能量之源光与光合作用全教程文件

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1、第4节能量之源 光与光合作用 地球上生物能量的最终来源 太阳能 问题探讨 有些蔬菜大棚内悬挂发红色或蓝色光的灯管 并且在白天也开灯 讨论 1 这种方法的好处是 不同颜色的光照对植物的光合作用会有影响吗 2 能否用绿光灯管来补充光源 为什么 正常幼苗能进行光合作用制造有机养料 白化苗不能进行光合作用 无法制造有机养料 因为有能捕获光能的色素 绿叶中的色素有哪些 其颜色各怎样 为什么叶绿素呈绿色 一 捕获光能的色素 实验 绿叶中色素的提取和分离 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 根据色素在层析液中溶解度不同 进而随层析液在滤纸上的扩散速

2、度不同 可用层析液将不同的色素分离 绿叶中色素的提取和分离 操作步骤 1 提取色素 2 制备滤纸条 3 画滤液细线 4 分离色素 5 观察与记录 实验 方法与步骤 1 提取色素 称取5g左右的绿叶 剪碎 放入研钵中 加少许的二氧化硅 充分研磨 和碳酸钙 中和细胞中的有机酸 防止色素被破坏 与10ml无水乙醇 在研钵中快速研磨 将研磨液进行过滤 2 制备滤纸条 将干燥的定性滤纸剪成滤纸条 将滤纸条的一端剪去两个角 并在距这端1cm处用铅笔画一条细的横线 3 画滤液细线 用毛细吸管吸取少量滤液 沿铅笔线均匀地画出一条细线 等滤液干后再画一两次 画线一定要细 直 齐 4 分离绿叶中的色素 有滤液细线

3、的一端朝下轻轻插入层析液中 随后用棉塞塞紧试管口 注意 不能让滤液细线接触层析液 防止色素溶解到层析液中而得不到清晰的色素带 实验结果 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 叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱 2 色素对光吸收的特点 叶绿素 主要吸收红光和蓝紫光 类胡萝卜素 主要吸收蓝紫光 问题探讨 有些蔬菜大棚内悬挂发红色或蓝色光的灯管 并且在白天也开灯 1 这种方法的好处是 不同颜色的光照对植物的光合作用会有影响吗 2 能否用绿光灯管来补充光源 为什么 可以提高光合作用强度 不同颜色的光会影响植物的光合作

4、用 不能 因为叶绿素基本上不吸收绿光 叶绿素 类胡萝卜素 叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素 叶黄素 蓝绿色 黄绿色 橙黄色 黄色 吸收蓝紫光和红光 吸收蓝紫光 一 捕获光能的色素 问题 这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位 二 叶绿体的结构 1817年 两位法国科学家首次从植物中分离出叶绿素 当时并不清楚叶绿素在植物细胞中的分布情况 1865年 德国植物学家萨克斯研究叶绿素在光合作用中的功能时 发现叶绿素并非普遍分布在植物的整个细胞中 而是集中在一个更小的结构里 后来人们称之为叶绿体 叶绿体结构模式图 外膜 内膜 基粒 基质 每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成 这些囊状结构称为类囊体

5、吸收光能的四种色素就分布在类囊体的薄膜上 而每个基粒都含有两个以上的类囊体 多者可达100个以上 各基粒间通过膜状结构相连 叶绿体内有如此多的基粒和类囊体 极大地扩大了受光面积 资料分析 叶绿体的功能 1 装片中好氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中 装片中好氧细菌分布在叶绿体所有受光部位的周围 氧是由叶绿体释放出来的 叶绿体是光合作用的场所 2 结论 被光束照射到的部位叶绿体是光合作用的场所 结论 现象 现象 没有空气黑暗 极细光束 完全光照 结论 叶绿体是进行光合作用的场所 它内部的巨大膜表面上 不仅分布着许多吸收光能的色素分子 还有许多进行光合作用所必需的酶 没有叶绿体的生物都无法进行光

6、合作用吗 结论 水分是植物建造自身的原料 17世纪海尔蒙特栽培的柳树实验 三 光合作用的探究历程 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 认为植物跟动物一样能使空气变污浊 这一结论引起人们的注意 1779年 荷兰的英格豪斯做了500多次植物更新空气的实验 结果发现 普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功 植物体只有绿叶才能更新空气 直到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 储存在什么物质中 1845年德国梅耶 1864年 德国植物学家萨克斯的实验 让一张叶片一半曝光一半遮光 绿叶在光下

7、制造淀粉 用碘蒸气处理这片叶 发现曝光的一半呈深蓝色 遮光的一半则没有颜色变化 光合作用释放的O2来自CO2还是H2O 结论 第一组 光合作用产生的O2来自于H2O H2180 C02 H20 C18O2 第二组 1802 02 1941年美国鲁宾和卡门实验 同位素标记法 结论 光合作用产生的有机物又是怎样合成的 最后由美国科学家卡尔文利用14C做试验研究 用14C标记的14CO2 供小球藻进行光合作用 然后追踪检测其放射性 最终探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径 这一途径称为卡尔文循环 在1961年获得诺贝尔化学奖 三 光合作用 指绿色植物通过叶绿体 利用光能 把二氧化碳和

8、水转化成储存着能量的有机物 并且释放出氧气的过程 光合作用的概念 光合作用的实质 合成有机物 储存能量 思考与讨论 1 光合作用的原料 产物 场所和条件是什么 其化学反应式是 原料 CO2和H2O 产物 糖类和O2 场所 叶绿体 条件 光酶 光合作用的反应式是 CO2 H2O CH2O O2 1 光合作用化学反应式 2 光合作用过程 1 光合作用分为哪几个阶段 分类依据是什么 2 每个阶段反应的条件 场所 物质变化 能量变化如何 四 光合作用的过程 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 ATP的合成 光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中 场所 条件

9、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 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 叶绿体基质多种酶 糖类 H 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 光合作用总过程 光合作用的第一阶段 必须有光才能进行 光合作用的第二阶段 有没有光都可以进行 光反应和暗反应的比较 场所 条件 物质变化 能量变化 光反应 暗反应 联系 叶绿体类囊体薄膜上 叶绿体

10、基质中 光色素 酶 多种酶 水的光解 ATP的生成 CO2的固定 C3的还原 光能 ATP中活跃的化学能 ATP中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 1 光反应为暗反应准备了还原剂 H 和能量ATP 2 暗反应为光反应补充消耗掉的ADP和Pi 原料和产物的对应关系 CH2O C H O CO2 CO2 H2O O2 H2O 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 from from from from 能量的转移途径 自养生物 以光为能源 以CO2和H2O 无机物 为原料合成糖类 有机物 糖类中储存着由光能转换来的能量 例如绿色植物 1 光能

11、自养生物 利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物 少数的细菌 如硝化细菌 2 化能自养生物 异养生物 只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动 例如人 动物 真菌及大多数的细菌 比较光合作用 呼吸作用 光 色素 酶 H2O和CO2 叶绿体 细胞质基质 线粒体 O2 酶 H2O C6H12O6 无机物 有机物 有机物 无机物 ATP中活跃化学能 光能 糖类等有机物中稳定化学能 C6H12O6等有机物稳定的化学能 ATP中活跃化学能和热能 合成有机物 储存能量 分解有机物 释放能量 光合作用为呼吸作用提供物质 有机物 O2 呼吸作用为光合作用提供原料 CO2 五 光合作用原理的应

12、用 1 光照强度 2 CO2浓度 3 温度 4 水和矿质元素 影响光合速率的因素 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 1 增加光照时间和光照强度 2 适当提高CO2的浓度 温室大棚 3 白天适当增加温度 夜间适当降低温度 4 合理施肥 提供必要的矿物质元素 5 合理灌溉 提供适当水分 6 农作物合理密植 间种 套种 增大光合作用面积 增加农作物产量的几点做法 1 叶绿体中的色素所吸收的光能 用于 和 形成的 和 提供给暗反应 2 光合作用的实质是 把 和 转变为有机物 把 转变成 贮藏在有机物中 3 在光合作用中 葡萄糖是在 中形成的

13、氧气是在 中形成的 ATP是在 中形成的 CO2是在 固定的 水的光解 形成ATP H ATP CO2 H2O 光能 化学能 暗反应 光反应 光反应 暗反应 练一练 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 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 1 在光合作用的暗反应过程中 没有被消耗掉的是 A H B C5化合物C ATPD CO2 B 2 与

14、光合作用光反应有关的是 H2O ATP ADP CO2A B C D A 3 将植物栽培在适宜的光照 温度和充足的C02条件下 如果将环境中C02含量突然降至极低水平 此时叶肉细胞内的C3化合物 C5化合物和ATP含量的变化情况依次是A 上升 下降 上升B 下降 上升 下降C 下降 上升 上升D 上升 下降 下降 C 4 光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段 下列说法正确的是 A 叶绿体类囊体膜上进行光反应和暗反应B 叶绿体类囊体膜上进行暗反应 不进行光反应C 叶绿体基质中可进行光反应和暗反应D 叶绿体基质中进行暗反应 不进行光反应 D 5 光合作用过程中 产生ADP和消耗ADP的部位在

15、叶绿体中依次为 外膜 内膜 基质 类囊体膜A B C D B 6 光合作用过程的正确顺序是 二氧化碳的固定 氧气的释放 叶绿素吸收光能 水的光解 三碳化合物被还原A B C D 7 在暗反应中 固定二氧化碳的物质是 三碳化合物 五碳化合物 氧气 8 在光照充足的环境里 将黑藻放入含有18O的水中 过一段时间后 分析18O放射性标记 最先 A 在植物体内的葡萄糖中发现B 在植物体内的淀粉中发现C 在植物体内的淀粉 脂肪 蛋白质中均可发现D 在植物体周围的空气中发现 D 9 某科学家用含有14C的CO2来追踪光合作用中的C原子 14C的转移途径是 A CO2叶绿体ATPB CO2叶绿素ATPC CO2乙醇糖类D CO2三碳化合物糖类 D 10 在光合作用过程中 能量的转移途径是A 光能ATP叶绿素葡萄糖B 光能叶绿素ATP葡萄糖C 光能叶绿素CO2葡萄糖D 光能ATPCO2葡萄糖 B