能量之源-光与光合作用

(共73张PPT)
一、捕获光能的色素和结构
叶绿体的结构
与光合作用有关的色素存在于哪呢？
类囊体的薄膜上
特点：
1、膜面积巨大；
2、有许多光合作
用所必需的酶；
3、有许多吸收光
能的色素。
绿叶中有哪些与光合作用有关的色素呢？
绿叶中色素的提取和分离
实验原理
绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中,所以,可以用无水乙醇提取绿叶中的色素.绿叶中的色素不只一种,它们都能溶解在层析液中.然而,它们在层析液中的溶解度不同:溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快;反之则慢.这样,一段时间后,色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开来.
方法与步骤
1.提取绿叶中的色素：称取5g左右的鲜叶，剪碎，放入研钵中。加少许的石英砂（充分研磨）和碳酸钙 (中和细胞中的酸，防止镁从叶绿素分子中移出)与10ml无水乙醇。在研钵中快速研磨。将研磨液进行过滤。
2.制备滤纸条
制备滤纸条使要剪去两角，目的是防止两边色素扩散快，色素带不整齐。
3.画滤液细线
所画的滤液线，越细越好，越整齐越好，其原因是每次画细线都要在滤纸条上扩展，若干燥后再划时画得过宽，使色素在滤纸张分布过宽，层析出来的色素带之间就会出现重叠不清的现象。
4.分离绿叶中的色素
滤纸条上的滤液细线层析时，不能没及层析液，其原因是如果细线没及在层析液中，则会使细线处的色素溶解在层析液中，影响实验效果。
滤纸条上的滤液细线，为什么不能触及层析液？
5.观察和记录
滤纸条上色带的数目、排序、宽窄？
滤纸条上有4条不同颜色的色带，从上往下依次为：胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色）。这说明绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散的快慢也不一样。
捕获光能的色素
叶绿素b:C55H70O4N4Mg
叶绿素a:C55H72O5N4Mg
3/4
1/4
叶绿素a和叶绿素b主要吸收：
胡萝卜素和叶黄素主要吸收：
蓝紫光和红光
蓝紫光
问题探讨:
2.为什么不使用绿色的塑料薄膜或补充绿色光源？
因为叶绿素对绿光吸收最少，所以不使用绿色的塑料薄膜或补充绿色光源。
[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
二、光合作用的原理和应用
五年后
1642年，海尔蒙特
柳树增重 74.47 kg
土壤减少 0.06 kg
水分是建造植物体的唯一原料
1.光合作用的探究历程：
2.5 Kg
1771年，普里斯特利
绿色植物在光照下产生了氧气
1、蜡烛燃烧和小白鼠
呼吸需要的是什么
气体？
2、这个实验说明什么
问题？
1864年，萨克斯(Julius von Sachs)
1、为什么对天竺葵先进行暗处理？
2、为什么让叶片的一半曝光，另一半遮光呢？
绿叶在光合作用中产生了淀粉
(3)实验方法和步骤：
①用一适当大小的玻璃罩罩住一株生长正常的盆栽绿色植物和
一杯?NaOH?溶液，密封不漏气。
②将上述植物及装置放在暗室中饥饿，消耗掉叶片内贮藏的有
机物。暗室内装有红色安全灯。
③饥饿一段时间后，自暗室内取出，光照若干小时，使其充分
进行光合作用。
④取一叶片，放入盛有酒精的烧杯中，水浴加热，使叶绿素溶
于酒精中。
⑤将已脱绿的叶片取出，平铺在培养皿中，用碘—碘化钾溶液，
检测有无葡萄糖的特异颜色反应出现。

该实验方案有几项明显错误，请指出并改正。
为证实“二氧化碳是光合作用合成必需的原料”，某同学制订了下列实验方案：
(1)实验目的：(略)
(2)实验材料和用具：(略)
未设置对照实验
1880年，恩吉尔曼(C.Engelmann)
1、为什么选用水绵做为实验材料？
2、为什么选用黑暗并且没有空气的环境？
1.恩格尔曼的实验结论是什么 2.他的实验方法有什么巧妙之处
3.类囊体和基质中含有多种进行光合作用必需的酶,这说明什么
1、氧是由叶绿体释放出来的，2、叶绿体是光合作用的场所；
实验材料选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用好氧细菌可确定释放氧气多的部位；没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果，等等。
叶绿体是进行光合作用的场所。
恩格尔曼的第二个实验
你从这一实验中能得出什么结论
叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用，放出氧气。
右图表示德国科学家恩吉尔曼用水绵进行光合作用的实验示意图。请据图回答：
(1)恩吉尔曼选择水绵作为研究光
合作用材料的优点是
,便于
观察，好氧细菌的作用是 。
(2)将水绵和好氧细菌制成临时装片，为排除外界环境的干
扰，必需放在 的环境里。
(3)用极细的光束照射水绵，通过显微镜观察发现到的现象
是 。
(4)如果临时装片完全暴露在光下，好氧细菌的分布特征是
。
(5)恩吉尔曼的实验可以证明：
叶绿体螺旋带状，
指示氧气释放的部位
黑暗、无光照
好氧细菌聚集在光束照射到的部位
均匀分布在叶绿体周围
叶绿体是光合作用的部位，氧气是由叶绿体释放的，光合作用需要光。
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？
？
光合
作用
？
光
H2O
(CH2O)
O2
CO2
1941年，鲁宾(S.Ruben)和卡门M.Kamen)
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
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 。
C18O2+H2O
CO2+H218O
光照
光照
O2
18O2
光合作用释放的O2全部来自于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：
A物质和B物质的相对分子质量比是多少
8：9
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)
光合作用的概念
光合作用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能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
CO2 +
H2O*
(CH2O) +
O2*
光能
叶绿体
光合作用的原料、产物、场所和条件是什么？请用一个化学反应式表示出来。
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
能
固定
还原
酶
光反应
暗反应
2.光合作用的过程：
光反应
H2O →2 [H] + 1/2O2
+
Pi
+
光能
ATP
酶
ADP
水的光解：
光合磷酸化：
暗反应
CO2的还原：
2C3 + [H] (CH2O) + C5
酶
ATP
CO2的固定：
CO2 + C5 → 2C3
酶
原料和产物的对应关系：
（CH2O）
C
H
O
CO2
CO2
H2O
O2
H2O
能量的转移途径：
碳的转移途径：
光能
ATP中活跃的化学能
(CH2O)中稳定的化学能
CO2
C3
（CH2O）
光、色素、酶等
ATP、［H］、多种酶等
类囊体的薄膜上
基质中
①水光解成［H］和O2
②ADP+Pi+光能→ATP
① CO2的固定② CO2的还原
光能→活跃化学能
活跃化学能→稳定化学能
光反应
暗反应
条件
场所
物质变化
能量变化
联 系
3)光反应和暗反应的比较
物质联系：光反应阶段产生的［H］，在暗反应阶段用于还原C3；
能量联系：光反应阶段生成的ATP，在暗反应阶段中将其储存的化学能释放出来，帮助C3形成糖类，ATP中的化学能则转化为储存在糖类中的化学能。
光反应为暗反映提供ATP和NADH，暗反应为光反应补充ADP和NADP+
[练习]
1.根据下图光合作用图解回答下列问题 ：
（1）光反应是在_______________上进行。
暗反应在_____________中进行。
（2）叶绿素分子利用所吸收的光能首先将
［ ］_____分解成[ ]___和[ ]___。
类囊体的薄膜上
叶绿体的基质
1 H2O
2 O2
3 [H]
（3）暗反应阶段发生的两个主要的化学变化是
_____________和_____________。
（4）空气中适当增加__________浓度后可增加
作物产量。
（5）暗反应需要光反应提供［ ］_________、
［ ］_________和多种酶的_________。
CO2的固定
C3的还原
CO2
3 [H]
4 ATP
催化
2．某科学家用含碳的同位素14C的二氧化碳
来追踪光合作用中碳原子在下列分子中的转移，
最可能的途径是　　　　　　　（ ）
　　　　　　　　　　　
A．二氧化碳→叶绿素→ADP
B．二氧化碳→三碳化合物→葡萄糖
C．二氧化碳→酒精→葡萄糖
D．二氧化碳→叶绿素→ATP
B
3. 下列关于光合作用的叙述中，不正确的是（ ）。
A. 光反应在叶绿体的类囊体薄膜上进行，暗反应在叶绿体的基质中进行
B. 光反应需要光，不需要酶，暗反应不需要光，需要多种酶
C. 光反应吸收光能形成ATP，暗反应将ATP中活跃的化学能储存在有机物中
D. 光反应分解水生成 [H] 并放出O2，暗反应最终将CO2还原成（CH2O）
B
4.光合作用过程中，能量的转化途径是
A．光能→色素→糖类
B．色素→ATP→糖类
C．光能→ATP→糖类
D．ATP→三碳化合物→糖类
5.将一株植物培养在H218O中并进行光照，过一段时间后18O存在于
A．光合作用生成的水中
B．仅在周围的水蒸气中
C．仅在植物释放的氧气中
D．植物释放的氧气和周围的水蒸气中
6.光合作用的产物中，氧气、葡萄糖中的碳、葡萄糖中的氢、葡萄糖中的氧依次来自于
①二氧化碳 ②气孔直接吸收
③水的分解 ④叶绿素的分解
A．①②④③ B．③①②④
C．③①③① D．①③①③
7.将置于阳光下的盆栽植物移至黑暗处，则细胞内三碳化合物与葡萄糖的生成量的变化是（ ）
A ．C3增加，葡萄糖减少
B．C3与葡萄糖都减少
C ．C3与葡萄糖都增加
D．C3突然减少，葡萄糖突然增加
8．现有四个实验装置，若要验证绿色开花植物产生O2需要光和验证O2是否由绿色植物释放，则应选用的实验组合分别是
A．①②和①③ B．②③和①②
C．②④和①③ D．②③和③④
②
①
③
④
B
3、影响光合作用的因素：
因素 对光合作用的影响 在生产中的应用
光 1、光照强度；2、光质；3、日照长短 1、提高光照强度；2、延长光合作用时间；3、合理密植
温度 温度影响酶活性 适时播种；增大昼夜温差
CO2浓度 光合速率随CO2浓度的增加而加快 温室栽培植物时，可燃
烧、多施有机肥、施用NH4HCO3或释放干冰
水 光合原料之一 合理灌溉
矿质元素 直接或间接影响光合速率。如影响酶、叶绿素等 合理施肥
例1．影响植物进行光合作用的因素有很多。下列选项中，对光合作用影响最小的是
A．叶绿体色素的含量
B．五碳化合物的含量
C．氮气的含量
D．二氧化碳的含量
C
例2.科学家研究CO2 浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到实验结果如下图。请据图判断下列叙述不正确的是
A．光照强度为a时，造成曲
线II和III光合作用强度差异的
原因是CO2 浓度不同
B．光照强度为 b 时，造成
曲线 I和 II光合作用强度差异
的原因是温度的不同
C．光照强度为a～b，曲线
I、II光合作用强度随光照强
度升高而升高
D．光照强度为a～c，曲线
I、III光合作用强度随光照强
度升高而升高
D
4。光合作用的实质和意义
第一，制造有机物
第二，转化并储存太阳能。绿色植物通过光
合作用将太阳能转化成化学能，并储
存在光合作用制造的有机物中
第三，使大气中的氧和二氧化碳的含量相对稳定
第四，对生物的进化具有重要的作用
5.化能合成作用：
原理：还原CO2所需要的ATP和[H]是通过氧化无机物NH3、NO2-、 NO3-、 H2S、S02、H2、Fe2+等而获得的。
化能自养类型：
硝化细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌等
2NH3+3O2
硝化细菌
2HNO2 + H2O + 能量
2HNO2+O2
硝化细菌
2HNO3 + 能量
6CO2 +6H2O
C6H12O6 + 6O2
能量
例．绿色植物和硝化细菌细胞的分解代谢
和合成代谢类型分别是 （ ）
①有氧呼吸 ②无氧呼吸
③光合作用 ④化能合成作用
A．①③，②④ B．①③，①④
C．②④，①③ D．①②，③④
B
6.光合作用与呼吸作用的区别：
光合作用 呼吸作用
原料 CO2、H2O 葡萄糖等有机物、O2
产物 O2、葡萄糖等有机物 CO2、H2O等
能量转换 贮藏能量的过程
光能→活跃的化学能→稳定的化学能 释放能量的过程
稳定的化学能→活跃的化学能
发生部位 有叶绿体的细胞、叶绿体 活细胞、线粒体、细胞质
发生条件 光照下才可发生 光下、暗处都可发生
7.叶绿体
和
线粒体
都是双层膜
都有基粒和酶
都有增大膜面积的结构
都有少量的DNA和RNA
都与能量转换有关
都是半自主复制细胞器
8、光合作用与呼吸作用的综合计算：
在光下，光合作用与呼吸作用同时进行。
（1）光合作用实际产氧量＝实测的氧气释放量
　　　　　　　　　　 　　＋呼吸作用耗氧量
（2）光合作用实际CO2消耗量＝实测的CO2消耗量
　　　　　　　　　　 　＋呼吸作用CO2释放量
（3）光合作用葡萄糖净产量＝光合作用实际葡萄糖
　　　　　　　　生产量--呼吸作用葡萄糖消耗量
例1.以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示。下列分析正确的是
A.光照相同时间，35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时相等
B.光照相同时间，在20℃条
件下植物积累的有机物的量
最多
C.温度高于25℃时，光合作
用制造的有机物的量开始减
少
D.两曲线的交点表示光合作
用制造的与呼吸作用消耗的
有机物的量相等
A
例2：将某绿色植物的叶片，放在特定的实验装置中，
研究在100C、200C的温度下，分别置于5000Lux、
20000Lux光照条件下的光合作用和细胞呼吸，结果
如下图所示。
氧气吸收量
黑暗时间
0.5
1.0
1.5
2.0
氧气释放量
光照时间
2
4
6
8
1.0
0.5
1.5
0.5
虚线：100C；实线：200C
5000Lux
20000Lux
(1)该叶片的呼吸速率在200C下是100C下的 倍 ;
(2)该叶片在100C 5000Lux的光照下,每小时光合作用所产生的氧气量是 mg ;
(3)该叶片在200C 20000Lux的光照下, 如果光合作用的产物都是葡萄糖， 每小时产生的葡萄糖是 mg.
氧气吸收量
黑暗时间
0.5
1.0
1.5
2.0
氧气释放量
光照时间
2
4
6
8
1.0
0.5
1.5
0.5
虚线：100C；实线：200C
5000Lux
20000Lux
3
4
7.03
9、提高农作物产量的主要措施：
（1）地上部分：增加光合产物，减少呼吸消耗。
A、增大光照强度、增大光合面积、延长光照
时间。（如轮作、套种、合理密植等）
B、大棚生产时，白天适当提高温度，晚上适当
降低温度。
C、适当增加CO2的浓度，促进暗反应的进行。
（2）地下部分：
合理施肥、合理灌溉、疏松土壤；水培养时，
在营养液中适当补充O2，促进根细胞的呼吸作用
有利于矿质离子的吸收。
例。在严寒的冬天，利用温室栽培蔬菜，下列措施及方法正确的是（ ） ⑴由于温室内外温差大，在温室薄膜（或玻璃）上常会结一层水膜，要及时擦干，以防止透光率降低；⑵适当的增加光照，以补充冬季阳光的不足；⑶尽量增加空气湿度，以降低植物的蒸腾作用；⑷向温室中定期施放CO2气体，以增加光合作用强度；⑸向温室中定期施放O2,以降低植物的呼吸作用强度；⑹冬季温室内温度尽量维持恒定 A、⑴⑵⑷ B、⑴⑵⑷⑹ C、⑵⑶⑸⑹ D、⑶⑷⑹
A
练习
1.下图表示叶绿体中色素的吸收光谱（颜色深、浅分别表示吸收量多、少）．甲、乙两图分别是
A．胡萝卜素、叶绿素的吸收光谱
B．叶绿素、胡萝卜素的吸收光谱
C．叶黄素、叶绿素的吸收光谱
D．叶黄素、胡萝卜素的吸收光谱
B
2。下列关于光合作用的叙述，不正确的是（ ）
⑴光合作用是自然界最基本的物质代谢和能量代谢； ⑵光合作用能将CO2和H2O合成有机物； ⑶自养生物都能进行光合作用； ⑷绿色植物的所有器官都能进行光合作用
A、⑴⑶ B、⑶⑷ C、⑵⑷ D、⑵⑶
B
3。晚上在密闭的居室内放置大型绿色植物，可能影响人体健康。主要原因是（ ）
A、光合作用吸收O2，放出CO2
B、光合作用吸收CO2，放出O2
C、呼吸作用吸收O2，放出CO2
D、呼吸作用吸收CO2，放出O2
C
4.生长旺盛的叶片，剪成5mm见方的小块，抽去叶内气体，做下列处理，如图，这四个处理中，沉入底部的叶片小块最先浮起的是（ ）
A
5.光照增强，光合作用增强，但在光照最强的夏季中午，由于气孔的关闭，光合作用不但不能继续增强，反而下降，主要原因是
A．H2O分解产生的[H]数量不足
B．暗反应过程中还原剂数量不足
C．叶绿体利用光能合成ATP数量不够
D．暗反应过程中C3产生得太少
6.如图是绿色植物细胞内各种代谢活动之间相互关系的示意图，图中abc分别表示不同的细胞器。请回答：
⑴请写出以下物质及结构名称：
① ，
，
，
b
c
H2O
CO2
O2
C6H12O6
叶绿体
线粒体
6.如图是绿色植物细胞内各种代谢活动之间相互关系的示意图，图中abc分别表示不同的细胞器。请回答：
⑵d过程在什么条件下可以进行？
当外界溶液浓度小于细胞液的浓度时
⑶K+从土壤中吸收入细胞内的方式是
，这一过程必需⑥ 及相应的载体。
主动运输
ATP
7.请运用绿色植物新陈代谢知识回答下列问题
⑴在天气晴朗的早晨，摘取一木本植物的叶片甲，烘干称重为a,黄昏时取同一植株形状大小基本相同的叶片乙，烘干称重为b。那么b一定比a ，原因是:
⑵在晴天测得一株植物在一天内吸收水分的量为c，在阴天吸收的量为d。那么，c和d比较，一定是 ，原因是:
重
白天叶片的光合作用比呼吸作用强，积累有机物
蒸腾作用晴天比阴天旺，促进根对水分的吸收
C大
⑶在晴天测得一株植物在一天内吸收矿质元素的量为e，在阴天吸收的量为f。则e和f比较应该是 ，原因是:
⑷通过植物对水分和矿质元素吸收情况比较，进一步说明 。
大致相同
吸收和呼吸作用有关，蒸腾作用对其影响不大
矿质元素的
根吸收水分和吸收矿质元素是两个相对独立的过程