文档文本内容
一、光合作用的发现
二、光合色素及其提取分离实验
三、光合作用的过程及意义
四、光合作用的影响因素
细胞代谢-光合作用
一、光合作用的发现
时间
国家
科学家
结论或发现
1771年
英国普利斯特利
植物可以更新空气
1779年
荷兰
英格豪斯
植物更新空气的条件是绿叶，且在光
照下
1845年
德国
梅耶
光能转换成化学能
1864年
德国
萨克斯
光合作用产生淀粉
1880年
美国
恩格尔曼
光合作用的场所是叶绿体
1939年
美国鲁宾、卡门光合作用产生的氧气来自于H2O，而不
是CO2
20世纪
40年代
美国
卡尔文
CO2中的碳转化成有机物中的碳的途径
种类
叶绿素
（含量约占3/4）
类胡萝卜素
（含量约占1/4）
叶绿素a（蓝绿色，含量占50%）
叶绿素b（黄绿色，含量占25%）
胡箩卜素（橙黄色，含量占8%）
叶黄素（黄色，含量占17%）
（一）光合色素
二、光合色素及其提取分离实验
功能：吸收、传递、转换光能。
①叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光；
②胡箩卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光；
(二)光合色素的提取和分离实验
二、光合色素及其提取分离实验
1、实验原理：
①色素的提取原理：绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，
可用无水乙醇等有机溶剂提取绿叶中的色素。
②色素的分离原理：绿叶中的各种色素都能溶解在层析液中，但是
它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
的快；反之则慢。从而使各种色素随着层析液在滤纸上的扩散而分
离开。
1
1、实验原理：
2、实验材料：新鲜的绿叶（如，菠菜的绿叶）
3、试剂：无水乙醇、层析液、二氧化碳、碳酸钙
4、实验用具：天平、剪刀、研钵、药勺、玻璃漏斗、尼龙布、试
管、棉塞、试管架、干燥的定性滤纸、铅笔、毛细吸管、量筒（
10mL）等
二、光合色素及其提取分离实验
5、实验步骤
①提取色素：
称取5g绿色叶片并剪碎→研钵研磨（加入少量SiO2、CaCO3和5ml
无水乙醇）→漏斗过滤：收集到试管内并塞紧管口
5、实验步骤
①提取色素：
②制滤纸条：
a.将干燥的滤纸剪成6cm长，1cm宽的纸条，剪去一端两角（使层
析液同时到达滤液细线,能立在烧杯中）
b.在距剪角一端1cm处用铅笔画线
③滤液划线：
a.用毛细吸管吸少量的滤液沿铅笔线处小心均匀地划一条滤液细线
（细、直、均匀）
b.干燥后重复划2-3次
④层析分离色素：
a.向烧杯中倒入3ml层析液（以层析液不没及滤液细线为准）
b.将滤纸条尖端朝下略斜靠烧杯内壁，轻轻插入层析液中
c.用培养皿盖盖上烧杯
⑤观察结果：滤纸条上出现四条宽度、颜色不同的色素带
5、实验步骤
2
6、注意事项
（1）选材：应选取鲜嫩、颜色深绿、无浆汁的叶片，以保证含有较多
的色素。
（2）提取色素：
①研磨要迅速，防止乙醇挥发和色素的破坏。
②加入二氧化硅，有助于研磨的充分。
③加入碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。
④如果没有无水乙醇，也可用体积分数为95%的乙醇，但要加入适量
的无水碳酸钠，以除去乙醇中的水分。也可用丙酮等其他有机溶剂代
替无水乙醇提取色素，但丙酮有毒，需采取措施减少蒸发。
（3）制备滤纸条
①滤纸条的长与宽略小于试管：既能使滤纸条轻松地放入试管内，
易于取出，也能防止滤纸条太小，弯曲塌陷在试管内。
②剪去滤纸条两角的作用：使层析液同时到达滤液细线，防止层析
液在滤纸条的边缘扩散过快而形成弧形色素带，保证滤纸上的滤液
线能水平向上扩展。
③1cm：保证滤纸条有足够的长度泡在层析液中，又能使色素带不浸
在层析液（分离液）中。
④用铅笔，不能用签字笔、圆珠笔、画笔的原因：签字笔、圆珠笔、
画笔的笔液色素也能溶于乙醇和层析液，污染从绿叶中提取的色素。
（4）画滤液细线
①滤液线要细、直、均匀：保证滤液色素在同一起始点
上。
②待滤液线干后再重复画线的原因：既保证了滤液线的色素量，也
防止滤液线过宽。画的次数越多，色素量越多，越好随层析液扩散
，色素带也就分得越开，越清楚。
6、注意事项
（5）分离光合色素
①适量的层析液：既保证量足够用于色素的分离，又防止层析液浸没
滤液线，也防止空气的污染（层析液易挥发、有毒），避免试剂的浪
费。
②塞紧试管口的原因：层析液易挥发，且具一定的毒性。
③也可以用小烧杯代替试管，用培养皿盖住小烧杯。
④也可使用圆形滤纸，实验结束时在圆形滤纸上形成四个同心色素圆
环，从内到外依次是：叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素。
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（5）分离光合色素
拓展：用圆形滤纸层析
三、光合作用的过程及意义
1、光合作用定义：
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，并且释放出氧气的过程。
2、光反应
场所：叶绿体类囊体的薄膜上。
条件：光照、色素、酶。
叶绿体
中的色素
H2O
O2
NADPH
ATP
ADP + Pi
水的光解
主要反应：①H2O的光解；②ATP的形成。
2、光反应
物质变化：
能量变化：
2H2O → 4H+ + O2 + 4e-
ADP + Pi + 能量→ ATP
光能→ 电能→ ATP、NADPH中活跃的化学能
NADP+ + H+ + 2e- → NADPH（[H]）
2、光反应
酶
酶
酶
4
3、暗反应
场所：叶绿体基质。条件：不需光直接参与、酶。
过程：
三、光合作用的过程及意义
C5
2C3
ATP
[H]
多种酶
参加催
化
(CH2O)
CO2
能
固定
还
原
酶
H2O
能量的转移途径：
碳的转移途径：
ATP中活跃的化学能
(CH2O)中稳定的化学能
CO2
C3
（CH2O）
酶
2C3
CO2 +C5
[H] ATP
酶
（CH2O）＋
2C3
CO2的固定：
CO2的还原：
3、暗反应
H2O ＋C5
物质的变化：
H2 O 光
2[H]+1/2O2
酶
ADP + Pi +能量
ATP
光
反
应
水的光解：
ATP的形成：
光
合
作
用
酶2C3
CO2 +C5
[H] ATP
酶
（CH2O）＋
2C3
暗
反
应
CO2的固定：
CO2的还原：
H2O＋C5
4、总过程：
6CO2 + 12H2O
C6H12O6 + 6H2O + 6O2
光
叶绿体
酶
色素分子
可见光
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
2H2O
O2
4[H]
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸
收
光解
能
固定
还
原
酶
光反应
暗反应
4、总过程：
H2O
5
5、光合作用的意义：
①制造有机物，将光能转化为化学能储存在有机物中，是自然界最基
本的物质代谢和能量代谢。为包括人类在内的几乎所有生物的生
存提供了物质来源和能量来源。
③对生物的进化具有重要作用：蓝藻制造O2，使进行有氧呼吸的生物
得以生存和发展；O2可以形成O3，滤去紫外线，减轻其对生物
伤害，使水生生物开始适应陆地生活。
②维持大气中O2和CO2含量的相对稳定。
6、注意事项：
①CO2中C元素的走向：CO2 C3
C6H12O6
②外界条件的变化对暗反应C3、C5、[H]和ATP的影响；
停止光照
（CO2供应不
变）
增加光照
（CO2供应不
变）
停止CO2供
应
（光照不变）
增加CO2供
应
（光照不变）
C3含量
↑
↓
↓
↑
C5含量
↓
↑
↑
↓
[H]和
ATP
↓
↑
↑
↓
②外界条件的变化对暗反应C3、C5、[H]和ATP的影响
6、注意事项：
①CO2中C元素的走向：CO2
C3 C6H12O6
②外界条件的变化对暗反应C3、C5、[H]和ATP的影响；
③光合作用中光反应所产生的ATP，专用于暗反应的能量之需。
呼吸作用中三个阶段所产生的ATP均可作为直接能源物质用于其
它各项生命活动，如矿质离子吸收、生长素运输等。
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光合速率(光合强度)：指一定量植物在单位时间内进行多少光合作用(
可用CO2吸收量或O2释放量表示)。
影响因素：
反应物：
CO2浓度水分
反应条件：光照
温度
矿质元素
1、光照：
光照强度：
1、光照：
光照时间：延长光合作用时间，增加有机物的积累，如人工光照、套
种、轮作
光照面积：增大光照面积，增加单位时间内有机物的生成量，如合理
密植、间种、立体种植、改变株型
光质：相同光照强度，一般红光和蓝紫光下植物光合速率最大，绿光
下光合速率最小，如温室大棚使用无色透明玻璃；
2、CO2浓度：
应用：
①农田农作物：合理密植，确保良好的通风，使空气不断地流过
叶面，有助于提供较多的CO2。
②温室农作物：增施气肥（如NH4HCO3）、农家肥；或使用CO2
发生器。
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3、温度：
主要通过影响有关酶的活性而影响光合速率.
应用：
农作物种植：适时播种
温室栽培:可适当提高白天温度，适当降低夜间温度，从而提高作物
产量（有机物积累量）。
4、水分：
①水是光合作用的原料，缺水直接影响光合作用。
②缺水可导致气孔关闭，限制CO2的吸收，从而间接影响光合作
用。
应用：合理灌溉
四、光合作用的影响因素
5、必须的矿质元素：
①N、Mg、Fe、Mn、等是叶绿素合成的必需元素；
②K、P等缺乏影响糖类的转化和运输；
③P参与叶绿体膜的构成，也是ATP的组成元素；
应用：合理施肥
【例1】★★
（2013 江苏）关于叶绿体中色素的提取和分离实验的操作，正确的是
（
）
A．使用定性滤纸过滤研磨液
B．将干燥处理过的定性滤纸条用于层析
C．在划出一条滤液细线后紧接着重复划线2～3 次
D．研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素
点对点练习
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【例2】★★
（2011 江苏）某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进
行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析(从上至下)，与正常叶
片相比，实验结果是(
)
A．光吸收差异显著，色素带缺第2 条
B．光吸收差异不显著，色素带缺第2 条
C．光吸收差异显著，色素带缺第3 条
D．光吸收差异不显著，色素带缺第3 条
【例3】★★
（2014 新课标II）关于光合作用和呼吸作用的叙述，错误的是（
）
A．磷酸是光反应中合成ATP 所需的反应物
B．光合作用中叶绿素吸收光能不需要酶的参与
C．人体在剧烈运动时所需要的能量由乳酸分解提供
D．病毒核酸的复制需要宿主细胞的呼吸作用提供能量
【例4】★★
(2015 四川)在适宜的温度和大气CO2 浓度条件下，测得某森林中林冠
层四种主要乔木的幼苗叶片的生理指标（见下表）。下列分析正确的
是（
）
A．光强大于140，马尾松幼苗叶肉细胞中产生的O2全部进入线粒体。
B．光强小于1255，影响苦槠幼苗光合速率的环境因素是CO2浓度。
C．森林中生产者积累有机物的能量总和，即为输入该生态系统的总能量
D．在群落演替过程中，随着林冠密集程度增大青冈的种群密度将会增加
【例5】★★
RuBP羧化酶催化C5与CO2结合生成C3。将某种植物叶片置于适宜的光
照和温度条件下，测定不同的细胞间隙CO2浓度下叶肉细胞中C5的含
量，得到下图所示的结果。据图作出的推测不合理的是( )
A．A→B，叶肉细胞吸收
B．B→C，叶片的光合速
C．A→B，暗(碳)反应消耗
D．B→C，RuBP羧化酶量限
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【例6】★★
（2012 山东）夏季晴朗的一天，甲乙两株同种植物在相同条件下CO2
吸收速率的变化如图所示。下列说法正确的是（
）
A．甲植株在a点开始进行
B．乙植株在e点有机物积
C．曲线b-c段和d-e段下降和原因相同
D．两曲线b-d段不同的原因可能是甲植株气孔无法关闭
【例7】★★
（1998 上海）对某一植株作如下处理：（甲）持续光照10 分钟；
（乙）光照5 秒后再置于黑暗处理5秒，连续交替进行20 分钟。若
其他条件不变，则在甲、乙两种情况下，植株所制造的有机物总量
是（
）
A．甲多于乙
B．甲少于乙
C．甲等于乙
D．无法确定
【例8】★★
（2013重庆）下图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率
变化的示意图。下列有关叙述，正确的是( )
A．t1→t2，叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加，基质中水光解加
快、O2释放增多
B．t2→t3，暗反应（碳反应）限制光合作用。若在t2时刻
增加光照，光合速率将再提高
C．t3→t4，光照强度不变，光合速率的提高是由于光反应速率
不变、暗反应增强的结果
D．t4 后短暂时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3化合物还原
后的直接产物含量降低
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【例9】★★
（2011 安徽）某种蔬菜离体叶片在黑暗中不同温度条件下呼吸速率和
乙烯产生量的变化如图所示，t1、t2 表示10～30 ℃之间的两个不同温
度。下列分析正确的是( )
A．与t1相比，t2时呼吸速率高峰出现时间推迟且峰值低，不利于叶片
贮藏
B．与t2相比，t1时乙烯产生量高峰出现时间提前且峰值高，有利于叶
片贮藏
C．t1、t2条件下呼吸速率的变化趋势相似，t1>t2，t1 时不利于叶片
贮藏
D．t1、t2条件下乙烯产生量的变化趋势相似，t1<t2，t1时不利于叶片
贮藏
【例9】★★
（2011 安徽）某种蔬菜离体叶片在黑暗中不同温度条件下呼吸速率
和乙烯产生量的变化如图所示，t1、t2 表示10～30 ℃之间的两个不
同温度。下列分析正确的是( )
【例10】★★
(2009 浙江)下列关于植物光合作用和细胞呼吸的叙述，正确的是
（
）
A.无氧和零下低温环境有利于水果的保鲜
B.CO2 的固定过程发生在叶绿体中，C6H12O6 分解成CO2 的过程
发生在线粒体中
C.光合作用过程中光能转变为化学能，细胞呼吸过程中化学能转变
为热能和ATP
D.夏季连续阴天，大棚中白天适当增加光照，夜晚适当降低温度，
可提高作物产量
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【例11】★★★
（2015 新课标Ⅰ）为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，
科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组
实验。各组实验的温度、光照强度和浓度等条件相同、适宜且稳定，
每组处理的总时间均为135s，处理结束时测定各组材料中光合作用产
物的含量。处理方法和实验结果如下：
A组：先光照后黑暗，时间各为67.5s；光合作用产物的相对含量为
50%
B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各
为7.5s ；光合作用产物的相对含量为70%。
C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各
为3.75ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94%。
D组(对照组)：光照时间为135s；光合作用产物的相对含量为100%。
下列问题：
⑴单位光照时间内，C 组植物合成有机物的量
（填“高于”、“等
于”或“低于”）D 组植物合成有机物的量，依据是
；C 组和D 组
的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要
，这些反应发生的部
位是叶绿体的
。
⑵A、B、C 三组处理相比，随着
的增加，使光下产生的
能够
及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2 的同化量。
【例12】★★★
（2014 广东）观测不同光照条件下生长的柑橘，结果见下表，请回答
下列问题：
光照强度叶色
平均叶面积
(cm2)
气孔密度
(个•mm﹣2)
净光合速率
(μmolCO2•m﹣2•
s﹣1)
强
浅绿
13.6(100%)
826(100%)
4.33(100%)
中
绿
20.3(149%)
768(93%)
4.17(96%)
弱
深绿
28.4(209%)
752(91%)
3.87(89%)
（1）CO2 以
方式进入叶绿体后，与
结合而被固定，固定产物
的还原需要光反应提供的
．
（2）在弱光下，柑橘通过
和
来吸收更多的光能，以适应弱光环
境．
（3）与弱光下相比，强光下柑橘平均每片叶的气孔总数
，单位时间内平均每片叶CO2吸收量
,对强光下生长的柑橘适度遮
阴，持续观测叶色、叶面积和净光合速率，这三个指标中，最先发生改
变的是
，最后发生改变的是
。
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