第4节：能量之源──光与光合作用

(共46张PPT)
俗话说：“万物生长靠太阳”，为什么这么说呢？我们来看一组数据：
①地球表面上的绿色植物每年大约制造4400亿吨有机物；
②地球表面上的绿色植物每年储存的能量约为7．11×1018kJ，这个数字大约相当于240000个三门峡水电站所发出的电力。
绿色植物储存在有机物中的能量来自哪里呢？
第四节
能量之源—光与光合作用
一 捕获光能的色素和结构
二 光合作用的原理和应用
太阳的光能又是通过什么途径进入植物体内的？
植物细胞为什么能捕获光能呢？
捕获光能的色素
叶绿体的结构
一 捕获光能的色素和结构
为什么有些植物的叶片不是绿色的
为什么有些植物的叶片在不同时期颜色不同呢？
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
绿叶中色素的提取和分离
操作步骤：
提取色素
制备滤纸条
画滤液细线
分离色素
观察与记录
叶绿体中的色素
IIIIIIIIIIIII 橙黄色……...….胡萝卜素
IIIIIIIIIIIII 黄 色............…叶黄素
IIIIIIIIIIIII 蓝绿色....………叶绿素a
IIIIIIIIIIIII 黄绿色…...…….叶绿素b
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）
吸收红光和蓝紫光
吸收蓝紫光
3/4
1/4
叶绿体中的色素主要吸收红橙光和蓝紫光
叶片为什么往往是绿色的呢？
叶绿素中的吸收光谱
0
400
500
600
700 nm
50
100
叶绿素b
叶绿素a
这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位呢？
光合作用的场所——叶绿体
色素
叶绿素
类胡萝卜素
叶绿素a
叶绿素b
叶黄素
胡萝卜素
吸收可见的太阳光
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
资料分析
叶绿体的作用仅仅是吸收光能吗？
恩格尔曼实验的结论是什么？
恩格尔曼的实验方法有什么巧妙之处？
1880年，恩格尔曼的实验
隔绝空气
黑暗，用极细光束照射
完全暴露在光下
水绵和好氧细菌的装片
结论：
氧是由 叶绿体释放出来的， 叶绿体是光合作用的场所。
光合作用需要光照。
恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处
(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。
恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处
(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。
这些囊状结构称为类囊体，吸收光能的四种色素，就分布在类囊体的薄膜上。
叶绿体是进行光合作用的场所，它内部巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。
光合作用在叶绿体中是怎样进行的呢？
光合作用的探究历程
1771年（英）普里斯特利的实验
植物可以更新空气；
1779年，荷兰科学家英格豪斯的实验；
1785年，明确绿叶在光下放出的是氧气，吸收的是二氧化碳；
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；
1864年，萨克斯(德)的实验
（置于暗处几小时）
思考：目的是什么？
一半遮光
一半曝光
1864年，（德）萨克斯的实验
绿色叶片中光合作用中产生了淀粉；
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。
光合作用的概念：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着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
什么是光合作用呢？
光合作用的原理和应用
（一）光合作用的过程
CO2+H2O* (CH2O)+O2*
总反应式:
包括两个阶段:
1.光反应
2.暗反应
叶绿体
光
⑴、光反应阶段 ：
①发生部位：
②反应条件：
③物质变化
a.水的光解：
b.ATP形成：
④能量转变：
叶绿体片层结构薄膜上
光/水/色素分子/酶
光能→ ATP中活跃化学能
暗反应
⑵、暗反应阶段 ：
①发生部位：
②反应条件：
③物质变化
a.CO2固定：
b.C3化合物还原：
④能量转变：
叶绿体基质中
C02、多种酶
ATP中活跃化学能→
有机物中稳定化学能。
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
光合作用的过程
过程：光反应阶段和暗反应阶段的比较
光反应阶段 暗反应阶段
进行部位
条件
物质
变化
能量变化
联系
叶绿体基粒囊状结构中
叶绿体基质中
光、色素和酶
ATP、 NADPH 、多种酶
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
三、光合作用的重要意义
包括人类在内的几乎所有生物的生存提供了物质来源和能量来源
维持大气中氧气和二氧化碳含量的相对稳定
促进生物进化
从物质转变和能量转变的过程来看，光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢
四、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
光合作用
呼吸作用
t
吸收或释放量
CO2
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。
a
c
b
d
e
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
影响光能利用率的因素在生产中的应用：
延长光合作用时间
增加光合作用面积
光能利用率
光合作用效率
( 轮作 )
( 合理密植：间种、套种 )
1、光照强度、光质
2、CO2浓度
3、温度
4、矿质元素（ 合理施肥）
5、水（ 合理灌溉）
A
B
光照强度
0
吸收
CO2
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
>
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
〖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:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
0
24.5
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。