第4节 能量之源—— 光与光合作用
能量的最终来源：光能
细胞将光能转换成细胞能够利用的化学能
为什么植物的叶片是绿色的?
为什么有些植物的叶片在不同时期颜色不同呢？
一、捕获光能的色素
实验：叶绿体中色素的提取和分离
1.提取原理：色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇
(一)原理：
2.分离原理：不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的在滤纸条上扩散地快；反之则慢
(二)分离方法：纸层析法
(三)材料选择：新鲜的绿叶
原因：色素含量多
(四)方法与步骤1.提取绿叶中色素
（1）称取5g左右的鲜叶，剪碎，放入研钵中。
（2）加少许的二氧化硅（充分研磨）和碳酸钙 (防止研磨中色素被破坏)与10ml无水乙醇。在研钵中快速研磨。
（3）将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。
2.制备滤纸条（为什么要减去两角？）
3.画滤液细线（为什么要重复画滤液线？）
4.分离绿叶中的色素（（1）为什么不能触及
层析液？
（2）为什么层析时烧
杯要加盖？ ）
注意：不能让滤液线触及层析液
原因：若触及，细线上的色素就会溶解到层析液中，就不会在滤纸上扩散开来，实验就失败。
捕获光能的色素
叶绿体中的色素
5.观察与记录
（滤纸条上出现了几条色素带，其颜色怎样？宽窄如何？这说明了什么？)
为什么许多植物到了秋天叶子就变黄了？
秋天气温降低，叶绿素不稳定，易分解，而类胡萝卜素稳定，所以呈现黄色
不稳定，易分解
（稳定，不易分解）
色素的吸收光谱
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
思考：叶片呈现绿色的原因是什么？
对绿光吸收少，绿光被反射出来，所以呈绿色
与社会的联系：温室或大棚种植蔬菜时，应选择
什么颜色的玻璃好？补充什么光源好？

无色的玻璃 白光
叶片中的叶肉细胞
绿叶
回顾叶绿体的结构
叶肉细胞
亚显微结构模式图
叶绿体亚显微
结构模式图
捕捉光能的色素存在于细胞中的什么部位？
色素的分布：吸收光能色素的分布在类囊体的薄膜上
叶绿素生成的条件
1.光：是影响叶绿素形成的主要条件
2.温度：影响酶的活性
3.矿质元素：如Mg、N元素等
1880年，恩格尔曼的实验
隔绝空气
黑暗，用极细光束照射
完全暴露在光下
水绵和好氧细菌的装片
结论：
氧是由 叶绿体释放出来的， 叶绿体是光合作用的场所。
光合作用需要光照。
叶绿体的功能
自变量：光照
因变量：好氧菌的分布
好氧菌集中在极细光照处
好氧菌均匀分布在叶绿体受光处
恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处?
（1）选材方面，选用水绵为实验材料。水绵不仅具有细长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中，便于观察、分析研究。
（2）将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了光线和氧气的影响，从而确保实验正常进行。
恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处?
（3）选用了极细光束照射，并且选用好氧细菌检测，从而能够准确判断出水绵细胞中释放氧的部位。
（4）进行黑暗(局部光照)和曝光对比实验，从而明确实验结果完全是光照引起的。
图A
图B
图C
图D
干燥土壤 90.8kg
小柳树 2.3kg
只用雨水浇灌
五年后柳树长大
土壤烘干后称重
海尔蒙特实验
植物生长所需的原料来自于水
二、光合作用的探究历程
×
1771年普利斯特利实验
普利斯特利实验
普里斯特利实验
1779年，荷兰的英格豪斯
结论1：只有在光下
植物才能更新空气。
结论2：植物体的绿叶在光下才能更新空气。
普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功
1845年，德国科学家梅耶指出：
植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来。
光能转换成化学能，贮存于什么物质中呢？
光合作用吸收CO2 ，释放O2 ，还可能消耗了H2O ，那么最终的产物应该是什么呢？
1864年,德国植物学家萨克斯实验
一半曝光，一半遮光
在暗处放置几小的叶片
结论：
1.光合作用的产物是淀粉
2.光合作用需要光
1880，恩格尔曼实验
隔绝空气
黑暗，用极细光束照射
完全暴露在光下
水绵和好氧细菌的装片
结论：
氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。
1、为什么水绵是合适的实验材料？ 
2、他是如何控制实验条件的？
水绵具有细而长的叶绿体，便于观察
选用黑暗、无空气的环境：
选用极细的光束，并用好氧细菌检测：
讨论：此实验在设计上有什么巧妙之处？
分以下几个问题：
排除环境中光线和氧气的影响
准确判断释放氧气的部位
鲁宾和卡门做的同位素标记实验
光合作用产生的氧气全部来自于水，而不是来自CO2
这一实验证实了：
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
光合作用探索历程
（1）实验设计的关键：
1、抓变量：自变量
2、抓对照
3、抓测量指标：因变量
（2）实验设计三步曲：
1、分组编号
2、单一变量处理
3、同等条件培养观察测量比较
总结提升
实验设计要求：
1、在光合作用的发现过程中，几位科学家做了几个著名的实验，各个实验的设计都有其逻辑上的严密性和意义。下述对应不正确的是：（　　）
A．普里斯特利把小鼠和绿色植物一起放在密闭的玻璃罩内，小鼠不会死亡——证明了绿色植物在光照下吸收二氧化碳放出氧气从而更新了空气。
B．萨克斯的绿色叶片曝光、遮光实验——证明了绿色植物在光合作用中产生了淀粉
C．恩吉尔曼的水绵和好氧细菌用极细光束照射实验，其实验设计思路是：好氧性细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强。
D．鲁宾和卡门的同位素标记H2O和CO2，供绿色植物利用,分析各自放出的氧——证明光合作用释放的氧全部来自水
2、为证实“二氧化碳是光合作用合成有机物必需的原料”， 某人设计了下列实验方案：
⑴目的（略）⑵材料和用具（略）
⑶实验方法和步骤：
①用一适当大小的玻璃罩罩住一株生长正常的盆栽绿色植物和一杯NaOH溶液，密封不漏气。
②将上述植物及装置放在暗室中饥饿，消耗掉叶片内贮藏的有机物。暗室内装有红色安全灯。
③饥饿一定时间后，自暗室中取出，照光若干小时，使其充分进行光合作用。
④取一叶片，放入盛有酒精的烧杯中，水浴加热，使叶绿素溶于酒精中。
⑤将已脱绿的叶片取出，平铺在一个培养皿内，用碘—碘化钾溶液检测有无葡萄糖的特异颜色出现。
该实验方案有几项明显的错误，请指出错误并改正。
分析：
结论：
A 装置内存在 CO2 ，B 装置中没有CO2存在。
CO2是光合作用的原料之一。
光合作用需要CO2实验更正装置
3、为了探索叶绿素的合成是否与光照有关系，取若干植物幼苗，请选用合适器材设计实验并推测结果及结论。
实验步骤： 。
实验结果及相关结论： 。
①取生长状况基本相同的健康幼苗若干，平均分为两组，分别标记为A、B（分组编号）
②A组幼苗放在有光照的环境中，B组幼苗放在无光的暗室中（单一变量处理搞对照）
③放在其它条件相同且适宜的环境中培养一段时间，观察幼苗的颜色（测量指标）
（1）A变绿B不变，则光是叶绿素合成的必备条件
（2）A不变B变绿，则叶绿素合成需要在无光条件下进行
（3）AB都变绿，则叶绿素的合成与光照无关
三、光合作用过程
基粒(类囊体的薄膜上)
叶绿体基质中
需光,色素和酶
不需光和色素;需多种酶
光能转变为活跃的化学能，
ATP中活泼的化学能转化为糖类等有机物中稳定的化学能
光反应阶段与暗反应阶段的比较
6CO2+12H2O
光能
叶绿体
C6H12O6+6H2O+6O2
2、元素来龙去脉
光合作用完整反映式(计算式)
3、不同条件各种物质合成量的动态变化
1、叶绿体色素的纸层析结果显示．叶绿素b位于层析滤纸的最下端，原因是
A．分子量最小 B．分子量最大
C．在层祈液中的溶解度最小 D．在层析液中的溶解度最大
2、把载有新鲜水绵和细菌的临时装片，置于显微镜载物台上观察。光线从反光镜反射上来后，可看到细菌从分散状态逐渐向水绵方向运动，水绵附近细菌的密度增加。如果在反光镜上方放置一个三棱镜，七种不同颜色的光束照射水绵的不同部位，这时看到细菌逐渐聚集成明显的两堆(如图所示)。请回答：
(1)根据上述实验可以判断这类细菌的呼吸作用类型是 ，作出这一判断的依据是 。
(2)放置三棱镜后，细菌聚集成两堆的原因是 。
1)需氧型(有氧呼吸型)(2分)， 水绵光合作用放出氧气(3分)
(2)色素主要吸收红光和蓝紫光，叶绿体被红光和蓝紫光照射部位光合作用较强，放出的氧气多(3分)
3、下图表示叶绿体中色素的吸收光谱（颜色深、浅分别表示吸收量多、少）．甲、乙两图分别是
A．胡萝卜素、叶绿素的吸收光谱 B．叶绿素、胡萝卜素的吸收光谱
C．叶黄素、叶绿素的吸收光谱 D．叶黄素、胡萝卜素的吸收光谱