5.4《能量之源——光与光合作用》

第四节能量之源——光与光合作用光能转化为化学能被细胞所吸收的过程称为光合作用。•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？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？第一课时捕获光能的色素•我们知道，玉米中有时会出现白化苗。白化苗由于不能进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。可见光合作用与细胞中的色素有关。绿叶中有哪些色素呢？叶绿体中色素的提取和分离【实验】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。提取色素：研磨，加少许的石英砂和碳酸钙无水乙醇，快速研磨将研磨液进行过滤剪碎叶片，放入研钵中制备滤纸条画滤液细线分离绿叶中的色素层析液实验结果：讨论：滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？宽窄如何？这说明了什么？2019/10/810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）绿叶中的色素一、绿叶中的色素色素的吸收光谱叶绿素溶液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类胡萝卜素溶液叶绿素：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：讨论：为什么不使用绿色的塑料薄膜或补充绿色光源？用红色或蓝色的塑料薄膜挂红色或蓝色的灯管问题：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。二.叶绿体基粒外膜内膜基质光合作用的场所—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叶绿体思考：•叶绿体的作用仅仅是吸收光能吗？实验材料：水绵好氧菌水绵结构恩吉尔曼实验1880年，(美）黑暗、无空气环境极细光束照射完全暴光好氧菌只集中在叶绿体被光束照射到的地方好氧菌集中在叶绿体所有受光部位光束完全暴光极细光束照射氧气是叶绿体释放出来的。叶绿体是光合作用的场所。光合作用需要光能结论:1、为什么水绵是合适的实验材料？2、他是如何控制实验条件的？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。A选用黑暗、无空气的环境：排除环境中光线和氧气的影响B选用极细的光束，并用好氧细菌检测，准确判断释放氧气的部位讨论：此实验在设计上有什么巧妙之处？分以下几个问题：C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。第二课时光合作用的原理和应用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，并且释放出氧气的过程。一光合作用的探究历程结论：水分是植物建造自身的原料。17世纪海尔蒙特栽培的柳树实验一段时间后一段时间后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？1779年，荷兰的英格豪斯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。到1785年，发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的是O2，吸收的是CO2。光能化学能储存在什么物质中？德国梅耶(1845年）1864年，德国萨克斯实验黑暗处理一昼夜让一张叶片一半曝光一半遮光绿叶在光下制造淀粉。用碘蒸气处理这片叶，发现曝光的一半呈深蓝色，遮光的一半则没有颜色变化。思考：目的是什么？为了使绿叶中原有的有机物消耗殆尽黑暗、无空气环境极细光束照射完全暴光好氧菌只集中在叶绿体被光束照射到的地方好氧菌集中在叶绿体所有受光部位光束完全暴光极细光束照射1880年恩格尔曼实验1880年恩格尔曼实验•结论：氧由叶绿体释放出来。叶绿体是光合作用的场所。•由叶绿体释放出来的氧气是来自于二氧化碳还是水呢？第一组光合作用产生的O2来自于H2O。H2180H20第二组1802021941年，美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）光合作用产生的有机物又是怎样合成的？C18O2C02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。年代科学家结论1664海尔蒙特水分是植物建造自身的原料1771普利斯特利植物可以更新空气1779英格豪斯只有在光照下只有绿叶才可以更新空气1845R.梅耶植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来1864萨克斯绿色叶片光合作用产生淀粉1880恩格尔曼氧由叶绿体释放出来。叶绿体是光合作用的场所。1939鲁宾卡门光合作用释放的氧来自水。20世纪40代卡尔文光合产物中有机物的碳来自CO2反应物、条件、场所、生成物CO2＋H2O（CH2O）＋O2光能叶绿体糖类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Pi＋ADPATP1光反应阶段光、色素、酶叶绿体内的类囊体薄膜上水的光解：2H2O4[H]+O2光能（还原剂）ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）ATP酶光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中[H]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C5CO2的固定三碳化合物2C3CO2的还原叶绿体基质多种酶H2O类囊体膜酶Pi＋ADPATP[H]糖类卡尔文循环2暗反应阶段CO2的固定：CO2＋C52C3酶CO2的还原：ATP[H]、ADP+Pi叶绿体的基质中ATP中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能2C3(CH2O)+C5酶糖类[H]、ATP、酶场所：条件：物质变化能量变化CO2五碳化合物C5CO2的固定三碳化合物2C3叶绿体基质多种酶糖类ATP[H]光反应2H2O→4[H]+O2+Pi+光能ATP酶ADP水的光解：ATP的合成：暗反应CO2的还原：2C3+[H](CH2O)+C5酶ATPCO2的固定：CO2+C5→2C3酶总结：联系比较光反应、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。CO2+H2O（CH2O)+O2光能叶绿体色素分子可见光C52C3ADP+PiATP2H2OO24[H]多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解能固定还原酶光反应暗反应3光合作用总过程：（1）原料和产物的对应关系：（CH2O）CHOCO2CO2H2OO2H2O（2）能量的转移途径：（3）碳的转移途径：光能ATP中活跃的化学能(CH2O)中稳定的化学能CO2C3（CH2O）4光合作用过程分析（4）氢的转移途径：H2O[H]（CH2O）（5）叶绿体处于不同条件下，C3、C5、[H]、ATP、(CH2O)的变化条件C3C5[H]、ATP(CH2O)停止光照、CO2供应不变增强光照、CO2供应不变光照不变、停止CO2供应光照不变、CO2供应增加减少减少增加增加减少或没有合成减少增加减少或没有合成增加增加增加减少减少或没有合成增加增加减少5光合作用实质把无机物转变成有机物，把光能转变成化学能，储存在有机物中。6光合作用意义a.是生物生存所需要有机物的最主要来源；b.保持大气中O2和CO2含量的基本稳定；c.对生物的进化有直接意义。1．绿色植物在暗处不能放出氧气是因为[]A．CO2的固定受阻B．三碳化合物的还原需要光C．水的分解不能进行D．五碳化合物的再生困难C课堂练习2、下列能正确表示光合作用整个过程中能量变化的是A、光能→ATP活泼的化学能→葡萄糖稳定的化学能B、光能→葡萄糖稳定的化学能→ATP活泼的化学能C、光能→ATP活泼的化学能D、光能→葡萄糖稳定的化学能A3.某科学家用含碳的同位素14C的二氧化碳追踪光合作用中碳原子在下列分子中的转移,最可能的途径是A.二氧化碳→叶绿素→ADPB.二氧化碳→叶绿素→ATPC.二氧化碳→三碳化合物→葡萄糖D.二氧化碳→酒精→葡萄糖C4、（04全国）离体的叶绿体在光照下进行稳定的光合作用时，如果突然中断CO2气体的供应，短时间内叶绿体中C3化合物与C5化合物相对含量的变化是（）A、C3化合物增加、C5化合物减少B、C3化合物增加、C5化合物减少C、C3化合物减少、C5化合物增加D、C3化合物减少、C5化合物减少C5、在光合作用实验中，如果所用的水中有0.20%的水分子含有18O，CO2中有0.68%的CO2分子含有18O，那么，植物进行光合作释放的O2中，含18O的比例为（）A、0.20%B、0.44%C、0.64%D、0.88%A6下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：①图中A是______,B是_______,它来自于______的分解。②图中C是_______，它被传递到叶绿体的______部位，用于____________________。③图中D是____，在叶绿体中合成D所需的能量来自______④图中G________,F是__________,J是_____________⑤图中的H表示_______，H为I提供__________光H2OBACDE+PiFGCO2JHIＯ2水[H]基质用作还原剂，还原C3ATP色素吸收的光能光反应[H]和ATP色素C5化合物C3化合物糖类温度CO2浓度水分光三影响光合作用速率的环境因素光合速率（光合强度）：某植物单位时间单位叶面积上吸收CO2的量或释放O2的量。AB段：A点：C点：B点：BC段：只进行细胞呼吸光合作用强度细胞呼吸强度光合作用强度=细胞呼吸强度光合作用强度细胞呼吸强度光合作用强度达到最大值（光补偿点）（光饱和点）DD点：1光照强度观察右图，思考各点和区段的含义。农业生产中的应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，注意间作套种时农作物种类的搭配。某植株在黑暗处每小时释放0.02molCO2，而光照强度为a的光照下(其他条件不变)，每小时吸收0.06molCO2，若在光照强度为1/2a的光照下总光合速度减半，则每小时吸收CO2的量为A．0molB．0.02molC．0.03molD．0.04mol2CO2浓度吸收CO2量释放CO2量OCO2浓度ABA点：CO2补偿点B点：CO2饱和点在光下CO2浓度为零时，叶片只有呼吸放出CO2。随着CO2浓度增高光合速率增加，当光合速率与呼吸速率相等时，外界环境中的CO2浓度即为CO2补偿点。当CO2浓度继续提高，光合速率随CO2浓度的增加变慢，当CO2浓度达到某一范围时，光合速率达到最大值，光合速率开始达到最大值时的CO2浓度被称为CO2饱和点。措施：⑴温室：①燃烧液化石油气，②使用二氧化碳发生器。⑵大田：①确保良好通风；②增施有机肥料；③深施“碳铵”(NH4HCO3)空气中CO2含量一般占330mg/L，与植物光合所需最适浓度（1000mg/L）相差太远。必须指出：增加CO2可以提高光合效率，但是无限制地在全球范围内提高CO2浓度，会产生“温室效应”3温度吸收CO2量O温度温度→酶活性→光合作用速率农业生产应用：适时播种；温室栽培植物时，白天适当升高温度