必修一第五章第四节能量之源——光与光合作用

(共82张PPT)
第四节 能量之源——光与光合作用
一、捕获光能的色素和结构
问题探讨
有些蔬菜在棚内悬挂发红色或蓝色光的灯管,并且在白天也开灯。
1、用这种方法有什么好处？不同颜色的光照对植物的光合作用会有影响吗？
2、为什么不使用发绿色光的灯管作补充光源？
可以提高光合作用强度。因为光合作用吸收最多的是红光和蓝紫光。
光合作用对绿光吸收最少。
光合作用需要色素去捕获光能。
（一）实验：绿叶中色素的提取和分离
实验原理：用无水乙醇提取色素
用层析液分离色素
目的要求：绿叶中色素的提取和分离
及色素的种类
材料用具：新鲜的绿叶、定性滤纸等、
无水乙醇、层析液等
实验步骤：
1.提取绿叶中的色素
SiO2：使碾磨充分
CaCO3：防止色素被破坏
无水乙醇：提取色素
2.制备滤纸条
铅笔线
画铅笔细线
减去两角的目的：
防止层析液从边缘扩散速度太快。
实验步骤：
3.画滤液细线
实验步骤：
滤液细线的要求：
细、直、齐（使色素处于同一起跑线）；
重复2—3次（防止色素太少分离现象不明显）。
4.分离绿叶中的色素
实验步骤：
层析液
培养皿
滤液细线
注意:
滤液细线不能触到层析液（防止色素溶解在层析液中）
烧杯要盖上培养皿、试管要塞上棉塞（层析液易挥发且有毒）
捕获光能的色素
类胡萝卜素
叶绿素
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
(占1/4)
(占3/4)
5、观察与记录实验结果
实验步骤：
滤纸上色带的排列顺序如何？宽窄如何？说明什么？
（橙黄色）
（黄色）
（蓝绿色）
（黄绿色）
四种色素对光的吸收
叶绿素a、b主要吸_______________
胡萝卜素和叶黄素主要吸收__________
蓝紫光、红光
蓝紫光
叶绿体中的色素提取液
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素ａ
叶绿素ｂ
小结：
色素 色素颜色 含量 溶解度 扩散速度 吸收光能
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
最少
较少
最多
较多
最大
较大
较小
最小
最快
较快
较慢
最慢
蓝紫光
蓝紫光
红光
与光合作用有关的色素存在于哪呢？
（二）叶绿体的结构
结构：
外膜、内膜、基粒、基质
形态：
扁平的椭球形
基粒的类囊体的薄膜上
色素的分布：
类囊体
（三）叶绿体的功能
叶绿体是进行光合作用的场所。它内部的巨大膜表面上，分布了许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用的酶。
[巩固练习]
1、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．叶绿体中的色素都分布在囊状结构的膜上
B．叶绿体中的色素分布在外膜和内膜上
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
A
2．在一定时间内，同一株绿色植物在哪种光的照射下，放出的氧气最多 （ ）
A．红光和绿光 B．红光和蓝紫光
C．蓝紫光和绿光 D．蓝紫光和橙光
B
3、把新鲜叶绿素溶液放在光源与分光镜之间，可以看到光谱中吸收最强的是
A 红光部分 B 红橙光与蓝紫光部分
C 绿光部分 D 紫光部分
B
1.下列标号各代表：
① 　　　　 ②________③_________　　
④ ⑤________
2.在④上分布有光合作用所需的 和 ，在⑤中也分布有光合作用所需的 。
基质
酶
外膜
内膜
类囊体
基粒
色素
酶
①
②
③
④
⑤
能量来源 直接的能源物质
主要的能源物质
生物体内重要储能物质
动物细胞内的储能物质
植物细胞内的储能物质
最终的能量来源
ATP
糖类
脂肪
糖原
淀粉
太阳光能
复习巩固：
第四节 能量之源——光与光合作用
二、光合作用的原理和应用
（一）光合作用的探究历程
五年后
1、1648年，海尔蒙特的柳树实验
柳树增重约82kg
土壤减少约100g
水分是建造植物体的原料
结论：
局限：
忽略空气对植物的影响
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。
植物可以更新空气
2、1771年，英国科学家
普利斯特利
结论：
为什么植物也能使空气变污浊？
3、1779年, 荷兰的科学家
英格豪斯（500多次试验）
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。
即：可以更新空气的是O2 ，使空气变污浊的是CO2
4、1845年，德国科学家
梅耶
光能
化学能
储存在什么物质中？
光合
作用
5、1864年，德国科学家萨克斯
黑暗处理一昼夜
用碘蒸气处理这片叶，发现曝光的一半呈深蓝色，遮光的一半则没有颜色变化。
让一张叶片一半曝光一半遮光
、
绿叶在光下制造淀粉。
结论：
光合作用释放的O2来自CO2还是H2O？
18O2
O2
CO2
第二组
第一组
C18O2
H218O
H2O
6、1941年，美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）
光照射下的小球绿藻悬浮液
光合作用产生的O2来自于H2O。
结论：
光合作用产生的有机物又是怎样合成的？
7、20世纪40年，美国卡尔文
14CO2
小球藻
有机物的14C
（卡尔文循环）
结论：
光合产物中有机物的碳来自CO2
小结：光合作用探究历程
年代 科学家 结论
1771 普利斯特利
1779 英格豪斯
1845 梅耶
1864 萨克斯
1880 恩格尔曼
1939 鲁宾 卡门
20世纪40代 卡尔文
植物可以更新空气
只有在光照下植物可以更新空气
植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来
绿色叶片光合作用产生淀粉
氧由叶绿体释放出来。叶绿体是光合作用的场所
光合作用释放的氧来自水
光合产物中有机物的碳来自CO2
CO2 + H2 O
光能
叶绿体
（CH2O)+ O2
糖类
概念：绿色植物通过 ，利用 ，把 转化成储存着能量的 ，并且释放出 的过程。
叶绿体
光能
二氧化碳和水
有机物
氧气
从反应物、场所、条件、生成物总结光合作用的表达式和概念：
（二）光合作用过程
光反应：
暗反应：
1、根据反应过程是否需要光能分为：
有光才能进行
有光、无光都能进行
色素分子
可见光
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
2H2O
O2
4[H]
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
供能
固定
还原
酶
光反应
暗反应
2、光合作用的过程：
实质：
无机物（CO2和H2O） 有机物（糖类）
光能 化学能
3、光反应与暗反应的区别和联系
条 件
物质变化
能量变化
光反应
暗反应
场 所
比较项目
联 系
类囊体薄膜上
叶绿体的基质
需光,色素和酶
不需光,色素;需酶
2H2O ─→ 4[H]+O2↑
光解
ADP+Pi+能量─→ATP
酶
CO2+ C5 ─→ 2C3
酶
2C3 ─ ─→ (CH2O)+C5
ATP、[H] 酶
稳定的化学能
光能 活跃的化学能
光反应为暗反应提供ATP和[H]，暗反应为光反应提供ADP和Pi
1、光下的植物突然停止光照后，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
2、光下的植物突然停止CO2的供应后，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 ↑
思考与讨论：
增加
减少
减少或没有
减少或没有
减少
增加
增加
增加
减少
增加
增加
减少或没有
增加
减少
减少
增加
增加
减少
增加
减少
（三）化能合成作用
异养生物(人、动物、真菌、大部分细菌)
营养类型
自养生物
光能自养生物(绿色植物)
化能自养生物
利用环境中现成的有机物来维持生命活动。
以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着的能量。
光合作用
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。
化能合成作用
利用环境中某些无机物氧化时释放的能量将CO2和H2O（无机物）合成糖类（有机物）。如硝化细菌。
光能自养生物
化能自养生物
能量来源：
能量来源：
光能
化学能
——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
化能合成作用
例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等细菌。
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
硝化细菌
2HNO2+O2 2HNO3+能量
硝化细菌
6CO2+12H2O C6H12O6+ 6O2+6H2O
能量
酶
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]
ATP
CO2
H2O
光能
化学能
暗反应
光反应
光反应
暗反应
基础巩固
4、下图是光合作用过程图解，请分析回答下列问题：
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__________。
⑥当突然停止光照时，F ，G .（增加或减少）
Ｏ2
水
[H]
基质
作为还原剂，还原C3
ATP
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
增加
减少
光
H2O
B
A
C
D
E+Pi
F
G
CO2
J
H
I
1、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、ATP D、CO2
B
2、与光合作用光反应有关的是（ ）
①H2O ②ATP ③ADP ④CO2
A.①②③ B.②③④ C.①②④ D.①③④
A
3、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
C
4、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
D
5、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．③② B．③④
C．①② D．④③
B
6、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.④③②⑤① B.④②③⑤①
C. ③②④①⑤ D.③④②①⑤
7、在暗反应中，固定二氧化碳的物质是（　）
Ａ．三碳化合物　Ｂ．五碳化合物
Ｃ．［Ｈ］　　　Ｄ．氧气　
Ｄ
Ｂ
8、在光照充足的环境里，将黑藻放入含有18O的水中，过一段时间后，分析18O放射性标记，最先（ ）
A、在植物体内的葡萄糖中发现
B、在植物体内的淀粉中发现
C、在植物体内的淀粉、脂肪、蛋白质中均可发现
D、在植物体周围的空气中发现
D
9、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 ATP
B、CO2 叶绿素 ATP
C、CO2 乙醇 糖类
D、CO2 三碳化合物 糖类
D
10、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 ATP CO2 葡萄糖
B
（四）影响光合作用强度的因素
1、植物自身因素——遗传因素、叶龄、叶面积
2、环境因素对光合作用的影响
1）光照
2）温度
3）二氧化碳浓度
4）水分
5）矿质元素
①光合作用是在 的催化下进行的，温度直接影响 ；
②AB段表示： ；
③ B点表示： ；
④ BC段表示： ；
酶的活性
酶
此温度条件下，光合速率最高
超过最适温度，光合速率随温度升高而下降
1、温度
一定范围内，光合速率随温度升高而升高
应用：
增加昼夜温差，保证有机物的积累
①图中A点含义： ；
②B点含义： ；
③C点表示： ；
④若甲曲线代表阳生植物，则乙曲线代表 植物。
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
阴生
2、光照强度
B：光补偿点
C：光饱和点
轮作——延长光合作用时间
间种、合理密植——增加光合作用面积
应用：
适当增加光照强度
光合作用效率与光照强度、时间的关系
一天的时间
O
12
13
11
10
15
14
光照强度
C
光合作用效率
C点：
温度过高，气孔关闭，影响了CO2的吸收，暗反应减弱。
3、CO2的浓度
应用：
大田中增加空气流动、
温室中增施有机肥
①OA段： ；
②AB段： ；
③B点以后： 。
B
二氧化碳浓度过低，无法进行光合作用
随着二氧化碳浓度增加，光合速率逐渐增强
光合速率达到最大值
（分解者将有机肥分解为二氧化碳和无机盐）
N：光合酶及ATP的重要组分
P： 类囊体膜和ATP的重要组分；
K：促进光合产物向贮藏器官运输
Mg：叶绿素的重要组分
5. 矿质元素
4. 水分
应用：
合理灌溉
应用：
合理施肥
（分解者将有机肥分解为二氧化碳和无机盐）
4.AC段限制光合作用的主要因素是___________
光照强度
3.如果缺乏Mg元素B点（左移、右移）__________
右移
5.CD段限制光合作用的主要因素是_____________
温度、 CO2浓度
1.B点的含义是 :
光合作用强度和呼吸作用强度相等
2.A点叶肉细胞中产生ATP的细胞器有_________
线粒体
例1 下图表示植物有关生理作用与环境因素的关系：
CO2吸收量
CO2释放量
A
B
C
D
光照强度
25℃ 0.1％CO2
25℃ 0.2 ％CO2
35℃ 0.1 ％CO2
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
光照强度(或光强)　
土壤含水量
土壤含水量40%～60%
合理密植
来自于H2O。分别将C18O2和H218O提供给两组相同植物，分析两组植物光合作用释放的氧气，18O2仅在标记H218O组植物中产生，即可证明上述结论
甲
c　
甲
（五）呼吸作用与光合作用的比较
线粒体 叶绿体
分布
形态
结
　　　　构 双
层
膜 外膜
内膜
基　粒
基　质
功能
光合作用的场所
有氧呼吸的主要场所
都含有少量的DNA和RNA（都能半自主复制）
含与光合作用有关的酶
含与有氧呼吸有关酶
片层膜堆叠成圆柱形，含色素和与光反应有关的酶。
是一层光滑的膜
向内折叠形成嵴
与周围的细胞质基质分开
扁平的椭球形或球形
短棒状
主要存在于植物的叶肉细胞
动植物细胞中
有很多ATP合成酶
1、线粒体和叶绿体比较表
光合作用 有氧呼吸
场所
条件
物质变化
能量变化
实质
联系
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）
2、光合作用与呼吸作用过程比较
有呼吸无光合
A
光合小于呼吸
AB
光合等于呼吸
B
光合大于呼吸
BC
3、关于光合作用与细胞呼吸的计算
光合速率，通常以吸收CO2mg/h*cm2表示
真正光合速率= 净光合速率+呼吸速率
光合作用实际产O2量
光合作用实际CO2消耗量
　
光合作用C6H12O6净生产量
　
3、关于光合作用与细胞呼吸的计算
＝实测O2释放量＋呼吸作用耗O2量
＝实测CO2消耗量＋呼吸作用CO2释放量
＝光合作用实际C6H12O6生产量－呼吸作用C6H12O6消耗量
AB段：____________________
BC段：___________________________________________
CDE段：__________________________________________
C点：____________________________________________
D点：____________________________________________
E点：____________________________________________
EF段：___________________________________________
FG段：___________________________________________
只进行呼吸作用
呼吸作用强度大于光合作用强度
呼吸作用强度小于光合作用强度
呼吸作用强度等于光合作用强度
呼吸作用强度大于光合作用强度
只进行呼吸作用
CO2吸收量最多，此时光合作用强度最大
分析下列各段的含义：
呼吸作用强度等于光合作用强度,此时有机物积累量最多
ABC段：__________________________________________
CD段：___________________________________________
D点：____________________________________________
DEFGH段：________________________________________
H点：____________________________________________
HI段：___________________________________________
只进行呼吸作用
呼吸作用强度大于光合作用强度
呼吸作用强度小于光合作用强度
呼吸作用强度等于光合作用强度
呼吸作用强度大于光合作用强度，光合作用逐渐消失
呼吸速率等于光合速率，CO2浓度最低，有机物积累最多
分析下列各段的含义：
　C
C
(1)植物的光合速率受光照强度、CO2浓度和温度等因素的影响，其中光照强度直接影响光合作用的_____过程；CO2浓度直接影响光合作用的________过程。温度通过影响__________影响光合速率。
(2)在温度为20℃、光照强度大于________千勒克斯时，光合速率不再增加。
光反应
暗反应
　酶的活性
L2
(3)图中a点表示的含义____________________。
图中b、c点的主要限制因素分别是________、________。
(4)从图中可知，影响植物呼吸速率的主要因素是________。
(5)根据图可推算出光照强度为L2千勒克斯，温度为10℃、20℃、30℃时植物的实际光合速率分别是________________________、
__________________、_____mg/小时·单位面积。
(6)据图绘出30℃条件下，
植物O2吸收量与光照强度的关系。
光合速率与呼吸速率相等时的光照强度
光照强度
温度
温度
4 mg/小时·单位面积
7mg/小时·单位面积
8
例1：对某植物测得如下数据：
30℃ 30℃ 15℃
一定强度的光照10h 黑暗下5h 黑暗5h
CO2减少880mg O2减少160mg O2减少80mg
若该植物处于白天均温30℃，晚上均温15℃、有效日照15h环境下，预测该植物1天24h中积累的葡萄糖为A．315mg B．540mg
C．765mg D．1485mg
答案：C
净光合
呼吸
呼吸
净光合
(1)选材方面，选用水绵为实验材料。水绵不仅具有细长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中，便于观察、分析研究。
(2)将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了光线和氧气的影响，从而确保实验正常进行。
（3）选用了极细光束照射，并且选用好氧细菌检测，从而能够准确判断出水绵细胞中释放氧的部位。
（4）进行黑暗(局部光照)和曝光对比实验，从而明确实验结果完全是光照引起的。
恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处
光反应阶段
条件：
光、色素、酶
场所：
物质变化
水的光解：
ATP的合成：
基粒（类囊体膜）上
H2O [H]+O2
光、酶
色素
ADP＋Pi ＋光能 ATP
酶
能量转变：
产物：
[H]、O2、ATP
光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中
暗反应阶段
条件：
场所：
物质变化
能量转变：
产物：
叶绿体的基质中
ATP中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能。
酶
(CH2O )、 ADP 、 Pi
CO2的固定：
酶
CO2＋C5 2C3
C3的还原：
2C3 (CH2O)+C5
酶
[H]、ATP
1.为生物生存提供了物质来源和能量来源；
2.维持了大气中O2和CO2的相对稳定；
3.对生物的进化有直接意义。
(1)使还原性大气→氧化性大气
(2)使有氧呼吸生物得以发生和发展
(3)形成臭氧层，过滤紫外线，使水生生物登陆成为可能
光合作用的意义
延长光合作用时间
增加光能利用率
提高光合作用效率
控制光照强弱
提高复种指数(轮作)
温室中人工光照
合理密植
间作套种
通风透光
在温室中施有机肥，
使用CO2发生器
阴生植物
阳生植物
应用——提高农作物产量的措施
红光和蓝紫光
适时适量施肥
合理灌溉
保持昼夜温差
增加光合作用面积
控制H2O供应
控制必需矿质元素供应
控制CO2供应
控制温度
控制光质
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。
应用——提高农作物产量的措施
　A
例3：将该绿色植物置于密闭玻璃罩内，在黑暗条件下，罩内CO2含量每小时增加了25mg；在充足光照条件下，罩内CO2含量每小时减少了50mg。据测定，上述光照条件下，光合作用每小时共合成葡萄糖60mg。若呼吸底物和光合产物均为葡萄糖，请回答：（保留2位小数）
① 该植物在光照条件下通过光合作用每小时共消耗CO２ mg。则该植物在光照条件下呼吸作用每小时产生CO２ mg。
② 若上述条件不变，该植物光照10小时，其余时间不给光照，则该植物一昼夜积累葡萄糖
mg。
88
38
102.27
1）图A中代表温度与CO2浓度的影响曲线依次是编号 和 。温度主要通过影
响 来影响光合作用强度。
d
a
酶的活性
2）图B中，当光照强度为10千勒克斯时，影响光合作用效率的环境限制因素是 。
温度
例4:影响绿色植物光合作用的因素是多方面的，请据下图分析：
3）图B中，在光照强度为 千勒克斯时，两种温度条件下的合成有机物的速率是相同的。当光照强度为8，温度为25℃时，该绿色植物2小时积累葡萄糖的量
是 克。
大于0，小于等于3
93.75×10-3
例6：(浦东新区2008学年度第一学期质量抽测36题）下图表示A、B两种植物随着光照强度的变化，CO2吸收量或CO2释放量的变化曲线图。据图回答：
（1）比较A、B植物呼吸作用，较强的是___植物。当光照强度为0时，植物细胞中可以产生ATP的场所有 。
M
A
线粒体、细胞质基质
（2）当光照强度达到Z点后，限制A植物光合作用的因素主要是__________________ (答出两点)。如果在图中M点突然停止光照，短期内叶绿体内C3化合物的含量将会_______
M
CO2浓度和温度
增加
M
（3）当平均光照强度在X和Y之间（白天和黑夜的时间各为12h），A植物一昼夜中有机物积累量的变化是 　　 （减少或增加），B植物一昼夜中有机物积累量的变化是 　　（减少或增加）
减少
增加
M
（4）在光照强度为Z时，A植物光合作用产生的葡萄糖为　　mg／（m2·h）。（保留两位小数）
6.82
（5）对B植物而言，假如白天和黑夜的时间各为12h，平均光照强度在 klux以上才能使CO2的吸收量超过CO2的释放量。
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