第5章 细胞的能量供应和利用
第4节 能量之源—光与光合作用
叶绿体中的色素：
叶绿素
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
3/4
类胡萝卜素
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
捕获光能的色素
1/4
考点一：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：
1.滤纸条上色带的数目、排序、宽窄？
2.滤纸条上的滤液细线，为什么不能触及层析液？
预习导学 挑战自我，点点落实
一、叶绿体中的色素(阅读P97－99)
1.提取绿叶中的色素
(1)原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂_________中。
(2)步骤
取材：称取5 g新鲜绿叶
↓
研磨：剪碎叶片，加少许________________，再加入10 mL
_________，迅速研磨
　↓
无水乙醇
二氧化硅和碳酸钙
无水乙醇
过滤：漏斗基部放一块__________，将滤液迅速倒入玻璃漏斗
单层尼龙布
↓
收集：用小试管收集色素滤液，及时将试管口用_____塞严
2.分离绿叶中的色素
(1)原理：各种色素在层析液中的_______不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。因而色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。
棉塞
溶解度
(2)步骤
↓
剪去两角
去角的一端1 cm
↓
毛细吸管
待滤液干后
1～2
↓
分离绿叶中的色素：将适量层析液倒入试管中，将滤纸条
(有________的一端朝下)轻轻插入层析液中，
随后用棉塞塞紧试管口(注意：不能让滤纸条上
的_________触及层析液)
观察结果：滤纸条上色素带有4条
↓
滤液细线
滤液细线
(3)层析纸上色素的分布和对光的吸收
试剂及作用
实验表明：
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。
叶绿体中的色素：
叶绿素
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
吸收红光和蓝紫光
3/4
类胡萝卜素
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
吸收蓝紫光
1/4
考点二：光合作用的发现及概念
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。
光合作用的探究历程：
一、叶绿体的结构(阅读P99－100)
外膜
内膜
基粒
基质
有关的酶
色素和酶
类囊体
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
1880年，恩格尔曼(C.Engelmann)的实验：
一：叶绿体的功能
讨论
1、恩格尔曼实验的结论是什么？
2、此实验设计有什么巧妙之处？
3、以上资料可以得出什么结论？
O2是由叶绿体产生的
叶绿体是进行光合作用的场所。它内部的巨大膜表面上，分布了许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用的酶。
总结叶绿体的功能
极 细 光 束
三、光合作用的原理及探究历程(阅读P101－102)
1.有关光合作用的概念
(1)主要场所：______。
(2)能量来源：____。
(3)反应物：____________。
(4)产物：_____________。
(5)实质：合成有机物，储存能量。
叶绿体
光能
二氧化碳和水
有机物和氧气
1、蜡烛易熄灭、小鼠易窒息而死。
2、蜡烛不容易熄灭
3、小白鼠不易窒息而死
§4 能量之源——光与光合作用
1771年，普里斯特利(Joseph Priestley)：
1785年，才明确绿色植物在光照下释放氧气，吸收二氧化碳。
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。
植物可以更新空气，但忽略了光的作用。
§4 能量之源——光与光合作用
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：
1880年，恩格尔曼(C.Engelmann)的实验：
§4 能量之源——光与光合作用
§4 能量之源——光与光合作用
20世纪30年代 鲁宾和卡门的同位素标记法实验
该实验证明了什么？
光合作用中释放的O2全部来自H2O
A
B
§4 能量之源——光与光合作用
20世纪40年代，卡尔文(M.Calvin)
用14C标记的CO2供小球藻实验，追踪检测其放射性。探明CO2中的C的转移途径。
卡尔文循环：CO2 → C3 → (CH2O)
§4 能量之源——光与光合作用
反应条件：
反应场所：
反应物：
生成物：
能量变化：
光能等
叶绿体
CO2，H2O
有机物，O2
光能→化学能
四、光合作用的过程
光反应
暗反应
划分依据:反应过程是否需要光能
光反应在白天可以进行吗？夜间呢？
暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？
有光才能反应
有光、无光都能反应
酶
光反应阶段
光、色素、酶、水
叶绿体的类囊体薄膜上
水的光解：
（还原剂）
ATP的合成：
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的固定
C3的还原
叶绿体基质
多种酶
糖类+H2O
卡尔文循环
暗反应阶段
CO2的固定：
C3的还原：
叶绿体的基质中
[H] 、ATP、酶、CO2
场所：
条件：
物质变化
能量变化
CO2的固定
叶绿体基质
多种酶
糖类+H2O
[H]
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、H2O
CO2、多种酶、[H]、ATP
叶绿体类囊体薄膜上
叶绿体基质中
水的光解；ATP的生成
CO2的固定； C3的还原
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。
讨论：条件变化时，各种物质合成量的动态变化。
增加
减少
减少或没有
减少或没有
减少
增加
增加
增加
减少
增加
减少或没有
增加
增加
减少
减少
增加
H2O→2[H] + 1/2O2
水的光解：
ATP的合成：
暗反应
总结
光反应
特别说明：光合作用的产物除糖类和氧外，还有氨基酸、脂肪等有机物
总结
光反应
CO2的固定：
CO2的还原：
§4 能量之源——光与光合作用
场所:
类囊体薄膜
叶绿体基质
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：卡尔文循环
光能
ATP中活跃的化学能
(CH2O)中稳定的化学能
CO2
C3
（CH2O）
§4 能量之源——光与光合作用
光合作用的意义
为一切生物生命活动的进行提供所必需的营养物质
为一切生物生命活动的进行提供所必需的能量
维持大气中氧气和二氧化碳的平衡。缓解温室效应
总之，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。
形成臭氧，保护地球生物
自养生物
以光、CO2、H2O等无机物为原料合成糖类等有机物，且有机物中储存着由光能转换来的能量。例如绿色植物、许多微生物。
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。
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、硫细菌、Fe细菌。
光能自养生物
化能自养生物
生长时能以简单的无机物作为营养物质，称为自养型生物
新陈代谢
同化作用
（把非己变成自己）
异化作用
（把自己变成非己）
自养型
异养型
需氧型
厌氧型
红螺菌的同化作用属于兼性营养型
酵母菌的异化作用属于兼性厌氧型
光能自养型
化能自养型
内因：

外因：
基因决定酶种类数量不同
影响光合作用因素总结
两种表示方法有什么区别呢？
1.光
①光照强度
ABC点以及AB段、BC段各代表的意义，？
A:光照强度为0, 只进行细胞呼吸, 释放的CO2量表明呼吸强度
B:光合作用强度＝呼吸作用强度,呼吸释放的CO2全用于光合作用
C:光合强度最大点，C点以后限制光合作用的不再是光照强度
（光饱和点）
AB段:随光照增强,光合作用逐渐加强,此段呼吸强度＞光合强度
（呼吸强度）
（光补偿点）
BC段:随光照增强,光合作用逐渐加强,此段光合强度＞呼吸强度
光照强度对光合速率的影响
光
一天的时间
光合作用速率
O
光照强度
12
14
10
光合作用速率与光照强度、时间的关系
夏天一天中日照强度与光合作用速率的关系
日变化(光照时间)：一般与太阳辐射的进程相符合。
光合作用速率（夏天）
O
光照强度（夏天）
12
14
10
一天的时间
光合作用速率与光照强度、时间的关系
春天一天中日照强度与光合作用速率的关系
应用：控制好光强 、光照时间
措施：
①大棚种植阴雨天应补充光照，把光强控制在光饱和点，至少要在光补偿点之上；

②根据阳生植物和阴生植物对光照的不同要求，控制光照强弱。如间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的搭配等。

③通过轮作,延长光合作用时间
哪一株植物生长状况更好?
光质
温室大棚一般使用无色透明玻璃
呼吸量
影响光合作用的因素——光照面积
合理利用光能的方法
1、套种、复种：延长光合作用时间
2、间种、合理密植：增加光合作用面积
3、防止营养生长过强,导致叶面互相遮挡,呼吸强于光合,
影响生殖生长
2.温度
能
AB段:(在一定范围内)随温度的升高, 光合作用逐渐加强
B点:光合作用中酶的最适温度
BC段:酶活性降低,光合速率下降,若温度过高,酶失活停止光合作用
生活在寒带地区的植物能否正常进行光合作用？ 。
AB段、BC段、B点各代表？
？
一般植物在10℃～35℃下正常进行光合作用
应用措施：
（1）大田中适时播种
（2）温室栽培植物时，冬天适当增温，夏天适当降温；白天调到最适温度或适当提高温度，晚上适当降温以增加昼夜温差；阴雨天白天适当降温，维持昼夜温差。
请判断图中曲线哪条代表的是光合作用、呼吸作用？净光合速率曲线怎样绘制？

3.水分
①水分既是光合作用的原料和产物，又是化学反应的媒介
应用措施：
合理灌溉。
植物夏季为何“午休”？
②水分是植物蒸腾的对象。缺水→气孔关闭→CO2进入受阻→间接影响光合作用
4.CO2
a:CO2饱和点。光合速率不再随CO2浓度的增加而增加
CO2浓度
a
0
c
d
光合速率
呼吸速率
●
c:呼吸作用强度。只有呼吸，没有光合作用
d:CO2补偿点。光合作用吸收的CO2＝呼吸作用释放的CO2
ad段:(在一定范围内)光合速率随CO2浓度的增大而加快
A:进行光合作用所需最低外界CO2浓度
B:CO2饱和点
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浓度超过一定限度，将引起原生质体中毒或气孔关闭，抑制光合作用。
应用：温室栽培时适当提高CO2的浓度（燃烧液化石油气，②使用CO2发生器)
措施：
①多施有机肥或农家肥
②大田生产“正其行，通其风”，即为提高CO2浓度、增加产量
③释放一定量的干冰或施“碳铵” (NH4HCO3)
必须指出：①增加CO2可以提高光合效率，但是无限制地在全球范围内提高CO2浓度，会产生“温室效应”
CO2浓度超过一定限度，将引起原生质体中毒或气孔关闭，抑制光合作用。
5.矿质元素
在一定浓度范围内，增大必需元素的供应，可提高光合作用速率
当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫。
应用措施：
根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量合理施肥可促进叶片面积增大，提高酶的合成率，提高光合作用速率。
6.叶龄
OA段——幼叶。随幼叶的不断生长，叶面积增大，叶绿体增多，叶绿素含量增加，光合速率增加。

AB段——壮叶。叶片面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率稳定。

BC段——老叶。随叶龄的增加，叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。
应用措施：
农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶。可降低其呼吸作用消耗有机物。
几个易混淆的概念
光能利用率
光合作用效率
光合作用速率
光合作用强度
单位土地面积上植物光合作用积累的有机物中所含的化学能，占同一期间入射单位土地面积的光能量的百分率。光能利用率=光合作用制造的有机物中的能量/种植面积内所照射的光能。
一、光能利用率
⑴、延长光照时间、增加光合作用面积和增加光合作用效率等。其中延长光照时间是延长全年内单位土地面积绿色植物进行光合作用的时间。
提高光能利用率是发挥农作物增产潜力的有效途径
2、意义
1、概念
3、措施
⑵、轮种、间种和套种。在一年内通过巧妙搭配各种农作物，在空间和时间上提高光能利用；增加光合作用面积是通过合理密植，通过控制叶面积指数，保证净光合速率最大，积累的光合产物最多。
二、光合作用效率
绿色植物通过光合作用制造的有机物中所含的能量，与光合作用中吸收的光能的比值。光合作用效率=光合作用制造的有机物中的能量/光合作用中吸收的光能。μmol•m2•s-1（每秒每平方米叶面积吸收CO2微摩尔数）、μmol•dm2•h-1（每小时每平方分米叶面积吸收CO2微摩尔数）。
1、概念：
延长每天的光照时间、提高CO2浓度和温度，保证矿质元素的供应。
2、提高光合作用效率的措施
三、光合作用速率(光合速率）
单位时间、单位叶面积吸收的CO2的量或放出O2的量，称为光合作用速率，简称为光合速率
一般测定光合速率的方法中都没有把叶片的呼吸作用考虑在内，所以测定的结果实际上是光合作用减去呼吸作用的差数，称为表观光合速率或净光合速率。如果把表观光合速率+呼吸速率，则得到总（真正）光合速率。
1、概念：
四、光合作用强度
植物在光照下单位时间内通过光合作用制造糖类的数量，称为光合作用强度。
1、概念：
2、影响光合作用强度的因素
内因：个体差异、酶的种类和数量、叶龄、叶面积指数(疏密）
外因：光（强度、光质、时间长短）；CO2浓度；温度矿质元素；水分、
概念之间的联系与区别
光能利用率与光合作用效率
光合作用速率与光合作用强度
光合作用效率与光合作用速率
光能利用率与光合作用效率
光能利用率是针对单位面积土地上的植物光合作用，包括光合作用效率。
光合作用效率是针对植物本身光合作用，通常从影响植物光合作用的环境因素来分析。两者之间的关系是包含关系。
光合作用速率与光合作用强度
这两个概念没有本质区别，只是测定的角度不同。但大多数情况是测定光合作用速率
光合作用速率是针对单位时间、单位叶面积吸收CO2的量或放出O2的量
光合作用强度是针对单位时间内制造糖类的数量，由于吸收CO2的量或放出O2的量与制造糖类的量之间具有一定的数量关系，若制造的糖类是C6H12O6时，吸收6分子CO2，可制造1分子C6H12O6
光合作用效率与光合作用速率
光合作用效率是从能量的角度计算
光合速率是从物质变化角度的测定。
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
练一练
4、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__________
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
6.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
5.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
植物在光照下单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。可通过测定一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量地表示。
光合作用强度概念
影响光合作用强度的因素
植物自身因素(植物种类、不同生长阶段、酶的种类和数量、叶面积指数、叶龄)
环境因素：光（强度、光质、时间长短）、温度、水分、CO2浓度、矿质元素
光合作用原理的应用
4. （04北京）在相同光照和温度条件下，空气中CO2含量与植物光合产量（有机物积累量）的关系如图所示。理论上某种C3植物能更有效地利用CO2，使光合产量高于m点的选项是
A. 若a点在a2，b点在b2时
B. 若a点在a1，b点在b1时
C. 若a点在a2，b点在b1时
D. 若a点在a1，b点在b2时
D
4．（04广东）下列关于光合作用和呼吸作用的叙述，正确的是
A．光合作用和呼吸作用总是同时进行
B．光合作用形成的糖类能在呼吸作用中被利用
C．光合作用产生的ATP主要用于呼吸作用
D．光合作用与呼吸作用分别在叶肉细胞和根细胞中进行
C
5． （04广东）光合作用暗反应阶段中直接利用的物质是
A．O2和C3化合物 B．叶绿体色素
C．H20和O2 D．氢[H]和ATP
D
7．（04江苏）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．叶绿体的类囊体膜上进行光反应和暗反应
B．叶绿体的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
l．（04湖南）下列关于光合作用强度的叙述，正确的是
A．叶片从幼到老光合作用强度不变
B．森林或农田中植株上部叶片和下部叶片光合作用强度有差异
C．光合作用强度是由基因决定的，因此是固定不变的
D．在相同光照条件下，各种植物的光合作用强度相同
B
21．（上海）叶绿体含多种色素，其中一种色素能接受其它色素所吸收的光能，该色素是
A．胡萝卜素 B．叶黄素
C．叶绿素a D．叶绿素b
C
2.（06北京）夏季，在晴天、阴天、多云.高温干旱四种天气条件下，猕猴桃的净光合作用强度（实际光合速率与呼吸速率之差）变化曲线不同，表示晴天的曲线图是
B
5、（05北京）为验证光是植物生长发育的必要条件，设计如下实验：选择生长状况一致的小麦幼苗200株，随机均分为实验组和对照组，分别处理并预期结果。下面是关于实验组或对照组的处理方法和预期结果的几种组合，其中正确的是
①实验组　②对照组　③黑暗中培养　④在光下培养　⑤生长育好　⑥生长不良
A、②③⑤　　　　B、①③⑥　　　　
C、①④⑤　　　　D、②④⑥
B
例1：科学家用14C标记二氧化碳，发现碳原子在一般植物体内光合作用中的转移途径是
A．二氧化碳→叶绿素→葡萄糖
B．二氧化碳→ATP→葡萄糖
C．二氧化碳→五碳化合物→葡萄糖
D．二氧化碳→三碳化合物→葡萄糖
D
§4 能量之源——光与光合作用
例2：在一定时间，绿色植物在一定强度的_________的照射下，放出的氧最多
A．白光
B．红光和蓝紫光
C．蓝紫光和绿光
D．红光和绿光
A
§4 能量之源——光与光合作用
例3：生长旺盛的叶片，剪成5mm见方的小块，抽去叶内气体，做下列处理，如图，这四个处理中，沉入底部的叶片小块最先浮起的是
A
§4 能量之源——光与光合作用
例4：将一株植物培养在H218O中并进行光照，过一段时间后18O存在于
A．光合作用生成的水中
B．仅在周围的水蒸气中
C．仅在植物释放的氧气中
D．植物释放的氧气和周围的水蒸气中
D
§4 能量之源——光与光合作用
例5：将置于阳光下的盆栽植物移至黑暗处，则细胞内三碳化合物与葡萄糖的生成量的变化是
A ．C3增加，葡萄糖减少
B．C3与葡萄糖都减少
C ．C3与葡萄糖都增加
D．C3突然减少，葡萄糖突然增加
A
§4 能量之源——光与光合作用
(1)该装置进行的实验是_______________。
(2)该实验中用煮沸又冷却的葡萄糖溶液的目的是______________________。
(3)图中溶液A是 。
(4)酵母菌产生的气体是 。写出其反应式
例6：根据下图回答问题：
酵母菌能否无氧呼吸?产物是否有CO2
杀灭葡萄糖液中的其它生物,除掉溶液中的氧气。
澄清石灰水
CO2
C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 +能量
酶
§4 能量之源——光与光合作用
例7：下图表示某植物生理作用与环境因素之间的关系。请据图回答问题：
(1)甲图中，A点表示植物只能进行 作用，
B点表示 与 _________________达
到相等。
呼吸
呼吸作用释放的CO2量
光合作用吸收的CO2量
§4 能量之源——光与光合作用
(2)上述甲、乙两图表示影响光合作用的因素包括 。