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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】学习重点、难点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 色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上
2、，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 （1） 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。（2） 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） 1880年，恩杰尔曼的实验
3、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 验在阳光下，密封的玻璃罩里一段时间后实验一 燃烧的蜡烛蜡烛熄灭小老鼠小鼠死亡实验二植物+燃烧的蜡烛不熄灭植物+小老鼠不死亡实验结论： 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
4、物只有在有光的条件下，才能更新空气 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 l 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： l 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：
5、实验现象：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 条件：光、色素、酶、H2O 、ADP、Pi 物质变化过程： 水的光解： （为暗反应供H和供能） ATP的形成 （为暗反应供能）能量变化：光能 ATP中活跃的化学能 暗反应阶段：部位： 叶绿体基质 条件：多种酶，H，ATP，CO2，C5过程： 物质变
6、化 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
7、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
8、 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2B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3BC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
9、光合作用速率=实际光合作用速率呼吸作用速率。对应图4C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：（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，
10、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
11、）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
12、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，
13、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 _，然后加入10mL无水乙醇，并进行 充分 、 迅速 的研磨，然后过滤至试管中，用棉塞塞严试管口。（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：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：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 橙黄色（ 胡萝卜素）黄色（ 叶黄素）蓝绿色（叶绿素a ）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
