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光合作用与能量转化
第一课时 捕获光能的色素和结构
细胞的直接能源物质是
ATP
细胞的主要能源物质是
糖类
细胞的储能物质有
脂肪 糖原 淀粉
几乎所有生命系统中能量的最终源头是
太阳能
园艺植物中出现白化现象成为出锦
但如果出现完全白化，植物会很快死亡
可见叶片中的色素可能与光能的捕获有关
一、捕获光能的色素
1.绿叶中色素的提取和分离
（1）实验原理
①提取原理：
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。
1.绿叶中色素的提取和分离
（1）实验原理
②分离原理：
不同的色素溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。这样，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。
1.绿叶中色素的提取和分离
（1）实验原理
（2）实验方法
纸层析法
1.绿叶中色素的提取和分离
（1）实验原理
（2）实验方法
（3）实验材料
（4）实验步骤
（阅读勾画P98）
（4）实验步骤
提取绿叶中的色素
制备滤纸条
画滤液细线
分离绿叶中的色素
观察与记录
加入碳酸钙，目的：
01
加入二氧化硅，目的：
02
加入无水乙醇，目的：
03
防止色素被破坏（保护色素）。
研磨充分。
溶解色素。
提取绿叶中的色素
阅读教材，回答下列问题
研磨要迅速、充分：
04
单层尼龙布：
05
不能用滤纸过滤：
06
棉塞将试管口塞严：
07
是为了防止乙醇挥发，防止色素分解。
过滤叶脉及SiO2等研磨液中的杂质。
滤纸会吸附色素，降低滤液中色素的含量，使实验效果不明显。
加塞棉塞目的是减少乙醇挥发，防止色素氧化。
提取绿叶中的色素
阅读教材，回答下列问题
制备滤纸条
注意滤纸条形状要求
画滤液细线
滤液细线要求细、直、齐；
原因：使分离出的色素带平整不重叠。
待滤液干后，再重画1-2次
原因：积累更多的色素，同时防止色素晕染开
防止色素直接溶解于层析液中而无法得到色素带。
分离绿叶中的色素
层析液是否能没过滤液细线？为什么？
分离绿叶中的色素
加棉塞或加盖的目的？
防止层析液挥发
层析液中有有毒性的挥发性物质，使用时一定要在通风好的条件下进行，并且试验后尽快用肥皂把手洗干净
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
类胡萝卜素（约1/4）
叶绿素
（约3/4）
吸收、传递、转化光能
2.绿叶中色素的种类
记到P98
整理笔记
吸收、传递、转化光能
2.绿叶中色素的种类
四种色素中
含量最高的色素是？
叶绿素a
含量最低的色素是？
胡萝卜素
在层析液中溶解度最高的色素是？
胡萝卜素
在层析液中溶解度最低的色素是？
叶绿素b
根据四种色素的颜色推测，秋天叶片变黄的原因可能是什么？
温度降低导致叶绿素被破坏，类胡萝卜素的比例上升，所以呈现黄色。
为什么有的叶片是红色呢？
植物叶片除了含有叶绿素、叶黄素、胡萝卜等色素外，还有一种叫花青素的特殊色素，它是一种“变色龙”，它在酸性液中呈红色。随着季节更替，气温、日照相应增减，叶片中的主要色素成份也发生变化。黄栌树、枫树以及乌柏、山漆、椿树、火炬树等，春夏两季叶绿素进行光合作用，并使叶子呈现绿色；当进入深秋季节后，气温降低，光照减少，叶绿素合成受阻，逐渐破坏消失，而类胡萝卜、胡萝卜素、花青素成份增多，枝叶内贮藏的糖分也会增多。根据花青素与糖分的多少，叶面可形成鲜红、猩红、深红、紫红等美丽色彩。
色素带全部较浅或没有的可能原因
研磨不充分或未加SiO2，色素未能充分提取出来（浅）；
材料过少或无水乙醇过多，色素溶液浓度小（浅）；
画滤液细线的次数偏少（浅）或忘记画滤液细线（没有）；
滤液细线接触层析液，且时间较长，色素溶解到层析液中（没有）。
叶绿素a和叶绿素b色素带较浅或者没有的可能原因
选取的叶片是嫩黄叶或者老叶；
未加CaCO3，叶绿素部分被破坏；
色素提取液放置时间过长，导致叶绿素分解。
植物可以吸收光能
吸收什么类型的光？
如何实验验证？
阅读P98
回答
什么叫光谱
什么叫吸收光谱
2.绿叶中色素的吸收光谱
实验结果表明：
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
P99 勾画
思考:
光合作用利用的光一般是可见光还是不可见光
植物补光为什么不用绿光
P99右下角小字 勾画
叶绿素和类胡萝卜素对绿光的吸收都很少
判断
色素在层析液中的溶解度越大，在滤纸上的扩散速度越快。(√)
研磨时加入碳酸钙的目的是保护色素。(√)
研磨时加入二氧化硅(石英砂)有利于充分研磨。(√)
叶绿素绝对不吸收绿光。(×)
分离绿叶中的色素用的是层析液。(√)
色素分离后，滤纸条上从上而下的四条色素带分别是叶黄素、胡萝卜素、叶绿素a和叶绿素b。(×)
吸收光能的色素分布在类囊体薄膜上
二.叶绿体的结构适于进行光合作用
基粒
类囊体
二.叶绿体的结构适于进行光合作用
双层膜：外膜+内膜
基粒：类囊体堆叠而成
叶绿体基质：
叶绿体结构
功能：将叶绿体内部与细胞质基质分隔开、控制物质进出……
分布有：光合作用有关的酶、光合色素……
分布有：光合作用有关的酶、DNA、RNA……
记到P100
整理笔记
二.叶绿体的结构适于进行光合作用
叶绿体增大膜面积的方式是什么？
有什么意义？
类囊体堆叠形成基粒，众多的基粒和类囊体极大的扩大的膜面积。
增加了受光面积，是叶绿体捕获光能的结构基础。
思考
二.叶绿体的结构适于进行光合作用
类囊体薄膜上分布着吸收光能的色素；
叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础：
类囊体薄膜和叶绿体基质中分布着光合作用必须的酶
P101
勾画批注
资料1 1881年，德国科学家恩格尔曼
(T.Engelmamn,1843—1909)做了这样的实验：把载有水绵(叶绿体呈螺旋带状分布)和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内，在黑暗中用极细的光束照射水绵，发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中；如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位。
结论：光合作用产生氧气，光合作用的场所是叶绿体
防止水体中的氧气干扰实验
有光和无光形成对照
资料分析
紧接着，他又做了一个实验：用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
结论：叶绿体主要吸收蓝紫光和红光
资料分析
课后练习P101
叶绿体中只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作用（X）
叶绿体的类囊体上有巨大的膜面积，有利于充分吸收光能（√）
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（X）
判断
蓝细菌细胞内含有叶绿体，能进行光合作用。(×)
叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内。(×)
光合作用的酶分布于叶绿体内膜、外膜、类囊体薄膜和叶绿体基质中。(×)
植物叶片呈绿色，是由于叶片中的叶绿体吸收了绿光。(×)
植物的液泡中也含有色素，能够吸收光能用于光合作用。(×)
练习
植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是（ ）
氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢
光合作用与能量转化
第二课时 光合作用的原理
阅读教材P102，勾画光合作用的概念和反应式
概念：
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。
反应式：
CO2 + H2O （CH2O)+O2
光能
叶绿体
光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？
一.光合作用概念
1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。
初步判断：
氧来自二氧化碳的可能性较小，较可能来源于水。
资料1：19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。
资料阅读
资料2：1937年，英国科学家希尔。希尔发现，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H2O，没有CO2），在光照下可以释放出氧气。
希尔的实验能否说明氧气中的氧元素是否全部都来自水？
希尔的实验能否说明氧气的产生和糖的合成不是同一个化学反应？
不能，悬浮液中还有氧化剂，不能排除其他物质的干扰
能，悬浮液中没有二氧化碳，不能合成糖，但产生了氧气
资料阅读
资料3：1941年，美国科学家鲁宾(S.Ruben)和卡门M.Kamen)用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源。他们用16O的同位素18O分别标记H2O和CO2,使它们分别变成H218O和C18O2。然后，进行了两组实验：第一组给植物提供H2O和C18O2,第二组给同种植物提供H218O和CO2。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是O2。第二组释放的都是18O2。
鲁宾和卡门的实验能得到什么结论？
氧气中的氧元素来自水
资料阅读
资料4：1954年，美国科学家阿尔农（D.Arnon)发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随
水的光解过程中很可能伴随着能量的释放
资料阅读
上述实验表明，光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。实际上，光合作用的过程十分复杂，它包括一系列化学反应。根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应(light reaction)和暗反应(darkreaction，现在也称为碳反应，carbon reaction)两个阶段。
O2
H+
H2O
ATP
ADP+Pi
酶
NADP++H+
NADPH
光反应
（3）物质变化:
（4）能量转化:
（2）条 件：
（1）场 所：
①水的光解：
③ATP的合成：
②NADPH的合成：
光能→ATP和NADPH中的活跃化学能
叶绿体的类囊体薄膜
光、色素、酶
二. 光反应阶段
ADP + Pi + 能量 ATP
酶
→
NADP++H++2e-→NADPH
H2O O2+H+
光
→
20世纪40年代，美国科学家卡尔文（M.Calvin，1911-1997）等用小球藻（一种单细胞的绿藻）做了这样的实验，用14C标记的14CO2,供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向，最终探明了CO2中的碳是如何转化为有机物中的碳的。
O2
H+
H2O
ATP
ADP+Pi
酶
NADP++H+
NADPH
光反应
CO2
2C3
C5
(CH2O)
酶
酶
酶
暗反应
（3）物质变化:
（4）能量转化:
（2）条 件：
（1）场 所：
叶绿体基质
多种酶、CO2
CO2的固定：CO2+C5 →2C3
酶
C3的还原：2C3 C5+(CH2O)
酶
ATP、NADPH
ATP和NADPH中的活跃化学能→有机物中稳定的化学能
三. 暗反应阶段
光反应阶段 暗反应阶段（卡尔文循环）
场所
条件
物质变化
能量变化
联系
叶绿体类囊体薄膜上
叶绿体基质
光、色素、酶
有光无光都可，多种酶
光能→ATP、NADPH中活跃的化学能
ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
光反应为暗反应提供ATP和NADPH；
暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+等原料。
H2O O2+H+
光
→
NADP++H++2e-→NADPH
ADP + Pi + 能量 ATP
酶
→
CO2+C5 →2C3
酶
2C3 C5+(CH2O)
酶
ATP、NADPH
四.光反应暗反应比较
判断
植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应。(×)
光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜。(×)
光合作用中ADP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜。(√)
光合作用过程中产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量。(×)
14CO2中C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)。(×)
光合作用受外界因素影响时会引起某些物质的含量发生变化。下列相关分析中正确的是(　　)A．中断CO2供应，会暂时引起C5/C3的比值减小B．中断阳光，会暂时引起C5/C3的比值增大C．中断CO2供应，会暂时引起ATP/ADP的比值增大D．将绿光改为红光，会暂时引起ATP/ADP的比值减小
思考
O2
H+
H2O
ATP
ADP+Pi
酶
NADP++H+
NADPH
光反应
CO2
2C3
C5
(CH2O)
酶
酶
酶
暗反应
简化模型
ATP
ADP+Pi
酶
NADP++H+
NADPH
CO2
2C3
C5
(CH2O)
酶
酶
酶
中断CO2供应
减慢
C3减少C5增多←
减慢
ADP减少ATP增多←
分析
ATP
ADP+Pi
酶
NADP++H+
NADPH
CO2
2C3
C5
(CH2O)
酶
酶
酶
C5减少C3增多
减慢
ATP减少ADP增多→
减慢
中断阳光→
分析
光合作用与能量转化
第三课时 光合作用的影响因素及应用
一.光合作用强度
概念：
简单地说，就是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量
表示方法：
单位时间内制造或产生有机物（糖类）量
单位时间内固定CO2的量
单位时间内产生O2的量
二、探究环境因素对光合作用强度的影响(阅读p105)
实验原理：
抽去圆形小叶片中的气体后，叶片在水中会______，光照下叶片进行光合作用会产生______，充满细胞间隙，叶片又会______；光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上浮的数量______。
下沉
氧气
上浮
越多
0.6cm的打孔器打孔
打出圆形小叶片30片
黑暗保存叶片
叶片置于注射器内
抽出叶片的气体
叶片均分为3组
二、探究环境因素对光合作用强度的影响(阅读p105)
探究环境因素对光合作用强度的影响( 阅读P105)
三只小烧杯中个放入10片圆形小叶片，分别置于强、中、弱三种光照下。
如何设置光照强度呢？
可以用5W的LED灯做光源，利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度
也可以在小烧杯与光源中间加入不同数量的硫酸纸来调节光照强度
强光 中强光 弱光
5min 9片 0片 0片
10min 10片 5片 0片
15min 10片 6片 1片
20min 10片 7片 2片
二、探究环境因素对光合作用强度的影响(实验结果)
实验结论
在一定范围内，随着光照强度的不断增加，光合作用强度不断增强
三、影响光合作用的因素及应用
根据光合作用反应式
影响光合作用的外界因素有
二氧化碳浓度；光照（光照强度、光质）；温度；矿质元素；水分
影响光合作用的内部因素有
酶的种类、数量；色素种类、含量……
1.光照强度
1.光照强度
P105右下角
植物在进行光合作用的同时，还会进行呼吸作用。我们观测到的光合作用指标，如O2的产生量，是植物光合作用实际产生的O2总量吗？
1.光照强度
1.光照强度
A
细胞
线粒体
叶绿体
O2
细胞不进行光合作用，只进行呼吸作用
细胞有氧呼吸所需的氧气全部来自外界
A
O
光照强度
O2释放速率
O2吸收速率
1.光照强度
1.光照强度
A
细胞
线粒体
叶绿体
O2
细胞同时进行光合作用和呼吸作用
光合作用产生的氧气低于有氧呼吸消耗的氧气
A-B
B
O2
有氧呼吸消耗的氧气来源于叶绿体和外界环境
O
光照强度
O2释放速率
O2吸收速率
1.光照强度
1.光照强度
B
细胞
线粒体
叶绿体
O2
光补偿点
细胞同时进行光合作用和呼吸作用
光合作用产生的氧气刚好被有氧呼吸全部消耗
B
O
光照强度
O2释放速率
O2吸收速率
1.光照强度
1.光照强度
细胞
线粒体
叶绿体
O2
C
O2
细胞同时进行光合作用和呼吸作用
光合作用产生的氧气大于有氧呼吸全部消耗的氧气
B
B-C
叶绿体产生的氧气一部分供给线粒体，一部分释放到细胞外
O
光照强度
O2释放速率
O2吸收速率
1.光照强度
1.光照强度
细胞
线粒体
叶绿体
O2
光饱和点
C
O2
细胞光合速率达到最大值
C
O
光照强度
O2释放速率
O2吸收速率
光饱和点之前，限制光合速率的主要因素是
光饱和点之后，限制光合速率的主要因素是
光照强度
CO2浓度等因素
阳生植物和阴生植物光合作用曲线图
1.光照强度
应用：
①适 当 增 加 光 照 强 度 ；
②不 同 植 物 采 取 不 同 光 照；
③套 种 间 作 ，合 理 密 植；
④ 轮 作；
⑤ 温室大棚使用无色透明玻璃。
2.CO2浓度
B点 ：
进行光合作用所需CO2的最低浓度
C点：
CO2补偿点
D点：
CO2饱和点
D点之前，限制光合速率的主要因素是：
CO2浓度
D点之后，限制光合速率的主要因素是：
光照强度等因素
2.CO2浓度
应用：
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。
3.温度
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。
思考：下图是某植物夏日晴朗的一天24h内CO2吸收情况
D-E和F-I曲线下降的原因一样吗？
D-E：
此时温度很高，导致大量气孔关闭，CO2无法进入叶片组织，使光合作用暗反应受到限制
F-I：
光照强度不断减弱
B-D和E-F曲线上升的原因一样吗？
思考：下图是某植物夏日晴朗的一天24h内CO2吸收情况
这一天植物正常生长了吗
如何判断？
计算S1、S2、S3大小
若S2>S1+S3
则植物这一天有机物积累量＞0
植物正常生长
S1
S2
S3
四、化能合成作用
概念
能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。
举例
硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。
光合作用的强度就是指植物在单位时间内通过光合作用积累糖类的数量。(×)
测定光合作用强度大小最简单的方法就是测定单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。(×)
探究实验中，圆形小叶片浮起的原因是叶片进行细胞呼吸产生了CO2。(×)
判断
某生物小组探究影响光合作用强度的因素。将内部气体逸出的小圆形叶片(直径1 cm)各20片放入富含CO2的各大试管中。以白炽灯作为光源，移动白炽灯调节其与大试管的距离，分别在10 ℃、20 ℃和30 ℃下进行实验，观察并记录不同距离下单位时间内上浮的叶片数目，结果如图。下列叙述错误的是　
A．B点条件下叶片不能进行光合作用B．A点、C点的限制因素分别为温度和
光照强度C．若在缺镁的培养液中进行此实验，
则B点向左移动D．光照前，将内部气体逸出的小圆形叶片放黑暗处清水中待用
问题探讨（P97）
靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？
谢谢观看

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