高中生物必修一-第五章第四節(jié)能量之源-光與光合作用

第四節(jié)能量之源－光與光合作用P97問題探討本節(jié)聚焦：1、

捕獲光能的色素有哪些？2、葉綠體的結(jié)構(gòu)是怎樣的？3、

葉綠體的結(jié)構(gòu)有哪些適合進(jìn)行光合作用的特點(diǎn)？一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)

1、實(shí)驗(yàn)：綠葉中色素的提取和分離原理：葉綠體中的色素可以溶解在無水乙醇中，可以用來提取色素。色素在層析液中的溶解度不同，在濾紙上的擴(kuò)散速度有差別，可以用來分離色素。方法與步驟１．提取色素稱取5g左右的鮮葉，剪碎，放入研缽中。加少許的二氧化硅（充分研磨）和碳酸鈣（防止色素被破壞）與10ml無水乙醇。在研缽中快速研磨。將研磨液進(jìn)行過濾。方法與步驟２．制備濾紙條方法與步驟３．畫濾液細(xì)線２方法與步驟４．分離色素實(shí)驗(yàn)結(jié)果：綠葉中的色素葉綠素類胡蘿卜素（含量約3/4）（含量約1/4）葉綠素a（藍(lán)綠色）葉綠素b（黃綠色）胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b葉綠素溶液吸收可見光，用于光合作用2.色素的功能：色素的吸收光譜圖

400500600700nm10050吸收光能百分比葉綠素類胡蘿卜素可見光區(qū)葉綠素：吸收藍(lán)紫光和紅光類胡蘿卜素：吸收藍(lán)紫光葉片為什么是綠色?葉綠體結(jié)構(gòu)模式圖外膜內(nèi)膜基?；|(zhì)每個(gè)基粒都由一個(gè)個(gè)圓餅狀的囊狀結(jié)構(gòu)堆疊而成。這些囊狀結(jié)構(gòu)稱為類囊體。吸收光能的四種色素就分布在類囊體的薄膜上。而每個(gè)基粒都含有兩個(gè)以上的類囊體，多者可達(dá)100個(gè)以上。葉綠體內(nèi)有如此多的基粒和類囊體，極大地?cái)U(kuò)大了受光面積。4、資料分析：葉綠體的功能1裝片中好氧細(xì)菌向葉綠體被光束照射到的部位集中。裝片中好氧細(xì)菌分布在葉綠體所有受光部位的周圍。氧是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是光合作用的場所。2結(jié)論：葉綠體的被光束照射到的部位是光合作用的場所結(jié)論：現(xiàn)象：現(xiàn)象：沒有空氣黑暗極細(xì)光束完全光照§4能量之源——光與光合作用討論：恩格爾曼實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)上有什么巧妙之處？（1）、用水綿作實(shí)驗(yàn)材料，有細(xì)而長的帶狀葉綠體，螺旋狀分布在細(xì)胞中，便于觀察和分析研究。（2）、將臨時(shí)裝片置于黑暗且沒有空氣的環(huán)境中，排除了環(huán)境中光線和O2的影響，從而確保實(shí)驗(yàn)?zāi)茼樌M(jìn)行。（3）、用極細(xì)的光束照射，并且用好氧菌進(jìn)行檢測，能準(zhǔn)確的判斷水綿細(xì)胞中放O2

部位。（4）、進(jìn)行黑暗（局部光照）與曝光的對照實(shí)驗(yàn)，從而明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全是由光照引起的。結(jié)論:葉綠體是進(jìn)行光合作用的場所，它內(nèi)部的巨大膜表面上，不僅分布著許多吸收光能的色素分子，還有許多進(jìn)行光合作用所必需的酶。二、光合作用的原理和應(yīng)用光合作用的探究歷程（P101－102）結(jié)論：水分是植物建造自身的原料。17世紀(jì)海爾蒙特栽培的柳樹實(shí)驗(yàn)結(jié)論：植物可以更新空氣有人重復(fù)了普利斯特利的實(shí)驗(yàn)，得到相反的結(jié)果，所以有人認(rèn)為植物也能使空氣變污濁？1779年，荷蘭英格豪斯普利斯特利的實(shí)驗(yàn)只有在陽光照射下才能成功；植物體只有綠葉才能更新空氣。到1785年，發(fā)現(xiàn)了空氣的組成，人們才明確綠葉在光下放出的是O2，吸收的是CO2。水二氧化碳氧氣光？光能化學(xué)能儲(chǔ)存在什么物質(zhì)中？德國梅耶1864年，德國薩克斯實(shí)驗(yàn)黑暗處理一晝夜讓一張葉片一半曝光一半遮光綠葉在光下制造淀粉。用碘蒸氣處理這片葉，發(fā)現(xiàn)曝光的一半呈深藍(lán)色，遮光的一半則沒有顏色變化。光合作用釋放的O2來自CO2還是H2O？結(jié)論第一組光合作用產(chǎn)生的O2來自于H2O。H2180C02H20C18O2第二組180202美國魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)（同位素標(biāo)記法）結(jié)論光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物又是怎樣合成的？美國卡爾文用14C標(biāo)記14CO2，供小球藻進(jìn)行光合作用，探明了CO2中的C的去向，稱為卡爾文循環(huán)。光合作用的定義綠色植物通過葉綠體，利用光能，把CO2和H2O轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存能量的有機(jī)物，并釋放出O2的過程?？偨Y(jié)光合作用的反應(yīng)式反應(yīng)物、條件、場所、生成物CO2＋H2O（CH2O）＋O2光能葉綠體糖類年代科學(xué)家結(jié)論1771普利斯特利植物可以更新空氣1779英格豪斯只有在光照下只有綠葉才可以更新空氣1845R.梅耶植物在光合作用時(shí)把光能轉(zhuǎn)變成了化學(xué)能儲(chǔ)存起來1864薩克斯綠色葉片光合作用產(chǎn)生淀粉1880恩格爾曼氧由葉綠體釋放出來。葉綠體是光合作用的場所。1939魯賓卡門光合作用釋放的氧來自水。20世紀(jì)40代卡爾文光合產(chǎn)物中有機(jī)物的碳來自CO2光合作用化學(xué)反應(yīng)式：光合作用過程光能葉綠體CO2+H2*

O

（CH2O)+*O2（1）光合作用分為哪幾個(gè)階段？分類依據(jù)是什么？（2）每個(gè)階段反應(yīng)的條件、場所、物質(zhì)變化、能量變化如何？光反應(yīng)葉綠體中的色素光能H2O

水在光下分解O2[H]光、酶、色素過程：場所：類囊體的薄膜上物質(zhì)H2O光[H]+O2ADP+Pi+光能酶ATP能量光能ATP中活躍化學(xué)能ADP+Pi酶ATP暗反應(yīng)co2C5固定2c3[H]供氫酶(CH2O)[糖類]場所：條件：過程：葉綠體基質(zhì)酶多種酶參加催化co2+C5酶2c32c3酶(CH2O)C5[H]ATPATP酶ADP+Pi+能量物質(zhì)能量ATP中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為糖類中穩(wěn)定的化學(xué)能還原酶ATP供能ADP+Pi色素分子可見光C52C3ADP+PiATP2H2OO24[H]多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解能固定還原酶光反應(yīng)暗反應(yīng)光合作用總過程：光反應(yīng)和暗反應(yīng)的比較場所條件物質(zhì)變化能量變化光反應(yīng)暗反應(yīng)聯(lián)系基粒片層結(jié)構(gòu)薄膜葉綠體基質(zhì)中光、色素、酶、水、ADPPi[H]、ATP、酶、CO2、C5水的光解ATP的生成CO2的固定C3的還原光能→ATP中活躍的化學(xué)能ATP中活躍的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能1、光反應(yīng)為暗反應(yīng)準(zhǔn)備了還原劑[H]和能量ATP；2、暗反應(yīng)為光反應(yīng)補(bǔ)充消耗掉的ADP和Pi。葉綠體處不同條件下，C3、C5、［H］、ATP以及(CH2O)合成量的動(dòng)態(tài)變化條件C3C5［H］和ATP(CH2O)合成量停止光照CO2供應(yīng)不變增加下降減少或沒有減少或沒有光照不變停止CO2供應(yīng)減少增加增加減少或沒有光照不變CO2供應(yīng)不變(CH2O)運(yùn)輸受阻增加減少增加減少原料和產(chǎn)物的對應(yīng)關(guān)系：（CH2O）CHOCO2CO2H2OO2H2O能量的轉(zhuǎn)移途徑：碳的轉(zhuǎn)移途徑：光能ATP中活躍的化學(xué)能(CH2O)中穩(wěn)定的化學(xué)能CO2C3（CH2O）光合作用原理的應(yīng)用影響光合作用強(qiáng)度的因素？CO2的濃度，光照的長短與強(qiáng)弱；光的成分；溫度的高低、必需礦物質(zhì)元素、水分等。例：適當(dāng)提高CO2的濃度（溫室大棚），增加光照時(shí)間和光照強(qiáng)度，農(nóng)作物間距合理，選擇適當(dāng)?shù)墓庠吹?。若甲曲線代表陽生植物，則乙曲線代表陰生植物。

BC段：隨光照強(qiáng)度不斷加強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度不斷加強(qiáng)，C點(diǎn)為光飽和點(diǎn)。A點(diǎn):光照強(qiáng)度為0此時(shí)只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，釋放的二氧化碳量可表示此時(shí)細(xì)胞呼吸的強(qiáng)度。AB段：隨光照強(qiáng)度增強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度增強(qiáng)，二氧化碳釋放量逐漸減少，因細(xì)胞呼吸釋放二氧化碳一部分用于光合作用，細(xì)胞呼吸強(qiáng)度大于光合作用強(qiáng)度。B點(diǎn)細(xì)胞呼吸釋放的二氧化碳全部用于光合作用，即光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。B點(diǎn)稱為光補(bǔ)償點(diǎn)(1)光照強(qiáng)度(2)二氧化碳濃度①曲線分析在一定濃度范圍內(nèi)，隨二氧化碳濃度的增加，植物的光合作用強(qiáng)度加強(qiáng)。A點(diǎn)：表示進(jìn)行光合作用所需二氧化碳的最低濃度。B點(diǎn)：表示二氧化碳飽和點(diǎn)，超過該濃度，光合強(qiáng)度不再增加。②應(yīng)用：對農(nóng)田里的農(nóng)作物應(yīng)合理密植，“正其行，通其風(fēng)；對溫室作物來說，應(yīng)增施農(nóng)家肥料或使用二氧化碳發(fā)生器。BA光合作用強(qiáng)度(3)溫度①曲線分析光合作用是在多種酶的催化下進(jìn)行的，溫度直接影響酶的活性AB段：在一定溫度范圍內(nèi)，隨溫度的升高，光合作用逐漸增強(qiáng)B點(diǎn)表示光合作用的最適溫度，此時(shí)光合速率最高；BC段表示，超過了光合作用的最適溫度，隨溫度的升高，光合作用強(qiáng)度逐漸下降。②應(yīng)用：適時(shí)播種；溫室栽培中要保持晝夜溫差。光合作用強(qiáng)度

(4)必需礦質(zhì)元素供應(yīng)對光合作用的影響

①影響：礦質(zhì)元素直接或間接影響光合作用。一定范圍內(nèi)N、P、K等礦質(zhì)元素越多，光合速率越快。N是構(gòu)成葉綠素、酶、ATP等的元素；P是構(gòu)成ATP等的元素，參與葉綠體膜的構(gòu)成；Mg是構(gòu)成葉綠素的元素；K影響糖類的合成和運(yùn)輸。②應(yīng)用：合理施肥。

(5)水對光合作用的影響

①影響：水盡管是光合作用的原料和化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)，但是水對光合作用的影響在多數(shù)情況下是間接影響。缺水（蒸騰作用過強(qiáng)）導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，限制二氧化碳進(jìn)入葉片；缺水引起葉片內(nèi)淀粉水解加強(qiáng)，可溶性糖過多，光合產(chǎn)物輸出緩慢等。②應(yīng)用：預(yù)防干旱，合理灌溉。自養(yǎng)生物：能夠直接把從外界環(huán)境攝取的無機(jī)物轉(zhuǎn)變成為自身的組成物質(zhì)，并儲(chǔ)存了能量的一類生物。四、化能合成作用異養(yǎng)生物：不能直接利用無機(jī)物制成有機(jī)物，只能把從外界攝取的現(xiàn)成的有機(jī)物轉(zhuǎn)變成自身的組成物質(zhì)，并儲(chǔ)存了能量的一類生物。能夠利用體外環(huán)境中的某些無機(jī)物氧化時(shí)所釋放的能量來制造有機(jī)物的合成作用

例如：硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等少數(shù)種類的細(xì)菌2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化細(xì)菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化細(xì)菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量光合作用與有氧呼吸的比較光反應(yīng)暗反應(yīng)有氧呼吸反應(yīng)場所葉綠體基粒類囊體薄膜上葉綠體基質(zhì)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體反應(yīng)條件光、色素和酶ATP、[H]、酶O2、酶物質(zhì)變化水的光解ATP的合成CO2的固定CO2的還原葡萄糖的初步分解丙酮酸徹底分解[H]的氧化能量變化光能轉(zhuǎn)化為活躍的化學(xué)能活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的化學(xué)能穩(wěn)定的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為活躍的化學(xué)能影響因子光照強(qiáng)度、CO2濃度、T、礦質(zhì)元素、H2OT、O2總反應(yīng)式光合作用呼吸作用場所

條件

原料

產(chǎn)物

物質(zhì)變化能量變化

結(jié)論：含葉綠體的細(xì)胞所有的活細(xì)胞

必須有光有光無光均可有機(jī)物和氧

二氧化碳和