5.4光合作用與能量轉化課件高一上學期生物人教版必修(1)2

光合作用

絕大多數(shù)生物，活細胞所需能量的最終源頭是

，將光能轉變成細胞能夠利用的化學能的生理過程是

。來自太陽的光能光合作用正常苗白化苗正常幼苗能進行光合作用制造有機養(yǎng)料白化苗不能進行光合作用，無法制造有機養(yǎng)料這說明光合作用需要色素去捕獲光能。提取原理綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇（或丙酮）中，用無水乙醇提取色素。紙層析法：綠葉中色素在層析液(汽油)中的溶解度不同，隨層析液在濾紙上擴散速度不同，這樣，綠葉中的色素就在擴散過程中分離開。分離原理（一）實驗：綠葉中色素的提取和分離一、捕獲光能的色素1.實驗原理①研磨材料:5g鮮葉藥品SiO2——有助于研磨充分CaCO3

——防止色素被破壞無水酒精——溶解色素（1）提取色素2.實驗步驟②過濾：獲取綠色濾液（試管口加棉花防揮發(fā)）①準備濾紙條鉛筆線畫鉛筆細線濾液細線畫濾液細線要求：細直齊重復2—3次（2）分離色素②畫濾液細線③紙層析插濾紙條層析液培養(yǎng)皿★層析液不能沒及濾液線胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b★培養(yǎng)皿加蓋防揮發(fā)3.實驗結果葉綠素類胡蘿卜素（含量約3/4）（含量約1/4）葉綠素a（藍綠色）葉綠素b（黃綠色）胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）葉綠體中的色素功能：吸收、傳遞和轉化光能實驗關鍵1.選材時應注意選擇鮮嫩、色濃綠、無漿汁的葉片。如菠菜葉、棉花葉、洋槐葉等。2.畫濾液細線時應以細、齊、直為標準，重復畫線時必須等上次畫線干燥后再進行，重復2-3次。3.層析時不要讓濾液細線觸及層析液。注意事項1.因丙酮和層析液都是易揮發(fā)且有一定毒性的有機溶劑，所以研磨要快，收集的濾液要用棉塞塞住，層析時要加蓋，盡量減少有機溶劑的揮發(fā)。2.在研磨時要加少許二氧化硅，目的是為了研磨充分，有利于色素的提??；加少許碳酸鈣的目的是為了防止研磨過程中，葉綠體中的色素受到破壞。3.分離色素時，一定不要讓濾紙條上的濾液細線接觸到層析液，這是因為色素易溶解在層析液中，導致色素帶不清晰，影響實驗效果。（二）色素的吸收光譜葉綠素溶液葉綠素主要吸收藍紫光和紅橙光類胡蘿卜素主要吸收藍紫光類胡蘿卜素溶液對比分析400500600700波長/nm葉綠體色素吸收光譜葉綠素a葉綠素b類胡蘿卜素【典型例題】B（2015上海卷.21）從新鮮的菠菜葉片提取葉綠體色素，發(fā)現(xiàn)提取液明顯偏黃綠色，最可能的原因是（）A．加入的石英砂太多B．沒有加入碳酸鈣C．用脫脂棉過濾不徹底D．一次加入過多無水乙醇外膜內膜基?；|類囊體類囊體薄膜上類囊體薄膜和基質二、葉綠體的結構和功能色素分布：酶分布：1.葉綠體結構1880年恩格爾曼實驗結論：氧是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是光合作用的場所。水綿好氧細菌黑暗處理極細光束照射暴露在光下2.葉綠體功能1.為什么選用水綿和好氧細菌做為實驗材料？2.為什么選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境？

3.為什么先用極細光束照射水綿，而后又讓水綿完全曝露在光下？1.水綿不僅有細而長的帶狀葉綠體，而且螺旋分布于細胞中，便于進行觀察分析研究。好氧細菌能指示釋放氧的部位。2.先選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境，是為了排除實驗中光線和氧的影響，確保實驗的準確性。3.能準確判斷水綿細胞中釋放氧的部位；而后用完全曝光的水綿與之做對照，從而證明了實驗結果完全是光照引起的，并且氧是由釋放出來的。葉綠體恩格爾曼實驗的巧妙之處下列關于葉綠體的描述，正確的是（

）A．葉綠體中的類胡蘿卜素主要吸收紅光和藍紫光B．光學顯微鏡可以觀察到類囊體C．葉綠體外表的雙層膜上具有葉綠素和酶D．基粒由類囊體堆疊而成【典型例題】D葉綠素類胡蘿卜素葉綠素a(藍綠色)葉綠素b（黃綠色）胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）（吸收紅橙光和藍紫光）（吸收藍紫光）含量約占3/4含量約占1/4葉綠體是進行光合作用的場所，它內部的巨大膜表面上，不僅分布著許多吸收光能的色素分子，還有許多進行光合作用所必需的酶。光合作用的色素2000多年前，亞里士多德認為植物體由“土壤汁”構成，即植物生長發(fā)育所需物質完全來自土壤。三、光合作用的探究歷程亞里士多德觀點五年后+74.4kg－0.057kg1642年范·海爾蒙特實驗結論：植物增重來自水分開始時柳樹的質量2.3kg干土的質量90.8kg只澆雨水５年后改變量76.7kg90.743kg1771年普利斯特利的實驗一段時間后一段時間后一段時間后一段時間后結論：植物可以更新空氣請指出此實驗的漏洞沒有設置對照組,排除光照對實驗結果的干擾1179年英根豪斯的實驗結論1：只有在光下植物才能更新空氣。結論2：植物體的綠葉在光下才能更新空氣。1845年梅耶根據(jù)能量轉化與守恒定律

到1785年，發(fā)現(xiàn)了空氣的組成，人們才明確綠葉在光下放出的是O2，吸收的是CO2。水二氧化碳氧氣光光能化學能儲存在什么物質中？1864年薩克斯的實驗結論：光合作用還產生淀粉暗處理半曝光碘蒸汽處理1．為什么對天竺葵先進行暗處理？2.這個實驗是否設置了對照？實驗中所需控制的單一變量是什么？1880年恩格爾曼的實驗黑暗環(huán)境極細光束暴露在光下結論：氧是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是光合作用的場所，光合作用需要光照。O218O2C18O2

CO2H2OH218O光照下的球藻懸液AB結論：光合作用釋放的氧氣來自水1939年魯賓和卡門的實驗同位素標記法【典型例題】（2013海南卷）10.某植物葉片不同部位的顏色不同，將該植物在黑暗中放置48h后，用錫箔紙遮蔽葉片兩面，如圖所示。在日光下照光一段時間，去除錫箔紙，用碘染色法處理葉片，觀察到葉片有的部位出現(xiàn)藍色，有的沒有出現(xiàn)藍色。其中，沒有出現(xiàn)藍色的部位是（）A.a、b和dB.a、c和eC.c、d和eD.b、c和eB20世紀40年代美國卡爾文用14C標記14CO2，供小球藻進行光合作用，探明了CO2中的C的去向，稱為卡爾文循環(huán)。總結光合作用的反應式CO2＋H2O（CH2O）＋O2光能葉綠體反應物、條件、場所、生成物糖類四、光合作用的原理和應用1、光合作用的概念指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。2、光合作用的實質合成有機物，儲存能量四、光合作用過程兩階段光反應階段，直接需要光碳反應，CO2→糖劃分標準：是否直接需要光色素分子可見光C52C3ADP+PiATP2H2OO24[H]多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解能固定還原酶光反應暗反應光合作用總過程：

CO2+H2O（CH2O)+O2光能葉綠體（一）光反應階段（3）光能被色素吸收并轉化為ATP和NADPH中的化學能（1）水在光下裂解為H＋、O2和電子（2）水光解產生的氫（H＋＋e－）在光下將NADP＋還原為NADPHNADPH：既可以提供能量，也可以作為還原劑。場所：條件：基粒的類囊體薄膜上光、酶、水、色素物質變化：反應式：能量變化：光能ATP、NADPH中活躍的化學能產物：ADP＋Pi＋能量ATPATP合成酶NADP＋

＋H＋

＋2e－NADPH2H2O4H＋+O2+4e－（不需酶）酶光ATP、NADPH、O2（一）光反應階段條件：場所：葉綠體基質中物質變化CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的還原：ATP中活躍的化學能ATPADP+PiC3+[H](CH2O)+C5酶能量轉變：有機物中穩(wěn)定的化學能產物：（CH2O

）、ADP、Pi、NADP+多種酶、NADPH、ATP、CO2（二）碳反應階段光反應階段與碳反應階段的比較項目光反應階段碳反應階段區(qū)別場所條件物質變化能量轉換聯(lián)系葉綠體類囊體膜上葉綠體基質中光、色素、酶、水酶、NADPH、ATP、CO2①水的光解

光能→ATP、NADPH中活躍的化學能ATP、NADPH中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能①CO2的固定②ATP的合成

1、光反應是碳反應的基礎，光反應為碳反應的進行提供NADPH和ATP2、碳反應是光反應的繼續(xù)，碳反應提供ADP，Pi和NADP+為光反應的物質合成提供原料②C3的還原③NADPH的合成

ADP+Pi+能量ATP酶2H2OO2+4H++4e-

光

葉綠體在不同條件下，各物質含量的動態(tài)變化條件C3C5NADPH和ATP（CH2O）合成量停止光照CO2供應不變突然光照CO2供應不變光照不變停止CO2供應光照不變CO2供應增加增加減少減少減少減少增加增加增加減少增加增加減少增加減少增加減少環(huán)境因素影響光合速率

光合速率又稱光合強度：指單位時間單位葉面積進行光合作用的多少。

光合作用強度表示方法1、單位時間內光合作用產生有機物（糖）的量（即植物重量或有機物的增加量）。2、單位時間內光合作用吸收CO2的量(或實驗容器內CO2減少量)。3、單位時間內光合作用放出O2的量(或實驗容器內O2增加量)。真正（總）光合速率=凈（表觀）光合速率+呼吸速率黑暗下可測光下可測試說出下列詞匯的含義1總光合量、光合制造量、真正光合量2凈光合量、光合積累量、光合表觀量總光合量光合制造量真正光合量4CO2吸收量、CO2固定量

植物CO2吸收量、葉綠體CO2吸收量3有機物生產量、有機物消耗量、有機物積累量＝（外界）吸收CO2+自身呼吸產生的CO2固定量植物CO2吸收量葉綠體CO2吸收量積累量+消耗量=有機物產生量（或制造量）水光照（光照時間、光照強度、光質）酶溫度礦質元素CO2濃度影響光合作用的因素O2CO2H2O光能葉綠體（CH2O）++自變量的設置因變量的檢測無關變量的控制強、中、弱三種光照

同一時間段內各實驗裝置中小圓形葉片浮起的數(shù)量使小圓形葉片內的氣體逸出；放入黑暗處待用。環(huán)境因素對光合作用強度的影響實驗原理利用真空滲入法排除葉內細胞間隙的空氣，充以水分，使葉片沉于水中。在光合作用過程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小，而在細胞間積累，結果使原來下沉的葉片上浮，根據(jù)上浮所需的時間長短，即能比較光合作用的強弱?？刂谱兞繉嶒灢襟E選取生長健全、年齡近似、厚薄均勻的成長葉片數(shù)片，用直徑約1cm的打孔器打小圓片30片（注意避開大的葉脈）吸入清水堵住注射器前端的小孔并緩慢拉動活塞，使小圓形葉片內的氣體逸出。重復幾次。將內部氣體逸出的葉片，放入燒杯中，放在暗處備用。這些葉片因為細胞間隙充滿了水，所以全部沉到水底取3只小燒杯，分別倒入20mL富含CO2的清水分別放入10片葉片，然后進行不同強度的光照。觀察浮起葉片的數(shù)量。燒杯光照距離光照強度葉片浮起數(shù)量140W20CM強多240W30CM中中340W40CM弱少340W50CM弱少340W60CM弱少340W70CM弱少實驗結果實驗結論在一定范圍內,光合作用強度隨光照強度的增大而加快。（一）光最強：次之：最弱：白光藍紫光、紅光綠光1、光質不同波長的光白光>紅光、藍紫光>……>綠光⑴溫室大棚塑料薄膜的顏色最好是：無色透明⑵綠色植物生理實驗的安全燈顏色：綠色1、光質不同波長的光光強度光合速率光飽和點在其他條件都適宜的情況下，在一定范圍內，光合速率隨光照強度提高而加快。當光照強度高到一定數(shù)值后，光照強度再提高而光合速率不再加快，這種現(xiàn)象叫光飽和現(xiàn)象。2、光照強度光飽和點：光合作用達到最強時所需的最低的光照強度。(1)指出A、B、D三點的生理含義？(2)如果自然界中某種植物，在白天光照強度較長時間為B的條件下能否正常生長？BCA光照強度CO2吸收CO2釋放0光補償點D光飽和點A：呼吸速率B：光補償點光合作用吸收的CO2和呼吸放出CO2相等時的光照強度。D：光飽和點光合作用達到最強時所需的最低的光照強度。OA段代表植物呼吸速率OD段表示植物凈光合速率OA+OD段表示真正光合速率表觀光合速率和真正光合速率的關系BCA光照強度CO2吸收速率OD呼吸速率凈光合速率真正光合速率真正（總）光合速率=凈（表觀）光合速率+呼吸速率黑暗下可測光下可測試說出下列詞匯的含義1總光合量、光合制造量、真正光合量2凈光合量、光合積累量、光合表觀量總光合量光合制造量真正光合量4CO2吸收量、CO2固定量

植物CO2吸收量、葉綠體CO2吸收量3有機物生產量、有機物消耗量、有機物積累量＝（外界）吸收CO2+自身呼吸產生的CO2固定量植物CO2吸收量葉綠體CO2吸收量積累量+消耗量=有機物產生量（或制造量）AB光照強度0吸收CO2C2C1abcA點：黑暗時，只進行細胞呼吸區(qū)別植物體的吸收和釋放與葉綠體的吸收和釋放CO2O2AB段：弱光下，光合作用小于細胞呼吸AB光照強度0吸收CO2C2C1abcO2CO2CO2O2B點：光補償點，光合作用等于細胞呼吸AB光照強度0吸收CO2C2C1abcO2CO2BC1段：強光下，光合作用大于細胞呼吸AB光照強度0吸收CO2C2C1abcO2CO2CO2O2→光反應光照強度光合速率（凈？總？）0光強光強CO2吸收CO2釋放A0BC陽生植物陰生植物光補償點光飽和點→NADPH、ATP→碳反應

據(jù)光照強度可制定的農作物增產措施(1)白天：適當增強光照(2)陰雨天：適當補光(4)種植時：★合理密植(3)間作套種時農作物的種類

搭配，林帶樹種的配置3、光照面積葉面積指數(shù)：葉表面積總和與群落下土壤表面積的比值A點：OB段：BC段：OC段：隨葉面積的不斷增大，光合作用實際量不斷增大光合作用面積的飽和點

隨葉面積的增大，光合作用不再增加，原因是有很多葉被遮擋，光照強度在光補償點以下干物質量隨葉面積的不斷增大而增加隨葉面積的不斷增加，干物質積累量不斷降低隨葉面積的不斷增加，呼吸量不斷增加OA段：應用：適當間苗、修剪，合理施肥、澆水，避免徒長。封行過早，使中下層葉片所受的光照往往在光補償點以下，白白消耗有機物，造成不必要的浪費。思考：圖中葉面積指數(shù)為多少時對植物生長最有利？思路：看植物的積累量（即干物質量）（二）溫度→酶活性1、溫度→NADPH、ATP生成量碳反應（CH2O）生成量→光反應主次光合速率的日變化:兩個時間段為何光合速率不同？2、溫度是影響氣孔開閉的因素之一溫度過高-水分散失過快（蒸騰過旺）-氣孔關閉-CO2吸收受阻-影響光合作用（特別碳反應）“午休”現(xiàn)象夏季晴朗的一天，甲乙兩株同種植物在相同條件下CO2吸收速率的變化如圖所示。下列說法正確的是

A．甲植株在a點開始進行光合作用B．乙植株在e點有機物積累量最多C．曲線b-c段和d-e段下降的原因相同D．兩曲線b-d段不同的原因可能是甲植株氣孔無法關閉答案：D農作物增產措施⑴晴天：白天適當升溫，晚上適當降溫以保持較高的晝夜溫差⑵連續(xù)陰雨天：白天和晚上均降溫1、適時播種；2、溫室應用：3、防止“午休”現(xiàn)象→三碳化合物的生成CO2濃度→（CH2O）（三）CO2濃度b:CO2的補償點c:CO2的飽和點a—b:CO2太低，農作物消耗光合產物；

b—c:隨CO2的濃度增加，光合作用強度增強；

c—d:CO2濃度再增加，光合作用強度保持不變；

d—e:CO2濃度超過一定限度，將引起細胞中毒或氣孔關閉，抑制光合作用。acbde農作物增產措施(應用）⑴晴天適當增加CO2濃度⑵施有機肥（農家肥）⑶施用NH4HCO3肥料⑷合理密植使農田通風良好光合速率0CO2濃度AB（四）H2O→H+的生成H2O→三碳酸還原→（CH2O）→NADPH的生成

含水量或

礦質元素1、光合作用的原料；2、植物體內各種生化反應的介質；3、影響氣孔的開閉。合理灌溉、預防干旱洪澇葉齡0含量

葉綠體中色素含量變化曲線圖

葉綠素（鎂元素）

類胡蘿卜素（五）葉齡ABC（六）礦質元素直接影響：參與生化反應，如N、Mg、P綜合因素和主要因素：

光照強度、溫度和CO2濃度對光合作用的影響是綜合性的，但在某些情況下會有一個起限制性的主要因素。如：夏季早晨和正午的光合作用下降，主要因素分別是光照強度、CO2等。多因子對光合作用速率的影響P點：Q點：限制光合速率的因素為橫坐標所表示的因子，此時（或OP）隨該因子的不斷加強，光合速率不斷提高

橫坐標所表示的因素，不再是影響光合速率的因子，若要提高光合速率，可采取適當提高圖示中的其他因子的方法溫室栽培時，在一定光照強度下，白天適當提高溫度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同時適當充加CO2，進一步提高光合速率。當溫度適宜時，可適當增加光照強度和CO2濃度以提高光合速率?？傊?，可根據(jù)具體情況，通過增加光照強度，調節(jié)溫度或增加CO2濃度來充分提高光合速率，以達到增產目的

五、光合作用和需氧呼吸的比較光合作用需氧呼吸區(qū)別代謝類型合成作用分解作用與光的關系在光下才能進行與光無關，每時每刻進行條件光、酶、色素酶、O2進行的時間綠色植物在光下進行只要是活細胞時刻在進行反應部位葉綠體細胞溶膠、線粒體物質變化CO2+H2O轉變成有機物有機物分解成CO2+H2O能量轉換光能活躍化學能化學能有機物中穩(wěn)定的化學能ATP中活躍的化學能聯(lián)系光合作用為所有生物提供有機物和O2，需氧呼吸為光合作用提供CO2和水呼吸第二階段18O

標記跟蹤過程：

H218O

植物根系吸收H218O

18O2H218O

C18O2

C6H1218O6蒸騰光反應呼吸第三階段碳反應18O標記H218O跟蹤綠色植物的生理過程？光合作用實際產O2量光合作用實際CO2消耗量

光合作用C6H12O6凈生產量

光合速率，通常以吸收CO2mg/h*cm2表示真正光合速率=凈(表觀)光合速率+呼吸速率六、光合作用的計算：＝實測O2釋放量＋呼吸作用耗O2量＝實測CO2吸收量＋呼吸作用CO2釋放量＝光合作用實際C6H12O6生產量－呼吸作用C6H12O6消耗量

植物的光補償點和光飽和點不是固定數(shù)值，它們會隨外界條件的變化而變動。（1）補償點：若改變某一因素（如光照、