第四节-能量之源---光与光合作用

1、第四节第四节 能量之源能量之源光与光合作用光与光合作用 一、捕获光能的色素和结构一、捕获光能的色素和结构 问题探讨问题探讨 有些蔬菜在棚内悬挂发红有些蔬菜在棚内悬挂发红 色或蓝色光的灯管色或蓝色光的灯管, ,并且在并且在 白天也开灯。白天也开灯。 1 1、用这种方法有什么好处？、用这种方法有什么好处？ 不同颜色的光照对植物的光不同颜色的光照对植物的光 合作用会有影响吗？合作用会有影响吗？ 2 2、为什么不使用发绿色光的、为什么不使用发绿色光的 灯管作补充光源？灯管作补充光源？ 可以提高光合作用强度。因可以提高光合作用强度。因 为光合作用吸收最多的是红为光合作用吸收最多的是红 光和蓝紫光。光和蓝

2、紫光。 光合作用对绿光吸收最少。光合作用对绿光吸收最少。 光合作用需要色素去捕获光能。光合作用需要色素去捕获光能。 一、实验：绿叶中色素的提取和分离一、实验：绿叶中色素的提取和分离 实验原理：实验原理：用用无水乙醇无水乙醇/ /丙酮丙酮提取色素提取色素 用用层析液层析液分离色素分离色素 目的要求：目的要求：绿叶中色素的提取和分离绿叶中色素的提取和分离 及色素的种类及色素的种类 材料用具：材料用具：新鲜的绿叶、定性滤纸等、新鲜的绿叶、定性滤纸等、 无水乙醇、层析液等无水乙醇、层析液等 实验步骤：实验步骤： 1.提取绿叶中的色素提取绿叶中的色素 SiO2：使碾磨充分：使碾磨充分 CaCO3：防止色

3、素被破坏：防止色素被破坏 无水乙醇：提取色素无水乙醇：提取色素 2.制备滤纸条制备滤纸条 铅笔线铅笔线 画铅笔细线画铅笔细线 减去两角的目的：减去两角的目的： 防止滤纸条两边色素扩散防止滤纸条两边色素扩散 速度太快，色素带不整齐速度太快，色素带不整齐 实验步骤：实验步骤： 3.画滤液细线画滤液细线 实验步骤：实验步骤： 滤液细线的要求：滤液细线的要求： 细、直细、直、齐（使色素处于同齐（使色素处于同 一起跑线）；一起跑线）； 重复重复2 23 3次（防止色素太少次（防止色素太少 分离现象不明显）。分离现象不明显）。 4.分离绿叶中的色素分离绿叶中的色素 实验步骤：实验步骤： 层析液层析液 培养

4、皿培养皿 滤液细线滤液细线 注意注意: : 滤液细线不能触到层析液滤液细线不能触到层析液（防止色素溶解在层析液中）（防止色素溶解在层析液中） 烧杯要盖上培养皿、试管要塞上棉塞烧杯要盖上培养皿、试管要塞上棉塞（层析液易挥发且有毒）（层析液易挥发且有毒） 捕捕 获获 光光 能能 的的 色色 素素 类胡萝类胡萝 卜素卜素 叶绿素叶绿素 胡萝卜素胡萝卜素 叶黄素叶黄素 叶绿素叶绿素a 叶绿素叶绿素b (占占1/4) (占占3/4) 5 5、观察与记录实验结果、观察与记录实验结果 实验步骤：实验步骤： 滤纸上色带的排列顺序如何？宽窄如何？说明什么？滤纸上色带的排列顺序如何？宽窄如何？说明什么？ （橙黄色

5、）（橙黄色） （黄色）（黄色） （蓝绿色）（蓝绿色） （黄绿色）（黄绿色） 胡萝卜素胡萝卜素 叶黄素叶黄素 叶绿素叶绿素 叶绿素叶绿素 小结：小结： 色素色素色素色素 颜色颜色 含量含量溶解度溶解度 扩散速扩散速 度度 吸收光吸收光 能能 橙黄色橙黄色 黄色黄色 蓝绿色蓝绿色 黄绿色黄绿色 最少最少 较少较少 最多最多 较多较多 最大最大 较大较大 较小较小 最小最小 最快最快 较快较快 较慢较慢 最慢最慢 蓝紫光蓝紫光 蓝紫光蓝紫光 红光红光 光合色素溶液光合色素溶液 吸收可见光，用于光合作用吸收可见光，用于光合作用2.2.色素的功能：色素的功能： 色素的吸收光谱图色素的吸收光谱图 400

6、500 600 700nm 400 500 600 700nm 100100 5050 吸收光能百分比 叶绿素 类胡萝卜素 可 见 光 区 叶绿素：吸收蓝紫光和红光叶绿素：吸收蓝紫光和红光 类胡萝卜素：吸收蓝紫光类胡萝卜素：吸收蓝紫光 二、叶绿体结构二、叶绿体结构 外膜外膜 内膜内膜 类囊体类囊体: 基质：基质： 色素、色素、酶酶 酶、酶、DNA、RNA 基粒基粒 叶绿体中分布着许多叶绿体中分布着许多吸收光能吸收光能的的 分子和进行光合作用所需的分子和进行光合作用所需的 。酶酶 1g菠菜叶片中的类囊体的总面菠菜叶片中的类囊体的总面 积竟达积竟达6060m2左右左右 色素色素 第四节第四节 能量

7、之源能量之源光与光合作用光与光合作用 二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用 浇灌五年 1648年，赫尔蒙特实验年，赫尔蒙特实验 结论：结论：植物的增重主要来自植物的增重主要来自水分水分 讨论：讨论：实验有无不足之处呢？植物真的只需要水和少实验有无不足之处呢？植物真的只需要水和少 量土壤中的物质就能生长吗？量土壤中的物质就能生长吗？ 回答：回答：没有考虑植物能从空气中得到什么没有考虑植物能从空气中得到什么 90kg 2.3kg 89.94kg 76.8kg 问题问题1：植物与空气之间存在什么关系？植物与空气之间存在什么关系？ 绿叶在光下放出的气体是绿叶在光下放出的气体是氧气氧气，吸收

8、的是，吸收的是二氧化碳二氧化碳 1771年，普利斯特利实验年，普利斯特利实验 结论：光照结论：光照是植物能够更新空气的条件是植物能够更新空气的条件 1779年，英格豪斯实验年，英格豪斯实验 1785年，发现了空气的组成年，发现了空气的组成 1771年，英国年，英国 普里斯特利普里斯特利 结论：结论： 绿色植物可以绿色植物可以更新空气更新空气。 但是后人重复其实验有时却得到完全相反的结论但是后人重复其实验有时却得到完全相反的结论 1779年年 荷兰荷兰 英格豪斯英格豪斯 是不是光在是不是光在 起作用呢？起作用呢？ 如何设计实如何设计实 验证明呢？验证明呢？ 绿色植物只有在绿色植物只有在光光下可以

9、更新空气下可以更新空气 1880年，德国年，德国 恩格尔曼恩格尔曼 黑暗黑暗 无空气无空气 结论：结论： 2.2.叶绿体叶绿体是光合作用的是光合作用的场所场所 1.1.氧氧是由是由 释放出来的（光）释放出来的（光） 1 问题问题2： 氧气在绿色植物的氧气在绿色植物的什么部位什么部位产生的呢？产生的呢？ 叶绿体叶绿体 好氧性细好氧性细 菌菌 水水 绵绵 水绵是常见的水绵是常见的淡水藻类淡水藻类 每条水绵由许多个结构每条水绵由许多个结构 相同的相同的长筒状细胞长筒状细胞连接连接 而成。而成。 水绵很明显的特点是：水绵很明显的特点是： 叶绿体呈螺旋式带状叶绿体呈螺旋式带状， 排列在细胞里。排列在细胞

10、里。 结论：结论：光合作用产生的有机物是光合作用产生的有机物是淀粉淀粉，需要光，需要光 问题问题3：光照光照下植物合成的下植物合成的有机物有机物是什么？是什么？ 1864年，德国萨克斯年，德国萨克斯 1864年，德国年，德国 萨克斯萨克斯 天竺葵天竺葵一片叶子一片叶子 一部分一部分遮遮光光 一部分一部分曝曝光光 脱色脱色 碘液碘液 不变蓝不变蓝 变蓝变蓝 暗处理暗处理 结论：结论： 绿色植物在光下制造的有机物是绿色植物在光下制造的有机物是淀粉淀粉 问题问题4：释放的释放的O2 来自于来自于H2O还是还是CO2？ 1941： 美国美国 鲁宾和卡门实验鲁宾和卡门实验 方法：方法：同位素标记法同位素

11、标记法 结论：光合作用释放的氧全部来自结论：光合作用释放的氧全部来自水水。 H2O C18O2H218O CO2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 第一组 第二组 20世纪：美国世纪：美国 卡尔文卡尔文 卡尔文循环卡尔文循环 有机物有机物 co2 C3 问题问题5：CO2中的碳如何转移到有机物中去的？中的碳如何转移

12、到有机物中去的？ 14CO2 CO2中的碳在光合作用中 转化成有机物中的碳 小结：光合作用探究历程小结：光合作用探究历程 16481648赫尔蒙特赫尔蒙特 植物的增重来自水植物的增重来自水 17711771普利斯特利普利斯特利 17791779英格豪斯英格豪斯 18451845梅耶梅耶 18641864萨克斯萨克斯 18801880恩格尔曼恩格尔曼 19391939鲁宾鲁宾 卡门卡门 2020世纪世纪4040年代年代卡尔文卡尔文 植物可以更新空气植物可以更新空气 只有在光照下植物可以更新空气只有在光照下植物可以更新空气 植物在光合作用时把光能转变植物在光合作用时把光能转变 成了化学能储存起来成

13、了化学能储存起来 绿色叶片光合作用产生淀粉绿色叶片光合作用产生淀粉 氧由叶绿体释放出来氧由叶绿体释放出来 叶绿体是光合作用的场所叶绿体是光合作用的场所 光合作用释放的氧气来自水光合作用释放的氧气来自水 光合产物中有机物的碳来自光合产物中有机物的碳来自COCO2 2 CO2 + H2O 光能光能 叶绿体叶绿体 （CH2O） + O2 光合作用光合作用 ：绿色植物通过：绿色植物通过_，利用，利用_， 把把_和和_转化成储存着能量的转化成储存着能量的_， 并且释放出并且释放出_的过程。的过程。 叶绿体叶绿体 有机物有机物 水水二氧化碳二氧化碳 光能光能 氧气氧气 光合作用化学反应式：光合作用化学反应

14、式： 光反应：光反应： 暗反应：暗反应： 根据反应过程根据反应过程是否需要光能是否需要光能分为：分为： 有光才能进行有光才能进行 有光、无光都能进行有光、无光都能进行 叶绿体中叶绿体中 的色素的色素 可见光可见光 C5 2C3 ADP+Pi ATP 2H2OO2 4H 多种酶多种酶 酶酶 (CH2O) CO2 吸收吸收 光能光能 光解光解 固定固定 还原还原 光反应光反应 暗反应暗反应 光合作用的过程光合作用的过程 （类囊体薄膜类囊体薄膜）（叶绿体基质叶绿体基质） 空气及线粒体中空气及线粒体中 空气及线粒体中空气及线粒体中 供氢供氢 供能供能 光能光能ATPATP中中活跃活跃的化学能的化学能有

15、机物中有机物中稳定稳定的化学能的化学能 叶绿体中叶绿体中 的色素的色素 光光 能能 H2O A C D CO2 多种酶多种酶 催化催化 F H E B 叶绿体叶绿体 中的色中的色 素素 光光 能能 H2O O2 H ATP ADP+Pi CO2 多种酶多种酶 催化催化 C5 (CH2O) 2C3 光反应阶段光反应阶段暗反应阶段暗反应阶段 场所场所 条件条件 物质变化物质变化 能量变化能量变化 联系联系 叶绿体基粒类囊体薄膜上叶绿体基粒类囊体薄膜上 叶绿体基质中叶绿体基质中 光、色素、酶光、色素、酶 有光无光均能进行，有光无光均能进行， 多种酶多种酶 水的光解、水的光解、ATPATP的合成的合成

16、 CO2的固定、的固定、C3的还原的还原 ATPATP的水解的水解 光能变成光能变成ATPATP中活跃的中活跃的 化学能化学能 ATPATP中活跃的化学能变成中活跃的化学能变成 有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能 光反应为暗反应提供光反应为暗反应提供H和和ATP 暗反应为光反应提供合成暗反应为光反应提供合成ATPATP的原料的原料ADPADP和和PiPi 光反应和暗反应的比较光反应和暗反应的比较 增加增加减少减少减少或没有减少或没有 减少或没有减少或没有 减少减少增加增加 增加增加 增加增加 减少减少增加增加 增加增加 减少或没有减少或没有 增加增加减少减少减少减少 增加增加 增加增加减

17、少减少增加增加减少减少 影响影响光合作用强度光合作用强度的因素？的因素？ 2、CO2浓度浓度 4、水、水 1、光照强度光照强度 3、温度温度 5、矿质元素、矿质元素 图中图中A A点含义：点含义： ； B B点含义：点含义： ； C C点表示：点表示： ； 若甲曲线代表阳生植物，则乙曲线代表若甲曲线代表阳生植物，则乙曲线代表 植物。植物。 光照强度为光照强度为0 0，只进行呼吸作用，只进行呼吸作用 光合作用与呼吸作用强度相等光合作用与呼吸作用强度相等 光合作用强度不再随光照强度增强而增强光合作用强度不再随光照强度增强而增强 阴生阴生 1、光照强度、光照强度 B：光补偿点：光补偿点 C：光饱和点

18、：光饱和点 轮作轮作延长光合作用时间延长光合作用时间 间种、合理密植间种、合理密植增加光合作用面积增加光合作用面积 应用：应用： 适当增加光照强度适当增加光照强度 净净 净光合速率（表观光合速率）：植物在单位时间内净光合速率（表观光合速率）：植物在单位时间内O2的释放量的释放量 、 CO2的吸收量的吸收量、有机物的积累量有机物的积累量 真正光合速率（实际光合速率）：植物在单位时间内真正光合速率（实际光合速率）：植物在单位时间内O2的产生量的产生量 、 CO2的固定量的固定量、有机物的制造量有机物的制造量 呼吸速率（黑暗中测量）：植物在单位时间内呼吸速率（黑暗中测量）：植物在单位时间内O2的吸收

19、量的吸收量 、 CO2的释放量的释放量、有机物的消耗量有机物的消耗量 真正光合速率真正光合速率 = 净光合速率净光合速率 + 呼吸速率呼吸速率 光合作用效率与光照强度、时间的关系光合作用效率与光照强度、时间的关系 一天的时间一天的时间 O 121311101514 光照强度光照强度 C 光合作用效率光合作用效率 C点：点：温度过高，气孔关闭，影响了 温度过高，气孔关闭，影响了COCO2 2的吸收，暗反应减弱。的吸收，暗反应减弱。 2、CO2的浓度的浓度 应用：应用：大田中增加空气流动、 大田中增加空气流动、 温室中增施有机肥温室中增施有机肥 OAOA段：段： ； ABAB段：段： ； B B点

20、以后：点以后： 。 B 二氧化碳浓度过低，无法进行光合作用二氧化碳浓度过低，无法进行光合作用 随着二氧化碳浓度增加，光合速率逐渐增强随着二氧化碳浓度增加，光合速率逐渐增强 光合速率达到最大值光合速率达到最大值 （分解者将有机肥分解为二氧化碳和无机盐）（分解者将有机肥分解为二氧化碳和无机盐） 光合作用是在光合作用是在 的催化下进行的，温度直接影的催化下进行的，温度直接影 响响 ； ABAB段表示：段表示： ； B B点表示：点表示： ； BCBC段表示：段表示： ； 酶的活性酶的活性 酶酶 此温度条件下，光合速率最高此温度条件下，光合速率最高 超过最适温度，光合速率随温度升高而下降超过最适温度，

21、光合速率随温度升高而下降 3、温度、温度 一定范围内，光合速率随温度升高而升高一定范围内，光合速率随温度升高而升高 应用：应用：增加昼夜温差，保证有机物的积累增加昼夜温差，保证有机物的积累 N：光合作用相关酶及光合作用相关酶及ATP的重要组分的重要组分 P： 类囊体膜和类囊体膜和ATP的重要组分；的重要组分； K：促进光合产物向贮藏器官运输促进光合产物向贮藏器官运输 Mg：叶绿素的重要组分叶绿素的重要组分 5. 5. 矿质元素矿质元素 4. 4. 水分水分 应用：应用：合理灌溉合理灌溉 应用：应用：合理施肥合理施肥 直接影响：水是光合作用的原料直接影响：水是光合作用的原料 间接影响：缺水可导致

22、气孔关闭，限制间接影响：缺水可导致气孔关闭，限制CO2进入叶片进入叶片 （三）化能合成作用（三）化能合成作用 异养生物异养生物(人、动物、真菌、大部分细菌人、动物、真菌、大部分细菌) 营营 养养 类类 型型 自养生物自养生物 光能自养生物光能自养生物(绿色植物绿色植物) 化能自养生物化能自养生物 利用环境中现成的有机物来维持生命活动。利用环境中现成的有机物来维持生命活动。 以以COCO2 2和和H H2 2O O（无机物）为原料合成糖类（有机（无机物）为原料合成糖类（有机 物），糖类中储存着的能量。物），糖类中储存着的能量。 光合作用光合作用 以以光光为能源，以为能源，以CO2和和H2O（无机物）为原料合成（无机物）为原料合成 糖类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。糖类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。 例如：绿色植物。例如：绿色植物。 化能合成作用化能合成作用 利用环境中某些利用环境中某些无机物氧化时释