5.4光合作用与能量转化课件高一上学期生物人教版必修(1)2

光合作用

绝大多数生物，活细胞所需能量的最终源头是

，将光能转变成细胞能够利用的化学能的生理过程是

。来自太阳的光能光合作用正常苗白化苗正常幼苗能进行光合作用制造有机养料白化苗不能进行光合作用，无法制造有机养料这说明光合作用需要色素去捕获光能。提取原理绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇（或丙酮）中，用无水乙醇提取色素。纸层析法：绿叶中色素在层析液(汽油)中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散速度不同，这样，绿叶中的色素就在扩散过程中分离开。分离原理（一）实验：绿叶中色素的提取和分离一、捕获光能的色素1.实验原理①研磨材料:5g鲜叶药品SiO2——有助于研磨充分CaCO3

——防止色素被破坏无水酒精——溶解色素（1）提取色素2.实验步骤②过滤：获取绿色滤液（试管口加棉花防挥发）①准备滤纸条铅笔线画铅笔细线滤液细线画滤液细线要求：细直齐重复2—3次（2）分离色素②画滤液细线③纸层析插滤纸条层析液培养皿★层析液不能没及滤液线胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b★培养皿加盖防挥发3.实验结果叶绿素类胡萝卜素（含量约3/4）（含量约1/4）叶绿素a（蓝绿色）叶绿素b（黄绿色）胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）叶绿体中的色素功能：吸收、传递和转化光能实验关键1.选材时应注意选择鲜嫩、色浓绿、无浆汁的叶片。如菠菜叶、棉花叶、洋槐叶等。2.画滤液细线时应以细、齐、直为标准，重复画线时必须等上次画线干燥后再进行，重复2-3次。3.层析时不要让滤液细线触及层析液。注意事项1.因丙酮和层析液都是易挥发且有一定毒性的有机溶剂，所以研磨要快，收集的滤液要用棉塞塞住，层析时要加盖，尽量减少有机溶剂的挥发。2.在研磨时要加少许二氧化硅，目的是为了研磨充分，有利于色素的提取；加少许碳酸钙的目的是为了防止研磨过程中，叶绿体中的色素受到破坏。3.分离色素时，一定不要让滤纸条上的滤液细线接触到层析液，这是因为色素易溶解在层析液中，导致色素带不清晰，影响实验效果。（二）色素的吸收光谱叶绿素溶液叶绿素主要吸收蓝紫光和红橙光类胡萝卜素主要吸收蓝紫光类胡萝卜素溶液对比分析400500600700波长/nm叶绿体色素吸收光谱叶绿素a叶绿素b类胡萝卜素【典型例题】B（2015上海卷.21）从新鲜的菠菜叶片提取叶绿体色素，发现提取液明显偏黄绿色，最可能的原因是（）A．加入的石英砂太多B．没有加入碳酸钙C．用脱脂棉过滤不彻底D．一次加入过多无水乙醇外膜内膜基粒基质类囊体类囊体薄膜上类囊体薄膜和基质二、叶绿体的结构和功能色素分布：酶分布：1.叶绿体结构1880年恩格尔曼实验结论：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。水绵好氧细菌黑暗处理极细光束照射暴露在光下2.叶绿体功能1.为什么选用水绵和好氧细菌做为实验材料？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？1.水绵不仅有细而长的带状叶绿体，而且螺旋分布于细胞中，便于进行观察分析研究。好氧细菌能指示释放氧的部位。2.先选用黑暗并且没有空气的环境，是为了排除实验中光线和氧的影响，确保实验的准确性。3.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，并且氧是由释放出来的。叶绿体恩格尔曼实验的巧妙之处下列关于叶绿体的描述，正确的是（

）A．叶绿体中的类胡萝卜素主要吸收红光和蓝紫光B．光学显微镜可以观察到类囊体C．叶绿体外表的双层膜上具有叶绿素和酶D．基粒由类囊体堆叠而成【典型例题】D叶绿素类胡萝卜素叶绿素a(蓝绿色)叶绿素b（黄绿色）胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）（吸收红橙光和蓝紫光）（吸收蓝紫光）含量约占3/4含量约占1/4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。光合作用的色素2000多年前，亚里士多德认为植物体由“土壤汁”构成，即植物生长发育所需物质完全来自土壤。三、光合作用的探究历程亚里士多德观点五年后+74.4kg－0.057kg1642年范·海尔蒙特实验结论：植物增重来自水分开始时柳树的质量2.3kg干土的质量90.8kg只浇雨水５年后改变量76.7kg90.743kg1771年普利斯特利的实验一段时间后一段时间后一段时间后一段时间后结论：植物可以更新空气请指出此实验的漏洞没有设置对照组,排除光照对实验结果的干扰1179年英根豪斯的实验结论1：只有在光下植物才能更新空气。结论2：植物体的绿叶在光下才能更新空气。1845年梅耶根据能量转化与守恒定律

到1785年，发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的是O2，吸收的是CO2。水二氧化碳氧气光光能化学能储存在什么物质中？1864年萨克斯的实验结论：光合作用还产生淀粉暗处理半曝光碘蒸汽处理1．为什么对天竺葵先进行暗处理？2.这个实验是否设置了对照？实验中所需控制的单一变量是什么？1880年恩格尔曼的实验黑暗环境极细光束暴露在光下结论：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所，光合作用需要光照。O218O2C18O2

CO2H2OH218O光照下的球藻悬液AB结论：光合作用释放的氧气来自水1939年鲁宾和卡门的实验同位素标记法【典型例题】（2013海南卷）10.某植物叶片不同部位的颜色不同，将该植物在黑暗中放置48h后，用锡箔纸遮蔽叶片两面，如图所示。在日光下照光一段时间，去除锡箔纸，用碘染色法处理叶片，观察到叶片有的部位出现蓝色，有的没有出现蓝色。其中，没有出现蓝色的部位是（）A.a、b和dB.a、c和eC.c、d和eD.b、c和eB20世纪40年代美国卡尔文用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为卡尔文循环。总结光合作用的反应式CO2＋H2O（CH2O）＋O2光能叶绿体反应物、条件、场所、生成物糖类四、光合作用的原理和应用1、光合作用的概念指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。2、光合作用的实质合成有机物，储存能量四、光合作用过程两阶段光反应阶段，直接需要光碳反应，CO2→糖划分标准：是否直接需要光色素分子可见光C52C3ADP+PiATP2H2OO24[H]多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解能固定还原酶光反应暗反应光合作用总过程：

CO2+H2O（CH2O)+O2光能叶绿体（一）光反应阶段（3）光能被色素吸收并转化为ATP和NADPH中的化学能（1）水在光下裂解为H＋、O2和电子（2）水光解产生的氢（H＋＋e－）在光下将NADP＋还原为NADPHNADPH：既可以提供能量，也可以作为还原剂。场所：条件：基粒的类囊体薄膜上光、酶、水、色素物质变化：反应式：能量变化：光能ATP、NADPH中活跃的化学能产物：ADP＋Pi＋能量ATPATP合成酶NADP＋

＋H＋

＋2e－NADPH2H2O4H＋+O2+4e－（不需酶）酶光ATP、NADPH、O2（一）光反应阶段条件：场所：叶绿体基质中物质变化CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的还原：ATP中活跃的化学能ATPADP+PiC3+[H](CH2O)+C5酶能量转变：有机物中稳定的化学能产物：（CH2O

）、ADP、Pi、NADP+多种酶、NADPH、ATP、CO2（二）碳反应阶段光反应阶段与碳反应阶段的比较项目光反应阶段碳反应阶段区别场所条件物质变化能量转换联系叶绿体类囊体膜上叶绿体基质中光、色素、酶、水酶、NADPH、ATP、CO2①水的光解

光能→ATP、NADPH中活跃的化学能ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能①CO2的固定②ATP的合成

1、光反应是碳反应的基础，光反应为碳反应的进行提供NADPH和ATP2、碳反应是光反应的继续，碳反应提供ADP，Pi和NADP+为光反应的物质合成提供原料②C3的还原③NADPH的合成

ADP+Pi+能量ATP酶2H2OO2+4H++4e-

光

叶绿体在不同条件下，各物质含量的动态变化条件C3C5NADPH和ATP（CH2O）合成量停止光照CO2供应不变突然光照CO2供应不变光照不变停止CO2供应光照不变CO2供应增加增加减少减少减少减少增加增加增加减少增加增加减少增加减少增加减少环境因素影响光合速率

光合速率又称光合强度：指单位时间单位叶面积进行光合作用的多少。

光合作用强度表示方法1、单位时间内光合作用产生有机物（糖）的量（即植物重量或有机物的增加量）。2、单位时间内光合作用吸收CO2的量(或实验容器内CO2减少量)。3、单位时间内光合作用放出O2的量(或实验容器内O2增加量)。真正（总）光合速率=净（表观）光合速率+呼吸速率黑暗下可测光下可测试说出下列词汇的含义1总光合量、光合制造量、真正光合量2净光合量、光合积累量、光合表观量总光合量光合制造量真正光合量4CO2吸收量、CO2固定量

植物CO2吸收量、叶绿体CO2吸收量3有机物生产量、有机物消耗量、有机物积累量＝（外界）吸收CO2+自身呼吸产生的CO2固定量植物CO2吸收量叶绿体CO2吸收量积累量+消耗量=有机物产生量（或制造量）水光照（光照时间、光照强度、光质）酶温度矿质元素CO2浓度影响光合作用的因素O2CO2H2O光能叶绿体（CH2O）++自变量的设置因变量的检测无关变量的控制强、中、弱三种光照

同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量使小圆形叶片内的气体逸出；放入黑暗处待用。环境因素对光合作用强度的影响实验原理利用真空渗入法排除叶内细胞间隙的空气，充以水分，使叶片沉于水中。在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小，而在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮，根据上浮所需的时间长短，即能比较光合作用的强弱。控制变量实验步骤选取生长健全、年龄近似、厚薄均匀的成长叶片数片，用直径约1cm的打孔器打小圆片30片（注意避开大的叶脉）吸入清水堵住注射器前端的小孔并缓慢拉动活塞，使小圆形叶片内的气体逸出。重复几次。将内部气体逸出的叶片，放入烧杯中，放在暗处备用。这些叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底取3只小烧杯，分别倒入20mL富含CO2的清水分别放入10片叶片，然后进行不同强度的光照。观察浮起叶片的数量。烧杯光照距离光照强度叶片浮起数量140W20CM强多240W30CM中中340W40CM弱少340W50CM弱少340W60CM弱少340W70CM弱少实验结果实验结论在一定范围内,光合作用强度随光照强度的增大而加快。（一）光最强：次之：最弱：白光蓝紫光、红光绿光1、光质不同波长的光白光>红光、蓝紫光>……>绿光⑴温室大棚塑料薄膜的颜色最好是：无色透明⑵绿色植物生理实验的安全灯颜色：绿色1、光质不同波长的光光强度光合速率光饱和点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。2、光照强度光饱和点：光合作用达到最强时所需的最低的光照强度。(1)指出A、B、D三点的生理含义？(2)如果自然界中某种植物，在白天光照强度较长时间为B的条件下能否正常生长？BCA光照强度CO2吸收CO2释放0光补偿点D光饱和点A：呼吸速率B：光补偿点光合作用吸收的CO2和呼吸放出CO2相等时的光照强度。D：光饱和点光合作用达到最强时所需的最低的光照强度。OA段代表植物呼吸速率OD段表示植物净光合速率OA+OD段表示真正光合速率表观光合速率和真正光合速率的关系BCA光照强度CO2吸收速率OD呼吸速率净光合速率真正光合速率真正（总）光合速率=净（表观）光合速率+呼吸速率黑暗下可测光下可测试说出下列词汇的含义1总光合量、光合制造量、真正光合量2净光合量、光合积累量、光合表观量总光合量光合制造量真正光合量4CO2吸收量、CO2固定量

植物CO2吸收量、叶绿体CO2吸收量3有机物生产量、有机物消耗量、有机物积累量＝（外界）吸收CO2+自身呼吸产生的CO2固定量植物CO2吸收量叶绿体CO2吸收量积累量+消耗量=有机物产生量（或制造量）AB光照强度0吸收CO2C2C1abcA点：黑暗时，只进行细胞呼吸区别植物体的吸收和释放与叶绿体的吸收和释放CO2O2AB段：弱光下，光合作用小于细胞呼吸AB光照强度0吸收CO2C2C1abcO2CO2CO2O2B点：光补偿点，光合作用等于细胞呼吸AB光照强度0吸收CO2C2C1abcO2CO2BC1段：强光下，光合作用大于细胞呼吸AB光照强度0吸收CO2C2C1abcO2CO2CO2O2→光反应光照强度光合速率（净？总？）0光强光强CO2吸收CO2释放A0BC阳生植物阴生植物光补偿点光饱和点→NADPH、ATP→碳反应

据光照强度可制定的农作物增产措施(1)白天：适当增强光照(2)阴雨天：适当补光(4)种植时：★合理密植(3)间作套种时农作物的种类

搭配，林带树种的配置3、光照面积叶面积指数：叶表面积总和与群落下土壤表面积的比值A点：OB段：BC段：OC段：随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大光合作用面积的饱和点

随叶面积的增大，光合作用不再增加，原因是有很多叶被遮挡，光照强度在光补偿点以下干物质量随叶面积的不断增大而增加随叶面积的不断增加，干物质积累量不断降低随叶面积的不断增加，呼吸量不断增加OA段：应用：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长。封行过早，使中下层叶片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。思考：图中叶面积指数为多少时对植物生长最有利？思路：看植物的积累量（即干物质量）（二）温度→酶活性1、温度→NADPH、ATP生成量碳反应（CH2O）生成量→光反应主次光合速率的日变化:两个时间段为何光合速率不同？2、温度是影响气孔开闭的因素之一温度过高-水分散失过快（蒸腾过旺）-气孔关闭-CO2吸收受阻-影响光合作用（特别碳反应）“午休”现象夏季晴朗的一天，甲乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如图所示。下列说法正确的是

A．甲植株在a点开始进行光合作用B．乙植株在e点有机物积累量最多C．曲线b-c段和d-e段下降的原因相同D．两曲线b-d段不同的原因可能是甲植株气孔无法关闭答案：D农作物增产措施⑴晴天：白天适当升温，晚上适当降温以保持较高的昼夜温差⑵连续阴雨天：白天和晚上均降温1、适时播种；2、温室应用：3、防止“午休”现象→三碳化合物的生成CO2浓度→（CH2O）（三）CO2浓度b:CO2的补偿点c:CO2的饱和点a—b:CO2太低，农作物消耗光合产物；

b—c:随CO2的浓度增加，光合作用强度增强；

c—d:CO2浓度再增加，光合作用强度保持不变；

d—e:CO2浓度超过一定限度，将引起细胞中毒或气孔关闭，抑制光合作用。acbde农作物增产措施(应用）⑴晴天适当增加CO2浓度⑵施有机肥（农家肥）⑶施用NH4HCO3肥料⑷合理密植使农田通风良好光合速率0CO2浓度AB（四）H2O→H+的生成H2O→三碳酸还原→（CH2O）→NADPH的生成

含水量或

矿质元素1、光合作用的原料；2、植物体内各种生化反应的介质；3、影响气孔的开闭。合理灌溉、预防干旱洪涝叶龄0含量

叶绿体中色素含量变化曲线图

叶绿素（镁元素）

类胡萝卜素（五）叶龄ABC（六）矿质元素直接影响：参与生化反应，如N、Mg、P综合因素和主要因素：

光照强度、温度和CO2浓度对光合作用的影响是综合性的，但在某些情况下会有一个起限制性的主要因素。如：夏季早晨和正午的光合作用下降，主要因素分别是光照强度、CO2等。多因子对光合作用速率的影响P点：Q点：限制光合速率的因素为横坐标所表示的因子，此时（或OP）随该因子的不断加强，光合速率不断提高

横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，若要提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法温室栽培时，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，也可同时适当充加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，可根据具体情况，通过增加光照强度，调节温度或增加CO2浓度来充分提高光合速率，以达到增产目的

五、光合作用和需氧呼吸的比较光合作用需氧呼吸区别代谢类型合成作用分解作用与光的关系在光下才能进行与光无关，每时每刻进行条件光、酶、色素酶、O2进行的时间绿色植物在光下进行只要是活细胞时刻在进行反应部位叶绿体细胞溶胶、线粒体物质变化CO2+H2O转变成有机物有机物分解成CO2+H2O能量转换光能活跃化学能化学能有机物中稳定的化学能ATP中活跃的化学能联系光合作用为所有生物提供有机物和O2，需氧呼吸为光合作用提供CO2和水呼吸第二阶段18O

标记跟踪过程：

H218O

植物根系吸收H218O

18O2H218O

C18O2

C6H1218O6蒸腾光反应呼吸第三阶段碳反应18O标记H218O跟踪绿色植物的生理过程？光合作用实际产O2量光合作用实际CO2消耗量

光合作用C6H12O6净生产量

光合速率，通常以吸收CO2mg/h*cm2表示真正光合速率=净(表观)光合速率+呼吸速率六、光合作用的计算：＝实测O2释放量＋呼吸作用耗O2量＝实测CO2吸收量＋呼吸作用CO2释放量＝光合作用实际C6H12O6生产量－呼吸作用C6H12O6消耗量

植物的光补偿点和光饱和点不是固定数值，它们会随外界条件的变化而变动。（1）补偿点：若改变某一因素（如光照、