光合作用與能量轉化捕獲光能的色素和結構

光合作用的原理和應用植物工廠2:

為什么要控制二氧化碳濃度、營養液成分和溫度等條件?影響光合作用的因素很多，既有植物本身的因素，又有外界因素的影響。

二氧化碳濃度、營養液成分、溫度都對植物的光合作用有影響。1:靠人工光源生產蔬菜有什么好處?自然光源不可控制，當自然環境中光照不足時，植物的光合作用就會受到影響從而導致

減產，人工光源的強度和色光均是可控的可

以根據植物的生長情況調整捕獲光能的色素捕獲光能的色素高等植物而言，

葉

片是光合作用

的主要器官為什么白化苗不能正常生長?缺少色素不能正常進行光合作用分離：各種色素在層

析

液中

的溶

解

度不同，溶解度越高在層析紙上的擴散速度越快2:實驗方法：

過濾法、

紙層析法捕獲光能的色素

探究.實踐：思考：可用什么替代無水乙醇?提取：綠葉中的色素能溶解在有機溶劑無水乙醇中綠葉中色素的提取與分離1:實驗原理：捕獲光能的色素3:實驗步驟：(1)提取色素及時用棉塞將

試管口塞嚴+無水乙醇，研磨+SiO?+CaCO?過濾剪碎畫：在距離底端1cm

處用鉛筆畫細線畫：用毛細吸管吸取少量濾液，沿鉛筆線均勻

的畫出細線，待濾液干后，

再

重

復1-2次分離：將濾紙條有濾液細線的一端朝下插入層析液中隨后用棉花塞緊試管口制備濾紙條

3:實驗步驟：(2)分離色素(紙層析法)剪：干燥的定性濾紙剪去兩

角鉛筆細線剪兩角捕獲光能的色素干燥的濾紙條分離：

將濾紙條有濾液細線的一端朝下插入層

析液中隨后用棉花塞緊試管口注意：

不得將濾液細線觸及層析液3:實驗步驟：(2)分離色素(紙層析法)分離綠葉中色素的實驗裝置1.層析液液面2.濾液細線

捕獲光能的色素

胡蘿卜素葉

黃

素葉綠素a

葉綠素b捕獲光能的色素3:實驗結果：溶解度：胡蘿卜素>葉黃素>葉綠素a>

葉綠素b含量：葉綠素a>

葉綠素b>

葉黃素>胡蘿卜素胡蘿卜素'葉黃素-葉綠素a葉綠素b類胡蘿卜素(1/4)捕獲光能的色素葉綠素(3/4)3:實驗結果：綠葉中的色素主要吸收(

紅光、藍紫光

(

綠光

)吸收少捕獲光能的色素4種色素對光的吸收有何差別?紅光區、藍紫光區出現了暗帶)

,

對光譜胡蘿卜素和葉黃素主要吸

收

(

藍紫光葉綠素a與葉綠素b吸收藍紫光、紅光色素的功能：

吸收、傳

遞、轉化光能波長/nm圖5-

12

葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜捕獲光能的色素吸收光能的百分比/%100為什么夏天樹葉綠?而秋天葉子黃?捕獲光能的色素胡蘿卜素C、H葉黃素C、H、O葉綠素aC、H、O、

N、Mg葉綠素bC、H、O、

N、M

g捕獲光能的色素影響葉綠素合成的因素：

光照、溫度、必需元素

(N

、Mg

等

必需元素)1881年恩格爾曼實驗1:為什么要放在沒有空

氣的小室中?2:該實驗有何巧妙之處?2:該實驗的結論?葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧

捕獲光能的色素波長/nm恩格爾曼第二個實驗的示意圖葉綠體主要吸收紅光和

藍紫光捕獲光能的色素僅靠恩格爾曼水綿實驗能得出：

葉綠體是光合作用的場所這一結論嗎?僅證明葉綠體吸收光能能產生氧氣，不能證明光合作用其他產物在葉綠體，所以不能證明葉綠體是光合作用的場所1954年科學家才證明葉綠體是光合作用的場所捕獲光能的色素

雙層膜基質：

DNA、RNA、

核糖體、酶內膜中有基粒：類囊體堆疊(增大內膜面積),

含色素、酶外膜膜間隙-內膜基質基粒類囊體基質類囊體類囊體腔捕獲光能的色素葉綠體的結構適于進行光合作用基粒基質類囊體1g菠菜葉片中的類囊體總面積有60m2結構類囊體萬物生長靠太陽光合作用的原理和應用

光合作用的原理

1:概念：綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉化成儲存能量的有機物并釋放氧氣的過程。1:葉綠體如何將光能轉化為化學能?2:光合作用生成的氧氣來源于水還是二氧化碳?2:過程：19世紀末，科學界普

遍認為在光合作用中，

CO?分子和0被分開，O?被釋放，C與H?O結

合成甲醛，甲醛分子

縮合成糖。光合作用的原理探索光合作用的實驗1928年科學家發現甲醛對植物有毒害作用，且

甲醛不能通過光合作用轉化為糖?CO?C+H?O多個(CH?O)縮合想我死也

不必用甲

醛吧!!H

H甲醛O1937年植物學家希爾實驗研磨過濾

高

鐵

鹽

低鐵鹽

遮光4Fe++2H,O(有H?O,

無CO?)b.

葉綠體濾液(葉綠體有氣泡產生)c.

葉綠體濾液(葉綠體無氣泡產生)

探索光合作用的實驗結

論

：水的光解可以產生氧氣光合作用的原理4Fe2++4H++O,光葉綠體a.

綠葉

光合作用的原理

探索光合作用的實驗1:希爾實驗說明水的光解產生氧氣，是否說明植物光合作用產生的氧氣中

的氧元素全部來自水?不能，可能有其他含氧元素的供體2:希爾實驗能否說明水的光解和糖的合成不是同一個化學反應?能，糖的合成需要二氧化碳而該反應無二氧化碳探索光合作用的實驗1941年魯賓和卡門同位素示蹤法結論：

光合作用產生的氧氣來源于水光合作用的原理180202

光合作用的原理

探索光合作用的實驗1954年阿爾農實驗材料：離體的葉綠體處理：無C02,

有光照的條件下加入ADP、Pi結果；葉綠體可合成ATP,

同時水光解產生氧氣結論：

光照下，水的光解伴隨著ATP的生成依據是否需要光能光反應(第一

階段)暗反應(第二階段又稱碳反應)光合作用的過程光合作用的原理外膜基質能量變化：

光能變為儲存在ATP

與NADHP

中化學能H?O水在光下分解

+光

能

、

葉綠體中的色素場所：

類囊體薄膜光合作用的原理ATP酶ADP+PiNADPHNADP+光反應光合作用的原理卡爾文實驗(放射性同位素標記法)提取溶液中的物質，

紙層析分離這些物質放射性顯影確定放

射性位置結論：

14CO?中的放射性14C先

出現在C?

再出現在14C?、14C?給小球藻通入14C標記的4CO?

,

光下培再溶解，化學分析表明是3-磷酸甘油酸

(C?)殺死細胞，終止光合縮短時間為5s取樣光合作用的原理H?O水在光下分解

+光能、

葉綠體中的色素

ATPADP+Pi光反應場所：

類囊體薄膜能量變化：

光能變為儲存在ATP與

NADHP

中活躍化學能(CH?O)暗反應場所：

葉綠體基質能量變化：

儲存在ATP

與NADPH

中活躍化學能變為有機物中穩定化學NADPHNADP酶多種酶C3的還原基質

基粒

內膜

外膜8的固定反應階段光反應暗反應反應部位葉綠體類囊體的薄膜上葉綠體基質反應條件葉綠體色素、酶、光能NADPH、ATP、酶物質變化ADP+Pi+能量NADP++H++2e-ATPNADPHATP酶NADPI2C?(CH20)+能量變化光能→ATP和NADPH中活躍的化學能活躍的化學能→有機物中穩定的化學能產

物NADPH、ATP、0?ADP、Pi

、

(CH?O)、C?聯系光反應為暗反應提供ATP、NADPH,暗反應為光反應提供ADP、Pi、NADP+;二者相互依存，相互制約；沒有光反應，暗反應不能進行；沒有暗反應，光反應也不能長時間進行。光合作用實質合成有機物，儲存能量光反應和暗反應的比較：制造或產生有機物(糖類)量固定或者利用CO?

的量產生O?

的量1.

光

合

作

用強度：指植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數量。光合作用強度的表示方法：(單位時間內光合作用)光合作用的原理的應用思考：能否測量出光合作用強度?—探究環境因素對光合作用強度的影響實驗步驟：②將圓形小葉片置于注射器內，使葉片內氣體逸出光合作用的原理的應用

避免光合作用產生O2,使葉片上浮

④取3只小燒杯，分別倒入富含CO?

的清水(1%~2%的NaHCO?溶液)

保證CO,

飽和

探究環境因素對光合作用強度的影響實驗步驟：③將處理過圓形小葉片放入清水中，

黑暗保存光合作用的原理的應用探究環境因素對光合作用強度的影響實驗步驟：⑤

向3只小燒杯中各放入10片圓形小葉片，分別置于強、中、

弱光下

(光照強弱可通過調節臺燈與實驗裝置間的距離來決定)光源會產生熱量，導致溫度不同，所以為了保證單一變

量，應該加一個盛水玻璃柱，

排除溫度對實驗結果的影響。⑥觀察并記錄同一時間段內各實驗裝置中小圓形葉片浮起的數量。光合作用的原理的應用探究環境因素對光合作用強度的影響葉片浮

起數量中光合作用的原理的應用(6)實驗現象及結果：葉片浮

起數量葉片浮

起數量弱丙強中甲燒杯光源距離光照強度葉片上浮數量140W5cm強240W30cm中中340W50cm弱少(7)實驗結論：在一定光照強度范圍內，光合作用隨著光照強度的增加而增強光照強度探究環境因素對光合作用強度的影響(6)實驗現象及結果：光合作用的原理的應用0CO?光合作用產生的02=釋放到空氣中的02+呼吸作用消耗的O?光合作用消耗的CO?=

吸收到空氣中的CO?+

呼吸作用產生的CO?思考：實驗所測是否為葉片實際光合作用強度?

光合作用的原理的應用

光合作用的原理的應用總

光

合

速

率

=

凈

光

合

速

率

+

呼

吸

速

率黑暗下CO?

的釋放量O?

的消耗/利用量(黑暗下O?

的吸收量)有機物的消耗量CO?

的消耗/固定O?的產生/生成量有機物的產生/制造量CO?的吸收量O?

的釋放量有機物的積累/剩余量凈光合總光合呼吸植物達到光合速率等于呼吸

速率時，所對應的光照強度。

光飽和點：植物達到最大光合速率所需

要的最小光照強度B.

光飽和點

光補償點

C'

光照強度呼吸速率A:光合作用為0,只進行呼吸作用

C點后限制因素CO?

、

溫度等C

光合作用強度達到最大值，達到飽和

光補償點：AB段：

光合<呼吸

BC段：

光合>呼吸

光合作用的原理的應用影響光合作用強度的因素光合作用

強度=呼吸

作用強度總(真)

光合速率1.光照強度凈光合

速率0ACO2釋放量吸收量CO2應用1.適當提高光照強度

2.延長光合作用時間

3.合理密植—增加光

合作用面積4.間作(幾種作物同時期播種)、套種(幾

種作物不同時期播種)

5.溫室大棚使用無色

透明玻璃6.補光---紅光和藍紫光吸速率)D'

點

：CO,飽和點

(光合作用強度不再隨CO?

濃度增加而增加)。D點之后光合速率的限制因素有哪些?外因：主要為光照強度和溫度；內因：酶的數量和活性。應用：①多施有機肥或農家肥；②溫室栽培植物時還可使用CO?

發生器等；③正其行，通其風。B點：進行光合作用所需CO?

的最低濃度C點：

CO,

補償點

(光合作用速率=細胞呼光合作用的原理的應用影響光合作用強度的因素2.CO?

濃

度

：最適溫度下植物光合作用最大，植物體內的酶最適溫度在40~50℃之間。溫度過高時植物氣孔關閉或酶活性降低，光合速率會減弱。應用：①適時播種②溫室中，白天適當提高溫度，晚上適當降溫，提高作物產量③植物“午休”現象光合作用的原理的應用

影響光合作用強度的因素3.

溫

度

：N:

光合酶及NADP+和ATP的重要組分P:NADP+

和ATP的重要組分K:

促進光合產物向貯藏器官運輸Mg:

葉綠素的重要組分應用：合理施肥礦質元素濃度

A☆土壤中礦質元素濃度

過高會導致植物滲透失

水而萎蔫。影響光合作用強度的因素4.礦質元素：光合作用的原理的應用光合作用強度②水是體內各種化學反應的介質③水直接影響氣孔的開閉，間接影響CO?進入AB:

隨光照強度增大，光合作用強度不斷增大。C點：溫度過高，為減少蒸騰作用，氣孔關閉，

CO2供應不足，光合速率下降，

出現“午休”現象。DE:

隨光照強度減弱，光合作用強度影響光合作用強度的因素①水是光合作用的原料光合作用的原理的應用5

、

水0(教材P106)應用：預防干旱

合理灌溉光合作用強度不斷減小。陽生植物：在強光環境中生長發育健壯，在陰蔽或弱光條件下生

長發育不良的植物。陰生植物：在較弱的光照條件下CO2