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1、第4节 能量之源光与光合作用,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？,太阳光中有能量，我们制造出太阳能电池板可以捕获其中的能量并转化为电能。 绿色植物也能捕获并转化太阳光中的能量，那么，绿叶中通过什么物质或结构捕获并转化光能呢？,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,今天，下面的这个实验，主要目的是探究绿叶中含有
2、几种色素和学习对色素进行提取和分离的方法，并设法将这些色素分离开。,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.色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子随层析液在滤纸条上的扩散得快，溶解度低的色素分子随层析液在滤纸条上的扩散得慢，因而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：,提取色素,制备滤纸条,画滤液细线,分离色素,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
3、。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： 将适量的层析液倒入烧杯中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）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
4、的色素,2、色素的吸收光谱,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,叶绿素：吸收蓝紫光和红光,类胡萝卜素：吸收蓝紫光,叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱,注：因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片才呈现绿色。,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？,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,占
5、3/4,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,占3/4,吸收蓝紫光和红光,吸收蓝紫光,一、捕获光能的色素,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
6、结构堆叠而成。这些囊状结构称为类囊体。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。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：,叶绿体的被光束照射到的部位是光合作用的场所,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
7、合作用所必需的酶。,三、光合作用的探究历程,指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。,光合作用的概念,光合作用的实质,合成有机物，储存能量,阅读教材（101102），并回答下列问题：,1.英国的普利斯特利的意义和不足之处分别是？,3.德国植物学家萨克斯的实验过程及结果证明了什么？,4.鲁宾和卡门的同位素标记法的探究实验的过程及所证明的问题是什么？,三、光合作用的探究历程,2.荷兰科学家英格豪斯的实验结果是什么？德国科学家梅耶得出了什么结论？,五年后,1642年，海尔蒙特(J.B. van Helmont),柳树增重 74.47 kg 土壤减
8、少 0.06 kg,水分是建造植物体的唯一原料,2.5 Kg,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，所以有人认为植物也能使空气变污浊？,1.英国的普利斯特利的意义和不足之处分别是？,植物可以更新空气，但没有发现光的作用。,2.荷兰科学家英格豪斯的实验结果是什么？德国科学家梅耶得出了什么结论？,英格豪斯得出的结果：植物更新空气需要光，并且只有绿叶才有这个功能；梅耶：光能转变为化学能储存起来了。,光照（一半曝光， 一半遮光）,3.德国植物学家萨克斯的实验过程及结果证明了什么？,证明了光合作用的产物有淀粉的生成。,结果：曝光部分呈深蓝色，遮光部分无颜色变化,实验过程：,
9、绿叶,暗处理,碘蒸气处理,结论：,4.鲁宾和卡门的同位素标记法的探究实验的过程及所证明的问题是什么？,实验过程,证明的问题,光合作用释放的氧气来自于水。,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,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） + O2,2.
10、从人类对光合作用的探究历程来看，生物学的发展与物理学和化学有什么联系？与技术手段的进步有什么关系？试举例说明。,生物学的发展与物理学和化学的研究和进展关系很密切。例如： 到1785年，由于发现了空气的组成，人们才明确光合作用放出的气体是O2，吸收的是CO2 ； 鲁宾和卡门利用同位素标记法证明光合作用释放的气体O2是来自水，而不是来自CO2 ； 卡尔文用同位素示踪技术探明了CO2中的碳在光和作用中的转化成有机物中碳的途径。,4、光合作用化学反应式：,5、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,H
11、2O,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：,（还原剂）,ATP的合成：,光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中,场所：,条件：,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,CO2,五碳化合物 C5,CO2的固定,三碳化合物 2C3,C3的还原,叶绿体基质 多种酶,糖类,卡尔文循环,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
12、,O2,4H,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,基粒片层结构薄膜,叶绿体基质中,光 色素、酶、水、ADP Pi,H、ATP、酶、 CO2 、C5,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。,光反应,H2O 2 H
13、 + 1/2O2,水的光解：,光合磷酸化：,暗反应,总结：,原料和产物的对应关系：,（CH2O）,C,H,O,CO2,CO2,H2O,O2,H2O,能量的转移途径：,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,6、光合作用的实质,把二氧化碳和水合成糖类等有机物。,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。,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。,光能自养生物,化能合成作
14、用,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。,化能自养生物,所需的能量来源不同（光能、化学能）,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,无机物转变成有机物,有机物氧化分解成无机物,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、光合作用原理的应用,光合作用效率,1、光照强度,3、CO2
15、浓度,4、温度,5、水 （合理灌溉）,2、光质,影响光合作用效率的因素,光照强度,A,B,C,图中A点含义： B点含义： C点表示：,光照强度为0，只进行呼吸作用,光合作用与呼吸作用强度相等,光合作用强度不再随光照强度增强而增强，称为光饱和点,真正光合速率=净光合速率+呼吸速率,温度,CO2浓度,b:CO2的补偿点,c:CO2的饱和点,ab: CO2太低，农作物消耗光合产物； bc: 随CO2的浓度增加，光合作用强度增强； cd: CO2浓度再增加，光合作用强度保持不变； de: CO2浓度超过一定限度，将引起原生质体中毒或气孔关闭，抑制光合作用。,a,b,c,d,e,1、适当提高CO2的浓度
16、（温室大棚）； 2、增加光照时间和光照强度； 3、白天适当增加温度，夜间适当降低温度； 4、农作物间距合理，选择适当的光源等； 5、合理施肥，提供必要的矿物质元素； 6、合理灌溉，提供适当水分。,增加农作物产量的几点做法：,延长光合作用时间,增加光合作用面积,光能利用率,光合作用效率,( 轮作 ),( 合理密植：间种、套种 ),1、控制光照强度,2、适当补充CO2,3、适宜的温度,4、矿质元素（ 合理施肥）,5、水（ 合理灌溉）,实验原理： 利用真空渗入法排除叶内细胞间隙的空气，充以水分，使叶片沉于水中。在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小，而在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮，根据上浮所需的时间长短，即能比较光合作用的强弱。,探究环境因素对光合作用的影响,1、取3只小烧杯，分别倒入20ml富含二氧化碳的清
