第4节 能量之源- 光与光合作用
叶绿体中的色素
实验——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？
(三)方法与步骤
称取5g左右的鲜叶，剪碎，放入研钵中。加少许的石英砂（充分研磨）和碳酸钙 (中和细胞中的酸，防止镁从叶绿素分子中移出)与10ml无水乙醇。在研钵中快速研磨。将研磨液进行过滤。
(黄色)
(黄色)
(蓝绿色)
(黄绿色)
(橙黄色)
色素
叶绿素
（含量多）
类胡萝卜素
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
吸收红光
和蓝紫光
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
吸收
蓝紫光
{
{
{
}
}
叶绿体中色素的种类和作用
（含量少）
叶绿体中色素的吸收光谱
叶绿体中的色素主要吸收红橙光和蓝紫光
叶绿体中色素的吸收光谱
（1）
（2）
（3）
（4）
基粒
基质
外膜
内膜
叶绿体是光合作用的场所
（1）
（2）
色素在基粒类囊体薄膜中
酶在基粒
和基质中
叶绿体是光合作用的场所
帘卷西风，
人比黄花瘦
春夏的树叶
秋冬的树叶
什么色素减少了？
为什么这种色素秋冬减少而夏季不减少，
与什么环境因素有关？
强光、高温、低温都会使叶绿素分解。但无光环境叶绿素也不能生成.
1771年，英，普里斯特利的实验
1864年，德，萨克斯的实验
1880年，美，恩格尔曼的实验
20世纪30年代，美，鲁宾和卡门的实验
光合作用的发现史
1648年， 比利时，海尔蒙特的实验
20世纪40年代，美，卡尔文的实验
五年以后
1648年海尔蒙特实验：
穿孔的铁板盖在花盆上，只允许气体和水进入
植株 m = 2.5 kg
植株 m = 82.5 kg
土壤减少了100g
结论：认为植物生长主要是吸收了水
1771年 普里斯特利的实验
夕阳照射下玻璃罩内的蜡烛在丁香旁旺盛燃烧。
为什么蜡烛不会熄灭呢？
已知材料：丁香 蜡烛 玻璃钟罩
环境因素：阳光
实验现象：夕照下玻璃罩丁香旁的蜡烛依然燃烧
结论：绿色植物可以更新空气
请指出一个明显的漏洞。
没有设置对照组,排除光照对实验结果的干扰。
1779年英格豪斯(荷兰)做了500多次植物更新空气实验.发现:植物只有绿叶在光照下才能更新空气；只到1785年人们发现了空气的组成，才明确绿叶在光下放出O2,吸收CO2.1845年梅耶根据能量转化与守恒定律指出:植物在光合作用时把光能转换成化学能储存起来
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
实验结果的描述和相关结论的推导
实验结果也证明 光 是光合作用的条件
1880年 恩格尔曼的实验
隔绝空气
黑暗，用极细光束照射
完全暴露在光下
水绵和好氧细菌的装片
结论：
氧是由 叶绿体释放出来的，
叶绿体是光合作用的场所。
光合作用需要光照
结果：
1939年 鲁宾和卡门的实验
鲁宾和卡门的实验
证明：
光合作用释放的Ｏ2全部来自H2O中的O。
三、光合作用的过程
CO2+H2O
光能
叶绿体
（CH2O）+O2
光反应阶段
暗反应阶段

能量变化
物质变化
条件
进行部位
光反应阶段
叶绿体基粒中
光、色素和酶
光能→ATP中活跃的化学能
水的光解：H2O [H] + O2
酶
光能
合成ATP ： ADP+Pi ATP
酶
光能
主要产物
O2 、[H] 、ATP
光合作用的最终产物里面并没有[H]和ATP，
那么它们是怎么样被消耗掉的呢？
能量变化
物质变化
条件
进行部位
暗反应阶段
主要产物
叶绿体基质中
ATP 、[H]、酶
ATP中活跃的化学能→稳定的化学能
CO2的固定
CO2+C5 2C3
酶
2C3 + [H] （CH2O）
ATP ADP+Pi
酶
酶
C3的还原
ATP分解
（CH2O）
※光反应阶段与暗反应阶段的比较
类囊体的薄膜上
叶绿体的基质中
光、色素、酶
酶、[H] 、ATP(有无光均可)
光能→ATP中活跃的化学能→糖类等有机物中稳定的化学能
1. 水的光解
1. CO2的固定
2. C3的还原
2. ADP合成ATP
3.ATP水解
叶绿体基粒中
叶绿体基质中
光、色素和酶
ATP 、[H]、酶
光能→
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
水的光解、合成ATP
CO2的固定
ATP分解
C3的还原
光反应为暗反应提供[H]和ATP
暗反应产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料
光反应和暗反应过程比较
6CO2+12H2O
光能
叶绿体
C6H12O6+6H2O+6O2
元素来龙去脉
光合作用完整反映式(计算式)
探究影响光合作用的因素：
1.光照：(光合作用的动力)光照强度、光照时间、光质
适当提高光照强度、延长光照时间
促进光反应，产生更多的 ATP 和 [H]
思考：如果其它条件正常，突然停止光照，
C3、C5、ATP、[H]的含量会怎么变化？
C3↑
C5、ATP、[H]
↓
2.CO2浓度：光合作用的原料之一
适当提高空气中CO2浓度，促进暗反应进行
思考：夏天正午气孔关闭时C3、C5、
ATP、[H]的含量会怎么变化？
C3
C5、ATP、[H]
↓
↑
思考：如果其它条件正常，突然停止CO2供应，C3、C5、ATP、[H]的含量会怎么变化？
C3减少、C5增加、ATP增加、[H]增加
3.H2O：原料之一
4.温度：影响酶活性
5.矿质元素：叶绿素的组成元素ＣＨＯＮＭg
6.叶龄：
光照/CO2/H2O/矿质元素
6、光合作用原理的应用
※（1）影响光合作用的因素
CO2、水份、光照的长短与强弱、光质、温度、矿质元素等
（2）提高农作物光合作用强度的措施
3、适当提高CO2浓度
4、适当提高温度
5、适当增加植物体内的含水量
6、适当增加矿质元素的含量
2、合理密植
光合作用：
绿色植物通过叶绿体，利用光能把CO2和H2O合成储存能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
光能
叶绿体
CO2 +H2O ( CH2O )+ O2
光能
叶绿体
光合作用的实质（从物质和能量变化角度）
把无机物（CO2和H2O）转变为有机物，把光能转变为化学能，储存在有机物中
自养生物：能够直接把从外界环境摄取的无机物转变成为自身的组成物质(有机物)，并储存了能量的一类生物。如：绿色植物、少数细菌
化能合成作用
异养生物：不能直接利用无机物制成有机物，只能把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的组成物质，并储存了能量的一类生物。如：人、动物、真菌及大多数细菌
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
酶
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