5.3能量之源——光与光合作用 生物组 陈丽芳

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？

绿叶中色素的提取和分离 实验原理：提取(无水乙醇)、分离(层析液) 目的要求：绿叶中色素的提取和分离及色素的种类 材料用具：新鲜的绿叶、定性滤纸等、无水乙醇等 方法步骤： 1.提取绿叶中的色素 2.制备滤纸条 3.画滤液细线 4.分离绿叶中的色素 5.观察和记录 讨论：

方法与步骤

层析液 培养皿 铅笔线 滤液细线 层析液易挥发， 并有一定的毒性！

实验结果

叶绿体中的色素提取液 叶绿素主要吸收___________ 类胡萝卜素主要吸收________ 蓝紫光、红光 蓝紫光

叶绿体中的色素： 叶绿素a（蓝绿色） 叶绿素 叶绿素b（黄绿色） 吸收红光和蓝紫光 胡萝卜素（橙黄色） 类胡萝卜素 叶黄素（黄色） 3/4 吸收红光和蓝紫光 胡萝卜素（橙黄色） 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 类胡萝卜素 叶黄素（黄色） 1/4 吸收蓝紫光

思考 1、石英砂、碳酸钙在实验中起什么作用？ 2、加入无水乙醇的作用是什么？ 3、为什么要迅速研磨？ 4、为什么必须及时用棉塞塞紧试管口？ 石英砂：研磨充分 碳酸钙：防止叶绿素被破坏 叶绿体中色素能够溶解在乙醇中（色素提取的原理） 防止乙醇挥发 防止乙醇挥发 5、为什么色素会在滤纸条上分离？ 6、为什么将干燥的滤纸的一端剪去二个角？ 7、为什么滤液细线越细、越直越好？ 8、为什么画滤液细线需要重复2-3次？ 9、为什么滤液细线不能触及层析液？ 10、为什么烧杯要盖培养皿？ 不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的色素随层析液在滤纸条上的 扩散速度快（色素分离的原理） 保证层析液同步到达滤液细线 保证滤液细线上的色素可以同时向上扩散，避免色素带重叠 保证更多的色素转移至细线处 防止色素溶解在层析液中 防止层析液挥发

二、光合作用的原理和应用 光合作用的探究历程：

公元前3世纪，亚里士多德认为植物生长在土壤中，所以植物生长发育所需物质完全来自土壤。

五年后 一、1629年比利时科学家海尔蒙特实验 +74.7kg －0.057kg 植物生长所需要的物质是不是都来源于土壤？ 2.3kg 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

结论：植物增重来自水分 光、空气等 通过实验，海尔蒙特推翻了亚里士多德的错误观点，那他的实验结论完全正确吗？ 从柳树生活环境的角度分析，还应考虑什么因素？ 光、空气等

结论： 植物可以更新空气。 二、1771年普里斯特利（英）对光合作用的探索 植物对空气成分（好空气和坏空气）的影响？ 【好空气：促进燃烧、维持呼吸】 【坏空气：不能促进燃烧、不能维持呼吸】 二、1771年普里斯特利（英）对光合作用的探索 结论： 植物可以更新空气。

三、1779年英格豪斯（荷兰）实验 英格豪斯做了500多次实验终于找到了将坏空气转变成好空气的关键因素是“光”。 1、只有在光下植物才能更新空气。 2、植物体只有绿叶在光下才能更新空气。

植物究竟更新了空气中的什么成分？ 直到1785年，由于发现了空气的组成，人们才明确：在光下放出的是氧气，吸收的是二氧化碳。

1845年，德国科学家梅耶 据能量转化与守恒定律明确指出：植物进行光合作用时，将光能转化成化学能储存起来。 那么光能哪儿去了呢？

四、1864年萨克斯（德国）实验 植物的光合作用产生了什么？ 光照 暗处理 酒精脱色 碘蒸汽处理 结论：绿色植物的光合作用产生了淀粉。

光合作用利用H2O和CO2合成了储存能量的有机物并释放出O2，那么O2中的氧来自于谁呢？ 1939年 ，美国科学家鲁宾和卡门 用同位素标记法回答了这一问题。

实验结论:光合作用释放的氧气全部来自水。 六、1923年美国科学家鲁宾和卡门实验及结论 光合作用放出的氧气来源于H2O，还是CO2？ 实验：（1）用18O分别标记H218O和C18O2 （2）第一组：向绿色植物提供H218O和CO2 第二组：向绿色植物提供H2O和C18O2 H2180 C02 1802 H20 C18O2 02 光照射下的 小球藻悬液 实验结论:光合作用释放的氧气全部来自水。

光合作用的探究到此结束了吗？ 20世纪40年代，美国的科学家卡尔文发现了卡尔文循环，探明了二氧化碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。

1897年，人们首次把绿色植物的上述生理活动称为光合作用。这样，柳苗的生长之迷也终于被揭开了。

1771年，普里斯特利(Joseph Priestley)： 光合作用的探究历程 1771年，普里斯特利(Joseph Priestley)： 植物可以更新空气，但忽略了光的作用。 1779年，英格豪斯（J.Ingen-housz）发现： 普里斯特利的实验只有在光下才能成功；植物体只有绿叶才能更新污浊的空气。 1785年，才明确绿色植物在光照下释放氧气，吸收二氧化碳。

1845年，德国科学家梅耶（R.Mayer）： 根据能量转化与守恒定律明确指出，植物在进行光合作用时，把光能转化成化学能储存起来了。 1864年，萨克斯(Julius von Sachs)的实验： 绿色叶片在光合作用中产生淀粉 1880年，恩吉尔曼的实验： 氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是进行光合作用的场所。

1940年，美国科学家鲁宾、卡门同位素标记实验： 光合作用释放的氧气全部来自于水 20世纪40年代，美国科学家卡尔文的实验： CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径---卡尔文循环

光 氧气 二氧化碳 有机物 叶绿体 光合作用 水 光照 表达式： 二氧化碳+水 氧气+有机物 叶绿体

CO2+H2O* (CH2O)+O2* 2、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。 反应式： 叶绿体 光 CO2+H2O* (CH2O)+O2*

捕获光能的结构—叶绿体 绿叶 叶片中的叶肉细胞 叶肉细胞 亚显微结构模式图 叶绿体亚显微 结构模式图

（1）分布 主要分布在绿色植物的叶肉细胞 （2）形态 一般呈扁平的椭球形或球形 （3）结构 外膜 内膜 保证了叶绿体相对独立地进行代谢活动 基粒 由两个以上的类囊体组成，含色素和酶 基质 含多种光合作用所必需的酶、少量的DNA （4）功能 光合作用的场所 “养料的制造车间” “能量的转换站”

叶绿体的功能 实验结论：叶绿体是光合作用的场所

光合作用的过程及实质 色素：基粒类囊体的薄膜上。 酶：基粒类囊体的薄膜上和叶绿体基质中。

类囊体膜 酶 H2O [H] ATP Pi ＋ADP 1.光反应阶段 条件 ： 场所： 物质变化： 能量变化： 叶绿体内的类囊体膜上 光、 色素、 酶 H2O [H] + O2 光能 水的光解： （还原剂） ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP 酶 ATP的合成： 光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中

2.暗反应阶段 条件： 场所： 物质变化： 能量变化： 叶绿体的基质中 C3的还原： CO2 糖类 五碳化合物 C5 蛋白质 脂质 多种酶、 [H] 、ATP CO2＋C5 2C3 酶 CO2的固定： 2C3 (CH2O) 酶 糖类 C3的还原： ADP+Pi ATP [H] 、 ATP中活跃的化学能转变为糖类等 有机物中稳定的化学能 CO2 糖类 五碳化合物 C5 蛋白质 脂质 CO2的固定 三碳化合物 2C3 C3的还原 基质 多种酶 [H] ATP

光合作用全过程图解 场所: 类囊体薄膜 叶绿体基质

原料和产物的对应关系： C H O 能量的转移途径： 碳的转移途径：卡尔文循环 CO2 （CH2O） H2O CO2 O2 H2O ATP中活跃的化学能 (CH2O)中稳定的化学能 光能 碳的转移途径：卡尔文循环 CO2 C3 （CH2O）

光反应阶段与暗反应阶段的比较 项目 光反应阶段 暗反应阶段 区 别 场所 条件 物质变化 能量转化 联 系 囊状结构的薄膜上 叶绿体的基质中 需光、色素和酶 不需光、色素;需多种酶 CO2的固定：CO2+C5 2C3 C3的还原： 2C3 （CH2O） [H]，ATP 酶 ATP ADP+Pi 水的光解：H2O 光 [H]+O2 光 ADP+Pi ATP 酶 光能转变为ATP中活泼的化学能 ATP中活泼的化学能转化为糖类等有机物中稳定的化学能 联 系 1、光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应的进行提供[H]和ATP 2、暗反应是光反应的继续，暗反应为光反应的进行提供合成ATP的原料ADP和Pi 3、两者相互独立又同时进行，相互制约又密切联系。

四、光合作用的实质 转变 物质变化： 无机物 有机物 转变 能量变化： 光能 糖类等有机物中的化学能

化能合成作用 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 2HNO2+O2 2HNO3+能量 能量 利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来把无机合成有机物，如硝化细菌。 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 硝化细菌 硝化细菌 2HNO2+O2 2HNO3+能量 能量 6CO2+6H2O C6H12O6+6O2

自养生物: 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） 以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着的能量。 光能自养生物 绿色植物 如：绿色植物、水藻、少数种类的细菌 硝化细菌 化能自养生物 如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌、氢细菌等 所需的能量来源不同（光能、化学能）

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。 如：人、动物、真菌及大多数的细菌。

光合作用原理的应用 1、单位时间内光合作用产生有机物（糖）的 数量（即植物重量或有机物的增加量）。 光合作用强度表示方法： 1、单位时间内光合作用产生有机物（糖）的 数量（即植物重量或有机物的增加量）。 2、单位时间内光合作用吸收C02的量(或实验 容器内CO2减少量)。 3、单位时间内光合作用放出02的量(或实验容 器内02增加量)。

影响光合作用的因素

叶龄 OA段： AB段： BC段： 幼叶，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用速率不断提高。 壮叶，叶片的面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率也基本稳定。 BC段： 老叶，随着叶龄的增加，叶片内叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。 应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶，可降低其细胞呼吸消耗有机物。

光合作用强度表示方法 1、单位时间内光合作用产生有机物（糖）的 数量（即植物重量或有机物的增加量）。 2、单位时间内光合作用吸收C02的量(或实验 容器内CO2减少量)。 3、单位时间内光合作用放出02的量(或实验容 器内02增加量)。

★单因子变量对光合作用的影响 1、光照 时间越长，产生的光合产物越多 在一定光照强度范围内，增加 光照强度可提高光合作用速率。 ①光照时间： ②光照强度： ③ 光质： 时间越长，产生的光合产物越多 在一定光照强度范围内，增加 光照强度可提高光合作用速率。

②光照强度 → 光照强度 →光反应 →[H]、ATP →暗反应 C3还原 （CH20） 光强 CO2 吸收 释放 A B C 光合速率 光强

真正光合速率＝净光合速率+呼吸速率 A点： AB段： B点： BC段： C点： 吸收 光强 CO2 吸收 释放 A B C A点： 光照强度为0时只进行细胞呼吸，释放C02量代表此时的呼吸强度 AB段： 随光照强度增强，光合作用逐渐增强，C02的释放量逐渐减少,因一部分用于光合作用。 光饱和点 光补偿点 B点： 光补偿点,此时细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用速率=细胞呼吸速率 BC段： 随光照强度不断增强，光合作用不断增强 C点： 光饱和点,光照强度达到一定值时，光合作用不再增强 真正光合速率＝净光合速率+呼吸速率

过度密植减产的原因 (1)白天：适当增强光照 据光照强度可制定的农作物增产措施 (2)阴雨天：适当补光 (3)种植时：★ 合理密植 过度密植使得植物下半部的叶片受到的光照强度过弱（小于光补偿点），使这部分叶片光合作用强度小于呼吸作用强度造成大量消耗有机物导致农作物减产。

③ 光的性质 白光>红光、蓝紫光>… …>绿光 ⑴温室大棚塑料薄膜的颜色最好是： 无色透明 ⑵绿色植物生理实验的安全灯颜色： 绿色

2、光照面积 OA段： A点： OB段： BC段： OC段： 随叶面积的不断增大， 光合作用实际量不断增大 光合作用面积的饱和点 随叶面积的增大，光合 作用不再增强，原因是有 很多叶被遮挡，光照强度在光补偿点以下 OB段： 干物质量随光合作用增强而增加 BC段： 随叶面积的不断增加，干物质积累量不断降低 OC段： 随叶面积的不断增加，呼吸量不断增加

应用：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长，使中下层叶片所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费。

3、CO2浓度 A点： AB段： B点： CO2浓度 →C3的生成 →暗反应C3还原 →（CH20） 进行光合作用所需CO2的最低浓度 光合速率 CO2浓度 B 在一定范围内，随C02浓度的提高，植物的光合速率加快 AB段： A B点： 表示C02的饱和点，CO2超过该浓度，光合速率达到最大不再提高。

应用： （1）合理密植使农田通风良好。“正其行，通其风” （2）温室栽培，晴天适当增加CO2浓度 ①施有机肥（农家肥） ②施用NH4HCO3肥料 ③CO2发生器

4、H2O 应用：根据作物需水规律合理灌溉； 预防干旱洪涝 H2O →H+的生成 →[H]的生成 →暗反应C3还原 →（CH20） OA段：在一定范围内，水 越充足，光合作用速率越快 含水量 1、光合作用的原料； 2、植物体内各种生化 反应的介质； 3、影响气孔的开闭。 应用：根据作物需水规律合理灌溉； 预防干旱洪涝

5、矿质元素 矿质元素直接或间接影响光合作用。如可促进叶片面积增大，提高酶的合成速率，作为酶的激活剂等，提高光合作用速率。 矿质元素 应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量。

6、温度 次 1、温度 →酶活性 →光反应 →NADPH、ATP生成量 主 暗反应 （CH20）生成量 2、温度是影响气孔开闭的因素之一

应用： 1、适时播种； 2、温室栽培： 3、防止“午休”现象 ⑴晴天：白天适当升温，晚上适当 降温以保持较高的昼夜温差 ⑵连续阴雨天：白天和晚上均降温