万物生长靠太阳
第四节 能量之源---光与光合作用
白化苗不能进行光合作用
光合作用与细胞中的色素有关。
(2)研磨
材料:5g新鲜的绿叶（如菠菜）
药品
SiO2
CaCO3
无水酒精
原理：色素能溶解在无水乙醇等有机
溶剂中，所以可用无水乙醇提取色素。
实验 绿叶中色素的提取和分离
1.提取绿叶中的色素
——防止色素破坏
——使研磨充分
——溶解色素
(1)剪碎
(3)过滤
将研磨液迅速倒入玻璃漏
斗(漏斗基部放一块单层尼龙布）
进行过滤。 将滤液收集到试管
中，及时用棉塞将试管口塞严。
能用滤纸代替吗？
不行，滤纸吸附色素。
防止滤液中的溶剂挥发。

★扩散速度与色素在层析中的溶解度的关系：
溶解度高，扩散速度快
溶解度低，扩散速度慢
2.分离色素
原理：（纸层析）
绿叶中的色素不只一种（混合物），它们都能够溶解在层析液中，但几种色素在层析液中的溶解度不同，色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素。
层析液是一种脂溶性很强的有机溶剂
细直齐
滤纸干后，重复2-3次
(1)制备滤纸条
(2)画滤液细线
★要求：
增大色素的量使色素带更清晰
将滤纸的一端减去两角
防止边缘效应，
让色带尽量平行
(3)分离色素
防止色素溶于层析液中
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
从下往上，色素扩散速度越来越大，溶解度越来越大。
相邻距离最宽
胡萝卜素
叶绿素b
光合色素
类胡萝卜素
叶绿素
胡萝卜素(橙黄色）
叶黄素（黄色）
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
(占1/4)
(占3/4)
叶绿体中的色素
分别在A、B、C、Ｄ四个研钵中加５克剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液。
注：“＋”表示加；“－”表示不加。
（1）A处理得到的溶液颜色是_________，原因是 。
（2）B处理得到的溶液颜色是_________，原因是 。
（3）C处理得到的溶液颜色是_________，原因是 。
（4）D处理得到的溶液颜色是_________，原因是 。
Ａ：部分叶绿素受到破坏。 Ｂ：叶绿素不溶于水。
Ｃ：大量叶绿素溶于乙醇中。 D：没有充分研磨
E：几乎无色 F：黄绿色 G： 深绿色
F
A
E
B
G
C
D
F
分析：为什么植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶片金黄呢？
叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素，而使类胡萝卜素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色
叶绿素比类胡萝卜素易受到低温的破坏，秋季低温使叶绿素大量破坏，而使类胡萝卜素的颜色显示出来
但是，为什么叶绿素（色素）会呈现绿色呢？
叶绿体中的色素提取液
叶绿素主要吸收___________
类胡萝卜素主要吸收________
蓝紫光
蓝紫光、红光
为什么叶绿素（色素）会呈现绿色呢?
红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫
光合色素
类胡萝卜素
叶绿素
胡萝卜素(橙黄色）
叶黄素（黄色）
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
(占1/4)
(占3/4)
叶绿体中的色素
主要吸收红光与蓝紫光
主要吸收蓝紫光
讨论：
1.用这种方法有什么好处？这样做对光合作用有影响吗？

2.为什么不使用发绿色光的灯管作补充光源？
有的蔬菜大棚内悬挂发红色或蓝色光的灯管，并且在白天也开灯。
可提高光合作用强度
有影响
叶绿体中的色素对绿光吸收最少
蔬菜大棚或温室一般选择什么颜色玻璃、塑料薄膜或灯管？
无色透明
外膜
内膜
基粒
基质
类囊体
捕获光能的色素分布在___________
类囊体的薄膜上
捕捉光能的色素存在于细胞中什么部位?
叶绿体
1.下列标号各代表：
① 　　　 ②__________ ③__________　　 　 ④__________　　 ⑤__________
2. 光合作用所需的色素分布在_____
外膜
内膜
基粒
类囊体膜
基质
类囊体膜
恩格尔曼实验
讨论
1. 恩格尔曼实验的结论是什么？
2. 此实验设计有什么巧妙之处？
3. 从资料2 可以得出什么结论？
O2是由叶绿体产生的
螺旋式带状叶绿体，便于观察。
用好氧细菌可确定释放氧气多的部位。
没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。
用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。
叶绿体是进行光合作用的场所
叶绿体结构如何与光合作用相适应？
外膜
内膜
基质
基粒(类囊体组成)
叶
绿
体
含光合色素
位于类囊体薄膜上
含光合酶
基粒上
基质中
基粒和类囊体扩大了酶和色素附着的表面积
（结构特点）
光合作用的探究历程
认为：植物生长在土壤中，土壤是构成植物体的原材料。
光合作用的探究历程
问题1：植物生长所需的物质是主要来自于土壤么？
历史背景
结论：水分是植物建造自身的原料。
17世纪海尔蒙特栽培的柳树实验
史料分析1
柳树真的只需要水就能长大吗？你认为海尔蒙特忽视了哪个重要因素？
问题2:
1771年，普里斯特利（英）的实验
结论：植物可以更新空气
史料分析2
缺点：
1.缺少对照
2.没有认识到光对“空气更新”的作用
3.没有明确植物所更新气体的成分
不同的人重复实验，有的成功，有的失败，原因何在？
问题3:
1779年，荷兰科学家英格豪斯做了500次植物更新空气的实验,结果发现:普利斯特里的实验只有在阳光照射下才能成功;植物体只有绿叶能够更新污浊的空气.
史料分析3
结论：植物在光下才可以更新空气
问题4:更新的是空气的哪种成分?
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。
史料分析4
1845年，德国科学家梅耶根据能量转换和守恒定律明确指出，植物光合作用时，把光能转化成化学能储存起来。
材料补充
问题5:光能转换成化学能时，贮存于什么物质中呢？
1864年，萨克斯(Julius von Sachs)的实验
史料分析5
结论：
植物光合作用产生了淀粉
问题讨论：
3、该实验有对照实验吗? 实验中所需控制的单一变量是什么？
1、为什么天竺葵要在暗处放置一昼夜？
2、叶片放到酒精中沸水浴的目的是什么？
溶解光合作用色素，使叶片脱色，有利于碘液染色后观察叶片颜色变化。
问题6:以上过程在哪发生呢?
1880年,恩格尔曼实验
史料分析6
3 选极细的光束照射，并用好氧细菌进行检测，能准确判断释放氧的部位
此实验的巧妙之处
2 为什么放在黑暗并没空气的环境中？
2.排除了环境中光线和氧的影响
4 进行黑暗(局部光照）和曝光的对比实验，明确实验结果完全是由光照引起的
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
问题讨论：
光合作用的概念
光能
叶绿体
指绿色植物通过 ，利用 ，把 转化成储存着能量的 ，并且释放出 的过程。
叶绿体
光能
二氧化碳和水
有机物
氧
CO2+H2O (CH2O)+O2
反应物、条件、场所、生成物
糖类
第二课时
问题7:光合作用释放的O2到底是来自H2O，还是CO2呢?还是两者兼而有之？
1939，美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法进行了研究
同学们考虑一下，应标记哪一种元素？如何设计这个实验呢？
史料分析8
2、第二组向同种绿色植物提供H218O和CO2
1、第一组向绿色植物提供C18O2和 H2O 。
C18O2+H2O
CO2+H218O
O2
18O2
用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2,使它分别成为H218O和C18O2。进行两组光合作用的实验：
结论：光合作用释放的氧全部来自水。
(6)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。
光合作用过程
光反应阶段：光合作用第一阶段中的化学反应，必须有光才能进行。
暗反应阶段：光合作用第二阶段中的化学反应，有没有光都可以进行。
划分依据:反应过程是否需要光能
CO2＋H2O （CH2O）＋O2
糖类
光能
叶绿体
总结光合作用的反应式
光合作用的过程
酶
光反应阶段
光、色素、酶
叶绿体内的类囊体薄膜上
水的光解：
（还原剂）
ATP的合成：
光能转变为活跃的化学能贮存在ATP/[H]中
场所：
条件：
物质变化
能量变化
进入叶绿体基质，参与暗反应
供暗反应使用
色素
暗反应阶段
CO2的固定：
C3的还原：
叶绿体的基质中
[H] 、ATP、酶
场所：
条件：
物质变化
能量变化
CO2的固定
叶绿体基质
多种酶
糖类
[H]
C3的还原
色素分子
可见光
G
H
D
E
A
B
C
多种酶
酶
M
F
吸收
光解
能
固定
还原
N
K
H2O
O2
[H]
ADP+Pi
ATP
C5
2C3
(CH2O)
CO2
光反应阶段
暗反应阶段
叶绿体类囊体的薄膜上
叶绿体基质中
光合作用的过程
光能
ATP/[H]中活跃的化学能
有机物中稳定的化学能
1.光反应和暗反应的区别
回归课本,知识整合
基粒(类囊体的薄膜上)
叶绿体基质中
需光,色素和酶
需多种酶、ATP、[H]
光能转变为活泼的化学能，储存在ATP/[H]中
ATP中活泼的化学能转化为糖类等有机物中稳定的化学能
光反应和暗反应是一个整体,二者紧密联系,缺一不可。
光反应
暗反应
ATP
[H]
ADP
Pi
2.光反应阶段与暗反应阶段的联系
物质上把CO2和H2O转变成以糖类为主的有机物
能量上把光能转变成有机物中的化学能
光合作用实质
自养生物：能够直接把从外界环境摄取的无机物转变成为自身的组成物质，并储存了能量的一类生物
异养生物：不能直接利用无机物制成有机物，只能把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的组成物质，并储存了能量的一类生物
（一）同化作用的类型
硝化细菌是生活在土壤中的一种细菌，它的同化作用过程如下：思考其同化作用的类型是什么？
2NH3+3O2
2HNO2+2H2O+能量
硝化细菌
2HNO2+ O2
硝化细菌
2HNO3+能量
CO2 + H2O
（CH2O）+ O2
思考：硝化细菌与绿色植物的同化作用有什么区别？
自养型
能源不同
绿色植物
光能
硝化细菌
化学能
化能合成作用
（二）异化作用的类型
1、制泡菜时，要将泡菜坛子密封，这说明乳酸菌在异化作用时分解有机物的方式是什么？
2、需氧型生物能否进行无氧呼吸？厌氧型生物能否进行有氧呼吸？
3、新陈代谢类型除了以上基本类型外，还有没有中间过渡类型？
异化作用类型
需氧型
（有氧呼吸型）
厌氧型
（无氧呼吸型）
兼性厌氧型 酵母菌
实例
实例：乳酸菌、破伤风杆菌
有氧条件下，厌氧型生物的无氧呼吸会受抑制
新陈代谢的基本类型总结
同化作用类型
自养型
异养型
光能自养型：
化能自养型：
无机物
有机物
光能
无机物
有机物
化学能
如：绿色植物
如：硝化细菌
异化作用类型
需氧型
（有氧呼吸型）
厌氧型
（无氧呼吸型）
兼性厌氧型
（既能进行有氧呼吸也能进行无氧呼吸）
全面划分生物新陈代谢的基本类型：
自养需氧型
自养厌氧型
异养需氧型
异养厌氧型
各种绿色植物、硝化细菌等
光合细菌等极少数微生物
绝大多数动物、腐生微生物和寄生植物
乳酸菌、破伤风杆菌、体内寄生虫 （如蛔虫）
1、牛、羊等大多数动物
2、绿色植物
3、蓝藻
4、蛔虫
5、硝化细菌
6、蘑菇
7、乳酸菌
8、橘子皮上的霉菌
9、寄生植物（如菟丝子）
（异养需氧型）
（自养需氧型）
（自养需氧型）
（异养厌氧型）
（自养需氧型）
（异养需氧型）
（异养厌氧型）
（异养需氧型）
（异养需氧型）
光合作用的重要意义
实现物质和能量的转化，为生物界提供了物质和能量的来源
维持大气中O2和CO2含量的相对稳定
促进生物进化
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。
第三课时
1.下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：
①图中A是______,B是_______,它来自于______的分解。
②图中C是_______，它被传递到叶绿体的______部位，用于_________ 。
③图中D是____，在叶绿体中合成D所需的能量来自______
④图中G________,F是__________,J是_____________
⑤图中的H表示_______， I表示_______
H为I提供__________
Ｏ2
水
[H]
基质
用作还原剂，还原C3
ATP
色素吸收的光能
光反应
[H]和ATP
色素
C5化合物
C3化合物
糖类
暗反应
4.光合作用过程中，产生ADP和消耗ADP的 部位在叶绿体中依次为 ( )
①外膜 ②内膜 ③基质 ④类囊体膜
A．③② B．③④
C．①② D．④③
2.在光合作用的暗反应过程中，没有被消耗掉的是（ ）
A、[H] B、C5化合物 C、ATP D、CO2
B
3.与光合作用光反应有关的是（ ）
①H2O ②ATP ③ADP ④CO2
A.①②③ B.②③④ C.①②④ D.①③④
A
B
5.光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是（ ）
A.叶绿体类囊体膜上进行光反应和暗反应
B.叶绿体类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应
C.叶绿体基质中可进行光反应和暗反应
D.叶绿体基质中进行暗反应,不进行光反应
D
光照和CO2浓度变化对植物细胞中C3、C5 、[H]、ATP、(CH20)含量的影响
1、 CO2供应减少(有光但无CO2)
叶肉细胞内与光合作用相关物质的量变化
2、光照突然减弱(无光但有CO2)
叶肉细胞内与光合作用相关物质的量变化
无CO2—CO2固定—C3化合物还原—ATP、[H]利用
无光—光反应—ATP、 [H]生成— C3化合物还原
6.将植物栽培在适宜的光照、温度和充足的C02条件下。如果将环境中C02含量突然降至极低水平，此时叶肉细胞内的C3化合物、C5化合物和ATP含量的变化情况依次是
A. 上升；下降；上升 　B. 下降；上升；下降
C. 下降；上升；上升 　 D. 上升；下降；下降
C

7.下图是一个研究光合作用过程的实验，实验前溶液中加入ADP，磷酸盐、叶绿体等，实验时按图示控制进行，并不断测定有机物合成量，用此数据绘成曲线。请你用已学的光合作用知识， 解释曲线形成的原因。
(1)ab段由于缺乏CO2，使光合作用过程中的
阶段不能进行，因此无有机物生成。
(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。
暗反应
ATP和[H]
(3)cd段在无光照条件下，由于光合作用过程中的 阶段无法进行，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。
光反应
ATP和[H]
被逐渐用完
光合作用和呼吸作用的区别
合成代谢
叶肉细胞
分解代谢
所有活细胞
叶绿体
线粒体、细胞质基质
光、色素、酶
酶
无机物转变成有机物
分解有机物同时释放能量
光能-活跃化学能-稳定化能
有机物能量释放出，部分转移到ATP中
光合作用为呼吸作用提供了有机物和O2
呼吸作用为光合作用提供了CO2
光合作用反应式：6CO2＋12H2O→C6H12O6＋6O2＋6H2O
呼吸作用反应式：C6H12O6＋6O2＋6H2O→ 6CO2＋12H2O
1．从总反应式看
问题：两者是简单的逆转反应吗？为什么
回答：两个生理过程所需的酶、反应场所、条件、过程等都不相同。有氧呼吸是需氧生物（包括绝大多数植物和动物）必须的生命活动，而光合作用只是绿色植物才具有的。
结论：可见两者并非简单的逆转反应，而是完全不同的两个生理过程。
填写下图空白框中的物质名称
诊断：
结论：光合作用的实质是合成有机物（合成代谢），储存能量；
　　　呼吸作用的实质是分解有机物（分解代谢），释放能量。
H2O
O2
ADP＋Pi
C6H12O6
丙酮酸
［H］
H2O
ATP
光合作用
呼吸作用
2． 从两者的生理过程看
问题：1、[H]和ATP的来源和去路以及反应场所有什么不同？　
　　　2、所体现的物质和能量代谢的实质有什么不同？
分析：（观察图示，提供依据）
3.从不同状态下植物气体代谢特点看
问题：不同状态下，植物气体代谢有什么特点?
（1）黑暗时，植物只进行呼吸作用，不进行光合作用。植物从外界吸收O2，并将细胞呼吸产生的CO2释放到体外
（2）强光照，植物同时进行细胞呼吸和光合作用，且光合作用强度大于呼吸作用强度。光合作用产生的O2 除用于植物的有氧呼吸消耗外，其余的O2释放带周围的环境中；而植物光合作用所利用的CO2 除来自植物自身的有氧呼吸外，不足部分从外界吸收。
（3）弱光照，光合作用强度与呼吸作用强度可能相等，光合作用吸收的CO2等于呼吸作用释放的，呼吸作用吸收的O2等于光合作用释放的。
影响光合作用的因素
（一）光
（二）光合面积
（三）温度
（四）CO2的浓度
（五）矿质元素的供应
（六）水
（一）光
1.光质
2.光照时间
3.光照强度
探究：环境因素对光合作用强度的影响（如：光照强度）
自变量：
如何控制自变量？
因变量：
单位时间内各组装置中叶圆片浮起的数量
O2的生成速率？O2的释放速率？
O2
光合作用实际产O2量=
实测的O2释放量+呼吸作用耗O2量
光合作用实际CO2消耗量=
实测的CO2消耗量+呼吸作用CO2释放量
光合作用生产的葡萄糖=
呼吸作用消耗的+ 积累(实测)的葡萄糖
CO2
光照强度
0
A
光合作用强度
光照强度
总光合作用
实际光合作用
O2
光合作用实际产O2量=
实测的O2释放量+呼吸作用耗O2量
光合作用实际CO2消耗量=
实测的CO2消耗量+呼吸作用CO2释放量
光合作用生产的葡萄糖=
呼吸作用消耗的+ 积累(实测)的葡萄糖
CO2
B
C
光照强度
0
植物吸收CO2量
B：
C：
释放CO2量
光合作用消耗的CO2=
呼吸作用释放的CO2量
光照强度增加到一定强度后，植物的光合作用强度不再增加
光补偿点
光饱和点
A
A：
只有呼吸作用
净光合作用
3.光照强度
C
B
光照强度
光合速率
0
阳生植物
阴生植物
CO2释放
A
净光合作用
总光合作用
呼吸作用
真正光合作用=
净光合作用+呼吸作用
3.（1）在图A中标出a、b、c点的含义。
（2）甲图中表示O2的箭头有_________;表示CO2的箭头有________.对应图A中的a点，ab段，b点，bc段用图甲字母说明气体交换情况。a点 ;ab段 ;b点 ;bc段______.
ACF
BDE
EF
CDEF
CD
ABCD
思考总结
如何判断曲线表示的是净光合量还是真正光合量?
练习 下图表示的是光照强度与光合作用强度
之间关系的曲线，该曲线是通过实测一
片叶子在不同光照强度条件下的CO2吸收
和释放的情况。能代表细胞中发生的情况
与曲线中B点相符的一项是
C
1.增加光合作用的面积，合理密植。
2.适当间苗、修剪，合理施肥浇水避免徒长
（二）光合面积
应用
（三）温度
温度对光合作用的影响主要是影响光合作用的暗反应过程，对光反应的影响较小。
二氧化碳吸收量
温度
(三)温度
较高温度使呼吸作用加强更为明显,净光合速率下降
光合速率
净光合速率
呼吸速率
提高昼夜温差保证有机物的积累
1）OA段表明: .
2）AB段表明： 。
3） BC段表明： 。
4)结论： 。
CO2含量
光合作用强度
O
A
B
C
二氧化碳含量很低时,绿色植物不能制造有机物
随二氧化碳含量提高,光合作用逐渐增强
二氧化碳提高到一定程度,光合作用不再随二氧化碳含量的提高而增强
周围空气中二氧化碳含量,直接影响绿色植物光合作用
（四）CO2的浓度
CO2含量
有机物积累量
O
（四）CO2的浓度
空气中CO2含量一般占330mg/L，与植物光合所需最适浓度（1000mg/L）相差太远。
增加二氧化碳的方法?
1. “正其行，通其风”
2.使用农家肥料，可以使土壤中微生物的数量增多，活动增强，分解有机物，放出二氧化碳。
3.植物的秸秆通过深耕埋于地下，可以通过微生物的分解作用产生二氧化碳。
4.使用NH4HCO3 肥料
提供较多二氧化碳
充分利用光能
（五）矿质元素的供应
（1）N：是各种酶以及ATP的重要组成成分。
（2）P：是叶绿体膜和ATP的重要组成成分。
（3）Mg：叶绿素的重要组成成分。
矿质元素过多会怎样?
下图是北方夏季一天中叶片光合作用强度的变化曲线，分析各段曲线形成的原因:
a
d
c
b
e
12
10
7
14
时
光合作用强度
中午光照强烈,为减少体内水分散失,部分气孔关闭,通过气孔进入的二氧化碳减少.
（六）水
水是光合作用的原料，水作为原料对光合作用的影响是很小的，几乎可以忽略不计。但当植物体内水分供应不足，或因植物的蒸腾作用过于旺盛，植物根系水分供应不上时，植物叶片上的气孔就会关闭，以减少水分的散失。气孔关闭，外界空气中的CO2就不能进入叶片内部，固定不到CO2就不能形成C3，暗反应受阻，光合作用下降。这是在炎热的夏季中午光合作用下降的主要原因。
（七）多因子影响
P点时，限制光合速率的因素应是横坐标所表示的甲因素；
Q点时，向提高光合速率可采取提高图示中的其他因子——乙因素。
5.在下列情况下，