生物必修一 第五章 光合作用 光合色素加探究 原创

2 18O
18O 2 18O 2 18 O
18O
CO2
2 18O 2
结论：光合作用释放的O2 全部来自水
20世纪40年代，卡 尔文(M.Calvin)用
14C标记的CO 供小球 2
藻进行光合作用实验， 追踪检测其放射性。 探明CO2中的C 在光 合作用中转化成有机 物的转化途径。
卡尔文循环：CO2 → C3 → (CH2O)
有机物
化学能
对生物的进化具有重要作用
光合作用与呼吸作用的区别：
光合作用 原料 CO2、H2O 产物 O2、葡萄糖等有机物 呼吸作用 O2、葡萄糖等有机物 CO2、H2O等
贮藏能量的过程 释放能量的过程 能量 转换 光能→活跃的化学能→稳 稳定的化学能→活跃 定的化学能 的化学能
发生 场所 叶绿体 线粒体、细胞质基质 光下、暗处都可发生
光合作用的实质
条件 场所
光合作用是指绿色植物通过叶 绿体，利用光能，把二氧化碳 和水转化成储存着能量的有机 物，并且释放出氧气的过程。
原料
产物
思考：
整个光合作用过程中的物质变化和 能量变化分别是什么？
把简单的无机物 物质变化：
转变为复杂的有机物
光合作用实质
能量变化： 把光能转变成 储存在有机物中的化学
结论：只有在阳
光照射下，有绿 叶的植物才能
更新污浊的空气。
1785年，拉瓦锡发现了空气的 组成，科学家才明确绿叶在光下放 出的气体是氧气，吸收的是二氧化 碳。 1845年，德国的科学家梅耶根 据能量转化与守恒定律指出：植物 光合作用时，把光能转换成化成化 学能储存起来。
实验四：1864年萨克斯的实验
P：NADP+和ATP的重要组分；维持叶 绿体正常结构和功能 K：促进光合产物向贮藏器官运输
Mg：叶绿素的重要组分
二、影响光合作用速率的环境因素
4
综合因素
温度、光强、CO2浓度
应用——提高农作物产量的措施
延长光合作用时间 增加光能利用率 温室中人工光照 合理密植 间作套种 阴生植物 阳生植物
增加光合作用面积
最基本的物质代谢和能量代谢
能
你能写出光合作用的反应式吗？
光合作用的反应式： CO2+H2*O
光能 叶绿体
（CH2O）+*O2
C6H12O6+6H2O+6*O2
光能
6CO2 +12H2*O
叶绿体
光合作用的重要意义
完成了自然界巨大规模的物质转变：无机物
完成了自然界巨大规模的能量转变：光能 维持大气中二氧化碳含量的相对稳定
暴露光下，再一次验证实验结果。
提示：考虑生化反应的反应物、生成物、场所、条件、能量变化
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着能量的有机物，并 且释放氧气的过程；
CO2+H2O
光能 叶绿体
（CH2O）+O2
• 实验五：1864年，鲁宾、卡门同位素标记法研究
• 光合作用释放的O2到底是来自H2O ，还是CO2
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（橙黄色）
类胡萝卜素 （含量约占 总量的1/4）
叶黄素（黄）
二、色素的作用
实验表 明：叶绿 素主要吸 收红光和 蓝紫光， 类胡萝卜 素 主要吸 收蓝紫光。
色素具有吸收光能、传递或转化光能的作用
光照到物体表 面后，该物体又将 这种颜色的光反射 出来，就是我们所 见到的颜色。对植 物而言，除了部分 橙光、黄光和大部 分绿光被反射外， 其他的基本上都被 叶绿素分子等所吸 收了，所以植物的 叶片呈现绿色。
控制光照强弱 控制光质 控制温度 提高光合作用效率 控制CO2供应
红光和蓝紫光
保持昼夜温差 通风透气 在温室中施有机肥， 使用CO2发生器 适时适量施肥
控制必需矿质元素供应 控制H2O供应 合理灌溉
有阳光的天气真好！
因为我们要进行光合作用
结论：1、氧气是叶绿体释放出来的； 2、叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所；
1、选材：水绵具有细长的带状叶绿体，易于观察现象。 好氧细菌的利用，准确显示出氧气产生的部位。 2、设计：黑暗无空气的设计，排除了氧气和光的干扰。
极细的光束，叶绿体上可分为光照多和光照少的 部位，相当于一组对比实验。
自养生物： 光能自养型（例如绿色植物）
化能自养型（例如 硝化细菌）
异养生物：
人、动物、真菌、 大多数细菌
人、动物和植物最大的区别是 什么？
有阳光的天气真好！
因为我们要进行光合作用
CO2+H2 O
光能 叶绿体
（CH2O）+O2
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的量 2、单位时间内光合作用吸收CO2的量 3、单位时间内光合作用放出O2的量
O2 O2 O2
18O 2 18O 2 18O 2
?
18O 2 18O 2
O2 O 2 O2 O2 O O2 O2 2 O2 18O 2 H2O OO C 2 2 O2 O O2 2 O2 O O2 2 O2 O O2 2 O2
18O
2
18O
18O 18O 2 2
2 2 2 2
H218O
18O
18O
玉 米 白 化 苗
缺
少 叶
绿
素
光合作用与细胞中的色素有关
一、绿叶中色素的提取和分离
（一）提取色素： 原理：
1、色素能溶解在有机溶剂中，如无水乙醇等， 故可用
无水乙醇提取色素。 2、利用各种色素在层析液（如：丙酮或93号汽油）中 的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快， 反之；
材料:5g鲜叶
• 植物自身因素 • 环境因素对光合作用的影响
1）光照 2）温度 3）二氧化碳浓度 4）水分 5）矿质元素
探究环境因素对光合作用的影响
实验原理： 利用真空渗入法排除叶内细胞间隙的空气，充以水 分，使叶片沉于水中。在光合作用过程中，植物吸收 CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小，而在细胞间 积累，结果使原来下沉的叶片上浮，根据上浮所需的时 间长短，即能比较光合作用的强弱。


观察与记录
烧 光照 距离 杯 （日光灯） 光照 强度 叶子圆片上浮所需时间
第一片 第二片 第三片 第四片
1 2 3
40W 40W 40W 结论：
5CM
强 中 弱
√
√
√ √
√ √ √
30CM
50CM
在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增强而增强
铅笔线 画铅笔细线
滤液细线 画滤液细线
★要求：细而齐，待干后再重复2—3次 原因：增加色素的量
(四)分离色素：
胡萝卜素 培养皿 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b
层析液
插滤纸条
★层析液不能没及滤液线，色素会溶解到层析液 中，导致实验失败；
绿 叶 中 的 色 素
叶绿素a（蓝绿色） 叶绿素 （含量约占 总量的3/4）
1817年 两位法国科学家首次从 植物中分离出叶绿素，当时并不 清楚叶绿素在植物细胞中的分布 情况。 1865年 德国植物学家萨克斯研 究叶绿素在光合作用中的功能时， 发现叶绿素并非普遍分布在植物 的整个细胞中，而是集中在一个 个更小的结构里，后来人们称之 为叶绿体。
三、捕获光能的结构——叶绿体
实验一：海尔蒙特实验
实验一：海尔蒙特实验
五年后
柳树增重80kg
土壤只减少0.06kg
结论：水分是植物建造自身的原料
实验二：1771年，普里斯特利
密闭钟罩里的蜡 烛很快熄灭，老 鼠很快死亡
加入植物，一段时 间内，蜡烛没熄灭， 老鼠仍存活 结论：
植物可以更新空气。
有时实验失败
实验 500多次。
实验三：1779年 (荷兰）英格豪斯
探究历程中主要介绍了几个重要实验？ 这些实验是如何设计的？ 你认为这些实验巧妙在哪里？又存在哪些 问题呢？ 如果你就是设计实验的小小科学家，你又 会怎样改进这些实验呢？
问题：植物生长所需的物质来自何处？
2000多年前 亚里士 多德 (Aristotle)
他认为：构成植物体的原料是土壤 植物增加的重量=土壤减少的重量
3.影响光合作用的因素——温度
光合作用是在酶的催化下进行的，温度直 接影响酶的活性。一般植物在10℃～35℃ 下正常进行光合作用。
应用： 增加昼夜温差
温度
CO2 吸 收 或 释 放 量
光合作用 呼吸作用
t

4.影响光合作用的因素——矿质营养
N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分
(1).研磨
SiO2——有助于研磨充分 药品 CaCO3 —防止色素被破坏
无水乙醇——溶解色素
(2).过滤：获取绿色滤液； 及时用棉塞将试管口塞 严；
单层尼龙布
原因：防止无水乙醇过快挥发；
(二）制备滤纸条 (三)画滤液细线：细、直、齐。 用毛细吸管，吸取少量滤液，沿着铅笔线均匀 地画，待滤液干燥后再画2—3次。
总结光合作用探索历程
年代 1642 1779 1845 1864 1880 1941 20世纪40代
科学家
海尔蒙特 英格豪斯 梅耶 萨克斯 恩格尔曼 鲁宾 卡门
结论
水分是建造植物体的原料 只有在光照下只有绿叶才可以更 新空气，吸收CO2放出氧气 植物在光合作用时把光能转变成 了化学能储存起来 绿色叶片光合作用产生淀粉 氧气由叶绿体释放出来，叶绿体 是光合作用的场所 光合作用释放的氧来自水 光合产物中有机物的碳来自CO2
C5
ADP ＋Pi
（CH2O）
2.暗反应阶段
条件： 有光无光都可，需多种酶 场所： 叶绿体基质 酶 CO2＋C5 2C3 CO2的固定： 物质 酶 变化 2C3+[H] (CH2O)+C5 C3的还原： ATP ADP+Pi 产物： （CH2O） 、 ADP 、 Pi ATP中活跃 有机物中稳 能量转变： 的化学能 定的化学能