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(共51张PPT)
第4节 光合作用与能量转化
第5章 细胞的能量供应和利用
为什么有些植物的叶片在不同时期颜色不同呢？绿叶中究竟有哪些种类的色素呢？？如果整株植物的细胞都没有色素，会怎样呢？提取:
分离:
提取和分离绿叶中的色素，探究绿叶中色素的种类
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中
不同的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越高的色素随层析液在滤纸上的扩散速度就越快，反之则慢。
纸层析法
实验目的
实验原理
探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》
观看《绿叶中色素的提取》视频
①研磨
材料:5g新鲜的绿叶
药品
SiO2——有助于研磨充分
CaCO3 ——防止色素被破坏
无水酒精——溶解色素
（1）提取绿叶中的色素
②过滤：获取绿色滤液（试管口加棉花防挥发）
过滤时使用单层尼龙布，不可使用纱布或滤纸
实验：绿叶中色素的提取和分离
★要求：要迅速、充分
实验：绿叶中色素的提取和分离
制备滤纸条
画滤液细线
★要求：细、直、齐 ；重复
★不能让滤液细线触及层析液
铅笔线
层析液
培养皿
纸层析
（2）分离绿叶中的色素
★培养皿加盖防挥发
叶绿素
类胡萝卜素
（含量约3/4）
（含量约1/4）
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）
绿叶中的色素
跑得最快，溶解度最大
宽度最大，含量最多
实验：绿叶中色素的提取和分离
（3）实验结果
思维拓展
色素分离的其他方法:
在滤纸的中央滴一滴色素提取液，再滴一滴层析液，色素随层析液扩散，会得到近似同心环的4个色素圈，由外向内依次是什么色素？分别是什么颜色？
从外到内分别是：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。
实验：绿叶中色素的提取和分离
A.收集到的滤液绿色过浅的原因分析
未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。
一次加入大量的无水乙醇提取浓度太低
未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
B.滤纸条色素带重叠：
没经干燥处理，滤液线不能达到细、齐的要求，使色素扩散不一致造成的。
某科研小组根据实验步骤进行了叶绿色中色素的提取，得到提取液颜色过浅，这是什么原因？
实验：绿叶中色素的提取和分离
实验异常结果分析
C.滤纸条看不到色素带
忘记画滤液细线。
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。
D.滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：
忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
光是一种电磁波，分为可见光和不可见光。可见光的波长是400-760nm。不同波长的光，颜色不同。
不同色素对光的吸收差异
滤液中色素对不同的单色光吸收有什么差异？
思考：
二、捕获光能的色素和结构
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
红光
蓝紫光
基粒
(类囊体)
外膜
内膜
基质
色素
与光反应有关的酶
与暗反应有关的酶
三、叶绿体的结构适于进行光合作用
众多的基粒和类囊体极大地扩展了受光的面积。
实验材料：
水绵：
需氧细菌：
自变量：
因变量：
光照、黑暗
需氧菌聚集部位
没有空气的黑暗环境，
极细光束照射
暴露在光下
自主预习教材P100-101，完成讨论：
排除O2和光的干扰
目的？
水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。
好氧细菌可确定释放O2的部位。
结 论：
氧是由 叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所
恩格尔曼的实验一
1.恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
（1）水绵的叶绿体呈螺旋或带状，便于观察；
（2）用好氧细菌可确定释放氧气的部位；
（3）没有空气的黑暗环境可排除氧气和光的干扰；
(4)用极细的光束点状投射叶绿体，有光和无光部位形成对照试验
2.综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？
叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。
光
三棱镜
临时装片
好氧细菌
水绵
好氧细菌
恩格尔曼的第二个实验示意图
恩格尔曼的实验二
课 堂 小 结
（蓝绿色）
叶绿素a
（黄绿色）
叶绿素b
（橙黄色）
胡萝卜素
叶 黄 素
（黄 色）
叶绿素
（约占3/4，主要吸收红光和蓝紫光）
类胡萝卜素
（约占1/4，主要吸收蓝紫光）
绿叶中的色素
叶绿体
双层膜
基质中有许多由囊状结构堆叠而成的基粒
光合色素分布在类囊体薄膜上，光合作用的酶分布在类囊体薄膜和基质
叶绿体是捕获光能、进行光合作用的场所。
结构
功能
1、某班学生完成对新鲜菠菜叶进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于各组操作不同，出现了以下四种不同的层析结果。下列分析错误的是 (　　)
A.甲可能是因为研磨时未加入SiO2
B.乙可能是因为研磨时未加入CaCO3
C.丙可能是误用水作提取液和层析液
D.丁是正确操作得到的理想结果
D
2、在做提取和分离叶绿体中的光合色素实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为 (　　)
B
试剂 甲 乙 丙 丁
无水乙醇 － ＋ ＋ ＋
CaCO3 ＋ ＋ － ＋
SiO2 ＋ ＋ ＋ －
A.①②③④ B.②④①③ C.④②③① D.③②①④
3.在进行光合色素的提取和分离实验时，取一圆形滤纸，在滤纸中央滴一滴色素提取液，再滴一滴层析液，将会得到近似同心的四个色素环，如图。下列说法错误的是(　　)
A.通常提取液呈现绿色是因为叶片中叶绿素的含量比类胡萝卜素的高
B.提取色素时加入少许CaCO3和SiO2
C.若提取的是缺镁叶片中的色素，则最外侧两圈
色素环颜色较淡
D.最外侧两圈色素环的色素主要吸收蓝紫光
C
光合作用原理的基本过程
考点一
探索光合作用原理的部分实验
目
录
CONTENTS
考点二
(1)概念：指绿色植物通过 ，利用光能，把 转化成储存着能量的有机物，并且释放出 的过程。

(2)反应式： 。
叶绿体
二氧化碳和水
氧气
场 所
条 件
产 物
原 料
1
光合作用的概念及反应式
科学家 实验过程及现象 实验结论
希尔 在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有水，没有二氧化碳)，在光照下可以释放出氧气 水的光解产生氧气。
鲁宾和卡门 H218O＋CO2―→植物―→18O2 H2O＋C18O2―→植物―→O2 光合作用产生的O2中的O来源于H2O，而不来源于CO2
阿尔农 在光照下，叶绿体可合成ATP，且这一过程总是与水的光解相伴随 水的光解可合成ATP
阅读课本P102-103，探索光合作用原理的部分实验，并完成下列表格。
四、探索光合作用原理的部分实验
资料3：鲁宾和卡门实验
实验思路：用同位素示踪法来研究物质的去路
光合作用产生的O2中的O来源于H2O，而不来源于CO2
实验过程及现象：
CO2
H218O
光照射下的
小球藻悬液
C18O2
H2O
18O2
O2
实验结论
根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应，现在也称为碳反应，两个阶段。
光合作用过程的示意图
（二）光合作用过程
有光才能反应
有光、无光都能反应
※划分依据:反应过程是否需要光能
光反应（光合作用第一阶段）
暗反应（光合作用第二阶段）又称碳反应
叶绿体类囊体薄膜上
水的光解：
2H2O O2 +4H++ 4e
光能
ATP的合成：
ADP＋Pi ＋能量 ATP
酶
光能 ATP、NADPH中活跃的化学能
场所：
物质变化
能量变化
NADPH的合成：H++NADP+ +2e NADPH
类囊体薄膜上
的色素分子
可见光
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
NADP+
酶
吸收
光解
H+
NADPH
酶
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
1
光反应阶段
2C3
C5
NADPH
ADP + Pi
（CH2O）+H2O
ATP
多种酶
参加催化
酶
CO2
还原
固定
酶
供能
卡尔文循环
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3的还原：
ATP
叶绿体的基质中
活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能
2C3 (CH2O)+C5
酶
场所：
物质变化
能量变化:
NADPH
2
暗反应阶段
下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：
①图中A是______,B是_______,它来自于______的分解。
②图中C是_______，它被传递到叶绿体的______部位，用于____________________ 。
③图中D是____，在叶绿体中合成D所需的能量来自_____ _。
④图中G___ _____,F是_________ _,J是__________。
⑤图中的H表示_______，H为I提供__________。
光
H2O
B
A
C
D
E+Pi
F
G
CO2
J
H
I
Ｏ2
水
NADPH
基质
用作还原剂，还原C3
ATP
色素吸收的光能
光反应
NADPH和ATP
色素
C5化合物
C3化合物
糖类
3、光反应与暗反应的区别和联系
暗反应
光反应
比较项目
能量变化
联 系
物质变化
条 件
场 所
类囊体薄膜上
叶绿体的基质
需光,色素和酶
不需光,色素;需酶
2H2O ─→ 4H++O2↑
光解
ADP+Pi+能量─→ATP
酶
CO2+ C5 ─→ 2C3
酶
2C3 ─ ─→ (CH2O)+C5
ATP、[H] 酶
稳定的化学能
光能 活跃的化学能
光反应为暗反应提供ATP和NADPH，暗反应为光反应提供ADP和Pi、NADP+
讨论：1.叶绿体处不同条件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化
条件 C3 C5 NADPH和ATP (CH2O)
停止光照 CO2供应不变
光照不变 停止CO2供应
增加
减少
增加
减少
减少
减少
减少
增加
色素分子
可见光
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
NADP+
NADPH
2.下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：
①图中A是______,B是_______,它来自于______的分解。
②图中C是____，它被传递到叶绿体的_____部位，用于_________ 。
③图中D是____，在叶绿体中合成D所需的能量来自______。
④图中G__________,F是____________,J是________。
⑤图中的H表示_______， I表示________，H为I提供__________。
光
H2O
B
A
C
D
E+Pi
F
G
CO2
J
H
I
Ｏ2
水
[H]
基质
用作还原剂，还原C3
ATP
光能
光反应
[H]和ATP
色素
C5化合物
C3化合物
糖类
暗反应
2.下图表示叶绿体结构与功能示意图。下列说法错误的是(　　)
A.结构A中的能量变化是光能转变为ATP中的化学能
B.供给14CO2，放射性出现的顺序为C3→甲
C.结构A释放的O2可能来自CO2
D.结构A释放的O2可进入线粒体中
C
9.如图表示某生物膜结构及其发生的部分生理过程，下列叙述错误的是
A.图中膜结构表示叶绿体内膜，B侧为叶绿
体基质
B.图示过程的能量变化是光能转变成ATP和
NADPH中活跃的化学能
C.甲表示色素分子，其中类胡萝卜素主要吸
收蓝紫光
D.图示光反应部分过程，水分解为氧和H＋的同时还产生电子
A
六、光合作用原理的应用
六、光合作用原理的应用
影响光合作用的因素有哪些？
CO2的浓度
CO2＋H2O （CH2O）＋O 2
光能
叶绿体
H2O
光：光照强度、光质、光照时间
矿质元素（N、Mg是合成叶绿素的原料）
外因：
内因：
酶的数量、活性
色素的含量
叶龄不同
温度
六、光合作用原理的应用
（1）温度
最适温度下植物光合作用最大温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。
应用：
1.适时播种
2.温室中,白天适当提高温度,晚上适当降温
3.植物“午休”现象
10 20 30 40 T/°C
光合速率
A
B
C
最适温度
夏季“午休”现象
六、光合作用原理的应用 (p106)
下图是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。
分析曲线图并回答：
（1）7～10时的光合作用强度不断增强原因：
（2）12时左右的光合作用强度明显减弱原因：
（3）14～17时的光合作用强度不断减弱原因：
A
B
D
C
E
时间
光
合
作
用
速
率
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
光照不断增强，光合作用强度不断增强。
温度很高，蒸腾作用很强，气孔关闭，
二氧化碳供应减少，光合作用强度明显减弱。
光照不断减弱，光合作用强度不断减弱。
线粒体
叶绿体
产生O2
释放O2
（可以测得）
叶肉细胞
CO2
吸收CO2
（可以测得）
植物在进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。实际测量到的光合作用指标是净光合作用速率，称为表观光合速率。
二、影响光合作用的因素
光合作用速率的测定
光合作用速率
一定时间内，单位面积CO2等原料的消耗量或O2、(CH2O)等产物生成量来表示。
光合作用产生的O2=释放到空气中的O2+呼吸作用消耗的O2
二、影响光合作用的因素
光合作用速率的测定
真正光合速率 = 净光合速率 + 呼吸作用速率
合成有机物的量
固定或消耗CO2量
产生O2的量
有机物积累量
CO2吸收量
O2的释放量
消耗有机物的量
黑暗下CO2的释放量
黑暗下O2的吸收量
=
=
=
+
+
+
(2)CO2浓度对光合作用的影响
CO2浓度
A
B
吸收速率
CO2
C
释放速率
CO2
D
A点：
对应的CO2浓度为能进行光合作用的最低CO2浓度。
CO2补偿点
光合作用速率＝呼吸作用速率
对应的D点为CO2饱和点
C点之后光合速率的限制因素：
外因主要为光照强度和温度，
内因为酶的数量和活性。
B点：
C点：
1.多施有机肥或农家肥；
2.温室栽培植物时还可使用CO2发生器等；
3.大田中还要注意通风透气。
应用：
二、影响光合作用的因素
光照强度
0
CO2吸
收
CO2
释
放
A
B
C
阳生植物
呼吸速率
光补偿点
光饱和点
阴生植物
A1
B1
C1
净光合
总光合
B：光合作用=呼吸作用
D：光合速率开始达到最大时外界的光照强度
（限制因素：CO2浓度、温度等）
D
B1：阴生植物呼吸作用较弱，对光的利用能力也不强
AB：光合作用<呼吸作用
BC：光合作用>呼吸作用
呼吸
A：只进行呼吸作用
应用：
合理密植；间作套种；适当剪枝
二、影响光合作用的因素
C点之前限制光合作用的因素是光照强度
（3）光照强度对光合作用的影响
六、光合作用原理的应用
A：只进行呼吸作用
B：光合作用=呼吸作用
细胞呼吸释放的CO2 全部用于光合作用
BC：光合作用>呼吸作用
AB：光合作用<呼吸作用
（3）光照强度对光合作用的影响
缺水
气孔关闭
限制CO2进入叶片
光合作用受影响
水对光合作用的影响
水是光合作用的原料，间接影响光合作用。
应用：合理浇灌
二、影响光合作用的因素
4. 图示适宜条件下，甲、乙两种植物叶片的CO2净吸收速率与CO2 浓度的关系，下列说法正确的是（ 　）
　　A. CO2浓度大于 a 时，甲才能进行光合作用
　　B. 适当增加光照强度， a 点将左移
　　C. CO2浓度为 b 时，甲、乙总光合作用强度相等
　　D. 甲植物体内 [H] 的含量在CO2浓度为 b 时比在 a 时高
B
课堂练习
七、探究环境因素对光合作用的影响
七、探究环境因素对光合作用的影响
影响光合作用强度的因素
植物自身因素：
环境因素对光合作用的影响
①光照
②温度
③CO2浓度
④水分
探究环境因素对光合作用强度的影响
因变量：光合作用强度
观测指标：用单位时间叶圆片上浮的数量代表光合强度
自变量：光照强度、CO2浓度、温度等
LED灯与装置的距离或者灯泡的瓦数
如何控制无关变量？如圆片及其初始状态
结果？
光反应：叶绿体的数量、色素含量等；暗反应：酶的数量
实验：探究环境因素对光合作用的影响
实验目的：探究光照强度对光合作用强度的影响
实验材料：
1、取叶片均分三组，进行编号
2、相同处理：
3、不同处理：给予低、中、高的光照
圆形的生长旺盛的绿色小叶片
用注射器排除叶片中的气体；
放入适宜浓度的NaHCO3溶液中
实验步骤：
实验：探究环境因素对光合作用的影响
项目　 　 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
细胞间隙积累O2，
浮力增大
实验结果：
在一定的浓度范围内，光合作用速率随光照强度的增大而加快；超过一定强度光合作用趋于稳定。
硝化细菌的化能合成作用
硝化细菌能利用环境中的某些无机物氧化时所释放的化学能来制造有机物，这种合成作用叫化能合成作用。
除了硝化细菌外，自然界还有铁细菌、硫细菌属于进行化能合成作用的自养生物。
小结
光合作用与能量转化
光合作用
光合作用应用
概念
反应式
探究历程
影响因素：光照、温度、二氧化碳、水分、矿质元素
硝化细菌
光合作用原理
过程
光反应：类囊体薄膜
暗反应：叶绿体基质
化能合成作用
CO2 + H2O （CH2O)+O2
光能
叶绿体

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