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第4节 光合作用与能量转化
一、捕获光能的色素和结构
1、提取色素所用的试剂是什么？为什么？
2、分离色素所用的试剂是什么？为什么？
3、为什么要用新鲜叶片？加入二氧化硅和碳酸钙的目的分别是什么？
4、为什么要用棉塞塞紧盛有滤液的试管口？
5、滤纸条为什么要剪去两角？
6、滤纸条上为什么要重复画滤液细线？
7、画滤液细线时有什么要求？为什么？
8、为什么不能让滤液细线触及层析液？
9、这种分离色素的方法叫做什么？
（一）绿叶中色素的提取和分离
（3）加二氧化硅使研磨更充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。
（4）防止酒精挥发带走色素。
（7）滤液细线要细、直、齐。目的：使色素尽量在同一条直线上，使色素带整齐。
（5）剪角的目的：防止两侧色素扩散快，色素带不整齐。
（6）目的：积累更多色素，使色素分离效果更明显。
（8）滤液细线不能触及层析液，以防止色素溶解于层析液中而无法分离。
（1）色素不溶于水，易溶于有机溶剂。所以通常用无水乙醇提取色素，也可用丙酮代替。
（2）分离色素用层析液，因为不同色素在层析液中的溶解度不同。
1.提取色素
方法步骤
2.制备滤纸条
铅笔划线
剪去两角：防止边缘效应，使色素带整齐
3.画滤液细线
要求：细、直、齐。
滤液干后，重复1-2次：增加滤液细线上色素的含量
滤液细线
4.分离色素
插滤纸条
层析液
培养皿
滤液细线不能触及层析液：防止色素溶解在层析液中而不能在滤纸条上扩散
实验结果
叶绿素b （黄绿色）
叶绿素a （蓝绿色）
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素 （黄色）
类胡萝卜素1/4
叶绿素 3/4
①色素带的条数能说明色素的种类
②色素带的宽窄能说明色素的含量
③色素在滤纸条上扩散的快慢能说明色素在层析液中的溶解度
叶绿素b
叶绿素a
叶黄素
胡萝卜素
叶绿素溶液
（二）色素的功能
400
500
600
700
波长/nm
叶绿体色素吸收光谱
叶
绿
色
a
叶
绿
色
b
类胡萝卜素
所以说，绿叶中的色素主要吸收红光和蓝紫光
：吸收、传递、转化光能
（1）叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光
（二）色素的功能
（2）色素对绿光的吸收最少，大量绿光都被反射回来，因此叶片呈绿色
（3）色素对各种波长的可见光均有吸收，但不吸收非可见光
（三）叶绿体的功能
：光合作用的场所
光合作用的探究历程
1880年恩格尔曼实验
二、光合作用的原理和应用
（一）光合作用的概念
CO2+H2O
(CH2O)+O2
叶绿体
光
场所：
条件：
原料：
产物：
光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
叶绿体
光
CO2 + H2O
（CH2O）+ O2
（二）光合作用的原理
H2O
O2
H+
ATP
ADP + Pi
水的光解
多种酶
参加催化
还 原
固 定
2C3
C5
CO2
C5的再生
酶
酶
NADPH
NADP+
（CH2O）
光反应是否只能在有光的条件下才能进行？暗反应是否只能在黑暗的条件下才能进行？
判断：
1.光反应只能在有光的条件下才能进行，暗反应只能在黑暗的条件下才能进行。
2.光反应阶段产生的ATP只能用于暗反应，不能用于其他生命活动。
3.光合作用产生的氧气中的氧全部来自于水，不能来自于二氧化碳。
C18O2+H2O
(CH2O)+O2
CO2+H218O
(CH2O)+18O2
光反应 暗反应
场所
条件
物质变化
能量变化
联系 实质 光反应与暗反应的比较
类囊体薄膜表面
叶绿体基质
光、色素、酶
NADPH、ATP、酶
H2O的光解
NADPH的合成
ATP的合成
CO2的固定 C3的合成还原
光能转变成NADPH和ATP中的化学能
NADPH和ATP中的化学能转变成有机物中稳定的化学能
光反应是基础，为暗反应提供NADPH和ATP；
暗反应消耗NADPH和ATP，推动光反应。
合成有机物，储存能量
（三）光照和CO2浓度变化对细胞中C3、C5、[H]和ATP、（CH2O）含量的影响
C3 C5 [H]、ATP （CH2O）
CO2不变，光照由 弱到强
强到弱
光照不变， CO2由 高到低
低到高
增多
减少
增多
增多
减少
增多
增多
减少
增多
减少
减少
减少
减少
增多
减少
增多
CO2 + C5
C3
（CH2O）+C5
[H]、ATP
三、影响光合作用的因素
O2
e
CO2
f
O2
b
CO2
c
CO2
a
d
O2
O2 的吸收量=
O2 的释放量=
CO2的吸收量=
CO2的释放量=
O2 的消耗量=
CO2的消耗量=
d
b
a
c
d + e
a + f
光合作用强度大于呼吸作用强度。
光合作用强度等于呼吸作用强度。
光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，单位时间内释放的CO2可表示细胞呼吸强度。
光照强度增强，光合作用消耗的CO2量增大，呼吸作用生成CO2的量不变，光合作用大于呼吸作用。
1、光照强度
A点：
AB段：
B点：
BC段：
C点：
C1点：
（d、c）
（d、c、f、e）
（f、e）
（a、b、f、e）
（a、b、f、e）
a
b
c
d
e
f
光合作用强度达到最大
C1
光照强度
O
CO2吸收
CO2释放
B
C
A
光饱和点。
B
C
光照强度
O
CO2吸收
CO2释放
A
净光合速率
总光合速率
呼吸速率
总光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率
CO2的消耗量
CO2的吸收量
呼吸产生的CO2量
=
+
随光照强度增强，光合作用强度增强
气孔关闭，使CO2供应量减少，光合作用强度减弱。
3、光合作用的日变化
气孔打开，CO2供应量增加，光合作用强度增强。
光照强度减弱，光合作用强度减弱
时间
24
6
12
18
B
A
C
D
E
F
G
H
I
O
只进行呼吸作用
AB段：
BD段：
DE段：
EF段：
FH段：
C点和G点：
光合作用强度等于呼吸作用强度
2、光质对光合作用的影响
白光下的光合作用 > 红光和蓝紫光下的光合作用 >绿光下的光合作用
4、CO2浓度对光合作用的影响
CO2浓度过低，光合作用无法进行，只进行呼吸作用
进行光合作用需要的最低CO2浓度
呼吸作用强度大于光合作用强度
CO2补偿点，呼吸作用强度等于光合作用强度
光合作用强度大于呼吸作用强度
A
B
CO2的吸收量或释放量
C
D
D1
CO2浓度
光合作用强度达到最大
AB段：
B点：
BC段：
C点：
CD段：
D点：
D1点：
CO2饱和点
（1）正其行，通其风
（2）施用农家肥和有机肥
（3）温室栽培适当补充二氧化碳
农业生产中的应用
原理：温度是通过影响酶的活性而影响光合作用
5、温度对光合作用的影响
N：是各种酶、NADPH、ATP、生物膜、叶绿素的重要组成成分。
P：是叶绿体膜、 NADP+和ATP的重要组成成分。
Mg：叶绿素的重要组成成分。
6、矿质元素对光合作用的影响
四、光合速率的测定
NaOH溶液
植物幼苗
刻度管
着色液滴
甲
NaHCO3溶液
植物幼苗
刻度管
着色液滴
乙
NaOH溶液：
NaHCO3溶液：
①将甲装置暗处理一段时间，记录红色液滴移动距离，计算呼吸速率。
②将乙装置置于光下一段时间，记录红色液滴移动距离，计算净光合速率。
③总光合速率 = 呼吸速率 + 净光合速率
测呼吸速率时，吸收CO2
测净光合速率时，维持装置内CO2稳定
测定方法
1、概念：
自然界中少数种类的细菌，能够利用环境中的某些无机物氧化时所释放的能量，来制造有机物，这种合成作用叫做化能合成作用。
五、化能合成作用
2、常见实例：
硝化细菌、铁细菌、硫细菌
六、生物代谢类型
代谢类型
同化作用
异化作用
自养型
异养型
需氧型
厌氧型
能否利用无机物合成有机物
分解有机物时是否需要氧气

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