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1、俗话说：“万物生长靠太阳”，为什么这么说呢？我们来看一组数据：地球表面上的绿色植物每年大约制造4400亿吨有机物(全球粮食产量21.3亿吨)；地球表面上的绿色植物每年储存的能量约为7.111018kJ，这个数字大约相当于240,000个三门峡水电站所发出的电力。,绿色植物储存在有机物中的能量来自哪里呢？,第五节 光合作用,二、捕获光能的色素的提取和分离,三、光合作用的原理和应用,一、光合作用的探究历程,四、影响光合速率的环境因素,五、光合作用和呼吸作用中的化学计算,一、光合作用的探究历程,18世纪中期以前认为植物增重来自土壤1771年：英普里斯特利的实验1779年，荷兰科学家英格豪斯证明在光下
2、才有使空气变“好”的作用1782年,日内瓦牧师J.Senebier证明,明确绿叶在光下放出的是氧气，吸收的是二氧化碳1845年，梅耶指出，植物在进行光合作用时，把光能转变成化学能储存起来1864年：德萨克斯的实验1880年：美恩格尔曼的实验20世纪30年代：美鲁宾和卡门的实验20世纪40年代:美卡尔文的实验,光合作用的发现,五年后,1642年，海尔蒙特(J.B.van Helmont),柳树增重 74.47 kg土壤减少 0.06 kg,水分是建造植物体的唯一原料,1.光合作用的探究历程：,2.5 Kg,普里斯特利实验,一半曝光，一半遮光,在暗处放置几小的叶片,萨克斯的实验,1864年，（德）
3、萨克斯的实验,绿色叶片中光合作用中产生了淀粉；,光合作用的场所究竟在什么地方呢？,早在100多年前美国科学家恩格尔曼就以水绵和好氧细菌为实验材料，很好地解答了这个问题！,水绵是常见的淡水藻类每条水绵由许多个结构相同的长筒状细胞连接而成。水绵很明显的特点是：叶绿体呈带状，螺旋排列在细胞里。,返回,光合作用氧来源的探究,20世纪30年代，鲁宾和卡门（美）的同位素标记实验：,结论：光合作用产生的氧气全部来自水，而不是来自CO2。,光合作用产生的有机物又是怎样合成的呢？,20世纪40年代，美国科学家卡尔文利用放射性同位素14C标记的14CO2做实验研究这一问题。最终探明CO2中的碳在光合作用中转化成有
4、机物中的碳的途径，这一途径称为卡尔文循环。,1961年诺贝尔化学奖得主,光合作用的概念：是指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。,什么是光合作用？,光合作用概述,光合作用的反应式：,6CO2+12H2O,C6H12O6+6O2+6H2O,光能,叶绿体,释放的氧气来源于参加反应的水,释放的氧气来源于参加反应的水,植物细胞为什么能捕获光能呢？,捕获光能的色素叶绿体的结构,二、捕获光能的色素的提取和分离,为什么有些植物的叶片不是绿色的?,为什么有些植物的叶片在不同时期颜色不同呢？,叶片中的叶肉细胞,绿叶,叶肉细胞亚显微结构模式图,叶绿体亚显微
5、结构模式图,这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位呢？,二、操作步骤：,提取色素,制备滤纸条,画滤液细线,分离色素,观察与记录,称取5g绿色叶片,去粗脉、剪碎，加少许SiO2和CaCO3,加10ml无水乙醇,充分迅速研磨,过滤,色素滤液,棉塞封口,新鲜、浓绿,研磨充分,防止色素被破坏,防止溶液挥发以及色素被空气氧化,得到色素浓度最大的溶液和防止乙醇挥发,将干燥的滤纸剪成长和宽略小于试管长和宽的滤纸条，将滤纸条的一端剪去两角，并在距这一端1cm处用铅笔划一条细的横线,防止色素溶于层析液中,使色素带平齐,用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线画细线，待滤液干后，再画一两次。,防止丙酮挥发，污染空气,加
6、大浓度，使色素带清晰,防止滤液线过粗而使色素带重叠,细、直、齐,将3ml层析液倒入试管中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插入层析液中，然后用棉塞塞紧试管口。注意：不能让滤液线触及层析液。,注意：实验后一定要用肥皂洗手。,色素分离实验及作用,色素有那些功能呢？,吸收、传递、转换光能,叶绿体中的色素,(蓝绿色),(黄绿色),(橙黄色),(黄色),3/4,1/4,叶绿体中的色素,IIIIIIIIIIIII 橙黄色.胡萝卜素IIIIIIIIIIIII 黄 色.叶黄素 IIIIIIIIIIIII 蓝绿色.叶绿素a IIIIIIIIIIIII 黄绿色.叶绿素b,叶绿体中的色素主要吸收红橙光和蓝紫光,
7、叶片为什么往往是绿色的呢？,叶绿素中的吸收光谱,0,400,500,600,700 nm,50,100,叶绿素b,叶绿素a,叶绿体的结构,这些囊状结构称为类囊体，吸收光能的四种色素，就分布在类囊体的薄膜上。叶绿体是进行光合作用的场所，它内部巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。,光合作用在叶绿体中是怎样进行的呢？,光反应,暗反应,三、光合作用的过程,H2O,类囊体膜,酶,1.光反应阶段,酶,光、,色素、,叶绿体内的类囊体膜上,水的光解：,2H2O 4NADPH+O2,光能,（还原剂）,ATP的合成：,光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中,2.暗反应阶段
8、,CO2的固定：,C3的还原：,叶绿体的基质中,多种酶、,H、ATP,C5,CO2,糖类,五碳化合物 C5,蛋白质,脂质,CO2的固定,三碳化合物 2C3,C3的还原,基质多种酶,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,能,固定,还原,酶,光反应,暗反应,光合作用的过程,比较,需要光 色素、酶,不需要光 酶,类囊体膜上,叶绿体基质中,水的光解；ATP的合成,CO2的固定；C3的还原,ATP中活 跃化学能,ATP中活 跃化学能,光能,有机物中稳定化学能,光反应 为 碳反应 提供 NADPH 和ATP，,碳反应 为 光反
9、应 提供 ADP 和Pi。,相互制约,密切联系,同时进行,光合作用的重要意义,包括人类在内的几乎所有生物的生存提供了物质来源和能量来源 维持大气中氧气和二氧化碳含量的相对稳定促进生物进化 从物质转变和能量转变的过程来看，光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢,四、影响光合作用的因素,1.光照强度,真正光合速率=净光合速率+呼吸速率,1光照 光照强度和光照时间主要影响光反应。在一定范围内，光合作用的效果随光照强度的增强而增强，但是光照强度超过一定限度后，光合作用不再增强。延长光照时间也能提高光合作用的效果。（此外，还有光质对光合作用的影响）典型问题：阳生植物和阴生植物所需光照强度的区别；夏至
10、那天哈尔滨和海口的绿色植物制造有机物量的比较；塑料大棚傍晚点灯延长光照；各种单色光对光合作用的影响比较；海洋中不同深度水层中植物的分布。,2.温度 温度主要影响碳反应中酶的催化效率。在一定范围内，光合作用的效果随温度的增高而增强，但是温度过高会影响甚至破坏酶。温度也影响植物的呼吸作用，分解消耗有机物。处理好光合作用与呼吸作用的关系对农业生产有主要意义。（真正光合速度、呼吸速度、表观光合速度）（图示）常见问题：昼夜温差对积累有机物的影响 新疆的瓜果大又甜；夏季塑料大棚晚间熄灯后，打开通风口降温；低温贮存果蔬。,（3）CO2浓度 CO2浓度主要影响碳反应。CO2是碳反应的原料，在空气中浓度很低，增
11、加CO2浓度对光合作用的影响是非常明显的。（图3）试分析以下措施是如何提高CO2浓度的？选择栽种规格、行向；增施有机肥；深施碳酸氢铵肥料。常见问题：植物的“午休”现象；生物圈中的碳循环；“温室效应”,昼夜温度，日照变化，二氧化碳变化量,CO2浓度,b:CO2的补偿点,c:CO2的饱和点,ab:CO2太低，农作物消耗光合产物；bc:随CO2的浓度增加，光合作用强度增强；cd:CO2浓度再增加，光合作用强度保持不变；de:CO2深度超过一定限度，将引起原生质体中毒或气孔关闭，抑制光合作用。,（4）水分 水分既是光反应的原料，还可以影响叶片气孔的开闭，间接影响CO2的运输。通过蒸腾作用影响矿质元素的
12、运输，影响植物体的温度，间接影响光合作用的效果。常见问题：植物的“午休”现象；浇水灌溉的方法。（5）矿质元素 直接和间接影响光合作用，直接影响如N、Mg、Fe、Mn是叶绿素生物合成所必需的矿质元素；磷、钾影响糖类的转变和运输，间接影响光合作用。常见问题：合理施肥；无土栽培。,N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分P：NADP+和ATP的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能K：促进光合产物向贮藏器官运输Mg：叶绿素的重要组分,5.矿质营养,影响光能利用率的因素在生产中的应用：,延长光合作用时间,增加光合作用面积,光能利用率,光合作用效率,(轮作),(合理密植：间种、套种),1、光照强度、光质,2、CO2浓度,3、温度,4、矿质元素（合理施肥）,5、水（合理灌溉）,A,B,光照强度,0,阳生植物,阴生植物,B：光补偿点,C：光饱和点,应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物。,C,光补偿点、光饱和点：阳生植物 阴生植物,五、光合作用和呼吸作用中的化学计算,光合作用反应式：6CO212H2OC6H12O66O26H2O,呼吸作用反应式：有氧：C6H12O66O26H2O 6CO212H2O无氧：C6H12O62C2H5OH2CO2(植物),实测CO2吸收量光合作用CO2吸收量-呼吸作用CO2释放量实测O2释放量光合作用O2释放量-呼吸作用O2消耗量,
