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(共57张PPT)
第9讲 捕获光能的色素和光合作用的过程
第三单元 细胞的能量供应和利用
课标要求 1.说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转化并储存为糖分子中的化学能
2.提取和分离绿叶中色素
3.探究不同环境因素对光合作用的影响

考点一 绿叶中色素的提取和分离
1. 绿叶中色素的提取和分离
(1)实验原理:
无水乙醇
有机溶剂
纸层析法
层析液
注意: 如果实验室没有无水乙醇,也可以用体积分数为95%的乙醇,但需要加入适量的无水碳酸钠。
扩散速度越快,说明其溶解度越大。
(2)步骤和结果
碳酸钙
两角
干燥
层析液
胡萝卜素
叶绿素b
滤液细线
层析液
橙黄色
叶黄素
叶绿素b
叶绿素a
黄绿色
(3)结果分析
①色素带的条数与色素 有关，四条色素带说明有 种色素。
②色素带的宽窄与色素 有关，
色素带越宽说明此种色素 。
色素带最宽的是 ，最窄
的是 ，叶绿素b比叶黄素稍宽。
③色素带扩散速度与 有关，扩散速度越快说明 。
种类
四
含量
含量越多
叶绿素a
胡萝卜素
溶解度
溶解度越高
3. 绿叶中色素提取与分离的两点提醒
(1)应选取新鲜绿色的叶片，色素含量高。
(2)迅速研磨是为了防止乙醇挥发过多，充分研磨是为了充分破坏叶绿体，使色素充分释放。
4. 绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析
(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析
①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
②使用放置数天的绿叶，滤液色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低
(正确做法为分次加入少量无水乙醇提取色素)。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
(2)滤纸条色素带重叠:
①未经干燥处理;
②滤液细线不能达到细、直、匀的要求，色素扩散不一致导致的。
(3)滤纸条看不到色素带:
①忘记画滤液细线；
②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带:
未加碳酸钙导致叶绿素被破坏。
【创新探究】
(1)下图中①代表新鲜菠菜叶的光合色素纸层析结果，请判断②所示结果最有可能来自秋冬的银杏落叶，还是正常生长的柳树幼叶？_______________。
秋冬的银杏落叶
判断的理由是：_______________________________
_________________________________________________________________________。
秋冬季节气温降低，叶绿素分子易被破坏，而使银杏的叶子变黄，由于缺少叶绿素a和叶绿素b，所以层析的结果与图②吻合
【归纳总结】影响叶绿素合成的三大因素:
叶绿素不稳定, 易分解
(2)下图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置，据图分析:
①实验时应该将滤液滴
在a处还是b处？____。
②在定性滤纸上会出现
4个不同颜色的同心圆，
最大的圆圈含有_________
(填色素种类)，呈现_____色；
最小的圆圈含有_________(填色素种类)，呈现______色。
a处
胡萝卜素
橙黄
叶绿素b
黄绿
【检测】(2021·孝感模拟)某学生利用新鲜的菠菜叶进行叶绿体色素的提取和分离实验时，由于各组操作不同，出现了下列四种不同的层析结果。下列分析不合理的是(　　)
A.甲可能是用蒸馏
水做提取液和层析液
B.乙可能是因为研
磨时未加入SiO2
C.丙是正确操作得
到的理想结果
D.丁可能是因为研
磨时未加入CaCO3
C
考点二 捕获光能的色素和结构
1.捕获光能的色素
叶绿素a
类胡萝卜素
叶绿素
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素b
(含量约占1 /4)
(含量约占3 /4)
(橙黄色)
(黄色)
(蓝绿色)
(黄绿色)
2.功能:
具有转化光能是少数的叶绿素a。
因此，没有叶绿素a的植物不能进行光合作用。
吸收、传递和转化光能
由图可以看出:
(1)叶绿体中色素的功能:
叶绿素主要吸收______________；
类胡萝卜素主要吸收____________。
(2)叶绿体中色素吸收光的范围: 可见光的波长范围是400～760 nm，一般情况下，光合作用所利用的光都是 。
蓝紫光和红光
蓝紫光
可见光
3.叶绿体中色素的吸收光谱分析
但类胡萝卜素不吸收红光。
【检测】某同学从杨树叶片中提取并分离得到4种色素样品，经测定得到下列吸收光谱图，其中属于叶绿素b的是(　　)
A
双层膜
暗反应
光合色素
光反应
4. 叶绿体的结构与功能
(1)结构模式图
光合作用
叶绿体
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
实验材料:
水绵、
好氧细菌
(巧妙之处？)
(没有空气)
(没有空气)
验证实验结果完全是由光照引起的。
恩格尔曼实验方法的巧妙之处：
①实验材料选择水绵和好氧细菌；
水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；
用好氧细菌可确定释放氧气多的部位。
②没有空气的黑暗环境；
排除了氧气和光的干扰
③用极细的光束照射；
叶绿体上可分为获得光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验。
④进行黑暗和曝光对照实验。
黑暗处用极细光束照射
暴露在光下
①氧气是 释放出来的；
② 是绿色植物进行光合作用的场所。
实验结论:
叶绿体
叶绿体
1880年，美国科学家恩格尔曼
【思考】叶绿体与其功能相适应的结构特点有哪些？
③叶绿体内有如此众多的基粒和类囊体, 极大地扩展了受光面积。
①类囊体薄膜上分布有吸收光能的色素和光合作用相关的酶；
②在叶绿体的基质中含有与光合作用有关的酶；
【素养新命题——突破长句问答】教材必修1 P97“问题探讨”:生产上，用何种颜色的玻璃、塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高？阴天时，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色的照明灯为蔬菜补充光源？(科学思维)
无色透明
红光或蓝紫光的照明灯
玻璃、塑料薄膜的颜色:
补充光源:
原因是有色玻璃主要透过同色光，其他色光很少或不能透过，光照强度会减弱，不利于光合作用；而无色透明玻璃能透过日光中各色光，光照强度较大，有利于光合作用的进行。
1.植物工厂里不用发绿光的光源,原因是____________________________________________________________________________________。
发绿光的光源发出绿色的光，这种光被光合色素吸收的最少，不适合作植物工厂的人工光源
2.绿藻、褐藻、红藻在海洋中的垂直分布大致依次是浅层、中层、深层,从水层透光与植物光能捕获两个层面进行解释,原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
藻类本身的颜色是反射出来的光形成的，即红藻反射出红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄光。水对红、橙光的吸收比蓝、绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水的深层
【检测】判断正误
(1)叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素。(　　)
(2)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同。(　　)
(3)秋天叶片变黄，是叶黄素含量增多导致的。(　　)
(4)光合作用需要的光合色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。(　　)
(5)叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积。(　　)
√
√
×
×
×
气温降低，叶绿素分子易被破坏，而使银杏的叶子变黄，由于缺少叶绿素a和叶绿素b
光合色素在类囊体薄膜上
几乎相等
考点三 光合作用的探究历程与光合作用的原理
1. 光合作用的探究历程
(1)19世纪末，科学界普遍认为: C与H2O结合成______。
(2)1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用,甲醛不能通过光合作用转化成______。
(3)1937年，英国希尔发现，离体叶绿体在适当条件下可产生____。
(4)1941年，鲁宾和卡门: 用 的方法研究了光合作用中______的来源(氧气来源于H2O)。
(5)1954年，美国阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成______；1957年，他发现这一过程总是与 相伴随。
甲醛
糖
氧气
氧气
ATP
同位素示踪
水的光解
【教材中的隐性知识】教材必修1 P102“思考·讨论”(节选·改编): 希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？
希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料——CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成直接关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。
能说明
第一组
光合作用产生的O2来自于H2O
H2180
C02
H20
C18O2
第二组
1802
02
1941年，[美国]鲁宾和卡门的实验
同位素示踪法
(同位素标记法)
结论:
探究光合作用产生的氧来自于H2O,还是CO2
【检测】下图表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后，以下相关比较不正确的是(　　)
A.Y2的质量大于Y3的质量
B.④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量
C.②中水的质量大于④中水的质量
D.试管①的质量大于试管②的质量
C
相等
2. 光合作用过程
类囊体薄膜上
的色素分子
可见光
ADP+Pi
ATP
O2
NADP+
酶
吸收
能量
C5
2C3
多种酶
(CH2O)
CO2
固定
还原
酶
光反应
暗反应
H+
NADPH
酶
酶
能量
H2O
光解
【说明】 C3是三碳化合物，即3-磷酸甘油酸；
C5是五碳化合物，即核酮糖-1，5-二磷酸；
(1)光反应阶段
①条件:________________。
②场所:____________。
③物质变化
a. 水的光解:
b. ATP的合成:
④能量变化
将光能转化为储存在__________________中的化学能。
光、色素、酶
类囊体薄膜
ATP和NADPH
【注意】NADPH的作用是:
①作为活泼的还原剂；
②储存部分能量供暗反应阶段利用。
2H2O O2+4NADPH
光
色素
ADP+Pi+能量 ATP+H2O
酶
(2)暗反应阶段
①条件:_____________________________。
②场所:____________。
③过程(卡尔文循环)
④能量变化: NADPH、ATP中活跃的化学能变为_____________________。
ATP、NADPH、CO2、多种酶
叶绿体基质
2C3
(CH2O)
有机物中稳定的化学能
绿色植物通过________,利用_______,把二氧化碳和水转化成储存着能量的________,并且释放出______的过程。
叶绿体
光能
有机物
氧气
(3)光合作用的概念:


(4)光合作用的总反应式:


[不准确，考试不能写此反应式]
[考试务必写此反应式]
(4)绿色植物光反应和暗反应的比较
项目 光反应 暗反应
条件
场所
物质转化
光、色素、酶、水、ADP、Pi
多种酶、ATP、NADPH、CO2、C5
叶绿体类囊体薄膜上
叶绿体基质
(1)水的光解:
2H2O
(2)ATP的合成:
ADP＋Pi＋能量 ATP
4NADPH＋O2
光
(1)CO2的固定:
CO2＋C5 2C3；
(2)C3的还原:
酶
NADPH
(4)绿色植物光反应和暗反应的比较
项目 光反应 暗反应
能量转化
联系
光能转化为ATP、NADPH中活跃的化学能
ATP、NADPH中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能
光反应为暗反应提供NADPH和ATP；
暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi；
(1)暗反应有光无光都能进行。
若光反应停止，暗反应可持续进行一段时间，但持续时间不长，故一般认为植物晚上只进行呼吸作用。
(2)光反应快于暗反应，光照总时间相同时，光照和黑暗间隔处理比持续光照有机物积累得多。
因为NADPH、ATP基本不积累，利用充分；但持续光照会造成NADPH、ATP的积累，利用不充分。如甲持续光照10分钟，乙光照5秒和黑暗5秒相间隔持续20分钟，则光合作用制造的有机物:甲 乙(暗反应时间长)。
<
(6)光反应产生的ATP用于 的还原, 不用于其他生命活动。( )
(3)光合作用产生的 不同于细胞呼吸产生的 ,其中光合作用产生的 与 结合形成还原型辅酶 ,细胞呼吸产物的 为还原型辅酶 。
(5)在暗反应中, 既作为还原剂,也能为 的还原提供能量。
(4)在光反应中, 水分解为氧和H+的同时, 被叶绿体夺去两个电子。电子经传递,可用于H+ 与NADP+<结合形成 NADPH;
H2O ___
_________


×
光反应产生的ATP主要用于C3的还原
3. 化能合成作用
(1)化能合成作用的概念:
自然界中少数种类的细菌,能够利用体外环境中某些 所释放的能量来制造 ，此过程称为化能合成作用，此类生物属于 生物。
无机物氧化时
有机物
化能自养型
硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。
(2)实例:
4.自养生物和异养生物
a.自养生物:
绿色植物和硝化细菌都能将CO2和H20合成糖类因此属于自养生物。
b.异养生物:
人、动物、真菌以及大多数细菌只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动，属于异养生物。
原料 产物 营养方式 利用的能量 生物体
光合作用
化能合成作用
相同
相同
自养
某些无机物氧化时,所释放的能量
光能
绿色植物
硝化细菌等
5. 光合作用与化能合成作用的比较
(CO2和H2O)
(有机物)
6. 环境条件骤变与C3、C5及ATP和NADPH等物质含量变化
(1)分析方法: 需从物质的生成和消耗两个方面综合分析
【示例】CO2供应正常，光照停止时C3的含量变化
(2)物质含量变化的分析
条件 C3含量 C5含量 NADPH和ATP的含量 (CH2O)合成量
光照强度由强到弱，CO2供应不变
光照强度由弱到强，CO2供应不变
光照不变，CO2量由充足到不足
光照不变，CO2量由不足到充足
增加
减少
减少
增加
减少或没有
增加
减少
增加
减少
增加
增加
减少
增加
减少
减少
增加
(3)“模型法”表示C3、C5及ATP和NADPH等物质含量变化
注: 的起始值高于 , 约是其2倍
D.突然将绿光改变为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值减少
突然中断CO2供应，暗反应中CO2固定减少，而C3还原仍在进行，导致C3减少，C5增多
增大
突然中断CO2供应会使C3减少，因此C3还原利用的ATP减少，导致ATP积累增多，而ADP含量减少
突然将将绿光改变为红光会导致光反应吸收的光能增加,光反应产生的ATP和NADPH增加,而ADP相对含量减少,因此暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大
突然将红光改变为绿光会导致光反应吸收的光能减少，光反应产生的ATP和NADPH减少，这将抑制暗反应中C3的还原，导致C5减少，C3增多
减小
【检测】(2021·陕西商洛丹凤中学高三月考) 光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于改变反应条件而引起的变化，说法正确的是(　　)
A.突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值减少
B
B.突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加
C.突然将红光改变为绿光会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值增加
考点四 光合作用的影响因素及原理的应用
(一)内部因素
(二)外部因素
①植物自身的遗传特性；②植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶；③植物叶面积指数。
①光质
②光照强度
③CO2浓度
④温度
⑤土壤中水分
⑥矿质元素(如Mg2＋)等
大本P90
大本P89
Ⅰ.①阴生植物的呼吸速率绝对值 阳生植物的呼吸速率绝对值;
②阴生植物的光补偿点 阳生植物的光补偿点;
③阴生植物的光饱和点 阳生植物的光饱和点。
Ⅱ.应用:
1. 内部因素对光合速率的影响
(1)植物自身的遗传特性(如植物品种不同): 以阴生植物、阳生植物为例,如图所示。
＜
＜
＜
间作套种
(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶
段, 随叶龄增大,叶面积增大,色素含量增多,酶的含量增多和 增大, 光合作用速率 。
点之后, 随叶龄增大,色素、酶含量减少和 减弱,光合作用速率 。
Ⅱ.应用:
加快
减慢
酶的活性
酶的活性
适时摘除老叶
(3)植物叶面积指数
在一定范围内,随叶面积不断增大,光合作用实际量不断 ,超过一定范围后,光合作用强度 。
增加
不再增加
Ⅱ.应用:
合理密植
Ⅰ.叶面积指数，亦称叶面积系数,是指单位土地面积上植物叶片总面积占土地面积的倍数。
叶面积指数为 时最有利于植物生长
6
2. 单因子外部因素对光合速率的影响
(1)光质
①原理
a. 叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。
b.叶绿素对 的吸收量大，类胡萝卜素对 的吸收量大。
c.单色光中， 下光合速率最快， 次之， 最差。
红光和蓝紫光
蓝紫光
蓝紫光
红光
绿光
类胡萝卜素不吸收红光
(2)光照强度
①原理:
光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。
光照强度增加，光反应速率加快，产生的NADPH和ATP增多，使暗反应中还原过程加快，从而使光合作用产物增加。
②在不同的光照条件下，光合速率与呼吸速率的相关曲线分析
光补偿点:
光合速率等于呼吸速率时的光强。
光饱和点:
达到最大光合速率所需的最小光强
光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示此时细胞的呼吸强度。
A点:
光合作用强度等于呼吸作用强度(光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长)，B点所示光照强度称为光补偿点。
B点:
AB段(不含A、B点):
呼吸作用强度大于光合作用强度。
限制C点以后光合作用
强度不再增加的内部因
素是 ，
BC段:
光合强度﹥呼吸强度， C’点所示光照强度称为光饱和点。
色素含量、酶的数量和最大活性
外部因素是 。
C’
除光照强度之外,CO2浓度、温度等因素
光饱和点之前限制因素是: 。
光照强度(横坐标)
【检测】将题图所示细胞置于密闭容器中培养。在不同光照强度下,细胞内外的CO2和O2浓度在短时间内发生了相应变化。下列叙述错误的是( )
A.黑暗条件下,
①增大、④减小
B.光强低于光补偿
点时, ①、③增大
C.光强等于光补偿
点时,②、③保持不变
D.光强等于光饱和点
时,②减小、④增大
B
③减少
光照强度
a. 阴生植物的呼吸作用强度、光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，如上图所示中虚线所示。间作套种农作物，可合理利用光能。
③应用
阳生植物
阴生植物
A
B
C
a
c
b
B: 光补偿点
C’: 光饱和点
CO2
吸收量
CO2
释放量
b. 温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产。
C’
【深挖教材】
若研究对象不是绿色叶肉细胞而是整株植物出现上面曲线图时，叶肉细胞内的气体交换在B点有何变化？
植物能进行光合作用的只有绿色组织器官，而所有细胞都要进行呼吸作用。B点是植株的光补偿点，对于叶肉细胞而言，光合速率 叶肉细胞的呼吸速率。
大于
(总光合速率)
(净光合速率)
实际(总)光合速率 = 表观(净)光合速率 + 呼吸速率
CO2吸收量
呼吸产生CO2量
CO2的固定量
＝
＋
O2释放量
呼吸消耗的O2量
O2产生量
＝
＋
有机物的产生量(制造量)
有机物的积累量
呼吸消耗的有机物量
=
+
(2)b点表示光合作用与呼吸作用速率　　　。　　
【检测】下图是在一定的CO2浓度和温度下，某阳生植物CO2的吸收量和光照强度的关系曲线，据图回答:
(1)该植物的呼吸速率为每小时释放CO2　　mg/dm2。
5
相等
5 10 15 20 25 30 35
25
20
15
10
5
0
－5
－10
CO2吸收量mg/dm2·h
光照强度（Klx）
a
b
c
d
(3)若该植物叶面积为10dm2，在光照强度为25Klx条件下光照1小时，则植物光合作用固定CO2　 　mg；
合成葡萄糖　　　　mg。　　
250
170.5
(250×180)÷(6×44)＝170.5
(4)若白天光照强度较长时间为b该植物能否正常生长？为什么？　　
白天光照强度为b时，无有机物积累，而夜间消耗有机物，从全天来看，有机物的消耗多于积累，不能正常生长。
5 10 15 20 25 30 35
25
20
15
10
5
0
－5
－10
CO2吸收量mg/dm2·h
光照强度（Klx）
a
b
c
d
不能正常生长。

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