第4章 生命的物质变化和能量转换二、光合作用（二、光合作用（2个实验）个实验）1、光合作用的研究历史、光合作用的研究历史2、叶绿体及其色素、叶绿体及其色素3、光合作用的过程、光合作用的过程4、影响光合作用的因素、影响光合作用的因素1、光合作用研究史、光合作用研究史赫尔蒙特的柳树试验赫尔蒙特的柳树试验普里斯特利的小鼠试验；普里斯特利的小鼠试验； 英格豪斯的小鼠试验英格豪斯的小鼠试验萨克斯的叶片遮光实验萨克斯的叶片遮光实验鲁宾和卡门的放氧实验鲁宾和卡门的放氧实验卡尔文的暗反应循环实验卡尔文的暗反应循环实验同位素同位素同位素同位素标记法标记法标记法标记法叶片叶片叶肉叶肉细胞胞叶叶绿体体基粒片基粒片层（膜）（膜）基粒基粒类囊体膜类囊体膜类囊体膜类囊体膜叶绿体基质叶绿体基质类囊体腔类囊体腔保卫细胞保卫细胞保卫细胞保卫细胞叶绿体基质叶绿体基质叶绿体基质叶绿体基质含导管和筛管含导管和筛管含导管和筛管含导管和筛管栅栏组织栅栏组织海绵组织海绵组织2、叶绿体色素、叶绿体色素（提取和分离的实验）（提取和分离的实验）色素色素类胡萝卜素类胡萝卜素叶绿素叶绿素 胡萝卜素（橙黄色）：胡萝卜素（橙黄色）：C40H56 叶黄素（黄色）：叶黄素（黄色）：C40H56O2叶绿素叶绿素a a（蓝绿色）（蓝绿色）：C55H72O5N N4MgMg叶绿素叶绿素b（黄绿色）：（黄绿色）：C55H70O6N N4MgMg （约占总量的（约占总量的3/4。对对绿光绿光吸收最少吸收最少） 作用：作用：吸收吸收（红橙光和蓝紫光）（红橙光和蓝紫光）、传递传递和和转换转换光能。光能。外因上，外因上，合成叶绿素需合成叶绿素需光光光光、N N N N和和和和MgMgMgMg、适宜温度（酶活性）适宜温度（酶活性）适宜温度（酶活性）适宜温度（酶活性）。叶绿素的不断合成与分解，可用标记的叶绿素的不断合成与分解，可用标记的N N来证明。来证明。液泡中的花青素吸收光能，但不能传递到叶绿素液泡中的花青素吸收光能，但不能传递到叶绿素a a。吸收光谱的特点使绿色植物无论吸收光谱的特点使绿色植物无论晴天（全光谱的光），晴天（全光谱的光），还是还是阴天（蓝紫光）阴天（蓝紫光）都能进行光合作用。都能进行光合作用。叶叶绿体色素与光合作用体色素与光合作用蓝紫光蓝紫光红橙光红橙光红橙光红橙光叶绿体色素与叶色叶绿体色素与叶色叶片衰老或环境条件不良（干旱、高温、寒冷等）时，叶叶片衰老或环境条件不良（干旱、高温、寒冷等）时，叶绿素比类胡萝卜素更易被破坏，其含量下降绿素比类胡萝卜素更易被破坏，其含量下降而使叶变黄而使叶变黄而使叶变黄而使叶变黄。植物固体植物固体样品品匀匀浆液液的制作方法的制作方法切碎切碎研磨研磨过滤过滤过滤时用过滤时用过滤时用过滤时用滤纸滤纸滤纸滤纸/ /脱脂棉脱脂棉脱脂棉脱脂棉/ /纱布纱布纱布纱布，依目的而定。，依目的而定。，依目的而定。，依目的而定。叶绿体色素提取和分离的叶绿体色素提取和分离的操作过程操作过程及及规范规范提取、分离提取、分离的过程、顺序？的过程、顺序？试剂的作用？试剂的作用？滤液细线的滤液细线的标准？标准？分离的关键？分离的关键？“叶绿体色素的提取和分离叶绿体色素的提取和分离”的的补充补充A A、本实验可用于：、本实验可用于： 了解叶绿体色素的种类叶绿体色素的种类叶绿体色素的种类叶绿体色素的种类【即：色素带的数目数目数目数目】； 大致的含量比例大致的含量比例大致的含量比例大致的含量比例【即：色素带的宽窄宽窄宽窄宽窄】； 有关物理性质有关物理性质有关物理性质有关物理性质：【但肉眼不能直接看到吸收光谱】 颜色，颜色， 溶解特性溶解特性（色素带的位置位置位置位置反映其在层析液中的溶解度）。 粗略比较粗略比较粗略比较粗略比较不同材料的叶绿素含量：叶绿素含量：叶绿素含量：叶绿素含量： 若一次实验，选用不同材料，如：不同植物的叶片，同一植不同植物的叶片，同一植物不同发育阶段的叶片，不同季节的叶片物不同发育阶段的叶片，不同季节的叶片等，提取并分离色素。 若要准确测定叶绿素的绝对含量，则还需特定仪器。根据根据不同成分的移动速度（溶解度）不同不同成分的移动速度（溶解度）不同不同成分的移动速度（溶解度）不同不同成分的移动速度（溶解度）不同进而分离的方法统称为进而分离的方法统称为层析层析层析层析。纸层析纸层析纸层析纸层析即用滤纸作载体，让不同成分分离开。即用滤纸作载体，让不同成分分离开。B.加入碳酸钙的目的是什么？设计实验验证之。加入碳酸钙的目的是什么？设计实验验证之。 研磨时，液泡破裂，释放出呈酸性的细胞液，研磨时，液泡破裂，释放出呈酸性的细胞液，H H+ +会取代会取代MgMg2+2+，使叶绿素成为使叶绿素成为褐色的去镁叶绿素褐色的去镁叶绿素。 加入碳酸钙是为了调节加入碳酸钙是为了调节加入碳酸钙是为了调节加入碳酸钙是为了调节pH,pH,pH,pH,以保护叶绿素。以保护叶绿素。以保护叶绿素。以保护叶绿素。实验方法步骤：实验方法步骤：【设计实验步骤的基本范式设计实验步骤的基本范式设计实验步骤的基本范式设计实验步骤的基本范式】 (1) (1) 取取两支试管并编号两支试管并编号两支试管并编号两支试管并编号1 1、2 2，均加入，均加入2ml2ml叶绿体色素提取液。叶绿体色素提取液。 (2) (2) 1 1 1 1号管作为对照组，号管作为对照组，号管作为对照组，号管作为对照组，2 2 2 2号管加入数滴号管加入数滴号管加入数滴号管加入数滴5 5 5 5HClHClHClHCl, ,摇匀，置于黑暗中。摇匀，置于黑暗中。 (3) (3) 观察并比较观察并比较观察并比较观察并比较溶液颜色变化，记录结果。溶液颜色变化，记录结果。C.过滤获取色素滤液时，为什么用脱脂棉或单层尼龙布，过滤获取色素滤液时，为什么用脱脂棉或单层尼龙布，而不用滤纸？而不用滤纸？ 色素分子较大，不容易透过滤纸；色素分子较大，不容易透过滤纸； 滤纸吸附能力强，会降低色素浓度；滤纸吸附能力强，会降低色素浓度；叶绿体色素是脂溶性的，根据相似相溶原理，用脱脂棉可减少色素的流失。叶绿体色素是脂溶性的，根据相似相溶原理，用脱脂棉可减少色素的流失。3、叶、叶绿体与光合作用体与光合作用叶绿体外膜和内膜叶绿体外膜和内膜叶绿体基质叶绿体基质供氢，供能供氢，供能再生暗反应过程（卡尔文循环）暗反应过程（卡尔文循环）光反应过程光反应过程叶绿体不消耗叶绿体不消耗O2光合作用光合作用过程概程概览再生再生供氢、供能再生最终最终最终最终电子供体电子供体电子供体电子供体是是是是水水水水；最终最终最终最终电子受体电子受体电子受体电子受体是是是是NADPNADP+ +光合作用光合作用光合作用光合作用过程概览过程概览过程概览过程概览（变形）（变形）（变形）（变形） 叶绿体内膜叶绿体内膜 C C5 5C C3 3叶绿体外膜叶绿体外膜叶绿体基质叶绿体基质叶绿体基质叶绿体基质类囊体膜类囊体膜类囊体膜类囊体膜磷脂磷脂O2细胞质基质细胞质基质细胞质基质细胞质基质叶绿体叶绿体叶绿体叶绿体叶绿体叶绿体叶绿体叶绿体叶绿体叶绿体叶绿体叶绿体叶绿体内膜叶绿体内膜 C C5 5C C3 3叶绿体外膜叶绿体外膜磷脂磷脂O2叶绿体内膜叶绿体内膜 C C5 5C C3 3叶绿体外膜叶绿体外膜叶绿体基质叶绿体基质叶绿体基质叶绿体基质磷脂磷脂O2光合作用过程小结：光合作用过程小结：光合作用过程小结：光合作用过程小结：光能光能吸收、传递和转换吸收、传递和转换稳定的化学能稳定的化学能活跃的化学能活跃的化学能碳同化碳同化H梯度梯度叶绿体的类囊体叶绿体的类囊体叶绿体基质叶绿体基质（量子）（量子）（糖类等有机物）（糖类等有机物）（ATP、NADPH）(光反应阶段光反应阶段)(暗反应阶段暗反应阶段)1、光能在叶绿体中的转换过程、光能在叶绿体中的转换过程2、光反应的最终产物有、光反应的最终产物有O2 、ATP和和NADPH等。等。 O2 ，ATP和和NADPH，Pi、ADP和和NADP的移动方向是怎样的？的移动方向是怎样的？总体上，总体上，光能光能光能光能不能直接用于合成有机物，必须以不能直接用于合成有机物，必须以ATP和和NADPH作作为为“能量货币能量货币”。3、光反应、光反应为暗反应提供为暗反应提供ATP、NADPH，是暗反应的基础是暗反应的基础；（光反应产物光反应产物O2不是暗反应所必需不是暗反应所必需 ）暗反应暗反应为光反应提供为光反应提供ADP和和NADP+，制约光反应制约光反应。与温度无关与温度无关与温度无关与温度无关高能电子高能电子e5.光合作用产物糖的去向：光合作用产物糖的去向：大部分从叶绿体运输到大部分从叶绿体运输到细胞质基质细胞质基质中，转变成中，转变成蔗糖蔗糖，并，并运出运出；一部分在一部分在叶绿体基质叶绿体基质中形成淀粉中形成淀粉；一部分一部分参与氨基酸、蛋白质、脂质的合成参与氨基酸、蛋白质、脂质的合成。 阶段项目光反应光反应暗反应暗反应产产 物物能量来源能量来源O2、ATP、NADPH（CH2O）、）、H2O等等ADP+Pi、NADP+光光能能ATP、NADPH4.光反应和暗反应分别生成了哪些产物？能量来源有何不同？光反应和暗反应分别生成了哪些产物？能量来源有何不同？ 总过程总过程【整体整体整体整体】【有序有序有序有序】 【关联关联关联关联】阶段名称阶段名称 光反应光反应暗反应暗反应（暗下（暗下也也进行）进行） 区别：场所区别：场所 ，物质变化物质变化 ，能量变化，重要条件能量变化，重要条件联系联系整体、有序、关联整体、有序、关联整体、有序、关联整体、有序、关联 光反应光反应为暗反应提供为暗反应提供ATP、NADPH，是是暗反应的基础暗反应的基础；（光反应产物光反应产物O2不是暗反应所必需不是暗反应所必需 ）暗反应暗反应为光反应提供为光反应提供ADP和和NADP+，制约光反应制约光反应。 A光反应，光反应，B暗反应；暗反应； CH2O，DO2； EATP，FADPPi；GNADPH，HNADP+； ICO2，J（CH2O）等）等 说出下图中说出下图中AJ的过程或物质名称，并完成表格：的过程或物质名称，并完成表格： 光合作用过程中存在的光合作用过程中存在的“循环循环”有哪些？有何意义有哪些？有何意义?意义：意义：使光合作用中有关化学反应循环往复地进行使光合作用中有关化学反应循环往复地进行.这体现出这体现出生命的简约性和高效性。生命的简约性和高效性。循环：循环： ADP与与ATP的相互转化的相互转化NADP+与与NADPH的相互转化的相互转化卡尔文循环（卡尔文循环（C5+CO2C3C5）上述循环只有在光下才能发生。上述循环只有在光下才能发生。思考：暗反应循环过程中，需要叶绿体基质自身提供的物质基思考：暗反应循环过程中，需要叶绿体基质自身提供的物质基础有哪些？还需要哪些物质和能量的来源？础有哪些？还需要哪些物质和能量的来源？叶绿体基质叶绿体基质自身提供的物质：自身提供的物质： 多种酶、多种酶、C5化合物等化合物等类囊体类囊体提供的物质：提供的物质： ATP、NADPH叶绿体外叶绿体外提供的物质：提供的物质： CO2NADPH在暗反应中的作用有哪些？在暗反应中的作用有哪些？ 如何分析一定条件下的如何分析一定条件下的C3和和C5浓度的变化？浓度的变化？ 基于暗反应的循环过程，分析各自的基于暗反应的循环过程，分析各自的消耗消耗和和生成生成的的相对速率相对速率供供H，供能参与，供能参与C3还原还原NADPH和和ATP的变化又如何？的变化又如何？思考：为什么缺少思考：为什么缺少CO2会使会使O2释放量减少？释放量减少？减少减少CO2 C3生成量减少生成量减少 ATP、NADPH积累积累 ADP、NADP不足不足 光反应速度减慢光反应速度减慢 O2释放量减少释放量减少 暗反应生成的糖可被用于植物自身的哪些生命活动？暗反应生成的糖可被用于植物自身的哪些生命活动？细胞分裂、物质合成、矿质元素的吸收等细胞分裂、物质合成、矿质元素的吸收等 例例1：将二氧化碳中的氧用同位素将二氧化碳中的氧用同位素18O标记，然后用于光合作用实标记，然后用于光合作用实验，在以下那些产物中可以找到验，在以下那些产物中可以找到18O标记氧。标记氧。A糖和水糖和水B氧气和糖氧气和糖C水和氧气水和氧气D糖、水和氧气糖、水和氧气解析解析:联系光合作用总反应式来分析光合产物和反应物中各元素联系光合作用总反应式来分析光合产物和反应物中各元素的来路和去向。的来路和去向。例例2：对正在进行光合作用的某一植物，突然对正在进行光合作用的某一植物，突然，可发现其，可发现其叶肉细胞内叶肉细胞内C5化合物的含量立即上升。化合物的含量立即上升。A停止光照停止光照B降低降低CO2浓度浓度C升高升高CO2浓度浓度D停止光照并降低停止光照并降低CO2浓度浓度解析解析:叶肉细胞内叶肉细胞内C5是是CO2的受体，它的形成与光反应有关，它的的受体，它的形成与光反应有关，它的积累又与暗反应有关，积累又与暗反应有关，C5的含量要在叶肉细胞内上升，必要条件的含量要在叶肉细胞内上升，必要条件是有利于光反应而不利于暗反应，是有利于光反应而不利于暗反应，A、C和和D不合此条件。因为只不合此条件。因为只有在光下有在光下CO2供给少时，供给少时，CO2的受体的受体C5才能积累。才能积累。例例4.光照下正常生长的某绿色植物，若光照突然停止，其它条件光照下正常生长的某绿色植物，若光照突然停止，其它条件不变，则短时间内叶绿体中不变，则短时间内叶绿体中C3合成量合成量的变化为（横坐标为时间，的变化为（横坐标为时间，纵坐标为合成量）纵坐标为合成量）（A A ）例例3.在光合作用过程中，不属于暗反应的是在光合作用过程中，不属于暗反应的是A.CO2与五碳化合物结合与五碳化合物结合B.三碳化合物接受三碳化合物接受ATP释放的能量释放的能量C.H2O的氢传递给的氢传递给NADP+D.NADPH的氢传递给三碳化合物的氢传递给三碳化合物【若改若改“合成量合成量”为为“含量含量”，则，则B】【“含量含量”分析，需综合考虑其分析，需综合考虑其消耗消耗消耗消耗和和和和生成生成生成生成的相对速率的相对速率】【若改若改“光照突然停止光照突然停止”为为“突然停止供应突然停止供应CO2”，则，则C3合成合成量量0】例例5.5.叶绿体和线粒体都是非常重要的细胞器，下列叙述中错误的是叶绿体和线粒体都是非常重要的细胞器，下列叙述中错误的是 A A两者都具有能量转换的功能两者都具有能量转换的功能 B B两者都具有双层膜结构两者都具有双层膜结构 C C两者的基质成分与功能不同两者的基质成分与功能不同 D两者增加膜面两者增加膜面积的方式相同的方式相同例例6. 6. 下图表示的是光照强度与光合作用强度之间关系的曲线，该下图表示的是光照强度与光合作用强度之间关系的曲线，该曲线是通过实测一片叶子在不同光照强度条件下的曲线是通过实测一片叶子在不同光照强度条件下的CO2 吸收和释放吸收和释放的情况。你认为下列四个选项中，能代表细胞中发生的情况与的情况。你认为下列四个选项中，能代表细胞中发生的情况与B点点相符的是相符的是 (C)4、影响光合作用的因素理解并记住典型模型（画图），利于解题。理解并记住典型模型（画图），利于解题。单因素的影响单因素的影响（理解基础问题）；（理解基础问题）；多种因素多种因素的综合作用。的综合作用。光合速率：光合速率：单位叶面积单位叶面积/一定鲜重，一定鲜重，单位时间，单位时间，消耗消耗CO2的量的量/释放释放O2的量的量/有机物含量的变化。有机物含量的变化。【为何一般不用水含量变化来衡量植物的光合速率？为何一般不用水含量变化来衡量植物的光合速率？由于植物体由于植物体含水量高含水量高，光合作用利用的水只占体内总含光合作用利用的水只占体内总含水量的不足水量的不足1，所以，不用水含量的变化所以，不用水含量的变化】影响光合作用的因素影响光合作用的因素影响光合作用的因素影响光合作用的因素叶龄：叶龄：光合面积光合面积；叶绿体数量和类囊体数量、叶绿体数量和类囊体数量、叶绿素含量叶绿素含量；酶含量和活性，气孔开度等酶含量和活性，气孔开度等同化产物的运输与积累同化产物的运输与积累不同生长发育时期不同生长发育时期小麦在旗叶小麦在旗叶中最多中最多有机物有机物/ /韧皮部韧皮部韧皮部韧皮部/ /筛管筛管影响最大的影响最大的影响最大的影响最大的3 3 3 3种环境因素种环境因素种环境因素种环境因素影响光合影响光合影响光合影响光合作用的因素作用的因素作用的因素作用的因素