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第五节 光合作用将光能转化为化学能
第三章 细胞的代谢
自养生物：绿色植物、蓝藻等
异养生物：
人、动物、真菌和大部分细菌
光合作用是不是细胞呼吸的逆转？
那么光合作用是在细胞的什么结构中进行？
二氧化碳又是如何转变成葡萄糖的？
光能是如何转变为有机物中的化学能的？
光合作用也是一个氧化还原过程
光合作用释放的氧来自哪里？
同位素标记法
基粒由类囊体堆叠而成
光合色素分布在类囊体薄膜（光合膜）上
基粒和类囊体扩大了受光面积
类囊体空腔内含有与水裂解有关的酶
光合作用在叶绿体中进行
光合色素的作用：吸收、传递，转化光能
【活动】光合色素的提取与分离
叶绿体中含有多种色素，这些色素与光合作用有关，被称为光合色素。
光合色素是一类脂溶性物质，可以利用脂溶剂将它们从叶绿体中提取出来。
提取的原理：光合色素溶于有机溶剂
分离的原理：不同的光合色素都能溶解在层析液中，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。
光合色素的提取与分离
方法步骤：
将新鲜的菠菜叶放入40~50℃的烘箱中烘干，
粉碎后取2g干粉放入研钵中，
加入少许二氧化硅和碳酸钙，
再加入2~3mL95%的酒精，
充分、迅速研磨成匀浆。
思考：二氧化硅和碳酸钙的作用？
光合色素的提取与分离
方法步骤：
在一小玻璃漏斗基部放一块单层尼龙布，
将研磨液迅速倒入漏斗中。
收集滤液到一支试管中，
及时用棉塞将试管口塞紧。
光合色素的提取与分离
方法步骤：
制备滤纸条。
将一张预先干燥过的定性滤纸剪成长10cm、宽1cm的纸条，
在距滤纸条一端1cm处用铅笔画一条细而直的滤液细线。
待滤液干后再画一次，共画3~4次。
画铅笔细线
画滤液细线
光合色素的提取与分离
方法步骤：
分离叶绿体中的色素。
将2mL层析液沿试管壁一侧倒入大试管中，
将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）略微斜靠着大试管内壁的另一侧，
轻轻地插入层析液中，
但要保证上面部分干燥。
随后用软木塞塞住试管口。
注意，滤纸上的滤液细线要高于层析液面。
光合色素的提取与分离
滤纸上的滤液细线要高于层析液面
防止色素溶解在层析液中
光合色素的提取与分离
方法步骤：
观察实验结果。5~10min以后，取出滤纸条。待滤纸条干燥后，观察滤纸条上的色素带。
讨论：
从上到下滤纸条上有几条色素带？
每条色素带的宽窄是否相同？
分离得到的色素带分别呈现出什么颜色？
光合色素的提取与分离
叶绿素a、叶绿素b都是含镁的有机分子，分别呈现蓝绿色和黄绿色。
胡萝卜素和叶黄素，都是由碳氢链组成的分子，分别呈现橙色和黄色。
类胡萝卜素
叶 绿 素
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
(占1/4)
(占3/4)
种类
实验过程 操作过程 操作目的
提取色素 ① 选取新鲜绿色的叶片 色素含量高
② 将新鲜的菠菜叶烘干、粉碎成干粉，研磨时加入2～3 mL 95%的乙醇 溶解叶片中的色素
③ 研磨时加入二氧化硅和碳酸钙 研磨充分和保护叶绿素
④ 迅速充分研磨 防止溶剂挥发并充分溶解色素
分离色素 ① 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
② 滤液细线要细、齐、直 使分离的色素带平齐，不重叠
③ 滤液细线干燥后重复画3～4次 使分离的色素带清晰便于观察
④ 滤液细线不能触及层析液 防止色素直接溶解到烧杯内的层析液中
实验操作的注意点
为什么到了秋冬，树叶的颜色就枯黄了？
夏季时，合成的叶绿素的能力增加，掩盖了黄色色素的颜色
进入秋冬，叶绿素的合成速度变慢甚至停止，
原有的叶绿素被破环，叶黄色或者胡萝卜素的颜色就显露出来，叶片变黄
光合色素吸收的可见光
叶绿体中的色素：吸收光能（可见光） 主要吸收红光和蓝紫光
光合色素吸收的可见光
叶绿体种的主要色素是叶绿素，这种色素吸收蓝紫光和红光而几乎不吸收绿光，所以呈绿色。
结合光合色素吸收光谱，可知：
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。
这些被吸收的光能，将在光合作用中转化成化学能。
光合作用在叶绿体中进行
划分依据:反应过程是否需要光能
光反应：直接需要光，在类囊体膜上进行
碳反应：不需要光的直接参加，在叶绿体基质中进行
光反应将光能转为化学能，并产生氧气 （叶绿体基粒或类囊体膜）
光反应的主要变化
1. 光合色素吸收光能
2. 水的裂解
H2O → 1/2O2 + 2H++ 2e-
3. NADPH和ATP的生成
NADP+ + 2e- + H+ →NADPH
ADP + Pi + 能量 → ATP
4. 氧气被释放到细胞外
酶
酶
酶
光反应将光能转为NADPH和ATP中的化学能，并产生氧气
光合色素吸收光能，光能将水裂解成H+、电子和O2，
H+和电子将NADP+还原为NADPH，并产生ATP，O2被释放到细胞外。
碳反应将二氧化碳还原成糖 （叶绿体基质）
碳反应（卡尔文循环）分３个阶段
１、CO2的固定　　
　　CO2＋五碳糖 → 六碳分子 → 2 三碳酸
２、三碳酸的还原
　　三碳酸→三碳糖（有 ATP和NADPH的参与）
３、五碳糖的再生
碳反应将二氧化碳还原成糖
３CO2 +３五碳糖 →６三碳酸 → 6三碳糖 →３五碳糖 +１个三碳糖
3+15
18（6个三碳酸）
3个五碳糖+1个三碳糖
碳反应将二氧化碳还原成糖
在叶绿体内，三碳糖作为原料用于淀粉、蛋白质和脂质的合成。
大部分三碳糖运至叶绿体外，并且转变成蔗糖，供植物体所有细胞利用
光合作用在叶绿体中进行——光合作用的实质
把二氧化碳和水合成糖类等有机物，同时释放氧气
光能→ATP和NADPH中活跃的化学能→糖类中稳定的化学能
光反应和碳反应的区别和联系
项目 光反应 碳反应
场所 叶绿体类囊体膜中 叶绿体基质
条件 光合色素、光、酶、水 酶、ATP、NADPH、CO2
时间 短促 较缓慢
物质 变化 水在光下裂解为H+、O2和电子； 水中的氢（H++e-）在光下将NADP+还原为NADPH； 产生ATP CO2的固定：CO2+五碳糖 → 三碳酸
三碳酸分子的还原：
三碳酸+ATP+NADPH→ 三碳糖
五碳糖的再生：三碳糖→ 五碳糖
能量 变化 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
联系 光反应为碳反应提供NADPH和ATP； 碳反应为光提供ADP、Pi、NADP+，二者紧密联系，缺一不可 环境条件改变引起光合作用相关物质的变化情况
变化条件 三碳酸 五碳糖 NADPH、ATP 三碳糖
CO2供应不变 光照强→弱
光照弱→强
变化条件 三碳酸 五碳糖 NADPH、ATP 三碳糖
光强度不变 CO2充足→不足
CO2不足→充足
增加
增加
增加
增加
增加
增加
增加
增加
减少
减少
减少
减少
减少
减少
减少
减少
光合速率
也称光合强度，是指一定量的植物（如一定的叶面积）在单位时间内进行的光合作用，如释放多少氧气、吸收多少二氧化碳等
光合速率受到光照、温度和二氧化碳浓度等因素的音响
光合作用受环境因素的影响——光质
结合光合色素对不同波长的利用，白光（复合光）>红光>蓝紫光
光合作用受环境因素的影响——光强度
应用：
1. 适当提高光照强度
2. 大棚用透明塑料薄膜
光合作用受环境因素的影响——光强度
①图中A点含义： ；
②B点含义： ；
③C点表示： ；
光照强度为0，只进行呼吸作用
光合作用与呼吸作用强度相等，称为光补偿点
光合作用强度不再随光照强度增强而增强，称为光饱和点
光合作用受环境因素的影响——光强度
光合作用受环境因素的影响——温度
光合作用受环境因素的影响——温度
①光合作用是在 的催化下进行的，温度直接影响 ；
②B点表示： ；
③BC段表示： ；
应用：白天调到光合作用最适温度，提高光合作用速率；
晚上适当降低温度，降低呼吸作用速率，保证植物有机物的积累
酶的活性
此温度条件下，光合速率最高
超过最适温度，光合速率随温度升高而下降
酶
夏季晴朗的一天
C点含义：温度过高，气孔关闭，CO2供应不足，光合速率下降
光合作用受环境因素的影响——温度
光合作用受环境因素的影响——CO2的浓度
图中B点表示： 。
CO2浓度达到植物所需的最大值，光合速率不再上升（CO2饱和点）
图中A点表示： 。
植物能开始进行光合作用的最低CO2浓度
应用：适当提高CO2的浓度（温室大棚），
大田要“正其行，通其风”，多施有机肥
光合作用受环境因素的影响——CO2的浓度
目前大气中CO2浓度大约为0.035%，在1%的范围内，光合速率会随着CO2浓度的增加而增加。
光合作用受环境因素的影响——光强度、温度和CO2浓度的影响是综合性的
光合作用受环境因素的影响——光强度、温度和CO2浓度的影响是综合性的
光合作用受环境因素的影响—— 水分
①水既是光合作用的原料，也是化学反应的媒介
②水分是植物蒸腾的对象，缺水导致气孔关闭，最终影响原料二氧化碳的吸收
应对措施：合理灌溉
为何后段光合速率会下降？
土壤溶液浓度过高，使植物失水，从而导致光合速率下降
N----蛋白质的主要元素组成（酶）
Mg--叶绿素的主要元素组成
光合作用受环境因素的影响—— 矿质元素

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