1、第第3 3节节 能量之源能量之源-光合作用光合作用光合作用和细胞呼吸光合作用和细胞呼吸 俗话说：万物生长靠太阳。为什么这样说呢？俗话说：万物生长靠太阳。为什么这样说呢？n 地球外表上的绿色植物每年大约制造了1012-1012t有机物！n 地球外表上的绿色植物每年储存的能量约为7.111018KJ，这个数字相当于24万个三峡电站每年所发出的电力。一、光合作用的探究之谜一、光合作用的探究之谜n 植物为什么会生长？植物为什么会生长？n 公元前公元前3 3世纪，世纪，古希古希腊亚里士多德认为：腊亚里士多德认为：根吸收土壤中的养分，根吸收土壤中的养分，土壤减少的重量土壤减少的重量=植物植物增加的重量增加
2、的重量1 1、海尔蒙特的实验、海尔蒙特的实验16481648年年n 小柳树小柳树+干土干土雨水雨水浇灌浇灌5 5年年该试验说明了什么？该试验说明了什么？结论：结论：植物增重来自水分植物增重来自水分通过实验，海尔蒙特推翻了亚里士多德通过实验，海尔蒙特推翻了亚里士多德的错误观点，那他的实验结论完全正确的错误观点，那他的实验结论完全正确吗？吗？从柳树生活环境的角度分析，还应考从柳树生活环境的角度分析，还应考虑什么虑什么因素因素？光、空气光、空气2.17712.1771年，英国的科学家普利斯特利实验年，英国的科学家普利斯特利实验结论：结论：绿色植物绿色植物具有更新具有更新空气的能空气的能力力3 3、扬
3、、扬.英根豪斯的实验英根豪斯的实验17791779年年n 只有在光下植只有在光下植物才能更新空气物才能更新空气n 植物体只有绿植物体只有绿叶在光下才能更叶在光下才能更新空气新空气 黑暗 光下 n 到到17851785年，年，发现了空气的发现了空气的组成，人们才组成，人们才明确绿叶在光明确绿叶在光下放出的是下放出的是O O2 2，吸收的是吸收的是COCO2 2。植物究竟更新了空气中的什么成分？植物究竟更新了空气中的什么成分？COCO2 2+H+H2 2O O？+O2光能光能 在这个过程中，光能又哪里去了呢？在这个过程中，光能又哪里去了呢？德国科学家梅耶德国科学家梅耶R.Mayer)1845年年
4、根据能量转换和守恒定律根据能量转换和守恒定律 明确指出明确指出光能光能 化学能化学能 光能转化为化学能光能转化为化学能 ，贮存在什么，贮存在什么 化合物中呢？化合物中呢？4 4、萨克斯的实验、萨克斯的实验18641864年年结论结论:光合作用光合作用的产物除的产物除了氧气外了氧气外还有还有淀粉淀粉水绵水绵 水绵是水绵属学名：水绵是水绵属学名：SpirogyraSpirogyra绿藻的总称，绿藻的总称，又名石衣、水衣、水苔、石发、陟厘、侧梨、水青又名石衣、水衣、水苔、石发、陟厘、侧梨、水青苔，是一种普遍生活在淡水里的真核多细胞藻类，苔，是一种普遍生活在淡水里的真核多细胞藻类，因体内含有因体内含有
5、1 11616条带状、螺旋形的叶绿体，所以条带状、螺旋形的叶绿体，所以呈现绿色。世界上大概有超过呈现绿色。世界上大概有超过400400种水绵，它们的种水绵，它们的宽度大概在宽度大概在1010100m100m之间，长度最长可达数厘米之间，长度最长可达数厘米5 5、恩吉尔曼实验、恩吉尔曼实验18801880年年 结论结论:n 光合作用光合作用可以释放可以释放氧氧气气n 场所场所叶绿体叶绿体n 光合作用光合作用需要需要光能光能1.1.为什么选用水绵做为实验材料？为什么选用水绵做为实验材料？2.2.实验一为什么要在黑暗且没有空气的环境中实验一为什么要在黑暗且没有空气的环境中进行？进行？3.3.为什么先
6、用极细光束照射水绵？而后又让水为什么先用极细光束照射水绵？而后又让水绵完全暴露在光下的目的是？绵完全暴露在光下的目的是？4.4.本实验还有什么巧妙之处？本实验还有什么巧妙之处？水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察排除氧气和光的干扰排除氧气和光的干扰在叶绿体上形成光照多和光照少的部位，相当于一组比照实验在叶绿体上形成光照多和光照少的部位，相当于一组比照实验与在黑暗处形成对照，再次验证实验结果与在黑暗处形成对照，再次验证实验结果用好氧细菌可以确定释放氧气的多少用好氧细菌可以确定释放氧气的多少6 6、鲁宾、卡门实验、鲁宾、卡门实验19401940年年结论：结论：光合作
7、用光合作用中释放的中释放的氧气来自氧气来自于于H2O，而不是来而不是来自自CO2 2020世纪世纪4040年代，年代，美国的科学家卡美国的科学家卡尔文尔文用用1414C C标记标记1414COCO2 2，供小球藻，供小球藻进行光合作用，进行光合作用，探明了探明了COCO2 2中的中的C C的去向，称为卡的去向，称为卡尔文循环尔文循环古代古代古希腊古希腊亚里士多德亚里士多德土壤减少的重量等于土壤减少的重量等于植物增加的重量植物增加的重量16481648比利时比利时海尔蒙特海尔蒙特植物增重来自水植物增重来自水17711771年年英国英国普利斯特利普利斯特利植物可以更新空气植物可以更新空气17791
8、779年年荷兰荷兰英格豪斯英格豪斯植物只有在光下绿色局部植物只有在光下绿色局部可以更新空气可以更新空气17851785年年 由于发现了空气的组成由于发现了空气的组成绿叶在光下放出氧气绿叶在光下放出氧气18641864年年德国德国萨克斯萨克斯光合作用能产生淀粉光合作用能产生淀粉美国美国18801880年年恩格尔曼恩格尔曼在光下叶绿体放出氧气在光下叶绿体放出氧气19391939年年美国美国鲁宾和卡门鲁宾和卡门氧气来自于水氧气来自于水19401940年年美美国国卡尔卡尔文文COCO2 2的碳转化成有机物中的碳的碳转化成有机物中的碳 光合作用光合作用 光合作用是指绿色植物通过光合作用是指绿色植物通过叶
9、绿体叶绿体，利用利用光能光能，把，把二氧化碳和水二氧化碳和水转化成储转化成储存着能量的存着能量的有机物有机物，并且释放出，并且释放出氧气氧气的过程。的过程。条件条件场所场所原料原料产物产物基粒：囊状结构基粒：囊状结构的薄膜是绿色的的薄膜是绿色的。20 6类囊体类囊体基基粒粒n 1.实验：绿叶中色素的提取和别离n原理：n 叶绿体中的色素可以溶解在无水乙醇中，可以用来提取色素。n 色素在层析液中的溶解度不同，在滤纸上的扩散速度有差异，可以 用来别离色素二、光合色素二、光合色素 步骤：剪碎步骤：剪碎加药品加药品研磨研磨过滤过滤胡萝卜素胡萝卜素叶黄素叶黄素叶绿素叶绿素a a叶绿素叶绿素b b叶绿素叶绿
10、素类胡萝卜素类胡萝卜素叶绿素叶绿素a a蓝绿色蓝绿色叶绿素叶绿素b b黄绿色黄绿色胡萝卜素橙黄色胡萝卜素橙黄色叶黄素黄色叶黄素黄色绿叶中的色素绿叶中的色素(占占1/4)(占占3/4)色素分子式色素分子式n 叶绿素a C55H72O5N4Mgn 叶绿素b C55H70O6N4Mgn 胡萝卜素C40H56n 叶黄素 C40H56O2太阳光太阳光叶绿叶绿素素a a 与光合作用有关的光只是可见光波长范围在与光合作用有关的光只是可见光波长范围在380nm380nm760nm760nm之间；当太阳光通过三棱镜后，白之间；当太阳光通过三棱镜后，白光分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色连续光谱，光分为红、橙、黄
11、、绿、青、蓝、紫七色连续光谱，就是太阳的连续光谱。就是太阳的连续光谱。叶绿体中的色素主要吸收叶绿体中的色素主要吸收红橙光和蓝紫光红橙光和蓝紫光Relative absorbtance Waverlength(nm)类胡类胡萝卜萝卜素的素的吸收吸收蓝紫蓝紫光光叶绿素叶绿素类胡萝卜素类胡萝卜素叶绿素叶绿素a a蓝绿色蓝绿色叶绿素叶绿素b b黄绿色黄绿色胡萝卜素橙黄色胡萝卜素橙黄色叶黄素黄色叶黄素黄色绿叶中的色素绿叶中的色素(占占1/4)(占占3/4)叶绿素主要吸收叶绿素主要吸收_类胡萝卜素主要吸收类胡萝卜素主要吸收_ _蓝紫光蓝紫光蓝紫光、红橙光蓝紫光、红橙光捕获光能的色素分布在捕获光能的色素分布
12、在_ _ _叶绿体类囊体的薄膜上叶绿体类囊体的薄膜上三、光合作用过程三、光合作用过程H20C0202光合光合作用作用(CH20)n为能源为能源物质物质几乎不几乎不含能量含能量叶绿体中叶绿体中的色素的色素光能光能供氢供氢酶酶供能供能复原复原多种酶参多种酶参加催化加催化(CHCH2 2O)O)蛋白质蛋白质脂肪脂肪 ADP+Pi酶酶ATP2C3C5固定固定CO2H2O水在光水在光下裂解下裂解光反响光反响暗反响暗反响体验成功体验成功方框内应该填什么方框内应该填什么?H2OO2H在类囊体的薄膜上进行在类囊体的薄膜上进行在叶绿体的基质中进行在叶绿体的基质中进行光反响与暗反响的区别和联系光反响与暗反响的区别
13、和联系需色素、光、酶需色素、光、酶需多种酶催化、需多种酶催化、ATPATP和和HH叶绿体类囊体叶绿体类囊体的薄膜上的薄膜上叶绿体的叶绿体的基质基质中中 ATPATP的合成的合成 ：ADP+Pi+ADP+Pi+能量能量 ATP ATP酶酶水的裂解水的裂解 ：2H2H2 2O 4H+OO 4H+O2 2光光COCO2 2的固定的固定：COCO2 2+C+C5 5 2C 2C3 3酶酶COCO2 2的还原：的还原：2C2C3 3 （CHCH2 2O O）H,ATPH,ATP酶酶ATPATP中的活泼化学能转变成储中的活泼化学能转变成储存在有机物中的稳定化学能存在有机物中的稳定化学能光能转变成活泼的化学
14、能光能转变成活泼的化学能并储存在并储存在ATPATP中中项项目目光反应光反应暗反应暗反应场场所所条条件件物物质质变变化化能能量量变变化化1 1、光反响为暗反响准备了复原剂、光反响为暗反响准备了复原剂HH和能量和能量ATPATP；2 2、暗反响为光反响补充消耗掉的、暗反响为光反响补充消耗掉的ADPADP和和PiPiCOCO2 2中中C C的转移途径：的转移途径：H H2 2O O中中H H转移途径：转移途径：CC3H2OHCH2O解题规律总结解题规律总结n n1在滤纸中从上到下的顺序：n2各色素的颜色，主要吸收什么光。n3色素分布在：类囊体薄膜上n 1光反响的产物：O2、H、ATP，其中 H、A
15、TP提供暗反响所需。解题规律总结解题规律总结n(2)光反响与暗反响关系:n 光反响要在类囊体膜上有光的条件下进行,n 为暗反响 提供H和ATPn 暗反响在叶绿体基质中有光或无光下都能进行，消耗了光反响的产物,促进光反响的进行n3、光合作用量变分析公式:n(1)如果停止光照：n(2)如果停止二氧化碳：ATPATP减少减少,ADP,ADP增多增多,C3,C3增多增多,C5,C5减少减少C C5 5增多增多,C,C3 3减少减少,ATP,ATP增多增多,ADP,ADP减少减少n 光照的强弱 n CO2 的浓度n 温度的上下 n 矿质元素的供给四、光合作用影响因素四、光合作用影响因素影响光合作用的主要
16、外界因素：影响光合作用的主要外界因素：影响光合作用的因素及在生产实践中的应用影响光合作用的因素及在生产实践中的应用1 1光对光合作用的影响光对光合作用的影响植物的光合作用强度在一定范围内随着光照强度的增加而增植物的光合作用强度在一定范围内随着光照强度的增加而增加，但光照强度到达一定时，光合作用的强度不再随着光照加，但光照强度到达一定时，光合作用的强度不再随着光照强度的增加而增加强度的增加而增加光照强度光照强度叶绿体中色素的吸收光波主要在红光和蓝紫光。叶绿体中色素的吸收光波主要在红光和蓝紫光。光的波长光的波长光照时间长，光合作用时间长，有利于植物的生长发育。光照时间长，光合作用时间长，有利于植物
17、的生长发育。光照时间光照时间1 1、光照强度，其他条件不变温度，、光照强度，其他条件不变温度，CO2CO2浓度浓度ABCDE光合作用的强度光合作用的强度时时为什么为什么7-107-10时光合作用强度不断增强时光合作用强度不断增强为什么为什么1212时左右光合作用强度明显时左右光合作用强度明显减弱？减弱？为什么为什么14-1714-17时光合作用强度不断下降？时光合作用强度不断下降？在一定温度和二氧化碳供给充足的情在一定温度和二氧化碳供给充足的情况下，光合作用的强度随光照加强而况下，光合作用的强度随光照加强而增强的。增强的。温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，
18、二氧化碳供给减少，导致光合作用闭，二氧化碳供给减少，导致光合作用强度明显减弱强度明显减弱光照强度不断减弱光照强度不断减弱夏季晴朗的白天某种绿色植物叶片光合作用强度曲线图夏季晴朗的白天某种绿色植物叶片光合作用强度曲线图7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18生产上使田间通风良好，供给充足的生产上使田间通风良好，供给充足的CO2CO2在一定范围内，植物光合作用强度随着在一定范围内，植物光合作用强度随着CO2CO2浓度的增加而增加，浓度的增加而增加，但到达一定浓度后，光合作用强度不再增加。但到达一定浓度后，光合作用强度不再增加。3 3CO2CO2浓度浓度生产上白天升温，增强光
19、合作用，晚上降低室温，抑制呼吸作用，生产上白天升温，增强光合作用，晚上降低室温，抑制呼吸作用，以积累有机物。以积累有机物。温度低，光合速率低。随着温度升高，光合速率加快，温度过温度低，光合速率低。随着温度升高，光合速率加快，温度过高时会影响酶的活性，光合速率降低。与温度影响酶的活性一高时会影响酶的活性，光合速率降低。与温度影响酶的活性一致。致。2 2温度温度4矿质元素离子无机盐离子影响叶绿素的形成和酶的形成 例如：N，P，K，Mg等2 2、CO2CO2浓度其他条件不变浓度其他条件不变小结小结n 控制光照控制光照n 控制温度控制温度n 提供适量的必需矿质元素提供适量的必需矿质元素n 提供适量的二
20、氧化碳提供适量的二氧化碳提高农作物光合速率的方法有：提高农作物光合速率的方法有：下下 图是光合作用过程图解，请分析后答复以下问题：图是光合作用过程图解，请分析后答复以下问题：图中图中B B是是 ，它来自于它来自于 的分解。的分解。图中图中C C是是它被传递到叶绿体的它被传递到叶绿体的 部位，用于部位，用于图中图中D D是是，在叶绿体中合成，在叶绿体中合成D D所需的能量来自所需的能量来自图中的图中的H H表示表示，H H为为I I提供提供光光H2OBACDE+PiFGCO2JHI2水水H基质基质C3的复的复原原ATP色素吸收的光能色素吸收的光能光反响光反响H和和ATP当当 突然停止光照时，突然停止光照时，F G 。填增加或减少。填增加或减少增加增加减少减少
