生物：5.4《能量之源-光与光合作用》学案（新人教版必修1）

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第4节 能量之源——光与光合作用
一.捕获光能的色素
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素 叶绿素b （黄绿色）
绿叶中的色素 胡萝卜素 （橙黄色）
类胡萝卜素
叶黄素 （黄色）
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。
白光下光合作用最强，其次是红光和蓝紫光，绿光下最弱。
1、 实验——绿叶中色素的提取和分离
1 实验原理：绿叶中的色素都能溶解在层析液中，且他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，绿叶中的色素随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。
2 方法步骤中需要注意的问题：（步骤要记准确）
（1）、研磨时加入二氧化硅和碳酸钙的作用是什么？
二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中的色素被破坏。
（2）、实验为何要在通风的条件下进行？为何要用培养皿盖住小烧杯？用棉塞塞紧试管口？（因为层析液中的丙酮是一种有挥发性的有毒物质。）
（3）、滤纸上的滤液细线为什么不能触及层析液？（防止细线中的色素被层析液溶解）
（4）、滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？宽窄如何？
有四条色带，自上而下依次是橙黄色的胡萝卜素，黄色的叶黄素，蓝绿色的叶绿素a，黄绿色的叶绿素b。最宽的是叶绿素a，最窄的是胡萝卜素。
2、 捕获光能的结构——叶绿体
结构：外膜，内膜，基质，基粒（由类囊体构成）
与光合作用有关的酶分布于基粒的类囊体及基质中。
光合作用色素分布于类囊体的薄膜上。
光合色素的作用是 吸收、传递、转化 光能。
思考：
1．为什么植物的叶片一般是绿色的？
绿叶几乎不吸收绿光，绿光被反射，因此植物的叶片一般是绿色的
2．叶绿素形成的条件是什么？有光照和Mg等；
3．植物体内含有色素的细胞器有哪些？（叶绿体和液泡）
4．生产上，用何种颜色的塑料薄膜做顶棚产量高？无色
5．绿色植物在CO2等量时哪种光下光合产物最多？白光
6．用绿色、红色、蓝色、紫色玻璃罩分别罩住大小、生长状况相同的天竺葵，光照相同的时间后，罩内O2最少的是哪种颜色的玻璃罩？为什么？绿色，因为植物几乎不吸收绿光。
7．为什么要用酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂来提取色素？因为色素只溶于在机溶剂
三、叶绿体的功能：
叶绿体是进行光合作用的场所。在类囊体的薄膜上分布着具有吸收光能的光合色素，在类囊体的薄膜上和叶绿体的基质中含有许多光合作用所必需的酶。
光合作用的原理和应用
一、光合作用的概念：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能量的有机物，并且释放氧的过程。
二、光合作用的发现过程：
次序 年代 科学家 实验材料 实验过程 实验现象 结论
2 1864 萨克斯（德） 叶片 绿色植物暗处理后，一半 遮光 ，一半 曝光 ，后经 碘蒸汽 处理 ⑴遮光部分颜色 不变蓝 ⑵曝光部分颜色 变蓝 绿色植物在光合作用过程中产生了淀粉
3 1880 恩吉尔曼（德） 水绵和好氧性细菌 把水绵和好氧性细菌的临时装片置于黑暗的没有空气的环境中：⑴用极细光束照射水绵；⑵装片完全暴露于光下。 ⑴好氧细菌集中在 ⑵好氧细菌集中在 ⑴ ⑵
4 20世纪30年代 鲁宾和卡门（美） 绿色植物、氧的同位素H218O和C18O2 ⑴向第一组植物提供H218O和CO2；⑵向第二组植物提供H2O和C18O2 第一组释放的氧全是 第二组释放的氧全是
思考：1880年，德国科学家恩吉尔曼实验
1．之所以选用水绵做实验材料是因为水绵有大型带状叶绿体，且螺旋分布在细胞中，便于进行观察。
2．选用黑暗且没有空气的环境可排除实验前环境中O2和光等外界因素的影响，确保实验的准确性。
3．先选用极细的光束且用好氧细菌检测能准确判断水绵细胞中O2释放的部位；然后用完全曝光的水绵与之作对比实验，从而证明了光照在光合作用发生中的作用。
三、光合作用的过程
（一）过程：见课本P103图解
思考：光合作用过程中进入叶绿体的是水、二氧化碳和光能，在叶绿体中形成的物质有 ，
（CH2O）中的“O”来自从外界吸收的 二氧化碳 。
（二）光反应和暗反应的比较
比较项目 光反应 暗反应
区别 部位 叶绿体基粒上 叶绿体基质中
条件 光能、酶等 酶
反应时间 短促，以微秒计 较缓慢
反应原料 水 二氧化碳
反应产物 [H]、ATP、O2 ADP、（CH2O）
与温度的关系 与温度关系不大 温度影响 酶 的活性，关系密切
与光照的关系 有光时方可进行 有光无光时均可进行
反应性质 光化学反应 与光无直接关系，光下与暗处都行
物质变化 ⑴水的光解：⑵形成ATP： ⑴CO2的固定：⑵C3的还原：
能量变化 光能→电能→ATP中活跃的化学能 ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
联系 ⑴光反应的产物[H]是暗反应中CO2的 光反应形成的ATP为暗反应提供 ⑵暗反应产生的ADP和Pi为光反应形成ATP提供反应物
四、光合作用的实质
物质变化： 将无机物合成为有机物 ；能量变化： 将光能转变为稳定的化学能 。
【知识拓展】
1、影响光合作用的内在因素：
⑴植物种类不同：色素、酶⑵同一植物在不同的生长发育阶段：开花前后，新陈代谢旺盛
⑶同一植物不同部位的叶片：老叶、嫩叶⑷同一叶片的不同生长发育时期：
开始阶段，随着叶龄增加，叶面积增加，光合作用增加；当叶龄达到一定阶段（叶成
熟时），叶面积达到最大，光合速率达到最大；随后光合速率开始下降。
1、
2、
3、 影响光合作用的外界因素：如下表：
因素 对光合作用的影响 在生产上的应用
光 1．光照强度：光合作用随光照强度的变化而变化，光照弱时减慢，光照逐步增强时光合作用随之加快，但光照增强到一定程度，光合作用速度不再增加（光饱和现象）2．光质不同影响光合速率，白光为复色光，光合作用能力最强，单色光中红光作用最快，蓝紫光次之，绿光最差3．日变化，光合速率在一天中有变化，一般与太阳辐射进程相符合（炎热夏天的中午例外，原因是 ） 1．适当提高光照强度2．延长光合作用时间3．增加光合作用面积——合理密植4．对温室大棚用无色透明玻璃5．若要降低光合作用则用有色玻璃，如用红色玻璃，则透红光吸收其它波长的光，光合能力较白光弱，但较其它单色光强
温度 光合作用的暗反应是酶促反应，温度直接影响酶的活性，从而影响光合速率。温度过高，影响叶片气孔开放，影响CO2供应，进而影响暗反应，从而影响光合速率 1．适时播种2．温室栽培植物时，白天适当提高温度，晚上适当降底温度3．植物“午休”现象的原因之一
二氧化碳浓度 二氧化碳是光合作用的原料之一。环境中二氧化碳浓度的高低明显影响光合速率。在一定范围内，植物的光合速率是随CO2浓度增加，但到达一定程度时再增加CO2浓度，光合速率不再增加 温室栽培植物时，适当提高室内CO2的浓度，如释放一定量的干冰或多施有机肥，使植物吸收CO2增多大田中，要注意通风透气
水 水分是光合作用原料之一，又是各种化学反应的介质，缺少时光合速率下降 合理灌溉
3、多因子（光照强度、CO2浓度）与光合作用强度之间的关系
曲线分析：P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。
应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当充加CO2，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。总之，可根据具体情况，通过增加光照强度，调节温度或增加CO2浓度来充分提高光合速率，以达到增产的目的。
（四）光照、CO2浓度变化对植物细胞内C3、C5、[H]、ATP、C6H12O6合成量的影响
条件 停止光照，CO2供应不变 突然光照，CO2供应不变 光照不变，停止CO2的供应 光照不变，CO2过量供应
C3
C5
[H]、ATP
葡萄糖的合成量
（五）验证陆生植物是否进行光合作用的方法：一般是验证淀粉的存在
验证水生植物是否进行光合作用的方法：一般是验证氧气的产生
六、化能合成作用
概念：自然界中少数种类的细菌，虽然细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但是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，这种合成作用，叫做化能合成作用，这些细菌也属于自养生物。
如：硝化细菌，不能利用光能，但能将土壤中的NH3氧化成HNO2，进而将HNO2氧化成HNO3。硝化细菌能利用这两个化学反应中释放出来的化学能，将CO2和水合成为糖类，这些糖类可供硝化细菌维持自身的生命活动
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