★多因子对光合作用速率的影响
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，也可同时适当充加C02，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C02浓度以提高光合速率。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