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(共43张PPT)
光合作用与能量转化
你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。
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？
避免由于自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而造成的减产。
二氧化碳浓度、营养液和温度是影响植物生长的重要外部条件
问题探讨
捕获光能的色素与结构
捕获光能的色素和结构
正常苗
白化苗
能进行光合作用制造有机养料。
不能进行光合作用，无法制造有机养料。
证明：植物正常生长需要光能，而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、进行绿叶中色素的提取和分离
2、探究绿叶中含有几种色素
绿叶中色素的提取与分离
实验目的
1.提取的原理
2.分离的原理
叶绿体中的色素属于脂溶性色素，不溶于水，易溶于有机溶剂，因此可用无水乙醇等有机溶剂来提取。
实验原理
各种色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，于是不同色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。
一、捕获光能的色素
（纸层析法）
实验步骤
1、提取色素
称取5 g 新鲜绿叶，剪碎置于研钵中
加入少许二氧化硅和碳酸钙，再放入10 mL无水乙醇，迅速、充分地进行研磨。
SiO2
二氧化硅:
有助于研磨得充分，便于色素的释放
CaCO3
碳酸钙:
防止研磨中色素被破坏
无水乙醇
一、捕获光能的色素
将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤，收集滤液、封口
单层
尼龙布
1、提取色素
实验步骤
一、捕获光能的色素
（纸层析法）
制备滤纸条
剪去两角，画铅笔细线
铅笔线
实验步骤：
2、分离色素
防止层析液在边缘扩散过快，使色素在滤纸上扩散均匀
笔墨中的色素会也能随层析液扩散，污染从绿叶中提取的色素
一、捕获光能的色素
（纸层析法）
实验步骤：
2、分离色素
画滤液细线
滤液细线
细、齐、直
重复2~3次
使分离的色素带平整、不重叠
积累更多的色素，使分离出的色素带清晰
一、捕获光能的色素
分离色素
滤液细线不能没及层析液
（纸层析法）
实验步骤
2、分离色素
防止色素溶解在层析液中，导致实验失败观察不到色素带
一、捕获光能的色素
过程 操作内容 操作目的
提 取 色 素 材料 叶片要新鲜、深绿 使滤液中色素含量高
试剂 二氧化硅 利于绿叶的充分研磨
碳酸钙 防止研磨过程中色素被破坏
无水乙醇 溶解色素
关键 步骤 研磨要迅速、充分 提取较多色素、防止溶剂挥发
盛滤液的试管口加棉塞 防止溶剂挥发
用单层尼龙纱布过滤而不用滤纸 防止色素吸附在滤纸上
分 离 色 素 试剂 层析液 分离色素
关键 步骤 滤纸条的一端剪去两角 防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快
滤液细线重复画若干次，且要求细、直、齐 使分离的色素带清晰
滤液细线不能触及层析液 防止色素溶解到层析液中
胡萝卜素
（橙黄色）
叶黄素
（黄色）
叶绿素a
（蓝绿色）
叶绿素b
（黄绿色）
类胡萝卜素
叶绿素
（3/4）
（1/4）
实验结果
1、色素带的位置说明什么问题？
2、色素带的宽窄说明什么问题？
一、捕获光能的色素
含量：叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素
溶解度：胡萝卜素>叶黄素叶绿素a>叶绿素b
阳光是由不同波长的光组成组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。
分别让不同颜色的光照射色素溶液就可以得到色素溶液的吸收光谱。
绿叶中色素的作用：吸收光能
图：自然光通过三棱镜
图：自然光经过色素提取液后通过三棱镜
现象：光屏出现明显的色光带
现象：色光带变暗，且蓝紫光和红光大部分被吸收
光合作用与能量转化(共80张PPT)
一、捕获光能的色素
叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光
四种光合色素对光的吸收有什么差别呢？
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
（不吸收红光）
一、捕获光能的色素
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
1.形态结构：
一般呈扁平的椭球形或球形。
膜
外膜
内膜
基粒
构成：
由囊状结构的类囊体堆叠而成（增大膜面积）
成分：
含与光合作用有关的色素和酶
基质：
含少量 DNA、RNA、与光合作用有关的酶
2.功能：
进行光合作用的场所。
3.叶绿体功能的实验验证
（1）实验过程及现象
恩格尔曼实验一：
结论：
叶绿体能吸收光能进行光合作用。叶绿体光合作用放出O2。
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
恩格尔曼实验二：
结论：
叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光。
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
1.下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述，正确的是(　　)
A．应该在研磨叶片后立即加入CaCO3，防止酸破坏叶绿素
B．即使菜叶剪碎不够充分，也可以提取出4种光合作用色素
C．为获得10 mL提取液，研磨时一次性加入10 mL乙醇研磨效果最好
D．层析完毕后应迅速记录结果，否则叶绿素条带会很快随溶剂挥发消失
B 　
2.下列关于高等植物细胞内色素的叙述，错误的是（ ）
A.所有植物细胞中都含有4种色素
B.有些植物细胞的液泡中也含有色素
C.叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收光能
D.植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两大类
A 　
练习
光合作用的原理和应用
2、光合作用反应式：
CO2 + H2O
光能
叶绿体
（CH2O)+ O2
1、光合作用的概念：
绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
注：（CH2O）表示糖类，
光合作用产物一部分是淀粉，一部分是蔗糖.
一、光合作用的原理
3、探索光合作用原理的部分实验
(1)19世纪末：
CO2
O2
C+ H2O
（CH2O）
甲醛
缩合
甲醛对植物有毒害作用，甲醛不能通过光合作用转化为糖。
(2)1937年 希尔：
H2O
离体叶绿体
光能
O2
水光解产生氧气的化学反应称为希尔反应
希尔的实验是否说明氧气与糖的生成不是同一个化学反应？
能。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬得液中有H2O，没有CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。
(3)1941年，鲁宾和卡门：
同位素示踪法
结论：光合作用产生的O2来自于H2O，不来自CO2。
光照射下的
小球藻悬液
CO2
H2O
C18O2
H218O
18O2
O2
甲组
乙组
(4)1954-1957年，阿尔农：
在光照下，叶绿体可合成ATP，且此过程总是与水的光解相伴随。
(5)20世纪40年代, 卡尔文：
光照射下的
小球藻悬液
14CO2
H2O
O2
（14CH2O）
同位素示踪法
(14CH2O)
14CO2
CO2中的C在光合作用中转化成有机物中的C的途径称为卡尔文循环。
4、光反应阶段和暗反应阶段
上述实验表明，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。根据是否需要光能，化学反应可以概括地分为光反应和暗反应两个阶段。
光反应阶段：
必须有光才能进行。
暗反应阶段：（碳反应/卡尔文循环）
有没有光都可以进行。
光反应阶段
类囊体薄膜上
水的光解：
H2O O2+NADPH(供还原剂、供能)
光能
ATP的合成：
ADP＋Pi ＋能量 ATP
酶
场所：
物质变化：
能量变化：
光能转变为活跃的化学能储存在ATP和NADPH中。
类囊体薄膜上
的色素分子
可见光
ATP
H2O
O2
NADP+
酶
吸收
光解
H+
NADPH
ADP+Pi
暗反应阶段
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3的还原：
ATP、NADPH
场所：
物质变化：
能量变化：
叶绿体基质中
ATP、NADPH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
卡尔文循环
CO2 → C3 → (CH2O)
ADP+Pi
ATP
NADP+
C5
2C3
多种酶
(CH2O)糖类
CO2
固定
还原
酶
NADPH
酶
能量
能量
叶绿体类囊体的薄膜上
叶绿体基质中
色素
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
酶
吸收
光解
光能
光反应
H+
C5
2C3
多种酶
固定
还 原
暗反应
(CH2O)
CO2
酶
NADPH
NADP+
酶
酶
能
能
光能
活跃的化学能
有机物中稳定的化学能
5、光反应和暗反应比较
光反应 碳反应
条件
场所
物质变化
能量变化
联系
光、色素、酶
酶、ATP、NADPH
类囊体薄膜
叶绿体基质
光能→ATP、NADPH中的化学能
ATP、NADPH中的化学能→ 糖类中稳定的化学能
水的光解、ATP的合成
CO2的固定、C3的还原
光反应为暗反应提供NADPH和ATP。
暗反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi。
1、请分析植物突然停止光照后，短时间内其体内的NADPH和ATP,C3和 C5的含量如何变化？
停止光照
光反应停止
2、请分析光下的植物突然停止CO2的供应后，短时间内其体内的NADPH和ATP ，C3和 C5的含量如何变化？
NADPH↓
ATP↓
C3还原受阻; CO2固定继续
C3↑
C5↓
CO2 ↓
CO2固定停止；
C3还原继续进行
C3 ↓
C5 ↑
NADPH↑
ATP↑
思考
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。可用有机物生成量、O2产生量或CO2吸收量表示。
CO2 + H2O
叶绿体
光能
（CH2O）+ O2
影响光合作用强度的因素有哪些？
H2O
矿质元素（Mg合成叶绿素）
光照强度
CO2的浓度
温度
外因：
内因：
酶的种类、数量
色素的含量
叶龄不同
二、光合作用原理的应用
A点：只进行细胞呼吸，CO2释放量表明此时的呼吸强度。
B点：光补偿点，即光合作用强度=细胞呼吸强度。
C点：光合作用强度最大。C点之前限制光合作用因素是光照强度，C点之后限制因素是CO2 、温度等。
AB段：光合<呼吸
BC段：光合>呼吸
D点：光饱和点，增加光照强度光合作用强度不再增加。
光补偿点
光饱和点
D
1、光照强度
真正（总）光合作用速率=表观（净）光合速率+呼吸速率
真正（总）（有机物制造量、二氧化碳消耗量、氧气产生量）
表观（净）（有机物积累量、二氧化碳吸收量、氧气释放量）
应用：
1.间作套种
2.轮作(几种作物轮换种植)
3.合理密植,增加光合作用面积
4.温室大棚,使用无色透明玻璃
C点：CO2补偿点（表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度）；
D点：CO2饱和点（表示在一定范围内CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随CO2浓度增加而增加）。
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.
B点 ：进行光合作用所需CO2的最低浓度
A
B
C
D
0
吸收CO2
释放CO2
CO2浓度
2、 CO2浓度
A：温度过低时酶活性降低，光合速率会减弱。
B：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。
C：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
3、温度
水和无机营养
N：酶及ATP的重要组分
P：磷脂、ATP的重要组分
Mg：叶绿素的重要组分
水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。
4、水和无机营养
应用：适时、适量地施肥加水，可提高农作物产量
探究环境因素（光照强度）对光合作用强度的影响
实验原理
1.在光照下，绿色植物通过光合作用产生O2
2.若叶片中的气体溢出，细胞间隙充满了水，浮力减小，叶片就会沉到水底；若光合作用产生的O2充斥在叶片的细胞间隙中，浮力增大，叶片会从水底浮起。
3.光照强度不同，则光反应产生O2的速率不同，叶片上浮的时间也不同。
操作步骤
1、实验流程
打出小圆形叶片(30片)：用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出(直径＝1cm)叶圆片
抽出叶片内气体：用注射器(内有清水、小圆形叶片)抽出叶片内气体(O2等)
将小圆形叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中 ，不同光强照射
对照实验及结果：小圆形叶片浮上来（观察并记录一段时间内叶 圆片浮起数量）
↓
↓
↓
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
甲 10片 20mL 强 多
乙 10片 20mL 中 中
丙 10片 20mL 弱 少
在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。
实验结果
实验结论
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
例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
硝化细菌
2HNO2+O2 2HNO3+能量
硝化细菌
6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2
能量
三、化能合成作用
1、下图表示高等植物光合作用与呼吸作用过程中物质变化的关系，下列说法正确的有(　　)
A．2过程消耗的ATP来自1、3、4、5过程产生的ATP
B．1、2过程在叶绿体中，3、4、5过程在线粒体中进行
C．1过程产生的[H]参与2过程，3和4过程产生的[H]与氧结合产生水
D．高等植物所有的细胞都可以进行1、2、3、4、5过程
C
练习
（1） 为什么7-10时的光合作用强度不断增强？
光合作用强度
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
时
2、下图表示夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线。分析曲线并回答：
7-10点时的光照不断增强，所以光合作用强度不断增强。
光合作用强度
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
时
（2）为什么10-12时左右的光合作用强度明显减弱？
10-12时左右的温度很高，蒸腾作用很强，气孔关闭，CO2供应减少，所以光合作用强度明显减弱。
谢 谢

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