生物光合作用

光合作用2013.9.25这一章我们需要掌握的内容：通过光合作用的发现史初步了解实验思想和对实验现象的描述，为今后复习实验专题奠定基础。通过光合作用的方程式理解光合作用的概念、光合作用的意义。理解光合作用的色素的种类、作用。通过光合作用的图解，掌握光合作用的过程以及影响光合作用的因素。学会有关光合作用的计算。一、有关光合作用研究的几个重大发现把绿色叶片放在暗处几小时。把叶片一半曝光，另一半遮光。过一段时间后,用碘蒸气处理叶片发现遮光的那一半叶片没有发生颜色变化，曝光的那一半叶片则呈深蓝色。1、1864年，德国科学家萨克斯的实验：——实验准备——实验处理1——实验处理2——实验现象实验结论2、1880年，德国科学家恩吉尔曼用水绵进行了光合作用的实验：把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气并且是黑暗的环境里然后用极细的光束照射水绵通过显微镜观察发现，好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射到的部位附近；如果上述临时装片完全暴露在光下好氧细菌则集中在叶绿体所有受光部位的周围——实验准备——实验处理1——实验现象1——实验处理2——实验现象23、1930年，美国微生物学家范尼特的推理。他是思索光合作用过程机制的第一人。

紫硫细菌

氢细菌

绿色植物

CO2+2H2S(CH2O)+H2O+2S

CO2+2H2(CH2O)+H2O

CO2+2H2O(CH2O)+H2O+O2

4、1941年，美国的鲁宾用实验证明。

鲁宾和他的同事制备了有特殊“标记”的水，其中0.85％的分子含18O原子，——实验准备而空气、水和其他含氧天然物质中99.76％的氧是16O,只有0.20％是18O。——资料知识用这种水提供给藻类进行光合作用时，——实验处理产生的氧气中18O的比例和供给的水一样是0.85％，而不是天然氧气（及它的化合物如二氧化碳）的0.20％。——实验现象1他们还制备了含18O的二氧化碳，当藻类用这种二氧化碳和天然水进行光合作用时，放出的氧气中18O并不增多，而只含有和天然一样的0.20％的18O。——实验现象25、卡尔文循环上世纪40年代到50年代中期，美国科学家卡尔文和他的同事运用放射性同位素示踪等方法，经过十多年的系统研究，提出了二氧化碳同化的循环途径——暗反应过程——卡尔文循环。

思考：若甲是有光条件下，验证氧气是否由绿色植物释放的装置，对照组是

。若甲是用来验证植物释放氧气是否需要光，那么对照组是

。丙乙二、光合作用的概念及意义1、光合作用的反应方程式：2、光合作用的概念：

主体:

动力：场所：原料：产物：3、光合作用的意义：CO2+2H2﹡O(CH2O)+H2O+﹡O2

光叶绿体食物、大气平衡、能量绿色植物太阳光能叶绿体CO2和H2O有机物、水和氧气不同植物光合作用产生的有机物不同。有的是淀粉，有的是葡萄糖，有的还有脂类和蛋白质等。叶绿素类胡萝卜素叶绿素b叶黄素(蓝绿色）（黄绿色）（橙黄色）（黄色）（含量占3/4）（含量占1/4）外膜内膜基质基粒叶绿体中的色素叶绿体结构模式图(色素)胡萝卜素叶绿素a光合作用的场所叶绿体（光反应酶、光反应场所）（暗反应酶、暗反应场所）▲光合作用场所一定是叶绿体吗？叶绿体在不同光强下的运动：低光下扁平面向光排列，高光强下窄面向光，作避光性排列。弱光强光叶绿体的运动三、光合作用有关的

色素分布、种类和功能类胡萝卜素叶绿素叶黄素叶绿素b叶绿素a胡萝卜素含量最少含量最多1：4吸收：蓝紫光吸收：蓝紫光红橙光色素的功能是：吸收、传递和利用光能。只有少数叶绿素a能利用光能思考：下列色素的吸收光谱属于叶绿素的是

、类胡萝卜素的是

。

A、BC、D叶绿素a与叶绿素b吸收光谱

思考：阴生植物与阳生植物相比，四种色素的含量会有哪些变化？的两个比值两类植物会有哪些不同？思考：将经黑暗和隔绝空气处理的水绵与好氧型细菌的临时装片，放在光源照射下的三棱镜后，观察到的现象是什么？能量变化：H2O→2H++½O2+2e-

ADP+Pi+能量→ATP光能→电能→ATP、NADPH中活跃的化学能光反应中的物质和能量变化NADP++H++2e-→NADPH四、光合作用的过程水的光解：NADPH

的形成：ATP的形成：暗反应中的物质和能量变化CO2的固定：C3的还原：C5的再生：5C3→3C5ATPADP+PiNADPHNADP+（CH2O）2C3C5+CO2→2C3能量变化：ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能光反应与暗反应的关系叶绿体中的色素H2ONADPHATPADP+Pi水的光解O22C3C5（CH2O）多种酶参加催化CO2还原固定C5的再生光反应阶段暗反应阶段（在叶绿体类囊体膜上）（在叶绿体基质中）H2O光合作用的实质把无机物(CO2+H2O)有机物；光能电能ATP、NADPH中活跃的化学能有机物中稳定的化学能。是最基本的物质代谢和能量代谢。五、光合作用的实质和意义6CO2+12H2*O光能叶绿体C6H12O6+6*O2+6H2O

葡萄糖意义（1）地球生物的食物来源。（2）生物生命活动能量的起点。（3）地球大气成分的稳定

若CO2浓度突然降至极低，其他条件不变的情况下，叶肉细胞内下列化合物的含量有何变化？

C5C3ATP1.在光照突然消失，其他条件不变的情况下，叶肉细胞内下列化合物的含量有何变化？

ATPC3C5

（04全国）离体的叶绿体在光照下进行稳定的光合作用时，如果突然中断CO2气体的供应，短时间内叶绿体中C3化合物与C5化合物相对含量的变化是（）

A、C3化合物增加、C5化合物减少

B、C3化合物增加、C5化合物减少

C、C3化合物减少、C5化合物增加

D、C3化合物减少、C5化合物减少C

从植物细胞中提取叶绿体，放入含有ADP、磷酸盐以及氢的载体等物质的溶液中，按图示控制条件进行光合作用的有关实验并不断测定有机物的合成量，用此数据绘成曲线图如下，请你用已学的光合作用知识根据曲线各段特点回答：（1）ab段由于缺乏CO2，使光合作用过程中的

不能进行，因此不会有有机物生成。

（2）bc段在提供了CO2之后，由于ab段已积累了大量的

，所以有机物能快速合成。

（3）cd段在无光照条件下，由于光合作用过程中的

无法进行，无法继续提供

又由于ab段所积累的物质

的原因，使有机物的合成逐渐下降至0。暗反应NADPH和ATP光反应新的NADPH和ATP被逐渐用完

（一）、内因1.叶龄

新长出的嫩叶，气孔尚未完全形成或开度小，叶绿体小，片层结构不发达，光合速率很低。2.叶的结构

叶的结构如叶厚度、栅栏组织与海绵组织的比例、叶绿体和类囊体的数目等都对光合速率有影响。叶的结构一方面受遗传因素控制，另一方面还受环境影响。

七、影响光合速率的因素（一）栅栏细胞海绵组织细胞阳生植物类囊体多、叶绿素多；叶片小而厚；叶表面蜡质多或有绒毛、叶脉发达；（光饱和点）（光补偿点）光强度ABCO2吸收值CO2释放值黑暗中呼吸作用强度表观光合速率真正光合速率

七、影响光合速率的因素（二）

真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率1、光强度光合作用强度——光合速率反应指标：①CO2的吸收量②有机物合成量③O2的释放量温度不变，植物的呼吸强度不变。光强度主要影响了植物光合作用的光应该阶段。光是光合作用的动力，也是形成叶绿素、叶绿体以及正常叶片的必要条件。（二）、外因光合作用制造有机物量光合作用产生的O2量光合作用吸收的CO2量叶绿体光合作用吸收CO2量总光合作用速率（实际光合速率、真正光合速率）净光合作用速率（表观光合速率）有机物积累（增加）量（光照下）测得的O2释放量（光照下）测得的CO2吸收量

真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率光照强度的影响1、O-B，限制光合速率的因素是什么？在一般情况下，光照强度达到B点后，限制光合速率的主要原因有哪些？为什么？2、阴生植物与阳生植物图中的A、B会有何不同？C光照强度AB（光补偿点）（光饱和点）CO2的吸收值CO2的释放值不同植物的光强-光合曲线不同，光补偿点和光饱和点也有很大的差异。光补偿点高的植物一般光饱和点也高，草本植物的光补偿点与光饱和点通常要高于木本植物；阳生植物的光补偿点与光饱和点要高于阴生植物；

不同植物的光强光合曲线3、CO21.CO2-光合曲线

光下CO2浓度为零时叶片只有呼吸,释放CO2。图中的OA部分为光下叶片向无CO2气体中的CO2释放速率,通常用它来代表呼吸速率。在比例阶段，光合速率随CO2浓度增高而增加，当光合速率与呼吸速率相等时，环境中的CO2浓度即为CO2补偿点(图中C点)；当达到某一浓度(S)时，光合速率便达最大值(Pm)，开始达到光合最大速率时的CO2浓度被称为CO2饱和点。叶片光合速率对细胞间隙CO2浓度响应示意图主要是影响光合作用过程中的暗反应4、温度

光合过程中的暗反应是由酶所催化的化学反应，因而受温度影响。在强光、高CO2浓度时温度对光合速率的影响要比弱光、低CO2浓度时影响大，这是因为在强光和高CO2条件下，温度成了光合作用的主要限制因素。不同CO2浓度下温度对光合速率的影响

a.在饱和CO2浓度下；b.在大气CO2浓度下

6、矿质元素

5、水分

向日葵在严重水分亏缺时以及在复水过程中叶水势、光合速率、气孔阻力、蒸腾速度的变化水分对光合作用的影响有直接的也有间接的原因。直接的原因是水为光合作用的原料。但是用于光合作用的水不到蒸腾失水的1%，因此缺水影响光合作用主要是间接的原因。(1)气孔导度下降当水分亏缺时，叶片中脱落酸量增加，从而引起气孔关闭，导度下降，进入叶片的CO2减少。(2)光合产物输出变慢水分亏缺会使光合产物输出变慢，加之缺水时叶片中淀粉水解加强，糖类积累，结果引起光合速率下降。如N、P、S、Mg是叶绿体中构成叶绿素、蛋白质、核酸以及类囊体膜不可缺少的成分。八、光合速率的日变化

一天中，外界的光强、温度、土壤和大气的水分状况、空气中的CO2浓度以及植物体的水分与光合中间产物含量、气孔开度等都在不断地变化，这些变化会使光合速率发生日变化，其中光强日变化对光合速率日变化的影响最大。如果白天云量变化不定，则光合速率会随光强的变化而变化。当光照强烈、气温过高，光合速率日变化呈双峰曲线，大峰在上午，小峰在下午，中午前后，光合速率下降，呈现“午睡”现象，主要是由于气孔关闭，使CO2吸收减少。另外，光合速率也同气孔导度的变化相对应(图34A)。在相同光强时，通常下午的光合速率要低于上午的光合速率(图34B)，这是由于经上午光合后，叶片中的光合产物有积累而发生反馈抑制的缘故。2.光质

在太阳幅射中，只有可见光部分才能被光合作用利用。用不同波长的可见光照射植物叶片，测定到的光合速率不一样。在600～680nm红光区，光合速率有一大的峰值，在435nm左右的蓝光区又有一小的峰值。可见，光合作用的作用光谱与叶绿体色素的吸收光谱大体吻合。不同光波下光合速率实线为26种草本植物的平均值；虚线为7种木本植物的平均值。阴天（或散射光）不仅光强减弱，而且蓝光和绿光所占的比例增高。树木的叶片吸收红光和蓝光较多，故透过树冠的光线中绿光较多，由于绿光是光合作用的低效光，因而会使树冠下生长的本来就光照不足的