《光与光合作用》PPT课件.ppt

1、第4章 生命的物质变化和能量转换,第2节 光合作用,水,二氧化碳,氧气,光,有机物,光合作用,什么是光合作用？,光合作用是指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。,场所,条件,推测：土壤就是植物体的全部食物来源。,植物生长的原料来自于水,植物生长的原料是水,与5年前进行对照土壤烘干后称重，只比原来减轻了0.06公斤，树增加了74.47公斤,植物生长的原料是什么,回眸历史,(17世纪40年代),每天浇水，5年后,17世纪40年代，赫尔蒙特(J.B. van Helmont，比利时),柳树增重74.47kg 土壤只减少0.06g,植物增重主要来

2、自水分,不严密， 没有考虑到空气的影响。,讨论：这个结论严密吗？他忽略了什么？,光合作用的探究历程,1771年普利斯特利实验,普利斯特利实验,探究二：普利斯特利的实验,植物可以净化空气成分吗？,植物可以净化空气成分。,植物能产生动物呼吸和蜡烛燃烧所需要的气体。,植物可以更新空气。,小鼠和点燃的蜡烛,光照，密闭玻璃罩,小鼠存活，蜡烛仍燃烧,光照，密闭玻璃罩绿色植物,小鼠死亡，蜡烛也熄灭,结论：植物可以更新空气,有人重复了普利斯特利的实验，得到相反的结果，所以有人认为植物也能使空气变污浊？,1779年， 英格豪斯实验,实验重复了500多次,结论：绿叶只有在光照下才能更新空气,光合作用的探究历程,到

3、1785年，发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的是O2，吸收的是CO2。,水,二氧化碳,氧气,光,？,光能,化学能,德国梅耶,光能,化学能,储存在什么物质中？,1864年，萨克斯实验,1.本实验共有几个处理过程？,一半遮光 一半曝光,为了使绿叶中原有的淀粉消耗掉,绿叶中的色素会溶解在有机溶剂（酒精）中，有利于碘液染色后观察叶片颜色变化 。,？,？,如何设置对照？,？,实验中的自变量是什么？,自变量是有无光照。,探究三：萨克斯的实验,植物光合作用的产物除氧之外还有什么产物？,植物光合作用的产物还有淀粉。,曝光一侧的叶片经过碘液处理后变成蓝色,而遮光一侧的叶片经过碘液处理后不变蓝。,植物在

4、光合作用中产生了淀粉 (有机物)。,1864年，（德）萨克斯的实验,结论： 绿色叶片中光合作用中产生了淀粉,请参照萨克斯的实验设计实验: 验证2是绿色植物光合作用合成有机物所必需的原料,自主探究：,首先分析实验的自变量：,有无CO2,如何让实验空间有无CO2？,密闭容器中用一定浓度NaOH溶液 吸收空气中的CO2 （实验组）,对照组设置：等量的清水（有CO2 ）,实验的无关变量都有哪些？,a.绿色植物是否生长状况相同？ b.光照时间，光照强度 c.叶片中原有的有机物 d.小烧杯中NaOH溶液量和水的量 ,如何排除无关变量？,选长势良好、生长状况相同的同种植物（可选天竺葵） 黑暗处理相同时间 实

5、验组放置适量的NaOH溶液，对照组放置等量的清水 在适宜条件下，光照相同时间,实验结果如何检测？,利用碘遇淀粉变蓝来检测，所以要先对绿叶脱色处理，然后再检测。,分析：,结论：,A 装置内存在CO2 B 装置中不存在CO2,A片变蓝，B叶片未变蓝，CO2是光合作用的原料之一。,验证光合作用需要CO2实验,光合作用的场所究 竟在什么地方呢？,1880年美国科学家恩格尔曼 就以水绵和好氧细菌为实验材 料，很好地解答了这个问题！,每条水绵由许多个结构相同的长筒状细胞连接而成 水绵很明显的特点是： 叶绿体呈带状，螺旋排列在细胞里。,1880年，恩格尔曼实验,极 细 光 束,无空气、 黑暗中,无空气、 黑

6、暗中,结论： 氧气是叶绿体释放出来的, 叶绿体是进行光合作用的场所,1880年，恩格尔曼实验,完全曝光,用极细的光束的照射，叶绿体可分为光照多和光照少的部位，形成对比； 临时装片暴露在光下的实验再次验证实验结果,恩格尔曼实验的巧妙之处:,选择水绵，其叶绿体呈螺旋式带状, 便于观察； 选用好氧细菌可确定释放氧气多的部位,没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰,实验材料：,实验条件：,实验处理：,小结:萨克斯的实验说明光合作用 的产物有淀粉，光合作用的条件需 要光；恩格尔曼的实验说明了 光合作用的场所是叶绿体，光合作 用的产物有O2！,光合作用释放的O2来自CO2还是H2O？ 如何来检测？,同位素

7、标记法 放射性同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用放射性同位素标记的化合物，其化学性质不变。科学家通过追踪放射性同位素标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程。这种科学研究方法叫做同位素标记法,科学家用标记亮氨酸注射给豚鼠的胰腺细胞以合成蛋白质。然后每隔一段时间进行检测和观察。,3分钟后,17分钟后,117分钟后,同位素标记法,分泌蛋白的合成与运输,探究四：鲁宾、卡门的实验,A气体无放射性，B气体具有放射性,光合作用产生的氧气来自于水，而不是来自于二氧化碳。,光合作用产生的氧是来自于水还是二氧化碳?,光合作用产生的氧是来自于水（或者是二氧化碳）,提出问题,设计实验,结果分析,得出结论,作出

8、假设,实施实验,第一组,光合作用产生的O2来自于H2O。,第二组,美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）,结论,问题： CO2中的碳怎样转化成有机物中的碳呢?,美国卡尔文,用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为卡尔文循环。,C 标记CO2,14,光合作用的探究历程,在1961年获得诺贝尔化学奖,光合作用的探究历程,光合产物中有机物的碳来自CO2,光合作用释放的氧来自水。,光合作用的定义,绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存能量的有机物，并释放出O2的过程。,总结光合作用的反应式,反应物、条件、场所、生成物,CO22H2O （CH2O）H2O

9、O2,光能,叶绿体,“掌握光合作用的过程，对人类来说，比得到核能还重要”,居里夫人,诺贝尔奖奖牌,1915年，德R.威尔斯泰德 植物色素叶绿素的研究。 1930年，德H.非舍尔 血红素和叶绿素性质和结构。 1937年，瑞士P.卡雷 类胡萝卜素的研究。 1938年，德R.库恩 类胡萝卜素的研究。 1961年，美M.卡尔文 CO2固定和还原Calvin循环。 1988年，德J.戴森霍弗，R.胡伯尔，H.米歇尔 光合作用反应中心的三维结构。,课堂演练,1下图表示德国科学家萨克斯的实验，在叶片照光24 h后，经脱色、漂洗并用碘液处理，结果有锡箔覆盖的部分呈棕色，而不被锡箔覆盖的部分呈蓝色，本实验说明(

10、 ) 光合作用需要CO2 光合作用需要光 光合作用需要叶绿素 光合作用放出氧 光合作用制造淀粉 A B C D,C,21939年鲁宾和卡门采用同位素标记法进行了如下两组实验,下列叙述正确的是 （ ） A为了排除光照的影响该实验要在黑暗条件下进行 BA和B相对分子质量之比为9：8 C设计该实验的目的在于证明植物光合作用会释放氧气 D实验结果说明植物光合作用释放的氧气全部来自水,D,3. 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（ ）,注：“+”表示具有该条件。,课堂演练,A. B. C. D.,D,叶片中的叶肉细胞,绿叶,回顾,叶肉细胞 亚

11、显微结构模式图,叶绿体亚显微 结构模式图,光合作用主要是由植物的哪个部分完成的？,基粒,外膜,内膜,基质,类囊体,叶绿体的结构,叶绿体中哪些结构与光合作用功能相适应?,、叶绿体基粒的类囊体薄膜上和基质中，含有多种光合作用所必需的酶。,、叶绿体基粒类囊体薄膜上分布着许多吸收光能的色素分子。,、叶绿体的膜还可以控制物质的进出,叶绿体中的色素,叶绿体中的色素,叶绿素（）,类胡萝卜素（）,叶绿素 (蓝绿色) 叶绿素(黄绿色),胡萝卜素(橙黄色) 叶黄素(黄色),用纸层析法分离显示：,红橙光、蓝紫光,蓝紫光,1、为什么通常植物的叶子总是翠绿醉人？,2、为什么深秋时树叶则金黄斑斓呢？,思考：,3、为什么深

12、秋时枫叶却变为红色呢？,（叶绿素含量是类胡萝卜素的4倍）,（叶绿素不稳定，在干旱、高温、寒冷等 情况易被破坏）,（液泡中的花青素）,学科交叉(小资料),光是一种电磁波。可见光的波长范围，大约是390760。不同波长的光，颜色不同。波长小于390nm的光是紫外光；波长大于760nm的光是红外光。一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。,叶绿体中色素的提取和分离,【实 验】,一、实验原理 1.叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以用无水乙醇可提取叶绿体中色素。 2.色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子随层析液在滤纸条上的扩散得快，溶解度低的色素分子随层析液在滤纸条上的扩散得慢，因

13、而可用层析液将不同的色素分离。,二、实验程序,方法与步骤：称取5g左右的鲜叶，剪碎，放入研钵中。加少许的石英砂（充分研磨）和碳酸钙 (防止研磨中色素被破坏)与10ml无水乙醇。在研钵中快速研磨。将研磨液进行过滤。,实验结果：,讨论：1.滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？宽窄如何？这说明了什么？,2020/8/10,49,叶绿素,类胡萝卜素,（含量约3/4）,（含量约1/4）,叶绿素a（蓝绿色）,叶绿素b（黄绿色）,胡萝卜素（橙黄色）,叶黄素（黄色）,绿叶中的色素,三、实验关键,1.选材时应注意选择鲜嫩、色浓绿、无浆汁的叶片。如菠菜叶、棉花叶、洋槐叶等。,2.画滤液细线时应以细、齐、直为

14、标准，重复画线时必须等上次画线干燥后再进行，重复2-3次。,3.层析时不要让滤液细线触及层析液。,四、注意事项,1.因丙酮和层析液都是易挥发且有一定毒性的有机溶剂，所以研磨要快，收集的滤液要用棉塞塞住，层析时要加盖，尽量减少有机溶剂的挥发。,2.在研磨时要加少许二氧化硅，目的是为了研磨充分，有利于色素的提取；加少许碳酸钙的目的是为了防止研磨过程中，叶绿体中的色素受到破坏。,3.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，这是因为色素易溶解在层析液中，导致色素带不清晰，影响实验效果。,为什么玉米苗中出现的白化苗待种子中贮存的养分耗尽就会死亡？,白化苗没有光合色素,不能进行光合作用制造有

15、机物.,（1） 绿色植物是怎样俘获阳光的？ （2） 植物如何利用俘获的太阳能？ （3） 释放出来的氧来自什么地方，怎么来的？ （4） 在光合作用过程中，植物如何精确的一步一步 的合成有机物？,光合作用的过程,光合作用过程,光反应,暗反应,划分依据:反应过程是否需要光能,光反应在白天可以进行吗？夜间呢？ 暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？,有光才能反应,有光、无光都能反应,叶绿素a,氧化的叶绿素a,e,e,H2O,O2,H+,H+,H+,类囊体膜,类囊体腔,NADP+,叶绿体基质,H+,NADPH,ATP合成酶,H+,ADP+Pi,ATP,光反应过程,CO2,五碳化合物,固定,三碳化合物,ATP,

16、ADP+Pi,NADPH,NADP+,（CH2O）n,还原,暗反应过程,又称为卡尔文循环,H2O,类囊体膜,酶,光反应阶段,光、色素、酶,叶绿体内的类囊体薄膜上,水的光解：,（还原剂）,ATP的合成：,光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中,场所：,条件：,物质变化,能量变化,进入叶绿体基质，参与暗反应,供暗反应使用,CO2,五碳化合物 C5,CO2的固定,三碳化合物 2C3,C3的还原,叶绿体基质 多种酶,糖类,卡尔文循环,暗反应阶段,CO2的固定：,C3的还原：,叶绿体的基质中,H 、ATP、酶,场所：,条件：,物质变化,能量变化,CO2,五碳化合物 C5,CO2的固定,三碳化合物 2C3,

17、叶绿体基质 多种酶,糖类,H,比较光反应、暗反应,光反应阶段,暗反应阶段,条件,场所,物质变化,能量变化,光、色素、酶,不需光、酶、H、ATP,叶绿体类囊体膜,叶绿体基质中,水的光解； ATP的生成,CO2的固定； C3的还原,ATP中活 跃化学能,光能,ATP中活 跃化学能,有机物中稳 定化学能,光反应是暗反应的基础，为暗反应提供H和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi 。,光反应与暗反应的关系,1、没有二氧化碳的固定形成的三碳化合物，光反应的产物 NADPH和ATP就会积累，使光反应很快停止。,2、没有光反应提供NADPH和ATP，三碳化合物就不能还原， 就不会有五碳化合物的不断再生以及

18、最终有机物的合成。 五碳化合物迅速减少和三碳化合物的积累，必然导致二 氧化碳 固定的停止。即没有光反应，暗反应无法持续地 进行。,结论：光反应和暗反应是一个整体，在光合作用的过程中， 两者紧密联系，缺一不可。,光合作用的意义,从物质转变和能量转变的过程来看， 光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。,1、把无机物转变为有机物，是一切生物有机物的根 本来源。,2、将太阳能转变为化学能，是一切生物能量的最初 来源。,3、吸收二氧化碳放出氧气，保证了大气中这两者的 相对稳定，保护环境,色素分子,可见光,C5,2C3,ADP+Pi,ATP,2H2O,O2,4H,多种酶,酶,(CH2O),CO2,吸

19、收,光解,能,固定,还原,酶,光反应,暗反应,光合作用总过程：,光反应,H2O 2 H + 1/2O2,水的光解：,ATP的合成 ：,暗反应,总结：,原料和产物的对应关系：,（CH2O）,C,H,O,CO2,CO2,H2O,O2,H2O,能量的转移途径：,碳的转移途径：,光能,ATP中活跃的化学能,(CH2O)中稳定的化学能,CO2,C3,（CH2O）,下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：,图中A是_,B是_,它来自于_的分解。 图中C是_，它被传递到叶绿体的_部位，用于_ 。 图中D是_，在叶绿体中合成D所需的能量来自_ 图中G_,F是_,J是_ 图中的H表示_， H为I提供_,2

20、,水,H,基质,用作还原剂，还原C3,ATP,色素吸收的光能,光反应,H和ATP,色素,C5化合物,C3化合物,糖类,光合作用原理的应用,影响光合作用强度的因素？,CO2的浓度，光照的长短与强弱；光的成分；温度的高低、必需矿物质元素、水分等。,例：适当提高CO2的浓度（温室大棚），增加光照时间和光照强度，农作物间距合理，选择适当的光源等。,图中A点含义： ； B点含义： ； C点表示： ； 若甲曲线代表阳生植物，则乙曲线代表 植物。,光照强度为0，只进行呼吸作用,光合作用与呼吸作用强度相等，称为光补偿点,光合作用强度不再随光照强度增强而增强，称为光饱和点,阴生,图中A点表示： 。,CO2浓度达到植物所需的最大值，光合速率不再上升,光合作用是在 的催化下进行的，温度直接影响 ； B点表示： ； BC段表示： ；,酶的活性,酶,此温度条件