资源简介

(共50张PPT)
光合作用与能量转化
捕获光能的色素和结构 光合作用的原理和应用
植物工厂
2: 为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件
影响光合作用的因素很多，既有植物本身的因素，又有
外界因素的影响。 二氧化碳浓度、营养液成分、温度都
对植物的光合作用有影响。
1:靠人工光源生产蔬菜有什么好处
自然光源不可控制，当自然环境中光照不足
时，植物的光合作用就会受到影响从而导致 减产，人工光源的强度和色光均是可控的可 以根据植物的生长情况调整
捕获光能的色素
捕获光能的色素
高等植物而言， 叶 片是光合作用 的主要器官
为什么白化苗不能正常生长
缺少色素不能正常进行光合作用
分离：各种色素在层 析 液中 的溶 解 度不同，溶解度越高
在层析纸上的扩散速度越快
2:实验方法： 过滤法、 纸层析法
捕获光能的色素
探究.实践：
思考：可用什么替代无水乙醇
提取：绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中
绿叶中色素的提取与分离
1:实验原理：
捕获光能的色素
3:实验步骤：
(1)提取色素
及时用棉塞将 试管口塞严
+无水乙醇，研磨
+SiO +CaCO
过滤
剪碎
画：在距离底端1cm 处用铅笔画细线
画：用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀 的画出细线，待滤液干后， 再 重 复1-2次
分离：将滤纸条有滤液细线的一端朝下插入层
析液中随后用棉花塞紧试管口
制备滤纸条
3:实验步骤：
(2)分离色素(纸层析法)
剪：干燥的定性滤纸剪去两 角
铅笔细线
剪两角
捕获光能的色素
干燥的滤纸条
分离： 将滤纸条有滤液细线的一端朝下插入层 析液中随后用棉花塞紧试管口
注意： 不得将滤液细线触及层析液
3:实验步骤：
(2)分离色素(纸层析法)
分离绿叶中色素的
实验装置
1.层析液液面
2.滤液细线
捕获光能的色素
胡萝卜素
叶 黄 素
叶绿素a 叶绿素b
捕获光能的色素
3:实验结果：
溶解度：胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a> 叶绿素b
含量：叶绿素a> 叶绿素b> 叶黄素>胡萝卜素
胡萝卜素'
叶黄素
-叶绿素a
叶绿素b
类胡萝卜素(1/4)
捕获光能的色素
叶绿素(3/4)
3:实验结果：
绿叶中的色素主要吸收( 红光、蓝紫光 ( 绿光 )吸收少
捕获光能的色素
4种色素对光的吸收有何差别
红光区、蓝紫光区出现了暗带
) , 对
光谱
胡萝卜素和叶黄素主要
吸 收 ( 蓝紫光
叶绿素a与叶绿素b吸收
蓝紫光、红光
色素的功能： 吸收、传 递、转化光能
波长/nm
图5- 12 叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱
捕获光能的色素
吸收光能的百分比/%
100
为什么夏天树叶绿 而秋天叶子黄
捕获光能的色素
胡萝卜素
C、H
叶黄素
C、H、O
叶绿素a
C、H、O、 N、Mg
叶绿素b
C、H、O、 N、M g
捕获光能的色素
影响叶绿素合成的因素： 光照、温度、必需元素 (N 、Mg 等 必需元素)
1881年恩格尔曼实验
1:为什么要放在没有空 气的小室中
2:该实验有何巧妙之处
2:该实验的结论
叶绿体能吸收光能用于
光合作用放氧
捕获光能的色素
波长/nm
恩格尔曼第二个实验的示意图
叶绿体主要吸收红光和 蓝紫光
捕获光能的色素
仅靠恩格尔曼水绵实验能得出： 叶绿体是光合作用的场所这一结论吗
仅证明叶绿体吸收光能能产生氧气，不能证明光
合作用其他产物在叶绿体，所以不能证明叶绿体
是光合作用的场所
1954年科学家才证明叶绿体是光合作用的场所
捕获光能的色素
双层膜
基质： DNA、RNA、 核
糖体、酶
内膜中有
基粒：类囊体堆叠
(增大内膜面积), 含色素、酶
外膜
膜间隙-
内膜
基质
基粒
类囊体
基质类囊体
类囊体腔
捕获光能的色素
叶绿体的结构适于进行光合作用
基粒
基质类囊体
1g菠菜叶片中的类囊体总面积有60m
结构
类囊体
万物生长靠太阳
光合作用的原理
和应用
光合作用的原理
1:概念：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释放氧气的过程。
1:叶绿体如何将光能转化为化学能
2:光合作用生成的氧气来源于水还是二氧化碳
2:过程：
19世纪末，科学界普 遍认为在光合作用中， CO 分子和0被分开，
O 被释放， C与H O结 合成甲醛，甲醛分子 缩合成糖。
光合作用的原理
探索光合作用的实验
1928年科学家发现甲醛对植物有毒害作用，且 甲醛不能通过光合作用转化为糖

CO
C+H O
多个
(CH O)
缩合
想我死也 不必用甲 醛吧!!
H H
甲醛
O
1937年植物学家希尔实验
研磨过滤 高 铁 盐 低铁盐 遮光
4Fe++2H,O
(有H O, 无CO )
b. 叶绿体滤液
(叶绿体有气泡产生)
c. 叶绿体滤液
(叶绿体无气泡产生)
探索光合作用的实验
结 论 ：水的光解可以产生氧气
光合作用的原理
4Fe ++4H++O,
光
叶绿体
a. 绿叶
光合作用的原理
探索光合作用的实验
1:希尔实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中 的氧元素全部来自水
不能，可能有其他含氧元素的供体
2:希尔实验能否说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应
能，糖的合成需要二氧化碳而该反应无
二氧化碳
探索光合作用的实验
1941年鲁宾和卡门同位素示踪法
结论： 光合作用产生的氧气来源于水
光合作用的原理
1802
02
光合作用的原理
探索光合作用的实验
1954年阿尔农实验
材料：离体的叶绿体
处理：无C02, 有光照的条件下加入ADP、Pi
结果；叶绿体可合成ATP, 同时水光解产生氧气
结论： 光照下，水的光解伴随着ATP的生成
依据是否需要光能
光反应(第一 阶段)
暗反应(第二阶段又称碳反应)
光合作用的过程
光合作用的原理
外膜
基质
能量变化： 光能变为储存在ATP 与NADHP 中化学能
H O
水在光下分解 +
光 能 、 叶绿体中
的色素
场所： 类囊体薄膜
光合作用的原理
ATP
酶
ADP+Pi
NADPH
NADP+
光反应
光合作用的原理
卡尔文实验(放射性同位素标记法)
提取溶液中的物质， 纸层析分离这些物
质
放射性显影确定放 射性位置
结论： 14CO 中的放射性14C先 出现在C 再出现在14C 、14C
给小球藻通入14C标
记的4CO , 光下培
再溶解，化学分析
表明是3-磷酸甘油
酸 (C )
杀死细胞，终止光
合
缩短时间为5s取样
光合作用的原理
H O
水在光下分解 +
光能、 叶绿体中
的色素 ATP
ADP+Pi
光反应
场所： 类囊体薄膜
能量变化： 光能变为储存在ATP与 NADHP 中活跃化学能
(CH O)
暗反应
场所： 叶绿体基质
能量变化： 储存在ATP 与NADPH 中
活跃化学能变为有机物中稳定化学
NADPH
NADP
酶
多种酶
C3的还原
基质 基粒 内膜 外膜
8的固定
反应阶段 光反应 暗反应 反应部位 叶绿体类囊体的薄膜上 叶绿体基质 反应条件 叶绿体色素、酶、光能 NADPH、ATP、酶 物质变化 ADP+Pi+能量 NADP++H++2e- ATP NADPH ATP 酶 NADPI
2C
(CH20)+
能量变化 光能→ATP和NADPH中活跃的化学能 活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 产 物 NADPH、ATP、0 ADP、Pi 、 (CH O)、C 联系 光反应为暗反应提供ATP、NADPH,暗反应为光反应提供ADP、Pi、 NADP+;二者相互依存，相互制约；没有光反应，暗反应不能进行； 没有暗反应，光反应也不能长时间进行。 光合作用实质 合成有机物，储存能量
光反应和暗反应的比较：
制造或产生有机物(糖类)量
固定或者利用CO 的量
产生O 的量
1. 光 合 作 用强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
光合作用强度的表示方法：
(单位时间内光合作用)
光合作用的原理的应用
思考：能否测量出光合作用强度
—
探究环境因素对光合作用强度的影响
实验步骤：
②将圆形小叶片置于注射器内，使叶片内气体逸出
光合作用的原理的应用
避免光合作用产生O2,使叶片上浮
④取3只小烧杯，分别倒入富含CO 的清水(1%~2%的NaHCO 溶液) 保证CO, 饱和
探究环境因素对光合作用强度的影响
实验步骤：
③将处理过圆形小叶片放入清水中， 黑暗保存
光合作用的原理的应用
探究环境因素对光合作用强度的影响
实验步骤：
⑤ 向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片，分别置于强、中、 弱光下 (光照强弱可通过调节台灯与实验装置间的距离来决定)
光源会产生热量，导致温
度不同，所以为了保证单一变 量，应该加一个盛水玻璃柱， 排除温度对实验结果的影响。
⑥观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量。
光合作用的原理的应用
探究环境因素对光合作用强度的影响
叶片浮 起数量
中
光合作用的原理的应用
(6)实验现象及结果：
叶片浮 起数量
叶片浮 起数量
弱
丙
强
中
甲
烧杯 光源 距离 光照强度
叶片上浮数量
1 40W 5cm 强
2 40W 30cm 中
中
3 40W 50cm 弱
少
(7)实验结论：
在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增加而增强
光照强度
探究环境因素对光合作用强度的影响
(6)实验现象及结果：
光合作用的原理的应用
0
CO
光合作用产生的02=释放到空气中的02+呼吸作用消耗的O
光合作用消耗的CO = 吸收到空气中的CO + 呼吸作用产生的CO
思考：实验所测是否为叶片实际光合作用强度
光合作用的原理的应用
光合作用的原理的应用
总 光 合 速 率 = 净 光 合 速 率 + 呼 吸 速 率
黑暗下CO 的释放量
O 的消耗/利用量(黑暗下O 的吸收量)
有机物的消耗量
CO 的消耗/固定
O 的产生/生成量
有机物的产生/制造量
CO 的吸收量
O 的释放量
有机物的积累/剩余量
净光合
总光合
呼吸
植物达到光合速率等于呼吸 速率时，所对应的光照强度。 光饱和点：
植物达到最大光合速率所需 要的最小光照强度
B. 光饱和点
光补偿点 C' 光照强度
呼吸速率
A:光合作用为0,只进行呼吸作用 C点后限制因素CO 、 温度等
C 光合作用强度达到最大值，达到饱和 光补偿点：
AB段： 光合<呼吸 BC段： 光合>呼吸
光合作用的原理的应用
影响光合作用强度的因素
光合作用 强度=呼吸 作用强度
总(真) 光合速率
1.光照强度
净光合 速率
0
A
CO2
释放量
吸收量
CO2
应用
1.适当提高光照强度 2.延长光合作用时间 3.合理密植—增加光 合作用面积
4.间作(几种作物同
时期播种)、套种(几 种作物不同时期播种) 5.温室大棚使用无色 透明玻璃
6.补光---红光和蓝紫 光
吸速率)
D' 点 ：CO,饱和点 (光合作用强度不再随
CO 浓度增加而增加)。
D点之后光合速率的限制因素有哪些
外因：主要为光照强度和温度；
内因：酶的数量和活性。
应用：①多施有机肥或农家肥；②温室栽培植物时还可使用CO 发生
器等；③正其行，通其风。
B点：进行光合作用所需CO 的最低浓度
C点： CO, 补偿点 (光合作用速率=细胞呼
光合作用的原理的应用
影响光合作用强度的因素
2.CO 浓 度 ：
最适温度下植物光合作用最大，植
物体内的酶最适温度在40~50℃之间。
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，提高作物产量
③植物“午休”现象
光合作用的原理的应用 影响光合作用强度的因素
3. 温 度 ：
N: 光合酶及NADP+和ATP的重要组分
P:NADP+ 和ATP的重要组分
K: 促进光合产物向贮藏器官运输
Mg: 叶绿素的重要组分
应用：合理施肥
矿质元素浓度 A
☆土壤中矿质元素浓度 过高会导致植物渗透失 水而萎蔫。
影响光合作用强度的因素
4.矿质元素：
光合作用的原理的应用
光合作用强度
②水是体内各种化学反应的介质
③水直接影响气孔的开闭，间接影响CO 进入
AB: 随光照强度增大，光合作用强度不
断增大。
C点：温度过高，为减少蒸腾作用，气
孔关闭， CO2供应不足，光合速率下降， 出现“午休”现象。
DE: 随光照强度减弱，光合作用强度
影响光合作用强度的因素
①水是光合作用的原料
光合作用的原理的应用
5 、 水
0
(教材P106)
应用：预防干旱 合理灌溉
光合作用强度
不断减小。
阳生植物：在强光环境中生长发
育健壮，在阴蔽或弱光条件下生 长发育不良的植物。
阴生植物：在较弱的光照条件下
CO2 能够生长良好的植物叫阴生植物。
阳生植物的光补偿点和光饱和点都比阴生植物大
光合作用的原理的应用 影响光合作用强度的因素
6.内部因素1:阳生、阴生植物
在一定的范围内，随叶面
积不断增大，光合作用强度不 断增加， 超过一定范围后，光 合作用强度不再增加。当叶面 积增加到一定限度后，呼吸作 用加强，净光合产量反而下降。
光合作用的原理的应用 影响光合作用强度的因素
6、 内部因素2:叶面积指数
(单位土地面积上，植物的总叶面积)
应用：适当修苗，合理施肥、浇水，避免枝叶徒长，封行过早。温室栽培
植物时，可通过合理密植来增加光合作用面积
物质量
A B
(
老
叶龄
在一定范围内，随幼叶的不
断生长，叶面积不断增大，叶绿 体不断增多，叶绿素含量不断增 加，光合作用强度不断增加。
应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶保证植物及时换新
叶，同时可降低其呼吸作用消耗有机物
光合作用的原理的应用 影响光合作用强度的因素
6. 内 部 因 素 3 : 叶 龄
光合作用强度
成熟
幼
1)
0
CO 浓度
水(原料/气孔/介
髡照强度
温度(影响酶/气孔)
矿质元素(组成/运输)
内部因素
光合作用的原理的应用
影响光合作用强度的因素
END

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