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1、第5章 细胞的能量供应和利用 第4节 能量之源光与光合作用,人教版必修1,捕获光能的色素和结构,二光合作用的原理和应用,一,二,捕获光能的色素和结构,绿叶中色素的提取和分离 捕获光能的色素 绿叶中的色素吸收光谱 叶绿体,结构,功能,(一)提取色素:,1.研磨,材料:5g鲜叶,药品,SiO2,CaCO3,无水酒精,原理:色素能溶解在丙酮或酒精等有机 溶剂中,所以可用无水酒精提取色素。,一、绿叶中色素的提取和分离,使研磨充分,防止色素破坏,溶解色素,要求:要迅速、充分(为什么),2.过滤:获取绿色滤液,滤纸吗?,对着光:,背着光:,红色,绿色,色素随层析液在滤纸上扩散速度不同,从而分离色素。,扩散
2、速度与色素在层析中的溶解度的关系:,溶解度大,扩散速度快 溶解度小,扩散速度慢,(二)分离色素,原理:,1.准备滤纸条,要求:细而直 重复23次,剪去两角的原因?,2.分离色素:,层析液不能没及滤液线,胡萝卜素,叶黄素,叶绿素a,叶绿素b,(为什么?),说明色素的种类,色素,二、色素的作用,实验表明: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。,有些蔬菜大棚内悬挂红色或蓝色的灯管,并且在白天也开灯。 1.用这种方法有什么好处?这样做对光合作用有影响吗? 2. 用绿色的可以吗?,用这种方法可以提高光合作用强度, 叶绿素吸收最多的是蓝紫光和红光,因为叶绿素对绿光吸收最少,3.为什么叶子呈
3、现绿色?,因为叶绿素对绿光吸收最少,绿光被反射出来,所以呈绿色,4.温室大棚应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜?,白色,三、光合作用的完整单位叶绿体,其中基粒是由一个个囊状结构堆叠而成,称为,4,1,2,3,类囊体,吸收光能的色素分布在?,类囊体的薄膜上,思考:叶绿体中的色素能吸收光能,是不是叶绿体只能吸收光能?有没有其他功能?,1880年,美国科学家恩格尔曼,黑暗处用极细光束照射,暴露在光下,资料一,水绵+好氧细菌,黑暗,无空气,极细光束照射,完全暴露光下,实验过程,1、氧气是叶绿体释放出来的 2、叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所,实验结论,好氧细菌集中在叶绿体 被光束照射的部位,好氧细菌分布
4、于叶绿体 所有受光部位,资料二,在类囊体上和基质中含有多种进行光合作用所必需的酶,为什么说叶绿体是进行光合作用完整单位?,叶 绿 体,(含光合色素及有关的酶),含光合酶,外膜,内膜,基质,基粒,(含光合作用的酶),2000多年前 亚里士多德(Aristotle),1、问题:植物生长所需的物质来自何处?,认为:构成植物 体的原料是土壤 植物增加的重量=土壤减少的重量,光合作用的探究历程,五年后,2、1648年比利时海尔蒙特的实验,柳树增重80kg 土壤只减少0.06kg,结论:植物增重主要来自水分,一段时间后,一段时间后,3、1771年英国普利斯特利实验,普利斯特利实验,结论:植物可以更新空气,
5、4、1779年,荷兰 英格豪斯的实验,实验重复了500多次,结论:只有在光照下只有绿叶才可以更新空气,1785年,发现了空气的组成,科学家在明确绿叶在光下放出的气体是氧气,吸收的是二氧化碳,5、 1845年,德国的科学家梅耶指出:植物光合作用时,把光能转换成化成化学能储存起来。,依据:能量转换和守恒定律,一半曝光,一半遮光,在暗处放置几小的叶片,6、1864年萨克斯的实验,结论:绿色叶片在光合作用中产生了淀粉,水绵+好氧细菌,黑暗,无空气,极细光束照射,完全暴露光下,实验过程,好氧细菌集中在叶绿 体被光束照射的部位,好氧细菌分布于叶绿 体所有受光部位,7、光合作用的原料有水和二氧化碳,那么,光
6、合作用释放的氧气到底是来自二氧化碳还是来自水呢?,随着技术的进步,人们发现了放射性 同位素,利用放射性同位素做示踪原 子,为解决氧气是来自水还是二氧化 碳提供了技术手段。1939年,美国的 科学家鲁宾和卡门利用同位素标记法, 用18O做示踪原子,对光合作用的产物 氧气中氧的来源进行了探究。,返回,1939年鲁宾和卡门的实验,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,问题讨论,光
7、合作用的原料,产物,场所和条件是什么?你能用一个反应式表示出来吗?,一、光合作用的过程,光反应,暗反应,划分依据:反应过程是否需要光能,H2O,类囊体膜,酶,1.光反应阶段,色素,光,酶,叶绿体内的类囊体薄膜上,水的光解:,(还原剂),ATP的合成:,光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中,CO2,糖类,五碳化合物 C5,氨基酸,脂肪,CO2的固定,三碳化合物 2C3,C3的还原,基质 多种酶,2.暗反应阶段,CO2的固定:,C3的还原:,叶绿体的基质中,多种酶、,H 、ATP,小结,需要光 色素、酶,不需要光 酶,类囊体膜上,基质中,水的光解;ATP的合成,CO2的固定;C3的还原,ATP中活
8、 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 暗反应 提供 H 和ATP,,暗反应 为 光反应 提供 ADP 和Pi 。,光合作用的过程,光反应阶段,暗反应阶段,co2,水在光下分解,C5,ATP,ADP+Pi,酶,供能,H,供氢,O2,固 定,还 原,多种酶 参加催化,(CH2O),氨基酸,脂肪,酶,正常进行光合作用的植物,突然停止光照后,C3、C5、H 、ATP含量如何变化? 若突然停止CO2的供应呢?,H ATP C5 C3,C3 C5H ATP ,2C3,光合作用的概述,1.光合作用的概念,2.光合作用的意义,把无机物合成有机物,不仅是自身的营养物质,而且是
9、人和动物的食物来源. 将光能转换成化学能,贮存在有机物中,提供了生命活动的能量来源. 维持了大气成分的基本稳定,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。,整个光合作用过程中的物质 变化和能量变化分别是什么?,物质变化:,无机物,能量变化:,光能,光合作用的实质:合成有机物,储存能量。,有机物,糖类等有机物中的化学能,化能合成作用,2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 2HNO2+O2 2HNO3+能量,能量,CO2+H2O (CH2O)+O2,硝化细菌的化能合成作用,化能合成作用,细菌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
10、有机物,这种合成作用叫化能合成作用。 除了硝化细菌外,自然界还有铁细菌、硫细菌属于进行化能合成作用的自养生物。,1、营养物质包括有机物、无机盐、水等,2、根据获取有机物的方式不同,可以将生物分为:,自养生物 (无机物转变成自身的有机物),异养生物:将现成的有机物转变成自身的有机物,光能自养生物,化能自养生物,(绿色植物),(硝化细菌、硫细菌、铁细菌等),光能,12H2O+6CO2,叶绿体,6O2 +C6H12O6+6H2O,光合作用强度表示方法,1、单位时间内光合作用产生有机物的量 2、单位时间内光合作用吸收CO2的量 3、单位时间内光合作用放出O2的量,单因子对光合作用速率影响的分析,1)光
11、照,2)温度,3)二氧化碳浓度,4)水分,5)矿质元素,光合速率是光合作用强度的指标,它是指单位时间 内单位面积的叶片合成有机物的速率。,环境因素对光合作用的影响,植物自身因素:遗传(生物种类)、叶龄等,光合速率的影响因素,A,B,光照强度,0,C,细胞呼吸产生的CO2量,净光合作用量,真正(实际)光合作用量,在A点含义: 在B点含义: 在C点含义:,真正(实际)光合速率表观(净)光合速率呼吸速率。,(1)光照强度,光照强度为0,此时只进行呼吸作用,释放的CO2量为呼吸速率。,光合作用速率呼吸作用速率。,随光照强度增加,光合作用不再增加。,A,B,光照强度,0,阳生植物,阴生植物,应根据植物的
12、生活习性因地制宜地种植植物。,C,阳生植物 阴生植物,应用:间作时作物种类的搭配,应 用,(2)温度,1、AB段: 2、B点: 3、BC段:,表示温度达到一定程度,随温度升高, 酶逐渐失去活性,光合速率也逐渐下降。,在一定范围内,随温度的升高,光合速率加快。,表示酶活性最强,该温度为进行光合作用的最适温度此时光合速率达到最大值。,A、B、C三种温度条件下植物积累有机物最多的是哪种温度?,应用:适时播种;温室栽培中白天调到光合作用最适温度,晚上适当降低温度。,CO2含量,光合作用的强度,0,A B C,(3)CO2,AB段: A点: B点:,应用:对农田里的农作物应合理密植,“正其行,通其风”;
13、对温室作物来说,应增施农家肥料或使用CO2发生器。,在一定范围内,随C02浓度的增加,植物的光合速率加快。,表示进行光合作用所需C02的最低浓度。,超过该浓度,光合速率不再增加。,曲线分析:P点时,限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因素,随着此因素的不断加强,光合速率不断提高。当到Q点时,横坐标所表示的因素,不再是影响光合速率的因子,要想提高光合速率,可采取适当提高图示中的其他因子的方法。,曲线分析:,1、分析比较各图中P、Q点的主要影响因素是什么?,光强度、温度和二氧化碳浓度对光合作用的影响是综合性的。,通过对曲线的分析,你能得出什么结论?,多因子影响,日变化:在一天中由于光照和温度在发生
14、变化,在一天中的光合速率也在发生变化。如图(5)。该图夏天的一个晴天。,放出 CO2 的量,B,A,D,C,F,E,H,G,I,吸收 CO2 的量,图(5),12:00,6:00,18:00,时间,放出 CO2 的量,B,A,D,C,F,E,H,G,I,吸收 CO2 的量,图(5),12:00,6:00,18:00,时间,1、AB段: 2、BC段: 3、C点:,植物在晚上只进行呼吸作用,放出CO2最多。,表示放出的CO2多于吸收的CO2,即呼吸作用 大于光合作用。,光合作用吸收的CO2等于呼吸作用放出的CO2。,4、CD段: 5、DE段:,光照增强光合作用增强,光合作用吸收的CO2 大于呼吸作
15、用放出的CO2。,温度升高,蒸腾作用增强,气孔关闭,CO2供 应不足,而影响暗反应的速率。在E点出现最 严重的“午休”现象。,6、EF段: 7、FH段:,温度逐渐降低,光合速率逐渐恢复。,随着光照减弱,光合作用逐渐下降。 应用:南方夏季日照强,作物“午休”会更普遍一些,在生产上应适时灌溉或选用抗旱品种,以缓和“午休”现象,增强光合能力。,叶龄,曲线分析:OA段为幼叶,随幼叶的不断生长,叶面积不断增大,叶内叶绿体不断增多,叶绿素含量不断增加,光合作用速率不断增加。 AB段为壮叶,叶片的面积、叶绿体的叶绿素都处于稳定状态,光合速率也基本稳定。 BE段为老叶,随着叶龄的增加,叶片内叶绿素被破坏,光合速率也随之下降。 应用:农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶,都是根据其原理,降低其细胞呼吸消耗有机物。,光照 面积,应用:适当间苗、修剪,合理施肥、浇水,避免徒长。封行过早,使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下,白白消耗有机物,造成不必要的浪费。,曲线分析:OA段表明随叶面积的不断增大,光合作用实际量不断增大,A点为光合作用叶面积的饱和点。随叶面积的增大,光合作用不再增加,原因是有很多叶被遮挡,OB段表明干物质量随光合作用增加而增加,而由于A点以后光合作用不再增加,但叶片随叶面积的不断增加呼吸量(OC段)不断增加,所以