第5章

細胞的能量供應和利用

第4節

光合作用與能量轉化本節聚焦1.

植物靠哪些色素捕獲光能？

2.

葉綠體的結構有哪些適于進行光合作用的特點？3.光合作用是怎樣進行的？

4.光合作用過程中物質變化與能量轉化有什么關系？

5.光合作用原理在生產中有哪些應用？植物工廠在人工精密控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營養液成分等條件下，生產蔬菜和其他植物。有的植物工程完全依靠LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍色、白色的光源。問題探討植物工廠在人工精密控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營養液成分等條件下，生產蔬菜和其他植物。有的植物工程完全依靠LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍色、白色的光源。問題探討

光合作用是唯一能夠捕獲和轉化光能的生物學途徑。一、捕獲光能的色素思考：“白化苗”能持續正常地生長嗎？白化苗不含綠色色素，不能進行光合作用，不能正常生長，待種子中儲存的養分耗盡就會死去。一、捕獲光能的色素

實驗：綠葉中色素的提取和分離閱讀課本98頁相關內容，回答下列問題：1.提取綠葉中色素的原理是什么？2.綠葉中的色素不只有一種，分離綠葉中色素的原理是什么？

3.提取色素要注意什么？一、捕獲光能的色素分離的原理：

不同色素在層析液中的溶解度不同，溶解度越高，在濾紙上的擴散速度越快，反之則慢，色素就會隨層析液在濾紙上的擴散而分離開。新鮮菠菜葉1.實驗材料：提取的原理：

色素能夠溶于有機溶劑無水乙醇中，因此可選用無水乙醇提取色素。2.實驗原理：一、捕獲光能的色素3.實驗步驟：1.色素提取時所用試劑及作用？無水乙醇：二氧化硅：碳酸鈣：2.研磨時應注意什么？原因為何？迅速且充分。保證色素釋放得更加充分且揮發量少。提取綠葉中的色素溶解色素；使研磨更加充分；防止色素被破壞制備濾紙條鉛筆線剪去兩角畫濾液細線濾液細線畫濾液細線的原則是細、直、齊。

待濾液干后，再重畫一到兩次可以增加濾液細線中色素的含量。紙層析法不同色素在層析液中的溶解度不同。溶解度高的色素，在濾紙上隨層析液的擴散速度快；溶解度低的色素，在濾紙上隨層析液的擴散速度慢。分離綠葉中的色素1.分離色素的方法？2.分離色素的原理？插濾紙條層析液培養皿3.為何不能讓濾液細線觸及層析液？防止濾液細線中色素溶解在層析液中一、捕獲光能的色素結果一、捕獲光能的色素（黃色）（藍綠色）（黃綠色）（橙黃色）問1：色素帶寬窄反映什么？含量葉綠素a最多問2：哪種色素溶解度最大？胡蘿卜素上下色素帶色素種類色素顏色色素含量溶解度擴散速度胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b橙黃色最少最高最快黃色較少較高較快藍綠色最多較低較慢黃綠色較多最低最慢葉綠素由C、H、O、N、Mg構成葉綠素（含量約占3/4）類胡蘿卜素（含量約占1/4）綠葉中四種光合素色的比較一、捕獲光能的色素綠葉中的色素類胡蘿卜素(占1/4)葉綠素(占3/4)胡蘿卜素葉黃素（橙黃色）（黃色）葉綠素a葉綠素b（藍綠色）（黃綠色）色素的作用：吸收、傳遞、轉化光能一、捕獲光能的色素C、H、O、N、MgC、H

C、H、O注意：少數特殊狀態的葉綠素a才能轉化光能其他色素只能吸收、傳遞光能提出問題：這4種色素對光的吸收有什么差別？實驗探究：陽光(白光)在穿過三棱鏡時，不同波長的光會分散開，

形成不同顏色的光帶，稱為光譜。一、捕獲光能的色素一、捕獲光能的色素對照組實驗組一、捕獲光能的色素問2：葉綠素主要吸收哪種光？問1：藍紫光的波長？紅光的波長？450nm650nm藍紫光和紅光問3：類胡蘿卜素主要吸收哪種光？藍紫光可見光一、捕獲光能的色素1.用這種方法有什么好處？不同顏色的

光照對植物的光合作用會有影響嗎？溫室或大棚種植蔬菜時，照射紅色、藍光、白色的人工光源。提高光合作用強度，

色素吸收最多的是藍紫光和紅光。2.為什么不使用發綠色光的燈管作補充

光源？色素對綠光吸收最少，不能用綠光做光源溫室大棚的薄膜是什么顏色？

白色透明、藍紫光照射下生長：脂肪和蛋白質含量會增加紅光照射下生長：糖類會增加現象原因正常綠色葉色變黃葉色變紅①正常綠葉的葉綠素和類胡蘿卜素的比例約為3：1，②對綠光吸收最少，所以正常葉片總呈綠色秋天時，低溫和植物體內積累的可溶性糖有利于花青素的形成，花青素在酸性的葉肉細胞中變成紅色儲存在液泡，而葉綠素因寒冷逐漸降解，葉子呈紅色，如紅楓、紅葉李。寒冷時，葉綠素分子易被破壞，類胡蘿卜素較穩定，葉片顯示出類胡蘿卜素的顏色，葉片變黃拓展1：色素與葉片的不同顏色花青素，是自然界一類廣泛存在于植物液泡中的色素。水果、花卉中的主要呈色物質大部分與之有關。在植物細胞液泡不同pH條件下，花青素使花瓣、果實等呈現五彩繽紛的顏色。拓展2拓展3:影響葉綠素合成的因素(1)光照：光是影響葉綠素合成的主要因素，一般在黑暗中植物不能合成

葉綠素，因而葉片發黃。(2)溫度：溫度可影響與葉綠素合成有關的酶的活性，進而影響葉綠素的

合成。低溫時，葉綠素分子易被破壞而使葉片變黃。(3)礦質元素：葉綠素中含N、Mg等元素，缺乏N、Mg將導致葉綠素無法合成，

葉片變黃。另外，Fe是葉綠素合成過程中某些酶的輔助成分，

缺Fe也將導致葉綠素合成受阻，葉片變黃。二、葉綠體的結構適于進行光合作用成熟植物細胞不能分裂二、葉綠體的結構適于進行光合作用外膜葉綠體基質基粒酶、DNA、RNA、核糖體內膜酶、色素光合色素只位于類囊體的薄膜上二、葉綠體的結構適于進行光合作用曝光隔絕空氣；黑暗恩格爾曼將載有水綿（葉綠體呈螺旋帶狀分布）和需氧細菌的臨時裝片放在沒有空氣的小室內，在黑暗中用極細的光束照射水綿，發現細菌只向葉綠體被光束照射的部位集中；如果把裝置放在光下，細菌則分布在葉綠體所有受光部位。恩格爾曼實驗1葉綠體能吸收光能進行光合作用制造氧氣。水綿:單細胞真核生物需氧細菌：顯示氧氣的釋放位置①②③二、葉綠體的結構適于進行光合作用結論：色素主要吸收藍紫光和紅光用于光合作用，制造氧氣。恩格爾曼實驗2用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，發現大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區域。三、光合作用的原理1.光合作用的定義

光合作用是指綠色植物通過

，利用

，把

和

轉化成儲存能量的

，并且釋放出

的過程。葉綠體光能二氧化碳有機物氧氣水CO2+H2O

(CH2O)+O2葉綠體光能

總反應式:實質：合成有機物，儲存能量三、光合作用的原理思考·討論探究光合作用原理的部分實驗資料1:

19世紀末，科學界普遍認為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。1928年，科學家

發現甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉化成糖。CO2O2釋放C+H2O甲醛多個縮合糖(CH2O)思考·討論探究光合作用原理的部分實驗資料2:希爾實驗2+葉綠體2：希爾的實驗是否說明水的光解與糖類的合成不是同一個化學反應？能，因為懸浮液中沒有CO2，糖類合成時需要CO2中的碳元素。

氧氣產生和糖類合成不是同一個化學反應，而是分階段進行的。1：希爾反應是否說明植物光合作用產生的氧氣中的氧元素全部都來自水？不能說明，反應體系中可以還存在其他氧元素供體，該實驗沒有排除

葉綠體濾液中其它物質的干擾，也并沒有直接觀察到氧元素的轉移。思考·討論探究光合作用原理的部分實驗資料3魯賓和卡門的實驗3：分析魯賓和卡門做的實驗，可得

出什么結論？光合作用釋放的氧全部來自水，

而并不來源于CO2思考·討論探究光合作用原理的部分實驗資料4:1954年，美國科學家阿爾農(D.Arnon)發現，在光照下，葉綠體

可合成ATP。1957年，他發現這一過程總是與水的光解相伴隨。三、光合作用的原理光反應必須有光、酶、色素過程：場所：類囊體薄膜色素光ADP+PiATP酶H2OO2NADPH光解H2O光酶NADPH+O2ADP+PiATP光酶H++NADP++e2-

還原型輔酶Ⅱ（NADPH)光反應的能量轉化：光能→ATP和NADPH中的化學能條件：作為活潑的還原劑，并儲存有能量NAD+還原型輔酶Ⅰ（NADH)三、光合作用的原理暗反應場所：條件：過程：葉綠體基質有沒有光都可以、酶co2+

C5酶2c32c3酶(CH2O)+C5NADPH、ATPC52C3酶CO2固定(CH2O)還原ADP+PiATP能量NADPH酶暗反應的能量轉化：ATP和NADPH中的化學能

有機物中穩定的化學能光反應產生的ATP只能用于暗反應呼吸作用產生的ATP用于各項生命活動卡爾文循環:14CO2→14C3→(14CH2O)NADP+酶三、光合作用的原理葉綠體中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原光反應階段暗反應階段NADP+NADPH酶類囊體薄膜葉綠體基質可見光三、光合作用的原理三、光合作用的原理三、光合作用的原理

過程項目光反應暗反應條件光色素、酶場所物質變化能量變化需要光

有光無光均可類囊體薄膜水的光解ATP的合成CO2的固定C3的還原色素、酶酶葉綠體基質ATP和NADPH中的化學能

有機物中

穩定的化學能ATP和NADPH

中的化學能光能三、光合作用的原理問:光反應、暗反應在物質變化，能量轉化方面存在什么聯系？物質聯系：光反應為暗反應：NADPH和ATP

暗反應為光反應：NADP+、ADP、Pi能量轉化：光能→ATP和NADPH中的化學能→

有機物中穩定化學能三、光合作用的原理擴展題型：外界因素驟變，短時間對各物質含量的影響三、光合作用的原理

ATP

NADPHC3C5

光照減弱

光照增強H2OCO2NADPHO2酶多種酶ADP+PiATPC52C3（CH2O）水的光解形成ATPCO2的固定C3的還原光照條件驟變，短時間內各種物質量的影響

C5C3ATPNADPHCO2濃度減少CO2濃度增加H2OCO2NADPHO2酶多種酶ADP+PiATPC52C3（CH2O）水的光解形成ATPCO2的固定C3的還原(2)

CO2濃度驟變，短時間內各種物質量的影響四、影響光合作用強度的因素固定CO2的量光合作用強度：單位時間內光合作用制造有機物（糖類）的數量制造有機物（糖類）的數量產生O2的量單位時間內光合作用1.什么是光合作用強度？四、影響光合作用強度的因素任務：根據反應式說出影響光合作用強度的因素有哪些？CO2的濃度H2O光：光照強度、光質、光照時間礦質元素（N、Mg是合成葉綠素的原料）外因：內因：酶的種類、數量色素的含量葉齡不同植物種類溫度四、影響光合作用強度的因素(1)CO2濃度(3)光照強度(4)光質(2)水含量(5)溫度應用：

①農作物應合理密植，“正其行，通其風”；②應增施農家肥或用CO2發生器。應用：合理灌溉應用：適當增加光照強度，延長光照時間應用：大棚可將白天的溫度調至最適溫度(6)礦質元素應用：合理施肥應用：藍紫光燈、紅光燈四、影響光合作用強度的因素四、影響光合作用強度的因素方法步驟：1.打孔：用直徑為0.6cm的打孔

器打出圓形小葉片30片2.將圓形小葉片置于注射器內，

使葉片內氣體逸出探究·實踐

探究光照強度對光合作用的影響方法步驟：探究·實踐

探究光照強度對光合作用的影響3.將處理過圓形小葉片放入清水中，黑暗保存，小圓形葉片全部沉到水底4.取3只小燒杯，分別倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液），5.分組實驗：分別將10片葉圓片投入3只盛20mLNaHCO3的小燒杯中并調整40W臺燈距離四、影響光合作用強度的因素1.裝置中的圓形小葉片原先是沉在

水底的，光照后上浮，原因是？光照后圓形小葉片光合作用產生

氧氣，葉片上浮2.圓形小葉片上浮時間的長短或上

浮的數量代表什么？代表其光合作用產生氧氣的速率探究·實踐

探究光照強度對光合作用的影響不同光照強度下浮起葉片數量記錄表實驗條件溶液溫度：CO2濃度：燒杯與LED燈的距離黑暗5cm10cm15cm20cm上浮圓形小葉片的數量（5min）上浮圓形小葉片的數量（10min）上浮圓形小葉片的數量（15min）平均值做好數據、現象的記錄。探究·實踐

探究光照強度對光合作用的影響四、影響光合作用強度的因素光合作用強度光照強度結論：在一定范圍內隨著光照強度的增加，光合作用強度增加。探究·實踐

探究光照強度對光合作用的影響葉肉細胞植物在進行光合作用的同時，還進行呼吸作用。實際測量到的光合作用指標是凈光合作用速率。問題：

植物進行光合作用的同時，還會進行呼吸作用。我們觀測到的光合作用指標，如O2的產生量，是植物光合作用實際產生的總O2量嗎？較強光照時產生O2釋放O2（可以測得）明確凈光合作用與實際光合作用的關系只進行呼吸作用光合作用<呼吸作用明確凈光合作用與實際光合作用的關系光合作用=呼吸作用

四、影響光合作用強度的因素四、影響光合作用強度的因素明確凈光合作用與實際光合作用的關系光合作用>呼吸作用光補償點（1）光照強度光照強度0CO2吸收速率CO2釋放速率ABC光飽和點凈光合速率總光合速率B：光合作用=呼吸作用D：光合速率開始達到最大時對應的光照強度DAB：光合作用<呼吸作用BC：光合作用>呼吸作用呼吸速率A：只進行呼吸作用討論1：C點之前和之后限制光合作用因素分別是？C點前：光照強度C點后：CO2濃度等討論2：能否在圖中找出總光合速率？四、影響光合作用強度的因素（1）光照強度四、影響光合作用強度的因素陰生植物

是指在弱光條件下比強光條件下生長良好的植物陽生植物在強光環境中生長發育健壯，在陰蔽和弱光條件下生長發育不良的植物光照強度0ABC陽生植物陰生植物A1B1C1CO2吸收速率CO2釋放速率（1）光照強度四、影響光合作用強度的因素（1）光照強度四、影響光合作用強度的因素應用：①大棚種植陰雨天應補充光照，把光強控制在光飽和點，至少要在

光補償點之上；②合理密植、適當剪枝③根據陽生植物和陰生植物對光照的不同要求，控制光照強弱。

如間作套種時農作物的種類搭配、林帶樹種的搭配等。

四、影響光合作用強度的因素（2）CO2濃度CO2濃度AB吸收速率CO2C釋放速率CO2D光合作用的最低CO2濃度最大光合速率CO2飽和點①多施有機肥或農家肥；

（微生物將有機物分解為CO2和無機鹽）②大田生產“正其行（合理安排植株的

間距），通其風（補充新鮮的CO2）”，

即為提高CO2濃度、增加產量；③釋放一定量的干冰；④溫室栽培可使用CO2發生器等。應用：CO2補償點四、影響光合作用強度的因素（3）溫度O溫度A光合速率BC1.溫室中,白天適當提高溫度,晚上

適當降溫，從而提高作物產量

（有機物積累量）。應用：四、影響光合作用強度的因素（4）礦質元素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，如淀粉的運輸；Mg：葉綠素的重要組分。合理施肥應用：四、影響光合作用強度的因素原理：水既是光合作用的

，又是體內各種化學反應的

，直接影響光合作用速率；水分還能影響氣孔的

，間接影響

進入葉片，從而影響光合作用速率。缺水氣孔關閉限制CO2進入葉片光合作用受影響（5）水應用：合理澆灌原料介質開閉CO23.根據光合作用的基本過程填充下圖。O22C3C5NADPHATPADP+PiNADP+練習與應用（P106）

1.下圖是在夏季晴朗的白天，某種綠色植物葉片光合作用強度的曲線圖。分析曲線圖并回答問題。(1)

7—10時的光合作用強度不斷增強的原因是________________________。(2)

10—12時左右的光合作用強度明顯減弱的原因是________。

光照強度逐漸增大此時氣溫很高，導致氣孔大量關閉，CO2無法進入葉片組織，致使光合作用暗反應受到限制1.下圖是在夏季晴朗的白天，某種綠色植物葉片光合作用強度的曲線圖。分析曲線圖并回答問題。(3)

14-17時的光合作用強度不斷下降的原因______________________。(4)

從圖中可以看出，限制光合作用的因素有_____________________。光照強度不斷減弱光照強度、溫度(