高中生物基础知识第三章细胞的代谢第五节光合作用新人教版必修1 7页

真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 1 第五节 光合作用 一、新陈代谢：生物体内全部有序的化学变化的总称。它包括： 同化作用：合成自身是组成物质并贮存能量的过程。 其主要类型有：自养型、异养型、兼性营养型。 异化作用：分解自身的组成物质并且释放能量的过程。 其主要类型有：需氧型、厌氧型、兼性厌氧型。 二、光合作用的发现 1、17 世纪，比利时，海尔蒙特的柳苗栽培实验 结论：植物的物质积累不是来自于土壤，而是完全来源于水。 2、1771 年，英，普利斯特利的实验 密闭玻璃罩+绿色植物+蜡烛小鼠→蜡烛不易熄灭小鼠不易窒息死亡 结论：植物可以更新空气。 3、1779 年，荷兰，印根胡滋的实验，证明普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功。 结论：只有在光下植物才能更新空气。 4、1864 年，德，萨克斯的实验 黑暗中饥饿处理的叶片→一半光照，一半遮光→碘蒸气处理→光照的一半变蓝，遮光的一半 不变蓝 结论：绿色叶片在光合作用下产生了淀粉。 5、1880 年，美，恩格尔曼的实验 水绵、好氧菌至于无空气、黑暗的环境下，当用极细光束照射水绵时，好氧菌向被光束照射 部位集中；当暴露于光下，好氧菌分布在所有受光部位。 结论：氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是植物光合作用的场所。 6、20 世纪初，英，布莱克曼的实验 他发现温度对光合作用的影响与光照强度有很大的关系，他推断出光合作用包括光反应和暗 反应。 7、20 世纪初，德，瓦尔堡的实验 “间歇光”下测定光合作用，结果发现：一定量的光间歇照射比连续照射的效率要高。 8、20 世纪 40 年代，美，鲁宾和卡门的实验 同位素标记法：放射性同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用放射性同位素标记的 化合物，化学性质不会改变。科学家通过追踪放射性同位素标记的化合物，可以弄清化学反应的 详细过程。这种方法叫做同位素标记法。 H218O+CO2→植物→18O2 H2O+C18O2→植物→O2 9、20 世纪 50 年代，卡尔文利用放射性同位素 14C 标记 CO2，最终完全阐明了光合作用中 C 的 转变途径，即卡尔文循环。 10、20 世纪 70 年代以后，发现 ATP 产生机制、光系统Ⅰ、光系统Ⅱ、光呼吸、C4 植物等。 三、叶绿体中的色素 结论：光合作用释放的氧气全部来自水。 绿叶 叶肉细胞 叶绿体 色素 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 2 1、色素种类、比例、颜色 叶绿素： 叶绿素 a（3/4）：蓝绿色 （3/4） 叶绿素 b（1/4）：黄绿色 类胡萝卜素 胡萝卜素（1/3）：橙黄色 （1/4） 叶黄素（2/3）：黄色 2、作用 吸收、传递光能：一般状态的叶绿素 a、叶绿素 b、类胡萝卜素； 吸收、转化光能：特殊状态的叶绿素 a。 3、光的有关知识 （1）眼睛能看到的光称为可见光，λ（波长）为 400~700nm（1nm=10-9m）。植物光合作用利用 的光也在可见光范围内。 （2）白光是一种复色光，由不同波长的光组成。经三棱镜折射后，便可分为红、橙、黄、绿、 蓝、靛、紫等不同颜色，称为光谱。 （3）叶绿体中的色素，可以吸收不同波长的光，可得到吸收光谱。 4、实验：光合色素的提取和分离 （1）目的要求：学会提取和分离叶绿体中色素的方法； 分离 叶绿体中的 4 种色素。 （2）实验原理： 色素不溶于水易溶于有机溶剂，故可用乙醇等有机溶剂提取； 各种色素在层析液中的溶解度不同，经一定时间后，可将各种色素分开。 （3）方法步骤： （4）注意事项： 粉碎：加快研磨； SiO2：研磨充分； CaCO3：防止叶绿素被破坏； 乙醇：提取色素； 迅速/用棉塞塞紧试管口：防止乙醇挥发 滤液细线要求均匀、细而直：防止色素带之间重叠； 重复 3-4 次：使滤液细线上的色素多一些，分离后的色素带更清晰； 滤液干后再画第二次：确保滤液细线较细； 滤纸条下端要剪去两个角：因为如果不剪去两个角，色素在滤纸条上边缘的扩散速度就慢，色素 带就会走的中间高，两边低。剪去角后，才能使扩散速度均匀，色 素带扩散一致，达到齐的效 果。 滤液细线要高于层析液液面：色素易溶于层析液中，导致色素带不清晰，影响实验结果。 （5）结果 主要吸收蓝紫光和红橙光 主要吸收蓝紫光 提取色素 制备滤纸 点样 分离叶绿体中的色素 观察与记录 胡——橙黄色 叶——黄色 a——蓝绿色 b——黄绿色 叶绿素 b 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素 a 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 3 (6)影响叶绿素合成的因素 光照：主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。例如，韭黄、蒜黄是 在黑暗条件下培育出来的。 温度：影响与叶绿素合成有关的酶活性，进而影响叶绿素的合成。例如，秋天叶片变黄和早 春寒潮过后水稻秧苗变黄，都与低温抑制叶绿素形成有关。低温能分解叶绿素。 矿质元素：植物缺 N、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn 等元素时不能合成叶绿素。 四、光合作用概述 1、概念：是绿色植物通过叶绿体，利用光能，把 CO2 和 H2O 转化成储存能量的有机物，并释放 O2 的过程。 2、总反应式： 6CO2+12H2O→C6H12O6+6O2+6H2O 场所：叶绿体 过程：分成光反应和碳反应两个阶段 3、总过程 4、光反应 （1）场所：叶绿体类囊体膜 条件：光、色素、酶 原料：水 产物：O2、NADPH、ATP （2）过程： . 光照 叶绿体 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 4 光反应包括许多个反应，其中最重要的是发生在两种叶绿素蛋白质复合体（称光 系统Ⅰ和 光系统Ⅱ）中电子由低能状态激发到高能状态。这个高能电子随后丢失能量而进入光系统Ⅰ，这 时一部分丢失的能量便转化为 ATP 中的能量。光系统Ⅱ中丢失的电子由水中的电子补充，也就是 水被裂解为 H+和气态的氧，或者说 H2O 被氧化为 O2。 光系统Ⅰ中，也有一个叶绿素分子中低能电子被光激发，成为另一个高能电子，这个高能电 子的作用是将 NADP+还原为 NADPH。NADPH 是一种强还原剂，是碳反应中所必需的。光系统 Ⅰ中被激发的电子则由来自光系统Ⅱ的电子来补充。 （3）光反应中发生的变化 ①水在光下裂解为 H＋、O2 和电子： H2O→2H+ +2e- +1/2O2 ②光能被吸收并转化为 ATP 中的化学能： ADP+Pi+能量→ATP ③水中的氢（ H＋＋e－）在光下将 NADP＋还原为 NADPH：NADP++H++2e-→NADPH ATP 为碳反应提供能量；NADPH 既是还原剂，又为碳反应提供能量 （4）物质变化和能量变化 ①物质变化：水的光解 H2O→2[H] +1/2O2； 合成ATP：ADP+Pi→ ATP ②能量变化：光能→电能→ATP、NADPH 中活跃的化学能 5、碳反应：即卡尔文循环 （1）场所：叶绿体基质 条件：NADPH、ATP、酶 原料：CO2 产物：三碳糖 （2）过程： ①CO2 固定： ②C3 还原： ③C5 再生： 6、光反应和碳反应的比较 光反应 碳反应 进行部位 叶绿体类囊体的光合膜 叶绿体基质 条件 光、水、色素和酶 CO2 、ATP 、NADPH 和酶 物质变化 水的光解：H2O→2[H]+1/2O2 合成 ATP：ADP+Pi→ ATP CO2 的固定：CO2+C5→2C3 三碳的还原：2C3→ 三碳糖 能量变化 光能转换成ATP和NADPH中活 跃的化学能 ATP 和 NADPH 中活跃的化学能变 成有机物中稳定的化学能 联系 光反应为暗反应提供 NADPH 和 ATP 暗反应产生的 ADP 和 Pi 为光反应合成 ATP 提供原料 7、光合作用实质 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 5 （1）物质变化：无机物→有机物 （2）能量变化：光能→电能→ATP 和 NADPH 中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 五、影响光合作用的因素 1、光合速率的定义：或称光合强度，是指一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行多 少光合作用(如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳）。 2、计算方法： 真正（实际）光合速率= 表观光合速率（净光合速率/实测光合速率）+ 细胞呼吸速率 ①真正光合速率：是指植物在光下实际把二氧化碳转化成有机物的量，即在单位时间、叶面积从 外界吸收和自身呼吸释放二氧化碳的量。 ②表观光合速率：不算呼吸作用放出的二氧化碳量，只算从外界吸收的二氧化碳量，即是在光下 测定的二氧化碳的吸收量。 3、影响因素 （1）内部因素 ①不同种类的植物，光合速率不同。 ②同一植物不同部位的叶片，光合速率不同。 ③同一叶片的不同生长发育时期，光合速率不同。 ④同一植物的不同生长发育阶段，光合速率不同。 应用：农作物、果树管理后期适当 摘除老叶、残叶、降低呼吸。 （2）环境因素（单因子影响因素） ①光：光照强度、光质 a、光照强度： 在其他条件都适宜的情况下，在一定范围内，光合速率随光照强度提高而加快。当光照强度 高到一定数值后，光照强度再提高而光合速率不再加快，这种现象叫光饱和现象。 开始达到光饱和现象的光照强度为光饱和点。随着光照强度减弱，光合速率减慢，当减弱到 一定的光照强度时，光和吸收的二氧化碳与呼吸释放二氧化碳的量几乎相等，此时的光照强度为 光补偿点。阴生植物的光饱和点与光补偿点一般都低于阳生植物。 叶龄 光 合 速 率 A B 0 C 光 合 速 率 光强0 开花期 营养生长期 幼苗期 0 B CO2 吸收 光照强度 阳生植物 阴生植物 B：光补偿点 C：光饱和点A C C′ B′ A' 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 6 应用：适当提高光照强度；根据植物的生活习性因地制宜地种植植物。 b、光质：即波长 一般情况下白光光合速率最快，红光次之，绿光最差。 应用：温室大棚使用无色透明玻璃，若要降低光合作用，则用有色玻璃。 ②温度： 光合作用与酶一样有一个最适温度，最适温度因植物种类而已，一般温带 植物的最适温度常在 25℃左右。 应用：适时播种；温室栽培时，冬天适当升温，夏天适当降温；白天适当 升温，升至光合作用最适温度，晚上适当降温，降低呼吸，积累有机物。 ③CO2 浓度 CO2 含量很低时，绿色植物不能制造有机物，随着 CO2 含量的提高，光合作用增强；当 CO2 含量提高到一 定程度时，光合作用的强度不再随 CO2 含量的提高而增强。 应用：增施有机肥、农家肥、喷施干冰、燃烧秸秆等 措施提高 CO2 浓度。 ④必须矿质元素：直接或间接影响光合作用 N、Mg、Fe、Mn 等影响叶绿素的合成； K、P 等参与碳水化合物代谢，缺乏时影响糖类的转变和运输； P 参与叶绿体膜构成及光合作用中间产物的转变和能量传递。 应用：增施农家肥 ⑤水 光合作用原料，又是体内各种化学反应的介质；水影响气孔的开闭，影响 CO2 进入植物体。 应用：合理灌溉、预防干旱。 4、光照强度、T、CO2 浓度等因素对光合作用的影响是综合的（多因子影响因素） 在高温、高 CO2 浓度的情况下，光强度对光合速率的影响 比较显著，任何一因素的强弱都可能限制光合作用。 在低温时，光照再强，植物叶不能以最快的速率生长， 因为低温限制了光合作用。 六、光合作用和细胞呼吸的区别与联系 光合作用 细胞呼吸（需氧呼吸） 区别 原料 CO2、H2O O2、葡萄糖等有机物 产物 O2、葡萄糖等有机物 CO2、H2O等 场所 有叶绿体的细胞，叶绿体 活细胞，线粒体、细胞质 T0 光合速率 CO2 浓度 CO2 吸收 CO2 释放 O A B C 矿质元素 光合速率 0 光强 光合速率 0 高温 高 CO2 浓度 低温 低 CO2 浓度 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 7 条件 光照下才可发生 光下、暗处都可发生 物质变化 无机物→有机物 有机物→无机物 能量变化 贮藏能量的过程： 光能→活跃的化学能→稳定的 化学能 释放能量的过程： 稳定的化学能→活跃的化学能 联系 光合作用为所有生物的需氧呼吸提供有机营养和 O2，需氧呼吸为光合作用提供 CO2 和 H2O。