高中生物必修一第五章第四節(jié)能量之源-光與光合作用

第五節(jié)能量之源——

光與光合作用有些蔬菜大棚用紅色或藍(lán)色的塑料薄膜代替普通塑料薄膜，有的溫室內(nèi)懸掛發(fā)紅色或藍(lán)色的燈管。1.用這種方法有什么好處？這樣做對(duì)光合作用有影響嗎？2.為什么是用紅色或藍(lán)色的呢？用綠色的可以嗎？可以提高光合作用強(qiáng)度；不同顏色的光會(huì)影響植物的光合作用。不能；因?yàn)槿~綠素根本上不吸收綠光1.用這種方法有什么好處？這樣做對(duì)光合作用有影響嗎？2.為什么是用紅色或藍(lán)色的呢？用綠色的可以嗎？可以提高光合作用強(qiáng)度；不同顏色的光會(huì)影響植物的光合作用。不能；因?yàn)槿~綠素根本上不吸收綠光

太陽(yáng)光中有能量，我們制造出太陽(yáng)能電池板可以捕獲其中的能量并轉(zhuǎn)化為電能。綠色植物也能捕獲并轉(zhuǎn)化太陽(yáng)光中的能量，那么，綠葉中通過什么物質(zhì)或結(jié)構(gòu)捕獲并轉(zhuǎn)化光能呢？葉綠體中色素的提取和別離【實(shí)驗(yàn)】一、實(shí)驗(yàn)原理1.葉綠體中的色素能溶解在有機(jī)溶劑無水乙醇中，所以用無水乙醇可提取葉綠體中色素。2.色素在層析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子隨層析液在濾紙條上的擴(kuò)散得快，溶解度低的色素分子隨層析液在濾紙條上的擴(kuò)散得慢，因而可用層析液將不同的色素別離。提取色素：別離:研磨：加少許的石英砂和碳酸鈣無水乙醇，快速研磨將研磨液進(jìn)行過濾剪碎葉片，放入研缽中二、實(shí)驗(yàn)步驟1毛細(xì)吸管濾液干濾液細(xì)線濾液細(xì)線實(shí)驗(yàn)結(jié)果：討論：1.濾紙條上有幾條不同顏色的色帶？其排序怎樣？寬窄如何？這說明了什么？2024/3/610葉綠素類胡蘿卜素〔含量約3/4〕〔含量約1/4〕葉綠素a〔藍(lán)綠色〕葉綠素b〔黃綠色〕胡蘿卜素〔橙黃色〕葉黃素〔黃色〕綠葉中的色素三、實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵1.選材時(shí)應(yīng)注意選擇鮮嫩、色濃綠、無漿汁的葉片。如菠菜葉、棉花葉、洋槐葉等。2.畫濾液細(xì)線時(shí)應(yīng)以細(xì)、齊、直為標(biāo)準(zhǔn)，重復(fù)畫線時(shí)必須等上次畫線枯燥后再進(jìn)行，重復(fù)2-3次。3.別離色素時(shí)，一定不要讓濾紙條上的濾液細(xì)線接觸到層析液，這是因?yàn)樯匾兹芙庠趯游鲆褐校瑢?dǎo)致色素帶不清晰，影響實(shí)驗(yàn)效果。四、本卷須知1.因丙酮和層析液都是易揮發(fā)且有一定毒性的有機(jī)溶劑，所以研磨要快，收集的濾液要用棉塞塞住，層析時(shí)要加蓋，盡量減少有機(jī)溶劑的揮發(fā)。2.在研磨時(shí)要加少許二氧化硅，目的是為了研磨充分，有利于色素的提取；加少許碳酸鈣的目的是為了防止研磨過程中，葉綠體中的色素受到破壞。2、色素的吸收光譜葉綠素溶液葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光類胡蘿卜素溶液葉綠素：吸收藍(lán)紫光和紅光類胡蘿卜素：吸收藍(lán)紫光葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜葉綠素a和合葉綠素b主要吸收藍(lán)紫光和紅光，胡蘿卜素和葉紅素主要吸收藍(lán)紫光。注：因?yàn)槿~綠素對(duì)綠光吸收最少，綠光被反射回來，所以葉片才呈現(xiàn)綠色。結(jié)論：?jiǎn)栴}：這些捕獲光能的色素存在于細(xì)胞中的什么部位？1817年，兩位法國(guó)科學(xué)家首次從植物中別離出葉綠素，當(dāng)時(shí)并不清楚葉綠素在植物細(xì)胞中的分布情況。1865年，德國(guó)植物學(xué)家薩克斯研究葉綠素在光合作用中的功能時(shí)，發(fā)現(xiàn)葉綠素并非普遍分布在植物的整個(gè)細(xì)胞中，而是集中在一個(gè)更小的結(jié)構(gòu)里，后來人們稱之為葉綠體。3.葉綠體葉片中的葉肉細(xì)胞綠葉回憶

葉肉細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖

葉綠體亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖捕捉光能的色素存在于細(xì)胞中的什么部位？討論：恩格爾曼實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)上有什么巧妙之處？〔1〕、用水綿作實(shí)驗(yàn)材料，有細(xì)而長(zhǎng)的帶狀葉綠體，螺旋狀分布在細(xì)胞中，便于觀察和分析研究?！?〕、將臨時(shí)裝片置于黑暗且沒有空氣的環(huán)境中，排除了環(huán)境中光線和O2的影響，從而確保實(shí)驗(yàn)?zāi)茼樌M(jìn)行?！?〕、用極細(xì)的光束照射，并且用好氧菌進(jìn)行檢測(cè)，能準(zhǔn)確的判斷水綿細(xì)胞中放O2部位?！?〕、進(jìn)行黑暗〔局部光照〕與曝光的對(duì)照實(shí)驗(yàn)，從而明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全是由光照引起的。結(jié)論:葉綠體是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所，它內(nèi)部的巨大膜外表上，不僅分布著許多吸收光能的色素分子，還有許多進(jìn)行光合作用所必需的酶。二、光合作用的原理和應(yīng)用1、光合作用的概念指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過程。2、光合作用的實(shí)質(zhì)合成有機(jī)物，儲(chǔ)存能量光合作用的探究歷程結(jié)論：水分是植物建造自身的原料。17世紀(jì)海爾蒙特栽培的柳樹實(shí)驗(yàn)一段時(shí)間后一段時(shí)間后1771年普利斯特利實(shí)驗(yàn)普利斯特利實(shí)驗(yàn)結(jié)論：植物可以更新空氣有人重復(fù)了普利斯特利的實(shí)驗(yàn)，得到相反的結(jié)果，所以有人認(rèn)為植物也能使空氣變污濁？1779年，荷蘭的英格豪斯

普利斯特利的實(shí)驗(yàn)只有在陽(yáng)光照射下才能成功；植物體只有綠葉才能更新空氣。

到1785年，發(fā)現(xiàn)了空氣的組成，人們才明確綠葉在光下放出的是O2，吸收的是CO2。水二氧化碳氧氣光？光能化學(xué)能儲(chǔ)存在什么物質(zhì)中？德國(guó)梅耶1864年，薩克斯(德)的實(shí)驗(yàn)〔置于暗處幾小時(shí)〕思考：目的是什么？一半遮光一半曝光為了使綠葉中原有的有機(jī)物消耗殆盡1864年，〔德〕薩克斯的實(shí)驗(yàn)綠色葉片中光合作用中產(chǎn)生了淀粉1864年，德國(guó)薩克斯實(shí)驗(yàn)黑暗處理一晝夜讓一張葉片一半曝光一半遮光綠葉在光下制造淀粉。用碘蒸氣處理這片葉，發(fā)現(xiàn)曝光的一半呈深藍(lán)色，遮光的一半那么沒有顏色變化。光合作用釋放的O2來自CO2還是H2O？結(jié)論第一組光合作用產(chǎn)生的O2來自于H2O。H2180C02H20C18O2第二組180202美國(guó)魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)〔同位素標(biāo)記法〕結(jié)論光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物又是怎樣合成的？美國(guó)卡爾文用14C標(biāo)記14CO2，供小球藻進(jìn)行光合作用，探明了CO2中的C的去向，稱為卡爾文循環(huán)。年代科學(xué)家結(jié)論1664海爾蒙特水分是植物建造自身的原料1771普利斯特利植物可以更新空氣1779英格豪斯只有在光照下只有綠葉才可以更新空氣1845R.梅耶植物在光合作用時(shí)把光能轉(zhuǎn)變成了化學(xué)能儲(chǔ)存起來1864薩克斯綠色葉片光合作用產(chǎn)生淀粉1880恩格爾曼氧由葉綠體釋放出來。葉綠體是光合作用的場(chǎng)所。1939魯賓卡門光合作用釋放的氧來自水。20世紀(jì)40代卡爾文光合產(chǎn)物中有機(jī)物的碳來自CO2光合作用的定義

綠色植物通過葉綠體，利用光能，把CO2和H2O轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存能量的有機(jī)物，并釋放出O2的過程?？偨Y(jié)光合作用的反應(yīng)式反響物、條件、場(chǎng)所、生成物CO2＋H2O〔CH2O〕＋O2光能葉綠體糖類光合作用過程光反響暗反響劃分依據(jù):反響過程是否需要光能光反響在白天可以進(jìn)行嗎？夜間呢？暗反響在白天可以進(jìn)行嗎？夜間呢？有光才能反響有光、無光都能反響H2O類囊體薄膜酶Pi

＋ADPATP光反響階段光、色素、酶葉綠體內(nèi)的類囊體薄膜上水的光解：H2O[H]+O2光能〔復(fù)原劑〕ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）ATP酶光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛顫姷幕瘜W(xué)能貯存在ATP中[H]場(chǎng)所：條件：物質(zhì)變化能量變化進(jìn)入葉綠體基質(zhì)，參與暗反響供暗反響使用CO2

五碳化合物

C5

CO2的固定三碳化合物2C3C3的復(fù)原葉綠體基質(zhì)多種酶H2O類囊體膜酶Pi

＋ADPATP[H]糖類卡爾文循環(huán)暗反響階段CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的復(fù)原：ATP[H]、ADP+Pi葉綠體的基質(zhì)中

ATP中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惖?/p>

有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能2C3(CH2O)酶糖類[H]、ATP、酶場(chǎng)所：條件：物質(zhì)變化能量變化CO2

五碳化合物

C5

CO2的固定三碳化合物2C3葉綠體基質(zhì)多種酶糖類ATP[H]

聯(lián)系比較光反響、暗反響光反響階段暗反響階段條件場(chǎng)所物質(zhì)變化能量變化光、色素、酶不需光、酶、[H]、ATP葉綠體類囊體膜葉綠體基質(zhì)中水的光解；ATP的生成CO2的固定；C3的復(fù)原

ATP中活躍化學(xué)能光能ATP中活躍化學(xué)能有機(jī)物中穩(wěn)定化學(xué)能光反響是暗反響的根底，為暗反響提供[H]和ATP，暗反響為光反響提供ADP和Pi。

CO2+H2O（CH2O)+O2光能葉綠體色素分子可見光C52C3ADP+PiATP2H2OO24[H]多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解能固定復(fù)原酶光反響暗反響光合作用總過程：光反響H2O→2[H]+1/2O2+Pi+光能ATP酶ADP水的光解：ATP的合成

：暗反響CO2的還原：

2C3+[H](CH2O)+C5酶ATPCO2的固定：

CO2+C5→2C3酶總結(jié)：原料和產(chǎn)物的對(duì)應(yīng)關(guān)系：〔CH2O〕CHOCO2CO2H2OO2H2O能量的轉(zhuǎn)移途徑：碳的轉(zhuǎn)移途徑：光能ATP中活潑的化學(xué)能(CH2O)中穩(wěn)定的化學(xué)能CO2C3〔CH2O〕以下圖是光合作用過程圖解，請(qǐng)分析后答復(fù)以下問題：①圖中A是______,B是_______,它來自于______的分解。②圖中C是_______，它被傳遞到葉綠體的______部位，用于____________________

。③圖中D是____，在葉綠體中合成D所需的能量來自______④圖中G________,F是__________,J是_____________⑤圖中的H表示_______，H為I提供__________光H2OBACDE+PiFGCO2JHIＯ2水[H]基質(zhì)用作復(fù)原劑，復(fù)原C3ATP色素吸收的光能光反響[H]和ATP色素C5化合物C3化合物糖類光合作用原理的應(yīng)用影響光合作用強(qiáng)度的因素？CO2的濃度，光照的長(zhǎng)短與強(qiáng)弱；光的成分；溫度的上下、必需礦物質(zhì)元素、水分等。例：適當(dāng)提高CO2的濃度〔溫室大棚〕，增加光照時(shí)間和