能量之源-光与光合作用

(共59张PPT)
能量的最终源头：光能
第4节 能量之源——光与光合作用
一、捕获光能的色素和结构
（一）捕获光能的色素
实验：叶绿体中色素的提取和分离
1、实验原理
（1）叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂中，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，随层析液在滤纸条上的扩散速度就不同，因而可用层析液将不同的色素分离。
2、方法与步骤
3、实验结果：
讨论：1.滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？宽窄如何？这说明了什么？
*
叶绿素
类胡萝卜素
（含量约3/4）
（含量约1/4）
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）
绿叶中的色素
色素的吸收光谱
叶绿素溶液
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
类胡萝卜素溶液
400 500 600 700nm
100
50
吸收光能百分比
叶绿素
类胡萝卜素
可 见 光 区
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
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
（二）叶绿体的结构
恩吉尔曼实验的结果
分析：这一巧妙的实验说明了什么？
讨论：恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处？
（1）用水绵作实验材料，有细而长的带状叶绿体，螺旋状分布在细胞中，便于观察和分析研究。
（2）将临时装片置于黑暗且没有空气的环境中，排除了环境中光线和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。
结论：氧气是叶绿体释放的，叶绿体是进行光合作用的场所。
叶绿体是进行光合作用的场所，它内部的巨大膜表面上，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。
二、光合作用的原理和应用
1、光合作用的概念（教材P101）
2、光合作用的实质
合成有机物，储存能量
3、光合作用的探究历程
结论：水分是植物建造自身的原料。
17世纪海尔蒙特栽培的柳树实验
一段时间后
一段时间后
1771年普利斯特利实验
普利斯特利实验
结论：植物可以更新空气
有人重复了普利斯特利的实验，得到相反的结果，所以有人认为植物也能使空气变污浊？
1779年，荷兰的英格豪斯
普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功；植物体只有绿叶才能更新空气。
到1785年，发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的是O2，吸收的是CO2。
光能
化学能
储存在什么物质中？
德国梅耶
1864年 德国科学家 萨克斯实验
1.放在暗处几小时的目的？
2.一半曝光一半遮光的目的？
消耗已有的营养物质如淀粉
对照
德国科学家 萨克斯实验
实验结果证明了什么？
绿色叶片在光合作用中产生了淀粉
实验结果如何描述？
曝光部分变蓝
遮光部分不变蓝
实验结果也证明 光 是光合作用的条件
光合作用释放的O2来自CO2还是H2O？
第一组
光合作用产生的O2来自于H2O。
H2180
C02
H20
C18O2
第二组
1802
02
美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）
光合作用产生的有机物又是怎样合成的？
返回
光合作用氧气来源的探究（１８３９年）
美国卡尔文
用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为卡尔文循环。
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
绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存能量的有机物，并释放出O2的过程。
反应物、条件、场所、生成物
CO2＋H2O （CH2O）＋O2
光能
叶绿体
糖类
光合作用过程
光反应
暗反应
划分依据:反应过程是否需要光能
H2O
类囊体膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
光反应阶段
光、色素、酶
叶绿体内的类囊体薄膜上
水的光解：
H2O [H] + O2
光能
（还原剂）
ATP的合成：
ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP
酶
光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中
[H]
场所：
条件：
物质变化
能量变化
进入叶绿体基质，参与暗反应
供暗反应使用
CO2
五碳化合物 C5
CO2的固定
三碳化合物 2C3
C3的还原
叶绿体基质
多种酶
H2O
类囊体膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
[H]
糖类
卡尔文循环
暗反应阶段
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3的还原：
ATP
[H] 、
ADP+Pi
叶绿体的基质中
ATP中活跃的化学能转变为糖类等
有机物中稳定的化学能
2C3 (CH2O)
酶
糖类
[H] 、ATP、酶
场所：
条件：
物质变化
能量变化
CO2
五碳化合物 C5
CO2的固定
三碳化合物 2C3
叶绿体基质
多种酶
糖类
ATP
[H]
联系
比较光反应、暗反应
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 。
CO2+H2O （CH2O）+O2
光能
叶绿体
6CO2+12H2O
光能
叶绿体
C6H12O6+6H2O+6O2
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
光合作用总过程：
光反应
H2O →2 [H] + 1/2O2
+
Pi
+
光能
ATP
酶
ADP
水的光解：
ATP的合成 ：
暗反应
CO2的还原：
2C3 + [H] (CH2O) + C5
酶
ATP
CO2的固定：
CO2 + C5 → 2C3
酶
总结：
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）
下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：
①图中A是______,B是_______,它来自于______的分解。
②图中C是_______，它被传递到叶绿体的______部位，用于____________________ 。
③图中D是____，在叶绿体中合成D所需的能量来自______
④图中G________,F是__________,J是_____________
⑤图中的H表示_______， H为I提供__________
光
H2O
B
A
C
D
E+Pi
F
G
CO2
J
H
I
Ｏ2
水
[H]
基质
用作还原剂，还原C3
ATP
色素吸收的光能
光反应
[H]和ATP
色素
C5化合物
C3化合物
糖类
光合作用原理的应用
影响光合作用强度的因素？
CO2的浓度，光照的长短与强弱；光的成分；温度的高低、必需矿物质元素、水分等。
例：适当提高CO2的浓度（温室大棚），增加光照时间和光照强度，农作物间距合理，选择适当的光源等。
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
①图中A点含义： ；
②B点含义： ；
③C点表示： ；
光照强度为0，只进行呼吸作用
光合作用与呼吸作用强度相等，称为光补偿点
光合作用强度不再随光照强度增强而增强，称为光饱和点
①光合作用是在 的催化下进行的，温度直接影响 ；
②B点表示： ；
③BC段表示： ；
酶的活性
酶
此温度条件下，光合速率最高
超过最适温度，光合速率随温度升高而下降
②温度
光合作用
呼吸作用
t
吸收或释放量
CO2
图中A点表示： 。
CO2浓度达到植物所需的最大值，光合速率不再上升
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
若白天光照充足，下列哪种条件对农作物增产有利
A.昼夜恒温25℃
B.白天温度25℃，夜间温度15℃
C.昼夜恒温15℃
D.白天温度30℃，夜间温度15℃
D
用下述容积相同的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[ ]
A．绿色罩 B．红色罩
C．蓝色罩 D．紫色罩
A
下列措施中，不会提高温室蔬菜产量的是（ ）
A、增大O2浓度 B、增大CO2浓度
C、增强光照 D、调节室温
A
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）
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的合成作用
例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌
化能合成作用
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
硝化细菌
2HNO2+O2 2HNO3+能量
硝化细菌
6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2
能量
酶
1.叶绿体中的色素所吸收的光能，用于_______ 和____________;形成的________和__________ 提供给暗反应。
2.光合作用的实质是：把______和_______转变为有机物，把_______转变成_______,贮藏在有机物中。
3.在光合作用中，葡萄糖是在________中形成的，氧气是在_________中形成的，ATP是在_______中形成的，CO2是在_______固定的。
水的光解
形成ATP
[H]
ATP
CO2
H2O
光能
化学能
暗反应
光反应
光反应
暗反应
1、在光合作用的暗反应过程中，没有被消耗掉的是（ ）
A、[H] B、C5化合物 C、ATP D、CO2
B
2、与光合作用光反应有关的是（ ）
①H2O ②ATP ③ADP ④CO2
A.①②③ B.②③④ C.①②④ D.①③④
A
3、将植物栽培在适宜的光照、温度和充足的C02条件下。如果将环境中C02含量突然降至极低水平，此时叶肉细胞内的C3化合物、C5化合物和ATP含量的变化情况依次是
A. 上升；下降；上升 　B. 下降；上升；下降
C. 下降；上升；上升 　 D. 上升；下降；下降
C
4、光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是（ ）
A.叶绿体类囊体膜上进行光反应和暗反应
B.叶绿体类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应
C.叶绿体基质中可进行光反应和暗反应
D.叶绿体基质中进行暗反应,不进行光反应
D
5、光合作用过程中，产生ADP和消耗ADP的 部位在叶绿体中依次为 ( )
①外膜 ②内膜 ③基质 ④类囊体膜
A．③② B．③④
C．①② D．④③
B
6、光合作用过程的正确顺序是（　）
①二氧化碳的固定 ②氧气的释放 ③叶绿素吸收光能④水的光解⑤三碳化合物被还原
A.④③②⑤① B.④②③⑤①
C. ③②④①⑤ D.③④②①⑤
7、在暗反应中，固定二氧化碳的物质是（　）
Ａ．三碳化合物　Ｂ．五碳化合物
Ｃ．［Ｈ］　　　Ｄ．氧气　
Ｄ
Ｂ
8、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
9、某科学家用含有14C的CO2来追踪光合作用中的C原子，14C的转移途径是（ ）
A、CO2 叶绿体 ATP
B、CO2 叶绿素 ATP
C、CO2 乙醇 糖类
D、CO2 三碳化合物 糖类
D
10、在光合作用过程中，能量的转移途径是
A、光能 ATP 叶绿素 葡萄糖
B、光能 叶绿素 ATP 葡萄糖
C、光能 叶绿素 CO2 葡萄糖
D、光能 ATP CO2 葡萄糖
B
例1.右图中a曲线表示在一定光照强度、不同温度条件下，某植物的光合作用量(单位时间内同化的C02量)；b曲线表示同等条件下的呼吸作用量(单位时间内释放出C02量)。依据检测结果，可获得的结论是（ ）
在20℃时植物的总光合
作用速率最高
B. 在40℃时，有机物
积累的量呈负增长
C. 在25℃时植物的净
光合作用量最高
D. 在20℃与30℃时，
有机物积累的速度相同
B
例2下面甲图表示植物的部分细胞结构和相关代谢情况，a～f代表O2或CO2，乙图表示温度对该植物光合作用与呼吸作用的影响请据图分析，下列说法正确的是：
A．甲图中可表示O2的字母是a、c、f，图中c 也可以表示葡萄糖的去向。
B．乙图中在5℃时光合作用制造的有机物量是呼吸消耗有机物量的2倍。
C．乙图中两条曲线交点表示净光合量与呼吸量相等，35℃时光合作用实际吸收CO2为6.50 mg／h
D．植物在20℃和25℃时有机物的积累量相等，植物长时间在35℃条件下则不能生长
√
不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出了红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。水层对光波中的红、橙部分吸收显著多于对蓝、绿部分的吸收，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，所以吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方
1.为生物生存提供了物质来源和能量来源； 2.维持了大气中O2和CO2的相对稳定；
3.对生物的进化有直接意义。
(1)使还原性大气→氧化性大气
(2)使有氧呼吸生物得以发生和发展
(3)形成臭氧层，过滤紫外线，
使水生生物登陆成为可能
四、光合作用的意义