46亿年前的原始地球
5.4 能量之源——光与光合作用
课堂小结
1.对于大多数生物而言，活细胞所需能量的最终源头为 。
2.绿叶中色素的提取和分离过程中，无水乙醇的作用是 ，二氧化硅的作用是 ，碳酸钙的作用是 ，滤纸条剪去两角目的是 ，该实验的提取原理是 ，色素的分离原理 是，最终结果色素从下往上分别为 。
3.绿叶中共有 色素，可以归纳为两大类，分别为 和 ，其中 和 主要吸收蓝紫光和 ， 和 主要吸收 ，因为叶绿素对 吸收最少，所以叶片呈现为绿色。
光能
溶解色素
研磨充分
防止色素破坏
层析液同步到达滤液细线
色素易溶解在有机溶剂中
色素能溶解在层析液中，并且溶解度不同
叶绿素b，叶绿素a，叶黄素，胡萝卜素
4
叶绿素
类胡萝卜素
叶绿素a
叶绿素b
红光
叶黄素
胡萝卜素
蓝紫光
绿光
一、光合作用的探究历程
植物增重来自土壤
一、光合作用的探究历程
五年后
1648年，海尔蒙特(比利时)
柳树增重80kg
土壤减少0.1kg
植物增重主要来自水分
一、光合作用的探究历程
不足：未考虑空气对于植物生长的作用
1771年，[英]普里斯特利
一、光合作用的探究历程
植物可以更新空气
不足：未考虑光在植物在更新空气中的作用
1779年,荷兰科学家英格豪斯确定植物净化空气依赖于光以及绿叶。
1785年, 由于拉瓦锡发现了空气的组成，从而证明绿叶在光下放出的气体是O2，吸收的气体是CO2。
一、光合作用的探究历程
1845年，德国科学家梅耶根据“能量转化与质量守恒定律”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。
一、光合作用的探究历程
1. 光能转化成化学能，储存在什么物质中呢？
2. 植物在吸收水分和二氧化碳、释放氧气的过程中还产生了什么物质？
1864年，[德]萨克斯
光合作用生成淀粉
一、光合作用的探究历程
1880年，[德]恩吉尔曼（C. Engelmann）:寻找光合作用的场所
水绵特点：由许多个结构相同的长筒状细胞连接而成，叶绿体呈螺旋式带状。
一、光合作用的探究历程
1880年，[德]恩吉尔曼（C. Engelmann）
一、光合作用的探究历程
1880年，[德]恩吉尔曼（C. Engelmann）
一、光合作用的探究历程
叶绿体是进行光合作用的场所
2.条件控制及对照设置好:
（1）没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；
（2）极细的光束照射，叶绿体上可分为有光和无光的部位，相当于一组对比实验；
（3）临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果，等等 。
1.实验材料好:
水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察;
好氧细菌,用好氧细菌可确定释放氧气多的部位.
恩吉尔曼实验设计的巧妙之处
H20
淀粉
叶绿体
阳光
O2
CO2
(O2 )
一、光合作用的探究历程
CO2
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（CH2O） ，并且释放出氧气的过程。
光合作用
一、光合作用的探究历程
光能
叶绿体
光合作用
的实质
上把CO2和H2O转变成有机物、释放O2
上把光能转变成有机物中的化学能
能量
物质
最基本的物质代谢和能量代谢
一、光合作用的探究历程
18
1939年，[美]鲁宾(S.Ruben)和卡门（M.Kamaen)
结论：光合作用产生的O2 全部来自于H2O
一、光合作用的探究历程
20世纪４0年代,美国科学家卡尔文 (M.Calvin)
( CH2 O)+O2
14
CO2+ H2O
14
发现卡尔文循环
一、光合作用的探究历程
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
叶绿素（占总量的3/4）
二、捕获光能的色素和结构
纸层析法
叶绿体中色素的功能:吸收光能,用于光合作用
二、捕获光能的色素和结构
吸收光谱的观察
可见光白光
色素溶液
连续光谱
连续光谱中被色素吸收的部分会出现暗带
二、捕获光能的色素和结构
色素溶液
三棱镜
光源
分光仪
二、捕获光能的色素和结构
类胡萝卜素
叶绿素b
叶黄素
（含量占3/4）
（含量占1/4）
叶绿体色素
功能:吸收光能,用于光合作用
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
二、捕获光能的色素和结构
恩格尔曼的第二个水绵实验
你能得出什么结论？
好氧细菌
水绵
二、捕获光能的色素和结构
叶绿体主要吸收红光和蓝光用于光合作用，放出氧气。
白光
↓

↓
绿光
B
哪一株植物生长状况更好?
C
白光
红光
A
B
哪一株植物生长状况更好?
C
绿光
蓝紫光
温室中悬挂发红色或蓝色光的灯
思考：为什么秋天的树叶会变黄？
常见的几种叶子
枫叶变红的原因？
低温条件下叶绿素被破坏，糖类可分解转变成花青素（液泡内）
绿色植物的光合作用在叶绿体中进行
二、捕获光能的色素和结构
外膜
内膜
叶绿体基质(光合作用酶)
基粒
(光合作用酶和色素)
光合作用的场所 叶绿体
捕获光能的结构——叶绿体
1.分布：
主要在叶肉细胞
2.形态：
一般呈扁平的椭球形或球形
可根据光照强弱来改变自己的形状
外界光照较强，叶绿体以侧面接收光照
外界光照较弱，叶绿体以正面接收光照
保证接收到充分的光照，
又可避免被较强的光照灼伤。
3.结构：
透明
有利于光照的透过
增大叶绿体内的膜表面、
极大地扩展了受光的面积，
扩大吸收光能的色素和与光合作用有关的酶的附着位点
叶绿体是光合作用的主要场所。
三、光合作用的过程
根据是否需要光能，光合作用的过程可以分为两个阶段：
光反应（light reaction）进行部位:
暗反应 （dark reaction）进行部位：
叶绿体
叶绿体的类囊体薄膜
叶绿体基质
三、光合作用的过程
三、光合作用的过程
练习
水的光解
[H]
ATP
CO2
H2O
光能
化学能
暗反应
光反应
光反应
暗反应
ATP合成
光反应阶段与暗反应阶段的比较
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质中
需光,色素和酶
不需光和色素;需多种酶、[H]、ATP
光能转变为活泼的化学能，储存在ATP中
ATP中活泼的化学能转化为糖类等有机物中稳定的化学能
反应很快（以毫秒记）
较缓慢
①光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应的进行提供还原剂[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；
光反应阶段与暗反应阶段的联系
总之，光反应和暗反应是两个既相互独立又同时进行、既相互制约又密切联系的两个生理过程。
1.右图是一个研究光和作用过程的实验，实验前溶液中加入ADP、Pi、叶绿体等，实验过程中有机物的合成如下图。请分析回答：
AB段：
无CO2，不能进行暗反应，所以没有有机物合成
BC段：
因为AB段提供了充足的[H]和ATP，暗反应进行，有机物合成率迅速上升。
CD段：
因为无光照，随着[H]和ATP的不断消耗，暗反应减弱有机物合成率下降
有机物合成率
时间
光照无
CO2
黑暗有CO2
光反应阶段与暗反应阶段的比较
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质中
需光,色素和酶
不需光和色素;需多种酶、[H]、ATP
光能转变为活泼的化学能，储存在ATP中
ATP中活泼的化学能转化为糖类等有机物中稳定的化学能
反应很快（以毫秒记）
较缓慢
呼吸作用与光合作用的联系
CO2
O2
CO2
O2
CO2
O2
植物叶肉细胞
光合作用与呼吸作用的联系
主要在绿色植物的叶绿体中
活细胞中的细胞质基质和线粒体中
光照，色素，光合作用有关的酶
酶
无机物 有机物
有机物 无机物
光能 ATP活跃化学能 有机物稳定化学能
有机物稳定化学能 ATP活跃化学能
（同化作用）
（异化作用）
光合作用为呼吸作用提供物质基础（有机物和O2）
呼吸作用为光合作用提供物质基础（CO2、H2O）
四、光合作用的意义
制造有机物
转化并储存太阳的光能
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
对生物的进化有重要的作用。
光照强度
CO2浓度、水分
矿质元素
（Mg2+合成叶绿素、N是酶和ATP的原料、P等）
温度、pH
叶龄
光合面积
影响光合作用强度的因素
光合作用强度：指植物在单位时间内通过光合
作用制造糖类的数量。
一天的时间
光合作用强度与光照强度、时间的关系
夏天一天中日照强度与光合作用强度的关系
光合作用原理的应用
合理利用光能
适当增加CO2浓度
控制温度、PH
合理施肥，浇水
套种（轮种）：延长光合作用时间
间种、合理密植：增加光合作用面积
棉花与草莓间种
补充人工光照
1. 光照增强，光合作用增强。但夏季的中午却又因叶表面气孔关闭而使光合作用减弱。这是由于（ ）
A、水分产生的[H]数量不足
B、叶绿体利用的光能合成的ATP不足
C、空气中CO2量相对增多，而起抑制 作用
D、暗反应中三碳化合物产生的量太少
2. 下列措施中，不会提高温室蔬菜产量的是（ ）
A、增大O2浓度 B、增大CO2浓度
C、增强光照 D、调节室温
练习
五、化能合成作用
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
2HNO2+O2 2HNO3+能量
能量
6CO2+6H2O C6H12O6+6O2
硝化细菌的化能合成作用
硝化细菌、铁细菌、硫细菌
自养生物：植物、光合细菌、化能自养细菌
异养生物：人、动物、真菌、大多数细菌
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。
1.硝化细菌通过化能合成作用形成有机物，需要下列哪种环境条件？
A 具有NH3及缺氧
B 具有NH3和氧
C 具有硝酸和氧
D 具有硝酸和缺氧
练习
光照强弱对光合强度的影响
单一变量：
因变量：
无关变量：
设计探究实验：光照长短对光合作用的影响
探究：环境因素对光合作用强度的影响
实验原理
让白光透过不同颜色的玻璃纸，与玻璃纸相同颜色的光才能通过，因此可以获得不同颜色的光。
在光合作用过程中，植物吸收CO2，放出氧气。氧气在细胞间隙积累并逐出水，使其比重变小，叶片上浮。
排除叶肉细胞间隙的空气，使叶片沉于水中。
探究：不同光质对光合作用强度的影响
根据同一时间内烧杯内小叶圆片上浮数量的差异，从而判断不同光质对光合作用强度的影响。上浮的数量越多，表明光合作用强度越大，反之则小。
探究：环境因素对光合作用强度的影响
光照强弱对光合强度的影响
光照强弱对光合强度的影响
探究：环境因素对光合作用强度的影响
光照强弱对光合强度的影响
探究：环境因素对光合作用强度的影响
光照强弱对光合强度的影响
探究：环境因素对光合作用强度的影响
实验结果
不同光质对菠菜小圆叶片浮起数量的影响
实验结果
2.对某植物作如下处理（甲）持续光照10min;（乙）光照5s后再黑暗处理5s，连续交替进行20min.若其他条件一样，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
Q V w X Y Z
光强度（弱 强）
mg.(100cm-2.h-1)
CO2吸收量
12
8
4
0
-4
图一
3.图一是在一定的二氧化碳浓度和温度条件下，某阳生植物和阴生植物叶片中光强度与co2的吸收量的关系图，据图回答下列问题：
（1）曲线B所表示的是______植物的受光强度和光合作用合成量的关系。
（2）a、b点对应的光强度表示_____________________________________________________________________.
阴生
阳生植物和阴生植物在此光强度下，光合作用合成量与细胞呼吸消耗量相等
A
B
光补偿点
a
b
练习
Q V w X Y Z
光强度（弱 强）
CO2mg.(100m-2.h-1)
CO2吸收量
12
8
4
0
-4
图一
（3）将该阳生植物叶片先在光强度为X条件下放置若干时间，然后放于暗处（光强度为Q时）12h，要使此时叶片干物质质量于照光前一样，则需要光照__h

（4）同等条件下，阳生植物呼吸作用的强度比阴生植物_____.
6
强
A
B
a
b
练习