1.5.4光合作用與能量轉(zhuǎn)化課件

1、1.5.4 光合作用與能量轉(zhuǎn)化問題探討靠人工光源生產(chǎn)蔬菜有什么好處？為什么要控制二氧化碳濃度，營養(yǎng)液成分和溫度等條件？實驗原理綠葉中的色素能溶解在無水乙醇中，可用無水乙醇提取綠葉中的色素分離綠葉中的色素采用紙層析法（層析介質(zhì)為濾紙）。在層析液中溶解度大的色素在濾紙條上擴(kuò)散得快，反之則慢綠葉中色素的提取與分離跟我親就給我留下跟我親就跟著我跑流動相（層析液）固定相（水）紙層析時層析液必須與水互不相容，因此酒精適合用作層析液操作步驟提取綠葉中的色素（操作及注意事項）綠葉研磨(CaCO3+SiO2C2H5OH)過濾分離濾液中的色素（操作及注意事項）制備濾紙條畫濾液細(xì)線紙層析材料用具依據(jù)操作步驟分析需要

2、用到的材料用具綠葉中色素的提取與分離綠葉中色素的提取與分離黃綠色（葉綠素b）藍(lán)綠色（葉綠素a）黃色葉黃素（類）橙黃色（胡蘿卜素）胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a和葉綠素b在紙層析上的排序反映了不同色素非極性的強(qiáng)弱胡蘿卜素微溶于乙醇，因此理論上濾紙條上色素的含量不能反映綠葉中色素的含量沒有證據(jù)顯示色素帶的寬窄代表色素的含量，但模擬題經(jīng)常會那么干剪開再溶解1.5.4.1 捕獲光能的色素捕獲光能的色素可分為兩大類：葉綠素（3/4，葉綠素a和葉綠素b）和類胡蘿卜素（1/4，胡蘿卜素和葉黃素）一般情況下，光合作用吸收的光是可見光。葉綠素主要吸收藍(lán)紫光和紅光；類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光電子顯微鏡下，葉綠體由雙層膜

3、包被，內(nèi)含許多基粒（由類囊體堆疊而成），基粒和基粒之間充滿基質(zhì)吸收光能的色素分布在類囊體薄膜上。葉綠體內(nèi)由眾多的基粒和類囊體，極大地擴(kuò)展了受光面積1.5.4.2 葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用核糖體DNA類囊體薄膜外膜內(nèi)膜類囊體基質(zhì)基質(zhì)基?；Ｈ~綠體的功能恩格爾曼的實驗一恩格爾曼的實驗二問題：水綿的葉綠體和黑藻（或菠菜）的葉綠體有何區(qū)別？好氧（需氧）細(xì)菌的分布能說明什么？為什么實驗開始時臨時裝片中沒有氧氣？推測實驗一中極細(xì)光束有多細(xì)？試進(jìn)行描述。實驗一和實驗二的結(jié)論分別是什么？葉綠體的功能（邏輯分析）葉綠體是光合作用的場所葉綠體能吸收光能用于光合作用釋放氧氣恩格爾曼的實驗其他實驗證據(jù)（如有機(jī)物的

4、合成部位在葉綠體）不能說明說明說明1954年科學(xué)家才確認(rèn)葉綠體是光合作用的場所在葉綠體巨內(nèi)部巨大的膜表面（類囊體膜）上，分布著許多吸收光能的色素分子，在類囊體膜上和葉綠體基質(zhì)中，還有許多進(jìn)行光合作用所必需的酶。這是葉綠體捕獲光能、進(jìn)行光合作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。1.5.4.2 葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用核糖體DNA類囊體膜外膜內(nèi)膜類囊體基質(zhì)基質(zhì)基?；＞G藻褐藻紅藻不同波長的光穿透深度不同藻類的吸收光譜CO2+H2O（CH2O）O2+光能葉綠體早期對光合作用過程的認(rèn)識Blackman將光合作用分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個階段希爾反應(yīng)：離體葉綠體光照下釋放O2不依賴于CO2魯賓和卡門：光合作用釋放的氧氣完全來

5、自于水阿爾農(nóng)：光合磷酸化伴隨著水的光解阿爾農(nóng)（1958）：光暗反應(yīng)體系分離，推測光反應(yīng)發(fā)生在基粒（光合色素所在部位）光反應(yīng)發(fā)生了什么？怎樣更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)仳炞C氧來自于水？光反應(yīng)除了水的光解還有什么？光反應(yīng)在哪里發(fā)生的？ADPPiATPNADPH+2eNADPH類囊體腔簡化處理時，我們會省略掉質(zhì)子（H+）和電子（e）。教材中多處都是簡化處理的，但是教材又同時指出水的光解會產(chǎn)生H+。光光能高能電子、質(zhì)子梯度NADPH和ATP中的化學(xué)能類囊體結(jié)構(gòu)的完整性是完成光反應(yīng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)有人將NADPH和ATP中的化學(xué)能稱為不穩(wěn)定的化學(xué)能。我們認(rèn)為能量沒有穩(wěn)定不穩(wěn)定之分，穩(wěn)定不穩(wěn)定是對物質(zhì)而言的，因此只能說不穩(wěn)定化合物

6、（NADPH和ATP）中的化學(xué)能。ADPPiATP葉綠體中的色素早期對光合作用過程的認(rèn)識Blackman將光合作用分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個階段希爾反應(yīng)：離體葉綠體光照下釋放O2不依賴于CO2魯賓和卡門：光合作用釋放的氧氣完全來自于水阿爾農(nóng)（1957）：光合磷酸化伴隨著水的光解阿爾農(nóng)（1958）：光暗反應(yīng)體系分離，推測光反應(yīng)發(fā)生在基粒（光合色素所在部位），并且證實了暗反應(yīng)發(fā)生在葉綠體基質(zhì)。光反應(yīng)發(fā)生了什么？怎樣更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)仳炞C氧來自于水？光反應(yīng)除了水的光解還有什么？光反應(yīng)在哪里發(fā)生的？卡爾文：卡爾文循環(huán)暗反應(yīng)發(fā)生了什么？暗反應(yīng)在哪里發(fā)生？CO2C5（RuBP）2C3（3-磷酸甘油酸）3-磷酸甘油酸AT

7、PNADPH3-磷酸甘油醛3-磷酸甘油醛可以留在葉綠體中合成淀粉，也可以異構(gòu)化之后運(yùn)出葉綠體在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成蔗糖。淀粉分解時可生成葡萄糖，但光合作用并不直接生成葡萄糖，經(jīng)常會將光合產(chǎn)物換算成相當(dāng)于多少葡萄糖。1.5.4.3光合作用的原理光反應(yīng)階段場所、條件、物質(zhì)變化、能量變化暗反應(yīng)階段場所、條件、物質(zhì)變化、能量變化光暗反應(yīng)的聯(lián)系物質(zhì)和能量兩個方面實驗原理探究環(huán)境因素對光合作用強(qiáng)度的影響操作步驟打出葉圓片（避開大葉脈）排出葉圓片中的空氣，置黑暗處清水中準(zhǔn)備3只小燒杯，裝有富含CO2的清水向小燒杯內(nèi)加入葉圓片，控制光強(qiáng)觀察并記錄一段時間內(nèi)葉圓片浮起數(shù)量材料用具根據(jù)操作步驟列出材料用具探究環(huán)境因素

8、對光合作用強(qiáng)度的影響光合作用強(qiáng)度，簡單地說，就是指植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量凈光合速率與光合速率凈光合速率總光合速率-呼吸速率。模擬題經(jīng)常摳字眼區(qū)分兩者（植物或器官吸收、釋放、儲存表示凈光合），這樣做沒有科學(xué)依據(jù)上述探究環(huán)境因素對光合作用強(qiáng)度影響的實驗的中，檢測的是凈光合速率還是光合速率？生產(chǎn)中主要關(guān)注凈光合作用1.5.4.4光合作用原理的應(yīng)用水、光、溫度、環(huán)境中CO2濃度、葉片氣孔開閉情況、影響葉綠體形成和結(jié)構(gòu)的因素都會影響光合作用強(qiáng)度雖然水可以作為原料影響光合作用，但是水分供應(yīng)是通過影響氣孔開閉來影響光合作用的依次說明上述影響光合作用的因素是怎樣影響光合作用的1.5.4.4

9、光合作用原理的應(yīng)用CO2H2OO2影響氣孔開放的因素會影響到二氧化碳供應(yīng)，因此胞間二氧化碳濃度通常并不等于環(huán)境中二氧化碳濃度。有些植物還有特殊的CO2供應(yīng)機(jī)制，實際光合作用直接利用的CO2是細(xì)胞內(nèi)的。暗呼吸速率光補(bǔ)償點（CO2消耗 = CO2生成）光限制CO2或溫度限制可吸收的光/mol/(m2s)某些生物能利用體外環(huán)境中的無機(jī)物氧化所釋放的能量來制造有機(jī)物。如硝化細(xì)菌能將土壤中的氨氧化成亞硝酸，另一些硝化細(xì)菌則可以把亞硝酸氧化為硝酸。這兩個化學(xué)反應(yīng)中釋放出的化學(xué)能，就被用來將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷??；芎铣勺饔肗H3O2NO2-ENO2 -NO3-ECO2（CH2O）CO2+H2O（CH2O）O2

10、+光能葉綠體CH2O早期對光合作用的認(rèn)識Blackman將光合作用分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)在低光照條件下，提高CO2或升高溫度不能提高光合速率；高光照條件下，提高CO2濃度或升高溫度可以提高光合速率。F. F. Blackman分析了這種現(xiàn)象，認(rèn)為光合作用應(yīng)該包括兩個階段，一個階段主要依賴于光（光反應(yīng)階段），另一個階段則相對于光是獨立的（暗反應(yīng)階段）。含DCPIP的等滲溶液（氧化劑，氧化態(tài)藍(lán)色，還原態(tài)無色）葉綠體希爾反應(yīng)：缺乏CO2時，光照下葉綠體產(chǎn)生氧氣魯賓和卡門的實驗（18O含量分布情況）取樣時間/min反應(yīng)物產(chǎn)物H2OCO2O200.85%0.20%451100.85%0.41%0.84%1102250.85%0.55%0.85%2253500.85%0.61%0.86%00.20%0.85%401100.20%0.50%0.20%1101850.20%0.40%0.20%注：18O含量為0.20%的組為未標(biāo)記組。18O含量為0.85%時為標(biāo)記組。在實驗的第45 min開始收集氧氣，收集持續(xù)到110 min。阿爾農(nóng)光反應(yīng)研究的大能1954年：環(huán)式光合磷酸化ADPPiATP光1957年：非環(huán)式光合磷酸化ADPPiATPNADPH+2eNADPHH2O1/2O2 2H+2e 光光合作用時，兩種光合磷酸化都起作用。教材敘述會產(chǎn)生環(huán)式光合磷酸化和水的光解相聯(lián)系的錯