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光合作用和能量转换
一、捕获光能的色素和结构
捕获光能的色素
提取：绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。
01
02
分离：不同的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层液在滤纸上扩散得快，反之则慢，从而使各种色素相互分离。
实验：绿叶中色素的提取和分离
实验步骤
防止溶剂挥发和色素被氧化
防止层析液在滤纸边缘扩散过快，使层析液同步到达滤液细线
实验结果
结果分析
助记方法：胡黄ab
绿叶中的色素有4种，可以归为两类：
3.色素的吸收光谱
将绿叶中的四种色素溶液放在阳光和三棱镜之间，从连续光谱中可以看到不同波长的光被吸收的情况。
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。
因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。
为什么大多数植物叶片呈现绿色？
吸收光能的色素存在于细胞中什么部位？
叶绿体的结构和功能
1.叶绿体的结构
（不参与光合作用的过程）
（含有与光合作用的酶）
（增大膜面积的方式）
二
2.叶绿体的功能
恩格尔曼的实验1
把载有水绵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。可以得出什么结论？
结论：氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
2.叶绿体的功能
恩格尔曼的实验2
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。这又说明了什么？
结论：水绵叶绿体重的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气。
叶绿体的功能：叶绿体是进行光合作用的场所，其中的光合色素主要吸收红光和蓝紫光。
光合作用的原理和应用
1.光合作用的概念：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着能量的有机物，并且释放氧气的过程。
二
2.探索光合作用原理的部分实验
实验一：1937年，希尔的实验
实验思路：施加单一变量进行研究
材料：离体叶绿体
处理：给离体叶绿体悬浮液加入氧化剂，不通入CO2；给予光照
结果：叶绿体有O2释放。
推测：叶绿体中H2O光解产生氧气。
2.探索光合作用原理的部分实验
实验二：1941年鲁宾和卡门的实验
实验结论：光合作用释放的O2来自H20，而不是CO2
2.探索光合作用原理的部分实验
实验三：阿尔农实验1
材料：离体叶绿体
处理：加入ADP、Pi，给予光照
结果：叶绿体生成ATP，且同时水光解产生氧气；
结论：光照下，水光解同时ADP和Pi合成ATP。
2.探索光合作用原理的部分实验
实验四：阿尔农实验2
材料：离体叶绿体
处理：供给ATP、NADPH和CO2，黑暗条件
结果：离体叶绿体中有糖类生成
结论：黑暗条件下，CO2合成糖类需要ATP和NADPH。
2.探索光合作用原理的部分实验
实验五：卡尔文实验1
实验思路：同位素标记14CO2，研究物质转化过程
材料：小球藻
处理：光照、提供14CO2 ；不同时间杀死小球藻，再纸层析分离，最后鉴定放射性物质。
结果：先出现14CO2 ，最后出现14C5、14C6
结论：CO2 → C3 → C6
↓
C5
三碳化合物
其他中间产物
5秒后
60秒后
2.探索光合作用原理的部分实验
实验六：卡尔文实验2
实验现象：如果光照下突然中断CO2供应，C3急剧减少而C5量增加；突然停止光照，C3浓度急速升高而C5的浓度急速降低。
结论：C3与C5之间是相互循环的。
C5
2C3
还原的C3
CO2
（CH2O）
多种酶
卡尔文循环
3.光合作用的过程
（1）光反应阶段
（2）暗反应阶段
④能量变化：ATP、NADPH中活跃的化学能转变成糖类中稳定的化学能。
（3）光反应和暗反应的区别
（4）光反应和暗反应的联系
物质联系：光反应生成的ATP和NADPH供暗反应C3的还原，而暗反应为光反应提供了ADP、Pi和NADP+。
A
能量联系：光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗反应将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。
B
环境条件改变时各物质含量变化分析
光合作用强度及其影响因素
三
1.光合作用强度
概念：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量，也称光合速率。
01
表示方法：单位时间内原料消耗或产物生成的数量来定量表示。
02
真正光合速率：CO2的固定量，O2的产生量，有机物的制造量。
净光合速率：CO2的吸收量，O2的释放量，有机物的积累量。
呼吸速率：CO2的释放量，O2的吸收量，有机物的消耗量。
03
2.光合速率的测定
(1)气体体积变化法
乙装置光照测定值：净光合速率。
甲装置黑暗测定值：呼吸速率。
净光合速率=真正光合速率-呼吸速率
2.光合速率的测定
（2）叶圆片称重法
2.光合速率的测定
（3）半叶法
将植物对称叶片的一半（A）遮光，一半（B）曝光，采用适当方法阻止两部分的物质和能量转移，一定时间后，在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，记为MA、MB。
真正光合速率=MB-MA
2.光合速率的测定
（4）黑白瓶法
将装有水和绿色植物的黑、白瓶同时置于相同深度的水层中，测定单位时间内瓶中溶解氧含量的变化。
真正光合速率=白瓶中氧气增加量+黑瓶中氧气减少量
附：净光合速率和总光合速率的关系图解
仅呼吸作用
光合速率＜呼吸速率
光合速率＝呼吸速率
光合速率＞呼吸速率
3.影响光合速率的环境因素
（1）光照强度
实验：探究环境因素对光合作用强度的影响
实验：探究环境因素对光合作用强度的影响
实验原理
实验：探究环境因素对光合作用强度的影响
实验过程
3.影响光合速率的环境因素
（1）光照强度
A、B、C点的含义？
A点:呼吸速率
B点:光补偿点，光合速率=呼吸速率。
C点：光饱和点，表示植物达到最大光合速率所需的最低光照强度。
3.影响光合速率的环境因素
（2）CO2浓度
A点：CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度。
A′点：表示进行光合作用所需的最低CO2浓度。
B、B′点：表示CO2饱和点，限制因素是光照强度、温度、酶的数量等。
3.影响光合速率的环境因素
（3）温度
①温度通过影响酶的活性来影响呼吸速率。
②应用：温室栽培中，冬天适当升温，夏天适当降温。白天调至光合作用最适温度，以提高光合速率。晚上适当降温，以降低呼速率，增加有机物的积累。
3.影响光合速率的环境因素
（4）水
①缺水会导致叶片气孔关闭，致使CO2供应不足而影响光合速率。
②实例：夏季中午，温度过高，蒸腾作用过强，气孔关闭，导致CO2供应不足。
3.影响光合速率的环境因素
（5）矿质元素
①A点：表示植物进行光合作用所需矿质元素（如K、Mg等）的最低浓度。
②B点：表示矿质元素的饱和点。超过B点，随矿质元素浓度的增加，植物的光合速率因土壤溶液浓度过高而下降。
谢谢！

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