第4節(jié)能量之源--光與光合作用

1、第4節(jié) 能量之源- 光與光合作用一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)二、光合作用的原理和應(yīng)用二、光合作用的原理和應(yīng)用光合作用過程演示光合作用過程演示v為什么有些植物的葉片不是綠色的為什么有些植物的葉片不是綠色的?v為什么有些植物的葉片在不同時(shí)期顏色不為什么有些植物的葉片在不同時(shí)期顏色不同呢？同呢？思考？思考？綠葉中色素的提取和分離綠葉中色素的提取和分離v操作步驟：操作步驟：提取色素提取色素制備濾紙條制備濾紙條畫濾液細(xì)線畫濾液細(xì)線分離色素分離色素觀察與記錄觀察與記錄實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法與步驟方法與步驟稱取稱取5g5g左右的鮮葉，左右的鮮葉，剪碎，放入研缽中。加剪碎，放入研缽中。加少許的石英砂

2、少許的石英砂（充分研（充分研磨）磨）和碳酸鈣和碳酸鈣 ( (中和細(xì)中和細(xì)胞中的酸，防止鎂從葉胞中的酸，防止鎂從葉綠素分子中移出綠素分子中移出) )與與10ml10ml無水乙醇。在研缽無水乙醇。在研缽中快速研磨。將研磨液中快速研磨。將研磨液進(jìn)行過濾。進(jìn)行過濾。v提取色素提取色素v制備濾紙條制備濾紙條方法與步驟方法與步驟v畫濾液細(xì)線畫濾液細(xì)線方法與步驟方法與步驟方法與步驟方法與步驟v分離色素分離色素方法與步驟方法與步驟v分離色素分離色素討論：討論：1 1、實(shí)驗(yàn)中丙酮和層析液的用途、實(shí)驗(yàn)中丙酮和層析液的用途是什么？是什么？2 2、葉綠體中的色素有哪幾種？、葉綠體中的色素有哪幾種？分布情況是怎樣的？分

3、布情況是怎樣的？提取和分離葉綠體中的色素提取和分離葉綠體中的色素胡蘿卜素胡蘿卜素葉黃素葉黃素葉綠素葉綠素a葉綠素葉綠素b葉綠體中的色素提取和分離葉綠體中的色素提取和分離葉綠體中的色素3/41/4證明了色素的種類和顏色證明了色素的種類和顏色1.捕獲光能的色素捕獲光能的色素葉綠體中的色素主要吸收紅橙光和藍(lán)紫光葉綠體中的色素主要吸收紅橙光和藍(lán)紫光葉片為什么往往是綠色的呢？葉綠素中的吸收光譜葉綠素中的吸收光譜0400500600700 nm 50100葉綠素葉綠素b葉綠素葉綠素a分析：分析：為什么植物春夏葉子翠綠，而深秋則葉片金黃呢？為什么植物春夏葉子翠綠，而深秋則葉片金黃呢？ 由于葉綠素的含量大大超

4、過由于葉綠素的含量大大超過類胡羅卜素，而使類胡羅卜類胡羅卜素，而使類胡羅卜素的顏色被掩蓋，只顯示出素的顏色被掩蓋，只顯示出葉綠素的綠色葉綠素的綠色由于葉綠素比類胡羅卜素易受由于葉綠素比類胡羅卜素易受到低溫的破壞，秋季低溫使葉到低溫的破壞，秋季低溫使葉綠素大量破壞，而使類胡羅卜綠素大量破壞，而使類胡羅卜素的顏色顯示出來素的顏色顯示出來 實(shí)驗(yàn)表明：葉綠素實(shí)驗(yàn)表明：葉綠素a和和b在藍(lán)光和紅光在藍(lán)光和紅光部分都有很高的吸收峰，葉綠體中的胡蘿部分都有很高的吸收峰，葉綠體中的胡蘿卜素和葉黃素的呢個(gè)主要吸收藍(lán)紫光。卜素和葉黃素的呢個(gè)主要吸收藍(lán)紫光。2.葉綠體的結(jié)構(gòu)葉綠體的結(jié)構(gòu)這些囊狀結(jié)構(gòu)稱為類囊體。吸收光能

5、的四種色這些囊狀結(jié)構(gòu)稱為類囊體。吸收光能的四種色素，就分布在類囊體的薄膜上。素，就分布在類囊體的薄膜上。葉綠體的結(jié)構(gòu)葉綠體的結(jié)構(gòu)1880年，恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)?zāi)?，恩格爾曼的?shí)驗(yàn)隔絕空氣隔絕空氣黑暗，用極細(xì)光束照射完全暴露在光下完全暴露在光下水綿和好氧水綿和好氧細(xì)菌的裝片細(xì)菌的裝片結(jié)論：結(jié)論： 氧是由氧是由 葉綠體葉綠體釋放出來的，釋放出來的， 葉綠體葉綠體是光合作用的是光合作用的場所。場所。 光合作用需要光合作用需要光照光照。3/41/4說明色素的種類、功能和分布說明色素的種類、功能和分布色素主要分布于葉綠體的類囊體膜上色素主要分布于葉綠體的類囊體膜上二、光合作用的原理和應(yīng)用二、光合作用的原理和應(yīng)

6、用五年后五年后1642年，海爾蒙特(J.B. van Helmont)74.470.06水分水分是建造植物體的是建造植物體的唯一唯一原料原料1.1.光合作用的探究歷程：光合作用的探究歷程：2.5 Kg1771年（英）普里斯特利的實(shí)驗(yàn)?zāi)辏ㄓⅲ┢绽锼固乩膶?shí)驗(yàn)v植物可以更新空氣；植物可以更新空氣；現(xiàn)象現(xiàn)象：蠟燭熄滅蠟燭熄滅。現(xiàn)象現(xiàn)象：蠟燭持續(xù)燃燒。蠟燭持續(xù)燃燒?，F(xiàn)象：現(xiàn)象：小鼠死亡小鼠死亡。現(xiàn)象：現(xiàn)象：小鼠存活小鼠存活。結(jié)論結(jié)論：植物能夠凈化因燃燒或呼吸而變混濁的空氣植物能夠凈化因燃燒或呼吸而變混濁的空氣。1779年，荷蘭科學(xué)家英格豪斯的實(shí)驗(yàn)；1785年，明確綠葉在光下放出的是氧氣，吸收的是二氧化

7、碳；1845年，梅耶指出，植物在進(jìn)行光合作用時(shí)，把光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能儲(chǔ)存起來；現(xiàn)象：現(xiàn)象：18641864年年 德國科學(xué)家德國科學(xué)家 薩克斯薩克斯未遮光部分變成藍(lán)色。未遮光部分變成藍(lán)色。（置于暗處幾小時(shí)）（置于暗處幾小時(shí)）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）薩克斯的實(shí)驗(yàn)?zāi)辏ǖ拢┧_克斯的實(shí)驗(yàn)v綠色葉片中光合作用中產(chǎn)生了淀粉；綠色葉片中光合作用中產(chǎn)生了淀粉；18801880年年 德國科學(xué)家德國科學(xué)家 恩吉爾曼恩吉爾曼現(xiàn)象：現(xiàn)象：分析分析 ：在沒有空氣的黑暗環(huán)境中在沒有空氣的黑暗環(huán)境中好氧細(xì)菌只集中在被光好氧細(xì)菌只集中在被光線照射的葉綠體附近。線照

8、射的葉綠體附近。光線照射部位進(jìn)行光合作光線照射部位進(jìn)行光合作用產(chǎn)生了氧氣。用產(chǎn)生了氧氣。18801880年年 德國科學(xué)家德國科學(xué)家 恩吉爾曼恩吉爾曼在沒有空氣的光亮環(huán)境中在沒有空氣的光亮環(huán)境中現(xiàn)象：現(xiàn)象：集中原因：集中原因：見光見光葉綠體葉綠體部位有氧氣的部位有氧氣的產(chǎn)生。產(chǎn)生。好氧細(xì)菌集中在好氧細(xì)菌集中在葉綠體葉綠體所有受光部位所有受光部位。結(jié)論：結(jié)論：葉綠體葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場所。恩吉爾曼實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有哪些巧妙之處？選材：水綿具有細(xì)長的帶狀葉綠體，易于觀察現(xiàn)象。 好氧細(xì)菌的利用，準(zhǔn)確顯示出氧氣產(chǎn)生的部位。設(shè)計(jì)：黑暗無空氣的設(shè)計(jì)；進(jìn)行黑暗和曝光的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。極細(xì)光線的入射； 原料/條件

9、 場所 產(chǎn)物 v海爾蒙特海爾蒙特( (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拉瓦錫（拉瓦錫（Laroisier, A.L. ）v薩克斯（薩克斯（J. von Sachs）v恩吉爾曼（恩吉爾曼（C. Engelmann） H20淀粉淀粉葉綠體葉綠體（陽光）（陽光）O2CO2CO2 + H2O光能光能葉綠體葉綠體（CH2O） + O2 20世紀(jì)世紀(jì)30年代，魯賓和卡門（美）的年代，魯賓和卡門（美）的同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)：同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)：結(jié)論：結(jié)論：光合作用產(chǎn)生的氧氣全部來自水，光合作用產(chǎn)生的氧氣全部來自水，而

10、不是來自而不是來自COCO2 2。2、第二組向同種綠色植物提供、第二組向同種綠色植物提供H218O和和CO2 1、第一組向綠色植物提供第一組向綠色植物提供C18O2和和 H2O 。 C18O2+H2O CO2+H218OO2 18O2光合作用釋放的光合作用釋放的O2全部全部來自于來自于H2O 用氧的同位素用氧的同位素18O分別標(biāo)記分別標(biāo)記H2O和和CO2,使它分使它分別成為別成為H218O和和C18O2。進(jìn)行兩組光合作用的實(shí)驗(yàn)：。進(jìn)行兩組光合作用的實(shí)驗(yàn)：20世紀(jì)40年代，卡爾文(M.Calvin) 用14C標(biāo)記的CO2供小球藻實(shí)驗(yàn)，追蹤檢測其放射性。探明CO2中的C的轉(zhuǎn)移途徑?？栁难h(huán)：CO

11、2 C3 (CH2O)葉片中的葉肉細(xì)胞葉片中的葉肉細(xì)胞綠葉綠葉 葉肉細(xì)胞葉肉細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖 葉綠體亞顯微葉綠體亞顯微 結(jié)構(gòu)模式圖結(jié)構(gòu)模式圖2.光合作用的過程光合作用的過程光反應(yīng)光反應(yīng)暗反應(yīng)暗反應(yīng)劃分依據(jù)劃分依據(jù): :反應(yīng)過程反應(yīng)過程 是否需要光能是否需要光能H H2 2O O類囊體類囊體膜膜酶酶Pi ADPATP(1).光反應(yīng)階段光反應(yīng)階段酶酶光、光、色素、色素、葉綠體內(nèi)的類囊體膜上葉綠體內(nèi)的類囊體膜上水的光解：水的光解：H2O H + O2光能光能（還原劑）（還原劑）ATP的合成：的合成：ADPPi 能量（能量（光能光能） ATP酶酶條件條件 ：場所：場所：物質(zhì)變化：物

12、質(zhì)變化：能量變化：能量變化：光能光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的化學(xué)能化學(xué)能貯存在貯存在ATP中中HCO2 2糖類糖類 五碳化合物五碳化合物 C5 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)脂質(zhì)脂質(zhì)CO2的的固定固定三碳化合物三碳化合物 2C3C C3 3的的還原還原 基質(zhì)基質(zhì)多種酶多種酶H H2 2O O類囊體類囊體膜膜酶酶Pi ADPATPHCO2 2糖類糖類 五碳化合物五碳化合物 C5 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)脂質(zhì)脂質(zhì)CO2的的固定固定三碳化合物三碳化合物 2C3C C3 3的的還原還原 基質(zhì)基質(zhì)多種酶多種酶HATP(2).暗反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段CO2的固定：的固定：CO2C5 2C3酶酶C C3 3的還原：的還原：ATPH 、ADP

13、+Pi條件：條件：場所：場所：物質(zhì)變化：物質(zhì)變化：能量變化：能量變化：葉綠體的基質(zhì)中葉綠體的基質(zhì)中多種酶、多種酶、 ATP中活躍的化學(xué)能中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惖绒D(zhuǎn)變?yōu)樘穷惖?有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能2C3 (CH2O)酶酶糖類糖類H 、ATP3.光合作用的總反應(yīng)式：光合作用的總反應(yīng)式：CO2+H2O葉綠體葉綠體光能光能糖類糖類(CH2O)+O2 CO2+H2O （CH2O）+O2光能光能葉綠體葉綠體光反應(yīng)光反應(yīng)暗反應(yīng)暗反應(yīng)酶酶酶色素色素 酶酶聯(lián)聯(lián) 系系能量變化能量變化 物質(zhì)變化物質(zhì)變化場所場所條條件件光光暗暗 反反 應(yīng)應(yīng) 光光 反反 應(yīng)應(yīng)過程過程項(xiàng)目項(xiàng)目需要光需要光 色素、酶

14、色素、酶不需要光不需要光 酶酶類囊體膜上類囊體膜上基質(zhì)中基質(zhì)中水的光解；水的光解；ATP的合成的合成CO2的固定；的固定；C3的還原的還原 ATP中活中活 躍化學(xué)能躍化學(xué)能ATP中活中活 躍化學(xué)能躍化學(xué)能光能光能有機(jī)物中穩(wěn)有機(jī)物中穩(wěn)定化學(xué)能定化學(xué)能光反應(yīng)光反應(yīng) 為為 暗反應(yīng)暗反應(yīng) 提供提供 H 和和ATP，暗反應(yīng)暗反應(yīng) 為為 光反應(yīng)光反應(yīng) 提供提供 ADP 和和Pi 。4.光合作用原理的實(shí)際應(yīng)用光合作用原理的實(shí)際應(yīng)用光合作用效率光合作用效率1 1、光照強(qiáng)度、光照強(qiáng)度3 3、COCO2 2濃度濃度4 4、溫度、溫度5 5、水、水 （合理灌溉）（合理灌溉）2 2、光質(zhì)、光質(zhì)影響光合作用效率的因素光

15、照強(qiáng)度光照強(qiáng)度 真正光合速率真正光合速率=凈光合速率凈光合速率+呼吸速率呼吸速率輪作：延長光合作用時(shí)間輪作：延長光合作用時(shí)間間種、合理密植：間種、合理密植： 增加光合作用面積增加光合作用面積合理利用光能溫度溫度光合作用光合作用呼吸作用呼吸作用t吸收或釋放量吸收或釋放量CO2COCO2 2濃度濃度b:CO2的補(bǔ)償點(diǎn)的補(bǔ)償點(diǎn)c:CO2的飽和點(diǎn)的飽和點(diǎn)acbdeabcde 光能利用率光能利用率光合作用效率光合作用效率( 輪作輪作 )( 合理密植：間種、套種合理密植：間種、套種 )1、控制光照強(qiáng)度、控制光照強(qiáng)度2、適當(dāng)補(bǔ)充、適當(dāng)補(bǔ)充CO23、適宜的溫度、適宜的溫度4、礦質(zhì)元素（、礦質(zhì)元素（ 合理施肥）

16、合理施肥）5、水（、水（ 合理灌溉）合理灌溉）實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)原理：利用真空滲入法排除葉內(nèi)細(xì)胞間隙的空氣，充以水利用真空滲入法排除葉內(nèi)細(xì)胞間隙的空氣，充以水分，使葉片沉于水中。在光合作用過程中，植物吸收分，使葉片沉于水中。在光合作用過程中，植物吸收CO2放出放出O2，由于，由于O2在水中的溶解度很小，而在細(xì)胞間在水中的溶解度很小，而在細(xì)胞間積累，結(jié)果使原來下沉的葉片上浮，根據(jù)上浮所需的時(shí)積累，結(jié)果使原來下沉的葉片上浮，根據(jù)上浮所需的時(shí)間長短，即能比較光合作用的強(qiáng)弱。間長短，即能比較光合作用的強(qiáng)弱。探究環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響探究環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響1、取、取3只小燒杯，分別倒入只小燒杯，分別

17、倒入20ml富含二氧化碳的清富含二氧化碳的清水（事先可用口通過玻璃管向清水內(nèi)吹氣）水（事先可用口通過玻璃管向清水內(nèi)吹氣）2、分別向只小燒杯中各放入片小圓形葉片，、分別向只小燒杯中各放入片小圓形葉片，然后分別對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行強(qiáng)、中、弱三種光照然后分別對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行強(qiáng)、中、弱三種光照（盞臺(tái)燈分別向個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置照射，光照強(qiáng)（盞臺(tái)燈分別向個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置照射，光照強(qiáng)弱可通過調(diào)節(jié)臺(tái)燈與實(shí)驗(yàn)裝置間的距離來決定）。弱可通過調(diào)節(jié)臺(tái)燈與實(shí)驗(yàn)裝置間的距離來決定）。3、觀察并記錄同一時(shí)間段內(nèi)各實(shí)驗(yàn)裝置中小圓形葉、觀察并記錄同一時(shí)間段內(nèi)各實(shí)驗(yàn)裝置中小圓形葉片浮起的數(shù)量片浮起的數(shù)量觀察與記錄觀察與記錄燒燒杯杯光照光照（日

18、光燈）（日光燈）距離距離光照光照強(qiáng)度強(qiáng)度葉子圓片上浮所需時(shí)間葉子圓片上浮所需時(shí)間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強(qiáng)240W30CM中340W50CM弱結(jié)論：結(jié)論：在一定光照強(qiáng)度范圍內(nèi)，光合作用隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而增強(qiáng)在一定光照強(qiáng)度范圍內(nèi)，光合作用隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而增強(qiáng)5.5.光合作用與呼吸作用的區(qū)別：光合作用與呼吸作用的區(qū)別：光合作用光合作用呼吸作用呼吸作用原料原料CO2、H2OO2、葡萄糖等有機(jī)物、葡萄糖等有機(jī)物產(chǎn)物產(chǎn)物O2、葡萄糖等有機(jī)物、葡萄糖等有機(jī)物CO2、H2O等等能量能量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換貯藏能量的過程貯藏能量的過程光能光能活躍的化學(xué)能活躍的化學(xué)能穩(wěn)穩(wěn)定的化學(xué)能定的化學(xué)能釋放能量的過程釋放能量的過程穩(wěn)定的化學(xué)能穩(wěn)定的化學(xué)能活躍活躍的化學(xué)能的化學(xué)能發(fā)生發(fā)生部位部位有葉綠體的細(xì)胞、葉綠體有葉綠體的細(xì)胞、葉綠體活細(xì)胞、線粒體、細(xì)活細(xì)胞、線粒體、細(xì)胞質(zhì)胞質(zhì)發(fā)生發(fā)生條件條件光照下才可發(fā)生光照下才可發(fā)生光下、暗處都可發(fā)生光下、暗處都可發(fā)生6.6.葉綠體和線粒體：葉綠體和線粒體：延長光合作用時(shí)間延長光合作用時(shí)間增加光合作用面積增加光合作用面積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強(qiáng)弱控制光照強(qiáng)弱控制光質(zhì)控制光質(zhì)控制溫度控制溫度控制控制COCO2 2供應(yīng)供應(yīng)控制必需礦質(zhì)元素供應(yīng)控制必需礦質(zhì)元素供應(yīng)控制控制H H2 2O O