课件共享生物第四节光合作用

一、捕获光能的色素和结构1、提取绿叶的色素

原理：色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以可用无水乙醇提取色素。称取5g的绿叶，剪碎，放入研钵中。（一）绿叶中色素的提取和分离（二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。）少许二氧化硅和碳酸钙再放入10mL无水乙醇迅速、充分的研磨

将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。收集滤液,封口。制备滤纸条铅笔线画铅笔细线画滤液细线细、直、齐重复2—3次2、分离绿叶中的色素

纸层析法原理：不同色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素。层析液培养皿

纸层析色素在层析液体中溶解度大，扩散速度快；溶解度小，扩散速度慢。注意：层析液不能没及滤液线（石油醚）种类化学结构颜色含量叶绿素叶绿素aC55H72O5N4Mg蓝绿色3/4叶绿素bC55H70O6N4Mg黄绿色类胡萝卜素胡萝卜素C40H56橙黄色1/4叶黄素C40H56O2黄色分析：为什么植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶片金黄呢？由于叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素，而使类胡萝卜素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色由于叶绿素比类胡萝卜素易受到低温的破坏，秋季低温使叶绿素大量破坏，而使类胡萝卜素的颜色显示出来叶绿素溶液（二）色素的功能色素的功能：吸收、传递和转化光能PDAhh光合单位PDA——作用中心色素（P），原初电子供体（D）和原初电子受体（A）外围为天线色素天线色素种类作用作用中心色素种类作用绝大多数叶绿素a及全部叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素吸收、传递光能少数处于特殊状态的叶绿素a吸收、转换光能叶绿体中的类囊体薄膜上色素的分类：讨论：恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处？（1）、用水绵作实验材料，有细而长的带状叶绿体，螺旋状分布在细胞中，便于观察和分析研究。（2）、将临时装片置于黑暗且没有空气的环境中，排除了环境中光线和O2的影响，从而确保实验能顺利进行。（3）、用极细的光束照射，并且用好氧菌进行检测，能准确的判断水绵细胞中放O2

部位。（4）、进行黑暗（局部光照）与曝光的对照实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。结论:叶绿体是进行光合作用的场所，它内部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。(1)实验背景：公元前3世纪，亚里斯多德提出，植物生长在土壤中，土壤是构成植物体的原材料。1、赫尔蒙特的实验（2）提出问题：1642年，赫尔蒙特对亚里斯多德的说法进行大胆质疑:植物生长所需的物质真的是来自土壤吗？（一）光合作用的探究历程二光合作用的原理与应用实验过程：将一株2.3kg重的小柳树种在重90.9kg的干土中，用雨水浇灌５年。五年后实验结果:柳树增重74.47kg，土壤只减少0.06kg该实验说明了什么？结论:植物生长所需的大部分物质并非来自于土壤，而是水。质疑：该实验是否科学？存在什么不足？年代科学家结论1664赫尔蒙特水分是植物建造自身的原料1771普利斯特利植物可以更新空气1779英格豪斯只有在光照下只有绿叶才可以更新空气1845R.梅耶植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来1864萨克斯绿色叶片光合作用产生淀粉1880恩格尔曼氧由叶绿体释放出来。叶绿体是光合作用的场所。1939鲁宾卡门光合作用释放的氧来自水。20世纪40代卡尔文光合产物中有机物的碳来自CO2光能转换成电能DPA光光NADP+NADPH光H2Oe-脱离叶绿素a的电子去哪里了？

脱离叶绿素a的电子，经过一系列的传递，最后传递给一种带正电荷的有机物——

NADP+。最终的电子供体和电子受体分别是？电子供体：H2O电子受体：NADP+简称：辅酶Ⅱ全称：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸英文简称：NADP+

二、光合作用过程光反应暗反应划分依据:反应过程是否需要光照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？有光才能反应有光、无光都能反应色素分子可见光C52C3ADP+PiATP2H2OO2[H]多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解供能固定还原供氢光反应暗反应光合作用过程：光合作用的过程光反应暗反应1.光反应阶段H2O类囊体膜酶Pi

＋ADPATP[H]进入叶绿体基质，参与暗反应O2条件：过程：场所：2H2OO2+4H++4e-光色素光、色素、酶叶绿体的囊状结构（类囊体）薄膜水的光解：NADPH的形成：ATP的形成：暗反应ADP+Pi+

电能

ATP

酶（活跃化学能）NADP++2e+H+

NADPH酶光色素水的光解：NADPH的形成：ATP的形成：条件：过程：场所：2.暗反应阶段多种酶参与催化、ATP、NADPH叶绿体的基质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能量变化：CO2+C52C3酶C3+[H]+ATP+H+

（CH2O）/C5+H2O+ADP+Pi+NADP+酶光反应暗反应反应性质光化学反应酶促反应与光的关系须光照有光、无光均可与温度的关系与温度无直接关系与温度关系密切反应时间短、以微妙计长，反应缓慢反应条件反应场所物质变化能量变化实质光能转换成化学能，释放氧气二氧化碳被固定合成有机物3.光反应与暗反应的区别和联系(1)区别:(2)联系:光反应和暗反应是一个整体，二者紧密联系。光反应是暗反应的基础，光反应阶段为暗反应阶段提供能量(ATP)和还原剂(［H］)，暗反应产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料。4.条件改变对光合作用产物的影响三、光合作用的意义1、物质来源：全球自养植物每年同化碳素约2×1011吨，相当于（4～5）×1011吨有机物2、能量来源：每年转化太阳能3×1018千焦3、环境保护：每年放氧量5.35×1011吨4、生物进化：部分氧气转化为O3形成臭氧层，滤去破坏紫外线四、光合作用与呼吸作用的区别：光合作用呼吸作用原料CO2、H2OO2、葡萄糖等有机物产物O2、葡萄糖等有机物CO2、H2O等能量转换贮藏能量的过程光能→活跃的化学能→稳定的化学能释放能量的过程稳定的化学能→活跃的化学能发生部位叶绿体细胞质基质、线粒体发生条件光照下才可发生光下、暗处都可发生光合作用过程图解温度pH强度频率浇水Mg2+施肥空气中的浓度哪些外界条件会影响光合作用的进行?光温度CO2浓度矿质元素的供应水分光的波长光照强度光照时间五、影响光合作用的因素光合速率波长（nm）400500600700不同波长下菜豆的光合速率①植物在能量相等的不同单色光下，红光和蓝紫光有利于提高光合作用效率，而黄绿光则不利于提高光合作用效率；②在红光下，光合产物中糖类含量较多，在蓝紫光下，光合产物中蛋白质和脂肪较多。措施：在塑料大棚或人工光照的温室中，给绿色植物开“光吧”光照强度(lx)(是指总光合作用强度)植物“午休”现象CO2浓度(是指总光合作用强度)N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分P：NADP+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：叶绿素的重要组分不足：光合作用不能顺利进行过量：危害农作物正常生长发育必须矿质元素多因子对光合作用的影响例：下图中甲、乙、丙分别表示几种环境因素对小麦光合作用强度的影响，除各图中所示因素外，其他因素均控制在小麦生长的适宜范围。请据图回答以下问题：（1）甲图P点，限制小麦光合作用强度的因素为

。乙图Q点，高CO2浓度条件下，若要进一步提高光合作用应注意满足植物生活的

条件（请依据上述三图作答）。预计丙图Q点之后3条曲线的变化趋势为

。（2）夏天中午光照强烈时，小麦光合作用强度低的主要原因可以用

图来说明，具体解释为

。（3）在气候寒冷时，即使在全日照下玫瑰也不能以最快的速度生长，可以用

图来说明，这是因为

的缘故。适宜温度3条曲线都会随着温度升高而呈逐渐下降趋势乙强光照使叶片气孔逐渐关闭，导致体内CO2浓度降低，光合作用强度下降。甲和丙气温较低，酶活性受限制光照强度光照强度

指光照的强弱,以单位面积上所接受可见光的能量来量度，单位勒克斯（Lx）。光合作用强度

指光合作用的强弱，也称“光合强度”、“光合速率”。可以通过测定一段时间内原料消耗或产物生成的量来定量的表示。六、探究光照强度对光合作用强度的影响探究光照强度对光合作用强度的影响实验对象：实验结果：实验结论：自变量：对照类型：因变量：叶圆片光照强度光合作用强度相互对照（对比实验）60分钟30分钟

10分钟30厘米20厘米10厘米

不同光照条件下浮起的叶片数无关变量：叶圆片的数量和大小、温度、CO2浓度（可用玻璃管向烧杯中的水吹气相同时间）等在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。可观测指标为叶圆片上浮的数量光照强度光合速率光饱和点

在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合速率也不断增加。当光照强度增加到某一点后，再增加光照强度，光合速率也不再增加，这一点的光照强度称光饱和点。ABO？思考：限制曲线在A处进一步增大的因素有哪些？外在因素（环境因素）如温度或二氧化碳浓度；内在因素如色素的含量或酶的量；a例：生长旺盛的叶片，剪成5mm见方的小块，抽去叶内气体，做下列处理，如图，这四个处理中，沉入底部的叶片小块最先浮起的是A提高农作物产量的措施产量的措施延长光合作用时间增加光合作用面积：增加光能利用率提高光合作用效率控制光照强弱控制光质控制CO2供应控制必需矿质元素供应适时适量施肥合理密植间作套种通风透光（合理密植）在温室中施有机肥，使用CO2发生器阴生植物阳生植物七、光合作用原理的应用八、化能合成作用自养型生物以光为能源，以CO2和H2O（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。例如绿色植物。异养型生物只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。例如人、动物、真菌及大多数的细菌。化能合成作用:利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。少数的细菌，如硝化细菌。光能自养生物化能自养生物两者区别:所需的能量来源不同（光能、化学能）2.光合作用强度的表示方法:①用光照下单位时间内CO2吸收量表示；光合作用实际吸收CO2量=实测容器内CO2减少量+细胞呼吸释放CO2量②用光照下单位时间内02释放量表示；光合作用实际释放O2量=实测容器内O2增加量+细胞呼吸消耗O2量③用光照下单位时间植物体内有机物的积累量表示；光合作用产生有机物的量=实测有机物的增加量+细胞呼吸释消耗有机物的量1.呼吸作用强度的表示方法:①黑暗下单位时间内CO2释放量(或实验容器内C02增加量)②黑暗下单位时间02吸收量(或实验容器内O2减少量)③黑暗下单位时间植物重量(或有机物)的减少量如何测定？如何测定？九、呼吸作用与光合作用的综合计算问题如何测定叶片单位时间内CO2释放量？

黑暗条件下将植物的一片叶子放入一个密闭透明的容器内，用CO2传感器测量容器内CO2的含量为M1，一段时间后再测量一次CO2含量为M2。M2－M1就是叶片这段时间内释放的CO2量

较强光照下将植物的一片叶子放入一个密闭透明的容器内，用CO2传感器测量容器内CO2的含量为N1，一段时间后再测量一次CO2含量为N2。N1－N2：这段时间内叶片对CO2吸收量如何测定容器内CO2减少量？3.总光合速率、净光合速率与呼吸速率的关系总(真正)光合速率=净(表观)光合速率+呼吸速率注：对应于总光合量或净光合量的几种常见的描述方法：（1）植物或叶片吸收CO2（或释放O2）的量——净光合量；（2）植物或叶片“积累”葡萄糖（或有机物）的量——净光合量；（3）植物或叶片“制造”或“生产”或“合成”有机物的量——总光合量；（4）叶绿体吸收CO2（或释放O2）的量——总光合量。半叶法测有机物的产生量（测总光合作用强度）：

原理是：将对称叶片的一部分（A）遮光，另一部分（B）不进行处理，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取相等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作用强度，其单位是mg/(dm2·h)。若M=MB-MA，则M表示＿＿＿＿＿＿＿＿＿。MA：MB：MB-MA：净光合量+呼吸消耗量总光和强度原叶重-呼吸消耗量原叶重+净光合量图1表示光合作用部分过程的图解，图2表示改变光照后，与光合作用有关的五碳化合物和三碳化合物在细胞内的变化曲线。根据图回答：(1)图1中A表示的物质是________，它由________产生，其作用主要是____________________________。(2)图1中ATP形成所需的能量最终来自于__________。若用放射性同位素标记14CO2，则14C最终进入的物质是________。[H]水在光下分解用于C3的还原(CH2O)太阳光能例题解析(3)图2中曲线a表示的化合物是________，在无光照时，其含量迅速上升的原因是：____________________(4)曲线b表示的化合物是________，在无光照时，其含量下降的原因是：____________________________C3CO2的固定仍在进行,C3的还原受阻。C5C5与CO2结合形成C3，且C3不能被还原为C5如图所示，图甲为叶绿体结构与功能示意图，图乙表示一株小麦叶片细胞内C3相对含量在一天24小时内的变化，请据图分析：（1）图甲中A、B、C、D分别表示参与光合作用或光合作用生成的物质，则A、B、C、D依次是

。H2O、CO2、C3、C5（2）在Ⅰ中发生的过程称为＿＿＿＿＿，在Ⅰ中含有的参与此过程的物质是＿＿＿＿＿＿＿。（3）在Ⅰ中发生的反应与Ⅱ中发生反应的物质联系是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿__________________＿___。（4）图乙中，从＿＿＿点开始合成有机物，至＿＿＿点有机物合成终止。光反应色素和酶光反应为暗反应提供［H］和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi等BI（5）AB段C3含量较高，其主要原因是

。（6）G点C3含量极少，其原因是

。（7）G点与F点相比，叶绿体中［H］含量较＿＿＿＿（填“高”或“低”）。无光不进行光反应，C3不能被还原气孔关闭，叶肉细胞内CO2含量低高B将川芎植株的一叶片置于恒温的密闭小室，调节小室CO2浓度，在适宜光照强度下测定叶片光合作用的强度（以CO2吸收速率表示），测定结果如下图。下列相关叙述，正确的是()A．如果光照强度适当降低，a点左移，b点左移

B．如果光照强度适当降低，a点左移，b点右移

C．如果光照强度适当增强，a点右移，b点右移

D．如果光照强度适当增强，a点左移，b点右移D呼吸作用减弱a点上移,b点左移光合作用增强m值增加A净光合速率呼吸速率总光合速率A净光合速率C呼吸作用净光合强度D下图表示20℃时玉米光合作用强度与光照强度的关系，S1、S2、S3表示所在部位的面积，下列说法中不正确的是

(A)S1+S3表示玉米呼吸作用消耗的有机物量(B)S2+S3表示玉米光合作用产生的有机物总量(C)若土壤中缺Mg,则B点右移，D点左移(D)S2-S3表示玉米光合作用有机物的净积累量DS2-S1表示玉米光合作用有机物的净积累量下图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况，除各图中所示因素外，其他因素均控制在最适范围。下列分析错误的是（）A.甲图中a点的限制因素可能是叶绿体中酶的数量B.乙图中d点与C点相比，相同时间内叶肉细胞中C5的生成量多C.图中M、N点的限制因素是光照强度，P点的限制因素是温度D.丙图中，随着温度的升高，曲线走势将稳定不变D将一植物放在密闭的玻璃罩内，置于室外进行培养，用CO2浓度测定仪测得了该玻璃罩内CO2浓度的变化情况，绘制成如右图的曲线，下列有关说法正确的是(

)①BC段较AB段CO2浓度增加减慢，是因为低温使植物呼吸作用减弱②CO2浓度下降从DE段开始，说明植物进行光合作用是从D点开始③FG段CO2浓度下降不明显，是因为气孔关闭，叶片对CO2的吸收减少④H点CO2浓度最低，说明此时植物对CO2的吸收最多，光合作用最强A．①②B．③④C．①③D．②④C光照净光合速率黑暗该条件下植物呼吸作用的速率(探究创新题)某实验小组用小球藻进行实验，探究影响光合作用速率的因素。他们将一定量的小球藻浸入适宜培养液的试管中，以白炽台灯作为光源。移动台灯改变光源与试管的距离；CO2浓度分别设置为0.03%和0.05%，根据实验结果绘制成曲线1、曲线2（如图）。请分析回答：（1）比较C、D两点的光合作用速率，可见限制D点光合作用速率的主要因素是__________，EF段________不再成为光合作用速率的主要限制因素，若C处突然关闭台灯，叶绿体中C3的含量将如何变化？________。（2）F点的含义是______________________________。CO2浓度CO2浓度增加该光照强度时，小球藻光合作用速率等于细胞呼吸速率（3）该小组又做了探究小球藻最适生长温度的预实验，实验结果见下表：请根据预实验结果，设计进一步的探究实验：材料用具：小球藻若干、大试管若干、含CO2缓冲液的培养液、水浴锅（控制温度）、量筒等。该实验应控制好的两个主要无关变量是：①________________________________________;②________________________________________。相同光照时间和距离（相同的光照强度）小球藻的数量相同实验步骤：第一步：___________