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,光合作用,一、捕获光能的色素和结构,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,与光合作用有关的色素和酶分布在哪里呢？,外膜,基粒,基质,内膜,类囊体膜,在类囊体膜上分布有光合作用所需的 和 ，在基质中也分布有光合作用所需的 。,?,色素,酶,酶,实验:光合色素的提取和分离,一、实验原理:,1、提取原理：色素能溶解在有机溶剂（95%的乙醇） 中，使色素从生物组织中脱离出来。,2、分离原理：各种色素都能溶解在层析液中，但 溶解度不同。溶解度大的色素随层 析液在滤纸上扩散得快；溶解度小 的色素随层析液在滤纸上扩散得慢。,二、实验过程,1、提取色素：,取适量菠菜叶，加95%乙醇，再加少许二氧化硅和碳酸钙，迅速研磨成匀浆。,二氧化硅作用：碳酸钙作用：,研磨充分,防止色素破坏,2、过滤,在一小玻璃漏斗基部放一块单层尼龙布，将研磨液迅速倒入漏斗中。收集滤液到一个试管中，及时用棉塞将试管中塞紧（防止挥发）。,3、制备滤纸条并画线,画线要细、直、齐，使色素带平整、不重叠。,铅笔线,画铅笔细线,滤纸条剪去两角是为了在层析过程中,层析液同步到达滤液细线,4、点样：,吸管吸取少量滤液，沿铅笔画的横线均匀画出一条细而直的滤液细线。待滤液干后再画一次，共画34次。,重复画几次是使后来的色素带清晰,5、分离叶绿体中的色素,滤液细线高于层析液：防止色素溶于层析液中，导致色素带不清晰。,层析液沿着干燥的滤纸由下而上扩散，当扩散到细线时，色素便溶解在层析液中，并随着层析液一起向上扩散，而不同的色素溶解不同，扩散速度也不同，所以将不同色素分离开。,1、实验结果分析,色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度,胡萝卜素叶黄素叶绿素a 叶绿素b,橙黄色黄色蓝绿色黄绿色,最少较少最多较多,最高较高较低最低,最快较快较慢最慢,色素,叶绿体基粒的类囊体的薄膜,位置,分类,叶绿素,类胡萝卜素,叶绿素a,叶绿素b,叶黄素,胡萝卜素,功能,吸收传递转化光能,用于光合作用,含量占1/4,含量占3/4,(蓝绿色）,（黄绿色）,（橙黄色）,（黄色）,叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光,2、色素的吸收光谱,叶绿体色素,吸收可见的太阳光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,巩固练习,一株绿色植物在单位时间内，使光合作用产物最少的光照是A、红橙光 B、蓝紫光 C、绿光 D、白光,二氧化碳,水,太阳光能,有机物,（贮藏能量）,氧气,叶绿体,是所有生物的能量源泉,（贮藏能量）,二、光合作用的发现,结论：水分是建造植物体的唯一原料,赫尔蒙特实验,绿色植物可以更新因小鼠呼吸或蜡烛燃烧而变浊的空气,1、这两组实验的现象是什么？,氧气,单独密封在玻璃罩的蜡烛很快熄灭、老鼠很快死去，与绿色植物一起的蜡烛暂时不会熄灭、老鼠会存活很长时间。,普利斯特利实验问答,2、蜡烛燃烧和小白鼠呼吸需要的是什么气体？,3、这个实验说明什么问题？,1779英格豪斯重复实验,1779英格豪斯重复实验,1864 萨克斯（德国）实验,结论：绿色叶片在光合作用中产生淀粉。,萨克斯实验问答,答：为了将叶片内原有的淀粉运走耗尽。,答：为了进行对照。,恩格尔曼实验,恩吉尔曼实验问答,答：为了排除实验前环境中光线和氧的影响，确保实验的准确性。,答：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。,答：先选极细光束，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。,均匀光照,恩格尔曼实验设计上有何巧妙之处?,(1) 选用水绵为实验材料。不仅具有细长的带状叶绿体，便于观察分析。,(2)将临时装片先放在黑暗且没有空气的环境中，排除了光线和氧气的干扰。,(3)选用了极细光束照射，并且选用好氧细菌检测，从而能够准确判断出释放氧的部位。,(4)进行黑暗(局部光照)和曝光对比实验，从而明确实验结果完全是光照引起的。,黑暗中,光亮处,积极思维,恩吉尔曼第二个实验的结果,分析：这一巧妙的实验说明了什么？,好氧型细菌,水绵,用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的好氧细菌聚集在红光和蓝光区域,光合作用释放的O2到底是来自H2O，还是CO2呢，还是两者兼而有之？,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。,鲁宾卡门实验,鲁宾卡门实验,实验组,对照组,向绿色植物提供H2O、 C18O2 ,释放的氧是O2,结论:光合作用释放的氧全部来自水,向绿色植物提供H218O、CO2 , 释放的氧是18O2,鲁宾和卡门实验,分析：,结论：,A 装置内存在 CO2 ，B 装置中没有CO2存在。,CO2是光合作用的原料之一。,光合作用需要CO2实验装置,单击画面继续,本页结束,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：CO2 C3 (CH2O),光合作用是绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转变成储存着能量的有机物，并且释放氧的过程。,光合作用的概念,1.在光合作用实验中，如果所用的水中有20%的水分子含18O，二氧化碳中有68%的二氧化碳分子含18O，那么，植物进行光合作用释放的氧气中，含18O的比例为（ ）A 20% B 13.6% C 68% D 88%,2、将一棵重约0.2kg的柳树，栽培于肥沃的土壤中，两年后连根挖出，称其干重达11kg，增加的这个10余kg，主要来源于 A、土壤中的矿质元素 B、土壤中的水 C、大气中的O2 D、大气中的CO2,光合作用的概念,范围 场所 动力 原料 产物, 绿色植物, 叶绿体, 光能, 二氧化碳和水, 储存着能量的有机物和氧气,实质:,合成有机物,储存能量,光合作用产生葡萄糖的反应式,三、光合作用的过程,光反应,暗反应,划分依据：反应过程是否需要光能,H2O,类囊体膜,酶,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：,（1）光反应阶段,条件 ：,场所：,物质变化：,能量变化：,光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中,CO2,（CH2O）,五碳化合物 C5,CO2的固定,三碳化合物 2C3,C3的还原,基质多种酶,2、暗反应,多种酶、H、ATP,场所 条件物质变化能量变化,叶绿体基质中,（1）CO2的固定（2）三碳的还原,ATP中活跃的化学能有机物中稳定的化学能,光反应为暗反应提供了H和ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi。,光合作用光反应与暗反应的区别,产物和原料的对应关系：,（CH2O）,C,H,O,CO2,CO2,H2O,O2,H2O,能量的转移途径：,碳的转移途径：,光能,ATP中活跃的化学能,(CH2O)中稳定的化学能,CO2,C3,（CH2O）,1、用2H标记的H2O，追踪光合作用中氢的转移，最可能的途径是A、 H2O NADPH B、 H2O NADPH C5 C3 (CH2 O)C、 H2O NADPH C3 (CH2 O) D、 H2O NADPH C5 (CH2 O),色素分子,光能,C5,2C3,ADP+Pi,ATP,2H2O,O2,4NADPH,CO2,吸收,光解,能,固定,酶,多种酶,还原,酶,（CH2O）,（CH2O）,2、某科学家用含有14C的二氧化碳来追踪光合作用中的碳原子，这种碳原子的转移途径是A、二氧化碳 叶绿素 ADPB、二氧化碳 叶绿体 ATPC、二氧化碳 乙醇 糖类D、二氧化碳 三碳化合物 糖类,色素分子,光能,C5,2C3,ADP+Pi,ATP,2H2O,O2,4NADPH,CO2,吸收,能,固定,酶,多种酶,还原,酶,（CH2O）,光合作用的全过程,供氢,供能,还原,多种酶参加催化,2C3,C5,固定,CO2,光反应过程,暗反应过程,光反应和暗反应之间的联系：,光反应是暗反应的基础，为暗反应提供【H】和ATP。光反应停止，暗反应也随即终止。同时，如果暗反应受阻，光反应也会因产物积累而不能正常进行。,3、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（ ）A、 C3 增加，葡萄糖减少B、 C3 与葡萄糖都减少C、 C3 与葡萄糖都增加D、 C3 突然减少，葡萄糖突然增加,色素分子,光能,C5,2C3,ADP+Pi,ATP,2H2O,O2,4NADPH,（CH2O）,CO2,吸收,能,固定,酶,多种酶,还原,酶,4、炎热夏季的上午10：00至正午12：00，植物光合作用强度减弱，在这一时间段内，叶绿体中的H、C3、C5的含量变化是 A、降低、升高、降低 B、降低、降低、升高 C、升高、降低、升高 D、升高、升高、降低,色素分子,光能,C5,2C3,ADP+Pi,ATP,2H2O,O2,4NADPH,CO2,吸收,能,固定,酶,多种酶,还原,酶,（CH2O）,（1）植物由强光环境转 移到弱光环境时： C3含量变化：_ C5含量变化: _ 直接影响的过程:_,上升,下降,光反应,下降,上升,暗反应,（2）降低CO2浓度时: C3含量变化：_ C5含量变化: _ 直接影响的过程: _,（CH2O）,下降,下降,下降,下降,下降,下降,下降,下降,上升,上升,上升,上升,上升,上升,上升,上升,暗反应,H和ATP,光反应,新的H和ATP,被逐渐用完,有机物生成量,时间,有光照无CO2,无光照有CO2,a,b,c,d,能力提高题：,光反应为暗反应提供了H和ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi。,ATP有机物中稳定的化学能,多种酶、ATP、H、CO2,叶绿体基质中,H ATP,2C3 （CH2O）,酶,CO2的固定：,C3的还原：,光能ATP中活跃的化学能,光、色素、酶、水,叶绿体基粒囊状膜上,光合作用光反应与暗反应的区别,异养生物：不能直接利用无机物制造有机物，只能把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的组成物质，并储存能量的一类生物。,自养生物：能够直接从外界摄取无机物转变成自身有机物，并储存能量的一类生物。,（如：动物,真菌，绝大多数细菌）,（如：大多数植物、化能合成细菌）,化能自养类型：硝化细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌等,NH3 + O2 HNO2 + 能量HNO2 + O2 HNO3 + 能量CO2 + H2O (CH2O) + O2,四、化能合成作用：,原理：还原CO2所需要的ATP和H是通过氧化无机物NH4+、NO2-、H2S、H2、Fe2+等而获得的。,硝化细菌之所以被归为自养生物，根据是( ) A它能将氨合成为亚硝酸和硝酸 B它能利用化学能合成有机物 C它能以亚硝酸和硝酸作为自身的组成物质 D它能用氧化物所释放的化学能合成ATP，直接用于生命活动,影响光合作用强弱的因素,内部因素,外部因素,光合速率或光合速度：是衡量光合作用强弱的指标。其的大小可用单位时间、单位叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量表示,亦可用单位时间、单位叶面积所积累的干物质量表示。,光合作用强度,1、总光合作用=净光合作用+呼吸作用；2、(光合作用)制造的有机物=合成的有机物=积累的有机物+消耗的有机物(呼吸作用)；3、叶绿体固定的CO2=光合作用所需要的CO2=从外界吸收的CO2+呼吸释放的CO2；,这里有几个关键的生物量你要搞清楚：,内部因素,影响光合作用的因素,同一植物在不同部位的叶片,同一植物在不同的生长发育阶段,植物种类不同,光合强度不同,叶龄,作物后期,适当摘除老叶、残叶，降低呼吸。,1.幼叶不断生长,叶绿体(素)不断增加,光合速率不断加快；2.老叶叶绿体破坏,光合速率减慢。,叶龄对光合作用的影响,在一定的范围内，作物的产量随叶面积指数的增大而提高。当叶面积增加到一定的限度后，呼吸作用加强，净产量反而下降。,干物质量,B,C,叶面积指数:单位土地面积上植物的总叶面积,外部因素,原料,光、 CO2浓度、温度、水、必需矿质元素等,影响光合作用的主要外部因素,.光质(光的波长),1.光照对光合作用的影响,复色(白色)光 红光 蓝紫光 绿光,光照时间：,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。,光照强度：,0,吸收量,光照强度,A,B,C,B：光补偿点：,C：光饱和点,CO2, B：光补偿点：光合作用和呼吸作用达到平衡时的光照强度，或者光合作用吸收的CO2量等于呼吸作用释放CO2的量,C：光饱和点：光合速率最大时的光照强度。,释放量,CO2,A点：光照强度为零，只有呼吸作用,主要受光反应产物的限制,主要受暗反应酶活性和CO2浓度限制,光照强度,总光合作用,净光合作用,总光合作用=净光合作用+呼吸作用消耗,真正光合速率=表观光合速率（实测二氧化碳吸收量）+呼吸速率,光合作用的有关计算,在光照条件下，人们测得的CO2吸收量是指植物从外界环境吸收的CO2总量，叫表观光合速率。,C,例将某一绿色植物置于密闭的玻璃容器内，在一定条件下不给光照，CO2的含量每小时增加8mg，给予充足光照后，容器内CO2的含量每小时减少36mg，若上述光照条件下光合作用每小时能产生葡萄糖30mg，请回答：（1）比较在上述条件下，光照时呼吸作用的强度与黑暗时呼吸作用的强度。（2）在光照时，该植物每小时葡萄糖净生产量是mg。（3）若一昼夜中先光照4小时，接着放置在黑暗情况下20小时，该植物体内有机物含量变化是（填增加或减少）。,相等,24.5,减少,5将某一绿色植物放置在密封的玻璃容器中，给予充足的光照时，容器内二氧化碳的含量每小时减少440mg；放在黑暗中的时候，容器内二氧化碳含量每小时增加88 mg1）在上述光照条件下，这株植物每小时制造 mg葡萄糖,(2)在上述光照条件下，这株植物每小时积累 mg葡萄糖.,360,300,6在一个密封的容器中，放置一株绿色植物，将这个装置放在黑暗处1 h，在恒定温度、标准大气压下，测得容器中的二氧化碳增加了22.4L。再将装置放在充足光照条件下1h，同样条件下，测得二氧化碳减少了56L。请回答：（1）这株植物在光下1h，通过光合作用总共合成葡萄糖 g。（2）这株植物在光下1h，能够积累有机物 g。（3）假设一昼夜中，有10h的充分光照，其余时间处于完全黑暗中，而全天温度不变，这株植物能积累 g有机物。,105,75,330,0,吸收量,光照强度,A1,B1,C1,B：光补偿点,C：光饱和点,CO2,阳生植物,阴生植物,阳生植物的光补偿点和光饱和点大于阴生植物的光补偿点和光饱和点。,A2,B2,C2,释放量,CO2,在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽和弱光条件下生长发育不良的植物称阳生植物。,在较弱的光照条件下能够生长良好的植物叫阴生植物。,下图为四种植物（、）在不同光照条件下光合作用速率的曲线，其中最适合在阴蔽条件下生长的植物是 （ ）A B C D,D,点评：由于曲线代表的植物光饱和点较低,应用：注重阴、阳生植物间作套种,阳生植物，如松、杉、小麦、玉米、水稻等。阴生植物，如人参、三七和大多数蕨类植物。,间作：在一块地上，同时期按一定行数的比例间隔种植两种以上的作物套种：是在一种作物生长的后期，种上另一种作物，其共同生长的时间短,利用光照对光合作用的影响在生产上的应用,1.注重阴、阳生植物间作套种2. 一年之内轮作,延长光合作用时间3.通过合理密植,增加光合作用面积4.温室大棚,使用无色透明玻璃5.防止营养生长过强,导致叶面互相遮挡.,温室：燃烧植物桔杆；使用二氧化碳发 生器； 与猪舍鸡舍鸭棚连通。温室与大田：确保良好通风；增施有机肥料；深施“碳铵”。,CO2是光合作用的原料.,CO2浓度,B,C,ab: bc: cd: de:,CO2太低，农作物消耗光合产物；,随CO2的浓度增加，光合作用强度增强；,CO2浓度再增加，光合作用强度保持不变；,CO2浓度超过一定限度，将引起原生质体中毒或气孔关闭，抑制光合作用。,CO2浓度对光合作用的关系,补充,例 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,解析：本题是2004年北京理综试题，主要考查的知识点是光合作用，其中能力考查主要是考试大纲中的分析综合能力，还有就是获取信息能力。题干中“理论上某种C3植物能更有效地利用CO2”的提示，是解题的重要依据。a1点比a点的CO2浓度低，a2点比a点的CO2浓度高，所以能从a1点开始进行光合作用的情况下，要比从a点和a2点开始进行光合作用的光合产量高。当b点在b2时，也就是说CO2浓度提高了，光合作用仍旧能够继续提高（饱和点右移）。所以D项“若a点在a1，b点在b2时”其他条件不变，能够利用CO2的范围超过a点到b点，此时的光合产量必然超过m点。而A、B、C三项利用CO2的范围均是等于或小于a点到b点，所以光合产量不会超过m点。本题属于中等偏上难度，答案为D。,预防干旱合理灌溉,1.水是光合作用的原料2.水是体内各种化学反应的介质3.水还影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体,水,A点的含义是：温度过高，为减少蒸腾作用，气孔关闭， CO2供应不足光合速率下降,例2：,例：下图是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析回答： 1为什么710时的光合作用强度不断增强？2为什么12时左右的光合作用强度明显减弱？ 3为什么1417时的光合作用强度不断下降？,1710时的光照不断增强，所以光合作用强度不断增强。,212时左右的温度很高，蒸腾作用很强，气孔关闭，二氧化碳供应减少，所以光合作用强度明显减弱。,31417时的光照不断减弱，所以光合作用强度不断减弱。,1.适时播种2.温室栽培时,白天适当提高温度,晚上适当降温.,温度会直接影响酶的活性.（ 主要是影响暗反应）,温度,A.两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的量相等B.光照相同时间，在20条件下植物积累的有机物的量最多C.温度高于25时，光合作用制造的有机物的量开始减少D. 光照相同时间，35时光合作用制造的有机物的量与30时相等,D,例2：以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示。下列分析正确的是,叶绿体CO2的吸收量,答案还一样吗？（不定项）,ABC,变式1:,图甲、乙、丙分别表示某植物光合作用速率与光照强度之间的关系、温度与光合速率之间的关系及叶绿体色素对不同波长光线的相对吸收量：,若甲图所示曲线为阴生植物，则阳生植物曲线与此相比较C点_移，A点_移由乙图知，40时，植物体_(能/不能)显示生长现象；而5时状态可用甲图中_点表示用玻璃大棚种植蔬菜时，应选择光强为_（“A/B/C”）、温度为_，及_颜色_的玻璃。,右,下,不能,B,C,25,无,透明,例7：综合练习,酶（蛋白质）、叶绿素、ATP、NADPH等的组成成分。,ATP、NADPH等的组成成分可维持叶绿体膜的结构和功能,对光合作用产物（如糖类）的合成和运输有重要作用,叶绿素的重要组成成分,矿质元素,多变量坐标图分析,注意：（1）P点光照强度较低，光合作用强度低，不同的二氧化碳浓度在此点的光合速率几乎相等。（2）Q点光照强度适宜且相同条件下，光合速率随二氧化碳浓度升高而升高，但不能认为此点是三种浓度下的饱和点，况且三个浓度的饱和点不同。,在Q点升高二氧化碳浓度可提高光合速率。,光照强度限制,外界因素受二氧化碳浓度限制,注意：（1）P点光照强度较低，光合作用强度低，不同的温度在此点的光合速率几乎相等。（2）Q点光照强度适宜且相同条件下，光合速率随温度升高而升高，但不能认为此点是三种温度下的饱和点，况且三个温度的饱和点不同。,在Q点升高温度可提高光合速率。,光照强度限制,外界因素受温度限制,注意：（1）在相同光照条件下，随二氧化碳浓度（或温度）升高，光合速率升高。（2）在相同二氧化碳浓度（或温度）条件下，随光照增强，光合速率升高。（3）起点光合速率不为零，是因为细胞呼吸释放二氧化碳或在较低温度条件下也能进行一定得光合作用？,发现规律,P点时，限制光合速率的因素应为 所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。,横坐标,到Q点时， 所表示的因素不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示的其他因子,横坐标,图中甲、乙、丙分别表示几种环境因素对小麦光合作用强度的影响，除各图中所示因素外，其他因素均控制在小麦生长的适宜范围。请据图回答以下问题：,能力提升,1）甲图P点，限制小麦光合作用强度的因素为 。乙图Q点，高CO2浓度条件下，若要进一步提高光合作用应注意满足植物生活的 条件（请依据上述三图作答）。预计丙图Q点之后3条曲线的变化趋势为 。,光照强度,适宜温度,3条曲线都会随着温度升高而呈逐渐下降趋势,（2）夏天中午光照强烈时，小麦光合作用强度低的主要原因可以用 图来说明，具体解释为 。（3）在气候寒冷时，即使在全日照下玫瑰也不能以最快的速度生长，可以用 图来说明，这是因为 的缘故。,乙,光照强烈时小麦叶片气孔逐渐关闭，导致体内CO2浓度降低，光合作用强度下降,甲和丙,气温较低，酶活性受限制,H2O,光,ATP,【H】,O2,CO2,糖,光反应,暗反应,类囊体（基粒）,在叶绿体类囊体膜中发生的，利用光能使水氧化成氧气，同时产生ATP和NADPH。,在叶绿体基质中进行的，利用之前产生的ATP和NADPH，将CO2转变成糖类等有机物。,三、光合作用过程,