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第4节能量之源——光与光合作用1．知识：(1)说出绿叶中色素的种类和作用；(2)说出叶绿体的结构和功能；(3)说明光合作用以及对它的认识过程；(4)影响光合作用强度的环境因素；(5)说出光合作用原理的应用；(6)简述化能合成作用。2．情感态度与价值观：通过叶绿体结构和功能相统一，光合作用中物质代谢和能量代谢相关联的学习，培养“结构与功能统一、局部与整体统一”的生物学观点。3．能力：(1)通过光合作用的科学发现过程，培养综合利用各学科的成果和研究手段，进行科学思维和分析问题的能力；(2)培养实验操作能力和分析实验中各种现象的能力。4．重点与难点：(1)绿叶中色素的种类和作用；(2)光合作用的发现和研究历史；(3)光合作用的光反应、暗反应的过程及相互关系；(4)影响光合作用强度的环境因素。(一)问题探讨1．用这种方法可以提高光合作用强度。因为叶绿素吸收最多的是光谱中的蓝紫光和红光。不同颜色的光照对植物的光合作用会有影响。2．因为叶绿素对绿光吸收最少，所以不使用绿色的塑料薄膜或补充绿色光源。(二)实验1．滤纸条上有4条不同颜色的色带，从上往下依次为：胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色)。这说明绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散的快慢也不一样。2．滤纸上的滤液细线如果触到层析液，细线上的色素就会溶解到层析液中，就不会在滤纸上扩散开来，实验就会失败。(三)资料分析1．恩格尔曼实验的结论是：氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。2．提示：实验材料选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用好氧细菌可确定释放氧气多的部位；没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果，等等。3．叶绿素是进行光合作用的场所。(四)旁栏思考题提示：持这种观点的人，很可能是在无光条件下做的这个实验。无光时，植物不进行光合作用，只进行细胞呼吸，所以没有释放氧气，而是释放二氧化碳，也就是使空气变污浊了。(五)思考与讨论11．光合作用的原料是二氧化碳和水，产物是糖类和氧气，场所是叶绿体，条件是要有光，还需要多种酶等。光合作用的反应式是：2．提示：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的研究进展关系很密切。例如，直到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，吸收的是二氧化碳，这个事例说明生物学的发展与化学领域的研究进展密切相关。又如，鲁宾和卡门利用同位素示踪法证明光合作用释放的氧气来自水，而不是来自二氧化碳；卡尔文用同位素示踪技术探明了二氧化碳中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，都说明在科学发展的进程中，相关学科的互相促进，以及技术手段的进步对科学发展的推动作用。(六)思考与讨论2光合作用的过程对比项目光反应阶段暗反应阶段所需条件必须有光有光无光均可进行场所类囊体的薄膜上叶绿体内的基质中物质变化H2O分解成O2和[H]；形成ATP二氧化碳被固定；C3被[H]还原，最终形成糖类；ATP转化为ADP和Pi能量转换光能转变为化学能，储存在ATP中ATP中的化学能转化为糖类中储存的化学能2.物质联系：光反应阶段产生的[H]，在暗反应阶段用于还原C3；能量联系：光反应阶段生成的ATP，在暗反应阶段中将其储存的化学能释放出来，帮助C3形成糖类，ATP中的化学能则转化为储存在糖类中的化学能。一、捕获光能的色素：1．绿叶中色素的提取和分离(1)可以利用________提取绿叶中的色素，在研磨时还应加入少许________和________，其中前者有助于研磨充分，后者可防止研磨中________。(2)分离的原理是利用色素在层析液中的溶解度不同，________的在滤纸上扩散得快，反之则慢。(3)层析中，在滤纸条上会呈现四条色素带，它们的颜色自上而下依次是________、黄色、________、黄绿色。2．色素的种类和吸收光谱。色素中的叶绿素主要吸收________；类胡萝卜素主要吸收________。二、叶绿体的结构和功能1．结构：一般呈扁平的椭球形成或球形，外表具________，内部有基粒和________，基粒是由________堆叠而成。吸收光能的色素分布于________，与光合作用有关的酶分布在________。2．功能：是进行________的场所。三、光合作用的探究历程1．1864年，德国的萨克斯的实验证实了光合作用的产物有________。2．1939年，美国的鲁宾和卡门利用________证明了________________。3．20世纪40年代，美国的卡尔文，利用________技术最终探明了______在光合作用中转化成________的途径。四、光合作用的过程及应用1．光反应(1)场所：叶绿体的________上。(2)条件：________、色素、酶等。(3)物质变化：将水分解为________，将ADP和Pi合成ATP。(4)能量变化：光能转变为________。2．暗反应(1)场所：叶绿体的________中。(2)条件：酶、[H]、ATP。(3)物质变化：a．CO2的固定：C5＋CO2→________；b.C3的还原：C3＋[H]＋ATP→________。(4)能量变化：ATP中活跃的化学能转变为________。五、化能合成作用1．概念：某些细菌能够利用体外环境中的某些________氧化时所释放的能量来制造________的合成作用。2．实例：硝化细菌能利用________时所释放的化学能，将________合成糖类。3．绿色植物和硝化细菌都能合成有机物，因此属于________生物，而人、动物、真菌及大多数细菌只能利用环境中现成的有机物，属于________生物。答案：一、1.(1)无水乙醇SiO2CaCO3色素被破坏(2)溶解度大的(3)橙黄色蓝绿色2．红光和蓝紫光蓝紫光二、1.双层膜基质类囊体类囊体薄膜叶绿体内的膜表面上2.光合作用三、1.淀粉2.同位素标记法光合作用释放的氧气来自水3.放射性同位素标记CO2有机物中碳四、1.(1)类囊体薄膜(2)光照(3)[H]和O2(4)活跃的学能2．(1)基质(3)2C3C6H12O6(4)稳定的化学能五、1.无机物有机物2.氨二氧化碳和水3.自养异养实验原理绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。绿叶中的色素不只一种，它们都能溶解在层析液中。然而，它们在层析液中的溶解度不同：溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。这样，几分钟之后，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。目的要求(1)进行绿叶中色素的提取和分离。(2)探究绿叶中含有几种色素。材料用具新鲜的绿叶(如菠菜的绿叶)干燥的定性滤纸，试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管，剪刀，药勺，量筒(10mL)，天平。无水乙醇(如果没有无水乙醇，也可用体积分数为95%的乙醇，但要加入适量的无水碳酸钠，以除去乙醇中的水分)，层析液(由20份在60℃～90℃下分馏出来的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成。93号汽油也可代用)，二氧化硅和碳酸钙。方法步骤(1)提取绿叶中的色素①称取5g的绿叶，剪碎，放入研钵中。②向研钵中放入少许二氧化硅和碳酸钙，再加入10mL无水乙醇，进行迅速、充分的研磨。(二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。)③将研磨液迅速倒入玻璃漏斗(漏斗基部放一块单层尼龙布)中进行过滤。将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。(2)制备滤纸条将干燥的定性滤纸剪成长与宽略小于试管长与宽的滤纸条，将滤纸条的一端剪去两角，放入试管下端，并在距这一端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。待滤液干后，再画一两次。滤液细线不仅要细、直，而且含有比较多的色素(可以画两三次)。(4)分离绿叶中的色素将3mL层析液倒入试管中，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，不能让滤液细线触及层析液。(也可用小烧杯代替试管，用培养皿盖住小烧杯。)(5)观察与记录实验结果：几分钟后，取出滤纸条干燥，此时滤纸条上出现四条色素带，从上向下依次是橙黄色的胡萝卜素、黄色的叶黄素、蓝绿色的叶绿素a、黄绿色的叶绿素b。注意：①在研磨绿叶过程中加入二氧化硅，是为了增加杵棒与研钵之间的摩擦力，使之研磨充分，否则叶绿体中的色素就不可能被充分提取出来，叶绿素分子很容易分解，在研磨过程中破坏了细胞的结构，细胞液中的有机酸释放出来，很容易破坏叶绿素分子。为了缓冲研磨液的pH，中和释放出来的有机酸，防止破坏叶绿素分子，在研磨过程中要加入碳酸钙。②实验用的丙酮等有机溶剂有毒且容易挥发，使用时要注意。如研磨时要用纸盖住研钵；盛滤液的小试管用棉塞塞紧；层析时要用培养皿盖盖上烧杯，都是为了防止有毒物质的挥发。为避免过多吸入层析液中的挥发性物质，本实验应在通风条件下进行。实验结束后，要用肥皂将手洗净。③将滤纸条插入层析液时，一定不能让滤纸条的滤液细线触及层析液，否则，滤液细线中的色素分子将溶解在层析液中，使实验失败。实验小结本实验通过叶绿体中色素的提取和分离实验，证明了叶绿体色素的种类、颜色和在色素带的位置。叶绿素a蓝绿色位于层析图谱的中下层，呈蓝绿色叶绿素b黄绿色位于层析图谱的最下层，呈黄绿色胡萝卜素橙黄色位于层析图谱的最上层，呈橙黄色叶黄素黄色位于层析图谱的中上层，呈黄色1下列有关“叶绿体色素的提取和分离”的实验叙述正确的是()A．加入碳酸钙防止滤液挥发B．用NaCl溶液提取叶片中的色素C．用无水酒精或丙酮分离滤液中的色素D．加入二氧化硅(石英砂)有利于充分研磨解析：本题考查实验中药品和试剂的作用。加入碳酸钙的目的是防止叶绿素被有机酸破坏掉；色素的提取利用的是无水乙醇；色素的分离利用的是层析液；加入二氧化硅是使研磨更充分。答案：D在进行叶绿体色素提取和分离的实验中，不能让层析液没及滤液细线的原因是()A．滤纸上的几种色素会扩散不均而影响实验效果B．滤纸上的滤纸细线会变粗而使色素带相互重叠C．色素会溶解在层析液中，在滤纸上达不到层析效果D．会导致不同色素随层析液在滤纸上扩散的速度不同答案：C解析：若层析液没及了滤液细线，会使色素溶解在层析液中，使层析效果不明显。1.叶绿体的结构在电子显微镜下观察，可以看到叶绿体有双层膜，内部有许多基粒，基粒与基粒之间充满了基质，基质中含各种与光合作用有关的酶。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的四种色素分布在囊状结构薄膜上。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，极大地增加了膜面积。2．叶绿体的功能吸收、传递、贮存光能，合成有机物。3．叶绿体存在的部位绿色植物的绿色部位。也就是说，并不是每个植物细胞都有叶绿体存在。2叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，下面有关叶绿体的叙述正确的是()A．叶绿体中的色素都分布在囊状结构的膜上B．叶绿体中的色素分布在外膜和内膜上C．光合作用的酶只分布在叶绿体基质中D．光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上解析：叶绿体中的色素都分布在囊状结构的薄膜上。答案：A光合作用的酶存在于叶绿体的()A．基质和内膜B．基粒和外膜C．基质和基粒D．基质、基粒和内膜答案：C解析：光合作用的酶存在于叶绿体中的基质和基粒中。1.探究历程注意：同位素标记法放射性同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用放射性同位素标记的化合物，化学性质不会改变。科学家通过追踪放射性同位素标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程。这种方法叫做同位素标记法。2．从光合作用的探究历程可知：(1)光合作用的原料有水和二氧化碳，光合作物的产物是氧气、淀粉，场所是叶绿体，条件是光照。可以用下面的反应式来概括，其中的(CH2O)表示糖类。(