第3节 光能的捕获
学习目标：
1．说出人们对光合作用的认识过程，体验生物科学发现的历程。
2．阐明光合作用中光反应和暗反应物质和能量转化的大致过程，认识光合作用的实质和在自然界的重要性。
3．描述叶绿体的结构，提取和分离叶绿体色素。
4．分析环境因素对光合作用速率的影响，能绘出各种因素与光合作用速率的坐标图像，培养综合分析问题的能力。
自学探究：
光合作用：植物通过 捕获和利用了太阳能，把_____和______合成有机物，将 转化为 贮存在葡萄糖等有机物中，并释放O2，这个过程就是 。
一．光合作用的早期研究
1．光合作用的发现
年代科学家科学实验实验结论
1642海尔蒙特第一次试图用定量的方法研究柳树的营养来源，发现柳树的增重大于土壤的减少量建造植物体的原料，只是 ，却没有考虑空气的作用
1771普里斯特利
英格豪斯将薄荷枝条和燃烧着的蜡烛放在密封的钟罩中，蜡烛不易熄灭，而将小鼠与绿色植物放入罩内，也不易窒息死亡绿色植物在光下吸收了 ，产生了 。
1864萨克斯采用碘液测定淀粉的方法，发现遮光一半叶无颜色变化，曝光的一面则成深蓝色绿色植物在光下能产
生 。
1880恩吉?曼用水绵做材料，用好氧菌作为O2的标志物，发现好氧菌集中在叶绿体所有受光部位周围
光合作用场所是
。
1941鲁宾和卡门运用放射性同位素标记法，通过小球藻的实验确定O2的来源光合作用产生O2全来自 。
2．分析讨论：
（1）海尔蒙特认为建造植物体的原料只是水，这一结论是否合理？
（2）为什么普里斯特利的实验有时成功，有时失败？
（3）恩吉?曼选用水绵做实验材料有什么好处？通过该实验可得出什么结论？
（4）萨克斯为何要将植物进行一昼夜的暗处理？叶片一半遮光、一半照光的目的是什么？
（5）鲁宾和卡门的两组实验是如何设计的？
太阳是整个生命世界的能量源泉， 为几乎所有的生物提供了物质和能量，它是自然界最基本的 和 。
二．叶绿体的结构
1．叶绿体的形态
高等植物细胞中叶绿体通常呈 ，数目较多。
2．叶绿体与白色体或有色体的相互转变
将叶绿体长时间置于暗处，叶绿体则转变成 或
，但光照后又可恢复为具有 的叶绿体
3．叶绿体的亚显微结构
（1）两层膜
（2）基粒：内部有许多绿色柱状的 ，每个基粒有数十个囊状的
组成，基粒间还有基质类囊体与基粒的类囊体相连，从而使各类囊体的腔彼此相通。
与光合作用有关的色素和酶都分布在 。
（3）基质：在基粒之间充满着基质。
与暗反应有关的酶则分布在 。在基质中还含有少量的 。
三．叶绿体色素的提取与分离
1．实验原理：
叶绿体中色素提取的原理：叶绿体中的色素溶解于__________如酒精或丙酮（相似相溶），形成色素液。
分离的原理：四种色素在层析液中__________不同，因而随层析液在滤纸上______________________不同，其中胡萝卜素在丙酮中的溶解度最高，扩散速度最快，叶黄素和叶绿素ａ次之，叶绿素ｂ溶解度最低，扩散得最慢。根据此原理使各色素分离开来。
2．注意事项
（1）取材时要选取新鲜的颜色较深的叶片，以便使滤液中含较多的色素。
（2）研磨时加入二氧化硅的目的是： 。
（3）加入少量碳酸钙的目的是： 。
（4）研磨要迅速、充分。一是因为丙酮容易挥发发二是为了使叶绿体完全破裂，从而能提取较多的色素。三是叶绿素极不稳定，能被活细胞中的叶绿素酶水解而破坏。
（5）．滤液收集后，要及时用 将试管口塞紧。
6．制备滤纸条时，要将滤纸条的一端剪去两角，这样可以使色素在滤纸条上扩散
，便于观察实验结果。
7．画线时，一定要细并且直，这样可以防止 ，使色素分子均匀分布在一条直线上，做到扩散起点一致。重复划2?3次，是为了
，使实验更加明显。
8．分离色素时，一定不要让滤纸条上的滤液细线接触到层析液，这是因为
。
四．光合作用的过程
根据是否需要光能，可以概括为两个阶段：
（一）光反应阶段
1．光反应条件及场所：必须在 下才能进行，场所在 。
2．光反应过程：在此阶段 转换成 ， 转换成 。
（1）光能转换成电能
类囊体膜上的绝大多数色素排列紧密，快速高效地把吸收来的大量光能传递给
_________，它既能捕捉光能又能将光能转化为 。就象透镜把光束集中到焦点一样，其他色素把大量光能 、 、传递给 ，使其被激发而失去 。脱离叶绿素ａ的电子，在类囊体膜上经过一系列的传递，最后传递给一种带正电荷的有机物 （简称 ）。
失去电子的叶绿素ａ变成一种 ，能够从 中夺取 ，使水分子分解成 和 ，叶绿素ａ由于获得电子而恢复稳态。
这样在光的照射下，特殊状态的叶绿ａ连续不断地 和 ，从而形成 ，使 转换成 。
（2）电能转换成活跃的化学能
随着光能转换成电能， 得到 和 ，就形成了 （ ），这样一部分电能就转化成 储存在 中。同时，叶绿体利用光能转换成的另一部分能量，将 和 转化成 ，这部分电能则转化成活跃的化学能储存在 中。
（二）暗反应阶段
1．暗反应条件及场所：不需 ，场所在 。
2．暗反应过程：将 还原成 ，将 和 中的活跃化学能转换成 中贮存的稳定的化学能。
（1）CO2的固定
叶片从外界吸收的二氧化碳，在 的作用下与植物体内的一种 （用C5表示）结合，这个过程叫做二氧化碳的固定。一个二氧化碳分子被一个五碳化合物分子固定后很快形成两个含有 的化合物（用C3表示）。
（2）C3的还原
一部分三碳化合物在 和 的作用下，被 还原，再经过一系列复杂的变化形成糖类。这样 和 中的能量就转移到 ___________中形成 贮存起来，同时，另一部分三碳化合物又经过复杂的变化重新生成 ，再次参与二氧化碳的固定。
（三）光合作用的反应式
五．影响光合作用的因素
因素关系图表 对光合作用的影响在生产上的应用
叶龄
随叶龄的增大，叶的面积逐渐增大，光合作用的面积逐渐增大，光合作用速率提高，随着叶龄进一步增加，叶片衰老，叶绿素分解，光合作用速率下降保证矿质元素的充足供应，尤其是Mｇ的供应，使叶片保持鲜绿
光照强度
光合作用随光照强度的变化而变化，光照弱时光合作用减慢，光照逐步增强时光合作用随之加快，但是光照增强到一定程度，光合作用速率不再增加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．温室使用无色玻璃
二氧化碳
CO2是光合作用的原料，环境中的CO2浓度的高低明显影响光合作用速率。在一定范围内，植物的光合速率随CO2浓度的增加而增加，但是达到一定程度时再增加CO2浓度，光合速率不再增加温室栽培植物时适当提高室内的CO2浓度，如释放一定量的干冰或多施有机肥，使茎、叶吸收CO2增多
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，影响植物叶片气孔开度，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，晚上适当降温
3．植物“午休”现象的原因之一
学习目标：
1．说出人们对光合作用的认识过程，体验生物科学发现的历程。
2．阐明光合作用中光反应和暗反应物质和能量转化的大致过程，认识光合作用的实质和在自然界的重要性。
3．描述叶绿体的结构，提取和分离叶绿体色素。
4．分析环境因素对光合作用速率的影响，能绘出各种因素与光合作用速率的坐标图像，培养综合分析问题的能力。
自学探究：
光合作用：植物通过 捕获和利用了太阳能，把_____和______合成有机物，将 转化为 贮存在葡萄糖等有机物中，并释放O2，这个过程就是 。
一．光合作用的早期研究
1．光合作用的发现
年代科学家科学实验实验结论
1642海尔蒙特第一次试图用定量的方法研究柳树的营养来源，发现柳树的增重大于土壤的减少量建造植物体的原料，只是 ，却没有考虑空气的作用
1771普里斯特利
英格豪斯将薄荷枝条和燃烧着的蜡烛放在密封的钟罩中，蜡烛不易熄灭，而将小鼠与绿色植物放入罩内，也不易窒息死亡绿色植物在光下吸收了 ，产生了 。
1864萨克斯采用碘液测定淀粉的方法，发现遮光一半叶无颜色变化，曝光的一面则成深蓝色绿色植物在光下能产
生 。
1880恩吉?曼用水绵做材料，用好氧菌作为O2的标志物，发现好氧菌集中在叶绿体所有受光部位周围
光合作用场所是
。
1941鲁宾和卡门运用放射性同位素标记法，通过小球藻的实验确定O2的来源光合作用产生O2全来自 。
2．分析讨论：
（1）海尔蒙特认为建造植物体的原料只是水，这一结论是否合理？
（2）为什么普里斯特利的实验有时成功，有时失败？
（3）恩吉?曼选用水绵做实验材料有什么好处？通过该实验可得出什么结论？
（4）萨克斯为何要将植物进行一昼夜的暗处理？叶片一半遮光、一半照光的目的是什么？
（5）鲁宾和卡门的两组实验是如何设计的？
太阳是整个生命世界的能量源泉， 为几乎所有的生物提供了物质和能量，它是自然界最基本的 和 。
二．叶绿体的结构
1．叶绿体的形态
高等植物细胞中叶绿体通常呈 ，数目较多。
2．叶绿体与白色体或有色体的相互转变
将叶绿体长时间置于暗处，叶绿体则转变成 或
，但光照后又可恢复为具有 的叶绿体
3．叶绿体的亚显微结构
（1）两层膜
（2）基粒：内部有许多绿色柱状的 ，每个基粒有数十个囊状的
组成，基粒间还有基质类囊体与基粒的类囊体相连，从而使各类囊体的腔彼此相通。
与光合作用有关的色素和酶都分布在 。
（3）基质：在基粒之间充满着基质。
与暗反应有关的酶则分布在 。在基质中还含有少量的 。
三．叶绿体色素的提取与分离
1．实验原理：
叶绿体中色素提取的原理：叶绿体中的色素溶解于__________如酒精或丙酮（相似相溶），形成色素液。
分离的原理：四种色素在层析液中__________不同，因而随层析液在滤纸上______________________不同，其中胡萝卜素在丙酮中的溶解度最高，扩散速度最快，叶黄素和叶绿素ａ次之，叶绿素ｂ溶解度最低，扩散得最慢。根据此原理使各色素分离开来。
2．注意事项
（1）取材时要选取新鲜的颜色较深的叶片，以便使滤液中含较多的色素。
（2）研磨时加入二氧化硅的目的是： 。
（3）加入少量碳酸钙的目的是： 。
（4）研磨要迅速、充分。一是因为丙酮容易挥发发二是为了使叶绿体完全破裂，从而能提取较多的色素。三是叶绿素极不稳定，能被活细胞中的叶绿素酶水解而破坏。
（5）．滤液收集后，要及时用 将试管口塞紧。
6．制备滤纸条时，要将滤纸条的一端剪去两角，这样可以使色素在滤纸条上扩散
，便于观察实验结果。
7．画线时，一定要细并且直，这样可以防止 ，使色素分子均匀分布在一条直线上，做到扩散起点一致。重复划2?3次，是为了
，使实验更加明显。
8．分离色素时，一定不要让滤纸条上的滤液细线接触到层析液，这是因为
。
四．光合作用的过程
根据是否需要光能，可以概括为两个阶段：
（一）光反应阶段
1．光反应条件及场所：必须在 下才能进行，场所在 。
2．光反应过程：在此阶段 转换成 ， 转换成 。
（1）光能转换成电能
类囊体膜上的绝大多数色素排列紧密，快速高效地把吸收来的大量光能传递给
_________，它既能捕捉光能又能将光能转化为 。就象透镜把光束集中到焦点一样，其他色素把大量光能 、 、传递给 ，使其被激发而失去 。脱离叶绿素ａ的电子，在类囊体膜上经过一系列的传递，最后传递给一种带正电荷的有机物 （简称 ）。
失去电子的叶绿素ａ变成一种 ，能够从 中夺取 ，使水分子分解成 和 ，叶绿素ａ由于获得电子而恢复稳态。
这样在光的照射下，特殊状态的叶绿ａ连续不断地 和 ，从而形成 ，使 转换成 。
（2）电能转换成活跃的化学能
随着光能转换成电能， 得到 和 ，就形成了 （ ），这样一部分电能就转化成 储存在 中。同时，叶绿体利用光能转换成的另一部分能量，将 和 转化成 ，这部分电能则转化成活跃的化学能储存在 中。
（二）暗反应阶段
1．暗反应条件及场所：不需 ，场所在 。
2．暗反应过程：将 还原成 ，将 和 中的活跃化学能转换成 中贮存的稳定的化学能。
（1）CO2的固定
叶片从外界吸收的二氧化碳，在 的作用下与植物体内的一种 （用C5表示）结合，这个过程叫做二氧化碳的固定。一个二氧化碳分子被一个五碳化合物分子固定后很快形成两个含有 的化合物（用C3表示）。
（2）C3的还原
一部分三碳化合物在 和 的作用下，被 还原，再经过一系列复杂的变化形成糖类。这样 和 中的能量就转移到 ___________中形成 贮存起来，同时，另一部分三碳化合物又经过复杂的变化重新生成 ，再次参与二氧化碳的固定。
（三）光合作用的反应式
五．影响光合作用的因素
因素关系图表 对光合作用的影响在生产上的应用
叶龄
随叶龄的增大，叶的面积逐渐增大，光合作用的面积逐渐增大，光合作用速率提高，随着叶龄进一步增加，叶片衰老，叶绿素分解，光合作用速率下降保证矿质元素的充足供应，尤其是Mｇ的供应，使叶片保持鲜绿
光照强度
光合作用随光照强度的变化而变化，光照弱时光合作用减慢，光照逐步增强时光合作用随之加快，但是光照增强到一定程度，光合作用速率不再增加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．温室使用无色玻璃
二氧化碳
CO2是光合作用的原料，环境中的CO2浓度的高低明显影响光合作用速率。在一定范围内，植物的光合速率随CO2浓度的增加而增加，但是达到一定程度时再增加CO2浓度，光合速率不再增加温室栽培植物时适当提高室内的CO2浓度，如释放一定量的干冰或多施有机肥，使茎、叶吸收CO2增多
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，影响植物叶片气孔开度，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，晚上适当降温
3．植物“午休”现象的原因之一
