第 5 章 细胞的能量供应和利用第 17-20 课时 能量之源——光与光合作用复习目标：1、捕获光能的色素2、叶绿体的结构和功能3、 “绿叶中色素的提取和分离”的实验4、光合作用的探究历程5、光合作用的过程6、光合作用原理的应用7、光合作用与有氧呼吸的比较8、化能合成作用复习重点：1、 “绿叶中色素的提取和分离”的实验2、光合作用的过程3、光合作用原理的应用复习难点：光合作用原理的应用课时安排：3 课时【基础知识整合】一、捕获光能的色素1．绿叶中的色素有 4 种，即 叶绿素 a （ 蓝绿 色） 、 叶绿素 b （ 黄绿 色） 、 胡萝卜素 （ 橙黄 色）和 叶黄素 （ 黄 色） 2．色素的吸收光谱：叶绿素 a 和叶绿素 b 主要吸收 红光和蓝紫光 ，胡萝卜素和叶黄素主要吸收 蓝紫光 这些色素吸收的光都用于光合作用二、叶绿体的结构和功能1．结构：一般呈扁平的椭球形或球形，外表有 双层膜 ，内部的 基粒 是由 一个个圆饼状的囊状结构 堆叠而成的2．色素和酶的分布：吸收光能的色素分布于 囊状结构的薄膜上 ，与光合作用有关的酶分布在 囊状结构的薄膜上（或类囊体上） 和 叶绿体基质中 。
3．功能：是进行 光合作用 的场所思考感悟：叶绿体的两层膜应是什么颜色，其意义是什么？（ 无色，确保光合作用的独立进行 ） 三、 “绿叶中色素的提取和分离”的实验1．色素的提取：可以用 无水乙醇 作溶剂提取绿叶中的色素，而不能用水，因为 22绿叶中的色素均不溶于水 2．色素的分离：利用色素在层析液中的 溶解度 不同进行分离， 溶解度高的 的在滤纸上扩散得快，反之则慢3．色素的种类和颜色：层析后，滤纸条上从上到下呈现的四条色素带依次是 橙黄 色的胡萝卜素、黄色的 叶黄素 、 蓝绿 色的叶绿素 a、 黄绿 色的叶绿素 b思考感悟：正常植物的叶为什么呈绿色?秋冬季有些植物叶变黄的原因是什么? （因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，因而叶片呈现绿 色秋冬季时，有些植物叶内的叶绿素被分解了，因而表现出类 胡萝卜素的颜色，叶子 变黄 ）四、光合作用的探究历程1．直到 18 世纪中期，人们一直以为只有 土壤中的水分 是植物建造自身的原料2．1771 年，英国的普利斯特利的实验证实：植物可以更新因 蜡烛燃烧或小白鼠呼吸 而变得污浊的空气3．1779 年，荷兰的英格豪斯证明了 阳光和绿叶 在更新空气中不可缺少。
4．1785 年，随着空气组成成分的发现，人们才明确绿叶在光下放出的气体是 O2 ，吸收的是 CO 2 5．1864 年，德国的萨克斯的实验证实了光合作用的产物除氧气外还有 淀粉 6．1939 年，美国的鲁宾和卡门利用 同位素标记 法证明了 光合作用释放的氧气来自水 7．20 世纪 40 年代，美国的卡尔文，利用 同位素标记 技术最终探明了 CO2中的碳 在光合作用中转化成 有机物中 碳的途径五、光合作用的过程1．光反应(1)场所：叶绿体 囊状结构薄膜上 2)条件： 光 、 色素 、酶等3)物质变化：叶绿体利用吸收的光能，将水分解成 O 2和［H ］ ，同时促成 ADP 和 Pi发生化学反应，形成 ATP 4)能量变化：光能转变为 ATP 中活跃的化学能 2．暗反应(1)场所：叶绿体的 基质 中2)条件： 多种酶 参加催化3)物质变化：①CO 2的固定：CO 2与植物体内的 C5 结合，形成 C3 ②C 3的还原：在有关酶的催化作用下，C 3接受 ATP 释放的能量并且被 ［H］ 还原，经过一系列的变化，形成 糖类 或 C5。
4)能量变化：ATP 中活跃的化学能转变为 糖类等有机物中稳定的化学能 六、光合作用原理的应用1．光合作用强度：是指植物在 单位时间 内通过光合作用制造糖类的数量32．增加光合作用强度的措施：控制 光照强度 和温度，适当增加作物环境中 CO2浓度 等3．影响光合作用强度的外界因素有：空气中 CO2 浓度 、土壤中 水分的多少 、 光照的长短与强弱 、 光的成分 以及 温度的高低 等七、化能合成作用1．概念：某些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 有机物 的合成作用2．实例： 硝化细菌 能利用 NH3氧化成 HNO2和 HNO3时所释放的 化学能 ，将 CO2和 H2O 合成为糖类3．自养生物和异养生物(1)自养生物：绿色植物和硝化细菌都能将 将无机物合成为有机物 ，因此属于自养生物2)异养生物：人、动物、真菌以及大多数细菌只能利用环境中 现成的有机物 来维持自身的生命活动，属于异养生物思考感悟：绿色植物和硝化细菌在代谢方面的异同点是什么?（相同点：都能将无机物合成为有机物，都属于自养生物；不同点：绿色植物是利用光能合成有机物，硝化细菌则是利用化学能合成有机物。
）【知识拓展】一、叶绿体中的色素1．色素与吸收光谱（如右图）特别提醒：①叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收②叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，但对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少2．不同颜色温室大棚的光合效率(1)无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明的大棚光合效率最高2)叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低3．影响叶绿素合成的因素(1)光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄2)温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄44(3)必需元素：叶绿素中含 N、Mg 等必需 元素，缺乏 N、Mg 将导致叶绿素无法合成，叶变黄另外，Fe 是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺 Fe 也将导致叶绿素合成受阻，叶变黄二、 “绿叶中色素的提取和分离”实验分析1．原理解读(1)色素溶于有机溶剂而不溶于水，可用无水乙醇等有机溶剂提取绿叶中的色素2)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，从而使各种色素相互分离。
2．实验流程图示3．实验中几种化学试剂的作用(1)无水乙醇用于提取绿叶中的色素2)层析液用于分离绿叶中的色素3)二氧化硅可增加杵棒与研钵间的摩擦力，破坏细胞结构，使研磨充分4)碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏54．实验中的注意事项(1)选材：应选取鲜嫩、颜色深绿的叶片，以保证含有较多的色素2)提取色素：研磨要迅速、充分，且加入各物质的量要成比例，以保证提取较多的色素和色素浓度适宜3)画滤液细线：用力要均匀，快慢要适中滤液细线要细、直，且干燥后重复画一两次，使滤液细线既有较多的色素，又使各色素扩散的起点相同4)色素分离：滤液细线不要触及层析液，否则滤液细线中的色素分子将溶解到层析液中，滤纸条上得不到色素带5．色素提取液呈淡绿色的原因分析(1)研磨不充分，色素未能充分提取出来2)称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小3)未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏三、光合作用过程分析1．光合作用过程图解2．反应方程式及元素去向方程式： 1818222CO+H(CO)+ 光叶 绿 体(1)O 元素： 2 (2)C 元素： 141414232(H) 特别提醒：上述方程式表示的光合产物只为单糖，实际上光合产物主要是糖类，包括单糖(葡萄糖和果糖)、二糖(蔗糖)和多糖(淀粉)，其中以蔗糖和淀粉最为普遍，但一些实验证明，蛋白质、脂肪和有机酸也都是光合作用的直接产物。
因此对光合作物产物应理解为有机物和氧气更为确切3．光照和 CO2浓度变化对植物细胞内 C3、C 5、[H]、ATP 和 O2及(CH 2O)合成量的影响（1） 2光 照 强 弱CO供 应 不 变 322[H]ATPO 光 反 应 减 弱 暗 反 应 减 少 还 原 减 弱减 少 固 定 仍 正 常 进 行产 生 减 少36125 含 量 上 升 合 成 量 减 少含 量 下 降（2） 2光 照 弱 强供 应 不 变 322[]CTPO 光 反 应 增 强 暗 反 应 增 多 还 原 增 强增 多 固 定 仍 正 常 进 行产 生 增 多36125CHO 含 量 下 降 合 成 量 增 加含 量 上 升66（3） 2CO光 照 不 变减 少 供 应 323 5CCO 暗 反 应 含 量 下 降固 定 减 弱还 原 仍 正 常 进 行 含 量 上 升2[H]ATP,O 相 对 增 加相 对 增 加上 述 两 种 物 质转 化 速 度 变 慢产 生 减 少 612H合 成量 相 对 减 少（4） 2C光 照 不 变由 不 足 变 充 足 暗 反 应 323 5CCO 含 量 上 升固 定 增 强还 原 仍 正 常 进 行 含 量 下 降6122[H]ATPH,O 相 对 减 少相 对 减 少上 述 两 种 物 质 合 成 量 相 对 增 加转 化 速 度 加 快产 量 增 加四、环境因素对光合作用强度的影响及应用1．探究光照强度对光合作用强度的影响及相关分析(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)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(O 2等)小圆形叶片沉水底：将内部气体逸出的小圆形叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中，小圆形叶片全部沉到水底对照实验及结果：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(2)实验结论：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(小圆形叶片中产生的 O2多，浮起的多)。
3)光照强度与光合作用速率的关系曲线分析应用①曲线分析（如右图）A 点光照强度为 0，此时只进行细胞呼吸，释放的 CO2量可表示此时细胞呼吸的强度AB 段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO 2释放量逐渐减少，这是因为细胞呼吸释放的 CO2有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度项 目烧杯7B 点：细胞呼吸释放的 CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度(光照强度只有在 B 点以上时，植物才能正常生长)，B 点所示光照强度称为光补偿点BC 段：表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到 C 点以上不再加强了，C 点所示光照强度称为光饱和点②应用：阴生植物的 B 点前移，C 点较低，如图中虚线所示，间作套种农作物的种类搭配，林带树种的配置，可合理利用光能；适当提高光照强度可增加大棚作物产量2．CO 2浓度对光合作用强度的影响(1)曲线分析（如上图）：图 1 和图 2 都表示在一定范围内，光合作用速率随 CO2浓度的增加而增大，但当 CO2浓度增加到一定范围后，光合作用速率不再增加图 1 中 A 点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的 CO2浓度，即 CO2补偿点；图 2 中的点表示进行光合作用所需 CO2的最低浓度。
图 1 和图 2 中的 B 和 点都表示 CO2饱和点2)应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风” ，增施农家肥等增大 CO2浓度，提高光能利用率3．温度对光合作用速率的影响(1)曲线分析（如右图）：温度主要是通过影响与光合作用有关酶的活性。