1、 俗话说：俗话说：“万物生长靠太阳万物生长靠太阳”，为什么这，为什么这么说呢？我们来看一组数据：么说呢？我们来看一组数据：地球表面上的绿色植物每年大约制造地球表面上的绿色植物每年大约制造44004400亿吨有机物亿吨有机物(全球粮食产量全球粮食产量21.321.3亿吨亿吨)；地球表面上的绿色植物每年储存的能量地球表面上的绿色植物每年储存的能量约为约为7.117.1110101818kJkJ，这个数字大约相当于，这个数字大约相当于240,000240,000个三门峡水电站所发出的电力。个三门峡水电站所发出的电力。绿色植物储绿色植物储存在有机物中的存在有机物中的能量来自哪里呢？能量来自哪里呢？第五
2、节第五节 光合作用光合作用二、捕获光能的色素的提取和分离二、捕获光能的色素的提取和分离三、光合作用的原理和应用三、光合作用的原理和应用一、光合作用的探究历程一、光合作用的探究历程四、影响光合速率的环境因素四、影响光合速率的环境因素五、光合作用和呼吸作用中的化学计算五、光合作用和呼吸作用中的化学计算一、光合作用的探究历程一、光合作用的探究历程1818世纪中期以前认为植物增重来自土壤世纪中期以前认为植物增重来自土壤17711771年：英年：英普里斯特利的实验普里斯特利的实验17791779年，荷兰科学家英格豪斯证明在光下才有使空年，荷兰科学家英格豪斯证明在光下才有使空气变气变“好好”的作用的作用1
3、7821782年年,日内瓦牧师日内瓦牧师J.SenebierJ.Senebier证明证明,明确绿叶在光明确绿叶在光下放出的是氧气，吸收的是二氧化碳下放出的是氧气，吸收的是二氧化碳18451845年，梅耶指出，植物在进行光合作用时，把光年，梅耶指出，植物在进行光合作用时，把光能转变成化学能储存起来能转变成化学能储存起来18641864年：德年：德萨克斯的实验萨克斯的实验18801880年：美年：美恩格尔曼的实验恩格尔曼的实验2020世纪世纪3030年代：美年代：美鲁宾和卡门的实验鲁宾和卡门的实验2020世纪世纪4040年代年代:美美卡尔文的实验卡尔文的实验光合作用的发现光合作用的发现五年后五年后
4、1642年，海尔蒙特(J.B.van Helmont)74.470.06水分水分是建造植物体的是建造植物体的唯一唯一原料原料1.1.光合作用的探究历程：光合作用的探究历程：2.5 Kg普里斯特利实验普里斯特利实验一半曝光，一半遮光一半曝光，一半遮光在暗处放置几小的叶片在暗处放置几小的叶片萨克斯的实验萨克斯的实验暗处理暗处理光照光照脱色脱色 1864年，（德）萨克斯的实验年，（德）萨克斯的实验 绿色叶片中光合作用中产生了淀粉；绿色叶片中光合作用中产生了淀粉；光合作用的场所究光合作用的场所究竟在什么地方呢？竟在什么地方呢？早在早在100100多年前美国科学家恩格尔多年前美国科学家恩格尔曼就以水绵和
5、好氧细菌为实验材曼就以水绵和好氧细菌为实验材料，很好地解答了这个问题！料，很好地解答了这个问题！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相每条水绵由许多个结构相同的同的长筒状细胞长筒状细胞连接而成。连接而成。水绵很明显的特点是：水绵很明显的特点是：叶叶绿体呈带状绿体呈带状，螺旋螺旋排列在排列在细胞里。细胞里。返回返回光合作用氧来源的探究光合作用氧来源的探究 20世纪世纪30年代，鲁宾和卡门（美）的年代，鲁宾和卡门（美）的同位素标记实验：同位素标记实验：结论：结论：光合作用产生的氧气全部来自水，光合作用产生的氧气全部来自水，而不是来自而不是来自COCO2 2。光合作用产生的
6、有机光合作用产生的有机物又是怎样合成的呢？物又是怎样合成的呢？2020世纪世纪4040年代，美国科年代，美国科学家卡尔文利用放射性学家卡尔文利用放射性同位素同位素1414C C标记的标记的1414COCO2 2做做实验研究这一问题。最实验研究这一问题。最终探明终探明COCO2 2中的碳在光合中的碳在光合作用中转化成有机物中作用中转化成有机物中的碳的途径，这一途径的碳的途径，这一途径称为称为卡尔文循环卡尔文循环。19611961年诺贝年诺贝尔化学奖得主尔化学奖得主 光合作用的概念：是指绿色植物通过叶绿光合作用的概念：是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体，利用光能，把二氧化碳
7、和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。程。什么是什么是光合作光合作用？用？光合作用概述光合作用概述光合作用的反应式：光合作用的反应式：6CO2 2+12H2 2OC6 6H1212O6 6+6O2 2+6H2O光能光能叶绿体叶绿体释放的氧气来源于参加反应的水释放的氧气释放的氧气来源于参加来源于参加反应的水反应的水 植物细胞为什么能捕获光能呢？植物细胞为什么能捕获光能呢？捕获光能的色素捕获光能的色素 叶绿体的结构叶绿体的结构二、捕获光能的色素的提取和分离二、捕获光能的色素的提取和分离 为什么有些植物的叶片不是绿色的为什么有些植物的叶片不是绿色的?
8、为什么有些植物的叶片在不同时期颜色不为什么有些植物的叶片在不同时期颜色不同呢？同呢？叶片中的叶肉细胞叶片中的叶肉细胞绿叶绿叶 叶肉细胞叶肉细胞亚显微结构模式图亚显微结构模式图 叶绿体亚显微叶绿体亚显微 结构模式图结构模式图这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位呢？二、操作步骤：二、操作步骤：提取色素提取色素制备滤纸条制备滤纸条画滤液细线画滤液细线分离色素分离色素观察与记录观察与记录称取5g绿色叶片去粗脉、剪碎，加少许SiO2和CaCO3加10ml无水乙醇充分迅速研磨过滤色素滤液棉塞封口新鲜、浓绿新鲜、浓绿研磨充分研磨充分防止色素被破坏防止色素被破坏防止溶液挥发以及色素被空气氧化防止溶液挥发以
9、及色素被空气氧化得到色素浓度最大的溶液和防止乙醇挥发得到色素浓度最大的溶液和防止乙醇挥发将干燥的滤纸剪成长和宽略小于试管长和宽的滤纸条，将滤纸条的一端剪去两角，并在距这一端1cm处用铅笔划一条细的横线防止色素溶于层析液中防止色素溶于层析液中使色素带平齐使色素带平齐用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线画细线，待滤液干后，再画一两次。防止丙酮挥发，污染空气防止丙酮挥发，污染空气加大浓度，使色素带清晰加大浓度，使色素带清晰防止滤液线过粗而使色素带重叠防止滤液线过粗而使色素带重叠细、直、齐细、直、齐将3ml层析液倒入试管中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插入层析液中，然后用棉塞塞紧试管口。注意：不能
10、让滤液线触及层析液。注意：实验后一定要用肥皂洗手。注意：实验后一定要用肥皂洗手。色素分离实验及作用色素有那些功能呢？色素有那些功能呢？吸收、传递、转换光能吸收、传递、转换光能叶叶绿绿体体中中的的色色素素(蓝绿色)(黄绿色)(橙黄色)(黄色)3/41/4叶绿体中的色素 IIIIIIIIIIIII 橙黄色.胡萝卜素IIIIIIIIIIIII 黄 色.叶黄素 IIIIIIIIIIIII 蓝绿色.叶绿素a IIIIIIIIIIIII 黄绿色.叶绿素b叶绿体中的色素主要吸收红橙光和蓝紫光叶绿体中的色素主要吸收红橙光和蓝紫光叶片为什么往往是绿色的呢？叶绿素中的吸收光谱叶绿素中的吸收光谱0400500600
11、700 nm 50100叶绿素叶绿素b叶绿素叶绿素a叶绿体的结构叶绿体的结构 这些囊状结构称为类囊体，吸收光能的这些囊状结构称为类囊体，吸收光能的四种色素，就分布在类囊体的薄膜上。四种色素，就分布在类囊体的薄膜上。叶绿体是进行光合作用的场所，它内部巨叶绿体是进行光合作用的场所，它内部巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的大膜表面上，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色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。的酶。光合作用在叶绿光合作用在叶绿体中是怎样进行的呢？体中是怎样进行的呢？光反应光反应暗反应暗反应三、光合作用的过程三、光合作用的过程H H2 2O O类囊体膜类囊
12、体膜酶酶Pi ADPATP1.光反应阶段光反应阶段酶酶光、光、色素、色素、叶绿体内的类囊体膜上叶绿体内的类囊体膜上水的光解：水的光解：2H2O 4NADPH+O2光能光能（还原剂）（还原剂）ATP的合成的合成：ADPPi 能量（能量（光能光能）ATP酶酶条件条件：场所：场所：物质变化：物质变化：能量变化：能量变化：光能光能转变为活跃的转变为活跃的化学能化学能贮存在贮存在ATP中中HCO2 2糖类糖类 五碳化合物五碳化合物 C5 蛋白质蛋白质脂质脂质CO2的的固定固定三碳化合物三碳化合物 2C3C C3 3的的还原还原 基质基质多种酶多种酶HATP2.暗反应阶段暗反应阶段CO2的固定：的固定：C
13、O2C5 2C3酶酶C C3 3的还原：的还原：ATPH、ADP+Pi条件：条件：场所：场所：物质变化：物质变化：能量变化：能量变化：叶绿体的基质中叶绿体的基质中多种酶、多种酶、ATP中活跃的化学能中活跃的化学能转变为糖类等转变为糖类等 有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能2C3 (CH2O)酶酶糖类糖类H、ATPC5CO2 2糖类糖类 五碳化合物五碳化合物 C5 蛋白质蛋白质脂质脂质CO2的的固定固定三碳化合物三碳化合物 2C3C C3 3的的还原还原 基质基质多种酶多种酶H H2 2O O类囊体膜类囊体膜酶酶Pi ADPATPH色素分子色素分子可见光可见光C52C3ADP+PiATP2
14、H2OO24H多种酶多种酶酶酶CH2OCO2吸收吸收光解光解能能固定固定还原还原酶酶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光反应光反应碳反应碳反应酶酶酶色素色素 酶酶联联 系系能量变化能量变化 物质变化物质变化场所场所条条件件光光碳碳 反反 应应 光光 反反 应应过程过程项目项目需要光需要光 色素、酶色素、酶不需要光不需要光 酶酶类囊体膜上类囊体膜上叶绿体基质中叶绿体基质中水的光解；水的光解；ATP的合成的合成 CO2的固定；的固定；C3的还原的还原 ATP中活中活 跃化学能跃化学能ATP中活中活 跃化学能跃化学能光能光能有机物中稳有机物中稳定化学能定化学能光反应光反应 为为
15、碳反应碳反应 提供提供 NADPH 和和ATP，碳反应碳反应 为为 光反应光反应 提供提供 ADP 和和Pi。相互制约相互制约,密切联系密切联系,同时进行同时进行光合作用的重要意义包括人类在内的几乎所有生物的生存提供包括人类在内的几乎所有生物的生存提供了物质来源和能量来源了物质来源和能量来源 维持大气中氧气和二氧化碳含量的相对稳维持大气中氧气和二氧化碳含量的相对稳定定促进生物进化促进生物进化 从物质转变和能量转变的过程来看，光合作从物质转变和能量转变的过程来看，光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢 四、影响光合作用的因素四、影响光合作用的因素1.光照强
16、度光照强度 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1 1光照光照 光照强度和光照时间主要影响光反应。在一定光照强度和光照时间主要影响光反应。在一定范围内，光合作用的效果随光照强度的增强而增强，但是范围内，光合作用的效果随光照强度的增强而增强，但是光照强度超过一定限度后，光合作用不再增强。延长光照光照强度超过一定限度后，光合作用不再增强。延长光照时间也能提高光合作用的效果。（此外，还有光质对光合时间也能提高光合作用的效果。（此外，还有光质对光合作用的影响）作用的影响）典型问题：典型问题：阳生植物和阴生植物所需光照强度的区别；阳生植物和阴生植物所需光照强度的区别；夏至那天
17、哈尔滨和海口的绿色植物制造有机物量的夏至那天哈尔滨和海口的绿色植物制造有机物量的比较；比较；塑料大棚傍晚点灯延长光照；塑料大棚傍晚点灯延长光照；各种单色光对光合作用的影响比较；各种单色光对光合作用的影响比较；海洋中不同深度水层中植物的分布。海洋中不同深度水层中植物的分布。2.2.温度温度 温度主要影响碳反应中酶的催化效率。在一温度主要影响碳反应中酶的催化效率。在一定范围内，光合作用的效果随温度的增高而增强，但定范围内，光合作用的效果随温度的增高而增强，但是温度过高会影响甚至破坏酶。温度也影响植物的呼是温度过高会影响甚至破坏酶。温度也影响植物的呼吸作用，分解消耗有机物。吸作用，分解消耗有机物。处
18、理好光合作用与呼吸作用的处理好光合作用与呼吸作用的关系对农业生产有主要意义。关系对农业生产有主要意义。（真正光合速度、呼吸速度、（真正光合速度、呼吸速度、表观光合速度）（图示）表观光合速度）（图示）常见问题：昼夜温差对积累常见问题：昼夜温差对积累有机物的影响有机物的影响 新疆的瓜果大又甜；新疆的瓜果大又甜；夏季塑料大棚晚间熄灯后，夏季塑料大棚晚间熄灯后，打开通风口降温；打开通风口降温；低温贮存果蔬。低温贮存果蔬。光合作用光合作用呼吸作用呼吸作用t吸收或释放量吸收或释放量CO2（3 3）COCO2 2浓度浓度 CO CO2 2浓度主要影响碳反应。浓度主要影响碳反应。COCO2 2是碳是碳反应的原
19、料，在空气中浓度很低，增加反应的原料，在空气中浓度很低，增加COCO2 2浓度对浓度对光合作用的影响是非常明显的。（光合作用的影响是非常明显的。（图图3 3）试分析以下措施是如何提高试分析以下措施是如何提高COCO2 2浓度的？浓度的？选择栽种规格、行向；选择栽种规格、行向；增施有机肥；增施有机肥；深施碳酸氢铵肥料。深施碳酸氢铵肥料。常见问题：常见问题：植物的植物的“午休午休”现象；现象；生物圈中的碳循环；生物圈中的碳循环；“温室效应温室效应”昼夜温度，日照变化，二氧化碳变化量昼夜温度，日照变化，二氧化碳变化量COCO2 2浓度浓度b:CO2的补偿点的补偿点c:CO2的饱和点的饱和点acbde
20、（4 4）水分）水分 水分既是光反应的原料，还可以影响叶水分既是光反应的原料，还可以影响叶片气孔的开闭，间接影响片气孔的开闭，间接影响CO2CO2的运输。通过蒸腾作用的运输。通过蒸腾作用影响矿质元素的运输，影响植物体的温度，间接影响影响矿质元素的运输，影响植物体的温度，间接影响光合作用的效果。光合作用的效果。常见问题：常见问题：植物的植物的“午休午休”现象；现象；浇水灌溉的方法。浇水灌溉的方法。（5 5）矿质元素）矿质元素 直接和间直接和间接影响光合作用，直接影响接影响光合作用，直接影响如如N N、MgMg、FeFe、MnMn是叶绿素是叶绿素生物合成所必需的矿质元素；生物合成所必需的矿质元素；
21、磷、钾影响糖类的转变和运磷、钾影响糖类的转变和运输，间接影响光合作用。输，间接影响光合作用。常见问题：常见问题：合理施肥；合理施肥；无土栽培。无土栽培。NN：P P：KK：MgMg：5.矿质营养矿质营养 影响光能利用率的因素在生产中的应用：影响光能利用率的因素在生产中的应用：光能利用率光能利用率光合作用效率光合作用效率(轮作轮作)(合理密植：间种、套种合理密植：间种、套种)1、光照强度、光质、光照强度、光质2、CO2浓度浓度3、温度、温度4、矿质元素（、矿质元素（合理施肥）合理施肥）5、水（、水（合理灌溉）合理灌溉）应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物。应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物
22、。光补偿点、光饱和点光补偿点、光饱和点：阳生植物阳生植物 阴生植物阴生植物五、光合作用和呼吸作用中的化学计算五、光合作用和呼吸作用中的化学计算光合作用反应式：光合作用反应式：6CO6CO2 212H12H2 2OCOC6 6H H1212O O6 66O6O2 26H6H2 2O O呼吸作用反应式：呼吸作用反应式：有氧：有氧：C C6 6H H1212O O6 66O6O2 26H6H2 2O 6COO 6CO2 212H12H2 2O O无氧：无氧：C C6 6H H1212O O6 62C2C2 2H H5 5OHOH2CO2CO2 2(植物植物)实测实测COCO2 2吸收量吸收量光合作用光合作用COCO2 2吸收量吸收量-呼吸作用呼吸作用COCO2 2释放量释放量实测实测O O2 2释放量释放量光合作用光合作用O O2 2释放量释放量-呼吸作用呼吸作用O O2 2消耗量消耗量
