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1、一 寸 光 阴 不 可 轻,5.4能量之源光与光合作用学案 【学习目标】 1、 说明光合作用以及对它的认识过程,2、 尝试探究影响光合作用强度的环境因素 3、 说出光合作用原理的应用 4、 简述化能合成作用 【知识点导读】 一、光合作用的概念,光合作用是绿色植物通过 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。 （一） 光合作用的生物：绿色植物，此外还有蓝藻（原核生物） （二） 光合作用的场所：叶绿体 1、 结构：双层膜 基粒：由类囊体堆叠而成，含有与光合作用有关的酶和色素 基质：含有与光合作用有关的酶 2、 光合作用的色素和酶, 色素分布在叶绿
2、体的类囊体薄膜上，光合作用的酶分布在类囊体薄膜和叶绿 体基质中。 色素的作用是吸收，传递和转化光能，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光 吸收最少，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。 影响植物合成叶绿素的因素包括：光照，温度，必需元素 Mg,N,Fe.,二、光合作用的探究历程 直到 18 世纪中期，人们一直以为只有土壤中的水分是植物建造自身的原料。 1771 年，英国的普利斯特利的实验证实：植物可以更新因蜡烛燃烧或动物呼吸而 变得污浊的空气。,（3） 1779 年，荷兰的英格豪斯证明了 光 和 绿叶 在更新空气中不可缺少。,（4） 1864 年，德国的萨克斯的实验证实了光合作用的产物有 淀粉 。,（5）
3、 1880 年，恩杰尔曼的实验证明了光合作用释放的气体是 O2 且光合作用的场所是叶,绿体 。,（6） 1939 年，美国的鲁宾和卡门利用同位素标记 法证明了 光合作用释放的氧气来自,水 。,（7） 20 世纪 40 年代，美国的卡尔文利用同位素示踪技术最终探明了二氧化碳中的碳 在,光合作用中转化成 有机物中的碳 的途径。,普利斯特利的实验：,实验结论： 植物可以更新空气,英格豪斯的实验：,实验现象：实验一没有光照时， 小鼠死亡 ，有光照时， 小鼠不死亡 实验二没有光照时， 蜡烛不熄灭 ，有光照时， 蜡烛熄灭 。 实验结论： 植物只有在有光的条件下，才能更新空气,学习重点、难点,- 1 -,一
4、 寸 光 阴 不 可 轻,萨克斯实验：,实验现象：遮光部分未变为 蓝 色，未遮光部分被加入碘液变 蓝 色。 实验结论： 光合作用的产物除了氧气还有淀粉,延伸拓展：酒精是一种有机溶剂，它可以溶解叶绿体当中的叶绿素，为什么在萨克斯的 实验中需要用酒精对植物叶片进行脱色处理呢？溶解色素 恩格尔曼实验：,小知识：水绵具有细而长的叶绿体，在水绵中呈螺旋状分布；好氧菌喜欢聚集在氧气多 的地方。,实验现象：在黑暗无空气环境下，好氧细菌聚集在叶绿体被光束照射到的附近 部位；在 完全暴露在光下时，好氧菌分布在在叶绿体所有受光部位。 实验结论： 氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所,鲁宾、卡门实验：,实
5、验现象：当水用 18O 标记是，产生的氧气是： 18O ；当二氧化碳用 18O 标记时， 产生的氧气是 16O 。 实验结论： 光合作用产生的氧气来自水，而不是来自二氧化碳中的氧,三、光合作用的过程,（一） 光合作用的场所 ： 叶绿体（ 与光合作用有关的酶分布于基粒的,及基质中；光合作用色素分布于 类囊体薄膜上 ）,（二）光合作用的过程：,光反应阶段：部位： 类囊体薄膜,2,条件：光、色素、酶、H O 、ADP、Pi,过程： 水的光解： （为暗反应供 H 和供能）,物质变化,- 2 -,一 寸 光 阴 不 可 轻,ATP 的 形 成 （ 为 暗 反 应 供 能 ）,能量变化：光能 ATP 中活
6、跃的化学能,暗反应阶段：部位： 叶绿体基质 条件：多种酶，H，ATP，CO2，C5 过程： CO2 的固定：,C3 的还原： （H做还原剂，消耗 ATP，CH2O 指糖类） 能量变化：ATP 中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能,（3）光反应和暗反应的联系 光反应为暗反应的进行提供 H 和 ATP 。 暗反应为光反应的进行提供 ATP 和 Pi 。 总之，光反应和暗反应是两个既相互制约又紧密联系，是缺一不可的整体。 四、影响光合作用的因素及在生产实践中的应用 （一）影响光合作用的内部因素 (1)同一植物的不同生长发育阶段 根据植物在不同生长发育阶段光合作用速率不同，适时 适量地提供水肥及其他环
7、境条件，以使植物茁壮成长。 (2)同一叶片的不同生长发育时期 曲线分析：OA 段为幼叶，随幼叶的生长，叶面积不断增 大，叶内叶绿体、叶绿素含量不断增加，光合作用速率不断增加。AB 段为壮叶， 叶片的面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率也基本稳定。BC 段为老 叶，随着叶龄的增加，叶片内叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。,应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶，茎叶蔬菜及时换新叶，这,样可减少其细胞呼吸对有机物的消耗。 （二）影响光合作用的外部因素 （1）光的主要影响（光的波长，光照强度，光照时间均有影响）； 光质：叶绿体中的色素对复合光（白光）的吸收效率最高；单色光中主要吸 收红
8、光和蓝光，绿光吸收的最少。 应用：对温室大棚要用无色透明玻璃。,光照强度：植物的光合作用强度在一定范围内随着光照强度 的增加而增加， 但当 光照强度增加到一定程度时，植物的光合作用强度不再增强。,A 点：光照强度为 0，此时只进行细胞呼吸，释放 的 CO2 量表明此时的呼吸强度。（对应图 1） AB 段：随着光照强度加强，光合作用逐渐加强， CO2 释放量逐渐减少，一部分用于光合作用；为弱光条 件下呼吸作用强度光合作用强度（注意不括A、B 两点）。 对应图 2 B 点：呼吸作用释放的 CO2 全部用于光合作用，即光 合作用强度=呼吸作用强度，称 B 点对应的光照强度 为光补偿点。（植物白天的光
9、照强度在光补偿点以上，,植物才能正常生长）。此时限制光合作用的因素主要 是光照强度。净光合作用速率等于零。对应图 3 BC 段：光照强度不断增加，光合作用强度也增大。光 合作用强度大于呼吸作用强度。净光合作用速率=实际光 合作用速率呼吸作用速率。对应图 4 C 点：对应的光照强度为光饱和点，光合作用强度到 C 点以上就不再加强了，此时的光合作用强度是受暗反应系统中酶的活性和 CO2 浓度的限制。 总光合量、净光合量与呼吸量的关系可用公式表示： 总光合量=净光合量+呼吸量 光照时间：,物质变化,- 3 -,一 寸 光 阴 不 可 轻 （2）温度：温度主要是通过影响与光合作用有关酶的活性和气孔的开
10、闭而影响 光合作用速率。 应用：温室栽培可适当提高温度，也可适当降低温度。白天调到光合作用最适温,度，以提高光合作用速率；晚上适当降低温室的温度，以降低细胞呼吸，保证植 物有机物的积累。 （3）CO2 浓度： 曲线分析：图 1 和图 2 都表示 在一定范围内，光合作用速率随 CO2 浓度的增加而增大，但当 CO2 浓度增加到一定范围后，光合作 用速率不再增加。图 1 中 A 点表 示 CO2 补偿点，即光合作用速率 等于呼吸作用速率时的 CO2 浓 度，图 2 中 A点表示进行光合作用所需 CO2 的最低浓度。B 和 B点都表示 CO2 饱和点。应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增
11、施农家肥等增 大 CO2 浓度，提高光合作用速率。,应用：温室：燃烧液化石油气，使用二氧化碳发生器。,大田：确保良好通风；增施有机肥料；深施“碳铵” (NH4HCO3) （4）水：影响：水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔,关闭，限制 CO2 进入叶片，从而间接影响光合作用。应用：合理灌溉。,（5）矿质元素：（不足：光合作用不能顺利进行） N：光合酶及 NADP+和ATP 的重要组分 P：NADP+和 ATP 的重要组分；维持叶绿体正常 结构和功能,K：促进光合产物向贮藏器官运输Mg： 叶绿素的重要组分,曲线的含义：在一定浓度范围内，增大必需矿质 元素的供应，可提高光
12、合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过 高而导致植物渗透失水而萎蔫，从而导致光合作用速率下降。,应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时地、适量地增施肥料，可以,提高作物的光合作用。 （6）多因子对光合速率影响的分析：P 点时，限制光合作用速率的因素应为横 坐标所表示的因子；Q 点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合作用速 率的因子，要想提高光合作用速率，可适当提高图示中的其他因子。,六、化能合成作用：,1、利用体外环境中某些 无机物 氧化时释放出来的 能量 来制造有机物的物,质合成方式。如： 硝化细菌 ，不能利用光能，但能将土壤中的氨 NH3 氧化成,亚硝酸 HNO2，进而
13、将亚硝酸 HNO2 氧化成硝酸 HNO3，利用这两个化学反应释放出的,化学能，将二氧化碳和水合成糖类。,2、常见的生物： 硝化细菌 ，铁细菌，硫细菌等。这类细菌属于自养生物。,三、叶绿素的提取和分离实验,（一）实验原理： （ 1 ） 色素的提取： 绿叶中的色素能够溶解在_ 无水乙醇、 丙酮等有机溶剂_ 中。 （2）色素的分离：各种色素都能溶解在层析液中，但在层析液中的溶解度不同：溶解,度高的色素分子随层析液在滤纸条上扩散快，反之则慢，因而色素就会随着层析液在,滤纸条上的上的扩散而分离开。,（二）实验流程： （1）提取绿叶中的色素： 称取 5g 绿色叶片，先剪碎，再加入少许 碳酸钙 _和二氧化硅
14、,，然后加入 10mL,迅速 的研磨，然后过滤至试管中，用棉塞塞严试管口。,无水乙醇，并进行 充分 、 （2）制备滤纸条:,将干燥的定性滤纸剪成长和宽略小于试管的滤纸条，将滤纸条的一段剪去 两角，并在 距这一端 1cm 处用 铅笔画一条细且直的横线。 （3）画 滤液细线： 用毛细吸管吸取少量滤液；画线； 待滤液细线干 后，重复 23 次 (4) 分离绿叶中的色素：,- 4 -,一 寸 光 阴 不 可 轻,将 3mL 层析液倒入试管，插入滤纸条（有 滤液细线的一端朝下， 滤液细线不能触及 层析液），随后用棉塞塞紧试管。 (5) 观察现象：,橙黄色（ 胡萝卜素）黄色（ 叶黄素）蓝绿色（叶绿素 a
15、）黄绿色（叶绿素 b ） （三）实验注意事项 研磨时加入无水乙醇的作用是 溶解色素 。 研磨时加入二氧化硅的作用是 研磨充分 。 研磨时加入碳酸钙的作用是 防止在研磨过程中，叶绿素 受到破坏 研磨要迅速、充分的原因是 保证获得更多的色素，迅 速：防止溶剂挥发 。 过滤后，盛滤液的试管及时用棉塞将管口塞严的目的是 防止乙醇挥发 。 制备滤纸条时，要剪去两角的原因是 使色素在滤纸条上 扩散均匀。 画滤液细线的要求是 细且直 防止色素带重叠，使色素 分子均匀分布在一条直线上，做到扩散起点一致。重复划 23 次，是为了增加滤液细线上的色素分子数量，使实验 效果更加明显_。 分离时，一定不能让层析液没及
16、滤纸条上的滤液细线的原因是色素易溶解于层析液中，导致 色素带不清晰 分离后出现的色素带的宽度可以代表色素的 含量 。色素带与滤液细线的位置代表色素,的 溶 解度。在层析液中溶解度最高的色素： 胡萝卜素 ；溶解度最低的色素： 叶绿 素 b 含量最多的色素： 叶绿素 a ；含量最少的色素： 胡萝卜素 ；,【质疑区】,通过阅读教材，完成【知识点导读】之后，你存在什么样的疑惑或者问题，书写在下面的区,域，我们在课上的研讨以及展示环节共同完成,【检测区】,1在圆形滤纸的中央，点上绿叶色素的提取液进行层析，随着层析液从滤纸的中央向四周,扩 散 ， 形 成 四 个 色 素 环 带 ， 排 在 最 里 圈 的 色 素 是 ( ),A.橙黄色 B.黄绿色 C.蓝绿色 D.黄色,层析的结果：四条色素带从上往下依次为： 胡萝卜素，叶黄素，叶绿素 a，叶绿素 b 2 纸 层 析 法 分 离 叶 绿体色素时，滤纸条最上端的色素名称和颜色分别是 （
