能量之源

(共52张PPT)
§5.4 能量之源
光与光合作用
---------第一课时
本节聚焦
1、捕获光能的色素有哪些？
2、叶绿体的结构是怎样的？
3、叶绿体的结构有哪些适于进 行光合作用的特点？
①
②
④.
③
⑤
外膜
内膜
基粒
类囊体膜
基质
“万物生长靠太阳”，光合作用主要是由植物的哪个结构完成的？
叶绿体是怎样吸收光能的呢？
一 捕获光能的色素和结构
绿叶中色素的提取和分离
实验原理：
叶绿体中的色素都能溶解于有机溶剂中，如丙酮（无水酒精）等。所以可以用丙酮（无水酒精）提取叶绿体中的色素。不同的色素在层析液中的扩散速度不同，因此可以把它们分开
叶绿素a (蓝绿色)
类胡萝卜素
叶 绿 素
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
叶绿素b（黄绿色）
（1 /4）
（3 /4）
色素的种类
这四种色素就是叶绿体中捕获光能的色素。
这四种色素只吸收可见光，它们吸收的光谱是否一样呢？
叶绿体中的色素提取液
将提取出的叶绿体中的4种色素溶液分别放在可见光与三棱镜之间，可以看到连续光谱中有些波长的光被吸收了。
0
波长
吸收光能的百分比
50
100
叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱
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。
叶绿素a
叶绿素b
类胡萝卜素
1、 叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，但对其他波段的光并不是不吸收，而是吸收量较少。
树叶为什么是绿色的？
思考：
思考：不同颜色的温室大棚那一种光和效率最高？那一种最低？
（1）无色透明大棚日光中各色光均能通透，有色大棚主要透过同色光，其它光被其吸收，所以用无色透明的大棚光合作用效率最高。
（2）叶绿素对绿光吸收量最少，因此绿色塑料大棚光合作用效率最低。
思考：
植物细胞中的色素分布在那些细胞器？
吸收光能的色素存在于叶绿体的什么部位？
类囊体
吸收光能的四种色素，就分布在类囊体的薄膜上。
叶绿体的功能仅仅是吸收光能吗
光照下
极细光束照射
好氧细菌
黑暗中
恩格尔曼的第二个实验
实验结论
氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
本实验设计巧妙之处在于：
(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。
(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。
1．研磨绿叶时要加入碳酸钙，其目的是 ( )
A．使各种色素溶解在丙酮中 B．使研磨充分
C．防止色素分子被破坏 D．加速研磨
2．对“叶绿体中色素的提取和分离”实验中，下列描述
正确的是 ( )
A．将5g新鲜完整的菠菜叶，放入研钵中，加入无水乙醇、二氧化硅、CaCO3以后，迅速研磨
B．用毛细吸管吸取少量滤液；沿铅笔线处小心均匀地划出一条滤液细线，并连续迅速地重复划2～3次
C．把划好细线的滤纸条插入层析液中，并不断摇晃，以求加快色素在滤纸条上的扩散
D．色素分子是有机物，不溶于水，所以研磨过程中加入无水乙醇是为了溶解色素
C
D
3、下图所示“叶绿体中色素的提取和分离”实验的装置
正确的是 ( )



4、纸层析法分离叶绿体色素时,滤纸上最下端的色素名称和颜色分别是 ( )
A．橙黄色的胡萝卜素 B．黄色的叶黄素
C．蓝绿素的叶绿素a D．黄绿色的叶绿素b
5、在圆形滤纸的中央，滴上叶绿体的色素滤液进行色素分离，会看到近似同心的四圈色素环，排在最外圈的色素是 ( )
A．橙黄色的胡萝卜素 B．黄色的叶黄素
C．蓝绿素的叶绿素a D．黄绿色的叶绿素b
B
D
A
二 光合作用的原理和应用
光合作用的探究历程
结论：植物的物质积累不是来自于土壤，而是完全来源于水。
开始时 5年后 实验前后的差值
柳树的质量 2.3kg 76.7kg
干土的质量 90.8kg 90.743kg
+74.7kg
－0.057kg
17世纪比利时 海尔蒙特
柳苗栽培实验
1771年，英国普里斯特利的实验
1771年，英国普里斯特利的实验
结论：绿色植物可以更新空气。
有时实验成功
英国普里斯特利的实验
有时实验失败
得到相反结论：绿色植物也能使空气变污浊。
1779年，荷兰英格豪斯重复了普里斯特利
的实验 500多次。
结论：只有在阳光照射下才能成功，只有绿叶才能更
新污浊的空气。
直到1785年，人们发现了空气的组成。
终于明确了绿叶在光下吸收CO2 ，放出O2。
1845年，德国梅耶根据能量转换和守恒定
律指出：植物在进行光合作用时，把光能转换
成化学能储存起来。
1939年，美国鲁宾和卡门的实验
结论：光合作用释放的氧全部来自参加反应的水。
光合作用释放的O2是来自CO2还是H2O？
同位素标记法
A
B
对照组
提供H2O、 C18O2 ,释放的氧是O2
实验组：
提供H218O、CO2 , 释放的氧是18O2
绿色叶片
黑暗处理
遮光曝光
碘蒸汽
不变蓝
变蓝
结论：绿色叶片在光合作用下产生了淀粉。
一半遮光
一半曝光
1864年萨克斯实验
化学能储存在哪里？
20世纪40年代，美国卡尔文用14CO2供小球
藻进行光合作用，最终探明了CO2中碳在光合作
用中转化成有机物中碳的途径，称卡尔文循环。
光合作用的总反应式
CO2 +H2O （CH2O）+ O2
光能
叶绿体
光合作用释放的氧全部来自参加反应的水。
光合作用的原理
原料：
产物：
条件：
场所：
CO2、H2O
糖类，O2
光
叶绿体
反应场所 —— 叶绿体基质中
1. CO2 的固定，和C5结合生成C3 。
2. C3 的还原，生成糖类。
反应场所 —— 基粒的囊状结构薄膜上
1. 水的光解，生成氧气和[H]。
2. 合成 ATP。
光反应阶段（需光）
暗反应阶段（不需光）
光合作用的过程
叶绿体
中的色素
光能
H2O
[H]
O2
ATP
ADP + Pi
直接释放到空气中
为第二阶段提供还原剂
为第二阶段提供能量
光反应阶段
水在光下分解
酶
光反应阶段
条件：
场所：
物质变化:
H2O →[H]+ O2
ADP + Pi + 光能 → ATP
能量变化:
光能→ATP中活跃的化学能
光能 酶 色素
叶绿体类囊体的薄膜上
光
酶
酶
多种酶
参加催化
2C3
CO2
C5
还
原
（CH2O）
暗反应阶段
供氢
酶
〔H〕
ATP
供能
酶
固
定
暗反应阶段
条件：
场所：
叶绿体基质
多种酶，光反应阶段提供的还 原剂[H]和能量ATP
能量变化：
ATP中的活跃化学能
↓
有机物中稳定的化学能
CO2 + C5 2C3
二氧化碳的固定：
三碳化合物被还原：
2C3 +【H】 （CH2O）＋C5
ATP ADP + Pi + 能量
酶
酶
酶
ATP
ATP的分解：
[H]
ATP
ADP+Pi
CO2
2C3
C5
(CH2O)
供氢
供能
多种酶
的催化
固定
酶
还原
6CO2 + 6C5 12C3
12C3 C6H12O6 + 6C5
ATP、[H]
卡尔文循环
H2O
光能
H2O
O2
H
ATP
ADP+Pi
CO2
2C3
C5
(CH2O)
叶绿体
中的色素
供氢
酶
供能
多种酶
的催化
固定
酶
还原
光反应能促进暗反应吗？暗反应能促进光反吗？
光反应阶段（基粒）
暗反应阶段（基质）
H2O
光能
活跃的化学能
有机物中
稳定的化学能
光反应和暗反应是一个整体,二者紧密联系,缺一不可。光反应是暗反应的基础，光反应阶段为暗反应阶段提供能量（ATP）和还原剂[H]，暗反应阶段产生的ADP和Pi为光反应阶段合成ATP提供原料。
比较项目 光反应 暗反应
区
别
反应条件
反应场所
物质变化
能量变化
联 系
光 色素 酶
[H] ATP 多种酶
基粒囊状结构薄膜
叶绿体基质
① 水的光解
H2O → [H]＋ O2
② ATP的生成
ADP＋Pi＋能量→ATP
②C3(CO2)的还原
①CO2的固定
CO2＋C5→2C3
光能→活跃化学能
活跃化学能→
稳定化学能
光反应为暗反应提供还原剂[H]和ATP，暗反应也促进光反应的进行。
C5
2C3 (CH2O)
ATP
[H]
影响光合作用的外界因素：
光、温度、CO2、（还有水、矿质元素）
夏季中午，为什么有些植物的光合作用强度明显减弱？
光合速率:
又称光合强度，是指一定量的植物(如一定
的叶面积)在单位时间内释放的氧气或吸收的二氧化碳。
CO2 +H2O （CH2O）+ O2
光照
叶绿体
环境中影响光合作用强度的因素
实验原理：
利用真空渗水法排除叶片细胞间隙中的气体，使其沉入水中。在光合作用的过程中植物吸收CO2并排除O2，产生O2的多少与光合作用的强度密切相关， O2溶解度很小，积累在细胞间隙从而使下沉的叶片上浮。因此可依据一定时间内叶片上浮的数量，来比较光合作用的强弱。
材料用具：
生长旺盛的绿叶，打孔器，注射器，40W台灯，100ml烧杯，镊子，NaHCO3溶液，一次性纸杯，标签纸，清水等
实验步骤：
1、用打孔器打出大小相等的圆叶片若干片（避开叶的主脉）
2. 用注射器连抽几次抽出叶片中的气体，使叶片沉入水底
3.将气体逸出的叶片放入一次性杯中保存
4.将3个烧杯编号后，分别加入40ml相应溶液，并各放入10片抽去气体的叶片
5.按实验记录表进行操作
烧杯编号 处理条件 5分钟上浮数 10分钟上浮数 15分钟上浮数
1 距40W台灯15cm,
2%NaHCO3溶液，
室温 1 5 9
2 距40W台灯25cm，
2%NaHCO3溶液，
室温 0 2 5
3 距40W台灯15cm，
清水，
室温 0 0 0
1、光合作用与呼吸作用的关系
净光合作用：不算呼吸作用放出的二氧化碳量，只算从外界吸收的二氧化碳量，即是在光下测定的二氧化碳的吸收量。
总光合作用：是指植物在光下实际把二氧化碳转化成有机物的 量，即在单位时间、叶面积从外界吸收和自身呼吸释放的二氧化碳的量。
1）光照强度：在其他条件都适宜的情况下，在一定范围内，光合速率随光照强度提高而加快。当光照强度高到一定数值后，光照强度再提高而光合速率不再加快，这种现象叫光饱和现象。
开始达到光饱和现象的光照强度为光饱和点。随着光照强度减弱，光合速率减慢，当减弱到一定的光照强度时，光合吸收的二氧化碳与呼吸释放二氧化碳的量几乎相等，此时的光照强度为光补偿点。阴生植物的光饱和点与光补偿点一般都低于阳生植物。
2）二氧化碳浓度；
二氧化碳含量很低时，绿色植物不能制造有机物，随着二氧化碳含量的提高，光合作用增强；当二氧化碳含量提高到一定程度时，光合作用的强度不再随二氧化碳含量的提高而增强。
3）温度的高低
光合作用有一个最适温度，一般温带植物的最适温度常在25℃左右
？
光合作用与呼吸作用的区别
光合作用 呼吸作用
原料 CO2、H2O O2、葡萄糖等有机物
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
光合作用和呼吸作用中的化学计算
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
光合作用原理的应用
1. 延长光合作用时间
提高复种指数（缩短田地空闲时间）
一年一熟 → 二年三熟，一年二熟。
2. 增加光合作用面积：合理密植
3、适当提高CO2浓度－多施农家肥；增加通风
4、适当提高温度－白天提高温度，增加光合速率
夜晚降低温度，降低呼吸速率
5、合理灌溉 6、合理施肥
1.在光合作用过程中，不属于暗反应的是
A.CO2与五碳化合物结合 B.三碳化合物接受ATP释放的能量
C.H2O的氢传递给NADP+ D.NADPH的氢传递给三碳化合物
2.离体的叶绿体在光照下进行稳定光合作用时，如果突然中断CO2气体的供应，短暂时间内叶绿体中C3化合物与C5化合物相对含量的变化是
A. C3化合物增多、 C5化合物减少
B. C3化合物增多、 C5化合物增多
C. C3化合物减少、 C5化合物增多
D. C3化合物减少、 C5化合物减少
3.对某植株作如下处理：（甲）持续光照10min；（乙）光照5s再黑暗处理5s，连续交替进行20min。若其他条件不变，则在甲、乙两种情况下植株所制造的有机物总量是
A.甲多于乙 B.甲少于乙 C.甲和乙相等 D.无法确定
课后习题
C
C
B