福建省建瓯二中高中生物 基础知识 第三章 细胞的代谢 第五节 光合作用 新人教版必修1

第五节光合作用一、新陈代谢：生物体内全部有序的化学变化的总称。它包括：同化作用：合成自身是组成物质并贮存能量的过程。其主要类型有：自养型、异养型、兼性营养型。异化作用：分解自身的组成物质并且释放能量的过程。其主要类型有：需氧型、厌氧型、兼性厌氧型。二、光合作用的发现1、17世纪，比利时，海尔蒙特的柳苗栽培实验结论：植物的物质积累不是来自于土壤，而是完全来源于水。2、1771年，英，普利斯特利的实验密闭玻璃罩+绿色植物+蜡烛\小鼠→蜡烛不易熄灭\小鼠不易窒息死亡结论：植物可以更新空气。3、1779年，荷兰，印根胡滋的实验，证明普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功。结论：只有在光下植物才能更新空气。4、1864年，德，萨克斯的实验黑暗中饥饿处理的叶片→一半光照，一半遮光→碘蒸气处理→光照的一半变蓝，遮光的一半不变蓝结论：绿色叶片在光合作用下产生了淀粉。5、1880年，美，恩格尔曼的实验水绵、好氧菌至于无空气、黑暗的环境下，当用极细光束照射水绵时，好氧菌向被光束照射部位集中；当暴露于光下，好氧菌分布在所有受光部位。结论：氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是植物光合作用的场所。6、20世纪初，英，布莱克曼的实验他发现温度对光合作用的影响与光照强度有很大的关系，他推断出光合作用包括光反应和暗反应。7、20世纪初，德，瓦尔堡的实验8、20世纪40年代，美，鲁宾和卡门的实验同位素标记法：放射性同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用放射性同位素标记的化合物，化学性质不会改变。科学家通过追踪放射性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。结论：光合作用释放的氧气全部来自水。H218O+CO2→植物→18O2结论：光合作用释放的氧气全部来自水。H2O+C18O2→植物→O29、20世纪50年代，卡尔文利用放射性同位素14C标记CO2，最终完全阐明了光合作用中C的转变途径，即卡尔文循环。10、20世纪70年代以后，发现ATP产生机制、光系统Ⅰ、光系统Ⅱ、光呼吸、C4植物等。绿叶叶肉细胞绿叶叶肉细胞叶绿体色素1、色素种类、比例、颜色主要吸收蓝紫光和红橙光叶绿素：叶绿素a（3/4）：蓝绿色主要吸收蓝紫光和红橙光（3/4）叶绿素b（1/4）：黄绿色主要吸收蓝紫光类胡萝卜素胡萝卜素（1/3）：橙黄色主要吸收蓝紫光（1/4）叶黄素（2/3）：黄色2、作用吸收、传递光能：一般状态的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素；吸收、转化光能：特殊状态的叶绿素a。3、光的有关知识（1）眼睛能看到的光称为可见光，λ（波长）为400~700nm（1nm=10-9m）。植物光合作用利用的光也在可见光范围内。（2）白光是一种复色光，由不同波长的光组成。经三棱镜折射后，便可分为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等不同颜色，称为光谱。（3）叶绿体中的色素，可以吸收不同波长的光，可得到吸收光谱。4、实验：光合色素的提取和分离（1）目的要求：学会提取和分离叶绿体中色素的方法；分离叶绿体中的4种色素。（2）实验原理：色素不溶于水易溶于有机溶剂，故可用乙醇等有机溶剂提取；各种色素在层析液中的溶解度不同，经一定时间后，可将各种色素分开。（3）方法步骤：观察与记录分离叶绿体中的色素点样制备滤纸条提取色素观察与记录分离叶绿体中的色素点样制备滤纸条提取色素（4）注意事项：粉碎：加快研磨；SiO2：研磨充分；CaCO3：防止叶绿素被破坏；乙醇：提取色素；迅速/用棉塞塞紧试管口：防止乙醇挥发滤液细线要求均匀、细而直：防止色素带之间重叠；重复3-4次：使滤液细线上的色素多一些，分离后的色素带更清晰；滤液干后再画第二次：确保滤液细线较细；滤纸条下端要剪去两个角：因为如果不剪去两个角，色素在滤纸条上边缘的扩散速度就慢，色素带就会走的中间高，两边低。剪去角后，才能使扩散速度均匀，色素带扩散一致，达到齐的效果。滤液细线要高于层析液液面：色素易溶于层析液中，导致色素带不清晰，影响实验结果。叶绿素b胡萝卜素叶黄素叶绿素b胡萝卜素叶黄素叶绿素a..(6)影响叶绿素合成的因素光照：主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。例如，韭黄、蒜黄是在黑暗条件下培育出来的。温度：影响与叶绿素合成有关的酶活性，进而影响叶绿素的合成。例如，秋天叶片变黄和早春寒潮过后水稻秧苗变黄，都与低温抑制叶绿素形成有关。低温能分解叶绿素。矿质元素：植物缺N、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn等元素时不能合成叶绿素。四、光合作用概述光照1、概念：是绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存能量的有机物，并释放O2的过程。光照叶绿体2、总反应式：6CO2+12H2O→C6H12O6+6O2+6H2O叶绿体场所：叶绿体过程：分成光反应和碳反应两个阶段总过程4、光反应（1）场所：叶绿体类囊体膜条件：光、色素、酶原料：水产物：O2、NADPH、ATP（2）过程：光反应包括许多个反应，其中最重要的是发生在两种叶绿素蛋白质复合体（称光系统Ⅰ和光系统Ⅱ）中电子由低能状态激发到高能状态。这个高能电子随后丢失能量而进入光系统Ⅰ，这时一部分丢失的能量便转化为ATP中的能量。光系统Ⅱ中丢失的电子由水中的电子补充，也就是水被裂解为H+和气态的氧，或者说H2O被氧化为O2。光系统Ⅰ中，也有一个叶绿素分子中低能电子被光激发，成为另一个高能电子，这个高能电子的作用是将NADP+还原为NADPH。NADPH是一种强还原剂，是碳反应中所必需的。光系统Ⅰ中被激发的电子则由来自光系统Ⅱ的电子来补充。（3）光反应中发生的变化①水在光下裂解为H＋、O2和电子：H2O→2H++2e-+1/2O2②光能被吸收并转化为ATP中的化学能：ADP+Pi+能量→ATP③水中的氢（H＋＋e－）在光下将NADP＋还原为NADPH：NADP++H++2e-→NADPHATP为碳反应提供能量；NADPH既是还原剂，又为碳反应提供能量（4）物质变化和能量变化①物质变化：水的光解H2O→2[H]+1/2O2；合成ATP：ADP+Pi→ATP②能量变化：光能→电能→ATP、NADPH中活跃的化学能5、碳反应：即卡尔文循环（1）场所：叶绿体基质条件：NADPH、ATP、酶原料：CO2产物：三碳糖（2）过程：①CO2固定：②C3还原：③C5再生：光反应和碳反应的比较光反应碳反应进行部位叶绿体类囊体的光合膜叶绿体基质条件光、水、色素和酶CO2、ATP、NADPH和酶物质变化水的光解：H2O→2[H]+1/2O2合成ATP：ADP+Pi→ATPCO2的固定：CO2+C5→2C3三碳的还原：2C3→三碳糖能量变化光能转换成ATP和NADPH中活跃的化学能ATP和NADPH中活跃的化学能变成有机物中稳定的化学能联系光反应为暗反应提供NADPH和ATP暗反应产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料7、光合作用实质（1）物质变化：无机物→有机物（2）能量变化：光能→电能→ATP和NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能五、影响光合作用的因素1、光合速率的定义：或称光合强度，是指一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行多少光合作用(如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳）。2、计算方法：①真正光合速率：是指植物在光下实际把二氧化碳转化成有机物的量，即在单位时间、叶面积从外界吸收和自身呼吸释放二氧化碳的量。②表观光合速率：不算呼吸作用放出的二氧化碳量，只算从外界吸收的二氧化碳量，即是在光下测定的二氧化碳的吸收量。影响因素内部因素①不同种类的植物，光合速率不同。②同一植物不同部位的叶片，光合速率不同。③同一叶片的不同生长发育时期，光合速率不同。④同一植物的不同生长发育阶段，光合速率不同。光合速率光强0光合速率光强0开花期营养生长期幼苗期叶龄光合速率AB0C摘除老叶、残叶、降低呼吸。（2）环境因素（单因子影响因素）①光：光照强度、光质光照强度：在其他条件都适宜的情况下，在一定范围内，光合速率随光照强度提高而加快。当光照强度高到一定数值后，光照强度再提高而光合速率不再加快，这种现象叫光饱和现象。开始达到光饱和现象的光照强度为光饱和点。随着光照强度减弱，光合速率减慢，当减弱到一定的光照强度时，光和吸收的二氧化碳与呼吸释放二氧化碳的量几乎相等，此时的光照强度为光补偿点。阴生植物的光饱和点与光补偿点一般都低于阳生植物。0B0BCO2吸收光照强度阳生植物阴生植物B：光补偿点C：光饱和点ACC′B′A'应用：适当提高光照强度；根据植物的生活习性因地制宜地种植植物。b、光质：即波长一般情况下白光光合速率最快，红光次之，绿光最差。应用：温室大棚使用无色透明玻璃，若要降低光合作用，则用有色玻璃。②温度：T0光合速率光合作用与酶一样有一个最适温度，最适温度因植物种类而已，一般温带植物的最适温度常在T0光合速率应用：适时播种；温室栽培时，冬天适当升温，夏天适当降温；白天适当升温，升至光合作用最适温度，晚上适当降温，降低呼吸，积累有机物。COCO2浓度CO2吸收CO2释放OABC③CO2浓度CO2含量很低时，绿色植物不能制造有机物，随着CO2含量的提高，光合作用增强；当CO2含量提高到一定程度时，光合作用的强度不再随CO2含量的提高而增强。应用：增施有机肥、农家肥、喷施干冰、燃烧秸秆等措施提高CO2浓度。矿质元素光合速率0矿质元素光合速率0N、Mg、Fe、Mn等影响叶绿素的合成；K、P等参与碳水化合物代谢，缺乏时影响糖类的转变和运输；P参与叶绿体膜构成及光合作用中间产物的转变和能量传递。应用：增施农家肥⑤水光合作用原料，又是体内各种化学反应的介质；水影响气孔的开闭，影响CO2进入植物体。应用：合理灌溉、预防干旱。4、光照强度、T、CO2浓度等因素对光合作用的影响是综合的（多因子影响因素）光强光合速率光强光合速率0高温高CO2浓度低温低CO2浓度在高温、高CO2浓度的情况下，光强度对光合速率的影响比较显著，任何一因素的强弱都可能限制光合作用。在低温时，光照再强，植物叶不能以最快的速率生长，因为