光与光合作用
第四章 光合作用
（1）光 光是影响叶绿素形成的主要条件。 从原叶绿素酸酯转变为叶绿酸酯需要光， 而光过强，叶绿素又会受光氧化而破坏。 黑暗中生长的幼苗呈黄白色，遮光或埋在 土中的茎叶也呈黄白色。这种因缺乏某些 条件而影响叶绿素形成，使叶子发黄的现 象，称为黄化现象。 黑暗使植物黄化的原理常被应用于蔬菜生 产中，如韭黄、软化药芹、白芦笋、豆芽 菜、葱白、蒜白、大白菜等生产。
（二）光合作用机理 光合作用包括原初反应、电子传递和光合
磷酸化、碳同化三个相互联系的步骤，原初反
应包括光能的吸收、传递和光化学反应，通过
它把光能转变为电能。电子传递和光合磷酸化
则指电能转变为ATP和NADPH(合称同化力)这两 种活跃的化学能。活跃的化学能转变为稳定化
学能是通过碳同化过程完成的。
类胡萝卜素和藻 胆素的吸收光谱
类胡萝卜素吸收 带在400～500nm 的蓝紫光区 基本不吸收黄光， 从而呈现黄色。
藻蓝素的吸收光谱最大值是在橙红光部分 藻红素则吸收光谱最大值是在绿光部分 植物体内不同光合色素对光波的选择吸收是植物在长 期进化中形成的对生态环境的适应，这使植物可利用 各种不同波长的光进行光合作用。
反应中心 (reaction center) 发生原初反应的 最小单位。它是由反应中心色素分子（P)、原 初电子受体(A)、原初电子供体(D)等电子传递 体，以及维持这些电子传递体的微环境所必需 的蛋白质等组分组成的。
聚 ( 集 ) 光色素 (light harvesting pigment) 又称天线色素 (antenna pigment) ，指在光合作用中起吸收和传递光能作用的色素分子，它们 本身没有光化学活性。只有收集光能的作用，包括大部分chla 和 全部chlb、胡萝卜素、叶黄素。
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。
光合作用
化能合成作用
自然界中有少数种类的细菌， 自然界中有少数种类的细菌，虽然细胞内没 有叶绿素，不能进行光合作用， 有叶绿素，不能进行光合作用，但是能够利 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，这种合成作用， 能量来制造有机物，这种合成作用，叫做化 能合成作用，如硝化细菌。 能合成作用，如硝化细菌。
种类
叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素 叶黄素
色素本身的颜色 蓝绿色 黄绿色 橙黄色
选择吸收光能 红光 蓝紫光
蓝紫光 黄色
叶绿体的结构
外膜
叶 绿 体 结 构 模 式 图 基质
内膜
而每个基粒 都含有两个 以上的类囊 以上的类囊 体，多者可 达100个以 个以 上。极大地 扩大了受光 面积。 面积。
基粒
吸收光能 的四种色 的四种色 素就分布 在类囊体 的薄膜上。 的薄膜上。
功能： 功能：光合作用的场所
1880年 1880年 美国科学家 恩格尔曼
1、在没有空气的黑暗环境中 、 现象： 现象： 好氧细菌只集中在被光 线照射的叶绿体附近。 叶绿体附近 线照射的叶绿体附近。 分析： 光线照射部位进行光合作 用产生了氧气。 用产生了氧气。 结论： 结论：
下列措施中， 12. 下列措施中，不会提高温室蔬菜产量的是 增大O 增大CO A、增大O2浓度 B、增大CO2浓度 C、增强光照 D、调节室温
13、在温室中栽培作物，如在晴朗 13、在温室中栽培作物，
的冬季，为了保证作物的产量，对 的冬季，为了保证作物的产量， 温度的控制应当( ) 温度的控制应当(
1864年萨克斯的实验 1864年萨克斯的实验
1939年鲁宾与卡门的实验 1939年鲁宾与卡门的实验
光合作用的原料有水和二氧化碳， 光合作用的原料有水和二氧化碳，那么光合作用释放 的氧气到底是来自二氧化碳还是水呢？ 的氧气到底是来自二氧化碳还是水呢？
光合作用(图文+动画)
一、实验：绿叶中色素的提取和分离
2.分离绿叶中的色素 (1)原理：不同色素在层析液中的 溶解度不同，溶解度 高 的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。因而色 素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。 (2)方法：纸层析法
一、实验：绿叶中色素的提取和分离
2.分离绿叶中的色素
结论是：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用， 放出氧气。
人们对光合作用原理的认识却经历了一个漫长的阶段
一、光合作用探究历程
1、1642年：比利时——海尔蒙特的实验 2、1771年：英——普利斯特利的实验 3、1779年：荷兰——英格豪斯的实验 4、1845年：德——梅耶 5、1864年：德——萨克斯的实验 6、1880年：美——恩吉尔曼的实验 7、20世纪30年代：美——鲁宾和卡门的 实验
第4节 能量之源—光与光合作用
一 捕获光能的色素和结构
.
正常苗
白化苗
正常幼 苗能进 行光合 作用制 造有机
养料
白化苗 不能进 行光合 作用， 无法制 造有机
养料
说明色素与光合作用有关
一、实验：绿叶中色素的提取和分离
1.提取绿叶中的色素
(1)原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂 无水乙醇 中。
(2)步骤 取材：称取5g新鲜绿叶
在以花叶冷水（该叶片白色部分叶肉细胞无叶绿体）为材料发现 叶片曝光一半的白色部分，经碘液处理后不变蓝 这样的结果意味着什么？能不能说明光合作用的场所就是叶绿体呢？
能说明光合作用的进行与叶绿体有关， 但不能直接证明叶绿体就是光合作用的场所
怎样才能直接证明光合作用的 场所是不是叶绿体呢？
6.恩吉尔曼的实验
8. 20世纪４0年代 卡尔文
光合作用2--光合作用的原理和应用
碳的转移途径：
（CH2O）
下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：
H2O 光 A B C D G F CO2
E+Pi H I
J
水 色素 Ｏ2 ①图中A是______,B 是_______, 它来自于______ 的分解。 基质 部位，用 [H] ，它被传递到叶绿体的______ ②图中C是_______ 用作还原剂，还原C3 于____________________ 。 色素吸收 ATP，在叶绿体中合成D所需的能量来自的光能 ③图中D是____ ______ C3化合物 糖类 ④图中G________,F 是_____________ C5化合物 是__________,J 光反应 ， H为I提供__________ [H]和ATP ⑤图中的H表示_______
光合作用释放的O2来自CO2还是H2O？ 如何来检测？
分泌蛋白的合成与运输 科学家用３Ｈ标记亮氨酸注射给豚鼠的胰腺细胞以 合成蛋白质。然后每隔一段时间进行检测和观察。
117分钟后
17分钟后
细胞外
高尔基体 内质网 核糖体
3分钟后
——同位素标记法
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，其化学性质不变。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 种科学研究方法叫做同位素标记法
三、光合作用与呼吸作用
1．光合速率与呼吸速率
(1)呼吸速率的表示方法：植物置于黑暗环境中，测定 实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。 (2)净光合速率和真正光合速率： ①净光合速率：常用一定时间内O2释放量、CO2吸收 量或有机物积累量表示。 ②真正光合速率：常用一定时间内O2产生量、CO2固
光生物学与光合作用的基本原理
光生物学与光合作用的基本原理光生物学和光合作用都是生物学中非常重要的概念，它们与绿色植物的生长和繁殖密切相关。
本文将详细介绍光生物学和光合作用的基本原理。
一、光生物学光生物学是指研究生命体系在光线作用下的生物学基本原理及其应用的一门学科。
光生物学是生物科学研究的一个领域，它主要探讨光线是如何影响生物体及其发展的。
光生物学可以分为三个层次研究：1、光线与生物体的相互作用的物理化学基础。
包括光线传输的现象和测量方法等。
2、对光对生物作用的生物学因素和机制的研究。
包括光对生物的反应、感受和生物对光的适应等。
3、对利用光的生物技术方法的研究。
包括光辐照条件下的生物作用、光合作用等。
光生物学并不只是研究如何利用光线带来的能量，还研究通过不同的光线信号究竟会对生命体系产生什么影响，并探索这些影响背后的原因。
通过深入地了解光生物学，科学家们才能更好地研究和开发出适合于应用于生物系统的新技术和新方法。
二、光合作用光合作用是指光能被植物、藻类和一些细菌等光合细胞利用，将水和二氧化碳转化为有机物和氧气的过程。
光合作用是地球上生命得以存在的基本原理之一，它不仅是绿色植物中最主要的生物化学过程之一，也是一种重要的能量来源。
光合作用的基本原理可以概括为以下几点：1、光合细胞中的叶绿素吸收光线，并将其转化为电能。
2、电能到达光反应中心，引导了一系列的反应，将ATP和NADPH转化为能量。
3、这些能量通过碳合成途径将二氧化碳和水转化为简单糖和氧气。
这个过程可以形象地理解为：阳光照在树上的叶子上，当叶绿素吸收阳光时，阳光呈现出不同的颜色，并引发电子传输。
接着，这些电子将不断逐渐移动，直到达到最终反应中心的位置，产生能量然后使植物形成能量和氧气。
三、光合作用的重要性光合作用对于所有陆生植物都是至关重要的，它不仅是生物体内将阳光转化为植物糖的主要方法，同时还为地球上的氧气和活性物质（如氧化还原物和二氧化碳水平）提供了动态平衡。
如果没有光合作用，地球上的生命体系将会迅速崩溃。
初一生物光合作用知识点归纳
初一生物光合作用知识点归纳光合作用，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。
下面是分享的初一生物光合作用知识点归纳，希望对你有所帮助！1、光合作用概念：绿色植物利用光提供的能量，在叶绿体中合成了淀粉等有机物，并且把光能转变成化学能，储存在有机物中，这个过程叫光合作用。
2、光合作用实质：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（如淀粉），并且释放出氧气的过程。
3、光合作用意义：绿色植物通过光合作用制造的有机物，不仅满足了自身生长、发育、繁殖的需要，而且为生物圈中的其他生物提供了基本的食物来源、氧气来源、能量来源。
4、绿色植物对有机物的利用：用来构建之物体；为植物的生命活动提供能量。
5、呼吸作用的概念：细胞利用氧，将有机物分解成二氧化碳和水，并且将储存在有机物中的能量释放出来，供给生命活动的需要，这个过程叫呼吸作用。
6、呼吸作用意义：第1页共5页呼吸作用释放出来的能量，一部分是植物进行各项生命活动（如：细胞分裂、吸收无机盐、运输有机物等）不可缺少的动力，一部分转变成热散发出去。
总结：光合作用给植物提供能量，让绿色植物生存下来。
植物通过它制造呼吸，以供氧气来维持生命。
高一生物光合作用知识光和光合作用一、捕获光能的色素叶绿体中的色素有4种，他们可以归纳为两大类：叶绿素(约占3/4)：叶绿素a(蓝绿色) 叶绿素b(黄绿色)类胡萝卜素(约占1/4)：胡萝卜素(橙黄色) 叶黄素(黄色)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。
白光下光合作用最强，其次是红光和蓝紫光，绿光下最弱。
因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈绿色。
二、实验——绿叶中色素的提取和分离1 实验原理：绿叶中的色素都能溶解在层析液(有机溶剂如无水乙醇和丙酮)中，且他们在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，绿叶中的色素随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。
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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。
光合作用的原料二氧化碳就是通过气孔进入细胞的。
1、输导组织象人的血管一样布满植物全身，植物的根从土壤中吸收水分，通过输导组织送到叶子里参加光合作用。
叶肉细胞是一群薄壁细胞，这些细胞内含有大量的叶绿体，这些叶绿体是植物进行光合作用的场所，细胞内的叶绿体呈椭圆碟状，它可以随着细胞原生质的运动而独立地、主动地移动，其移动的方向与光照条件有关。
在弱光下叶绿体将扁平的一面对着阳光，并沿着和光源垂直的细胞壁分布着以接受最大的光量：在强光下叶绿体便将自己的狭面对着阳光同时向细胞的侧壁移动以避免由于光强而过度发热在电子显微镜下可以看到叶绿体中有极细小的颗粒称为基粒。
基粒埋藏在间质中，间质不含色素，色素都集中在基粒之中。
2、叶绿体中的色素有四种：叶绿素a、叶绿素b、胡罗卜素、叶黄素。
在光合作用中起主要作用的是前二种。
在一般情况下叶绿素占叶
绿体色素的2/3，因此叶子呈绿色。
但当气温变低叶绿素形成受到抑制，含量减少，而胡罗卜素和叶黄素相对多了，叶子便呈现黄色。
此外植物体如果缺少某些元素，如铁、镁等，叶绿素则会减少，叶片呈黄色称为缺绿病。
叶绿素形成的最重要条件是光照，在黑暗处不但没有新叶绿素的形成，同时已有的叶绿素也会消失。
强光对叶绿素的积累不利，因为过强光线会形成高温，从而破坏了叶绿素；而长时间照射弱光则对叶绿素积累有利。
叶绿素的一个重要特点是吸收光能，叶绿素对光能的吸收有两个最大部分：一个是红光，一个是蓝紫光。
叶绿素不吸收绿光而胡罗卜素只吸收蓝紫光。
三、光合作用。
光合作用的整个反应过程。
分为两个步骤：一个是光反应（必须在有光的条件下进行），一个是暗反应（可以在暗处，也可以在光下进行）。
光合作用的过程即太阳光照射到叶子上使叶绿素活化，太阳能通过活化了的叶绿素传给水使水分解放出氧，而水中的氢离子则在暗反应中经过一系列的变化最后转移到二氧化碳分子上，形成碳水化合物。
1、影响光合作用的因素。
有二类因素：一类是外部因素，有光、二氧化碳、温度和水分状况；另一类是内部因素包括叶绿素及细胞的各种酶。
光照条件对光合作用的影响有二方面：一是光的强度，一是光
的波长。
光是光合作用的能量来源，在光线较弱的范围内光合作用的速度随光照强度的增加而加快，但是当光照强度增高到一定程度后，光合作用就不再增强了，即达到了光饱和；反之当光照强度减到一定程度时就测不到光合作用强度了，这时光合作用的强度和呼吸作用的强度相等，即积累和消耗相等，这时的光强度称为光合作用的光补偿点，掌握这个数值对栽培植物很重要。
2、不同植物对光照强度的适应性不同：喜光的阳性植物，在光照较强的条件下才能进行光合作用；一些耐阴的植物，在光照强度很弱的情况下也能进行光合作用；有些阴性植物在光照强度不到1万勒克斯时就达到了光合作用的饱和点；而一些强阳性植物当光照强度为10万勒克斯时还没有达到光饱和。
一般阻性植物的光饱和点约为3~5万勒克斯。
能引起光合作用的光的波长大致在可见光范围内，其中红光对光合作用效应最强，其次是蓝紫光。
这是因为红光是太阳光中带有最大能量的部分，而蓝紫光又是散射光中比较多的光，绿色植物对光波的这种反应是植物长期适应自然的结果。
3、温度对光合作用的影响：影响光合作用的温度范围与植物的遗传性有很大关系，耐低温的植物在温度较低的条件下即能进行光合作用；喜温的植物则在较高的气温下才能发生光合作用般来讲植物可在
10~35度的
光合作用意义
将太阳能变为化学能
植物在同化无机碳化物的同时，把太阳能转变为化学能，储存在所形成的有机化合物中。
每年光合作用所同化的太阳能约为人类所需能量的10倍。
有机物中所存储的化学能，除了供植物本身和全部异养生物之用外，更重要的是可供人类营养和活动的能量来源。
[4] 因此可以说，光合作用提供今天的主要能源。
绿色植物是一个巨型的能量转换站。
[6]
把无机物变成有机物
植物通过光合作用制造有机物的规模是非常巨大的。
[6] 据估计，植物每年可吸收CO2约合成约的有机物。
[4] 地球上的自养植物同化的碳素，40%是由浮游植物同化的，余下60%是由陆生植物同化的。
[6] 人类所需的粮食、油料、纤维、木材、糖、水果等，无不来自光合作用，没有光合作用，人类就没有食物和各种生活用品。
换句话说，没有光合作用就没有人类的生存和发展。
[4]
维持大气的碳-氧平衡
大气之所以能经常保持21%的氧含量，主要依赖于光合作用（光合作用过程中放氧量约）。
光合作用一方面为有氧呼吸提供了条件，另一方面，的积累，逐渐形成了大气表层的臭氧（O3）层。
臭氧层能吸收太阳光中对生物体有害的强烈的紫外辐射。
植物的光合作用虽然能清除大气中大量的CO2，但大气中CO2的浓度仍然在增加，这主
要是由于城市化及工业化所致。