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1、第四节能量之源光与光合作用,一、捕获光能的色素和结构,问题探讨,有些蔬菜在棚内悬挂发红色或蓝色光的灯管,并且在白天也开灯。,1、用这种方法有什么好处？不同颜色的光照对植物的光合作用会有影响吗？ 2、为什么不使用发绿色光的灯管作补充光源？,可以提高光合作用强度。因为光合作用吸收最多的是红光和蓝紫光。,光合作用对绿光吸收最少。,光合作用需要色素去捕获光能。,（一）实验：绿叶中色素的提取和分离,实验原理：用无水乙醇提取色素 用层析液分离色素目的要求：绿叶中色素的提取和分离 及色素的种类材料用具：新鲜的绿叶、定性滤纸等、 无水乙醇、层析液等,实验步骤：,1.提取绿叶中的色素,SiO2：使碾磨充分CaC
2、O3：防止色素被破坏无水乙醇：提取色素,2.制备滤纸条,减去两角的目的：防止层析液从边缘扩散速度太快。,实验步骤：,3.画滤液细线,实验步骤：,滤液细线的要求：细、直、齐（使色素处于同一起跑线）；重复23次（防止色素太少分离现象不明显）。,4.分离绿叶中的色素,实验步骤：,注意:滤液细线不能触到层析液（防止色素溶解在层析液中）烧杯要盖上培养皿、试管要塞上棉塞（层析液易挥发且有毒）,捕获光能的色素,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),5、观察与记录实验结果,实验步骤：,滤纸上色带的排列顺序如何？宽窄如何？说明什么？,（橙黄色）,（黄色）,（蓝绿色
3、）,（黄绿色）,四种色素对光的吸收,叶绿素a、b主要吸_胡萝卜素和叶黄素主要吸收_,蓝紫光、红光,蓝紫光,叶绿体中的色素提取液,胡萝卜素,叶黄素,叶绿素,叶绿素,小结：,橙黄色,黄色,蓝绿色,黄绿色,最少,较少,最多,较多,最大,较大,较小,最小,最快,较快,较慢,最慢,蓝紫光,蓝紫光红光,与光合作用有关的色素存在于哪呢？,（二）叶绿体的结构,结构：,外膜、内膜、基粒、基质,形态：,扁平的椭球形,基粒的类囊体的薄膜上,色素的分布：,（三）叶绿体的功能,总结:叶绿体的功能,叶绿体是进行光合作用的场所。它内部的巨大膜表面上，分布了许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用的酶。,巩固练习,1、叶
4、绿体是植物进行光合作用的细胞器，下面有关叶绿体的叙述正确的是 （ ）A叶绿体中的色素都分布在囊状结构的膜上B叶绿体中的色素分布在外膜和内膜上C光合作用的酶只分布在叶绿体基质中D光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上,A,2在一定时间内，同一株绿色植物在哪种光的照射下，放出的氧气最多 （ ） A红光和绿光 B红光和蓝紫光 C蓝紫光和绿光 D蓝紫光和橙光,B,ATP,糖类,脂肪,糖原,淀粉,太阳光能,复习巩固：,第四节能量之源光与光合作用,二、光合作用的原理和应用,（一）光合作用的探究历程,五年后,1、1648年，海尔蒙特的柳树实验,柳树增重约82kg土壤减少约100g,水分是建造植物体的原料,结
5、论：,局限：,忽略空气对植物的影响,有人重复了普利斯特利的实验，得到相反的结果，所以有人认为植物也能使空气变污浊。,植物可以更新空气,2、1771年，英国科学家 普利斯特利,结论：,为什么植物也能使空气变污浊？,3、1779年, 荷兰的科学家 英格豪斯（500多次试验）,普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功； 植物体只有绿叶才能更新空气。,到1785年，发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的是O2，吸收的是CO2。即：可以更新空气的是O2 ，使空气变污浊的是CO2,4、1845年，德国科学家 梅耶,光能,化学能,储存在什么物质中？,光合作用,5、1864年，德国科学家萨克斯,黑暗处理
6、一昼夜,用碘蒸气处理这片叶，发现曝光的一半呈深蓝色，遮光的一半则没有颜色变化。,让一张叶片一半曝光一半遮光,、,绿叶在光下制造淀粉。,结论：,光合作用释放的O2来自CO2还是H2O？,18O2,O2,6、1941年，美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）,光照射下的小球绿藻悬浮液,光合作用产生的O2来自于H2O。,结论：,光合作用产生的有机物又是怎样合成的？,7、20世纪40年，美国卡尔文,14CO2,小球藻,有机物的14C,（卡尔文循环）,结论：,光合产物中有机物的碳来自CO2,小结：光合作用探究历程,植物可以更新空气,只有在光照下植物可以更新空气,植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来,
7、绿色叶片光合作用产生淀粉,氧由叶绿体释放出来。叶绿体是光合作用的场所,光合作用释放的氧来自水,光合产物中有机物的碳来自CO2,CO2 + H2 O,光能,叶绿体,（CH2O)+ O2,概念：绿色植物通过 ，利用 ，把 转化成储存着能量的 ，并且释放出 的过程。,叶绿体,光能,二氧化碳和水,有机物,氧气,从反应物、场所、条件、生成物总结光合作用的表达式和概念：,（二）光合作用过程,光反应：,暗反应：,1、根据反应过程是否需要光能分为：,有光才能进行,有光、无光都能进行,色素分子,可见光,C5,2C3,ADP+Pi,ATP,2H2O,O2,4H,多种酶,酶,(CH2O),CO2,吸收,光解,供能,
8、固定,还原,酶,光反应,暗反应,2、光合作用的过程：,实质：,3、光反应与暗反应的区别和联系,类囊体薄膜上,叶绿体的基质,需光,色素和酶,不需光,色素;需酶,稳定的化学能,光能 活跃的化学能,光反应为暗反应提供ATP和H，暗反应为光反应提供ADP和Pi,1、光下的植物突然停止光照后，C5化合物和C3化合物的含量如何变化？,停止光照,光反应停止,2、光下的植物突然停止CO2的供应后，C5化合物和C3化合物的含量如何变化？,H ,ATP,还原受阻,C3 ,C5 ,CO2 ,固定停止,C3 ,C5 ,思考与讨论：,增加,减少,减少或没有,减少或没有,减少,增加,增加,增加,减少,增加,增加,减少或没
9、有,增加,减少,减少,增加,增加,减少,增加,减少,（三）化能合成作用,异养生物(人、动物、真菌、大部分细菌),营养类型,自养生物,光能自养生物(绿色植物),化能自养生物,利用环境中现成的有机物来维持生命活动。,以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着的能量。,光合作用,以光为能源，以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。例如：绿色植物。,化能合成作用,利用环境中某些无机物氧化时释放的能量将CO2和H2O（无机物）合成糖类（有机物）。如硝化细菌。,光能自养生物,化能自养生物,能量来源：,能量来源：,光能,化学能,能够利用体外环
10、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,化能合成作用,例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等细菌。,1.叶绿体中的色素所吸收的光能，用于_ 和_;形成的_和_ 提供给暗反应。,2.光合作用的实质是：把_和_转变为有机物，把_转变成_,贮藏在有机物中。,3.在光合作用中，葡萄糖是在_中形成的，氧气是在_中形成的，ATP是在_中形成的，CO2是在_固定的。,水的光解,形成ATP,H,ATP,CO2,H2O,光能,化学能,暗反应,光反应,光反应,暗反应,基础巩固,4、下图是光合作用过程图解，请分析回答下列问题：,图中A是_,B是_,它来自于_的分解。图中C是_，它被传递到叶绿体的_部位，
11、用于_ 。图中D是_，在叶绿体中合成D所需的能量来自_图中G_,F是_,J是_。图中的H表示_， H为I提供_。当突然停止光照时，F ，G .（增加或减少）,2,水,H,基质,作为还原剂，还原C3,ATP,色素吸收的光能,光反应,H和ATP,色素,C5化合物,C3化合物,糖类,增加,减少,1、在光合作用的暗反应过程中，没有被消耗掉的是（ ） A、H B、C5化合物 C、ATP D、CO2,B,2、与光合作用光反应有关的是（ ）H2O ATP ADP CO2A. B. C. D.,A,3、将植物栽培在适宜的光照、温度和充足的C02条件下。如果将环境中C02含量突然降至极低水平，此时叶肉细胞内的C
12、3化合物、C5化合物和ATP含量的变化情况依次是A. 上升；下降；上升 B. 下降；上升；下降 C. 下降；上升；上升 D. 上升；下降；下降,C,4、光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是（ ） A.叶绿体类囊体膜上进行光反应和暗反应 B.叶绿体类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应 C.叶绿体基质中可进行光反应和暗反应 D.叶绿体基质中进行暗反应,不进行光反应,D,5、光合作用过程中，产生ADP和消耗ADP的 部位在叶绿体中依次为 ( ) 外膜 内膜 基质 类囊体膜 A B C D,B,6、光合作用过程的正确顺序是（）二氧化碳的固定 氧气的释放 叶绿素吸收光能水的光解三碳
13、化合物被还原A. B. C. D.7、在暗反应中，固定二氧化碳的物质是（）三碳化合物五碳化合物氧气,8、在光照充足的环境里，将黑藻放入含有18O的水中，过一段时间后，分析18O放射性标记，最先（ ）A、在植物体内的葡萄糖中发现 B、在植物体内的淀粉中发现C、在植物体内的淀粉、脂肪、蛋白质中均可发现 D、在植物体周围的空气中发现,D,9、某科学家用含有14C的CO2来追踪光合作用中的C原子，14C的转移途径是（ ） A、CO2 叶绿体 ATP B、CO2 叶绿素 ATP C、CO2 乙醇 糖类 D、CO2 三碳化合物 糖类,D,10、在光合作用过程中，能量的转移途径是A、光能 ATP 叶绿素 葡
14、萄糖 B、光能 叶绿素 ATP 葡萄糖 C、光能 叶绿素 CO2 葡萄糖D、光能 ATP CO2 葡萄糖,B,（四）影响光合作用强度的因素,1、植物自身因素遗传因素、叶龄、叶面积2、环境因素对光合作用的影响,1）光照,2）温度,3）二氧化碳浓度,4）水分,5）矿质元素,光合作用是在 的催化下进行的，温度直接影响 ；AB段表示： ； B点表示： ； BC段表示： ；,酶的活性,酶,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,1、温度,一定范围内，光合速率随温度升高而升高,应用：,增加昼夜温差，保证有机物的积累,图中A点含义： ；B点含义： ；C点表示： ；若甲曲线代表阳生
15、植物，则乙曲线代表 植物。,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,光合作用强度不再随光照强度增强而增强,阴生,2、光照强度,B：光补偿点,C：光饱和点,轮作延长光合作用时间,间种、合理密植增加光合作用面积,应用：,适当增加光照强度,光合作用效率与光照强度、时间的关系,C点：,温度过高，气孔关闭，影响了CO2的吸收，暗反应减弱。,3、CO2的浓度,应用：,大田中增加空气流动、温室中增施有机肥,OA段： ；AB段： ；B点以后： 。,B,二氧化碳浓度过低，无法进行光合作用,随着二氧化碳浓度增加，光合速率逐渐增强,光合速率达到最大值,（分解者将有机肥分解为二氧化碳和无机盐）,N：
16、光合酶及ATP的重要组分P： 类囊体膜和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,5. 矿质元素,4. 水分,应用：,合理灌溉,应用：,合理施肥,（分解者将有机肥分解为二氧化碳和无机盐）,4.AC段限制光合作用的主要因素是_,光照强度,3.如果缺乏Mg元素B点（左移、右移）_,右移,5.CD段限制光合作用的主要因素是_,温度、 CO2浓度,1.B点的含义是 :,光合作用强度和呼吸作用强度相等,2.A点叶肉细胞中产生ATP的细胞器有_,线粒体,例1 下图表示植物有关生理作用与环境因素的关系：,光照强度(或光强),土壤含水量,土壤含水量40%60%,合理密植,来自于
17、H2O。分别将C18O2和H218O提供给两组相同植物，分析两组植物光合作用释放的氧气，18O2仅在标记H218O组植物中产生，即可证明上述结论,甲,c,甲,（五）呼吸作用与光合作用的比较,光合作用的场所,有氧呼吸的主要场所,都含有少量的DNA和RNA（都能半自主复制）,含与光合作用有关的酶,含与有氧呼吸有关酶,片层膜堆叠成圆柱形，含色素和与光反应有关的酶。,是一层光滑的膜,向内折叠形成嵴,与周围的细胞质基质分开,扁平的椭球形或球形,短棒状,主要存在于植物的叶肉细胞,动植物细胞中,有很多ATP合成酶,1、线粒体和叶绿体比较表,光、色素、酶、H2O和CO2,叶绿体,细胞质基质、线粒体,O2、酶、
18、H2O、C6H12O6,无机物转变成有机物,有机物氧化分解成无机物,ATP中活 跃化学能,光能,糖类等有机物中稳定化学能,C6H12O6等有机物稳定的化学能,ATP中活 跃化学能和热能,合成有机物，储存能量,分解有机物，释放能量,光合作用为呼吸作用提供物质（有机物、O2）；呼吸作用为光合作用提供原料（CO2）,2、光合作用与呼吸作用过程比较,有呼吸无光合,A,光合小于呼吸,AB,光合等于呼吸,B,光合大于呼吸,BC,3、关于光合作用与细胞呼吸的计算,光合速率，通常以吸收CO2mg/h*cm2表示真正光合速率= 净光合速率+呼吸速率,光合作用实际产O2量光合作用实际CO2消耗量光合作用C6H12
19、O6净生产量,3、关于光合作用与细胞呼吸的计算,实测O2释放量呼吸作用耗O2量,实测CO2消耗量呼吸作用CO2释放量,光合作用实际C6H12O6生产量呼吸作用C6H12O6消耗量,AB段：_BC段：_CDE段：_C点：_D点：_E点：_EF段：_FG段：_,只进行呼吸作用,呼吸作用强度大于光合作用强度,呼吸作用强度小于光合作用强度,呼吸作用强度等于光合作用强度,呼吸作用强度大于光合作用强度,只进行呼吸作用,CO2吸收量最多，此时光合作用强度最大,分析下列各段的含义：,呼吸作用强度等于光合作用强度,此时有机物积累量最多,ABC段：_CD段：_D点：_ DEFGH段：_H点：_HI段：_,只进行呼
20、吸作用,呼吸作用强度大于光合作用强度,呼吸作用强度小于光合作用强度,呼吸作用强度等于光合作用强度,呼吸作用强度大于光合作用强度，光合作用逐渐消失,呼吸速率等于光合速率，CO2浓度最低，有机物积累最多,分析下列各段的含义：,C,C,例1：对某植物测得如下数据：,若该植物处于白天均温30，晚上均温15、有效日照15h环境下，预测该植物1天24h中积累的葡萄糖为A315mg B540mg C765mg D1485mg,答案：C,净光合,呼吸,呼吸,净光合,(1)植物的光合速率受光照强度、CO2浓度和温度等因素的影响，其中光照强度直接影响光合作用的_过程；CO2浓度直接影响光合作用的_过程。温度通过影
21、响_影响光合速率。(2)在温度为20、光照强度大于_千勒克斯时，光合速率不再增加。,光反应,暗反应,酶的活性,L2,(3)图中a点表示的含义_。图中b、c点的主要限制因素分别是_、_。(4)从图中可知，影响植物呼吸速率的主要因素是_。(5)根据图可推算出光照强度为L2千勒克斯，温度为10、20、30时植物的实际光合速率分别是_、_、_mg/小时单位面积。(6)据图绘出30条件下，植物O2吸收量与光照强度的关系。,光合速率与呼吸速率相等时的光照强度,光照强度,温度,温度,4 mg/小时单位面积,7mg/小时单位面积,8,(1)选材方面，选用水绵为实验材料。水绵不仅具有细长的带状叶绿体，而且叶绿体
22、螺旋状地分布在细胞中，便于观察、分析研究。,(2)将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了光线和氧气的影响，从而确保实验正常进行。,（3）选用了极细光束照射，并且选用好氧细菌检测，从而能够准确判断出水绵细胞中释放氧的部位。,（4）进行黑暗(局部光照)和曝光对比实验，从而明确实验结果完全是光照引起的。,恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处?,光反应阶段,条件：,光、色素、酶,场所：,物质变化,水的光解：,ATP的合成：,基粒（类囊体膜）上,能量转变：,产物：,H、O2、ATP,光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中,暗反应阶段,条件：,场所：,物质变化,能量转变：,产物：,叶绿体的基质中,AT
23、P中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能。,酶,(CH2O )、 ADP 、 Pi,CO2的固定：,C3的还原：,2C3 (CH2O)+C5,酶,H、ATP,1.为生物生存提供了物质来源和能量来源；2.维持了大气中O2和CO2的相对稳定；3.对生物的进化有直接意义。 (1)使还原性大气氧化性大气 (2)使有氧呼吸生物得以发生和发展 (3)形成臭氧层，过滤紫外线，使水生生物登陆成为可能,光合作用的意义,延长光合作用时间,增加光能利用率,提高光合作用效率,控制光照强弱,提高复种指数(轮作)温室中人工光照,合理密植间作套种,通风透光在温室中施有机肥，使用CO2发生器,阴生植物阳生植物,应用提
24、高农作物产量的措施,红光和蓝紫光,适时适量施肥,合理灌溉,保持昼夜温差,增加光合作用面积,控制H2O供应,控制必需矿质元素供应,控制CO2供应,控制温度,控制光质,1、适当提高CO2的浓度（温室大棚）；2、增加光照时间和光照强度；3、白天适当增加温度，夜间适当降低温度；4、农作物间距合理，选择适当的光源等；5、合理施肥，提供必要的矿物质元素；6、合理灌溉，提供适当水分。,应用提高农作物产量的措施,A,例3：将该绿色植物置于密闭玻璃罩内，在黑暗条件下，罩内CO2含量每小时增加了25mg；在充足光照条件下，罩内CO2含量每小时减少了50mg。据测定，上述光照条件下，光合作用每小时共合成葡萄糖60m
25、g。若呼吸底物和光合产物均为葡萄糖，请回答：（保留2位小数） 该植物在光照条件下通过光合作用每小时共消耗CO mg。则该植物在光照条件下呼吸作用每小时产生CO mg。 若上述条件不变，该植物光照10小时，其余时间不给光照，则该植物一昼夜积累葡萄糖 mg。,88,38,102.27,1）图A中代表温度与CO2浓度的影响曲线依次是编号 和 。温度主要通过影响 来影响光合作用强度。,d,a,酶的活性,2）图B中，当光照强度为10千勒克斯时，影响光合作用效率的环境限制因素是 。,温度,例4:影响绿色植物光合作用的因素是多方面的，请据下图分析：,3）图B中，在光照强度为 千勒克斯时，两种温度条件下的合成
26、有机物的速率是相同的。当光照强度为8，温度为25时，该绿色植物2小时积累葡萄糖的量是 克。,大于0，小于等于3,93.7510-3,例6：(浦东新区2008学年度第一学期质量抽测36题）下图表示A、B两种植物随着光照强度的变化，CO2吸收量或CO2释放量的变化曲线图。据图回答：（1）比较A、B植物呼吸作用，较强的是_植物。当光照强度为0时，植物细胞中可以产生ATP的场所有 。,M,A,线粒体、细胞质基质,（2）当光照强度达到Z点后，限制A植物光合作用的因素主要是_ (答出两点)。如果在图中M点突然停止光照，短期内叶绿体内C3化合物的含量将会_,M,CO2浓度和温度,增加,M,（3）当平均光照强度在X和Y之间（白天和黑夜的时间各为12h），A植物一昼夜中有机物积累量的变化是 （减少或增加），B植物一昼夜中有机物积累量的变化是 （减少或增加）,减少,增加,M,（4）在光照强度为Z时，A植物光合作用产生的葡萄糖为mg（m2h）。（保留两位小数）,6.82,（5）对B植物而言，假如白天和黑夜的时间各为12h，平均光照强度在 klux以上才能使CO2的吸收量超过CO2的释放量。,X,
