能量之源──光与光合作用

学习目标

1.说出绿叶中色素的种类和作用。

2.说出叶绿体的结构和功能。

3.说明光合作用以及对它的认识过程。

4.尝试探究影响光合作用强度的环境因素。

5.说出光合作用原理的应用。

6.简述化能合成作用。

学习过程：

一.捕获光能的色素

                                    叶绿素a（蓝绿色）

 

                        叶绿素      叶绿素b （黄绿色）

绿叶中的色素                      胡萝卜素 （橙黄色）

类胡萝卜素

              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。

一、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。

2 方法步骤中需要注意的问题：（步骤要记准确）

（1）、研磨时加入二氧化硅和碳酸钙的作用是什么？

二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中的色素被破坏。

（2）、实验为何要在通风的条件下进行？为何要用培养皿盖住小烧杯？用棉塞塞紧试管口？（因为层析液中的丙酮是一种有挥发性的有毒物质。）

（3）、滤纸上的滤液细线为什么不能触及层析液？（防止细线中的色素被层析液溶解）

（4）、滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？宽窄如何？

有四条色带，自上而下依次是橙黄色的胡萝卜素，黄色的叶黄素，蓝绿色的叶绿素a，黄绿色的叶绿素b。最宽的是叶绿素a，最窄的是胡萝卜素。

二、捕获光能的结构——叶绿体

结构：外膜，内膜，基质，基粒（由类囊体构成）

与光合作用有关的酶分布于基粒的类囊体及基质中。

光合作用色素分布于类囊体的薄膜上。

光合色素的作用是 吸收、传递、转化 光能。

思考：

1．为什么植物的叶片一般是绿色的？

绿叶几乎不吸收绿光，绿光被反射，因此植物的叶片一般是绿色的

2．叶绿素形成的条件是什么？有光照和Mg等；

3．植物体内含有色素的细胞器有哪些？（叶绿体和液泡）

4．生产上，用何种颜色的塑料薄膜做顶棚产量高？无色

5．绿色植物在CO₂等量时哪种光下光合产物最多？白光

6．用绿色、红色、蓝色、紫色玻璃罩分别罩住大小、生长状况相同的天竺葵，光照相同的时间后，罩内O₂最少的是哪种颜色的玻璃罩？为什么？绿色，因为植物几乎不吸收绿光。

7．为什么要用酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂来提取色素？因为色素只溶于在机溶剂

三、叶绿体的功能：

叶绿体是进行光合作用的场所。在类囊体的薄膜上分布着具有吸收光能的光合色素，在类囊体的薄膜上和叶绿体的基质中含有许多光合作用所必需的酶。

光合作用的原理和应用

一、光合作用的概念：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，并且释放氧的过程。

二、光合作用的发现过程： 

次序	年代	科学家	实验材料	实验过程	实验现象	结论
2	1864	萨克斯 （德）	叶片	绿色植物暗处理后，一 半 遮光 ，一半 曝光 ， 后经 碘蒸汽 处理	⑴遮光部分颜色  不变蓝 ⑵曝光部分颜色  变蓝	绿色植物在 光合作用过程中产生了淀粉
3	1880	恩吉尔曼（德）	水绵和好 氧性细菌	把水绵和好氧性细菌的临 时装片置于黑暗的没有空气的环境中： ⑴用极细光束照射水绵；⑵装片完全暴露于光下。	⑴好氧细菌集中在                          ⑵好氧细菌集中在	⑴                             ⑵
4	20世 纪30 年代	鲁宾和卡门 （美）	绿色植物、 氧的同位 素H218O 和C18O2	⑴向第一组植物提供 H218O和CO2； ⑵向第二组植物提供H2O和C18O2	第一组释放的氧 全是           第二组释放的氧全是

思考：1880年，德国科学家恩吉尔曼实验

1．之所以选用水绵做实验材料是因为水绵有大型带状叶绿体，且螺旋分布在细胞中，便于进行观察。

2．选用黑暗且没有空气的环境可排除实验前环境中O2和光等外界因素的影响，确保实验的准确性。

3．先选用极细的光束且用好氧细菌检测能准确判断水绵细胞中O2释放的部位；然后用完全曝光的水绵与之作对比实验，从而证明了光照在光合作用发生中的作用。

三、光合作用的过程

（一）过程：见课本P₁₀₃图解

思考：光合作用过程中进入叶绿体的是水、二氧化碳和光能，在叶绿体中形成的物质有    ，

（CH₂O）中的“O”来自从外界吸收的  二氧化碳   。

（二）光反应和暗反应的比较

比较项目		光反应	暗反应
区 别	部位	叶绿体基粒上	叶绿体基质中
	条件	光能、酶等	酶
	反应时间	短促，以微秒计	较缓慢
	反应原料	水	二氧化碳
	反应产物	[H]、ATP、O2	ADP、（CH2O）
	与温度的关系	与温度关系不大	温度影响 酶 的活性，关系密切
	与光照的关系	有光时方可进行	有光无光时均可进行
	反应性质	光化学反应	与光无直接关系，光下与暗处都行
	物质变化	⑴水的光解： ⑵形成ATP：	⑴CO2的固定： ⑵C3的还原：
	能量变化	光能→电能→ATP中活跃的化学能	ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
联系		⑴光反应的产物[H]是暗反应中CO2的      光反应形成的ATP为暗反应提供            ⑵暗反应产生的ADP和Pi为光反应形成ATP提供反应物

四、光合作用的实质

物质变化：  将无机物合成为有机物   ；能量变化：   将光能转变为稳定的化学能  。

【知识拓展】

1、影响光合作用的内在因素：

⑴植物种类不同：色素、酶⑵同一植物在不同的生长发育阶段：开花前后，新陈代谢旺盛

⑶同一植物不同部位的叶片：老叶、嫩叶⑷同一叶片的不同生长发育时期：

开始阶段，随着叶龄增加，叶面积增加，光合作用增加；当叶龄达到一定阶段（叶成

熟时），叶面积达到最大，光合速率达到最大；随后光合速率开始下降。

2． 影响光合作用的外界因素：如下表：

因素	对光合作用的影响	在生产上的应用
光	1．光照强度：光合作用随光照强度的变化而变化，光照弱时减慢，光照逐步增强时光合作用随之加快，但光照增强到一定程度，光合作用速度不再增加（光饱和现象） 2．光质不同影响光合速率，白光为复色光，光合作用能力最强，单色光中红光作用最快，蓝紫光次之，绿光最差 3．日变化，光合速率在一天中有变化，一般与太阳辐射进程相符合（炎热夏天的中午例外，原因是                     ）	1．适当提高光照强度 2．延长光合作用时间 3．增加光合作用面积——合理密植4．对温室大棚用无色透明玻璃 5．若要降低光合作用则用有色玻璃，如用红色玻璃，则透红光吸收其它波长的光，光合能力较白光弱，但较其它单色光强
温度	光合作用的暗反应是酶促反应，温度直接影响酶的活性，从而影响光合速率。温度过高，影响叶片气孔开放，影响CO2供应，进而影响暗反应，从而影响光合速率	1．适时播种 2．温室栽培植物时，白天适当提高温度，晚上适当降底温度 3．植物“午休”现象的原因之一
二氧 化碳 浓度	二氧化碳是光合作用的原料之一。环境中二氧化碳浓度的高低明显影响光合速率。在一定范围内，植物的光合速率是随CO2浓度增加，但到达一定程度时再增加CO2浓度，光合速率不再增加	温室栽培植物时，适当提高室内CO2的浓度，如释放一定量的干冰或多施有机肥，使植物吸收CO2增多 大田中，要注意通风透气
水	水分是光合作用原料之一，又是各种化学反应的介质，缺少时光合速率下降	合理灌溉

3、多因子（光照强度、CO₂浓度）与光合作用强度之间的关系

 

 

  

曲线分析：P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因素，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中的其他因子的方法。

应用：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CO₂，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CO₂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。

（四）光照、CO₂浓度变化对植物细胞内C₃、C₅、[H]、ATP、C₆H₁₂O₆合成量的影响

条件	停止光照， CO2供应不变	突然光照， CO2供应不变	光照不变， 停止CO2的供应	光照不变， CO2过量供应
C3
C5
[H]、ATP
葡萄糖的合成量

（五）验证陆生植物是否进行光合作用的方法：一般是验证淀粉的存在

验证水生植物是否进行光合作用的方法：一般是验证氧气的产生

六、化能合成作用

概念：自然界中少数种类的细菌，虽然细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，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，叫做化能合成作用，这些细菌也属于自养生物。

如：硝化细菌，不能利用光能，但能将土壤中的NH3氧化成HNO2，进而将HNO2氧化成HNO3。硝化细菌能利用这两个化学反应中释放出来的化学能，将CO2和水合成为糖类，这些糖类可供硝化细菌维持自身的生命活动

。

【练习】1、（2005广东高考）温室栽培可不受季节、地域限制，为植物的生长发育提供最适宜的条件，有利于提高作物品质和产量。在封闭的温室内栽培农作物，以下哪种措施不能提高作物产量（  D  ）

A、增加室内CO₂浓度  B、增大室内昼夜温差

C、增加光照强度                                                           D、采用绿色玻璃盖顶

2、（2008广东文基70）黑暗条件下生长的水稻幼苗缺少的光合色素有（  A  ）

A、叶绿素a与叶绿素b                                               B、叶绿素a与叶黄素

C、叶绿素b与胡萝卜素                                              D、叶绿素a与胡萝卜素

3.（09广东理基）在晴天中午，密闭的玻璃温室中栽培的玉米，即使温度及水分条件适宜，光合速率仍然较低，其主要原因是

    A．浓度过低B．浓度过高    C．浓度过低        D．浓度过高

解析：晴天中午，密闭的玻璃温室中栽培的玉米，即使温度及水分条件适宜，随着光合作用的进行，消耗了大量的CO₂，引起暗反应的原料不足，致使光合速率仍然较低。答案：C

 

4.（09广东理基）将在黑暗中放置一段时间的叶片均分4块，置于不同的试管中，按下表进行实验，着色最浅叶片所在的试管是

试管编号		①	②	③	④
实验 处理	CO2溶液	+	+	+	+
	光照	白光	蓝光	红光	绿光
	碘液	+	+	+	+

 注：“+”表示具有该条件

    A．①                           B．②

    C．③                           D．④

解析：将叶片在黑暗中放置一段时间的是进行饥饿处理，消耗掉有机物，然后用不同的光照射，进行光合作用，用碘液处理看有机物产生的多少，因为叶绿体中的色素几乎不吸收绿光，所以着色最浅叶片所在的试管是④号管。答案：D

 

 

5.（2008宁夏理综2）为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予一定的条件，这些条件是（  B  ）

A、光照、有空气、临时装片中无NaHCO₃稀溶液

B、光照、无空气、临时装片中有NaHCO₃稀溶液

C、黑暗、有空气、临时装片中无NaHCO₃稀溶液

D、黑暗、无空气、临时装片中有NaHCO₃稀溶液

4.（2008江苏生物5）下列关于叶绿体和光合作用的描述中，正确的是（  B  ）

A、叶片反射绿光故呈绿色，因此日光中绿光透过叶绿体的比例最小

B、叶绿体的类囊体膜上含有自身光合作用所需的各种色素

C、光照下叶绿体中的ATP主要是由光合作用合成的糖经有氧呼吸产生的

D、光合作用强烈时，暗反应过程直接将3个CO₂分子合成一个三碳化合物

6.（09海南卷）取某种植物生长状态一致的新鲜叶片，用打孔器打出若干圆片，圆片平均分成甲、乙、丙三组，每组各置于一个密闭装置内，并分别给予a、b、c三种不同强度的光照，其他条件一致。照光相同时间后，测得各装置内氧气的增加量如图所示，下列

叙述错误的是

A．装置内增加的氧气来自于水

B．光照强度为a时，光合作用停止

C．丙组装置内的CO₂含量照光后比照光前低

D．该图反映了光合作用强度与光照强度的关系

答案：B

7.（09海南卷）在其他条件适宜的情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内叶绿中C₃和C₅化合物含量的变化是

A. C₃和C₅都迅速减少                     B. C₃和C₅都迅速增加

C. C₃迅速增加，C₅迅速减少                D. C₃迅速减少，C₅迅速增加

答案：C

8．（09海南卷）取某种植物生长状态一致的新鲜叶片，用打孔器打出若干圆片，圆片平均分成甲、乙、丙三组，每组各置于一个密闭装置内，并分别给予a、b、c三种不同强度的光照，其他条件一致。照光相同时间后，测得各装置内氧气的增加量如图所示，下列

叙述错误的是

A．装置内增加的氧气来自于水

B．光照强度为a时，光合作用停止

C．丙组装置内的CO₂含量照光后比照光前低

D．该图反映了光合作用强度与光照强度的关系

答案：B

9．（09辽宁、宁夏卷）请回答与光合作用有关的问题：

（1）甲、乙、丙三种植物光合作用强度与光照强度的关系如右图所示。

据图回答：                                      

①强光下上述三种植物固定CO₂能力最强的植物是        。

②乙植物达到最大光合作用强度所需的最低光照强度是      

（a、b、c、d）。

③当光照强度从a到b时，       植物光合作用强度增加的最快。

（2）植物光合作用产生的O₂来自H₂O，还是来自CO₂？

请写出简单实验思路证明你的结论。

解析：

（1）①依题意，在强光下甲植物光合作用强度较乙丙植物高，因此，甲固定CO₂能力最强。②随着光照强度的增强乙植物在C光照强度时先达到最大光合作用强度。③在a点三种植物的光合作用强度相同，而b点时甲的光合作用最大，所以甲植物光合作用强度增加的最快。

（2）首先分别标记CO₂  和H₂O中的氧提供给两组植物作为光合作用的原料，分析两组植物光合作用释放的O₂仅在H₂¹⁸O组的植物中产生。答案： （1）①甲 ②C ③甲

（2）来自于H₂O    分别将C¹⁸O₂和H₂¹⁸O提供给两组植物，分析两组植物光合作用释放的O₂，仅在H₂¹⁸O组植物中产生，即可证明上述结论。

10、（09全国卷Ⅱ）（1）右图表示A、B两种植物的光照等其他条件适宜的情况下，光合作用强度对环境中CO₂浓度变化的响应特性。据图判断在CO₂浓度为（接近大气CO₂浓度）时，光合作用强度较高的植物是_______________。

（2）若将上述两种植物幼苗置于同一密闭的玻璃罩中，在光照等其他条件适宜的情况下，一段时间内，生长首先受影响的植物是_________，原因是__________________。

（3）当植物净固定CO₂量为0时，表面植物__________________。

解析：（1）依题意，在CO₂浓度为300μL·L^-1时，A植物CO₂净固定量较B植物多，因此，此时A植物光合作用强度较B植物高。

（2）从图中可以看出两种植物对CO₂浓度的反应不同，在低浓度下B植物利用CO₂进行光合作用的能力较弱，产生的光合产物少，所以随着玻璃罩内CO₂浓度的降低，B植物的生长首先受影响。

（3）当植物净固定CO₂量为0时，此时光合作用固定的CO₂量与呼吸产生的CO₂量相等，说明此时光合作用速率与细胞呼吸速率相等。答案：（1）A（2）B   两种植物光合作用强度对CO₂浓度变化的响应特性不同，在低浓度CO₂条件下，CB植物利用CO₂进行光合作用的能力弱，积累光合产物少，故随着玻璃罩中CO₂浓度的降低，B植物生长首先受到影响。

（3）光合作用固定的CO₂量与呼吸释放的CO₂量相等

11、用一水生植物作如图所示的处理，不影响单位时间内产生气泡数的是（  A  ）

A、玻璃容器的容积         B、台灯与玻璃容器的距离

C、溶于水中的CO₂的量     D、水生植物的叶片数    

12、将重量相同的小麦幼苗置于装满含有植物必需全部矿质元素的培养液甲、乙两支试管中，都用较强的光照射，只是把甲试管置于15℃，乙试管置于20℃的条件下，培养若干天，结果乙试管中小麦幼苗重量比甲试管的增加较多，原因是（  C  ）

A、甲的幼苗光反应产物少，限制了CO₂的固定，形成有机物少

B、乙的幼苗光反应产物多，有利于CO₂的固定，形成有机物多

C、乙的温度较高，能提高酶的催化效率，促进光合作用，形成有机物多

D、甲的温度较低，限制了光反应，合成有机物多

13、如图表示3株脱淀粉（经充分“饥饿”处理）的长势相同的同种植物放在透光的不同钟罩内，以下关于本实验的目的最准确的叙述是（  B  ）

A、证明光合作用的必需条件是CO₂

B、证明光合作用的速率随CO₂浓度增高而增大

C、证明过多的CO₂阻碍光合作用

D、证明NaOH能促进光合作用

14、科学家研究CO₂浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到实验结果如下图。请据图判断下列叙述不正确的是（  D  ）

A、光照强度为a时，造成曲线II和III光合作用强度差异的原因是CO₂浓度不同

B、光照强度为b时，造成曲线 I和 II光合作用强度差异的原因是温度的不同

C、光照强度为a～b，曲线 I、II光合作用强度随光照强度升高而升高

D、光照强度为a～c，曲线 I、III光合作用强度随光照强度升高而升高

15、（2008黄冈模拟）小麦叶肉细胞不能使ADP转化成ATP的场所是（  C  ）

A、叶绿体类囊体           B、线粒体内膜                 C、叶绿体基质                 D、线粒体基质