第五章第4节 光合作用第1课时
捕获光能的色素和结构
有些蔬菜大棚用红色或蓝色的塑料薄膜代替普通塑料薄膜，有的温室内悬挂发红色或蓝色的灯管。
1.用这种方法有什么好处？这样做对光合作用有影响吗？
2.为什么是用红色或蓝色的呢？用绿色的可以吗？
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
太阳光中有能量，我们制造出太阳能电池板可以捕获其中的能量并转化为电能。
绿色植物也能捕获并转化太阳光中的能量，那么，绿叶中通过什么物质或结构捕获并转化光能呢？
叶绿体中色素的提取和分离
【实 验】
一、实验原理
1.叶绿体中的色素能溶解在无水乙醇、丙酮等有机溶剂中，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。
二、实验程序
实验结果：
种类
颜色
含量
叶绿素 (占总量3/4)
(蓝绿色)
(黄绿色)
(橙黄色)
(黄色)
注意：1.色素带的位置代表什么？宽度呢？
2.若分离得到的色素带不明显，可能的原因？
1.原理解读
提取：色素溶于有机溶剂（无水乙醇）
分离：各色素在层析液的溶解度不同，
导致扩散速度不同
2.实验流程：
提——制——画——分——观
二氧化硅、碳酸钙、无水乙醇、层析液
3.实验几种试剂（物质）的作用：
探究实验：绿叶中色素的提取和分离
（1）选材时应注意什么？
（2）“迅速”、“棉塞”的目的是什么？
（3）如何画滤液细线？为什么？
（4）为什么滤液细线不能没入层析液中？
（5）色素分离时，培养皿为什么加盖？
4.实验注意事项：
三、实验关键
1.选材时应注意选择鲜嫩、色浓绿、无浆汁的叶片。如菠菜叶、棉花叶、洋槐叶等。
2.画滤液细线时应以细、齐、直为标准，重复画线时必须等上次画线干燥后再进行，重复2-3次。
4.层析时不要让滤液细线触及层析液。
3、要将滤纸条的一端剪去两角，目的是保证色素在滤纸条上扩散均匀、整齐
四、注意事项
1.因丙酮和层析液都是易挥发且有一定毒性的有机溶剂，所以研磨要快，收集的滤液要用棉塞塞住，层析时要加盖，尽量减少有机溶剂的挥发。
2.在研磨时要加少许二氧化硅，目的是为了研磨充分，有利于色素的提取；加少许碳酸钙的目的是为了防止研磨过程中，叶绿体中的色素受到破坏。
3.分离色素时，一定不要让滤纸条上的滤液细线接触到层析液，这是因为色素易溶解在层析液中，导致色素带不清晰，影响实验效果。
若将长条形滤纸换成圆形滤纸，会出现什么样的层析效果？
想一想 色素的功能是吸收、传递和转化光能，色素主要吸收哪些单色光，如何设计实验证明？
叶绿体中色素的吸收光谱
叶绿素：吸收蓝紫光和红光
类胡萝卜素：吸收蓝紫光
叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱
叶绿素a和合叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶红素主要吸收蓝紫光。
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。
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。
叶绿体
叶片中的叶肉细胞
绿叶
叶肉细胞
亚显微结构模式图
叶绿体亚显微
结构模式图
捕捉光能的色素存在于细胞中的什么部位？
讨论：恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处？
（1） 选用水绵细而长的带状叶绿体，便于观察
（2）黑暗且没有空气的环境中，排除了光线和O2的影响，从而确保实验能顺利进行。
（3）用极细的光束照射，并且用好氧菌进行检测，能准确的判断水绵细胞中放O2 部位。
（4）进行黑暗（局部光照）与曝光的对照实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。
叶绿体
双
DNA、RNA、暗反应酶
类囊体
光合色素、光反应酶
光合作用的场所
叶子为什么呈现绿色？秋天叶子为什么变黄？温室大棚一般用什么颜色的塑料最有利增产？
提示 一是叶绿素含量高；二是色素吸收绿光少被反射回来；天叶片变黄是低温使叶绿素遭到破坏，呈现出类胡萝卜素的颜色；无色塑料。
叶绿体如何增大膜面积的？只有具有叶绿体的生物才能进行光合作用吗？
提示 通过类囊体薄膜增大膜面积；不是，如蓝藻。
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第五章第4节 光合作用第3课时
光合作用的原理和影响因素
①水的光解
O2
[H]
ADP+Pi
C5
2C3
①
固
定
②
还
原
多种酶
参加催化
能量转化:
光能
ATP活跃
化学能
稳定化学能
元素转移
O元素:
H2＊O
＊O2
C元素:
＊C O2
＊C3
＊CH2O
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
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 ↑
影响光合作用的因素
(色素、酶）
①Mg、N等矿质元素；
②酶的活性受温度等影响
光照强度、光质、光照时间；
气体反应物
①作为反应物和反应的媒介；
②水分→气孔关闭→CO2供应
内因：
外因：
基因决定酶种类数量不同
影响光合作用的因素
A
B
光照强度
0
阳生植物
阴生植物
A：呼吸作用强度 B：光补偿点； D：光饱和点
C
阴生植物的光补偿点、光饱和点 阳生植物
＜
净光合速率=实际光合速率－呼吸速率
1、光
D
A点：黑暗时，
只进行细胞呼吸
区别植物体的吸收或释放与叶绿体的吸收和释放
AB段：弱光下，
光合作用小于细胞呼吸
B点：光补偿点，
光合作用等于细胞呼吸
BC1段：强光下，
光合作用大于细胞呼吸
2.光合速率与呼吸速率的关系(二氧化碳的释放或吸收量）
①植物在黑暗条件下测得的数值为呼吸速率。
②绿色植物组织在光下，光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率（二氧化碳吸收量）。
③实际光合速率、净光合速率、呼吸速率的关系：实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率
④三者的常用表示方法：
应用：控制好光强
措施：
①大棚种植阴雨天应补充光照，把光强控制在光饱和点，至少要在光补偿点之上；
②根据阳生植物和阴生植物对光照的不同要求，控制光照强弱。
2.CO2浓度
A:进行光合作用所需最低外界CO2浓度
B:CO2饱和点
A:呼吸作用强度
C: CO2补偿点
S:CO2饱和点
应用：温室栽培时适当提高CO2的浓度
措施：
大田生产“正其行，通其风”，即为提高CO2浓度、增加产量。提高光合作用速率。
3.温度
4.矿质元素
矿质元素是光合作用的产物——葡萄糖进一步合成许多有机物时所必需的物质。如缺少N，就影响蛋白质（酶）的合成；缺少P就会影响ATP、NADPH的合成；缺少Mg就会影响叶绿素的合成。
应用措施：
合理施肥（但施肥太多，浓度过高会会使植物失水萎蔫）可促进叶片面积增大，提高酶的合成率，提高光合作用速率。
5.水分
①水分既是光合作用的原料，又是化学反应的媒介；缺水会直接影响到光合作用。
②水分是植物蒸腾的对象。缺水→气孔关闭→CO2进入受阻→间接影响光合作用
应用措施：
根据作物需水规律合理灌溉。
植物夏季为何“午休”？
对应例题：导致植物夏季中午光合作用“午休”的直接原因是
A.温度过高，蒸腾过强，缺乏光反应原料水
B.温度过高，酶活性降低
C.气孔关闭,缺乏CO2
D.呼吸作用过强,无有机物积累
C
6.叶龄
OA段——幼叶。随幼叶的不断生长，叶面积增大，叶绿体增多，叶绿素含量增加，光合速率增加。
AB段——壮叶。叶片面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率稳定。
BC段——老叶。随叶龄的增加，叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。
应用措施：
农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶。可降低其呼吸作用消耗有机物。
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第五章第4节 光合作用第2课时
光合作用的探究历程和光合作用过程
实验之路
认识到植物增重来自于水实验
（赫尔蒙特 17世纪）
认识到植物可以更新空气实验
（普利斯特利1771 豪斯 1779 ）
认识到植物产生淀粉氧气
（萨克斯1864 恩吉尔曼 1880）
同位素标记方法的应用
（卡尔文 20世纪40年代）
构建光合作用过程
发现无机物转化为有机物等
发现有气体变化
（氧气和二氧化碳）
发现有水参与
立论之路
五年后
17世纪40年代，海尔蒙特
柳树增重74.47kg
土壤减少0.06kg
植物增重主要来自水分
没有考虑到空气对光合作用的作用。
一 光合作用的探索历程
不足：
结论：
1771年普里斯特利实验
结论：植物可以更新空气
缺点：
英格豪斯重复了普利斯特利的实验，但有的成功，有的不成功，原因是什么？
缺少对照，忽略光条件
1779年，荷兰科学家英格豪斯证实了普里斯特利的实验只有在阳光照射下，才能获得成功，植物体只有绿叶才能更新污浊的空气
1785年.随着空气组成成分的发现.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.?
1845年，德国科学家梅耶指出：
植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来。
植物光合作用光解了水，吸收CO2 ，释放O2 ，光能转换成化学能，贮存于什么物质中呢？
在这一过程中,光能哪里去了?
1864年萨克斯实验
一半曝光，一半遮光
在暗处放置几小的叶片
结论:绿色叶片在光合作用中产生了淀粉
1880年恩格尔曼实验
隔绝空气
1、氧气是叶绿体释放出来的
2、叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所
光合作用的原料有水和CO2,释放的O2到底是来自CO2，还是H2O呢？
同位素标记法研究
1939年 美国 鲁宾 卡门
证实光合作用释放的氧气来于水
C18O2
O2
CO2
18O2
H2O
H218O
光照下的
球藻悬液
20世纪４0年代,美国科学家卡尔文 (M.Calvin)
CO2
( CH2 O)
14
CO2
14
光合作用产生的有机物中的碳 ，是否来自CO2呢？
同位素标记法研究 (卡尔文循环)
年代 科学家 结论
1664 海尔蒙特 水分是植物建造自身的原料
1771 普利斯特利 植物可以更新空气
1779 英格豪斯 只有在光照下只有绿叶才可以更新空气
1845 R.梅耶 植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来
1864 萨克斯 绿色叶片光合作用产生淀粉
1880 恩格尔曼 氧由叶绿体释放出来。叶绿体是光合作用的场所。
1939 鲁宾 卡门 光合作用释放的氧来自水。
20世纪40代 卡尔文 光合产物中有机物的碳来自CO2
1.场所：叶绿体
2.能量来源：光
3.原料：二氧化碳 水
4.产物：糖类 氧气
光合作用总反应式：
光合作用概念
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。
根据所学的化学知识可知，水和二氧化碳反应，应该生成什么产物？
碳酸
不是直接反应的
全过程根据是否需要光分为光反应和暗反应两个阶段
①水的光解
O2
[H]
ADP+Pi
C5
2C3
①
固
定
②
还
原
多种酶
参加催化
能量转化:
光能
ATP活跃
化学能
稳定化学能
元素转移
O元素:
H2＊O
＊O2
C元素:
＊C O2
＊C3
＊CH2O
条件 ：
光、
色素、
酶
场所：
反应
水的光解：
ATP的合成：
基粒类囊体薄膜上
光能
1.光反应阶段
吸收、传递和转换光能
能量转变：
ATP中活跃的化学能
产物：
[H]、O2、ATP
条件：
不需光，需多种酶
场所：
基质中
过程
CO2的固定：
C3的还原：
ATP中活跃的化学能
2.暗反应阶段
C3+[H] (CH2O)+C5
酶
ATP
ADP+Pi
能量转变：
有机物中稳定的化学能
产物：
CH2O 、 ADP 、 Pi
光反应阶段
暗反应阶段
条件
场所
物质变化
能量变化
光、色素、酶
不需光、酶、[H]、ATP
叶绿体类囊体膜
叶绿体基质中
水的光解； ATP的生成
CO2的固定； C3的还原
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
光反应是暗反应的基础，为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi 。
联系
三、光合作用的实质
物质变化：
把简单的无机物转变为复杂的有机物
能量变化：
把光能转变成储存在有机物中的化学能
四、光合作用的意义:
物质转变和能
量转变 在自然界中所起
的作用
物质合成 全球自养植物每年可以生产(4～5)×1011吨有机物 “绿色工厂”
能量转化 每年转化太阳能3×1018千焦 “巨型能量转化站”
环境保护 每年释放氧气5.35×1011吨 “自动空气净化器”
17、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
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）
一条产线，两个流程。
光合不止，生命不息
谢谢
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