光与光合作用
5.4 能量之源——光与光合作用
CO2 + H2O
叶绿体
（CH2O） + O2
一、光合作用的探究历程
CO2+H2
光合作用 的实质
O*
光能 （CH2O）+O*2 叶绿体
物质 上把CO2和H2O转变成有机物、释放O2
能量 上把光能转变成有机物中的化学能
最基本的物质代谢和能量代谢
一、光合作用的探究历程
1939年，[美]鲁宾(S.Ruben)和卡门（M.Kamaen)
光照强度
光合作用强度
O
10 12
14
一天的时间
夏天一天中日照强度与光合作用强度的关系
光合作用原理的应用
合理利用光能
套种（轮种）：延长光合作用时间 间种、合理密植：增加光合作用面积 补充人工光照 适当增加CO2浓度 控制温度、PH 合理施肥，浇水
棉花与草莓间种
练习
1. 光照增强，光合作用增强。但夏季的中午却又因叶表 面气孔关闭而使光合作用减弱。这是由于（ ） A、水分产生的[H]数量不足 B、叶绿体利用的光能合成的ATP不足 C、空气中CO2量相对增多，而起抑制 作用 D、暗反应中三碳化合物产生的量太少
叶绿体是光合作用的主要场所。
三、光合作用的过程
根据是否需要光能，光合作用的过程可以分为两个阶段： 光反应（light reaction）进行部位: 叶绿体的类囊体薄膜 暗反应 （dark reaction）进行部位： 叶绿体基质 叶绿体
三、光合作用的过程
三、光合作用的过程
2H2O
光解 吸收
CO2
光合作用与呼吸作用的联系
光合作用 场所 条件 物质转变 能量转变 联系
主要在绿色植物的叶绿体中 光照，色素，光合作用有关的酶 无机物 有机物
光与光合作用
光合作用：光合作用，通常是指绿色植物（包括藻类）吸收光能，把二氧化碳和水合成富能有机物，同时释放氧气的过程。
其主要包括光反应、暗反应两个阶段，涉及光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等重要反应步骤，对实现自然界的能量转换、维持大气的碳-氧平衡具有重要意义。
光与光合作用:一、大地上光线来源于太阳，太阳是世界上一切生物赖以生存的最重要条件。
太阳光穿过大气层投射到地面上产生两种效应：一种是热效应，一种是光效应。
太阳的热效应常以日射来表示，温带地区冬季日射量约在1.0卡/平方厘米左右，而夏季的日射量约为1.4卡/平方厘米。
太阳的光线应称为照度，常以勒克斯来表示。
照度的强弱随季节的不同、太阳入射角的变化而变化。
1、在北京地区4~5月以后自然光照的最大强度为12~14万勒克斯，12~2月这个季节里自然光照的最大强度只有4万勒克斯。
因此冬季的阳光对于植物生长是非常宝贵的，必须最大限度地把阳光收集和利用起来。
太阳光分为直射光和散射光，晴天的光照由直射光和散射光组成，阴天时只有散射光。
太阳光是由各种波长不同的光和一些射线组成，人们视觉感到的可见光中包括红、橙、黄、绿、青、兰、紫等七种不同波长的光，此外尚有紫外光和红外光等不可见光。
2、绿色植物的光合作用是绿色植物特有的一种生化现象。
光合作用即植物吸收光能，由于绿色植物中叶绿素的作用，使二氧化碳还原形成氧，同时由二氧化碳和水形成碳水化合物。
因此太阳光、叶绿素、二氧化碳和水是光合作用不可缺少的因素。
光是光合作用的能量来源，叶绿素是光合作用进行的场所，二氧化碳和水则是光合作用的原料。
一切生理活动必须在一定的温度条件下行，因此适宜的温度也是光合作用中一个重要条件。
二、、光合作用发生的部位。
光合作用只能在植物中含有叶绿素的绿色部位进行，植物的绿叶就是进行光合作用的主要器官。
植物的叶是由表皮组织，叶肉组织和输导组织三部分构成。
表皮组织可以透过阳光有利于光合作用。
在叶的上、下表皮上布满了小孔称为“气孔”，气孔是植物水分蒸腾和气体交换的器官。
光与光合作用
光与光合作用
光合作用
光合作用(Photosynthesis)，即光能合成作用，是植物、藻类和某些细菌，在可见光的照射下，经过光反应和暗反应，利用光合色素，将二氧化碳(或硫化氢)和水转化为有机物，并释放出氧气(或氢气)的生化过程。
光合作用是一系列复杂的代谢反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。
光合作用(Photosynthesis)是绿色植物利用叶绿素等光合色素和某些细菌(如带紫膜的嗜盐古菌)利用其细胞本身，在可见光的照射下，将二氧化碳和水(细菌为硫化氢和水)转化为有机物，并释放出氧气(细菌释放氢
气)的生化过程。
植物之所以光合作用图解被称为食物链的生产者，是因为它们能够通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量。
通过食用，食物链的消费者可以吸收到植物及细菌所贮存的能量，效率为10%~20%左右。
对于生物界的几乎所有生物来说，这个过程是它们赖以生存的关键。
而在地球上的碳-氧循环，（保持氧气和二氧化碳含量的相对稳定）光合作用是必不可少的。
下，将二氧化碳和水(细菌为硫化氢和水)转化为有机物，并释放出氧
是因为它们能够通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量。
率为10%~20%左右。
对于生物界的几乎所有生物来说，这个过程是它们赖以生存的关键。
而在地球上的碳氧循环，光合作用是必不可少的。
叶绿素。
光合作用
1771年，普里斯特利 （英）的实验
1771年英国普利斯特利实验 （证明植物可以更新空气）
Ａ
思考题：
1、小鼠
Ｂ
光照下，一段时间后
生活、 蜡烛燃 烧需要 什么气 体？
2、这个
Ｃ
实验说 明什么 问题？
Ｄ
设计一个实验证明绿色植物在光 下制造淀粉。
1864年德国萨克斯实验 （证明绿叶在光下制造淀粉）
该实验的巧妙之处：
1．实验材料选用水绵和好氧性细菌。 因为水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用好氧 性细菌可确定释放氧气的部位。 2．选用黑暗并且没有空气的环境。 排除了氧气和光的干扰。
3．先用极细光束照射水绵，而后又让水绵完全曝露在 光下。 先选极细光束，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；用好氧细菌检测，能准确判断水 绵细胞中释放氧的部位。而后用完全曝光的水绵与之做 对照，从而再一次证明实验结果完全是光照引起的，并 且氧是由叶绿体释放出来的。
叶绿体是进行光合作用的场所。它内部的 巨大膜表面上，分布了许多吸收光能的色素分 子，还有许多进行光合作用的酶。
光合作用的全过程
H2O O2
水在光 下分解
光能
叶绿体中 的色素
[H]
ATP
酶 ADP+Pi 还原
2C3
多种酶参 加催化
CO2 固定 C5
（CH2O）
光反应过程
暗反应过程
什 么 叫 光 合 作 用 ？
光合作用：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。
1664年(比利时 )海尔蒙特实验
海尔蒙特的结论:建造植物的原料是水
每天浇水， 五年后 土重100千克 树2.5千克 土减少了0.1千克 树重84.5千克, 增加了82千克
光作用和光合作用
一、捕获光能的色素和结构
问题探讨
有些蔬菜在棚内悬挂发红 色或蓝色光的灯管,并且在 白天也开灯。
1、用这种方法有什么好处？ 不同颜色的光照对植物的光 合作用会有影响吗？ 可以提高光合作用强度。因 为光合作用吸收最多的是红 光和蓝紫光。
2、为什么不使用发绿色光的 灯管作补充光源？
肉细胞内的C3化合物、C5化合物和ATP含量的变化情况依
次是 C
A. 上升；下降；上升
B. 下降；上升；下降
C. 下降；上升；上升
D. 上升；下降；下降
4、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（D ）
A.叶绿体类囊体膜上进行光反应和暗反应 B.叶绿体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
1、光下的植物突然停止光照后，C5化合物和 C3化合物的含量如何变化？
停止 光照
光反应 停止
[H] ↓ ATP↓
还原 受阻
C3 ↑ C5 ↓
2、光下的植物突然停止CO2的供应后，C5化合 物和C3化合物的含量如何变化？
固定
C3 ↓
CO2 ↓
停止
C5 ↑
增加 减少
减少 减少或没有 减少或没有
增加 增加
例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等细菌。
2NH3+3O2 硝化细菌 2HNO2+2H2O+能量 2HNO2+O2硝化细菌 2HNO3+能量
6CO2+12H2O
能量 酶
C6H12O6+ 6O2+6H2O
基础巩固
1.叶绿体中的色素所吸收的光能，用于_水_的__光__解_ 和__形__成__A_T_P____;形成的_[_H_]_____和__A_T_P______ 提供给暗反应。
光与光合作用-PPT
A、CO2 B、CO2 C、CO2 D、CO2
叶绿体 ATP
叶绿素
ATP
乙醇
糖类
三碳化合物
糖类
3、在光合作用中，需消耗ATP的是（ A ）
A、三碳化合物的还原 B、CO2的固定
C、水在光下分解
D、 叶绿素吸收光能
4、光合作用过程中，光反应为暗反应提供的物
质是（ A ）
(CH2O) [蛋白质,脂肪]
光反应阶段
暗反应阶段
注意:光反应和暗反应是一个整
体,二者紧密联系,缺一不可。光 反应是暗反应的基础，光反应阶 段为暗反应阶段提供能量（ATP） 和还原剂[H]，暗反应阶段产生 的ADP和Pi为光反应阶段合成 ATP提供原料。
光反应阶段与暗反应阶段的比较
基粒(囊状结构 的薄膜上)
叶绿体基质中
需光,色素和酶
不需光,色素;需多种酶
2H2O 光 4[H]+O2 光
ADP+Pi 酶 ATP
光能转变为活泼的化 学能，储存在ATP中
CO2+C5 酶 2C3 2 CA3TP酶ADPC+P5+i （CH2O）
[H]
ATP中活泼的化学能 转化为糖类等有机物
中稳定的化学能
光合作用的反应式：
CO2+H2O*
在农业生产上应用—— 如何提高光能利用率
增加光照面积 延长光照时间 增强光合作用效率
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
9
巩固练习
1、在光光合反作应用阶中段，形糖成类的是，在AT暗P是反在应光阶反段应形阶成段的形，成O2的是。
2、某科学家用含有14C的CO2来追踪光合作用中的C原子，
能量之源——光与光合作用
实验——绿叶中色素的提取和分离 绿叶中色素的提取和分离 实验
实验原理:提取 (无水乙醇)、分离 提取 分离(层析液) 分离
方法步骤： 1.提取绿叶中的色素 3.画滤液细线 5.观察和记录
2.制备滤纸条 4.分离绿叶中的色素
(三)方法与步骤
称取2g左右的鲜叶， 剪碎，放入研钵中。加 少许的石英砂和碳酸钙 与2-3ml 95%的乙醇。 在研钵中快速研磨。将 研磨液进行过滤。
物质的转移方向
1、ATP 、 从类囊体的薄膜上向 从类囊体的薄膜上向叶绿体基质中转移 2、ADP 、 从叶绿体基质中向 从叶绿体基质中向类囊体的薄膜上转移
的转移途径： （1）H2O中O的转移途径： ） 中 的转移途径 H2O O2 的转移途径： （2）H2O 中H的转移途径： ） 的转移途径 H2O [H] （CH2O） ） 的转移途径： （3）CO2中C的转移途径： ） 的转移途径 CO2 C3化合物 的转移途径： （4）CO2中O的转移途径： ） 的转移途径 (CH2O)
色素 避免对实验干扰
碘液染色的目的是什么? 碘液染色的目的是什么? 检测是否有淀粉产生 ②该实验是如何遵循对照原则的？得出什么结论? 该实验是如何遵循对照原则的？得出什么结论 叶片一半遮光，一半曝光;植物在光下产生淀粉 植物在光下产生淀粉. 叶片一半遮光，一半曝光 植物在光下产生淀粉
氧气到底来自二氧化碳还是水？ 氧气到底来自二氧化碳还是水？
卡尔文循环： 卡尔文循环：CO2 → C3 → (CH2O)
年代 1664 1771 1779 1845 1864 1880 1939 20世纪40代 20世纪40代
科学家
海尔蒙特 普利斯特利 英格豪斯 R.梅耶 R.梅耶 萨克斯 恩格尔曼 鲁宾 卡门
光与光合作用
1845年，梅耶 光能的作用？
能量转化与守恒定律
光能
化学能
1864年萨克斯的实验
光照
暗处理
碘蒸汽处理
酒精 脱色
结论:绿色叶片在光合作用中产生了淀粉
3.鲁宾和卡门的同位素标记法的探究实验的过程 及所证明的问题是什么？
实验过程
证明的问题
光合作用释放的氧气来自于水的分解
20世纪４0年代，卡尔文
14
二、光合作用的原理和应用
光合作用是指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，并且释放出氧气的过程。
（一）光合作用的探究历程
思考与讨论： 1.光合作用的原料、产物、场所和条件是什么？其化 学反应式是？ 原料— CO2和H2O； 产物— 糖类和O2； 光合作用的反应式是： CO2 + H2O 光能 叶绿体 （CH2O） + O2 场所—叶绿体；
（一）光合作用的探究历程
?
没有考虑到光的影响。
普利斯特利实验的结论 是什么？
结论：绿色植物可以更 新空气
普利斯特利的的实验有时成功，有时失败，可能的原因 是什么？
英格豪斯的实验
光照一段时间
置于暗处一段时间
结论： 光照是植物更新空气必不可少的
1785年发现空气的组成，人们才明确绿叶在光 下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳。
（1）温度 （2）光照强度 （3）二氧化碳 （4）水分
（5）矿质元素
（6）叶龄
请分析光下的植物突然停止光照后， 其体内的C5化合物和C3化合物的含量如 何变化?
停止 光照 光反应 停止 [H] ↓ ATP↓ C3还原 受阻 C3 ↑ C5 ↓
请分析光下的植物突然停止CO2的供 应后,其体内的C5化合物和C3化合物的含 量如何变化?
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光合作用(Photosynthesis)，即光能合成作用，是植物、藻类和某些细菌，在可见光的照射下，经过光反应和暗反应，利用光合色素，将二氧化碳(或硫化氢)和水转化为有机物，并释放出氧气(或氢气)的生化过程。
光合作用是一系列复杂的代谢反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。
光合作用(Photosynthesis)是绿色植物利用叶绿素等光合色素和某些细菌(如带紫膜的嗜盐古菌)利用其细胞本身，在可见光的照射下，将二氧化碳和水(细菌为硫化氢和水)转化为有机物，并释放出氧气(细菌释放氢
气)的生化过程。
植物之所以光合作用图解被称为食物链的生产者，是因为它们能够通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量。
通过食用，食物链的消费者可以吸收到植物及细菌所贮存的能量，效率为10%~20%左右。
对于生物界的几乎所有生物来说，这个过程是它们赖以生存的关键。
而在地球上的碳-氧循环，（保持氧气和二氧化碳含量的相对稳定）光合作用是必不可少的。
折叠基本介绍
本词条仅阐释普通意义上的光合作用。
相关概念(如光合色素、化能合成作用)请参阅其他词条。
植物的光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。
折叠叶绿体中文解释
光合作用(Photosynthesis)是绿色植物利用叶绿素等光合色素和某些细菌(如带紫膜的嗜盐古菌)利用其细胞本身，在可见光的照射下，将二氧化碳和水(细菌为硫化氢和水)转化为有机物，并释放出氧气(细菌释放氢气)的生化过程。
植物之所以被称为食物链的生产者，是因为它们能够通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量。
通过食用，食物链的消费者可以吸收到植物及细菌所贮存的能量，效率为10%~20%左右。
对于生物界的几乎所有生物来说，这个过程是它们赖以生存的关键。
而在地球上的碳氧循环，光合作用是必不可少
的。
叶绿素
折叠编辑本段光合作用原理
折叠光反应
1水的光解:2H2O→4[H]+O2(为暗反应提供氢)
2.ATP的形成:ADP+Pi+光能—→ATP(为暗反应提供能量)
折叠暗反应
1.CO2的固定:CO2+C5→2C3
2.C3化合物的还原:2C3+[H]+ATP→(CH2O)+C5
1、光合作用:发生范围(绿色植物)、场所(叶绿体)、能量来源(光能)、原料(二氧化碳和水)、产物(储存能量的有机物和氧气)。
折叠编辑本段相关知识
折叠1、光合作用的发现
①1771年英国科学家普利斯特莱发现,将点燃的蜡烛与绿色植物一起放在密闭的玻璃罩内,蜡烛不容易熄灭;将小鼠与绿色植物一起放在玻璃罩内,小鼠不容易窒息而死,证明:植物可以更新空气。
②1864年,德国科学家萨克斯把绿叶放在暗处理的绿色叶片一半曝光,另一半遮光。
过一段时间后,用碘蒸气处理叶片,发现遮光的那一半叶片没有发生颜色变化,曝光的那一半叶片则呈深蓝色。
证明:绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。
③1880年,德国科学家思吉尔曼用水绵进行光合作用的实验。
证明:叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所,氧是叶绿体释放出来的。
④20世纪30年代美国科学家鲁宾卡门采用同位素标记法研究了光合作用。
第一组相植物提供H₂18O和CO₂,释放的是18O2;第二组提供H₂O和C18O,释放的是O₂。
光合作用释放的氧全部来自于水。
折叠2、叶绿体的色素
①分布:基粒片层结构的薄膜上。
②色素的种类:高等植物叶绿体含有以下四种色素。
A、叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,包括叶绿素a(蓝绿色)和叶绿素b(黄绿色);
B、类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,包括胡萝卜素(橙黄色)和叶黄素(黄色)。
折叠3、叶绿体的酶
分布在叶绿体基粒片层膜上(光反应阶段的酶)和叶绿体的基质中(暗反应阶段的酶)。
折叠4光反应与暗反应的区别与联系
①场所:光反应在叶绿体基粒片层膜(类囊体膜）上,暗反应在叶绿体的基质中。
②条件:光反应需要光、叶绿素等色素、酶,暗反应需要许多有关的酶。
③物质变化:光反应发生水的光解和ATP的形成,暗反应发生CO₂的固定和C₃化合物的还原。
④能量变化:光反应中光能→ATP中活跃的化学能,在暗反应中ATP中活跃的化学能→CH2O中稳定的化学能。
⑤联系:光反应产物[H]是暗反应中CO2的还原剂,ATP为暗反应的进行提供了能量,暗反应产生的ADP和Pi为光反应形成ATP提供了原料。
光合作用图解
折叠6、光合作用的意义
①提供了物质来源和能量来源。
②维持大气中氧和二氧化碳含量的相对稳定。
③对生物的进化具有重要作用。
总之,光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。
折叠7、影响光合作用的因素
:有光照(包括光照的强度、光照的时间长短)、二氧化碳浓度、温度(主要影响酶的作用)和水等。
这些因素中任何一种的改变都将影响光合作用过程。
如:在大棚蔬菜等植物栽种过程中,可采用白天适当提高温度、夜间适当降低温度(减少呼吸作用消耗有机物)的方法,来提高作物的产量。
再如,二氧化碳是光合作用不可缺少的原料,在一定范围内提高二氧化碳浓度,有利于增加光合作用的产物。
当低温时暗反应中(CH₂O)的产量会减少,主要由于低温会抑制酶的活性;适当提高温
度能提高暗反应中(CH₂O)的产量,主要由于提高了暗反应中酶的活性。
折叠8、光合作用过程
可以分为两个阶段,即光反应和暗反应。
前者的进行必须在光下才能进行,并随着光照强度的增加而增强,后者有光、无光都可以进行。
暗反应需要光反应提供能量和[H],在较弱光照下生长的植物,其光反应进行较慢,故当提高二氧化碳浓度时,光合作用速率并没有随之增加。
光照增强,蒸腾作用随之增加,从而避免叶片的灼伤,但炎热夏天的中午光照过强时,为了防止植物体内水分过度散失,通过植物进行适应性的调节,气孔关闭。
虽然光反应产生了足够的ATP和〔H〕,但是气孔关闭,CO₂进入叶肉细胞叶绿体中的分子数减少,影响了暗反应中葡萄糖的产生。
折叠9、在光合作用中
光合作用是指绿色植物利用光能，把二氧化碳和水合成为贮存了能量的有机物，同时释放出氧气的过程。
a、由强光变成弱光时,产生的[H]、ATP数量减少,此时C3还原过程减弱,而CO₂仍在短时间内被一定程度的固定,因而C3含量上升,C5含量下降,(CH₂O)的合成率也降低。
b、CO₂浓度降低时,CO2固定减弱,因而产生的C3数量减少,C5的消耗量降低,而细胞的C₃仍被还原,同时再生,因而此时,C3含量降低,C5含量上升。
植物光合作用过程：二氧化碳+水→有机物（储存着能量）+氧气。