第4节：能量之源──光与光合作用

课件58张PPT。下列转变需经哪些生理过程才能实现？光能糖类等有机物中稳定的化学能ATP中活跃的化学能直接用于各种生命活动①②③光合作用呼吸作用、ATP合成ATP水解思考第4节 能量之源—— 光与光合作用为什么有些植物的叶片是绿色的，有些不是? 绿叶中会有哪些种类的色素呢？
它们分别是什么颜色的？
各种色素在绿叶的含量相同吗？捕获光能的色素和结构提取叶绿体中的色素实验原理：
叶绿体中的色素都能溶解于有机溶剂中，如酒精等。所以可以用酒精提取叶绿体中的色素。 分离叶绿体中的色素实验原理：
叶绿体中的四种色素在层析液中的扩散速度不同，层析液的主要成分是石油醚，石油醚是一种脂溶性很强的有机溶剂，叶绿体中的四种色素在石油醚中的溶解度不同：溶解度最高的是胡萝卜素，它随石油醚在滤纸上扩散得最快；叶黄素和叶绿素a的溶解度次之；叶绿素b的溶解度最低，扩散得最慢。这样，几分钟后，四种色素就在扩散过程中分离开来。提取和分离叶绿体中的色素 叶绿体中的色素叶绿素类胡萝卜素叶绿素a(蓝绿色)叶绿素b（黄绿色）胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）3/41/4叶绿体中色素的吸收光谱叶绿素类胡萝卜素吸收红光和蓝紫光吸收蓝紫光 这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位呢？外膜内膜基粒基质类囊体有与光合作用有关的酶有与光合作用有关的酶和色素光合作用的探究历程植物增重来自土壤一、光合作用的发现五年后 1642年，赫尔蒙特(J.B. van Helmont)柳树增重74.47kg
土壤减少0.06kg水分是建造植物体的唯一原料不足： 。没有考虑到空气对光合作用的作用。1771年（英）普里斯特利的实验植物能够净化因燃烧或呼吸而变混浊的空气。疑问：不同的人重复实验，有的成功，有的失 败，原因何在？1779年荷兰科学家英格豪斯做了500多次实验结果发现：叶片和绿色枝条在阳光下，才能更新空气的成分。绿色植物在光下释放氧气。结论：1782年,拉瓦锡证明绿叶在光下放出的气体是O2 ，吸收的气体是CO2。在上述过程中光能哪去了？
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；
光能转变成化学能，贮存于什么物质中呢？
1864年，萨克斯(德)的实验（置于暗处几小时） 1864年，（德）萨克斯的实验绿色叶片中光合作用中产生了淀粉；1、让叶片中的营养物质（淀粉）消耗掉 2、部分遮光、部分曝光，是为了进行对照 1880年 德国科学家 恩格尔曼现象：分析 ：在没有空气的黑暗环境中好氧细菌只集中在被光线照射的叶绿体附近。光线照射部位进行光合作用产生了氧气。1880年 德国科学家 恩吉尔曼在没有空气的光亮环境中现象：集中原因：见光叶绿体部位有氧气的产生。好氧细菌集中在叶绿体所有受光部位。结论：叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
氧气是由叶绿体在光下释放出来的。光合作用释放的O2到底是来自H2O，还是CO2呢，
还是两者兼而有之？
2、第二组向同种绿色植物提供H218O和CO2 1、第一组向绿色植物提供C18O2和 H2O 。 用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2,使它分别成为H218O和C18O2。
进行两组光合作用的实验： 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。20世纪40年代，卡尔文(M.Calvin) 用14C标记的CO2供小球藻实验，追踪检测其放射性。探明CO2中的C的转移途径。卡尔文循环：CO2 → C3 → (CH2O)光合作用产生的有机物又是怎样合成的呢？一、光合作用探索历程光合作用的实质能量上把光能转变成有机物中的化学能CO2 + H2 * O（CH2O)+ * O2光合作用总反应式：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。光合作用的意义:光合作用的原理和应用（一）光合作用的过程包括两个阶段:1.光反应2.暗反应色素分子可见光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 光合作用的过程条件 ：光、色素、酶场所：反应水的光解：ATP的合成：基粒类囊体膜上光能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ATPADP+Pi能量转变：有机物中稳定的化学能产物：(CH2O) 、 ADP 、 Pi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ATP ADP+Pi → ATP光 酶
光能CO2的固定CO2+C5 →2C3
三碳的还原2C3 → →C6H12O6 酶 酶
ATP [H]光反应阶段和暗反应阶段的比较光反应和暗反应有什么联系？1.光反应为暗反应提供NADPH和ATP2.暗反应产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料停止光照光反应停止[H] ↓ ATP↓还原受阻C3 ↑ C5 ↓CO2 ↓固定停止C3 ↓C5 ↑ 影响光合作用的因素①光照强度 真正光合速率=净光合速率+呼吸速率②温度应用：增加昼夜温差光合作用是在酶的催化下进行的，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。③CO2浓度b:CO2的补偿点c:CO2的饱和点 a—b: CO2太低，农作物消耗光合产物；
b—c: 随CO2的浓度增加，光合作用强度增强；
c—d: CO2浓度再增加，光合作用强度保持不变；
d—e: CO2深度超过一定限度，将引起原生质体中毒或气孔关闭，抑制光合作用。N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分
P：NADP+和ATP的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能
K：促进光合产物向贮藏器官运输
Mg：叶绿素的重要组分
④矿质营养⑤水延长光合作用时间
增加光合作用面积增加光能利用率提高光合作用效率控制光照强弱
控制光质
控制温度
控制CO2供应
控制必需矿质元素供应　
控制H2O供应提高复种指数（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八、化能合成作用人、动物和植物最大的区别是什么？
自养生物 vs. 异养生物
化能合成作用2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
2HNO2+O2 2HNO3+能量 能量6CO2+6H2O (CH20)+6O2
硝化细菌的化能合成作用化能合成作用细菌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，这种合成作用叫化能合成作用。
除了硝化细菌外，自然界还有铁细菌、硫细菌属于进行化能合成作用的自养生物。AB光照强度0阳生植物阴生植物B：光补偿点C：光饱和点应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物。C光补偿点、光饱和点 ： 阳生植物 阴生植物>1、水绵具有细长的带状叶绿体，易于观察现象。好氧细菌的利用，准确显示出氧气产生的部位。1、为什么选择水绵好氧细菌作为实验材料？
2、为什么选用黑暗并且没有空气的环境？
3、为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水绵完全曝露在光下？2、先选用黑暗并且没有空气的环境，是为了排除实验中光线和氧的影响，确保实验的准确性。3、能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；而后用完全曝光的水绵与之做对照，从而证明了实验结果完全是光照引起的，并且氧是由叶绿体释放出来的五、光合作用和呼吸作用中的化学计算光合作用反应式：
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)实测CO2吸收量
＝光合作用CO2吸收量-呼吸作用CO2释放量
实测O2释放量
＝光合作用O2释放量-呼吸作用O2消耗量 【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.二氧化碳的消耗量
D.植物体内水的消耗量 【例题2】如果做一个实验测定藻类植物是否完成光反应,最好是检测其:
A.葡萄糖的形成
B.淀粉的形成
C.氧气的释放
D.CO2的吸收量1.场所：叶绿体2.动力：光3.原料：二氧化碳 水4.产物：糖类 氧气三、光合作用总反应式：CO2 + H2 * O（CH2O)+ * O2二、光合作用的场所、动力、原料、产物：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。〖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，若上述光照条件下光合作用每小时能产生葡萄糖30mg，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。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。1930年，（美）鲁宾(S.Ruben)和卡门（M.Kamaen)
2、同位素标记进行光合作用的实验，是为了弄清楚在光合作用中产生的氧到底是来自水还是二氧化碳？还是两者兼而有之？同学们考虑一下，应标记哪一种元素？如何设计这个实验呢？
1、同位素标记法(自学P53小字部分）暗反应当今世界人类面临的四个重大问题是什么？ 粮食
人口
环境
资源
1782年,拉瓦锡证明参与光合作用气体是CO2和O2。光合作用过程需要CO2参与结果结论：