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1、5.4 能量之源光与光合作用,有些蔬菜大棚用红色或蓝色的塑料薄膜代替普通塑料薄膜，有的温室内悬挂发红色或蓝色的灯管。,1.用这种方法有什么好处？这样做对光合作用有影响吗？,2.为什么是用红色或蓝色的呢？用绿色的可以吗？,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,光能转化为化学能被细胞所吸收的过程称为光合作用。,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？,正常苗,白化苗,玉米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
2、，无法制造有机养料,这说明光合作用需要色素去捕获光能。,叶绿体中色素的提取和分离,【实 验】,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。,二、实验程序,方法与步骤：称取5g左右的鲜叶，剪碎，放入研钵中。加少许的石英砂（充分研磨）和碳酸钙 (防止研磨中色素被破坏)与10ml无水乙醇。在研钵中快速研磨。将研磨液进行过滤。,实验结果：,讨论：1.滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？宽窄
3、如何？这说明了什么？,2019/4/23,10,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,三、实验关键,1.选材时应注意选择鲜嫩、色浓绿、无浆汁的叶片。如菠菜叶、棉花叶、洋槐叶等。,2.画滤液细线时应以细、齐、直为标准，重复画线时必须等上次画线干燥后再进行，重复2-3次。,3.层析时不要让滤液细线触及层析液。,四、注意事项,1.因丙酮和层析液都是易挥发且有一定毒性的有机溶剂，所以研磨要快，收集的滤液要用棉塞塞住，层析时要加盖，尽量减少有机溶剂的挥发。,2.在研磨时要加少许二氧化硅，目的是为了
4、研磨充分，有利于色素的提取；加少许碳酸钙的目的是为了防止研磨过程中，叶绿体中的色素受到破坏。,3.分离色素时，一定不要让滤纸条上的滤液细线接触到层析液，这是因为色素易溶解在层析液中，导致色素带不清晰，影响实验效果。,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,叶绿素a和合叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶红素主要吸收蓝紫光。 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。,结论：,问题：这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位？,1817年，两位法国科学家首
5、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。,3.叶绿体,基粒,外膜,内膜,基质,2、光合作用的场所,类囊体,(有色素和酶),(含有酶),双层膜,有与光合作用有关的酶 类囊体增大膜面积的结构 有少量的DNA和RNA,叶绿体,水绵结构,水绵是常见的淡水藻类 每条水绵由许多个结构相同的长筒状细胞连接而成。 水绵很明显的特点是：叶绿体呈带状，螺旋排列在细胞里。,讨论：恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处？,（1）、用水绵作实验
6、材料，有细而长的带状叶绿体，螺旋状分布在细胞中，便于观察和分析研究。,（2）、将临时装片置于黑暗且没有空气的环境中，排除了环境中光线和O2的影响，从而确保实验能顺利进行。,（3）、用极细的光束照射，并且用好氧菌进行检测，能准确的判断水绵细胞中放O2 部位。,（4）、进行黑暗（局部光照）与曝光的对照实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。,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。,二、光合作用的原理和应用,1、光合作用的概念,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
7、的过程。,2、光合作用的本质,合成有机物，储存能量,光合作用的探究历程,普利斯特利的实验,结论：植物的物质积累不是来自于土壤，而是完全来源于水。,+74.4kg,0.1 kg,17世纪比利时 海尔蒙特 柳苗栽培实验,1771年普利斯特利实验,普利斯特利实验,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？,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。,英格豪斯实验（1779年）,此时，人们尚不了解植物吸收和放出的究竟是什么气体。,1785年，由于发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧
8、化碳,提出问题：,光能哪里去了？,1845年，德国科学家梅耶根据能量转化与守恒定律明确指出：植物进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来。,提出问题：,光能转换成化学能，贮存于什么物质中呢？,即植物在吸收水分和二氧化碳、释放氧气的过程中，还产生了什么物质呢？,一半曝光，一半遮光,在暗处放置几小的叶片,萨克斯（德）实验 1864,目的：消耗掉叶片中的营养物质,结论：光合作用的产物除氧气外还有淀粉,酒精脱色,同位素标记法：,科学家通过追踪 的化合物，可以弄清 的详细过程。这种方法叫做同位素标记法。,同位素标记,化学反应,第一组,光合作用产生的O2来自于H2O。,H2180,C02,H20,C18
9、O2,第二组,1802,02,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？,美国卡尔文,用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为卡尔文循环。,卡尔文循环,光合作用过程,光反应,暗反应,划分依据:反应过程是否需要光能,光反应在白天可以进行吗？夜间呢？ 暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？,有光才能反应,有光、无光都能反应,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：,（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
10、,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,比较光反应、暗反应,光反应阶段,暗反应阶段,条件,场所,物质变化,能量变化,光、色素、酶,不需光、酶、H、ATP,叶绿体类囊体膜,叶绿体基质中,水的光解； ATP的生成,CO2的固定； C3的还原,ATP中活 跃化学能,光能,ATP中活 跃化学能,有机物中稳 定化学能,光
11、反应是暗反应的基础，为暗反应提供H和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi 。,色素分子,可见光,C5,2C3,ADP+Pi,ATP,2H2O,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：,光反应,2H2O 4H +O2,水的光解：,ATP的合成 ：,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）,请分析光下的植物突然停止光照后，其体内的C5化合物和C3化合
12、物的含量如何变化？,停止光照,光反应停止,请分析光下的植物突然停止CO2的供应后，其体内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化？,H ,ATP,还原受阻,C3 ,C5 ,CO2 ,固定停止,C3 ,C5 ,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,光合作用原理的应用,影响光合作用
13、强度的因素？,CO2的浓度，光照的长短与强弱；光的成分；温度的高低、必需矿物质元素、水分等。,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。,叶龄（内因）,影响光合作用的因素,影响光合作用的因素,光照强度,应用： 间作套种,A,B,光照强度,O,阳生植物,阴生植物,B：光补偿点,C：光饱和点,C,光补偿点、光饱和点 ：阳生植物 阴生植物,D,一天的时间,光合作用效率,O,光照强度,12,13,11,光合作用效率与光照强度、时间的关系,A,B,C,D,E,10,15,14,温度,光合作用是在酶的催化下进行的，温度直接 影响酶的活性。一般植物在10
14、35下正 常进行光合作用。,3.CO2浓度,4、叶面积,N：光合酶和ATP的重要组分 P：ATP的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能 Mg：叶绿素的重要组分,5.矿质营养,多因子影响,光合作用条件改变后的各种变化(在光合作用过程中光照强度、二氧化碳浓度、温度、光质、水、矿质元素等都影响光合作用的进行，在此重点分析光照强度和二氧化碳浓度这两个因素变化时可引起H、ATP、C3、C5和CO2及（CH2O）合成量的变化。),光合作用与呼吸作用的区别：,化能合成作用,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,不能利
15、用CO2制造有机物，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。,化能合成作用,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。,光能自养生物,化能自养生物,所需的能量来源不同（光能、化学能）,2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量,硝化细菌,2HNO2+O2 2HNO3+能量,硝化细菌,CO2+H2O （CH2O）+ O2,能量,光合作用和化能合成作用的异同,把二氧化碳和水合成有机物,利用的是光能,利用的是化学能,体外环境中无机物氧化释放的能量,自养生物的类型,光能自养型生物,化能自养型微生物,绿色植物,光合细菌,如：硝化细菌,A,D,
