資源簡介

5.4 光合作用與能量轉化學案（第二課時）
一、光合作用：
1 、概念：指綠色植物通過 ，利用 ，把 和 轉化成儲存著能量的 ，并
且釋放出 的過程。
2 、反應式：
3 、實質：合成 ，儲存
二、光合作用的原理
思考：光合作用釋放的 O2 ，是來自水還是 CO2 呢？
資料 1： 甲醛學說
資料 2：希爾反應
1.本實驗能不能說明水的光解與糖類的合成不是同一個化學反應？
2. 本實驗能否說明光合作用產生的 O2 中的 O 全部來自水？
3. 如何證明光合作用產生的 O2 中的 O 是否全部來自水？
資料 3：魯賓和卡門實驗
1 、實驗結論是什么？
2 、如何檢測 18O2 與 O2 的區別？
思考：光反應除了水的光解，還發生了什么？
資料 4：1954 年，美國科學家阿爾農在給葉綠體照光時發現，在無 CO2 的離體葉綠體溶液中加入 ADP、
Pi 、氧化型輔酶Ⅱ（NADP+ ），體系中產生 ATP 和 NADPH ，且這一過程總是與水的光解相伴隨。
1 、光反應除了水的光解，還發生了什么？
2 、光反應需要什么條件？場所在哪里？
3 、光反應過程是怎樣的？
4 、NADPH（還原型輔酶 II）的作用是什么？
思考：CO2 是如何變為（CH2O) 如何追蹤？
資料 5：卡爾文實驗 1：20 世紀 40 年代，美國科學家卡爾文(M. Calvin)用 14C 標記的 14CO2 供小球藻進行
光合作用，追蹤放射性 14C 的去路。
①向反應體系中充入一定量的 14CO2 光照 30 秒后檢測產物，檢測到了多種帶 14C 標記的化合物。
②將光照時間逐漸縮短至幾分之一秒時發現，90%的放射性出現在一種三碳化合物(C3)中。
③在 5 秒鐘的光照后，卡爾文等同時檢測到了含有放射性的五碳化合物(C5)和六碳糖(C6)。
1 、C 的轉移途徑是什么？
資料 6：卡爾文實驗 2：①在光照下 C3 、C5 的濃度很快達到飽和并保持相對穩定。
②在光照下突然中斷 CO2 供應，C5 就積累起來，C3 的濃度急速降低；突然停止光照時，C3 的濃度急速升
高，同時 C5 的濃度急速降低。
1 、CO2 的受體是什么物質
2 、光反應產生的 NADPH 和 ATP 用于暗反應哪一步
3 、暗反應過程是怎么樣的？
4 、場所在哪？需要什么條件
總結：
光反應階段 暗反應階段（卡爾文循環）
場所
條件
物質 變化
能量 變化
聯系 ①物質聯系：光反應為暗反應提供 ，暗反應為光反應提供 。 ②能量關系：光反應產生的 中活躍的化學能轉化為暗反應 中的穩定化學能。
1 、從物質變化和能量轉化的角度分析光合作用。
（1）在光反應階段，光能被葉綠體內類囊體膜上的 捕獲后，將水分解為 和 等，
形成 和 ,于是光能轉化成 和 中的化學能；
（2）ATP 和 NADPH 驅動在 中進行的暗反應，將 轉化為儲存化學能的 。
（3）可見光反應和暗反應緊密聯系， 與 密不可分。
2 、光合作用的意義是什么？
（1）供植物體自身利用；（2）供養所有 生物，光能通過驅動 而驅動生命世界的運轉。
3 、光合作用的 2 個循環圈：ADP 和 轉化的循環以及 NADP+和 轉化的循環。
4 、葉肉細胞產生 ATP 的場所：
葉綠體產生的 ATP 去向：
5 、沒有葉綠體就無法光合作用嗎？
6 、O2 擴散出該細胞至少跨膜幾層？去該細胞內的線粒體發生反應呢？
細胞間隙的 CO2 進該細胞發生反應至少跨膜幾層？該細胞線粒體內的 CO2 呢？
7 、 C3 、C5 、ATP 、NADPH 含量變化規律
NADPH ATP C3 C5
CO2 濃度不變，光照減弱
光照不變，CO2 濃度變弱
8 、總反應式：
（1）C 、H 、O 原子的轉移途徑：
C:
H:
O:
（2）再看光合/呼吸的實質：光合作用 有機物， 能量；呼吸作用 有機物， 能量。 （3）CO2 ：通過 從外界吸收，因而受氣孔開閉的影響。且固定 CO2 的酶活性有限，CO2 濃度太低
則光合作用不發生。
【科學前沿】細胞能量不足，是組織衰老和退行性疾病的關鍵原因，2022 年 12 月 7 日，中國的幾位科學 家將提取純化出的類囊體進行包裝后轉入動物細胞中，產生的 ATP 和 NADPH 對抗衰老及退行性骨關節
炎疾病有良好的療效。(
小圓形葉片
) (
富含
CO
2
的清水
) (
光照強度
) (
葉片浮起數量
) (
1
) (
10
片
) (
20
mL
) (
強
) (
2
) (
10
片
) (
20
mL
) (
中
) (
3
) (
10
片
) (
20
mL
) (
弱
)
5.4 光合作用與能量轉化學案（第三課時）
三、光合作用原理的應用
1、光合作用強度：指植物在單位時間內通過光合作用制造 的數量。即光合速率，也可用單位時
間內 CO2 消耗量或 O2 產生量或有機物產生量來表示。
2、實驗：探究環境因素對光合作用強度的影響
（1） 自變量：光照強度，可用不同 的燈或同瓦數不同 來表示。也可探究 CO2 濃度，用吹
氣量或 的濃度來表示，但要控制其濃度，防止濃度過高，細胞失水死亡。
（2）因變量：單位時間小圓形葉片 的多少
（3）方法步驟：
①取生長旺盛的綠葉，用直徑為 0.6cm 的打孔器打出圓形小葉片 30 片(避開 )。
②將圓形小葉片置于注射器內。注射器內吸入清水，待排出注射器內殘留的空氣后，用手指堵住注射器 前端的小孔并緩慢地拉動活塞，使圓形小葉片內的 。這一步驟可能需要重復 2—3 次。處理過的
小葉片因為細胞間隙充滿了 ，所以全部沉到水底。
③將處理過的圓形小葉片，放入黑暗處盛有清水的燒杯中待用。
④取 3 只小燒杯，分別倒入富含 CO2 的清水（CO2 可事先通過 的方法補充或 1%—2%的 溶液）
向 3 只小燒杯中各放入 10 片小圓形葉片。
⑤分別對這 3 個實驗裝置進行 三種光照。
⑥觀察并記錄相同時間各實驗裝置中小圓形葉片浮起的 ，或上浮相同數量的小圓形葉片各實驗裝
置所用 。
（4）實驗結果：
（5）實驗結論：在一定光照強度范圍內，光合作用隨著光照強度的增加而 。
四、影響光合速率的因素
（一）內因：
（1）酶：種類、數量
（2）色素：種類、數量
（3）葉齡： OA：葉面積 ，葉綠體和葉綠素都
①原理 AB：葉面積不變，光合速率
BC:葉綠素被
②應用：農作物、果樹管理后期，適當摘除 。
（二）外因：光、溫、水、氣、肥
1 、光
光源： /補光： 光
(
溫室大棚
:
（填顏色）膜
eg
一年多作
/
夜間補光
（同時期
ab
間行種植）
/
套種（
a
生長后期種植
b
）
)光質：主要吸收紅、藍紫光
光照時間：延長光照時間增產，
光照面積：合理密植增產/間作
光照強度：影響 反應
A：
B： 點（植株光合速率=呼吸速率）
葉肉細胞：光合速率 呼吸速率）
(
①
)AB：光合速率 呼吸速率
C：光合速率 （限制因素為 ）
BC：光合速率 呼吸速率
D： 點（光合速率最大時的 光照強度）
呼吸速率：全程 （應用：溫室大棚夜間 ）
②光照強度的其他曲線
3：溫度下降，呼吸速率 ，放 CO2
6：開始光合作用
8：光合速率 呼吸速率
12：光合速率
14:午休現象
（溫度太高部分 關閉， 供給不足）
16：氣孔完全打開，但 不足
18：光合速率 呼吸速率
20：只 ，光合停止
光合時間：
有機物積累速率最大：
有機物積累量最大：
0~8/18~24：光合速率 呼吸速率，大棚 CO2 增加
8~ 18：光合速率 呼吸速率，大棚 CO2 減少
8/18：光合速率 呼吸速率
24：判斷植物能否正常生長
（2）溫度：影響
(3)水：反應物/生成物/介質
2、氣：CO2 是反應物
5、肥：無機鹽
AB：CO2 濃度 ，光合作用不發生
BC：光合速率 呼吸速率
C： 點（植株光合速率=呼吸速率）
C 以后：光合速率 呼吸速率
D：光合速率
E： 點（光合速率最大時的 CO2 濃度）
A：能光合作用的 CO2 的量
B：光合速率
C: 點
①原理：光合作用的產物糖類會進一步添加元素轉化成其他物質， 如蛋白質、核酸、磷酸、色素等，消耗了光合作用的產物，促進光 合作用的發生。
②有機肥 VS 化肥？微生物呼吸作用將有機肥分解產生能量自用，但 CO2+無機鹽可以供給植物利用；化肥只能提供無機鹽（土壤板結）
五、光合作用與細胞呼吸的比較分析
1、區別
光合作用 有氧呼吸
物質變化
能量變化
實質
場所
條件
2、聯系
③植物生長狀態判斷
4、辨析真正(總)光合速率、凈光合速率和呼吸速率的關系
檢測指標 CO2 O2 有機物
呼吸速率 線粒體 CO2 (m1)； 黑暗時細胞(植物體)釋放 CO2 量 線粒體 O2 量(n1)； 黑暗時細胞(植物體)吸收 O2 量 有機物(葡萄糖) 量
凈(表觀)光合 速率 細胞(植物體) 的 CO2 量(m2) 細胞(植物體) 的 CO2 量(m2) 植物(葉片) 的 有機物(葡萄糖)量
真正（總/實 際）光合速率 葉綠體 CO2 量 葉綠體 O2 量 植物(葉綠 體) 的有機物(葡萄糖)量
總光合速率= 速率+ 速率
5、光合速率的測定
（1）光照下乙裝置：
左移：光合速率 呼吸速率
右移：光合速率 呼吸速率
不移：光合速率 呼吸速率
（2）測定：凈光合速率=光照下單位時間 裝置液滴移動的格數（校正）
（4）總光合速率無法直接測出，可以計算：總光合速率=凈光合速率+呼吸速率
（5）測定：呼吸速率=黑暗下單位時間 裝置液滴 移格數（校正）
六、化能合成作用
1、定義：能夠利用體外環境中的某些 氧化時所釋放的能量來制造有機物的合成作用。
2、生物：硝化細菌、硫細菌、鐵細菌等少數種類的細菌
3、原理(
)
)
5.4 光合作用與能量轉化學案（第一課時）
一、捕獲光能的色素
生物圈維持運轉的基礎是太陽能的 、 、 ；唯一能捕獲、轉化光能的生物學途徑
是 ，它是地球上最重要的化學反應。
（一）綠葉中色素的功能： 。
（二）綠葉中色素的種類：
【實驗】綠葉中色素的提取和分離
step1.色素提取
.原理：色素易溶于有機溶劑無水乙醇中（脂溶性）
.步驟：
(
新鮮的菠菜葉（提供色素，剪去
，剪碎
）
)取
(
研磨
) (
研磨需
、
)1 、石英砂（SiO2 ，充分 ）
2 、碳酸鈣（防止 ）
3 、無水乙醇（ 色素）
1 、 層 布
過濾
2 、用 將試管口塞嚴
step2.色素分離
葉綠體中的各種色素在層析液中 不同，溶解度高擴散速度 。
(
層析液（
20
份石油醚：
2
份丙酮：
1
份苯
/
有毒且易揮發；作用是
）
).原理
.步驟：
制備濾紙條： 濾紙下端剪去兩角，1cm 處鉛筆畫細線
畫：用 管
(
劃線
)按壓：用
重復：增加 濃度（干后）
容器： +棉塞 or 燒杯+
分離色素
注意：不能讓 觸及層析液，否則 溶于層析液中，無法沿濾紙擴散。
.方法： 法
總結：
1 、綠葉中色素的種類：
(
（
色）
（
色）
)葉綠素（含量約為
綠葉中的色素
（ 色）
（含量約為 ）
（ 色）
2、含量最多的色素是 ，含量最少的色素是 ，擴散最快的色素是 ， 擴散最慢 的色素 是 ， 溶解度最大 的色素 是 ， 溶解度最 小 的色素
是 。
3 、影響葉綠素合成的因素： 、 、 。、
4 、色素的元素組成：葉黃素 ；胡蘿卜素 ；
葉綠素 a ；葉綠素 b 。
5 、異常實驗結果分析
（1）萎焉/曬干的綠葉效果好嗎？
（2）無葉綠素 a/b 的原因可能是什么？
（3）4 條均很淡的原因可能是什么？
（三）色素對光吸收的差別：葉綠素主要吸收 和 ，類胡蘿卜素主要吸收
。雖然 4 種色素吸收的光波長有差別，但都可用于光合作用。
PS：
1 、在色素溶液與陽光之間，放置一塊三棱鏡。陽光是由不同 的光組合成的復合光，在穿過三
棱鏡時，不同波長的光會 ，形成不同 的光帶，稱為光譜。
2 、分別讓不同 的光照射 溶液，就可以得到色素溶液的吸收光譜。
3 、光是一種 。可見光的波長是 nm 。不同波長的光顏色不同。波長小于 400nm 的光 是 光，波長大于 760 nm 的光是 光。一般情況下，光合作用所利用的光都是 光。
4 、新鮮葉片呈現綠色的原因是什么？
5 、植物工廠為什么不用發綠光的光源？補充光源應選何種光？
6 、溫室或大棚種植蔬菜時，應選擇什么顏色的玻璃、塑料薄膜？
7 、秋天銀杏葉變黃的原因是什么？
8 、秋天楓葉變紅色的原因是什么？
9 、細胞中的色素有兩種：光合色素是 性，液泡中的色素是 性。
二、葉綠體的結構適于進行光合作用
1 、光學顯微鏡下葉綠體一般呈扁平的 形或 形； 顯微鏡下可看到葉綠體的內部結構。 2 、葉綠體的結構：葉綠體由 層膜包被，內部有許多 。每個基粒都由一個個圓餅狀的囊狀結 構堆疊而成，這些囊狀結構稱為 。吸收光能的 就分布在類囊體的薄膜上。基粒與基粒之間
充滿了 。每個基粒都含有兩個以上的 ，多的可達 100 個以上。葉綠體內有如此眾多的基粒
和類囊體，極大地擴展了 。
3 、葉綠體的功能：是 的場所。
【思考討論】書 p100 頁
1 、為什么選水綿？
2 、為什么選需氧細菌？
3 、為什么將裝片放在沒有空氣的小室中？
4 、為什么在黑暗中用極細光束照射水綿？
5 、為什么把水綿暴露在光下？
6 、實驗 1 結論是什么？
7 、實驗 2 中，為什么需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區域？
8 、僅依據這 2 個實驗能否得出“ 葉綠體是光合作用的場所”這一結論？
10 、結合資料 2 能否得出上題結論？
總結：
1 、在葉綠體內部巨大的膜表面上，分布著許多吸收光能的 分子，在類囊體膜上和葉綠體基質中，
還有許多進行光合作用所必需的 。這是葉綠體捕獲光能、進行光合作用的 。
2 、【問題探討】書 p97 頁
（1）靠人工光源生產蔬菜有什么好處？
（2）為什么要控制二氧化碳濃度、營養液成分和溫度等條件？

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