必修必修1 1第第5454节节 光与光合作用光与光合作用叶绿体中的叶绿体中的色素色素叶绿素叶绿素（含量约占总（含量约占总量的量的3/43/4）类胡萝卜素类胡萝卜素（含量约占总（含量约占总量的量的1/41/4）主要吸收主要吸收蓝紫光和蓝紫光和红光红光主要吸收主要吸收蓝紫光蓝紫光叶绿素叶绿素a a（蓝绿色）（蓝绿色）叶绿素叶绿素b b（黄绿色）（黄绿色）胡萝卜素（橙黄色）胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）叶黄素（黄色）一、叶绿体中的色素一、叶绿体中的色素1.1.色素的种类与功能色素的种类与功能外膜外膜外膜外膜内膜内膜内膜内膜基粒基粒基粒基粒基质基质基质基质 类囊体类囊体类囊体类囊体2.2.叶绿体的结构与功能叶绿体的结构与功能功能：功能：光合作用场所光合作用场所色素分布：色素分布：类囊体薄膜上类囊体薄膜上酶分布：酶分布：类囊体薄膜和基质类囊体薄膜和基质(2013(2013课标课标，2)2)关于叶绿素的叙述，错误的是关于叶绿素的叙述，错误的是A A叶绿素叶绿素a a和叶绿素和叶绿素b b都含有镁元素都含有镁元素B B被叶绿素吸收的光可用于光合作用被叶绿素吸收的光可用于光合作用C C叶绿素叶绿素a a和叶绿素和叶绿素b b在红光区的吸收峰值不同在红光区的吸收峰值不同D D植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光【典型例题典型例题】D D叶绿素叶绿素绿光吸收最少，反射多，所以叶片呈现绿色绿光吸收最少，反射多，所以叶片呈现绿色。叶绿素叶绿素a a比叶绿素比叶绿素b b在红光区的吸收峰值高在红光区的吸收峰值高。点拨：点拨：叶绿素的中心元素是镁元素叶绿素的中心元素是镁元素。色素的作用是吸收、传递、转化光能，进行光合作用色素的作用是吸收、传递、转化光能，进行光合作用。二、实验：绿叶中色素的提取和分离二、实验：绿叶中色素的提取和分离1.1.原理原理：提取：提取：无水乙醇无水乙醇 分离：分离：纸层析法纸层析法2.2.步骤：步骤： (1)(1)提取色素：提取色素：研磨：研磨：SiOSiO2 2（研磨充分）（研磨充分）CaCOCaCO3 3（保护叶绿素）（保护叶绿素）过滤：过滤：获取绿色滤液获取绿色滤液（试管口加棉花防挥发）（试管口加棉花防挥发）取取5g5g鲜叶鲜叶 （2 2）准备滤纸条）准备滤纸条 画滤液细线：画滤液细线：（细、直，重复（细、直，重复2 2 3 3遍）遍）（3 3）分离色素：）分离色素：层析液不能没层析液不能没及滤液线及滤液线培养皿加盖防挥发培养皿加盖防挥发胡萝卜素胡萝卜素叶黄素叶黄素叶绿素叶绿素a a叶绿素叶绿素b b滤液细线滤液细线归纳提升(1)(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析收集到的滤液绿色过浅的原因分析未加二氧化硅未加二氧化硅( (石英砂石英砂) )，研磨不充分。，研磨不充分。使用放置数天的菠菜叶，滤液中色素使用放置数天的菠菜叶，滤液中色素( (叶绿素叶绿素) )太少。太少。一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低( (正正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素) )。未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。绿叶中的色素提取和分离实验的异常现象分析绿叶中的色素提取和分离实验的异常现象分析观察到的色素带颜色较浅，其可能原因是观察到的色素带颜色较浅，其可能原因是 (3)(3)滤纸条上得不到色素带的原因分析滤纸条上得不到色素带的原因分析滤液细线接触到层析液，且时间较长，滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。色素全部溶解到层析液中。(2)滤纸条色素带重叠：滤纸条色素带重叠：滤纸条上的滤液细线未画成一条细线。滤纸条上的滤液细线未画成一条细线。三、光合作用的探索历程三、光合作用的探索历程( (连一连连一连) )AbC Ca aE Ee eD Dc cB Bd d同位素标记法同位素标记法自身对照自身对照光光能能H H2 2O OCOCO2 2还还原原（CHCH2 2O O）叶绿体叶绿体色素色素供氢供氢酶酶供能供能多种酶参多种酶参加催化加催化暗反应暗反应（叶绿体基质）（叶绿体基质）2C2C3 3C C5 5固定固定ADP+PiADP+PiATPATP酶酶光下分解光下分解O O2 2HH光反应光反应（叶绿体类囊体薄膜）（叶绿体类囊体薄膜）四、光合作用的过程四、光合作用的过程 光反应阶段光反应阶段暗反应阶段暗反应阶段场所场所条件条件物质变化物质变化能量变化能量变化联系联系项目项目叶绿体类囊体薄膜上叶绿体类囊体薄膜上叶绿体基质叶绿体基质光、色素、酶光、色素、酶多种酶多种酶2H2H2 2O OO O2 2+4+4【H H】ADP+P+ADP+P+能量能量ATPATP光能光能活跃化学能活跃化学能活跃化学能活跃化学能稳定化学能稳定化学能光反应为暗反应提供光反应为暗反应提供ATPATP和和【H H】暗反应为光反应提供暗反应为光反应提供ADPADP、PiPi等原料等原料2C2C3 3COCO2 2+C+C5 52C2C3 3【H H】(CH(CH2 2O) +CO) +C5 5ATPATP过程过程光合作用中元素的转移光合作用中元素的转移HH的转移：的转移： H H2 2O HO H或或NADPHNADPH (CH(CH2 2O ) O ) CC的转移：的转移： COCO2 2 C C3 3 （CHCH2 2O O）COCO2 2中的中的O O和和H H2 2O O中的中的O O的转移：的转移：COCO2 2 C C3 3 （CHCH2 2O O）COCO2 2+H+H2 2O* O* 光能光能叶绿体叶绿体（CHCH2 2O O）+O+O2 2* *下图为光照和下图为光照和COCO2 2浓度改变后，浓度改变后，C C5 5和和C C3 3变化曲线。变化曲线。【典型例题典型例题】曲线曲线a a表示表示 _，在无光照时其含量下降的原因是，在无光照时其含量下降的原因是_； 曲线曲线b b表示表示 _， 在在COCO2 2浓度降低时含量下降的原因是浓度降低时含量下降的原因是 _。C C5 5缺缺NADPHNADPH和和ATPATP不能形成不能形成C C5 5 ，而，而C C5 5与与COCO2 2仍然可以固定形成仍然可以固定形成C C3 3化合物。化合物。C C3 3COCO2 2的减少导致的减少导致C C3 3化合物产生减少，而化合物产生减少，而C C3 3化合物仍然被还原为化合物仍然被还原为C C5 5化合物化合物叶绿体处于不同条件下叶绿体处于不同条件下 C C3 3、C C5 5、ATPATP、糖类含量的动态变化、糖类含量的动态变化首先将相关的反应过程做如下变形：首先将相关的反应过程做如下变形：分析方法：从变化因素入手，找到要考查物质与分析方法：从变化因素入手，找到要考查物质与变化因素的最近反应，从生成与消耗角度思考变化因素的最近反应，从生成与消耗角度思考（简单说，生成的多含量就多，消耗的多含量就（简单说，生成的多含量就多，消耗的多含量就少）。少）。五、光合作用原理的应用：五、光合作用原理的应用：6CO6CO2 2 + 12H+ 12H2 2O O光能光能叶绿体叶绿体C C6 6H H1212O O6 6+ 6H+ 6H2 2O + 6OO + 6O2 2原料原料条件条件产物产物C CO O2 2浓浓度度水水 分分光光 照照矿矿质质元元素素温温 度度光合速率光合速率( (光合强度光合强度) )：单位时间单位叶面积单位时间单位叶面积的光合作用量的光合作用量 （如释放多少（如释放多少O O2 2、消耗多少、消耗多少COCO2 2、合成多少淀粉）、合成多少淀粉）1.1.影响光合速率的环境因素影响光合速率的环境因素光照光照COCO2 2吸吸收量收量O OCOCO2 2释释放量放量光照强度光照强度A AB BC C在黑暗中呼吸所放出的CO2光补偿点光补偿点光饱和点光饱和点总光合量阳生植物阳生植物阴生植物阴生植物光照强度对光合作用的影响光照强度对光合作用的影响区别植物体的吸收或释放与叶绿体的吸收和释放区别植物体的吸收或释放与叶绿体的吸收和释放cab绿色色组织在黑暗条件下或非在黑暗条件下或非绿色色组织在光下在光下测得的数得的数值为呼吸速率呼吸速率(A(A点点) )。绿色色组织在有光条件下光合作用与在有光条件下光合作用与细胞呼吸同胞呼吸同时进行，行，测得的数据得的数据为净光合速率。光合速率。真正光合速率真正光合速率净光合速率呼吸速率。光合速率呼吸速率。归纳提升三种三种“速率速率”的表示方法的表示方法绿色植物每色植物每时每刻都在每刻都在进行行细胞呼吸，在光下胞呼吸，在光下测定植物的光合速率定植物的光合速率时，实际测得的数得的数值应为光合光合作用与呼吸作用的差作用与呼吸作用的差值。即真正。即真正( (或实际或总或实际或总) )光光合速率测得合速率测得( (净净) )光合速率呼吸速率，表示方光合速率呼吸速率，表示方法如下：法如下：项目表示方法净光合速率(又叫表观光合速率)CO2吸收量、O2释放量、C6H12O6积累量真正光合速率(实际或总光合速率)CO2固定量、O2产生量、C6H12O6制造量呼吸速率(遮光条件下测得)CO2释放量、O2吸收量、C6H12O6消耗量A AB B光照强度光照强度光照强度光照强度0 0吸吸吸吸收收收收COCOCOCO2 2 2 2C Ca ab bc cA点：黑暗时，点：黑暗时，只进行细胞呼吸只进行细胞呼吸CO2O2AB段：弱光下，段：弱光下，光合作用小于细胞呼吸光合作用小于细胞呼吸A AB B光照强度光照强度光照强度光照强度0 0吸吸吸吸收收收收COCOCOCO2 2 2 2C Ca ab bc cO2CO2CO2O2B点：光补偿点，点：光补偿点，光合作用等于细胞呼吸光合作用等于细胞呼吸A AB B光照强度光照强度光照强度光照强度0 0吸吸吸吸收收收收COCOCOCO2 2 2 2C Ca ab bc cO2CO2BC段：强光下，段：强光下，光合作用大于细胞呼吸光合作用大于细胞呼吸A AB B光照强度光照强度光照强度光照强度0 0吸吸吸吸收收收收COCOCOCO2 2 2 2C Ca ab bc cO2CO2CO2O2O光光合合作作用用速速率率COCO2 2浓度浓度ABCOCO2 2浓度浓度CO2是暗反应的原料，在空气中浓度很低，增加是暗反应的原料，在空气中浓度很低，增加CO2浓度对光合作用的影响是非常明显的。浓度对光合作用的影响是非常明显的。温度温度通过影响酶的活性而影响光合作用通过影响酶的活性而影响光合作用水分缺乏主要是间接的影响光合作用下降。水分缺乏主要是间接的影响光合作用下降。具体来说：具体来说：缺水使气孔关闭，影响二氧化碳进入叶内；缺水使气孔关闭，影响二氧化碳进入叶内；常见问题：常见问题：植物的植物的“午休午休”现象；现象；浇水灌溉的方法。浇水灌溉的方法。水分水分矿质元素矿质元素MgMg：叶绿素的重要组分叶绿素的重要组分N N：光合酶及光合酶及NADPNADP+ +和和ATPATP的重要组分的重要组分P P：NADPNADP+ +和和ATPATP的重要组分；维持叶绿体的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能正常结构和功能2.2.多因子（光照强度、多因子（光照强度、COCO2 2浓度）与光合作用强度浓度）与光合作用强度之间的关系之间的关系曲线分析：曲线分析：P P点限制因素为横坐标所表示的因子，点限制因素为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。当随其因子的不断加强，光合速率不断提高。当到到Q Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，想提高光合速率，可采取适当合速率的因子，想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。提高图示中的其他因子的方法。延长光合作用时间：延长光合作用时间：增加光合作用面积：增加光合作用面积：提高光能提高光能利用率利用率控制光照强弱控制光照强弱控制光质控制光质控制控制CO2CO2供应供应控制必需矿质元素供应控制必需矿质元素供应提高复种指数提高复种指数温室中人工光照温室中人工光照合理密植合理密植间作套种间作套种通风透光通风透光在温室中施有机肥，在温室中施有机肥，使用使用CO2CO2发生器发生器阴生植物阴生植物阳生植物阳生植物2 2. .提提高高农农作作物物产产量量的的措措施施提高光合提高光合速率速率适时适量施肥适时适量施肥3.3.探究环境因素对光合作用强度的影响探究环境因素对光合作用强度的影响案例：探究光强对光合作用强度的影响案例：探究光强对光合作用强度的影响自变量：光强自变量：光强通过改变灯泡的概率或距离进行调控通过改变灯泡的概率或距离进行调控因变量：光合作用速率因变量：光合作用速率通过计算同一时间各装置圆形叶片浮起数量检测通过计算同一时间各装置圆形叶片浮起数量检测原理：原理：植物在不同光强下通过光合作用产生的氧气植物在不同光强下通过光合作用产生的氧气量不同，导致液泡间隙积累的氧气量不同，量不同，导致液泡间隙积累的氧气量不同，叶片浮起数量不同。叶片浮起数量不同。无关变量：无关变量：叶片数量、温度、富含二氧化碳清水的量等叶片数量、温度、富含二氧化碳清水的量等等量适宜控制等量适宜控制能够利用体外环境中的某些无机物氧化时能够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所释放的能量来制造有机物的合成作用 例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌2NH2NH3 3+3O+3O2 2 2HNO 2HNO2 2+2H+2H2 2O+O+能量能量硝化细菌硝化细菌2HNO2HNO2 2+O+O2 2 2HNO 2HNO3 3+ +能量能量硝化细菌硝化细菌6CO6CO2 2+6H+6H2 2O CO C6 6H H1212O O6 6+ 6O+ 6O2 2能量能量六、化能合成作用六、化能合成作用光合作用与有氧呼吸的联系HH、ATPATP来源、去路的比较来源、去路的比较疑难辨析比较项目比较项目来源来源去路去路H光合作用光合作用光反应中光反应中水的光解水的光解作为暗反应阶段的还原剂，作为暗反应阶段的还原剂，用于还原用于还原C3合成有机物等合成有机物等有氧呼吸有氧呼吸第一、二第一、二阶段产生阶段产生用于第三阶段还原氧气产生用于第三阶段还原氧气产生水，同时释放大量能量水，同时释放大量能量ATP光光合合作作用用在光反应阶段合成在光反应阶段合成ATP，其合成所需能量来自，其合成所需能量来自色素吸收、转换的太阳色素吸收、转换的太阳能能用于暗反应阶段用于暗反应阶段C3还原时的能量之还原时的能量之需，以稳定的化需，以稳定的化学能形式储存在学能形式储存在有机物中有机物中有有氧氧呼呼吸吸第一、二、三阶段均产第一、二、三阶段均产生，其中第三阶段产生生，其中第三阶段产生最多，能量来自有机物最多，能量来自有机物的分解的分解作为能量直接用作为能量直接用于各项生命活动于各项生命活动