资源简介

5.4 光合作用与能量转化学案（第二课时）
一、光合作用：
1 、概念：指绿色植物通过 ，利用 ，把 和 转化成储存着能量的 ，并
且释放出 的过程。
2 、反应式：
3 、实质：合成 ，储存
二、光合作用的原理
思考：光合作用释放的 O2 ，是来自水还是 CO2 呢？
资料 1： 甲醛学说
资料 2：希尔反应
1.本实验能不能说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？
2. 本实验能否说明光合作用产生的 O2 中的 O 全部来自水？
3. 如何证明光合作用产生的 O2 中的 O 是否全部来自水？
资料 3：鲁宾和卡门实验
1 、实验结论是什么？
2 、如何检测 18O2 与 O2 的区别？
思考：光反应除了水的光解，还发生了什么？
资料 4：1954 年，美国科学家阿尔农在给叶绿体照光时发现，在无 CO2 的离体叶绿体溶液中加入 ADP、
Pi 、氧化型辅酶Ⅱ（NADP+ ），体系中产生 ATP 和 NADPH ，且这一过程总是与水的光解相伴随。
1 、光反应除了水的光解，还发生了什么？
2 、光反应需要什么条件？场所在哪里？
3 、光反应过程是怎样的？
4 、NADPH（还原型辅酶 II）的作用是什么？
思考：CO2 是如何变为（CH2O) 如何追踪？
资料 5：卡尔文实验 1：20 世纪 40 年代，美国科学家卡尔文(M. Calvin)用 14C 标记的 14CO2 供小球藻进行
光合作用，追踪放射性 14C 的去路。
①向反应体系中充入一定量的 14CO2 光照 30 秒后检测产物，检测到了多种带 14C 标记的化合物。
②将光照时间逐渐缩短至几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物(C3)中。
③在 5 秒钟的光照后，卡尔文等同时检测到了含有放射性的五碳化合物(C5)和六碳糖(C6)。
1 、C 的转移途径是什么？
资料 6：卡尔文实验 2：①在光照下 C3 、C5 的浓度很快达到饱和并保持相对稳定。
②在光照下突然中断 CO2 供应，C5 就积累起来，C3 的浓度急速降低；突然停止光照时，C3 的浓度急速升
高，同时 C5 的浓度急速降低。
1 、CO2 的受体是什么物质
2 、光反应产生的 NADPH 和 ATP 用于暗反应哪一步
3 、暗反应过程是怎么样的？
4 、场所在哪？需要什么条件
总结：
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 ①物质联系：光反应为暗反应提供 ，暗反应为光反应提供 。 ②能量关系：光反应产生的 中活跃的化学能转化为暗反应 中的稳定化学能。
1 、从物质变化和能量转化的角度分析光合作用。
（1）在光反应阶段，光能被叶绿体内类囊体膜上的 捕获后，将水分解为 和 等，
形成 和 ,于是光能转化成 和 中的化学能；
（2）ATP 和 NADPH 驱动在 中进行的暗反应，将 转化为储存化学能的 。
（3）可见光反应和暗反应紧密联系， 与 密不可分。
2 、光合作用的意义是什么？
（1）供植物体自身利用；（2）供养所有 生物，光能通过驱动 而驱动生命世界的运转。
3 、光合作用的 2 个循环圈：ADP 和 转化的循环以及 NADP+和 转化的循环。
4 、叶肉细胞产生 ATP 的场所：
叶绿体产生的 ATP 去向：
5 、没有叶绿体就无法光合作用吗？
6 、O2 扩散出该细胞至少跨膜几层？去该细胞内的线粒体发生反应呢？
细胞间隙的 CO2 进该细胞发生反应至少跨膜几层？该细胞线粒体内的 CO2 呢？
7 、 C3 、C5 、ATP 、NADPH 含量变化规律
NADPH ATP C3 C5
CO2 浓度不变，光照减弱
光照不变，CO2 浓度变弱
8 、总反应式：
（1）C 、H 、O 原子的转移途径：
C:
H:
O:
（2）再看光合/呼吸的实质：光合作用 有机物， 能量；呼吸作用 有机物， 能量。 （3）CO2 ：通过 从外界吸收，因而受气孔开闭的影响。且固定 CO2 的酶活性有限，CO2 浓度太低
则光合作用不发生。
【科学前沿】细胞能量不足，是组织衰老和退行性疾病的关键原因，2022 年 12 月 7 日，中国的几位科学 家将提取纯化出的类囊体进行包装后转入动物细胞中，产生的 ATP 和 NADPH 对抗衰老及退行性骨关节
炎疾病有良好的疗效。(
小圆形叶片
) (
富含
CO
2
的清水
) (
光照强度
) (
叶片浮起数量
) (
1
) (
10
片
) (
20
mL
) (
强
) (
2
) (
10
片
) (
20
mL
) (
中
) (
3
) (
10
片
) (
20
mL
) (
弱
)
5.4 光合作用与能量转化学案（第三课时）
三、光合作用原理的应用
1、光合作用强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造 的数量。即光合速率，也可用单位时
间内 CO2 消耗量或 O2 产生量或有机物产生量来表示。
2、实验：探究环境因素对光合作用强度的影响
（1） 自变量：光照强度，可用不同 的灯或同瓦数不同 来表示。也可探究 CO2 浓度，用吹
气量或 的浓度来表示，但要控制其浓度，防止浓度过高，细胞失水死亡。
（2）因变量：单位时间小圆形叶片 的多少
（3）方法步骤：
①取生长旺盛的绿叶，用直径为 0.6cm 的打孔器打出圆形小叶片 30 片(避开 )。
②将圆形小叶片置于注射器内。注射器内吸入清水，待排出注射器内残留的空气后，用手指堵住注射器 前端的小孔并缓慢地拉动活塞，使圆形小叶片内的 。这一步骤可能需要重复 2—3 次。处理过的
小叶片因为细胞间隙充满了 ，所以全部沉到水底。
③将处理过的圆形小叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。
④取 3 只小烧杯，分别倒入富含 CO2 的清水（CO2 可事先通过 的方法补充或 1%—2%的 溶液）
向 3 只小烧杯中各放入 10 片小圆形叶片。
⑤分别对这 3 个实验装置进行 三种光照。
⑥观察并记录相同时间各实验装置中小圆形叶片浮起的 ，或上浮相同数量的小圆形叶片各实验装
置所用 。
（4）实验结果：
（5）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 。
四、影响光合速率的因素
（一）内因：
（1）酶：种类、数量
（2）色素：种类、数量
（3）叶龄： OA：叶面积 ，叶绿体和叶绿素都
①原理 AB：叶面积不变，光合速率
BC:叶绿素被
②应用：农作物、果树管理后期，适当摘除 。
（二）外因：光、温、水、气、肥
1 、光
光源： /补光： 光
(
温室大棚
:
（填颜色）膜
eg
一年多作
/
夜间补光
（同时期
ab
间行种植）
/
套种（
a
生长后期种植
b
）
)光质：主要吸收红、蓝紫光
光照时间：延长光照时间增产，
光照面积：合理密植增产/间作
光照强度：影响 反应
A：
B： 点（植株光合速率=呼吸速率）
叶肉细胞：光合速率 呼吸速率）
(
①
)AB：光合速率 呼吸速率
C：光合速率 （限制因素为 ）
BC：光合速率 呼吸速率
D： 点（光合速率最大时的 光照强度）
呼吸速率：全程 （应用：温室大棚夜间 ）
②光照强度的其他曲线
3：温度下降，呼吸速率 ，放 CO2
6：开始光合作用
8：光合速率 呼吸速率
12：光合速率
14:午休现象
（温度太高部分 关闭， 供给不足）
16：气孔完全打开，但 不足
18：光合速率 呼吸速率
20：只 ，光合停止
光合时间：
有机物积累速率最大：
有机物积累量最大：
0~8/18~24：光合速率 呼吸速率，大棚 CO2 增加
8~ 18：光合速率 呼吸速率，大棚 CO2 减少
8/18：光合速率 呼吸速率
24：判断植物能否正常生长
（2）温度：影响
(3)水：反应物/生成物/介质
2、气：CO2 是反应物
5、肥：无机盐
AB：CO2 浓度 ，光合作用不发生
BC：光合速率 呼吸速率
C： 点（植株光合速率=呼吸速率）
C 以后：光合速率 呼吸速率
D：光合速率
E： 点（光合速率最大时的 CO2 浓度）
A：能光合作用的 CO2 的量
B：光合速率
C: 点
①原理：光合作用的产物糖类会进一步添加元素转化成其他物质， 如蛋白质、核酸、磷酸、色素等，消耗了光合作用的产物，促进光 合作用的发生。
②有机肥 VS 化肥？微生物呼吸作用将有机肥分解产生能量自用，但 CO2+无机盐可以供给植物利用；化肥只能提供无机盐（土壤板结）
五、光合作用与细胞呼吸的比较分析
1、区别
光合作用 有氧呼吸
物质变化
能量变化
实质
场所
条件
2、联系
③植物生长状态判断
4、辨析真正(总)光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
检测指标 CO2 O2 有机物
呼吸速率 线粒体 CO2 (m1)； 黑暗时细胞(植物体)释放 CO2 量 线粒体 O2 量(n1)； 黑暗时细胞(植物体)吸收 O2 量 有机物(葡萄糖) 量
净(表观)光合 速率 细胞(植物体) 的 CO2 量(m2) 细胞(植物体) 的 CO2 量(m2) 植物(叶片) 的 有机物(葡萄糖)量
真正（总/实 际）光合速率 叶绿体 CO2 量 叶绿体 O2 量 植物(叶绿 体) 的有机物(葡萄糖)量
总光合速率= 速率+ 速率
5、光合速率的测定
（1）光照下乙装置：
左移：光合速率 呼吸速率
右移：光合速率 呼吸速率
不移：光合速率 呼吸速率
（2）测定：净光合速率=光照下单位时间 装置液滴移动的格数（校正）
（4）总光合速率无法直接测出，可以计算：总光合速率=净光合速率+呼吸速率
（5）测定：呼吸速率=黑暗下单位时间 装置液滴 移格数（校正）
六、化能合成作用
1、定义：能够利用体外环境中的某些 氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。
2、生物：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌
3、原理(
)
)
5.4 光合作用与能量转化学案（第一课时）
一、捕获光能的色素
生物圈维持运转的基础是太阳能的 、 、 ；唯一能捕获、转化光能的生物学途径
是 ，它是地球上最重要的化学反应。
（一）绿叶中色素的功能： 。
（二）绿叶中色素的种类：
【实验】绿叶中色素的提取和分离
step1.色素提取
.原理：色素易溶于有机溶剂无水乙醇中（脂溶性）
.步骤：
(
新鲜的菠菜叶（提供色素，剪去
，剪碎
）
)取
(
研磨
) (
研磨需
、
)1 、石英砂（SiO2 ，充分 ）
2 、碳酸钙（防止 ）
3 、无水乙醇（ 色素）
1 、 层 布
过滤
2 、用 将试管口塞严
step2.色素分离
叶绿体中的各种色素在层析液中 不同，溶解度高扩散速度 。
(
层析液（
20
份石油醚：
2
份丙酮：
1
份苯
/
有毒且易挥发；作用是
）
).原理
.步骤：
制备滤纸条： 滤纸下端剪去两角，1cm 处铅笔画细线
画：用 管
(
划线
)按压：用
重复：增加 浓度（干后）
容器： +棉塞 or 烧杯+
分离色素
注意：不能让 触及层析液，否则 溶于层析液中，无法沿滤纸扩散。
.方法： 法
总结：
1 、绿叶中色素的种类：
(
（
色）
（
色）
)叶绿素（含量约为
绿叶中的色素
（ 色）
（含量约为 ）
（ 色）
2、含量最多的色素是 ，含量最少的色素是 ，扩散最快的色素是 ， 扩散最慢 的色素 是 ， 溶解度最大 的色素 是 ， 溶解度最 小 的色素
是 。
3 、影响叶绿素合成的因素： 、 、 。、
4 、色素的元素组成：叶黄素 ；胡萝卜素 ；
叶绿素 a ；叶绿素 b 。
5 、异常实验结果分析
（1）萎焉/晒干的绿叶效果好吗？
（2）无叶绿素 a/b 的原因可能是什么？
（3）4 条均很淡的原因可能是什么？
（三）色素对光吸收的差别：叶绿素主要吸收 和 ，类胡萝卜素主要吸收
。虽然 4 种色素吸收的光波长有差别，但都可用于光合作用。
PS：
1 、在色素溶液与阳光之间，放置一块三棱镜。阳光是由不同 的光组合成的复合光，在穿过三
棱镜时，不同波长的光会 ，形成不同 的光带，称为光谱。
2 、分别让不同 的光照射 溶液，就可以得到色素溶液的吸收光谱。
3 、光是一种 。可见光的波长是 nm 。不同波长的光颜色不同。波长小于 400nm 的光 是 光，波长大于 760 nm 的光是 光。一般情况下，光合作用所利用的光都是 光。
4 、新鲜叶片呈现绿色的原因是什么？
5 、植物工厂为什么不用发绿光的光源？补充光源应选何种光？
6 、温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜？
7 、秋天银杏叶变黄的原因是什么？
8 、秋天枫叶变红色的原因是什么？
9 、细胞中的色素有两种：光合色素是 性，液泡中的色素是 性。
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
1 、光学显微镜下叶绿体一般呈扁平的 形或 形； 显微镜下可看到叶绿体的内部结构。 2 、叶绿体的结构：叶绿体由 层膜包被，内部有许多 。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结 构堆叠而成，这些囊状结构称为 。吸收光能的 就分布在类囊体的薄膜上。基粒与基粒之间
充满了 。每个基粒都含有两个以上的 ，多的可达 100 个以上。叶绿体内有如此众多的基粒
和类囊体，极大地扩展了 。
3 、叶绿体的功能：是 的场所。
【思考讨论】书 p100 页
1 、为什么选水绵？
2 、为什么选需氧细菌？
3 、为什么将装片放在没有空气的小室中？
4 、为什么在黑暗中用极细光束照射水绵？
5 、为什么把水绵暴露在光下？
6 、实验 1 结论是什么？
7 、实验 2 中，为什么需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域？
8 、仅依据这 2 个实验能否得出“ 叶绿体是光合作用的场所”这一结论？
10 、结合资料 2 能否得出上题结论？
总结：
1 、在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的 分子，在类囊体膜上和叶绿体基质中，
还有许多进行光合作用所必需的 。这是叶绿体捕获光能、进行光合作用的 。
2 、【问题探讨】书 p97 页
（1）靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
（2）为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？

展开更多......

收起↑