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1、第第4节节 能量之源能量之源光与光合作用光与光合作用C一、捕获光能的色素和结构 1、实验：绿叶中色素的提取和分离 原理：叶绿体中的色素可以溶解在无水乙醇中，可以用来提取色素。色素在层析液中的溶解度不同，在滤纸上的扩散速度有差别，可以用来分离色素。方法与步骤：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 (中和细胞中的酸，防止镁从叶绿素分子中移出)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：实验结果：胡萝卜素胡萝卜素叶黄素叶黄素叶绿素叶绿素a叶绿素叶绿素b绿叶中的色素有绿叶中的色素有4 4种，可以归纳为两类：种，可以归纳为两类：绿叶中
2、的色素绿叶中的色素叶绿素叶绿素类胡萝卜素类胡萝卜素（含量约（含量约3/4）（含量约（含量约1/4）叶绿素叶绿素a（蓝绿色）（蓝绿色）叶绿素叶绿素b（黄绿色）（黄绿色）胡萝卜素（橙黄色）胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）叶黄素（黄色）叶绿素溶液叶绿素溶液吸收可见光，用于光合作用吸收可见光，用于光合作用2.2.色素的功能：色素的功能：色素的吸收光谱图色素的吸收光谱图 400 500 600 700nm 400 500 600 700nm 1001005050吸收光能百分比叶绿素类胡萝卜素可 见 光 区叶叶绿绿素素：吸吸收收蓝蓝紫紫光光和和红红光光类类胡胡萝萝卜卜素素：吸吸收收蓝蓝紫紫光光有些蔬菜大棚
3、用红色或蓝色的塑料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。内悬挂发红色或蓝色的灯管。1.1.用这种方法有什么好处？这样做对用这种方法有什么好处？这样做对光合作用有影响吗？光合作用有影响吗？2.2.为什么是用红色或蓝色的呢？用绿为什么是用红色或蓝色的呢？用绿色的可以吗？色的可以吗？叶绿素叶绿素a a和合叶绿素和合叶绿素b b主要吸收主要吸收蓝紫光蓝紫光和和红光红光，胡萝卜素和叶红素重要吸收胡萝卜素和叶红素重要吸收蓝紫光蓝紫光。注注：因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射：因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片才
4、呈现回来，所以叶片才呈现绿色绿色。 结论：结论：荧光现象：是指叶绿素在透射光下为绿色，而在反射光下为红色的现象，这红光就是叶绿素受光激发后发射的荧光。 背光源观察叶绿素提取液时，看到的是叶绿素分子受激发后所产生的发射光谱。当叶绿素分子吸收光子后，就由最稳定的、能量最低的基态提高到一个不稳定的、高能量的激发态。由于激发态不稳定，因此发射光波(此光波即为荧光)，消失能量，迅速由激发态回到基态。 18171817年，两位法国科学家首次从植物中分离年，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出叶绿素，当时并不清楚叶绿素在植物细胞中的分布情况。分布情况。 18651865
5、年，德国植物学家萨克斯研究叶绿素在年，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，后来人们称之为构里，后来人们称之为叶绿体叶绿体。3 3、叶绿体、叶绿体叶叶绿绿体体结结构构模模式式图图外膜外膜内膜内膜基粒基粒基质基质每个基粒都由一每个基粒都由一个个圆饼状的囊个个圆饼状的囊状结构堆叠而成。状结构堆叠而成。这些囊状结构称这些囊状结构称为类囊体。吸收为类囊体。吸收光能的四种色素光能的四种色素就分布在类囊体就分布在类囊体的薄膜上。的薄膜上。而每
6、个基粒都而每个基粒都含有两个以上含有两个以上的类囊体，多的类囊体，多者可达者可达100个以个以上。叶绿体内上。叶绿体内有如此多的基有如此多的基粒和类囊体，粒和类囊体，极大地扩大了极大地扩大了受光面积。受光面积。4 4、资料分析：叶绿体的功能、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，氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体叶绿体是光合作用的场所。是光合作用的场所。2结论：结论：叶绿体的被叶绿体的被光束照射到的部光束照射到的部位位是光合作用的场所是光合作用的场所结论：结论：现象：现象：没有没有空气空气黑暗黑暗
7、 极极 细细 光光 束束 完完 全全 光光 照照讨论：讨论：恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处？恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处？（1 1）、水绵的叶绿体呈）、水绵的叶绿体呈螺旋式带状螺旋式带状，便于观察，用，便于观察，用好氧细菌可确定释放氧气多的部位。好氧细菌可确定释放氧气多的部位。（2 2）、没有空气的黑暗环境排除了）、没有空气的黑暗环境排除了氧气和光氧气和光的干扰。的干扰。（3 3）、用极细的光束照射在叶绿体上可分为）、用极细的光束照射在叶绿体上可分为光照光照多和光照少多和光照少的部位，相当于一组对比实验的部位，相当于一组对比实验。（4 4）、进行黑暗（局部光照）与曝光的）、进行黑暗（
8、局部光照）与曝光的对照实验对照实验，再次验证实验结果。再次验证实验结果。结论结论:叶绿体叶绿体是进行光合作用的场所，它内部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的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的光能的色素分子色素分子，还有许多进行光合作，还有许多进行光合作用所必需的用所必需的酶酶。光合作用过程光合作用过程光反应光反应暗反应暗反应划分依据划分依据: :反应过程反应过程是否需要光能是否需要光能光反应在白天可以进行吗？夜间呢？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？暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？有光才能反应有光才能反应有光、无光有光、无光都能反
9、应都能反应H H2 2O O类囊体膜类囊体膜酶酶Pi ADPATP光反应阶段光反应阶段光、色素、酶光、色素、酶叶绿体内的叶绿体内的类囊体薄膜类囊体薄膜上上水的光解：水的光解：2H2O 4 H + O2光能光能（还原剂）（还原剂）ATP的合成：的合成：ADPPi 能量能量（光能光能） ATP酶酶光能光能转变为活跃的转变为活跃的化学能化学能贮存在贮存在ATP中中H场所：场所：条件：条件：能量变化能量变化物质变化物质变化进入叶绿进入叶绿体基质，体基质，参与暗反参与暗反应应供暗反应供暗反应使用使用CO2 2 五碳化合物五碳化合物 C5 CO2的的固定固定三碳化合物三碳化合物 2C3C C3 3的的还原
10、还原叶绿体基质叶绿体基质多种酶多种酶H H2 2O O类囊体膜类囊体膜酶酶Pi ADPATPH糖类糖类卡尔文循环卡尔文循环暗反应阶段暗反应阶段CO2的固定：的固定：CO2C5 2C3酶酶C3的还原：的还原：ATPH 、ADP+Pi叶绿体的叶绿体的基质基质中中 ATP中中活跃活跃的的化学能化学能转变为转变为糖类糖类等等 有机物中有机物中稳定稳定的的化学能化学能2C3 (CH2O)酶酶糖类糖类H 、ATP、酶、酶场所：场所：条件：条件：能量变化能量变化物质变化物质变化CO2 2 五碳化合物五碳化合物 C5 CO2的的固定固定三碳化合物三碳化合物 2C3叶绿体基质叶绿体基质多种酶多种酶糖类糖类ATP
11、HC5 联系联系比较光反应、暗反应比较光反应、暗反应光反应阶段光反应阶段暗反应阶段暗反应阶段条件条件场所场所物质变化物质变化能量变化能量变化光光、色素、酶、色素、酶不需光、酶、不需光、酶、H、ATP叶绿体叶绿体类囊体薄膜类囊体薄膜叶绿体叶绿体基质基质中中水水的光解；的光解； ATP的的生成生成CO2的固定；的固定； C3的还原的还原 ATP中活中活 跃化学能跃化学能光能光能ATP中活中活 跃化学能跃化学能有机物中稳有机物中稳定化学能定化学能光反应是暗反应的基础，为暗反应提供光反应是暗反应的基础，为暗反应提供HH和和ATPATP，暗反应是光反应的继续，为光反应提供暗反应是光反应的继续，为光反应提
12、供ADPADP和和PiPi。 CO2+ H2O （CH2O）+O2光能光能叶绿体叶绿体化能合成作用化能合成作用自养生物自养生物 以以光光为能源，以为能源，以CO2和和H2O（无机物无机物）为原料合成糖类）为原料合成糖类（有机物有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。例如），糖类中储存着由光能转换来的能量。例如绿绿色植物色植物。异养生物异养生物 只能利用环境中只能利用环境中现成的有机物现成的有机物来维持自身的生命活动。来维持自身的生命活动。例如例如人、动物、真菌及大多数的细菌人、动物、真菌及大多数的细菌。化能合成作用化能合成作用 利用环境中某些利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量无机物氧化时
13、所释放的能量来制造来制造有机物。少数的有机物。少数的细菌，如硝化细菌细菌，如硝化细菌。光能自养生物光能自养生物化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）所需的能量来源不同（光能、化学能）1.1.叶绿体中的色素所吸收的光能，用于叶绿体中的色素所吸收的光能，用于_ _ 和和_;_;形成的形成的_和和_ _ 提供给暗反应。提供给暗反应。2.2.光合作用的实质是：把光合作用的实质是：把_和和_转变为有转变为有机物，把机物，把_转变成转变成_,_,贮藏在有机物中。贮藏在有机物中。3.3.在光合作用中，葡萄糖是在在光合作用中，葡萄糖是在_中形成的，中形成的，氧气是在氧气是在_中形成的，中形
14、成的，ATPATP是在是在_中形中形成的，成的，CO2CO2是在是在_固定的。固定的。水的光解水的光解形成形成ATPHATPCO2H2O光能光能化学能化学能暗暗反应反应光反应光反应光反应光反应暗暗反应反应下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：图中图中A A是是_,B_,B是是_,_,它来自于它来自于_的分解。的分解。图中图中C C是是_，它被传递到叶绿体的，它被传递到叶绿体的_部位，用于部位，用于_ 。图中图中D D是是_，在叶绿体中合成，在叶绿体中合成D D所需的能量来自所需的能量来自_图中图中G_,FG_,F是是_,J_,J是是_图中的图中的H H表示表示_， H H为为I I提供提供_光光H2OBACDE+PiFGCO2JHI2水水H基质基质用作还原剂，还原用作还原剂，还原C3ATP色素吸收色素吸收的光能的光能光反应光反应H和和ATP色素色素C5化合物化合物C3化合物化合物糖类糖类
