能量之源-----光和光合作用

第四节能量之源光与光合作用,一、捕获光能的色素和结构,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。,学习目标：,1.用这种方法可以提高光合作用强度。因为叶绿素吸收最多的是光谱中的蓝紫光和红光。不同颜色的光照对植物的光合作用会有影响。,2.因为叶绿素对绿光吸收最少，所以不使用绿色的塑料薄膜或补充绿色光源。,思考？,为什么有些植物叶片不是绿色的?,为什么有些植物叶片在不同时期颜色不同呢？,1、捕获光能的色素,绿叶中有哪些与光合作用有关的色素呢？,实验绿叶中色素的提取和分离,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。,Si02,CaCO3,2ml无水乙醇,取材,研磨,过滤,一、提取色素,加入少许碳酸钙的目的是防止叶绿体的色素被破坏加入二氧化硅的目的是为了研磨更充分加入无水乙醇（或丙酮）的目的是为了溶解叶绿体的色素过滤时不能用滤纸，因为滤纸会将色素吸收，而改用尼龙布,方法与步骤：提取色素,色素的分离,二、制备滤纸条,三、划滤液细线,滤液,长10cm宽1cm,制备滤纸条,画滤液细线,四、色素分离,层析液,分离色素,分离色素,实验结果：,（黄绿色）,胡萝卜素,叶黄素,叶绿素a,叶绿素b,（橙黄色）,（黄色）,（蓝绿色）,滤纸上分离出的四条色素带从上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。说明：胡萝卜素在层析液中的溶解度最大叶绿素a的色素带最宽。说明叶绿素a的含量最多,类胡萝卜素,叶绿素,（1）叶片要新鲜、颜色要深绿。（2）研磨要迅速、充分。（3）滤液收集后，要及时用棉塞将试管口塞紧，以免滤液挥发。（4）滤液细线不仅细、直，而且含较多的色素（可以画二三次）。（5）滤纸上的滤液细线不能浸入层析液。,实验成功的关键：,实验原理：一、研磨绿叶时为什么要加SiO2、CaCO3、丙酮？答：二、划滤液细线时为什么要越细越好？答：三、层析时为什么滤液细线不能没及层析液？答：四、层析液的组成是什么？答：五、为什么色素会分离开？其原理是什么？答：六、实验后为什么要洗手？答：,加SiO2能破坏细胞从而研磨得充分，加CaCO3能中和细胞中有酸性物质以防止叶绿素被破坏，加丙酮的目的是溶解色素,滤液细线越细则色素的分离越清楚,若没及滤液细线则层析液会将色素溶解，实验将失败,主要成份是石油醚，其次还有丙酮、苯等,因为四种色素的石油醚等溶剂中的溶解度不同，其中溶解度最高的是胡萝卜素、最小的是叶绿素b，溶解度不同则在滤纸上的扩散速度不同，溶解度越大的扩散速度也越快，利用其扩散速度不同而将色素分离开,因为丙酮、苯等有机溶剂对人体有害,练习,1叶绿体色素的提取和分离的实验结果，在滤纸条上四条色素带从上到下依次是A胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素bB叶黄素、胡萝卜素、叶绿素a、叶绿素bC叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素D胡萝卜素、叶绿素a、叶绿素b、叶黄素2、把下列药物选入相应的空白处保护叶绿素（）溶解各种色素（）为研磨充分（）促使各种色素在滤纸上扩散（）A丙酮B碳酸钙C二氧化硅D层析液,A,B,A,D,C,4（2005广东生物4）叶绿体色素的纸层析结果显示叶绿素b位于层析滤纸的最下端，原因是（）A、分子量最小B、分子量最大C、在层析液中的溶解度最小D、在层析液中的溶解度最大,C,3在圆形滤纸的中央点上，对叶绿体的色素进行色素层析，会得到近似同心的四个色素环，排列在最里圈的色素呈（）A橙黄色B蓝绿色C黄绿色D黄色,C,色素的作用,色素的作用：吸收、传递、转化光能,各种色素的吸收光谱,叶绿素a和叶绿素b主要吸收：,胡萝卜素和叶黄素主要吸收：,蓝紫光和红光,蓝紫光,2、捕获光能的结构,2、捕获光能的结构,色素酶,（3）场所：基粒的类囊体薄膜,（1）形态：扁平的椭圆形或球形,（2）结构:外膜、内膜、基粒、基质,叶绿体,双层膜,基粒,有色素和酶是光反应的场所,基质,有各种酶是暗反应的场所,叶绿体的结构模式图,（内有少量的RNA）,与光合作用有关的色素存在于哪呢？,类囊体的薄膜上,练习,1、叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，下面有关叶绿体的叙述正确的是（）A叶绿体中的色素都分布在囊状结构的膜上B叶绿体中的色素分布在外膜和内膜上C光合作用的酶只分布在叶绿体基质中D光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上,A,2在一定时间内，同一株绿色植物在哪种光的照射下，放出的氧气最多（）A红光和绿光B红光和蓝紫光C蓝紫光和绿光D蓝紫光和橙光,B,3、叶绿体的功能,1880年：德国科学家恩格尔曼用水绵进行有关实验，发现好氧菌只集中在叶绿体被光束照射到的部位，从而证明光合作用放出氧气；光合作用的场所是叶绿体。,恩格尔曼的实验,（1）光合作用的场所（2）它内部的巨大膜表面上，不仅分布着色素，还有许多酶,3、叶绿体的功能,二、光合作用的原理和应用,1说明光合作用以及它的认识过程2尝试探究影响光合作用强度的环境因素3说出光合作用原理的应用4简述化能合成作用,学习目标：,（一）光合作用的探究历程：,1、普利斯特利实验,2、英格豪斯实验,3、梅耶观点,4、萨克斯实验,5、恩格尔曼实验,6、鲁宾和卡门实验,7、卡尔文实验,问题1：植物为什么会生长？,古希腊亚里士多德：认为：根吸收土壤中的养分土壤减少的重量=植物增加的重量,五年后,1642年，比利时海尔蒙特实验,柳树增重74.47kg土壤减少0.06kg,结论：植物增重主要来自水分,讨论：实验的不足在哪里呢？,没有考虑到空气的影响,问题2：植物放出氧气之谜？,结论：植物能够净化空气,不足：没有考虑到光照的影响。,植物可以更新空气,结论:,明确：绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳,结论：光照是植物能够更新空气的条件,1779年，英格豪斯实验,1785年，发现了空气的组成,问题3：植物进行光合作用的条件、场所和产物分别是什么？,一半曝光，一半遮光,在暗处放置几小的叶片,绿色叶片在光合作用中产生了淀粉,碘蒸气处理,萨克斯实验,结论:,结论：光合作用的产物是淀粉，需要光,思考:,1为什么对天竺葵先进行暗处理？,2为什么让叶片的一半曝光，另一半遮光呢？,3这个实验说明了什么问题？,暗处理是为了将叶片内原有的淀粉运走耗尽。,部分遮光部分曝光，是为了进行对照。,碘遇淀粉变蓝，结果证明绿叶在光下制造了淀粉。,1864年，德国科学家萨克斯半遮光实验,叶绿体是植物进行光合作用的场所,结论:,结论：叶绿体是进行光合作用的主要场所,思考：,1为什么选用水绵做为实验材料？,2为什么选用黑暗并且没有空气的环境？,3为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水绵完全曝露在光下？,因为水绵不仅有细而长的带状叶绿体，而且螺旋分布于细胞中，便于进行观察和分析研究。,为了排除实验前环境中光线和氧的影响，确保实验的准确性。,先选极细光束，用好氧细菌检测，能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；而后用完全曝光的水绵与之做对照，从而证明了实验结果完全是光照引起的，并且氧是由叶绿体释放出来的。,问题4：释放的O2来自于H2O还是CO2？,广而告之：同位素标记法课本P102,1939鲁宾和卡门实验,结论：光合作用释放的氧全部来自水。,有机物是如何合成的？,光合作用释放的氧来自水,结论:,20世纪40年代卡尔文实验,结论：卡尔文循环,原料/条件场所产物海尔蒙特(vanHelmont)普里斯特利（J.Priestley）英格豪斯（J.Ingen-housz）萨克斯（J.vonSachs）恩吉尔曼（C.Engelmann）,H2O,淀粉,叶绿体,（阳光）,O2,CO2,光合作用的过程,绿色植物通过叶绿体，利用光能把CO2和H20合成为储存能量的有机物（CH2O），并且释放O2的过程,光合作用的概念：,产物,场所,条件,原料,产物,1、光合作用的反应式：,CO2+H2O(CH2O)+O2,叶绿体,光能,场所条件原料产物,叶绿体,光能,CO2和H2O,氧气、水、糖类等有机物,糖类,2、过程,依据反应过程是否需要光能划分为：,光反应和暗反应两个阶段,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？,实际情况究竟如何？一起来详细了解一下光合作用的两个阶段,条件：,场所：,叶绿体内的类囊体膜上,光反应阶段,光、色素、酶,H2OO2+H,光,叶绿体,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,暗反应,光反应,ADP+Pi+能量ATP,酶,水的光解：,ATP的生成：,光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中,暗反应,条件：,不需光，需多种酶,场所：,叶绿体的基质中,过程,CO2的固定：,C3的还原：,ATP中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能,暗反应阶段,C3+H(CH2O)+C5,酶,ATP,ADP+Pi,光合作用的全过程,色素分子,可见光,C5,2C3,ADP+Pi,ATP,2H2O,O2,4H,多种酶,酶,CO2,吸收,光解,能,固定,还原,酶,光反应,暗反应,光合作用的过程,光合作用怎样进行？,比较光合作用中光反应和暗反应的主要区别,光合作用的过程,对比项目,光反应阶段,暗反应阶段,所需条件,场所,物质变化,能量变化,光、酶、色素,酶、不需光,叶绿体类囊体膜上,叶绿体基质中,水的光解,ATP的生成,CO2的固定,C3的还原,光能转变为化学能储存在ATP中,ATP中的化学能转化为糖类等有机物中储存的化学能,光反应和暗反应之间的联系：,光反应是暗反应的基础，为暗反应提供H和ATP。光反应停止，暗反应也随即终止。同时，如果暗反应受阻，光反应也会因产物积累而不能正常进行。,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？,再次思考,光反应只在白天进行，夜间不进行暗反应在白天和夜间都进行,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：,把简单的无机物转变为复杂的有机物,能量变化：,把光能转变成储存在有机物中的化学能,1、光合作用中光反应阶段为暗反应阶段提供了（）AO2和C3化合物B叶绿体色素CH20和O2DH和ATP,D,练一练,2、在光合作用的暗反应过程中，没有被消耗掉的是（）A、HB、五碳化合物C、ATPD、二氧化碳,B,3、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.叶绿体类囊体膜上进行光反应和暗反应B.叶绿体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,D,4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5在光合作用过程中不属于暗反应的是（）ACO2与五碳化合物结合B三碳化合物接受ATP释放的能量CH2O的氢传递NADP+DNADPH的氢传递给三碳化合物,D,C,6（2004广东）在光合作用的暗反应中发生的反应过程有（多选）（）ACO2的固定、O2的释放BCO2的固定、糖的生成CH2O的分解、O2的释放DCO2的固定和C3化合物的还原7（2006江苏）光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，下列参与暗反应必需的物质是（）AH2O、CO2、ADPBCO2、NADPH、ATPCH2O、CO2、ATPDNADPH、H2O、ADP,BD,B,8生长旺盛的叶片，剪成5毫米见方的小块，抽去叶内气体，做下列处理（见图及图注），这四个处理中，沉入底部的叶片小块最先浮起的是（）,C,10（佛山4月）气孔关闭会导致光合作用效率下降，其表现在（）A水光解产生H的量不足B光反应中产生的ATP数量减少C暗反应过程中还原剂的数量不足D暗反应过程中产生的三碳化合物数量减少11（西安3月）如果将一株绿色植物栽培在含H218O的完全培养液中，给予充足的光照，经过较长时间后，18O可能存在于下列哪一组物质中()周围空气的氧气中暗反应过程中产生的ADP中周围空气水分子中A只有是正确的B只有是正确的C除之外都正确D都正确,D,D,H2O+CO2（CH2O）+O2,光,叶绿体,（三）光合作用原理的应用,如：,控制光照的强度,控制温度的高低,适当增加作物环境中CO2的浓度,（1）温度：温度可以通过影响暗反应的酶促反应来影响光合作用；在一定范围内随温度的提高，光合作用加强；温度过高时也会影响酶的活性，使光合作用强度减弱。（2）光照强度：光是光合作用的能量来源。在一定的光照强度范围内，光合作用强度随光照强度的加强高而加强。但超过这个范围，会使气孔关闭，使光合作用的二氧化碳供应量减少，降低光合作用强度（3）二氧化碳的浓度：是光合作用的原料。一般来说，在一定的范围内，植物光合作用的强度随CO2浓度的增加而增加，但超过一定的范围，光合作用不再加强。,影响光合作用的环境因素：,1单因子影响（1）光照强度图像关键点的含义A点光照强度为0，此时只进行呼吸作用，释放CO2的量，表明此时的呼吸强度。AB段表明随光照强度加强，光合作用逐渐加强，CO2的释放量逐渐减少，有一部分用于光合作用；到B点时，呼吸作用释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度=呼吸作用强度，称B点为光补偿点（植物白天光照强度应在光补偿点以上，植物才能正常生长）。BC段表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强了。C点为光合作用的饱和点。应用阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，如图3-2虚线所示。间作、套种时农作物的种类搭配、林带树种的配置、合理采伐、冬季温室栽培避免高温等都与光补偿点有关。,1如右图所示，原来置于黑暗环境中的绿色植物移至光下后,CO2的吸收量发生了改变。下列各项叙述中，正确的是（）A曲线AB段表示绿色植物没有进行光合作用B曲线BC段表示绿色植物只进行光合作用C在B点显示，绿色植物光合作用和呼吸作用速率相等D整段曲线表明，随光照强度递增，光合作用增强，呼吸作用减弱,C,2下图是大田小麦叶片的光合作用强度与光照强度的关系（a，b，c，d为曲线上的四个点）：下列有关叙述错误的是（）Ab点表示植物的净光合强度为0Ba点的光照强度为0，不进行光合作用C若提高大气中温度，b点的值可能左移Dac段的限制因子是光照强度,C,（2）光照面积图像（如图3一3）关键点的含义OC段表明随叶面积的不斯增大，光合作用实际量不断增大。C点为光合作用面积的饱和点，随叶面积的增大光合作用实际量不再增加，原因是有很多叶被遮挡在光补偿点以下。OB段干物质量随光合作用增加而增加，而由于C点以后光合作用实际量不再增加，而叶片随叶面积的不断增加OC段呼吸量不断增加，所以干物质积累量不断降低如BD段。植物的叶面积指数不能超过C点，若超过C点，植物将入不敷出，无法生活下去。应用适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长，封行过早，使中下层叶子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。,1下图为植物叶面指数和叶片相关的生理变化，题中叙述正确的是（）Aa表示植物光合作用强度Bb表示植物呼吸作用强度Cd表示植物有机物积累速度D叶面指数为10时，植物能正常生长发育,C,2叶面积指数是指单位土地面积上植物的总叶面积，叶面积指数越大，叶片交错重叠程度越大。图3-48表示叶面积指数与光合作用和呼吸作用两个生理过程的关系。下列叙述中，错误的是（）AA点时，光合作用和呼吸作用强度相等B两条曲线围成的面积代表有机物的积累量C叶面积指数大约为5时，对农作物增产最有利D叶面积指数超过7时，农作物将减产,D,光合作用与CO2浓度关系,问题：画出CO2浓度与光合速率的关系的曲线图？,（3）CO2浓度、含水量和矿质元素图像（如图3一4）关键点含义CO2和水是光合作用的原料，矿质元素直接或间接影响光合作用。在一定范围内CO2，水和矿质元素越多，光合作用速率越快，但到A点时，即CO2、水、矿质元素达到饱和时，不再增加了。应用“正其行，通其风”，温室内充CO2，即为提高CO2浓度，增加产量。合理施肥可促进叶片面积增大，提高酶的合成率，增加光合作用速率。,光合作用与温度关系,问题：画出温度与光合速率的关系的曲线图？,（4）温度图像（如图3一5）关键点含义光合作用是在酶催化下进行的，温度直接影响酶的活性。一般植物在1035下正常进行光合作用，其中AB段（1035），随温度的升高而逐渐加强，B点（35）以上酶活性下降，光合作用开始下降，40一50光合作用完全停止。应用冬天，温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培又可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用；晚上适当降低温室温度，以降低呼吸作用，增加植物有机物的的积累。,1将生长状况相同的同一种树的幼苗分成若干组，分别置于不同日温和夜温下生长（其它各种条件相同）。一定时间后测定统计每组幼苗的平均高度，结果如下表：（注：标“”处为该组合未做实验）请根据上表指出下列叙述错误的是（）A幼苗生长最快的温度组合是：日温30，夜温17B幼苗生长最慢的温度组合是：日温17，夜温17C上述结果说明昼夜温差影响有机物的积累从而影响幼苗的生长D由此实验可推知我国东北地区树木生长比华南地区快（2004年唐山期末理综6题）,D,（5）叶龄图像（如自3=6）关键点含义OA段为幼叶，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增多，叶绿素含量不渐增加，光合作用速率不断增加。AB段为壮叶，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段为老叶，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，都是根据其原理。又可降低其呼吸作用消耗有机物。,2多因子影响（1）图像（如图3一7）（2）关键点的含义P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示的其他因子。（3）应用温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度、增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当充入CO2，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。总之，可根据具体的情况，通过增加光照强度，调节温度或提高光合速率，以达到增产的目。,（1）适当的光照强度：如：温室大棚顶要用无色透明玻璃或塑料，而不用有色玻璃或塑料。以利于光的透过，阴生植物与阳生植物对光的需求不同。（2）增加二氧化碳的供应：如：合理密植：增加空气的流通，提高植物下部叶片的二氧化碳的浓度。又如在温室大棚里可以施有机肥、二氧化碳发生器等。（3）保证与光合作用有关的矿质元素（N、P、K、Mg等）的供应。,实践中如何提高光合作用的效率？,（1）间作套种，使不同的植物能得到不同强度的光照，充分利用光能，同时还可以充分利用土地资源。（2）延光光合作用的时间：如：一年一熟改为一年二熟或两年三熟，使土地充分利用，又可利用不同季节的光能。（3）增加光合作用的面积：合理密植就是一项很好的措施。（4）凡是能提高光合作用效率的措施均能提高植物对光能的利用率。,实践中如何充分利用光能？,温室大棚内如何提高农作物产量？,1、尽量使用无色透明的顶棚，以提高采光效率。2、多施用有机肥，不但可以提供矿质营养，还可以补充大棚内的CO2。3、白天适当提高大棚温度、夜间降低温度，以增大昼夜温差，利于有机物的积累。,（四）化能合成作用,1、特点：,利用体外环境中某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。,2、代表生物：,硝化细菌,（1）证明光合作用需要光（2）证明光合作用的场所在叶绿体（3）证明光合作用的产物是淀粉、氧气（4）证明下红光和蓝紫光下，植物光合作用最强（5）证明C4植物的维管束鞘中的叶绿体会合成淀粉。（6）证明二氧化碳、水是光合作用的原料（7）证明