第4节能量之源--光与光合作用

1、第4节 能量之源- 光与光合作用一、捕获光能的色素和结构一、捕获光能的色素和结构二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用光合作用过程演示光合作用过程演示v为什么有些植物的叶片不是绿色的为什么有些植物的叶片不是绿色的?v为什么有些植物的叶片在不同时期颜色不为什么有些植物的叶片在不同时期颜色不同呢？同呢？思考？思考？绿叶中色素的提取和分离绿叶中色素的提取和分离v操作步骤：操作步骤：提取色素提取色素制备滤纸条制备滤纸条画滤液细线画滤液细线分离色素分离色素观察与记录观察与记录实验实验方法与步骤方法与步骤称取称取5g5g左右的鲜叶，左右的鲜叶，剪碎，放入研钵中。加剪碎，放入研钵中。加少许的石英砂

2、少许的石英砂（充分研（充分研磨）磨）和碳酸钙和碳酸钙 ( (中和细中和细胞中的酸，防止镁从叶胞中的酸，防止镁从叶绿素分子中移出绿素分子中移出) )与与10ml10ml无水乙醇。在研钵无水乙醇。在研钵中快速研磨。将研磨液中快速研磨。将研磨液进行过滤。进行过滤。v提取色素提取色素v制备滤纸条制备滤纸条方法与步骤方法与步骤v画滤液细线画滤液细线方法与步骤方法与步骤方法与步骤方法与步骤v分离色素分离色素方法与步骤方法与步骤v分离色素分离色素讨论：讨论：1 1、实验中丙酮和层析液的用途、实验中丙酮和层析液的用途是什么？是什么？2 2、叶绿体中的色素有哪几种？、叶绿体中的色素有哪几种？分布情况是怎样的？分

3、布情况是怎样的？提取和分离叶绿体中的色素提取和分离叶绿体中的色素胡萝卜素胡萝卜素叶黄素叶黄素叶绿素叶绿素a叶绿素叶绿素b叶绿体中的色素提取和分离叶绿体中的色素提取和分离叶绿体中的色素3/41/4证明了色素的种类和颜色证明了色素的种类和颜色1.捕获光能的色素捕获光能的色素叶绿体中的色素主要吸收红橙光和蓝紫光叶绿体中的色素主要吸收红橙光和蓝紫光叶片为什么往往是绿色的呢？叶绿素中的吸收光谱叶绿素中的吸收光谱0400500600700 nm 50100叶绿素叶绿素b叶绿素叶绿素a分析：分析：为什么植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶片金黄呢？为什么植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶片金黄呢？ 由于叶绿素的含量大大超

4、过由于叶绿素的含量大大超过类胡罗卜素，而使类胡罗卜类胡罗卜素，而使类胡罗卜素的颜色被掩盖，只显示出素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色叶绿素的绿色由于叶绿素比类胡罗卜素易受由于叶绿素比类胡罗卜素易受到低温的破坏，秋季低温使叶到低温的破坏，秋季低温使叶绿素大量破坏，而使类胡罗卜绿素大量破坏，而使类胡罗卜素的颜色显示出来素的颜色显示出来 实验表明：叶绿素实验表明：叶绿素a和和b在蓝光和红光在蓝光和红光部分都有很高的吸收峰，叶绿体中的胡萝部分都有很高的吸收峰，叶绿体中的胡萝卜素和叶黄素的呢个主要吸收蓝紫光。卜素和叶黄素的呢个主要吸收蓝紫光。2.叶绿体的结构叶绿体的结构这些囊状结构称为类囊体。吸收光能

5、的四种色这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的四种色素，就分布在类囊体的薄膜上。素，就分布在类囊体的薄膜上。叶绿体的结构叶绿体的结构1880年，恩格尔曼的实验年，恩格尔曼的实验隔绝空气隔绝空气黑暗，用极细光束照射完全暴露在光下完全暴露在光下水绵和好氧水绵和好氧细菌的装片细菌的装片结论：结论： 氧是由氧是由 叶绿体叶绿体释放出来的，释放出来的， 叶绿体叶绿体是光合作用的是光合作用的场所。场所。 光合作用需要光合作用需要光照光照。3/41/4说明色素的种类、功能和分布说明色素的种类、功能和分布色素主要分布于叶绿体的类囊体膜上色素主要分布于叶绿体的类囊体膜上二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应

6、用五年后五年后1642年，海尔蒙特(J.B. van Helmont)74.470.06水分水分是建造植物体的是建造植物体的唯一唯一原料原料1.1.光合作用的探究历程：光合作用的探究历程：2.5 Kg1771年（英）普里斯特利的实验年（英）普里斯特利的实验v植物可以更新空气；植物可以更新空气；现象现象：蜡烛熄灭蜡烛熄灭。现象现象：蜡烛持续燃烧。蜡烛持续燃烧。现象：现象：小鼠死亡小鼠死亡。现象：现象：小鼠存活小鼠存活。结论结论：植物能够净化因燃烧或呼吸而变混浊的空气植物能够净化因燃烧或呼吸而变混浊的空气。1779年，荷兰科学家英格豪斯的实验；1785年，明确绿叶在光下放出的是氧气，吸收的是二氧化

7、碳；1845年，梅耶指出，植物在进行光合作用时，把光能转变成化学能储存起来；现象：现象：18641864年年 德国科学家德国科学家 萨克斯萨克斯未遮光部分变成蓝色。未遮光部分变成蓝色。（置于暗处几小时）（置于暗处几小时）思考：思考：目的是什么？目的是什么？一半遮光一半遮光一半曝光一半曝光 1864年，（德）萨克斯的实验年，（德）萨克斯的实验v绿色叶片中光合作用中产生了淀粉；绿色叶片中光合作用中产生了淀粉；18801880年年 德国科学家德国科学家 恩吉尔曼恩吉尔曼现象：现象：分析分析 ：在没有空气的黑暗环境中在没有空气的黑暗环境中好氧细菌只集中在被光好氧细菌只集中在被光线照射的叶绿体附近。线照

8、射的叶绿体附近。光线照射部位进行光合作光线照射部位进行光合作用产生了氧气。用产生了氧气。18801880年年 德国科学家德国科学家 恩吉尔曼恩吉尔曼在没有空气的光亮环境中在没有空气的光亮环境中现象：现象：集中原因：集中原因：见光见光叶绿体叶绿体部位有氧气的部位有氧气的产生。产生。好氧细菌集中在好氧细菌集中在叶绿体叶绿体所有受光部位所有受光部位。结论：结论：叶绿体叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。恩吉尔曼实验设计有哪些巧妙之处？选材：水绵具有细长的带状叶绿体，易于观察现象。 好氧细菌的利用，准确显示出氧气产生的部位。设计：黑暗无空气的设计；进行黑暗和曝光的对比实验。极细光线的入射； 原料/条件

9、 场所 产物 v海尔蒙特海尔蒙特( (van Helmont) )v普里斯特利（普里斯特利（J. Priestley）v英格豪斯（英格豪斯（J. Ingen-housz）v拉瓦锡（拉瓦锡（Laroisier, A.L. ）v萨克斯（萨克斯（J. von Sachs）v恩吉尔曼（恩吉尔曼（C. Engelmann） H20淀粉淀粉叶绿体叶绿体（阳光）（阳光）O2CO2CO2 + H2O光能光能叶绿体叶绿体（CH2O） + O2 20世纪世纪30年代，鲁宾和卡门（美）的年代，鲁宾和卡门（美）的同位素标记实验：同位素标记实验：结论：结论：光合作用产生的氧气全部来自水，光合作用产生的氧气全部来自水，而

10、不是来自而不是来自COCO2 2。2、第二组向同种绿色植物提供、第二组向同种绿色植物提供H218O和和CO2 1、第一组向绿色植物提供第一组向绿色植物提供C18O2和和 H2O 。 C18O2+H2O CO2+H218OO2 18O2光合作用释放的光合作用释放的O2全部全部来自于来自于H2O 用氧的同位素用氧的同位素18O分别标记分别标记H2O和和CO2,使它分使它分别成为别成为H218O和和C18O2。进行两组光合作用的实验：。进行两组光合作用的实验：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：CO

11、2 C3 (CH2O)叶片中的叶肉细胞叶片中的叶肉细胞绿叶绿叶 叶肉细胞叶肉细胞亚显微结构模式图亚显微结构模式图 叶绿体亚显微叶绿体亚显微 结构模式图结构模式图2.光合作用的过程光合作用的过程光反应光反应暗反应暗反应划分依据划分依据: :反应过程反应过程 是否需要光能是否需要光能H H2 2O O类囊体类囊体膜膜酶酶Pi ADPATP(1).光反应阶段光反应阶段酶酶光、光、色素、色素、叶绿体内的类囊体膜上叶绿体内的类囊体膜上水的光解：水的光解：H2O H + O2光能光能（还原剂）（还原剂）ATP的合成：的合成：ADPPi 能量（能量（光能光能） ATP酶酶条件条件 ：场所：场所：物质变化：物

12、质变化：能量变化：能量变化：光能光能转变为活跃的转变为活跃的化学能化学能贮存在贮存在ATP中中HCO2 2糖类糖类 五碳化合物五碳化合物 C5 蛋白质蛋白质脂质脂质CO2的的固定固定三碳化合物三碳化合物 2C3C C3 3的的还原还原 基质基质多种酶多种酶H H2 2O O类囊体类囊体膜膜酶酶Pi ADPATPHCO2 2糖类糖类 五碳化合物五碳化合物 C5 蛋白质蛋白质脂质脂质CO2的的固定固定三碳化合物三碳化合物 2C3C C3 3的的还原还原 基质基质多种酶多种酶HATP(2).暗反应阶段暗反应阶段CO2的固定：的固定：CO2C5 2C3酶酶C C3 3的还原：的还原：ATPH 、ADP

13、+Pi条件：条件：场所：场所：物质变化：物质变化：能量变化：能量变化：叶绿体的基质中叶绿体的基质中多种酶、多种酶、 ATP中活跃的化学能中活跃的化学能转变为糖类等转变为糖类等 有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能2C3 (CH2O)酶酶糖类糖类H 、ATP3.光合作用的总反应式：光合作用的总反应式：CO2+H2O叶绿体叶绿体光能光能糖类糖类(CH2O)+O2 CO2+H2O （CH2O）+O2光能光能叶绿体叶绿体光反应光反应暗反应暗反应酶酶酶色素色素 酶酶联联 系系能量变化能量变化 物质变化物质变化场所场所条条件件光光暗暗 反反 应应 光光 反反 应应过程过程项目项目需要光需要光 色素、酶

14、色素、酶不需要光不需要光 酶酶类囊体膜上类囊体膜上基质中基质中水的光解；水的光解；ATP的合成的合成CO2的固定；的固定；C3的还原的还原 ATP中活中活 跃化学能跃化学能ATP中活中活 跃化学能跃化学能光能光能有机物中稳有机物中稳定化学能定化学能光反应光反应 为为 暗反应暗反应 提供提供 H 和和ATP，暗反应暗反应 为为 光反应光反应 提供提供 ADP 和和Pi 。4.光合作用原理的实际应用光合作用原理的实际应用光合作用效率光合作用效率1 1、光照强度、光照强度3 3、COCO2 2浓度浓度4 4、温度、温度5 5、水、水 （合理灌溉）（合理灌溉）2 2、光质、光质影响光合作用效率的因素光

15、照强度光照强度 真正光合速率真正光合速率=净光合速率净光合速率+呼吸速率呼吸速率轮作：延长光合作用时间轮作：延长光合作用时间间种、合理密植：间种、合理密植： 增加光合作用面积增加光合作用面积合理利用光能温度温度光合作用光合作用呼吸作用呼吸作用t吸收或释放量吸收或释放量CO2COCO2 2浓度浓度b:CO2的补偿点的补偿点c:CO2的饱和点的饱和点acbdeabcde 光能利用率光能利用率光合作用效率光合作用效率( 轮作轮作 )( 合理密植：间种、套种合理密植：间种、套种 )1、控制光照强度、控制光照强度2、适当补充、适当补充CO23、适宜的温度、适宜的温度4、矿质元素（、矿质元素（ 合理施肥）

16、合理施肥）5、水（、水（ 合理灌溉）合理灌溉）实验原理：实验原理：利用真空渗入法排除叶内细胞间隙的空气，充以水利用真空渗入法排除叶内细胞间隙的空气，充以水分，使叶片沉于水中。在光合作用过程中，植物吸收分，使叶片沉于水中。在光合作用过程中，植物吸收CO2放出放出O2，由于，由于O2在水中的溶解度很小，而在细胞间在水中的溶解度很小，而在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮，根据上浮所需的时积累，结果使原来下沉的叶片上浮，根据上浮所需的时间长短，即能比较光合作用的强弱。间长短，即能比较光合作用的强弱。探究环境因素对光合作用的影响探究环境因素对光合作用的影响1、取、取3只小烧杯，分别倒入只小烧杯，分别

17、倒入20ml富含二氧化碳的清富含二氧化碳的清水（事先可用口通过玻璃管向清水内吹气）水（事先可用口通过玻璃管向清水内吹气）2、分别向只小烧杯中各放入片小圆形叶片，、分别向只小烧杯中各放入片小圆形叶片，然后分别对这个实验装置进行强、中、弱三种光照然后分别对这个实验装置进行强、中、弱三种光照（盏台灯分别向个实验装置照射，光照强（盏台灯分别向个实验装置照射，光照强弱可通过调节台灯与实验装置间的距离来决定）。弱可通过调节台灯与实验装置间的距离来决定）。3、观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶、观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量片浮起的数量观察与记录观察与记录烧烧杯杯光照光照（日

18、光灯）（日光灯）距离距离光照光照强度强度叶子圆片上浮所需时间叶子圆片上浮所需时间第一片第一片第二片第二片第三片第三片第四片第四片140W5CM强240W30CM中340W50CM弱结论：结论：在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增强而增强在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增强而增强5.5.光合作用与呼吸作用的区别：光合作用与呼吸作用的区别：光合作用光合作用呼吸作用呼吸作用原料原料CO2、H2OO2、葡萄糖等有机物、葡萄糖等有机物产物产物O2、葡萄糖等有机物、葡萄糖等有机物CO2、H2O等等能量能量转换转换贮藏能量的过程贮藏能量的过程光能光能活跃的化学能活跃的化学能稳稳定的化学能定的化学能释放能量的过程释放能量的过程稳定的化学能稳定的化学能活跃活跃的化学能的化学能发生发生部位部位有叶绿体的细胞、叶绿体有叶绿体的细胞、叶绿体活细胞、线粒体、细活细胞、线粒体、细胞质胞质发生发生条件条件光照下才可发生光照下才可发生光下、暗处都可发生光下、暗处都可发生6.6.叶绿体和线粒体：叶绿体和线粒体：延长光合作用时间延长光合作用时间增加光合作用面积增加光合作用面积增加光能利用率增加光能利用率提高光合作用效率提高光合作用效率控制光照强弱控制光照强弱控制光质控制光质控制温度控制温度控制控制COCO2 2供应供应控制必需矿质元素供应控制必需矿质元素供应控制控制H H2 2O O