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(共63张PPT)
5.4
光合作用和能量转化
植物智慧工厂
1.植物工厂和自然界相比有何优势？
2.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
植物工厂可以通过人工精密的控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等外界条件。
空间利用更充分。
可以避免由于自然光照强度不足而造成的减产。同时，人工光源的强度和不同色光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。
问题探讨:
___________________________是生物圈得以维持运转的基础；_________是唯一能够捕获好和转化光能的生物学途径。因此，有人称光合作用是_______________________。
植物捕获光能要依靠特定的物质和结构。
太阳光能的输入、捕获和转化
光合作用
地球上最重要的化学反应
1.“白化苗”能持续正常地生长吗？
2.细胞哪些结构含有色素？
液泡：花青素
叶绿体：多种光合色素（只有叶绿体中的色素可以捕获光能）
白化苗由于不能进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。
玉米的白化苗
一、捕获光能的色素和结构（P97）
实验：绿叶中色素的提取和分离
实验原理
实验方法
材料用具
实验步骤
实验结果
1.提取色素：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂_________中。
2.分离色素：各种色素在_______中的_______不同，溶解度高的随层析液在滤纸条上的_________，反之则慢。
无水乙醇
层析液
溶解度
扩散更快
①提取方法：过滤法
②分离方法：纸层析法
一、捕获光能的色素和结构（P97）
实验：绿叶中色素的提取和分离
实验原理
实验方法
材料用具
实验步骤
实验结果
①新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶）
②无水乙醇：
③层析液：
④二氧化硅：
⑤碳酸钙：
提取（溶解）色素
分离色素
有助于研磨得充分
可防止研磨中色素被破坏
一、捕获光能的色素和结构（P97）
实验：绿叶中色素的提取和分离
实验原理
实验方法
材料用具
实验步骤
实验结果
取材
加药品
研磨
过滤
（无水乙醇、SiO2、CaCO3）
（迅速充分）
1.提取绿叶中的色素——过滤法
为更好地溶解，应少量多次加入
防止乙醇挥发，充分溶解色素
（单层尼龙布、试管口塞紧）
防止滤纸吸附色素
防止酒精挥发和色素氧化
一、捕获光能的色素和结构（P97）
实验：绿叶中色素的提取和分离
实验原理
实验方法
材料用具
实验步骤
实验结果
2.制备滤纸条
1cm
剪去两角的目的？
防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快而使形成的色素带不整齐。
一、捕获光能的色素和结构（P97）
实验：绿叶中色素的提取和分离
实验原理
实验方法
材料用具
实验步骤
实验结果
3.画滤液细线
画线要细、直、齐？
滤液细线重画1~2次？
用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线（也用盖玻片）。待滤液干后，再重画一到两次。
防止色素带重叠。
增加色素量，使分离的色素带清晰。
一、捕获光能的色素和结构（P97）
实验：绿叶中色素的提取和分离
实验原理
实验方法
材料用具
实验步骤
实验结果
4.分离绿叶的色素——纸层析法
插滤纸条
层析液
培养皿
为何滤液细线不能触及层析液？
为何要盖上培养皿？
防止色素溶解于层析液中而无法分离。
防止层析液挥发，因其易挥发且有毒。
（石油醚、丙酮和苯的混合液）
一、捕获光能的色素和结构（P97）
实验：绿叶中色素的提取和分离
实验原理
实验方法
材料用具
实验步骤
实验结果
①滤纸上有几条色素带？
②从上而下的排序说明什么？
③不同条带的宽窄说明什么？
④不同的色素带对应哪些色素？
4条
含量不同
溶解度不同
一、捕获光能的色素和结构（P97）
1.捕获光能的色素
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
最高 最少
最低
最多
类胡萝卜素
（占1/4）
叶绿素
（占3/4）
“胡黄ab”
实验中常见异常现象分析
P87
拓展实验：
如果在圆形滤纸的中央点开始，对叶绿体的色素进行层析，会看到什么现象？
会出现四个同心圆的色素带，从外往里依次为_______________________________________。
胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b
一、捕获光能的色素和结构（P97）
叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱
叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光。
胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
功能：吸收、传递和转化光能
树叶为什么是绿色？
叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片才呈现绿色。
为什么叶子春夏翠绿？而深秋时叶片金黄呢？
由于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。
叶绿素低温下易分解，类胡萝卜素较稳定。
实验中的材料试剂及操作目的
过程 操作内容 操作目的
提 取 色 素 材料 叶片要新鲜、深绿 使滤液中色素含量高
试剂 二氧化硅 利于绿叶的充分研磨
碳酸钙 防止研磨过程中色素被破坏
无水乙醇 溶解色素
关键 步骤 研磨要迅速、充分 提取较多色素、防止溶剂挥发
盛滤液的试管口加棉塞 防止溶剂挥发
用单层尼龙纱布过滤而不用滤纸 防止色素吸附在滤纸上
分 离 色 素 试剂 层析液 分离色素
关键 步骤 滤纸条的一端剪去两角 防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快
滤液细线重复画若干次，且要求细、直、齐 使分离的色素带清晰
滤液细线不能触及层析液 防止色素溶解到层析液中
一、捕获光能的色素和结构（P97）
2.叶绿体的结构适于进行光合作用
光合色素存在于细胞中的什么部位呢？
绿叶
叶绿体
类囊体
外膜
内膜
基粒
保卫细胞中也含有叶绿体！
一、捕获光能的色素和结构（P97）
2.叶绿体的结构适于进行光合作用
（1）形态与结构
光镜下：呈扁平的椭球形或球形
电镜下 双层膜（透明）：透光
内部 基质
基粒（类囊体堆叠）
光合色素分布在类囊体的薄膜上
基粒和类囊体：极大地扩展了受光面积。
1g菠菜叶中的类囊体总面积竟有60㎡。
一、捕获光能的色素和结构（P97）
2.叶绿体的结构适于进行光合作用
（2）功能
资料1：1881年，[德]恩格尔曼的实验1
黑暗，细光束照射。
细菌集中在光束照射的叶绿体部位。
均匀光照射。
细菌分布在叶绿体所有的受光部位上。
没有空气的小室
结论：氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
叶绿体呈螺旋带
恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
（1）选材：水绵具有细长的带状叶绿体，易于观察现象。好氧细菌的利用，准确显示出氧气产生的部位。
（2）设计：黑暗无空气的设计，排除了氧气和光的干扰。
（3）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。
（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。
一、捕获光能的色素和结构（P97）
2.叶绿体的结构适于进行光合作用
（2）功能
资料2：[德]恩格尔曼的实验2
三棱镜
照射水绵
好氧细菌聚集在红光和蓝紫光的区域
结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光，会释放氧气。叶绿体是进行光合作用的场所，并能够吸收特定波长的光。
一、捕获光能的色素和结构（P97）
2.叶绿体的结构适于进行光合作用
（3）物质基础
在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的_________。在_________上和___________中，还有许多进行光合作用所必需的___。
色素分子
类囊体膜
叶绿体基质
酶
1.易错判断：
①叶绿体中只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作用（ ）
②叶绿体的类囊体上有巨大的膜面积，有利于充分吸收光能（ ）
③植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光（ ）
课后习题

√

课后习题
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种色素
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素两大类
A
二、光合作用的原理和应用（P102）
1.概念：
光合作用是指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。
2.反应式：
光能
叶绿体
CO2 + H2O （CH2O）+ O2
产物中的O2 来自哪里？
（CH2O）是如何形成的？
该反应中物质和能量的变化时怎样？
二、光合作用的原理和应用（P102）
探索光合作用原理的部分实验
被分开
毒害
不能
水的光解
H2O
CO2
ATP
水的光解
14CO2
二、光合作用的原理和应用（P102）
3.光合作用原理
第一阶段：光反应——必须有光
根据是否需要_____，这些化学反应可以概括地分为_______和________________，两个阶段。
光能
光反应
暗反应（碳反应）
第二阶段：暗反应——有没有光都能
二、光合作用的原理和应用（P102）
3.光合作用原理——（1）光反应阶段
①水的光解：
②ATP的合成：
场所：
条件：
物质变化：
能量变化：
叶绿体中
的色素
光能
H2O
水在光下分解
O2
NADPH
ADP+Pi
酶
ATP
光、色素、酶
类囊体薄膜
光能→ATP和NADPH中活跃的化学能
H++NADP++2e-
NADPH（供能）
酶
ADP+Pi＋能量
ATP
酶
2H2O
光
4H+ +O2+ 4e-
酶
二、光合作用的原理和应用（P102）
3.光合作用原理——（2）暗反应阶段
场所：
条件：
物质变化：
能量变化：
①CO2的固定：
②C3的还原：
NADPH、ATP、酶
叶绿体基质
ATP和NADPH中活跃化学能→有机物中稳定的化学能
CO2
C5
固 定
2C3
NADPH
还原剂
供能
（CH2O）
糖类
多种酶
参加催化
还原
酶
ATP
供能
ADP+Pi
能量
CO2＋C5 2C3
酶
2C3 （CH2O）+C5
酶
NADPH、ATP
二、光合作用的原理和应用（P102）
3.光合作用原理
①H：
②C：
③O：
H2O→H+→NADPH→（CH2O）
CO2→C3→（CH2O）
CO2→C3→（CH2O）
H2O→O2
光能
叶绿体
CO2 + H2O （CH2O）+ O2
ATP
NADPH
ADP+Pi
NADP+
C3
O2
C5
课后习题
ATP和NADPH中的化学能→
有机物中的化学能
光能→
能量变化：
条件 C3 C5 NADPH、ATP （CH2O）
光照：强→弱 CO2供应不变
光照不变 CO2：充足→不足
增加
减少
增加
减少
减少
减少
减少
增加
外界条件突然改变，各物质的变化规律：
ATP
NADPH
ADP+Pi
NADP+
C3
O2
C5
C5、NADPH、ATP变化一致，C3与C5相反。条件变差，糖类合成减少！
二、光合作用的原理和应用（P102）
4.光合作用原理的应用
光能
叶绿体
CO2 + H2O （CH2O）+ O2
表示方法
CO2的消耗量
有机物（糖类）的产量
O2的产生量
二、光合作用的原理和应用（P102）
4.光合作用原理的应用
实验：光照强弱对光合作用强度的影响
实验原理
方法步骤
得出结论
叶片含有空气上浮
叶片下沉
O2充满细胞间隙，叶片上浮
抽气
光合作用产生O2
二、光合作用的原理和应用（P102）
4.光合作用原理的应用
实验：光照强弱对光合作用强度的影响
实验原理
方法步骤
得出结论
①用打孔器打出大小相等的圆叶片若干片
（避开大的叶脉）
二、光合作用的原理和应用（P102）
4.光合作用原理的应用
实验：光照强弱对光合作用强度的影响
实验原理
方法步骤
得出结论
②用注射器(内有清水、小圆形叶片)抽出叶片内气体。
二、光合作用的原理和应用（P102）
4.光合作用原理的应用
实验：光照强弱对光合作用强度的影响
实验原理
方法步骤
得出结论
③将小圆形叶片放入黑暗处盛有清水烧杯中
④取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）
避免光合作用产生O2 ，使叶片上浮
提供CO2
二、光合作用的原理和应用（P102）
4.光合作用原理的应用
实验：光照强弱对光合作用强度的影响
实验原理
方法步骤
得出结论
⑤向3只小烧杯各放入10片圆形小叶片，分别置于强、中、弱光下
排除温度对实验的影响
二、光合作用的原理和应用（P102）
4.光合作用原理的应用
实验：光照强弱对光合作用强度的影响
实验原理
方法步骤
得出结论
⑥观察并记录结果
　 　 烧杯　 　 小圆形 叶片 加富含CO2 的清水 光照强度 叶片浮
起数量
1 10片 20 mL 强 多
2 10片 20 mL 中 中
3 10片 20 mL 弱 少
在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。
二、光合作用的原理和应用（P102）
4.光合作用原理的应用
实验：光照强弱对光合作用强度的影响
自变量： ；
可通过调节 来决定；
因变量： ；
可用 来表示。
光照强度
灯泡瓦数或灯泡与烧杯距离
光合作用强度
单位时间叶圆片上浮的数量
分析以下原因：
①叶片下沉的原因：___________________。
②光照后上浮的原因：___________________________。
叶片中的气体被抽出
叶片通过光合作用产生了氧气
影响光合作用强度的因素有哪些？
光照强度、光照时间、光质（波长）：提供能量
CO2的浓度、H2O：原料
矿质元素：Mg2+合成叶绿素
温度：影响酶的活性
外因
内因
酶的种类、数量
色素的含量
叶龄不同
二、光合作用的原理和应用（P102）
拓展：影响光合作用强度的因素
光照强度
CO2
吸
收
量
CO2
释
放
量
A
B
C
A点：只呼吸不光合
光补偿点
光饱和点
0
c
b
O2
CO2
AB段：呼吸＞光合
B点：呼吸＝光合
BC段：光合＞呼吸
阳生植物
阴生植物
A点：光照强度为0，只进 ；
AB段：光合作用强度 细胞呼吸强度；
B点：光补偿点（光合作用强度与细胞呼吸强度 时的光照强度）；
BC段：光合作用强度 细胞呼吸强度；
C点：光饱和点(光照强度达到C点后，
光合强度不再随 增强而增强)。
C点：光合作用强度达到最大。
C点之前限制光合作用因素是 。
C点之后限制因素是 等。
细胞呼吸
小于
等于
大于
光照强度
光照强度
CO2、温度
二、光合作用的原理和应用（P102）
拓展：影响光合作用强度的因素——①光照强度
O2
释放
量
0
O2
吸
收
量
光照强度
光补偿点
光饱和点
·
A
B
C
呼吸速率
净光合速率
总光合速率
净光合速率=总光合速率-呼吸速率
·
·
CO2吸收量
CO2释放量
常用词语的含义：
速率 CO2 O2 糖类
总/实际/真正光合速率 固定、消耗、同化 制造、 生成 制造、产生、合成
净/表观光合速率 吸收、减少 释放、 增加 累积、增加
呼吸 释放、产生 吸收 消耗
1.温室大棚适当提高光照强度可增加光合作用强度。
2.农业生产上温室大棚一般选 薄膜。
3.在农业生产上遇到阴雨天时给温室补充光照应当给予 光。
红光或蓝紫
无色透明
应用：控制好光强
二、光合作用的原理和应用（P102）
拓展：影响光合作用强度的因素——②CO2浓度
CO2
吸
收
量
CO2
释
放
量
CO2浓度
A
B
C
0
D
C点：光合＝呼吸
（ CO2补偿点）
D点：光合达到最大
（ d：CO2饱和点）
B点：进行光合所需CO2的最低浓度
AB段：只进行呼吸
d
二、光合作用的原理和应用（P102）
拓展：影响光合作用强度的因素
A`点：进行光合作用所需CO2的最低浓度。
B`点：光合速率不再增加时CO2浓度，即CO2饱和点。
2.补偿点、饱和点及其移动
(1)含义
补偿点：光合作用强度等于呼吸作用强度时的CO2浓度或光照强度，如图中B点。饱和点：光合作用达到最大值时所需要的最小CO2浓度或光照强度，如图中C点。
P97
(2)解读
①A点：代表呼吸速率，细胞呼吸增强，A点下移；反之，A点上移。
②B点与C点的变化(注：只有横坐标为自变量，其他条件不变)
光合作用强度改变 B点(补偿点) C点(饱和点)
增强 适当增大CO2浓度或光照强度 左移 右移
削弱 适当减小CO2浓度或光照强度 右移 左移
土壤缺Mg2＋ 右移 左移
(3)D点：代表最大光合速率，若增大光照强度或增大CO2浓度使光合速率增大时，D点向右上方移动；反之，移动方向相反。
P97
[例2] 某植物光合作用最适温度为25 ℃，呼吸作用最适温度为30 ℃。右图为植物处于25 ℃环境中光合作用强度随光照强度变化的坐标图，下列叙述错误的是(　　)
B
A.A点叶肉细胞产生ATP的细胞器只有线粒体
B.将温度由25 ℃提高到30 ℃时，A点下移，D点上移
C.C点表示光照强度对光合作用的影响已经达到饱和
D.当植物缺镁时，B点将向右移
P97
1.正其行，通其风；即为提高CO2浓度；
2.多施有机肥或农家肥（微生物呼吸作用释放CO2 ）；
2.温室栽培农作物可以投放干冰或使用CO2发生器。
应用：控制CO2
二、光合作用的原理和应用（P102）
拓展：影响光合作用强度的因素——③温度
一天的时间
0
12
13
11
10
15
14
光照强度
C
光合作用速率
C点：温度过高时，酶活性降低或植物气孔大量关闭，影响CO2的吸收，暗反应受到限制。
为什么在中午光合作用强度反而会下降？
“光合午休”
二、光合作用的原理和应用（P102）
拓展：影响光合作用强度的因素——③温度
温度通过影响酶的活性影响光合作用：
AB段：在B点之前，随着温度升高，光合速率增大。
B点：酶的最适温度，光合速率最大。
BC段：随着温度升高，酶的活性下降，光合速率减小，50 ℃左右光合速率几乎为零。
应用：温室栽培时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸速率，提高植物有机物的积累量。
二、光合作用的原理和应用（P102）
拓展：影响光合作用强度的因素——④水
缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。
水和无机营养
二、光合作用的原理和应用（P102）
拓展：影响光合作用强度的因素——⑤矿质元素
N：光合酶及ATP的重要组分
P：类囊体膜和ATP的重要组分
K：促进光合产物的运输
Mg：叶绿素的重要组分
0～A：随矿质元素含量的增加，光合速率也加快。
A～B：矿质元素含量过高，根细胞很难吸水，甚至失水，光合速率也会下降，甚至停止。
二、光合作用的原理和应用（P102）
拓展：化能合成作用
能够利用体外环境中的无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。
异养生物：人、动物、真菌、大部分细菌
营养类型
自养生物
光能：绿色植物、蓝细菌
化能：硝化细菌、硫细菌、铁细菌
（利用环境中现成的有机物）
课堂小结

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