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1、第三节 光合作用一捕获光能的色素和结构一捕获光能的色素和结构第第5 5章章 细胞的能量供应和利用细胞的能量供应和利用叶绿体叶绿体外膜外膜内膜内膜基质基质基粒基粒 形态形态 高等植物的叶绿体大多呈扁平椭圆形，每个细胞高等植物的叶绿体大多呈扁平椭圆形，每个细胞中叶绿体的大小与数目依植物种类、组织类型以及发中叶绿体的大小与数目依植物种类、组织类型以及发育阶段而异。一个叶肉细胞中约有育阶段而异。一个叶肉细胞中约有1010至数百个叶绿体，至数百个叶绿体，其长其长3 36m6m，厚，厚2 23m3m。 运运 动动 叶绿体在细胞中不仅可随原生质环流运动，叶绿体在细胞中不仅可随原生质环流运动，而且可随光照的方
2、向和强度而运动。在弱光下，叶而且可随光照的方向和强度而运动。在弱光下，叶绿体以扁平的一面向光以接受较多的光能；而在强绿体以扁平的一面向光以接受较多的光能；而在强光下，叶绿体的扁平面与光照方向平行，不致吸收光下，叶绿体的扁平面与光照方向平行，不致吸收过多强光而引起结构和功能过多强光而引起结构和功能的破坏。的破坏。 叶绿体中色素的种类：叶绿体中色素的种类：叶绿素叶绿素a(a(蓝绿色）蓝绿色）叶绿素叶绿素b b（黄绿色）（黄绿色）叶绿素叶绿素（3/43/4）类胡萝卜素类胡萝卜素（1/41/4）胡萝卜素（橙黄色）胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）叶黄素（黄色）功功 能：能： 吸收、传递和转化光能吸收、传
3、递和转化光能叶绿素叶绿素色素色素吸收可见吸收可见的太阳光的太阳光类胡萝卜素主类胡萝卜素主要吸收要吸收蓝紫光蓝紫光叶绿素叶绿素主要吸收主要吸收红橙光红橙光和和蓝紫光蓝紫光1.1.为什么树叶一般都呈绿色？为什么树叶一般都呈绿色？ 叶绿素占叶绿体色素的叶绿素占叶绿体色素的3/43/4，叶绿素对绿，叶绿素对绿光吸收量少，绿光被反射出来，叶绿体呈现绿光吸收量少，绿光被反射出来，叶绿体呈现绿色。色。2.2.秋天为什么叶子会变黄？秋天为什么叶子会变黄？叶绿素解体。叶绿素解体。问问 题题2.2.提示：是的。不同颜色的藻类吸收不同波长的光。提示：是的。不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光
4、，即藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出了红藻反射出了红光红光，绿藻反射出绿光绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光褐藻反射出黄色的光。水。水层对光波中的红、橙部分吸收显著多于对蓝、绿部层对光波中的红、橙部分吸收显著多于对蓝、绿部分的吸收，即到达深水层的光线是相对富含短波长分的吸收，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，所以吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海的光，所以吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方。水深的地方。一、光合作用的探究历程一、光合作用的探究历程1.1.以前，人们一直以为，小小的种
5、子之所以以前，人们一直以为，小小的种子之所以 能够长成参天大树，完全依靠于能够长成参天大树，完全依靠于土壤土壤。 A组: B组:17711771年年,(,(英英) )普里斯特利普里斯特利(Joseph Priestley)(Joseph Priestley)的实验的实验 绿色植物在光照下吸收了二氧化碳，绿色植物在光照下吸收了二氧化碳，产生了氧气产生了氧气 这个实验说明这个实验说明碘碘蒸蒸气气处处理理一一半半曝曝光光，一一半半遮遮光光在在暗暗处处放放置置几几小小的的叶叶片片18641864年年,(,(德德) )萨克斯萨克斯(Julius von Sachs)(Julius von Sachs)的
6、实验的实验这个实验证明这个实验证明: :绿叶在光合作用中产生了淀粉绿叶在光合作用中产生了淀粉 黑暗中黑暗中光照下光照下1880年年,(美美)恩格尔曼恩格尔曼(C.Engelmann)的实验的实验这个实验证明这个实验证明: : 氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所色植物进行光合作用的场所218O和CO2 18O2和 H2O 。 C18O2+H2O CO2+H218O光照光照光照光照O2 证明：光合作用释放的证明：光合作用释放的O2全部全部来自于来自于H2O19301930年，年，( (美美) )鲁宾鲁宾(S.Ruben)(S.Ruben)和
7、卡门和卡门(M.Kamaen)(M.Kamaen)用同位素标记法研究光合作用用同位素标记法研究光合作用用同位素标记法研究光合作用用同位素标记法研究光合作用: : : :18O2CO2+H2O* (CH2O)+O2* 光能光能 叶绿体叶绿体光合作用的概念及反应式光合作用的概念及反应式 光合作用是指绿色植物通过光合作用是指绿色植物通过叶绿体叶绿体，利用，利用光能光能，把把二氧化碳二氧化碳和和水水转化成储存着能量的转化成储存着能量的有机物有机物，并且释，并且释放出放出氧氧的过程。的过程。【探索二】【探索二】光合作用的具体过程可以分为几个阶段？光合作用的具体过程可以分为几个阶段？光合作用的过程光合作用
8、的过程光能光能叶绿素叶绿素aeNADP+eH2OHO2叶绿体叶绿体ATPNADPHH（CH2O）2C3CO2C5暗暗反反应应光光反反应应(类囊体的薄膜上类囊体的薄膜上)(基质中基质中)ADP+Pi【探索二【探索二 】 光合作用的具体过程可以分为几个阶段？光合作用的具体过程可以分为几个阶段？光反应阶段光反应阶段暗反应阶段暗反应阶段必须有光能才能进行必须有光能才能进行二、光合作用的过程二、光合作用的过程光反应光反应暗反应暗反应【探索三】【探索三】光反应可以光反应可以包含几个反包含几个反应？其原料应？其原料和产物分别和产物分别是什么？反是什么？反应场所是什应场所是什么？么？【探索四】【探索四】暗反应
9、可以暗反应可以分为几个阶分为几个阶段？其原料段？其原料和产物分别和产物分别是什么？是什么？思考：暗反应为什么称之为思考：暗反应为什么称之为“暗暗”反应？反应？ 暗反应在光下能不能进行？暗反应在光下能不能进行？H 2 O 光光 2H+1/2O 2酶酶A D P + Pi +能量能量A T P光光反反应应水的光解：水的光解：ATPATP的形成：的形成：光光合合作作用用酶酶 2 C 3C O 2 +C 5H ATP酶酶C 6 H12 O 62 C 3暗暗反反应应C O 2的固定：的固定：C O 2的还原：的还原：【总结】【总结】光合作用的过程可以分为两个阶段，光合作用的过程可以分为两个阶段，光反应光
10、反应和暗反应和暗反应，光反应阶段主要是在，光反应阶段主要是在囊状结构薄膜囊状结构薄膜上利用上利用光能光能将将水水光解成光解成HH和和O O2 2，同时将光能转变成不稳定的，同时将光能转变成不稳定的化学能，储存在化学能，储存在ATPATP中；暗反应阶段主要在中；暗反应阶段主要在叶绿体基质叶绿体基质中将中将COCO2 2中的中的C C通过通过COCO2 2的固定的固定和和COCO2 2的还原的还原储存在有机物储存在有机物中，同时将中，同时将ATPATP中的能量转移到有机物中的能量转移到有机物中。中。光合作用总反应反应式光合作用总反应反应式6C O2+12H2 O叶绿体叶绿体光能光能C 6 H12
11、O6 + 6 H2 O+6 O2【探索五】【探索五】要生成要生成1分子的分子的C 6 H12 O 6，需要多少分子，需要多少分子的的H 2 O和和C O 2 ？过程过程 比较比较 光反应光反应暗反应暗反应进行部位进行部位进行条件进行条件物质转化物质转化能量转化能量转化联系联系光反应为暗反应提供光反应为暗反应提供HH和和ATPATP类囊体的薄膜类囊体的薄膜叶绿体的基质中叶绿体的基质中光光光光叶绿体色素酶叶绿体色素酶许多酶，许多酶，不受光限制不受光限制水转变成水转变成HH和氧和氧气；生成气；生成ATPATPC OC O2 2转变为转变为C C3,3,经经C OC O2 2的的还原为还原为有机物有机
12、物光能转化为光能转化为ATPATP中中活跃活跃的化学能的化学能ATPATP中中活跃活跃的化学能转化的化学能转化为有机物中为有机物中稳定稳定化学能化学能【总结】【总结】光反应与暗反应的区别与联系光反应与暗反应的区别与联系三、光合作用的实质三、光合作用的实质无机物无机物有机物有机物2.2.能量转化：能量转化：光能光能有机物中的化学能有机物中的化学能1.1.物质转化：物质转化：【探索七】【探索七】光合作用的意义是什么？光合作用的意义是什么？1.1.生物界中有机物的来源生物界中有机物的来源3.3.调节大气中氧气和二氧化碳的含量调节大气中氧气和二氧化碳的含量2.2.生物生命活动所需能量的最终来源生物生命
13、活动所需能量的最终来源4.4.对生物的进化有重要作用对生物的进化有重要作用【探索六】【探索六】通过学习光合作用的实质是什么？通过学习光合作用的实质是什么？四、光合作用原理的运四、光合作用原理的运植物自身因素植物自身因素环境因素对光合作用的影响环境因素对光合作用的影响1 1）光照）光照2 2）温度）温度3 3）二氧化碳浓度）二氧化碳浓度4 4）水分）水分5 5）矿质元素）矿质元素影响光合作用的主要外界因素影响光合作用的主要外界因素v光照光照 光是光合作用的能量来源，是叶绿体发育和叶光是光合作用的能量来源，是叶绿体发育和叶绿素合成的必要条件绿素合成的必要条件v二氧化碳二氧化碳 二氧化碳是光合作用的
14、原料之一二氧化碳是光合作用的原料之一v温度温度 由于温度可以影响酶的活性，因而对光合速率由于温度可以影响酶的活性，因而对光合速率有明显影响有明显影响v水分水分 叶片接近水分饱和时，才能进行正常的光合作叶片接近水分饱和时，才能进行正常的光合作用用v矿质营养矿质营养 矿质元素直接或间接影响光合作用矿质元素直接或间接影响光合作用v光合速率的日变化光合速率的日变化 一天中，光强日变化对光和速率一天中，光强日变化对光和速率日变化的影响最大日变化的影响最大1.1.营养物质包括有机物、无机盐、水等营养物质包括有机物、无机盐、水等2.2.2.2.根据获取有机物的方式不同，可以将生物分为：根据获取有机物的方式不
15、同，可以将生物分为：根据获取有机物的方式不同，可以将生物分为：根据获取有机物的方式不同，可以将生物分为：自养生物自养生物异养生物异养生物光能自养生物光能自养生物化能自养生物化能自养生物（绿色植物）（绿色植物）（硝化细菌等）（硝化细菌等）一、光合作用的场所一、光合作用的场所-叶绿体叶绿体叶绿体中色素的种类、颜色及作用叶绿体中色素的种类、颜色及作用二、光合作用的过程二、光合作用的过程1.1.光反应：光反应：水的光解水的光解ATP的合成的合成二氧化碳二氧化碳的固定的固定二氧化碳二氧化碳的还原的还原四、光合作用的实质四、光合作用的实质五、光合作用的意义与应用五、光合作用的意义与应用三、光合作用的概念和
16、总反应式三、光合作用的概念和总反应式光合作用光合作用 上图是在盛夏的某一晴天，一昼夜中某植物对上图是在盛夏的某一晴天，一昼夜中某植物对COCO2 2的的吸收和释放状况的示意图。亲据图回答问题：吸收和释放状况的示意图。亲据图回答问题：1.1.图中图中D DE E段段COCO2 2吸收量逐渐减少是因为吸收量逐渐减少是因为 ，以至光反应产生的以至光反应产生的 和和 逐渐减少，逐渐减少，从而影响了暗反应从而影响了暗反应 强度，使强度，使 化合物数量减化合物数量减少，影响了少，影响了COCO2 2固定。固定。光照强度光照强度逐步减弱逐步减弱ATPNADPH还原作用还原作用五碳五碳2.2.图中曲线中间图中
17、曲线中间C C处光合作用强度暂时降低，可能是处光合作用强度暂时降低，可能是（ ） A.A.光照过强，暗反应跟不上，前后脱节，影响整体光照过强，暗反应跟不上，前后脱节，影响整体 效果效果 B. B.温度较高，提高了呼吸作用酶的活性，消耗了较温度较高，提高了呼吸作用酶的活性，消耗了较 多的有机物多的有机物 C. C.温度高，蒸腾作用过强，气孔关闭，影响了温度高，蒸腾作用过强，气孔关闭，影响了COCO2 2 原料的供应原料的供应 D. D.光照过强，气温过高，植物缺水严重而影响光合光照过强，气温过高，植物缺水严重而影响光合 作用的进行作用的进行C1.1.在光合作用中，糖类是在在光合作用中，糖类是在 阶段形成的，氧阶段形成的，氧气是在气是在 阶段形成的，阶段形成的，ATPATP是在是在 阶段形成阶段形成的。的。1414C C的二氧化碳来追踪光合作用中的碳原子，证明其转的二氧化碳来追踪光合作用中的碳原子，证明其转移的途径是移的途径是（ ） 叶绿素叶绿素 ATPATP B. B.二氧化碳二氧化碳 三碳化合物三碳化合物 ATPATP 三碳化合物三碳化合物 糖类糖类 五碳糖五碳糖 糖类糖类3.3.光合作用过程中释放的氧气来源于（光合作用过程中释放的氧气来源于（ ） 暗反应暗反应光反应光反应CB光反应光反应巩固练习巩固练习
