1、细胞的能量供应和利用细胞的能量供应和利用第第5章章第4节 光合作用与能量转化本节聚焦捕获光能的色素和结构光合作用的原理光合作用原理的应用 你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠工厂完全依靠LEDLED灯等人工光源，其中常见的是红灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源色、蓝色和白色的光源。1 1、靠人工光源生产蔬菜有什么好处？、靠人工光源生产蔬菜有什么好处？2
2、 2、为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？、为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？用人工光源可以避免由于自然环境中用人工光源可以避免由于自然环境中光照强度不足光照强度不足导致的减产。同时，人工导致的减产。同时，人工光源的强度和不同色光光源的强度和不同色光是可以是可以调控调控的，可以根据植物生长的情况进行调节，的，可以根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。以使蔬菜产量达到最大。二氧化碳浓度、营养液成分和温度是影响植物生长的二氧化碳浓度、营养液成分和温度是影响植物生长的重要外部条件重要外部条件，因此要，因此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。进行控制，以
3、便让植物达到最佳的生长状态。线粒体叶绿体与能量转换有关的细胞器有机物中稳定化学能ATP中活跃的化学能热能细胞呼吸光能有机物中的化学能光合作用光合作用是唯一能够捕获光能和转化光能的途径。绿色植物通过光合色素捕获光能。无光合色素的植物因无法制造有机物而无法生存，如：玉米的白化苗。本节聚焦捕获光能的色素和结构捕获光能的色素和结构光合作用的原理光合作用的原理光合作用原理的应用光合作用原理的应用第第4 4节节 光合作用与能量转化光合作用与能量转化思考思考1 1：提取色素要注意什么？：提取色素要注意什么？（1 1）破碎细胞及叶绿体，使色素充分释放。）破碎细胞及叶绿体，使色素充分释放。（2 2）保证色素的结
4、构和活性不被破坏。）保证色素的结构和活性不被破坏。（3 3）使色素溶解于试剂中。）使色素溶解于试剂中。思考思考2 2：用什么方法可以获得绿叶中的色素呢？：用什么方法可以获得绿叶中的色素呢？思考思考3 3：绿叶中的色素是一种还是多种呢？：绿叶中的色素是一种还是多种呢？一、绿叶中色素的提取和分离（1 1）提取：色素能溶解在）提取：色素能溶解在有机溶剂有机溶剂无水乙醇无水乙醇中中（2 2）分离：）分离：纸层析法。纸层析法。绿叶中的色素都绿叶中的色素都能溶解在层析液能溶解在层析液 中中。不同色素。不同色素在层析液中的在层析液中的溶解度溶解度不同不同：溶解度高的随：溶解度高的随 层析液在滤纸上扩散得快；
5、反之则慢。层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。（1 1）进行）进行绿叶中色素的提取和分离绿叶中色素的提取和分离（2 2）探究绿叶中色素的种类）探究绿叶中色素的种类实验原理：实验原理：目的要求：目的要求：材料用具：材料用具：新鲜的绿叶（如新鲜的绿叶（如菠菜叶菠菜叶）、）、定性滤纸等、无水乙醇、层析液、定性滤纸等、无水乙醇、层析液、二氧化硅、碳酸钙二氧化硅、碳酸钙等等（体积分数（体积分数95%95%乙乙醇醇+无水碳酸钠无水碳酸钠）一、绿叶中色素的提取和分离1.1.提取绿叶中的色素提取绿叶中的色素注意：加少许的注意：加少许的二氧化硅和碳酸钙二氧化硅和碳酸钙、10mL无水乙醇无水乙醇，进行进行迅速、充分
6、地研磨迅速、充分地研磨。注意：将研磨注意：将研磨液进行过滤，液进行过滤，用用单层尼龙布单层尼龙布过滤过滤。一、绿叶中色素的提取和分离防止无水乙醇的挥发防止无水乙醇的挥发二氧化硅二氧化硅帮助磨碎叶片帮助磨碎叶片碳酸钙碳酸钙防止色素被破坏防止色素被破坏制备滤纸条制备滤纸条避免层析液在边缘扩散过快（边缘效应），避免层析液在边缘扩散过快（边缘效应），使其同步到达细线使其同步到达细线1cm铅笔线剪去两角干燥的定性滤纸一、绿叶中色素的提取和分离2.2.分离分离绿叶中的色素绿叶中的色素（1）将滤纸剪成能放入试管或）将滤纸剪成能放入试管或烧杯中的滤纸条烧杯中的滤纸条（2）在滤纸条一端）在滤纸条一端剪去两角剪去
7、两角（3）在距）在距去角一端去角一端1 cm处用处用铅笔铅笔画一条细的横线画一条细的横线画滤液细线画滤液细线细而齐；重复画两三次细而齐；重复画两三次(每次干了之后再画每次干了之后再画)一、绿叶中色素的提取和分离2.2.分离分离绿叶中的色素绿叶中的色素要求：将滤液倒入培养皿，用毛细将滤液倒入培养皿，用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀画出一条细线。线均匀画出一条细线。等等滤液干后滤液干后再画一到两次。再画一到两次。分离滤液中的色素分离滤液中的色素不能让滤纸条上的滤液细线触及层析液不能让滤纸条上的滤液细线触及层析液一、绿叶中色素的提取和分离2.2.分离分离绿叶中的色素绿叶中
8、的色素注意：实验结果实验结果一、绿叶中色素的提取和分离*色素的宽窄可以表示色素的含量！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扩散速度最快扩散速度最快含量多含量多叶绿素叶绿素类胡萝卜素类胡萝卜素（含量约（含量约3/43/4）（含量约（含量约1/41/4）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（胡萝卜素（橙黄色橙黄色）叶黄素（叶黄素（黄色黄色）绿绿叶叶中中的的色色素素如果在圆形滤纸的中央点如果在圆形滤纸的中央点开始，对叶绿体的色素进开始，对叶绿体的色素进行层析，会看到什么现象？行层析，会看到什么现象？会出现四个同心圆的色素带，从外往里
9、依次为会出现四个同心圆的色素带，从外往里依次为：胡萝卜素（橙黄）、叶黄素（黄）、叶绿素胡萝卜素（橙黄）、叶黄素（黄）、叶绿素a a（蓝绿）、叶绿素（蓝绿）、叶绿素b b（黄绿）（黄绿）（1 1）滤纸条上色素带颜色过浅的原因分析）滤纸条上色素带颜色过浅的原因分析选材不当，未选择新鲜绿叶或称取的新鲜绿叶量过少，色素含量少选材不当，未选择新鲜绿叶或称取的新鲜绿叶量过少，色素含量少 一次加入大量的无水乙醇，导致提取液浓度太低一次加入大量的无水乙醇，导致提取液浓度太低 (正确做法正确做法:分次加入少量无水乙醇提取色素分次加入少量无水乙醇提取色素)未加碳酸钙或加入的过少，色素分子（主要是叶绿素）部分破坏未
10、加碳酸钙或加入的过少，色素分子（主要是叶绿素）部分破坏 未加二氧化硅或研磨不充分，色素未能充分提取出来未加二氧化硅或研磨不充分，色素未能充分提取出来 （2 2）滤纸条色素带重叠：）滤纸条色素带重叠：滤液细线画得过粗滤液细线画得过粗划滤液细线的次数太少，滤纸条上的色素含量少划滤液细线的次数太少，滤纸条上的色素含量少 层析时，部分滤液细线已触及层析液层析时，部分滤液细线已触及层析液,但时间不长但时间不长 一、绿叶中色素的提取和分离（3 3）滤纸条看不见色素带）滤纸条看不见色素带忘记画滤液细线忘记画滤液细线滤液细线接触层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中滤液细线接触层析液，且时间较长，色素全部
11、溶解到层析液中(1)提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分()(2)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散的越快()(3)叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光()随堂检测 阳光是由不同波长的光组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同阳光是由不同波长的光组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱光谱。二、捕获光能的色素1.1.光谱光谱二、捕获光能的色素叶绿素叶绿素主要吸收主要吸收蓝紫光蓝紫光和和红光红光，类胡萝卜素类胡萝卜素主要吸收主要吸收蓝紫光蓝紫光红光蓝紫光2.2.色素的吸收光色素的吸收光谱谱二、捕获光能的色素吸收
12、、传递和转化光能吸收、传递和转化光能3.3.色素的功能色素的功能4.4.影响叶绿素合成的因素影响叶绿素合成的因素 为什么植物春夏叶子翠绿？而深秋则叶片金黄呢？为什么植物春夏叶子翠绿？而深秋则叶片金黄呢？由于叶绿素的含量大大超叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素过类胡萝卜素，而使类胡罗卜素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色。低温低温使叶绿素大量破坏，而使类胡萝卜素的颜色显示出来。光叶绿体反射光透过光吸收光类囊体薄膜上类囊体薄膜和基质色素分布：酶分布：1g菠菜叶片中的类囊体总面积竟有60m2左右。类囊体堆叠形成基粒，极大地扩展了受光面积叶绿体除吸收光能外，还有什么功能呢？色素酶三、叶绿体的结构适于进行光
13、合作用1.1.形态：形态：一般呈扁平的椭球形或球形一般呈扁平的椭球形或球形2.2.结构：结构：外表：双层膜外表：双层膜内部内部基质基质基粒：由类囊体堆叠而成基粒：由类囊体堆叠而成【思考讨论】探究叶绿体的功能(P100)需氧细菌集中分布在叶绿体被光束照射到的部位需氧细菌分布在叶绿体所有受光部位恩格尔曼的实验1叶绿体释放氧气讨论1恩格尔曼此实验的结论是？讨论2在选材、实验设计上有何巧妙之处？设计：选材：水绵：叶绿体螺旋带状，易观察。好氧细菌：可确定氧气产生部位。无空气的黑暗环境：排除氧气和光的干扰。形成对照：有/无光；局部/完全恩格尔曼的实验2用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧型细菌
14、聚集在红光和蓝紫光区域。讨论3为何细菌集中在红光和蓝紫光区域？光合色素主要吸收红光和蓝紫光讨论4综上所述，你认为叶绿体有何功能？吸收光能用于光合作用放氧（P101）小结类囊体薄膜上-色素分子类囊体膜和叶绿体基质-酶（叶绿体捕获光能，光合作用的基础。）【思考讨论】探究叶绿体的功能(P100)好氧细菌水绵好氧细菌资料资料2 2 在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。光合作用的场所是叶绿体光合作用的场所是叶绿体叶绿体能吸收光能用于光叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气合作用释放氧气恩格尔曼的实验恩格尔曼的实验其他实验证
15、据（如有机物其他实验证据（如有机物的合成部位在叶绿体）的合成部位在叶绿体）不能说明不能说明说明说明说明说明19541954年科学家才确认光合作用全过程均发生在叶绿体年科学家才确认光合作用全过程均发生在叶绿体【思考讨论】探究叶绿体的功能(P100)3.3.功能：功能：进行进行光合作用光合作用的场所的场所，并能吸收特定波长的光。，并能吸收特定波长的光。4.4.结构基础：结构基础：在叶绿体内部巨大的膜表面在叶绿体内部巨大的膜表面（类囊体膜）（类囊体膜）上，分布着许多吸收上，分布着许多吸收光能的光能的色素分子色素分子。在在类囊体膜类囊体膜上和上和叶绿体基质叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需中，还
16、有许多进行光合作用所必需的酶。的酶。三、叶绿体的结构适于进行光合作用1.基于对叶绿体的结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确（1）叶绿体只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作用(）（2）叶绿体类囊体上有巨大膜面积，利于吸收光能(）（3）植物绿叶之所以呈绿色，因为叶片中叶绿体吸收了绿光(）（4）没有叶绿体的生物无法进行光合作用(）（5）在真核细胞内，能进行光合作用的色素分布在叶绿体以及液泡中(）A 2.下列关于高等植物细胞内色素的叙述，错误的是（）A.所有植物细胞中都含有4中色素B.有些植物细胞的液泡中也含有色素C.叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收光能D.植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜
17、素两大类随堂检测小结本节聚焦捕获光能的色素和结构捕获光能的色素和结构光合作用的原理光合作用的原理光合作用原理的应用光合作用原理的应用第第4 4节节 光合作用与能量转化光合作用与能量转化一、光合作用的原理光合作用：绿色植物通过叶绿体，光合作用：绿色植物通过叶绿体，利用光能利用光能，将，将二氧化碳二氧化碳和和水水转化成储存着能量的成储存着能量的有机物有机物，并且，并且释放出氧气释放出氧气的过程。的过程。1.1.光合作用的概念光合作用的概念2.2.光合作用的反应式光合作用的反应式6CO212H2O C6H12O66O2+6H2O光能光能叶绿体叶绿体探究光合作用原理的部分实验探究光合作用原理的部分实验
18、19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的分子的C和和O被被分开，分开，O2被释放，被释放，C与与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。光合作用转化成糖。CH2O甲醛甲醛（CH2O）碳水化合物碳水化合物CO2二氧化碳二氧化碳O O2 2 1937年，英国科学家希尔。年，英国科学家希尔。在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（
19、悬浮液中有H2O,没有没有CO2)，在光，在光照下可以释放出氧气。像这样，照下可以释放出氧气。像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应的化学反应称作称作希尔反应希尔反应。探究光合作用原理的部分实验探究光合作用原理的部分实验O2H+能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料，没有合成糖的另一种必需原料CO2，因此，该实验说明水的光解并，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联。暗示着希尔反应是相对独立的反应阶
20、段。非必须与糖的合成相关联。暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。探究光合作用原理的部分实验探究光合作用原理的部分实验 讨论讨论1.1.希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？气中的氧元素全部都来自水？不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，可以发生水的光解，产生氧气产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元没有直接观察到氧元素的转移。素的转移。讨
21、论讨论2.2.希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？1941年，美国科学家鲁宾（年，美国科学家鲁宾（S.Ruben)和卡门（和卡门（M.Kamen)用用同位素示踪同位素示踪的方法，研的方法，研究了光合作用中氧气的来源。他们用究了光合作用中氧气的来源。他们用16O的同位素的同位素18O分别标记分别标记H2O和和CO2，使它们，使它们分别变成分别变成H218O和和C18O2。然后，进行了两组实验：第一组给植物提供。然后，进行了两组实验：第一组给植物提供H2O和和C18O2，第二组给同种植物提供第二组给同种植物提供H218O和
22、和CO2。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是氧气都是O2,第二组释放的都是第二组释放的都是18O2。探究光合作用原理的部分实验探究光合作用原理的部分实验讨论讨论3.3.分析鲁宾和卡门做的实验，你能分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？得出什么结论？光合作用释放的光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于而并不来源于COCO2 2。1954年，美国科学家阿尔农发现，当供给年，美国科学家阿尔农发现，当供给Pi、ADP时，会有时，会有ATP产生。同样方法处产生。同样方法处理四只试管，只有理四只试管，只有1号
23、有号有ATP产生。产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。随。探究光合作用原理的部分实验探究光合作用原理的部分实验讨论讨论4.4.尝试用示意图来表示尝试用示意图来表示ATPATP的合成与的合成与希尔反应的关系。希尔反应的关系。ATPADP+Pi酶酶O2NADP+H+H2O光解光解反应阶段类囊体薄膜类囊体薄膜NADPH一、光合作用的原理3.3.光合作用的过程光合作用的过程光合作用第一个阶段的化学反应，光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光必须有光才能进行才能进行光反应阶段光反应阶段光、色素、酶、光、色素、酶、H2O类囊体薄膜类囊体薄膜ADPPi
24、能量能量 ATP酶酶条件：条件：场所：场所：水的光解：水的光解：ATP的合成：的合成：物质变化物质变化：NADPH的形成：的形成：能量转变能量转变：（1 1）光反应阶段）光反应阶段2H2O +O2光色素H+光能转变为光能转变为NADPH和和ATP中活跃的化学能中活跃的化学能一、光合作用的原理3.3.光合作用的过程光合作用的过程NADP+H+2e-NADPH酶酶 讨论讨论5.5.卡尔文实验的结论是什么？卡尔文实验的结论是什么？14CO2小球藻小球藻有机物的有机物的14C结论：结论：光合产物中有机物的碳来自光合产物中有机物的碳来自CO2光合作用光合作用研究研究卡尔文循环卡尔文循环 20世纪世纪40
25、年代，美国科学家年代，美国科学家卡尔文卡尔文等用小球藻（一种单细胞的绿藻）做了这样的等用小球藻（一种单细胞的绿藻）做了这样的实验：用经过实验：用经过14C标记的标记的14CO2 ，供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性，供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去的去向，最终证明了向，最终证明了CO2是如何转化为有机物中的碳的。是如何转化为有机物中的碳的。其他中间产物其他中间产物5 5秒后秒后6060秒后秒后2C3CO2（CH2O）多种酶参加反应固定固定暗反应阶段叶绿体基质叶绿体基质还原还原C5一、光合作用的原理3.3.光合作用的过程光合作用的过程光合作用第二个阶段的化学反应，光合作用第二个阶
26、段的化学反应，有光没有光有光没有光都能进行都能进行暗光反应阶段暗光反应阶段卡尔文循环卡尔文循环叶绿体基叶绿体基质质酶、NADPH、ATP、二氧化碳 CO2的固定：C3的还原：ATP、NADPH中的化学能有机物中的化学能ADP+PiATPNADP+能量能量C52C3多种酶多种酶(CH2O)糖类糖类CO2固定固定还原还原酶酶NADPH酶酶能量能量条件：条件：场所：场所：物质变化物质变化：能量转变能量转变：（2 2）暗反应阶段）暗反应阶段一、光合作用的原理3.3.光合作用的过程光合作用的过程CO2C5 2C3酶2C3酶ATP、NADPH(CH2O)C5O22C3CO2C5NADPHATPADP+Pi
27、NADP+光反应暗反应H20一、光合作用的原理必须有光必须有光有无光都可有无光都可（类囊体的薄膜）（类囊体的薄膜）（叶绿体基质）（叶绿体基质）H的转移：的转移：H2O NADPH(CH2O)C的转移：的转移：CO2 C3（CH2O）O的转移：的转移：CO2 C3（CH2O）H2O O2 6CO2+12H2O光能光能叶绿体叶绿体C6H12O6+6H2O+6O2一、光合作用的原理4.4.光合作用中元素的转移光合作用中元素的转移CO2H2O(CH2O)O2光能光能叶绿体叶绿体光反应和暗反应的区别和联系光反应光反应暗反应暗反应所需条件所需条件必须有光必须有光、水、色素和酶、水、色素和酶有光或无光均可有
28、光或无光均可、CO2、ATP、NADPH、多种酶、多种酶进行场所进行场所类囊体类囊体薄薄膜膜叶绿体基质叶绿体基质物质变化物质变化水光解为水光解为O2和和H+；ATP和和NADPH的合成的合成CO2的固定；的固定；C3的还原；的还原；ATP和和NADPH的分解的分解能量转化能量转化光能光能ATP和和NADPH中中活跃活跃的化学的化学能能ATP和和NADPH中的化学能中的化学能有机物有机物中稳定的化学能中稳定的化学能联系联系光反应为暗反应提供光反应为暗反应提供NADPH和和ATP；碳反应为光反应提供碳反应为光反应提供NADP+、ADP、Pi条件条件光照由强到弱光照由强到弱COCO2 2供应不变供应
29、不变光照由弱到强光照由弱到强COCO2 2供应不变供应不变COCO2 2供应由充足到供应由充足到不足，光照不变不足，光照不变 COCO2 2供应由不足到供应由不足到充足，光照不变充足，光照不变 C C3 3含量含量C C5 5含量含量NADPHNADPH和和ATPATP的含量的含量（CHCH2 2O O）的合成量）的合成量条件骤变对光合作用中各物质（短时间内）的影响增加增加减少减少减少减少减少减少减少减少增加增加增加增加增加增加减少减少增加增加增加增加减少减少增加增加减少减少减少减少增加增加(1)植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应()(2)光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体
30、薄膜()(3)光合作用中ADP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜()(4)光合作用过程中产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量（）(5)14CO2中C的转移途径是14CO214C3 14C5(14CH2O)。()随堂检测(6)人在饥饿时，细胞中的ATP与ADP的含量难以达到动态平衡()(7)光合作用释放的氧气中的氧元素来自水()(8)影响光反应的因素不会影响暗反应()1.叶绿体不同于线粒体的特点有（）A.具有双层选择透过性膜 B.利用水进行化学反应 C.能分解水产生氧气和H D.合成ATP为生命活动供能2.如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是()A.CO2叶
31、绿素ADP B.CO2叶绿体ATP C.CO2乙醇糖类 D.CO2三碳化合物糖类3.正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后其叶绿体内不可能立即发生的现象是（）AO2的产生停止 BCO2的固定加快 CATP/ADP比值下降 DC3含量升高CBD随堂检测小结光合作用的原理光合作用的原理1.1.元素去向元素去向2.2.条件改变时物质含量变化条件改变时物质含量变化细胞呼吸细胞呼吸热能热能ATPATPADP+PiADP+Pi合成合成分解分解能量能量ADP+Pi+ADP+Pi+能量能量各项生命活动各项生命活动本节聚焦捕获光能的色素和结构捕获光能的色素和结构光合作用的原理光合作用的
32、原理光合作用原理的应用光合作用原理的应用第第4 4节节 光合作用与能量转化光合作用与能量转化1.概念：植物在 内通过光合作用制造 的量。（通常用光合速率表示）糖类单位时间2.光合作用强度的表示方法固定或者利用COCO2 2的量制造或产生有机物（糖类）量产生或消耗O O2 2的量单位时间内光合作用CO2H2O （CH2O）O2光能光能叶绿体叶绿体一、光合作用的强度CO2的浓度CO2H2O （CH2O）O2光能光能叶绿体叶绿体H2O光：光照强度、光质、光照时间矿质元素（N、Mg是合成叶绿素的原料）外因：内因：酶的种类、数量色素的含量叶龄不同温度二、影响光合作用的因素及应用因变量：光合速率无关变量：
33、植物叶片、其他环境 条件处理、实验操作自变量：光照（强度、光质）、温度、CO2浓度等探究探究环境因素环境因素对光合作用强度的影响对光合作用强度的影响一、实验原理探究探究环境因素环境因素对光合作用强度的影响对光合作用强度的影响三、实验变量光照强弱光照强弱控制方法：控制方法：不同瓦数的台灯或相同瓦数台灯离实验装置的距离不同瓦数的台灯或相同瓦数台灯离实验装置的距离光合作用强度光合作用强度检测方法：检测方法：单位时间内小圆形叶片浮起的数量单位时间内小圆形叶片浮起的数量（3 3）无关变量：）无关变量：要求相同且适宜要求相同且适宜温度等为无关变量，用中间的盛水玻璃柱吸收热量排除干扰温度等为无关变量，用中间
34、的盛水玻璃柱吸收热量排除干扰。（1 1）自变量：）自变量：（2 2）因变量：）因变量：叶片含有空气，叶片含有空气，上浮上浮抽气抽气叶片叶片下沉下沉叶片叶片上浮上浮光合作用光合作用产生产生O2O2充满细胞间隙充满细胞间隙二、实验变量：打孔器、打孔器、5W LED台灯、米尺、烧杯、绿叶等台灯、米尺、烧杯、绿叶等1.打孔：用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片2.将圆形小叶片置于注射器内，使叶片内气体逸出实验步骤探究探究环境因素环境因素对光合作用强度的影响对光合作用强度的影响实验步骤3.将处理过圆形小叶片放入清水中，黑暗保存，小圆形叶片全部沉到水底4.取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水（
35、或1%2%的NaHCO3溶液）探究探究环境因素环境因素对光合作用强度的影响对光合作用强度的影响5.分组实验：分别将10片叶圆片投入3只盛20mLNaHCO3的小烧杯中 并调整5W台灯距离（10、20、30cm）什么作用？吸收热量排除干扰实验步骤探究探究环境因素环境因素对光合作用强度的影响对光合作用强度的影响讨论：利用该装置还能探究哪些环境因素对光合作用的影响？这些因素分别如何控制呢？提示：CO2浓度（吹气时间或不同质量分数的NaHCO3溶液）、温度（水浴保温）、光质（不同颜色的彩色灯泡）探究探究环境因素环境因素对光合作用强度的影响对光合作用强度的影响实验步骤 项目 烧杯 小圆形叶片加富含CO2
36、的清水光照强度叶片浮起数量110片20 mL强多210片20 mL中中310片20 mL弱少6.观察并记录结果实验结论：在一定范围内,光合作用强度随光照强度的增大而加快，超过一定值后光合作用强度趋于稳定。探究探究环境因素环境因素对光合作用强度的影响对光合作用强度的影响问题：实验所测是否为叶片实际光合作用强度？思考讨论光合速率与呼吸速率的计算光合速率与呼吸速率的计算（1）绿色植物组织在）绿色植物组织在黑暗条件下测得的数值黑暗条件下测得的数值表示表示呼吸速率呼吸速率（2）绿色植物组织在）绿色植物组织在有光条件下有光条件下，光合作用和细胞呼吸同时进行光合作用和细胞呼吸同时进行，测得的数，测得的数值表
37、示值表示净光合速率。净光合速率。（3）真正真正(总总)光合速率光合速率=净光合速率净光合速率 +呼吸速率呼吸速率用用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：或葡萄糖的量表示如下：光合作用光合作用产生的产生的O2量量=实际测得的实际测得的O2释放量释放量+细胞呼吸消耗细胞呼吸消耗的的O2量量光合作用光合作用固定的固定的CO2量量=实际测得的实际测得的CO2吸收量吸收量+细胞呼吸释放细胞呼吸释放的的CO2量量光合作用光合作用产生的产生的葡萄糖量葡萄糖量=葡萄糖葡萄糖积累量积累量(增重增重部分部分)+细胞呼吸消耗细胞呼吸消耗的葡萄糖量的葡萄糖量项目项目表示方法（单位：表示方法（单位：gcmcm-2-2hh
38、-1-1）呼吸速率呼吸速率(黑暗黑暗)净净(表观表观)光合速率光合速率总总(真正真正)光合速率光合速率细胞细胞释放释放O2量量线粒体线粒体吸收吸收O2量量细胞细胞吸收吸收CO2量量线粒体线粒体释放释放CO2量量植物植物积累积累有机物量有机物量有机物有机物消耗消耗量量叶绿体叶绿体产生产生/释放释放O2量量叶绿体叶绿体利用利用/固定固定CO2量量总结植物植物产生产生有机物量有机物量影响光合作用的因素及应用1.1.光照强度光照强度ED（1）原理：光）原理：光直接影响光反应阶段直接影响光反应阶段，制约，制约NADPH和和ATP生成，进而制约生成，进而制约 暗反应阶段暗反应阶段（2）曲线分析）曲线分析在
39、一定范围内，光合速率随光照强度的增加而加快，但光照强度增加到一定强在一定范围内，光合速率随光照强度的增加而加快，但光照强度增加到一定强度时，光合速率不再加快，甚至降低（细胞灼烧）。度时，光合速率不再加快，甚至降低（细胞灼烧）。A:只进行呼吸作用B：光合作用速率=呼吸作用速率B点之后：光合作用速率呼吸作用速率AB：光合作用速率呼吸作用速率解读：曲线与细胞图示相结合影响光合作用的因素及应用1.1.光照强度光照强度光补偿点光补偿点光饱和点光饱和点净光合速率净光合速率总光合速率总光合速率呼吸速率呼吸速率 阴生植物：阴生植物：是指在弱光条件下比强光条件下生长良好的植物。是指在弱光条件下比强光条件下生长良
40、好的植物。阳生植物：阳生植物：在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽和弱光条件下生在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽和弱光条件下生长发育不良的植物称阳性植物长发育不良的植物称阳性植物阳生植物阳生植物阴生植物阴生植物影响光合作用的因素及应用1.1.光照强度光照强度（3）生产应用）生产应用光照强度0ABC阳生植物光补偿点光饱和点阴生植物A1B1C1D曲线表示的是阳生植物的光合速率，阴生植物的曲线该如何画？CO2吸收速率CO2释放速率影响光合作用的因素及应用1.1.光照强度光照强度（3）生产应用）生产应用阴雨天适当补充光照，及时对大棚除霜消雾阴雨天适当补充光照，及时对大棚除霜消雾阴生植物的光补偿点和光饱和点
41、都比阳生植物低，注意间作套种时农作物的阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物低，注意间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的配置种类搭配、林带树种的配置 已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别是已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别是25、30，如图，如图曲线表示该植物在曲线表示该植物在25时光合作用强度与光照强度的关系。若将温度调节时光合作用强度与光照强度的关系。若将温度调节到到30的条件下（原光照强度和的条件下（原光照强度和CO2浓度不变），从理论上讲，图中相应浓度不变），从理论上讲，图中相应点的移动分别是（点的移动分别是（）A.a点上移，点上移，b点左移，点左移，m值增加值增加
42、B.a点上移，点上移，b点左移，点左移，m值不变值不变 C.a点下移，点下移，b点右移，点右移，m值下降值下降 D.a点下移，点下移，b点不移，点不移，m值上升值上升随堂检测C影响光合作用的因素及应用2.CO2.CO2 2浓度浓度（1）曲线分析：在一定范围内，光合速率随）曲线分析：在一定范围内，光合速率随CO2浓度的增加而加快，但浓度的增加而加快，但CO2浓度浓度增加到一定值时，光合速率不再加快。增加到一定值时，光合速率不再加快。CO2浓度达到一定值时，浓度达到一定值时，才能启动光合作用才能启动光合作用。（2）应用）应用在农业生产上可以通过在农业生产上可以通过“正其行，通其风正其行，通其风”、
43、增施农机肥等增大、增施农机肥等增大CO2浓度，提浓度，提高光合速率。高光合速率。CO2吸收量吸收量CO2释放量释放量CO2浓度ABCODbcd总光合速率CO2饱和点CO2补偿点ob段：CO2浓度过低，无法进行光合作用净光合速率bc段：光合速率呼吸速率c点：光合速率=呼吸速率d点：光合速率最大影响光合作用的因素及应用2.CO2.CO2 2浓度浓度影响光合作用的因素及应用3.3.温度温度（1）曲线分析：温度主要通过影响）曲线分析：温度主要通过影响与光合作用有关酶的酶活性与光合作用有关酶的酶活性而影响光合速率。而影响光合速率。（2）应用）应用冬季温室栽培，白天可适当提高温度；晚上可适当降低温度，以降
44、低细胞呼吸冬季温室栽培，白天可适当提高温度；晚上可适当降低温度，以降低细胞呼吸消耗有机物。消耗有机物。时间光合作用强度BC段：段：温度过高，为减少蒸腾作用，温度过高，为减少蒸腾作用，气孔关闭，气孔关闭，CO2供应不足供应不足，光合速率，光合速率下降，出现下降，出现“午休午休”现象现象DE段：段：光照强度不断减弱光照强度不断减弱AB段：段：光照强度不断增强光照强度不断增强影响光合作用的因素及应用4.4.水分水分 含水量含水量（1）原理：水分能影响气孔的开闭，间接影响）原理：水分能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内，另外水既是进入植物体内，另外水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介
45、质，如植物缺水萎蔫，使光合速率光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水萎蔫，使光合速率下降。下降。（2）图像分析）图像分析在一定范围内，光合作用在一定范围内，光合作用强度随水分的增加而加快强度随水分的增加而加快N：光合光合酶酶及及ATP的重要组分的重要组分P：类囊体类囊体膜膜和和ATP的重要组分；的重要组分；K：促进光合产物向贮藏器官运输促进光合产物向贮藏器官运输Mg：叶绿素叶绿素的重要组分的重要组分影响光合作用的因素及应用5.5.矿质元素矿质元素影响光合作用的因素及应用5.5.光质（不同波长的光）光质（不同波长的光）（1）原理：光合作用强度与光质有关，在可见光光谱的范围内，不同
46、波长的光）原理：光合作用强度与光质有关，在可见光光谱的范围内，不同波长的光下，光合作用效率不同。白光是复合光，红光、蓝紫光下植物的光合作用强度较下，光合作用效率不同。白光是复合光，红光、蓝紫光下植物的光合作用强度较大，绿光下植物的光合作用强度最弱。大，绿光下植物的光合作用强度最弱。（2）应用）应用塑料大棚栽培时，常选择塑料大棚栽培时，常选择“无色塑料无色塑料”以便透过各色光以便透过各色光阴天或夜间给大棚阴天或夜间给大棚“人工补光人工补光”时，则宜选择植物吸收、利用率较高的时，则宜选择植物吸收、利用率较高的“红光和蓝紫光红光和蓝紫光”叶片由小到大的过程中，叶面积逐渐增大，叶肉细胞中的叶绿体逐渐增
47、多，光合色素逐渐增加，光合作用效率不断增强。生长到一定程度，叶片面积和光合色素等达到稳定状态，光合作用效率也基本稳定。伴随着叶片的衰老，部分色素遭到破坏，光合作用效率下降。影响光合作用的因素及应用1.1.叶龄叶龄随着叶面积指数的增大，进行光合作用和细胞呼吸的叶面积增加，但叶面积指数增大到一定值后，由于叶片的相互遮挡叶片的相互遮挡，进行光合作用的叶面积不再增大，而进行细胞呼吸的叶面积仍在增大，从而使细胞呼吸有机物细胞呼吸有机物的消耗量大于光合作用有机物的生成量的消耗量大于光合作用有机物的生成量，所以有机物的积累量不断降低。影响光合作用的因素及应用2.2.叶面积叶面积农业生产上的启示：a.a.合理
48、密植合理密植(增加光合作用面积)；b.b.适当间苗适当间苗(“套种间作”讲的就是这个方面)；c.c.修剪以增加有效光合作用面积修剪以增加有效光合作用面积；d.d.适当摘除老叶适当摘除老叶。影响光合作用的因素及应用2.2.叶面积叶面积P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随该因子点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提高。的不断加强，光合速率不断提高。当到当到Q点时，横坐标所表示的因子不再影响光合速率，要想提高光点时，横坐标所表示的因子不再影响光合速率，要想提高光合速率，可适当提高除横坐标所表示的因子之外的其他因子。合速率，可适当提高除横坐标
49、所表示的因子之外的其他因子。自变量1自变量1自变量1自变量2 温度自变量2 光照强度自变量2 CO2浓度三、多种因子对光合作用的影响a点：点：凌晨凌晨3-4时，时，温度降低，温度降低，减弱，减弱，CO2释放减少。释放减少。b点：点：上午上午6时左右，有微弱光照，时左右，有微弱光照，开始进行开始进行 。bc段：光合作用段：光合作用 细胞呼吸。细胞呼吸。c点：光合作用点：光合作用 细胞呼吸。细胞呼吸。ce段：光合作用段：光合作用 细胞呼吸。细胞呼吸。d点：点：过高，部分或全部气孔关闭，出现过高，部分或全部气孔关闭，出现 “午休现象午休现象”。e点：点：下午下午6时左右，时左右，光合作用光合作用 细
50、胞呼吸。细胞呼吸。细胞细胞呼吸呼吸光合作用光合作用 温度温度=四、自然环境及密闭容器中光合作用变化的模型1.自然环境中一昼夜植物光合作用曲线自然环境中一昼夜植物光合作用曲线S2S3S1ef段：光合作用段：光合作用 细胞呼吸。细胞呼吸。fg段：段：没有光照，没有光照，停止，只行停止，只行 。积累有机物时间段：积累有机物时间段：ce段。段。一天中有机物积累最多的时间点：一天中有机物积累最多的时间点：e点。点。制造有机物时间段：制造有机物时间段：bf段。段。一昼夜有机物积累量表示为：一昼夜有机物积累量表示为：S1-S2-S3(表示面积表示面积)消耗有机物时间段：消耗有机物时间段：Og段。段。光合作用
