第5章 细胞的能量供应和利用
第4节 能量之源——光与光合作用
人教版必修1
捕获光能的色素和结构
二光合作用的原理和应用
一
二
ＮＥＸＴ
ＮＥＸＴ
捕获光能的色素和结构
绿叶中色素的提取和分离
捕获光能的色素
绿叶中的色素吸收光谱



叶绿体
结构
功能
（一）提取色素：
1.研磨
材料:5g鲜叶
药品
SiO2
CaCO3
无水酒精
原理：色素能溶解在丙酮或酒精等有机
溶剂中，所以可用无水酒精提取色素。
一、绿叶中色素的提取和分离
——使研磨充分
——防止色素破坏
——溶解色素
★要求：要迅速、充分（为什么）
2.过滤：获取绿色滤液
滤纸吗？
对着光：
背着光：
红色
绿色
色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素。
★扩散速度与色素在层析中的溶解度的关系：
溶解度大，扩散速度快
溶解度小，扩散速度慢
（二）分离色素
原理：
1.准备滤纸条
★要求：细而直
重复2—3次
剪去两角的原因？
2.分离色素：
★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
（为什么？）
★说明色素的种类
色素
二、色素的作用
实验表明：叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
有些蔬菜大棚内悬挂红色或蓝色的灯管，并且在白天也开灯。
1.用这种方法有什么好处？这样做对光合作用有影响吗？
2. 用绿色的可以吗？
用这种方法可以提高光合作用强度，
叶绿素吸收最多的是蓝紫光和红光
因为叶绿素对绿光吸收最少
3.为什么叶子呈现绿色？
因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以呈绿色
4.温室大棚应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜？
白色
三、光合作用的完整单位——叶绿体
其中基粒是由一个个囊状结构堆叠而成，称为
4
1
2
3
类囊体
吸收光能的色素分布在？
类囊体的薄膜上
思考：叶绿体中的色素能吸收光能，是不是叶绿体只能吸收光能？有没有其他功能？
1880年，美国科学家恩格尔曼
黑暗处用极细光束照射
暴露在光下
资料一
水绵+好氧细菌
黑暗
无空气
极细光束照射
完全暴露光下
实验过程
1、氧气是叶绿体释放出来的
2、叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所
实验结论
好氧细菌集中在叶绿体
被光束照射的部位
好氧细菌分布于叶绿体
所有受光部位
资料二
在类囊体上和基质中含有多种进行光合作用所必需的酶
为什么说叶绿体是进行光合作用完整单位？
叶
绿
体
（含光合色素及有关的酶）
含光合酶
外膜
内膜
基质
基粒
（含光合作用的酶）
1、问题：植物生长所需的物质来自何处？
认为：构成植物 体的原料是土壤
植物增加的重量=土壤减少的重量
光合作用的探究历程
五年后
2、1648年比利时海尔蒙特的实验
柳树增重80kg
土壤只减少0.06kg
结论：植物增重主要来自水分
一段时间后
一段时间后
3、1771年英国普利斯特利实验
普利斯特利实验
结论：植物可以更新空气
4、1779年，荷兰 英格豪斯的实验
实验重复了500多次
结论：只有在光照下只有绿叶才可以更新空气
1785年，发现了空气的组成，科学家在明确绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳
5、 1845年，德国的科学家梅耶指出：植物光合作用时，把光能转换成化成化学能储存起来。
依据：能量转换和守恒定律
一半曝光，一半遮光
在暗处放置几小的叶片
6、1864年萨克斯的实验
结论:绿色叶片在光合作用中产生了淀粉
水绵+好氧细菌
黑暗
无空气
极细光束照射
完全暴露光下
实验过程
好氧细菌集中在叶绿
体被光束照射的部位
好氧细菌分布于叶绿
体所有受光部位
7、光合作用的原料有水和二氧化碳，那么，光合作用释放的氧气到底是来自二氧化碳还是来自水呢？
随着技术的进步，人们发现了放射性
同位素，利用放射性同位素做示踪原
子，为解决氧气是来自水还是二氧化
碳提供了技术手段。1939年，美国的
科学家鲁宾和卡门利用同位素标记法,
用18O做示踪原子，对光合作用的产物
氧气中氧的来源进行了探究。
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1939年鲁宾和卡门的实验
20世纪40年代，美国科
学家卡尔文利用放射性
同位素14C标记的14CO2做
实验研究这一问题。最
终探明CO2中的碳在光合
作用中转化成有机物中
的碳的途径，这一途径
称为卡尔文循环。
1961年诺贝
尔化学奖得主
问题讨论
光合作用的原料，产物，场所和条件是什么？你能用一个反应式表示出来吗?
一、光合作用的过程
光反应
暗反应
划分依据:反应过程是否需要光能
酶
1.光反应阶段
色素
光
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中
CO2的固定
C3的还原
基质
多种酶
2.暗反应阶段
CO2的固定：
C3的还原：
叶绿体的基质中
多种酶、
[H] 、ATP
小结
需要光
色素、酶
不需要光
酶
类囊体膜上
基质中
水的光解；ATP的合成
CO2的固定；C3的还原
ATP中活
跃化学能
ATP中活
跃化学能
光能
有机物中稳
定化学能
光反应 为 暗反应 提供 [H ] 和ATP，
暗反应 为 光反应 提供 ADP 和Pi 。
光合作用的过程
光反应阶段
暗反应阶段
co2
水在光下分解
C5
ATP
ADP+Pi
酶
供能
[H]
供氢
O2
固
定
还 原
多种酶
参加催化
(CH2O)
[氨基酸,脂肪]
酶
正常进行光合作用的植物，突然停止光照后，C3、C5、[H] 、ATP含量如何变化？
若突然停止CO2的供应呢？
[H] ↓ATP↓ C5↓ C3↑
C3 ↓ C5↑[H] ↑ ATP ↑
2C3
光合作用的概述
1.光合作用的概念
2.光合作用的意义
①把无机物合成有机物，不仅是自身的营养物质,而且是人和动物的食物来源.
②将光能转换成化学能，贮存在有机物中，提供了生命活动的能量来源.
③维持了大气成分的基本稳定
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。
整个光合作用过程中的物质 变化和能量变化分别是什么？
物质变化：
无机物
能量变化：
光能
光合作用的实质：合成有机物，储存能量。
有机物
糖类等有机物中的化学能
化能合成作用
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
2HNO2+O2 2HNO3+能量
能量
CO2+H2O (CH2O)+O2
硝化细菌的化能合成作用
化能合成作用
细菌利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用叫化能合成作用。
除了硝化细菌外，自然界还有铁细菌、硫细菌属于进行化能合成作用的自养生物。
1、营养物质包括有机物、无机盐、水等
2、根据获取有机物的方式不同，可以将生物分为：
自养生物
（无机物转变成自身的有机物）
异养生物：将现成的有机物转变成自身的有机物
光能自养生物
化能自养生物
（绿色植物）
（硝化细菌、硫细菌、铁细菌等）
光能
12H2O+6CO2
叶绿体
6O2 +C6H12O6+6H2O
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的量
2、单位时间内光合作用吸收CO2的量
3、单位时间内光合作用放出O2的量
单因子对光合作用速率影响的分析
1）光照
2）温度
3）二氧化碳浓度
4）水分
5）矿质元素
光合速率是光合作用强度的指标，它是指单位时间
内单位面积的叶片合成有机物的速率。
环境因素对光合作用的影响
植物自身因素:遗传（生物种类）、叶龄等
光合速率的影响因素
A
B
光照强度
0
C
细胞呼吸产生的CO2量
净光合作用量
真正（实际）光合作用量
在A点含义：

在B点含义：

在C点含义：
真正（实际）光合速率＝表观（净）光合速率＋呼吸速率。
（1）光照强度
光照强度为0，此时只进行呼吸作用，释放的CO2量为呼吸速率。
光合作用速率＝呼吸作用速率。
随光照强度增加，光合作用不再增加。
A
B
光照强度
0
阳生植物
阴生植物
应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物。
C
阳生植物 阴生植物
>
应用：间作时作物种类的搭配
应
用
(2)温度
1、AB段：

2、B点：
3、BC段：
表示温度达到一定程度，随温度升高，
酶逐渐失去活性，光合速率也逐渐下降。
在一定范围内，随温度的升高，光合速率加快。
表示酶活性最强，该温度为进行光合作用的最适温度此时光合速率达到最大值。
A、B、C三种温度条件下植物积累有机物最多的是哪种温度？
应用：适时播种；温室栽培中白天调到光合作用最适温度，晚上适当降低温度。
CO2含量
光合作用的强度
0
A B C
（3）CO2
AB段：
A点：
B点：
应用：对农田里的农作物应合理密植，“正其行，通其风”；对温室作物来说，应增施农家肥料或使用CO2发生器。
在一定范围内，随C02浓度的增加，植物的光合速率加快。
表示进行光合作用所需C02的最低浓度。
超过该浓度，光合速率不再增加。
曲线分析：P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因素，随着此因素的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。
曲线分析：
1、分析比较各图中P、Q点的主要影响因素是什么？
光强度、温度和二氧化碳浓度对光合作用的影响是综合性的。
通过对曲线的分析，你能得出什么结论？
多因子影响
日变化：在一天中由于光照和温度在发生变化，在一天中的光合速率也在发生变化。如图（5）。该图夏天的一个晴天。
放出
CO2
的量
B
A
D
C
F
E
H
G
I
吸收
CO2
的量
图（5）
12：00
6：00
18：00
时间
放出
CO2
的量
B
A
D
C
F
E
H
G
I
吸收
CO2
的量
图（5）
12：00
6：00
18：00
时间
1、AB段：

2、BC段：

3、C点：
植物在晚上只进行呼吸作用，放出CO2最多。
表示放出的CO2多于吸收的CO2，即呼吸作用
大于光合作用。
光合作用吸收的CO2等于呼吸作用放出的CO2。
4、CD段：

5、DE段：
光照增强光合作用增强，光合作用吸收的CO2
大于呼吸作用放出的CO2。
温度升高，蒸腾作用增强，气孔关闭，CO2供
应不足，而影响暗反应的速率。在E点出现最
严重的“午休”现象。
6、EF段：

7、FH段：
温度逐渐降低，光合速率逐渐恢复。
随着光照减弱，光合作用逐渐下降。
应用：南方夏季日照强，作物“午休”会更普遍一些，在生产上应适时灌溉或选用抗旱品种，以缓和“午休”现象，增强光合能力。
叶龄
曲线分析：OA段为幼叶，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用速率不断增加。
AB段为壮叶，叶片的面积、叶绿体的叶绿素都处于稳定状态，光合速率也基本稳定。
BE段为老叶，随着叶龄的增加，叶片内叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。
应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶，都是根据其原理，降低其细胞呼吸消耗有机物。
光照
面积
应用：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长。封行过早，使中下层叶子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。
曲线分析：OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用叶面积的饱和点。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
OB段表明干物质量随光合作用增加而增加，而由于A点以后光合作用不再增加，但叶片随叶面积的不断增加呼吸量(OC段)不断增加，所以干物质积累量不断降低(BC段)。
观察以下图示，根据气体进出细胞的情况，说明植物接受光照的情况及含义,并试着在最后图中找出前4个图对应的点。
积极思维

光合作用

细胞呼吸
(
有氧呼吸
)

代谢性质

合成代谢

分解代谢

发生部位

含叶绿体的细胞
(
主要是叶肉
细胞
)

所有生活细胞

反应场所

叶绿体

主要在线粒体内（第一阶段和
无氧呼吸在细胞质基质）

条件

光
、
H
2
O
、
CO
2
、适宜的温度、
酶、色素

有
光
、无
光
均可，适宜
的
温度、
O
2
、酶

能量代谢

光能转变为化学能，贮存在有
机物中

有机物中的化学能释放出，一
部分转移到
ATP
中

物质代谢

将无机物
(CO
2
和
H
2
O)
合成有
机物
(
如
C
6
H
12
O
6
)

有机物
(
如
C
6
H
12
O
6
)
分解为无
机物
(H
2
O
和
CO
2
)

联系

光合作用的产物作为细胞呼吸的原料
(
有机物和
O
2
均为细胞呼
吸的原料
)
，细胞呼吸产生的
CO
2
可为光合作用所利用

有机物分解
水的光解
用于暗反应C3的还原
与O2结合生成水
ADP+Pi+光能
ATP
用于C3的还原，转换成
有机物中稳定的化学能
有机物分解
释放的能量
用于各种需能的
生命活动
光合作用与细胞呼吸过程中【H]和ATP 的来源、去路的比较