能量之源-光合作用.ppt

第5章细胞的能量供应和利用,第4节能量之源光与光合作用,天津五中雷致洪,考点一：绿叶中色素的提取和分离,实验原理：提取(无水乙醇)、分离(层析液)目的要求：绿叶中色素的提取和分离及色素的种类材料用具：新鲜的绿叶、定性滤纸等、无水乙醇等方法步骤：1.提取绿叶中的色素2.制备滤纸条3.画滤液细线4.分离绿叶中的色素5.观察和记录讨论：1.滤纸条上色带的数目、排序、宽窄？2.滤纸条上的滤液细线，为什么不能触及层析液？,方法与步骤：,称取5g左右的鲜叶，剪碎，放入研钵中。加少许的石英砂（充分研磨）和碳酸钙(防止研磨中色素被破坏)与10ml无水乙醇。在研钵中快速研磨。将研磨液进行过滤。,色素分离实验及作用,色素有那些功能呢？,吸收、传递、转换光能,叶绿体中色素提取和分离实验中几个关键问题,取叶要新鲜，滤液中含有较多的色素；研磨要迅速充分，防止丙酮挥发，同时可以得到色素浓度较大的滤液；画滤液细线要重复次，以便色素带清晰；滤液细线要细、直，防止色素带重叠；滤液细线勿浸入层析液，防止色素溶解在层析液中；层析时，烧杯要加盖，避免苯等有毒物质挥发出来污染空气；实验结束，要用肥皂洗手，因为实验中可能接触了苯等有毒物质；滤纸条要避光保存，防止褪色,叶绿体中的色素：,叶绿素,叶绿素a（蓝绿色）,叶绿素b（黄绿色）,吸收红光和蓝紫光,3/4,类胡萝卜素,胡萝卜素（橙黄色）,叶黄素（黄色）,吸收蓝紫光,1/4,一捕获光能的色素和结构,1、捕获光能的色素,（蓝绿色）,（黄绿色）,（橙黄色）,（黄色）,含量约占3/4,含量约占1/4,叶片中的叶肉细胞,绿叶,叶肉细胞亚显微结构模式图,叶绿体亚显微结构模式图,2、捕获光能的结构叶绿体,基质,酶,?,外膜,内膜,类囊体,基粒,色素,酶,叶绿体亚显微结构模式图,考点二：光合作用的发现及概念,光合作用的概念：光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物，并且释放出氧气的过程。光合作用的探究历程：,植物体内全部营养物质都是从土壤中获得的吗？,一、光合作用的发现2000多年前，古希腊著名的哲学家亚里士多德认为：植物体是“土壤汁”构成的，即植物生长发育所需的物质完全来自土壤。,1648年比利时海尔蒙特实验,图A土壤(烘干)100公斤幼树2.5公斤,图B只浇雨水(几乎不含任何养料),图C5年后树长大了,图D土壤烘干后称重，只比原来减轻了0.1公斤，树增加了32公斤,柳树生长之谜,植物增重主要来自于水，土壤提供极少量的物质,实验结论：,普里斯特利实验,萨克斯实验的应用：,验证光合作用生成淀粉时要注意的问题？,1、实验前应黑暗处理（饥饿处理）；2、用碘液鉴定前应先脱色、漂洗。,1、为什么水绵是合适的实验材料？2、他是如何控制实验条件的？3、他是如何对照的？,水绵具有细而长的叶绿体，便于观察,选用黑暗、无空气的环境：排除环境中光线和氧气的影响,选用极细的光束，并用好氧细菌检测：准确判断释放氧气的部位,讨论：此实验在设计上有什么巧妙之处？分以下几个问题：,自身对照,实验的选材、设计有哪些巧妙之处？,1、选用水绵、好氧细菌做实验材料（便于观察）2、选用黑暗没有空气的环境（单一变量原则）3、先在黑暗条件下用极细的光束，再完全曝光（对照原则）,恩吉尔曼实验的结果,分析：这一巧妙的实验说明了什么？,叶绿体中的色素对不同波长的吸收的强度不同，主要吸收红光与蓝紫光，几乎不吸收绿光,积极思维,返回,20世纪40年代，卡尔文(M.Calvin),用14C标记的CO2供小球藻实验，追踪检测其放射性。探明CO2中的C的转移途径。,卡尔文循环：CO2C3(CH2O),4能量之源光与光合作用,1771年，普里斯特利(JosephPriestley)：,1785年，才明确绿色植物在光照下释放氧气，吸收二氧化碳。,1779年，英格豪斯（J.Ingen-housz）发现：,普里斯特利的实验只有在光下才能成功；植物体只有绿叶才能更新污浊的空气。,植物可以更新空气，但忽略了光的作用。,4能量之源光与光合作用,1845年，德国科学家梅耶（R.Mayer）：,根据能量转化与守恒定律明确指出，植物在进行光合作用时，把光能转化成化学能储存起来了。,1864年，萨克斯(JuliusvonSachs)的实验：,绿色叶片在光合作用中产生淀粉,1880年，恩吉尔曼的实验：,氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是进行光合作用的场所。,4能量之源光与光合作用,1940年，美国科学家鲁宾、卡门同位素标记实验：,光合作用释放的氧气全部来自于水,20世纪40年代，美国科学家卡尔文的实验：,CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径-卡尔文循环,光合作用吸收二氧化碳并放出氧气，光合作用需要光。（原料、产物和条件）,绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。（产物）,氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是进行光合作用的场所。（产物和场所）,光合作用释放的氧全部来自水。（原料与产物的关系）,普利斯特利等实验,萨克斯实验,光,二氧化碳,水,氧气,有机物,二氧化碳+水氧气+有机物,CO2,O2,光照,H2O,叶绿体,叶绿体,光合作用,表达式：,色素：基粒类囊体的薄膜上酶：基粒类囊体的薄膜上和叶绿体基质中,考点三：光合作用的过程及实质,4能量之源光与光合作用,场所:,类囊体薄膜,叶绿体基质,H2O,类囊体膜,酶,1.光反应阶段,酶,光、,色素、,叶绿体内的类囊体膜上,水的光解：,（还原剂）,ATP的合成：,光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中,CO2,糖类,五碳化合物C5,蛋白质,脂质,CO2的固定,三碳化合物2C3,C3的还原,基质多种酶,2.暗反应阶段,CO2的固定：,C3的还原：,叶绿体的基质中,多种酶、,H、ATP,光反应阶段与暗反应阶段的比较,囊状结构的薄膜上,叶绿体的基质中,需光、色素和酶,不需光、色素;需多种酶,光能转变为ATP中活泼的化学能,ATP中活泼的化学能转化为糖类等有机物中稳定的化学能,思考:,原料和产物的对应关系：,（CH2O）,C,H,O,CO2,CO2,H2O,O2,H2O,能量的转移途径：,碳的转移途径：卡尔文循环,光能,ATP中活跃的化学能,(CH2O)中稳定的化学能,CO2,C3,（CH2O）,4能量之源光与光合作用,CO2+H2O*(CH2O)+O2*,光合作用总反应式：,4能量之源光与光合作用,6CO2+12H2O*C6H12O6+6O2*+12H2O,四、光合作用的实质,物质变化：,把简单的无机物转变为复杂的有机物,能量变化：,把光能转变成储存在有机物中的化学能,物质变化：,无机物,能量变化：,光能,有机物,糖类等有机物中的化学能,化能合成作用：,利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来把无机合成有机物。少数的细菌，如硝化细菌。,2HNO2+O22HNO3+能量,硝化细菌,举例：,6CO2+6H2OC6H12O6+6O2,能量,自养生物:,以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着的能量。,异养生物:,只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。,所需的能量来源不同（光能、化学能）,例如人、动物、真菌及大多数的细菌。,4能量之源光与光合作用,光合作用原理在农业生产中的应用：提高光合作用强度，增加农作物产量。例如：控制光照的强弱和温度的高低，适当增加作物环境中二氧化碳的浓度，等等。,影响光合作用的主要外界因素：1）光照2）CO23）温度,影响光合作用的因素及其相关原理在生产实践中的应用,考点四：影响光合作用的因素,叶龄,OA段：,AB段：,BC段：,幼叶，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用速率不断提高,壮叶，叶片的面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率也基本稳定。,老叶，随着叶龄的增加，叶片内叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。,应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶，可降低其细胞呼吸消耗有机物。,影响光合作用的因素及其相关原理在生产实践中的应用,考点四：影响光合作用的因素,单因子变量对光合作用的影响,光合作用强度表示方法1、单位时间内光合作用产生有机物（糖）的数量（即植物重量或有机物的增加量）。2、单位时间内光合作用吸收C02的量(或实验容器内CO2减少量)。3、单位时间内光合作用放出02的量(或实验容器内02增加量)。,单因子变量对光合作用的影响,光照时间：光照强度：光质：,时间越长，产生的光合产物越多,在一定光照强度范围内，增加光照强度可提高光合作用速率。,1光照,光反应,光照强度,光照强度,NADPH、ATP,暗反应C3还原,（CH20）,光照强度,A点：,AB段：,B点：,BC段：,C点：,光照强度为0时只进行细胞呼吸，释放C02量代表此时的呼吸强度,随光照强度增强，光合作用逐渐增强，C02的释放量逐渐减少,因一部分用于光合作用,光补偿点,此时细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用速率=细胞呼吸速率,随光照强度不断增强，光合作用不断增强,光饱和点,光照强度达到一定值时，光合作用不再增强,净,光照强度,净,真正光合速率净光合速率+呼吸速率,光反应,光照强度,光照强度,光补偿点,光饱和点,NADPH、ATP,暗反应C3还原,（CH20）,不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出了红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。水层对光波中的红、橙部分吸收显著多于对蓝、绿部分的吸收，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，所以吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方,光反应,光照强度,光照强度,阳生植物,阴生植物,光补偿点,光饱和点,NADPH、ATP,暗反应C3还原,（CH20）,从海的不同深度采集到4种类型的浮游植物（、和），测定了每种类型的光合作用，如下图所示。在最深处采集到的是哪种类型的浮游植物？,光反应,光照强度,据光照强度可制定的农作物增产措施,光照强度,NADPH、ATP,暗反应C3还原,（CH20）,过度密植减产的原因,从生理学角度看：,过度密植使得植物下半部的叶片受到的光照强度过弱（小于光补偿点），使这部分叶片光合作用强度小于呼吸作用强度造成大量消耗有机物导致农作物减产。,光的性质,白光红光、蓝紫光绿光,温室大棚塑料薄膜的颜色最好是：,无色透明,绿色植物生理实验的安全灯颜色：,绿色,水域植物（藻类水深）的垂直分布：,绿藻,红藻,褐藻,2光照面积,OA段：,A点：,OB段：,BC段：,OC段：,随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大,光合作用面积的饱和点,随叶面积的增大，光合作用不再增强，原因是有很多叶被遮挡，光照强度在光补偿点以下,干物质量随光合作用增强而增加,随叶面积的不断增加，干物质积累量不断降低,随叶面积的不断增加，呼吸量不断增加,2光照面积,应用：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长。封行过早，使中下层叶片所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费。,C3的生成,CO2浓度,暗反应C3还原,（CH20）,A,B,3CO2浓度,A点：,AB段：,B点：,进行光合作用所需CO2的最低浓度,在一定范围内，随C02浓度的提高，植物的光合速率加快,表示C02的饱和点，CO2超过该浓度，光合速率达到最大不再提高。,C3的生成,CO2浓度,暗反应C3还原,（CH20）,A,B,C3的生成,CO2浓度,暗反应C3还原,（CH20）,A,B,思考：1、在温度适宜、CO2含量超过B点对应的浓度的条件下，如何进一步提高光合效率？2、若光照充足、温度适宜，造成B点的原因是什么？3、若再绘另一光照更弱条件下的该曲线，则图中A点向什么方向移动。,3CO2浓度,3CO2浓度,应用：农作物增产措施,（2）温室栽培，晴天适当增加CO2浓度,施有机肥（农家肥）,施用NH4HCO3肥料,（1）合理密植使农田通风良好“正其行，通其风”,CO2发生器,4H2O,H+的生成,H2O,暗反应C3还原,（CH20）,NADPH的生成,含水量,1、光合作用的原料；2、植物体内各种生化反应的介质；3、影响气孔的开闭。,应用：根据作物需水规律合理灌溉；预防干旱洪涝,OA段：在一定范围内，水越充足，光合作用速率越快,5矿质元素,矿质元素,矿质元素直接或间接影响光合作用。如可促进叶片面积增大，提高酶的合成速率，作为酶的激活剂等，提高光合作用速率。,应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量。,6温度,酶活性,1、温度,NADPH、ATP生成量,暗反应,（CH20）生成量,光反应,主,次,2、温度是影响气孔开闭的因素之一,6温度,应用：农作物增产措施,晴天：白天适当升温，晚上适当降温以保持较高的昼夜温差,连续阴雨天：白天和晚上均降温,1、适时播种；2、温室栽培：3、防止“午休”现象,多因子对光合作用速率的影响,P点：,Q点：,限制光合速率的因素为横坐标所表示的因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提高,横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，若要提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法,多因子对光合作用速率的影响,温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当充加C02，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和C02浓度以提高光合速率。总之，可根据具体情况，通过增加光照强度，调节温度或增加CO2浓度来充分提高光合速率，以达到增产的目的,关于光合作用和呼吸作用的关系,各项生命活动,光合作用与有氧呼吸的比较,叶绿体,主要在线粒体,光、温度、酶等,O2、温度、酶等,无机物合成有机物,有机物分解成无机物,光能转变成稳定的化学能,有机物中的化学能释放出来，转移给ATP,有机物,O2,CO2,氧气释放量（CO2吸收量、葡萄糖生产量）=光合量-呼吸量,在暗处或植物体的非绿色部分：,氧气吸收量（CO2释放量、葡萄糖消耗量）=呼吸量,光合作用、呼吸作用都进行,只进行呼吸作用,4.（04北京）在相同光照和温度条件下，空气中CO2含量与植物光合产量（有机物积累量）的关系如图所示。理论上某种C3植物能更有效地利用CO2，使光合产量高于m点的选项是A.若a点在a2，b点在b2时B.若a点在a1，b点在b1时C.若a点在a2，b点在b1时D.若a点在a1，b点在b2时,D,4（04广东）下列关于光合作用和呼吸作用的叙述，正确的是A光合作用和呼吸作用总是同时进行B光合作用形成的糖类能在呼吸作用中被利用C光合作用产生的ATP主要用于呼吸作用D光合作用与呼吸作用分别在叶肉细胞和根细胞中进行,C,5（04广东）光合作用暗反应阶段中直接利用的物质是AO2和C3化合物B叶绿体色素CH20和O2D氢H和ATP,D,7（04江苏）光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是（）A叶绿体的类囊体膜上进行光反应和暗反应B叶绿体的类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应C叶绿体基质中可进行光反应和暗反应D叶绿体基质中进行暗反应，不进行光反应,l（04湖南）下列关于光合作用强度的叙述，正确的是A叶片从幼到老光合作用强度不变B森林或农田中植株上部叶片和下部叶片光合作用强度有差异C光合作用强度是由基因决定的，因此是固定不变的D在相同光照条件下，各种植物的光合作用强度相同,B,21（上海）叶绿体含多种色素，其中一种色素能接受其它色素所吸收的光能，该色素是A胡萝卜素B叶黄素C叶绿素aD叶绿素b,C,2.（06北京）夏季，在晴天、阴天、多云.高温干旱四种天气条件下，猕猴桃的净光合作用强度（实际光合速率与呼吸速率之差）变化曲线不同，表示晴天的曲线图是,B,5、（05北京）为验证光是植物生长发育的必要条件，设计如下实验：选择生长状况一致的小麦幼苗200株，随机均分为实验组和对照组，分别处理并预期结果。下面是关于实验组或对照组的处理方法和预期结果的几种组合，其中正确的是实验组对照组黑暗中培养在光下培养生长育好生长不良A、B、C、D、,B,例1：科学家用14C标记二氧化碳，发现碳原子在一般植物体内光合作用中的转移途径是A二氧化碳叶绿素葡萄糖B二氧化碳ATP葡萄糖C二氧化碳五碳化合物葡萄糖D二氧化碳三碳化合物葡萄糖,D,4能量之源光与光合作用,例2：在一定时间，绿色植物在一定强度的_的照射下，放出的氧最多A白光B红光和蓝紫光C蓝紫光和绿光D红光和绿光,A,4能量之源光与光合作用,例3：生长旺盛的叶片，剪成5mm见方的小块，抽去叶内气体，做下列处理，如图，这四个处理中，沉入底部的叶片小块最先浮起的是,A,4能量之源光与光合作用,例4：将一株植物培养在H218O中并进行光照，过一段时间后18O存在于A光合作用生成的水中B仅在周围的水蒸气中C仅在植物释放的氧气中D植物释放的氧气和周围的水蒸气中,D,4能量之源光与光合作用,例5：将置于阳光下的盆栽植物移至黑暗处，则细胞内三碳化合物与葡萄糖的生成量的变化是AC3增加，葡萄糖减少BC3与葡萄糖都减少CC3与葡萄糖都增加DC3突然减少，葡萄糖突然增加,A,4能量之源光与光合作用,(1)该装置进行的实验是_。(2)该实验中用煮沸又冷却的葡萄糖溶液的目的是_。(3)图中溶液A是。(4)酵母菌产生的气体是。写出其反应式,例6：根据下图回答问题：,酵母菌能否无氧呼吸?产物是否有CO2,杀灭葡萄糖液中的其它生物,除掉溶液中的氧气。,澄清石灰水,CO2,C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量,酶,4能量之源光与光合作用,例7：下图表示某植物生理作用与环境因素之间的关系。请据图回答问题：,(1)甲图中，A点表示植物只能进行作用，B点表示与_达到相等。,呼吸,呼吸作用释放的CO2量,光合作用吸收的CO2量,4能量之源光与光合作用,(2)上述甲、乙两图表示影响光合作用的因素包括。(3)甲图曲线E、F表示20和30的环境中所得到的曲线，其中表示20时光合作用效率的是曲线。,光照强度，CO2浓度，温度,F,4能量之源光与光合作用,