第四节 能量之源———
光与光合作用
能量的最终来源是光能
学习目标
1、说出绿叶中色素的种类和作用。
2、说出叶绿体的结构和功能。
3、识记光合作用的概念以及对它的认识过程。
4、尝试探究影响光合作用强度的环境因素。
5、说出光合作用的原理的应用。
6、简述化能合成作用。
第4节 能量之源－－光与光合作用
提取和分离叶绿体中的色素
实验原理：
1.提取：叶绿体中的色素都能溶解于有机溶剂中，如无水乙醇、丙酮等。所以可以用无水乙醇提取叶绿体中的色素。
2.分离：绿叶中的色素不止一种，它们都能溶解在层析液中。然而，它们在层析液中的溶解度不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢，因而可用纸层析法进行分离。
步骤：剪碎—加药品—研磨—过滤
制备滤纸条：长6cm 宽1cm
剪去一端的两角
在距离剪角一端1cm处用铅笔画一条线
画滤液细线：细、直、齐、色浓。
用毛细吸管，吸取少量滤液，沿着铅笔线均匀地画，待滤液干燥后再画2—3次。
分离色素：3ml层析液，将滤纸条有滤液细线的一端朝下，略微倾斜靠着烧杯内壁，轻轻插入层析液，用培养皿盖盖上烧杯。
分离色素
★ 溶解度大，扩散速度快；溶解度小，扩散速度慢
层析液
滤液细线
捕获光能的色素
类胡萝卜素
叶绿素
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
(占1/4)
(占3/4)
滤纸上色带的排列顺序如何？宽窄如何？说明什么？
实验关键
1、选材时应注意选择鲜嫩、色浓绿。如菠菜叶、棉花叶、洋槐叶等。
3、画滤液细线时应以细、齐、直为标准，重复画线时必须等上次画线干燥后再进行，重复2-3次。
4、层析时不要让滤液细线触及层析液。
2、研钵是要放入少许的二氧化硅和碳酸钙。
2、色素的吸收光谱
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
色素的吸收光谱图
叶绿素：吸收蓝紫光和红光
类胡萝卜素：吸收蓝紫光
叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
注意：因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片才呈现绿色。
结论：
问题：这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位？
叶片中的叶肉细胞
绿叶
回顾
叶肉细胞
亚显微结构模式图
叶绿体亚显微
结构模式图
捕捉光能的色素存在于细胞中的什么部位？
捕获光能的结构
色素　 酶
基粒
由两个以上的类囊体堆叠而成，类囊体薄膜上含色素和酶
基质
含多种光合作用所必需的酶
是不是仅绿色植物能进行光合作用呢？
含叶绿体的真核细胞能进行光合作用，含有光合色素的原核生物也能进行光合作用。例如：除绿色植物外，不含叶绿体的原核生物蓝藻、某些细菌（如绿硫细菌、紫硫细菌）也能进行光合作用。
二、光合作用的原理和应用
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着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
车间
动力
问题：植物生长所需的物质来自何处？
认为：植物的物质积累来源于土壤
植物增加的重量=土壤减少的重量
光合作用的探究历程
五年后
1648年比利时海尔蒙特的实验
柳树增重80kg
土壤只减少0.06kg
结论：植物增重来自水分
只用纯净的雨水浇灌
1771年普利斯特利的实验
结论：绿色植物可以更新空气
1779年，荷兰 英格豪斯的实验
实验重复了500多次
结论：只有在光照下只有绿叶才可以更新空气
光合作用的探究历程
1785年，发现了空气的组成，科学家才明确绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳
1845年，德国的科学家梅耶依据能量转换和守恒定律指出：植物光合作用时，把光能转换成化学能储存起来。
光合作用的探究历程
科学探究过程的六个方面
提出问题 植物光合作用的产物除氧气之外还有什么？
作出假设 植物光合作用的产物还有淀粉
设计实验
进行实验
分析结果，得出结论
表达与交流
1864年萨克斯的实验
结论：绿色叶片光合作用产生淀粉
问题1：萨克斯的实验目的是什么？
问题2：为什么对植物
进行一昼夜的暗处理？
问题3：为什么让叶片的一
半曝光，另一半遮光呢？
验证光合作用的产物
为了将叶片中原有的淀粉运走耗尽
进行对照
早在100多年前美国科学家恩格尔
曼就以水绵和好氧细菌为实验材
料，很好地解答了这个问题！
水绵是常见的淡水藻类
每条水绵由许多个结构相同的长筒状细胞连接而成。
水绵很明显的特点是：叶绿体呈带状，螺旋排列在细胞里。
恩格尔曼实验
恩格尔曼的实验说明了什么问题？
同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用同位素标记的化合物，化学性质不会改变。科学家通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程。这种方法叫做同位素标记法。
同位素标记法
同位素标记法(P102)研究
1941年，鲁宾和卡门同位素18O标记H2O和CO2，使之成为H218O和C18O2
光合作用的探究历程
光合作用释放的O2到底是来自H2O ，还是CO2
返回
1941年鲁宾和卡门的实验
20世纪４0年代,美国科学家卡尔文
碳的同位素 C 标记CO2
14
CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳的途径，这一途径称为卡尔文循环。
光合作用的探究历程
美国
古代
古希腊
亚里士多德
土壤减少的重量等于植物增加的重量
17世纪
比利时
海尔蒙特
植物增重来自水
1771年
英国
普利斯特利
植物可以更新空气
1779年
荷兰
英格豪斯
植物只有在光下绿色部分可以更新空气（500多次实验）
1785年
由于发现了空气的组成
绿叶在光下放出氧气
1864年
德国
萨克斯
光合作用能产生淀粉
1880年
恩格尔曼
在光下叶绿体放出氧气
1941年
美国
鲁宾和卡门
氧气来自于水
20世纪40年代
美国
卡尔文
CO2的碳转化成有机物中的碳
问题讨论
光合作用的原料，产物，场所和条件是什么？你能用一个反应式表示出来吗?
光合作用的过程
光反应
暗反应
根据反应过程是否需要光能
酶
1.光反应阶段
酶
光
色素
叶绿体内的类囊体薄膜上
水的光解：
ATP的合成：
光能转变为ATP中活跃的化学能
CO2的固定
C3的还原
基质
多种酶
CO2的固定
C3的还原
基质
多种酶
[H]
2.暗反应阶段
CO2的固定：
C3的还原：
叶绿体的基质中
多种酶、
[H] 、ATP
光合作用的过程
光反应阶段
暗反应阶段
co2
2c3
水在光下分解
C5
ATP
ADP+Pi
酶
供能
[H]
供氢
O2
固
定
还 原
多种酶
参加催化
(CH2O)
[氨基酸,脂肪]
酶
整个光合作用过程中的物质 变化和能量变化分别是什么？
物质变化：
无机物
能量变化：
光能
光合作用的实质：
有机物
糖类等有机物中的化学能
小结
需要光
色素、酶
不需要光
酶
叶绿体类囊体薄膜上
叶绿体基质中
水的光解；ATP的合成
CO2的固定；C3的还原
ATP中活
跃化学能
ATP中活
跃化学能
光能
有机物中稳
定化学能
光反应 为 暗反应 提供 [H ] 和ATP，
暗反应 为 光反应 提供 ADP 和Pi 。
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
需光、色素和酶
需多种酶
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
三、影响光合作用的因素和化能合成作用
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的量
2、单位时间内光合作用吸收CO2的量
3、单位时间内光合作用放出O2的量
影响光合作用的环境因素：
① 光
② 二氧化碳的浓度
③ 温度
④ 水
⑤ 矿质元素等
植物自身因素
在一定范围内，光照越强，光合作用速率随光照强度的增强而加快；超过一定范围，再增加光照强度，光合作用速率不再加快
⑴ 光照强度:
CO2
吸收量
CO2
释放量
光照强度
1、光
a
b
c
CO2
吸收量
CO2
释放量
光照强度
呼吸速率
光饱和点
光补偿点
净光合速率
总光合速率
真正光合速率=净光合速率+呼吸速率
b
c
a
表示方法：
净光合速率：
用O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示
真正（实际）光合速率：
用O2产生量、 CO2固定量或有机物产生量表示
测定方法：
呼吸速率：
将植物置于黑暗中，测定实验容器中CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。
净光合速率：
将植物置于光下，测定实验容器中O2增加量、 CO2减少量或有机物增加量
A
B
光照强度
0
阳生植物
阴生植物
B：光补偿点
C：光饱和点
应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物。
C
光补偿点、光饱和点 ： 阳生植物 阴生植物
>
一天的时间
光合作用效率
O
光照强度
12
13
11
光合作用效率与光照强度、时间的关系
A
B
C
D
E
10
15
14
生产上的应用：
1、适当提高光照强度（阴生、阳生植物的光强不同）
2、增加光合作用面积
3、延长光合作用时间
温室中人工光照
合理密植
间作套种
轮作
已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为250C和300C，下图表示250C时光合作用与光照强度的关系。若温度升到300C （原光照强度和CO2浓度不变），理论上图中相应点a、b、c移动方向分别为：
A 下移、右移、下移
B 下移、左移、下移
C 上移、左移、上移
D 上移、右移、上移
A
红光＞蓝紫光＞绿光
⑵光质:
光质也影响光合速率,通常复色光 （白光）下光合速率最高；红光下光合速率较快,蓝光次之,绿光最差.
生产上应用：
1、温室大棚使用无色透明的玻璃
2、若要降低光合作用，则用有色玻璃如
红色玻璃绿色玻璃等
光合作用是在酶的催化下进行的,温度直接影响酶的活性.
一般植物在10～35 ℃下正常进行光合作用,其中AB段(10～35 ℃)随温度的升高而逐渐加强,B点(35 ℃)以上酶的活性逐渐下降,光合作用开始下降,50 光合作用完全停止.
2、温度
A
B
C
2、温度
在一定范围内，光合作用速率随温度升高而加快；B点是提高光合速率的最适温度；超过B点以后，光合速率随温度的升高而下降，原因是温度过高会使酶活性下降
应用：
1、适时播种
2、温室栽培农作物时：
1）冬天，可适当提高温度；夏
天，可适当降低温度。
2）增大昼夜 温差（白天适当提
高温度，晚上适当降低温度）
3、二氧化碳浓度：
在一定范围内，光合作用速率随二氧化碳浓度增大而加快；但达到一定浓度时，再增加二氧化碳浓度，光合作用速率也不再增加，甚至减弱（细胞呼吸抑制）
A点：
CO2补偿点
B点：
CO2饱和点
..CO2补偿点.....CO2饱和点
............降低.......... 增高
光照增强
光照减弱
............增高.......... 降低
应用：
1、大田：“正其行，通其风”
2、施用有机肥
3、投放干冰或二氧化碳发生器
N：光合酶及[H]和ATP的重要组分
P：[H]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
应用：
合理施肥
5、水　　水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质。另外，水还影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体，缺水还会引起淀粉水解加快,可溶性糖过多,光合产物输出缓慢.所以水对光合作用影响很大，生产上，应合理灌溉，预防干旱
应用：
预防干旱，合理灌溉
6、 叶龄
叶片的光合速率与叶龄密切相关。幼叶净光合速率低；叶片全展后，光合速率达最大值；叶片衰老后，光合速率下降。
叶龄
C
D

影响光能利用率的因素在生产中的应用：
延长光合作用时间
增加光合作用面积
光能利用率
光合作用效率
( 轮作 )
( 合理密植：间种、套种 )
1、光照强度、光质
2、CO2浓度
3、温度
4、矿质元素（ 合理施肥）
5、水（ 合理灌溉）
五、光合作用和呼吸作用中的化学计算
光合作用反应式：
6CO2＋12H2O→C6H12O6＋6O2＋6H2O
呼吸作用反应式：
有氧：C6H12O6＋6O2＋6H2O→ 6CO2＋12H2O
无氧：C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2 (植物)
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
化能合成作用
细菌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，这种合成作用叫化能合成作用。
除了硝化细菌外，自然界还有铁细菌、硫细菌属于进行化能合成作用的自养生物。
化能合成作用
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
2HNO2+O2 2HNO3+能量
能量
6CO2+6H2O (CH20)+6O2
硝化细菌的化能合成作用
谢谢
再见