光合作用與能量轉(zhuǎn)化

Photosynthesisandenergyconversion

光合作用與

能量轉(zhuǎn)化選自：新教材必修一第五章第四節(jié)課時安排：3課時葉綠體除吸收光能外，還有什么功能呢？資料11881年，德國科學(xué)家恩格爾曼做了這樣的實驗：把載有水綿（葉綠體呈螺旋帶狀分布）和需氧細菌的臨時裝片，放在無氧的黑暗環(huán)境里，用極細的光束照射水綿，通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，細菌只向葉綠體被光束照射到的部分集中；如果把裝置放在光下，細菌則分布在葉綠體所有受光的部位。恩格爾曼實驗的結(jié)論是什么？恩格爾曼在選材實驗設(shè)計上有什么巧妙之處？氧氣是葉綠體釋放出來的。實驗材料選擇水綿和需氧細菌，水綿的葉綠體呈螺旋帶狀，便于觀察；用需氧細菌可確定釋放氧氣多的部位；沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了氧氣和光的干擾；用極細的光束照射葉綠體上有光照多和光照少的部位，相當(dāng)于一組對比實驗;臨時裝片暴露在光下的實驗，再一次驗證了實驗結(jié)果。葉綠體除吸收光能外，還有什么功能呢？資料1緊接著，恩格爾曼又做了一個實驗：用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，發(fā)現(xiàn)大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域。第2個實驗中，大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域，為什么？這是因為水綿葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍紫光，在此波長光的照射下，葉綠體會釋放氧氣，適于需要細菌在此區(qū)域分布。資料2在類囊體膜上和葉綠體基質(zhì)中，含有多種進行光合作用所必須的酶。葉綠體內(nèi)巨大的膜表面上分布著許多吸收光能的色素，在類囊體膜上和葉綠體基質(zhì)中，還有許多進行光合作用所必須的酶，這是葉綠體捕獲光能進行光合作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能

分布

形態(tài)：一般呈扁平的橢球形或球形

功能：光合作用的場所

結(jié)構(gòu)基粒：由多個類囊體堆疊而成，類囊體薄膜上含色素和酶?；：皖惸殷w極大擴展了受光面積基質(zhì)：含多種光合作用所必需的酶外膜內(nèi)膜透明，有利于光線的透過：主要分布在綠色植物的葉肉細胞光合作用的原理和應(yīng)用光合作用是指：綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。CO2+H2O光能葉綠體（CH2O)+O2產(chǎn)物中的O2來自哪里？CH2O是如何形成的？該反應(yīng)中物質(zhì)和能量的變化是怎樣的？希爾的實驗說明水的光解產(chǎn)生O2（是/否）說明植物光合作用產(chǎn)生的O2中的O全部都來自水；離體葉綠體懸浮液由黃色變?yōu)闇\綠色，說明葉綠體在光照條件下生成了把Fe3還原成的Fe2；希爾的實驗并沒有檢測到糖的生成。若像懸浮液中通入CO2，在光照條件下就能檢測到糖的生成，這說明水的光解和糖的合成是（是/否）同一個化學(xué)反應(yīng)；探索光合作用原理的部分實驗資料31937年，英國植物學(xué)家希爾發(fā)現(xiàn)：在離體葉綠體的懸浮液（有H2O，不含CO2）中加入黃色的鐵鹽（Fe3）氧化劑，在光照下可以釋放出O2，溶液的顏色由黃色變?yōu)闇\綠色。像這樣離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解，產(chǎn)生O2的化學(xué)反應(yīng)稱為希爾反應(yīng)。1941年，美國科學(xué)家魯賓和卡門用同位素示蹤的方法研究了光合作用中O2的分別標(biāo)記H2O和CO2，使它們分別變成H218O和C18O2，然后進行了兩組實驗：探索光合作用原理的部分實驗資料4第1組：給植物提供H218O和CO2，結(jié)果釋放的都是18O2；第2組：給植物提供H2O和C18O2，結(jié)果釋放的都是O2；C18O2H2OO2小球藻CO2H218O18

O2小球藻結(jié)論：光合作用釋放的氧氣來自于水。1954年，美國科學(xué)家阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)，在光照下，葉綠體可合成ATP。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是和水的光解相伴隨。探索光合作用原理的部分實驗資料5嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系。H2O光能葉綠體O2+NADPH+能量ADP+PiATP結(jié)論：上述實驗表明光合作用釋放的氧氣中的氧元素來自水，氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成，不是同一個化學(xué)反應(yīng)，而是分階段進行的。光合作用的原理光反應(yīng)階段：必須有光才能進行。光反應(yīng)階段是在類囊體的薄膜上進行的。根據(jù)是否需要光能，這些化學(xué)反應(yīng)可以概括地分為光反應(yīng)和暗（碳）反應(yīng)兩個階段。葉綠體中光合色素吸收的光能，一方面將水分解成氧和H，氧直接以氧分子的形式釋放出去，H和氧化型輔酶∥NADP結(jié)合，形成還原型輔酶∥NADPH，NADPH作為活潑的還原劑，參與暗反應(yīng)，同時也儲存部分能量供暗反應(yīng)階段利用；另一方面在有關(guān)酶的催化下，提供能量促使ADP與Pi發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成ATP。這樣光能就轉(zhuǎn)變?yōu)閮Υ嬖贏TP中的化學(xué)能。向小球藻提供持續(xù)的光照和CO2，一段時間后加入放射性同位素標(biāo)記的14CO2；在不同的時段（3s、5s、10s）內(nèi)將細胞懸液迅速傾入煮沸的乙醇殺死細胞；分離溶解物中的分子；經(jīng)雙向紙電泳和放射性自顯影分離等方法分析產(chǎn)物，闡明了暗反應(yīng)階段的反應(yīng)過程；光合作用的原理暗反應(yīng)階段：第二個階段的化學(xué)反應(yīng)有沒有光都可以進行。這個階段叫暗（碳）反應(yīng)階段。暗反應(yīng)階段是在葉綠體基質(zhì)中進行的。在這一階段CO2被利用，經(jīng)過一系列的反應(yīng)之后生成糖類。CO2是如何轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惖?？上述實驗表明：光合作用釋放的氧氣中的氧元素來自水，氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成，不是同一個化學(xué)反應(yīng)，而是分階段進行的。光合作用的原理暗反應(yīng)階段：綠葉通過氣孔從外界吸收的CO2在特定酶的作用下，與C5結(jié)合，這個過程叫做CO2的固定。在有關(guān)酶的催化作用下，C3接受ATP和NADPH釋放的能量并且被NADPH還原。隨后，一些接受能量并被還原的C3在酶的作用下經(jīng)過一系列反應(yīng)形成糖類；另一些接受能量并被還原的C3，經(jīng)過一系列的變化，又形成C5，這些C5又可參與CO2的固定。這樣暗反應(yīng)就從C5到C3再到C5的循環(huán)，可以源源不斷地進行下去，因此暗反應(yīng)階段也稱之為卡爾文循環(huán)。光合作用的原理光反應(yīng)與暗反應(yīng)的區(qū)別與聯(lián)系：光反應(yīng)階段場所：葉綠體內(nèi)的類囊體薄膜上；條件：光、色素、酶等；光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的化學(xué)能貯存在ATP中；能量轉(zhuǎn)換：物質(zhì)變化ATP合成：ADP＋Pi＋能量ATP酶水的光解：H2O?O2+2H++2e-光能NADP++2H++2e-NADPH+H+酶）暗反應(yīng)階段葉綠體基質(zhì)中；場所：NADHP、ATP、酶等；條件：ATP中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惖扔袡C物中穩(wěn)定的化學(xué)能；能量轉(zhuǎn)換：物質(zhì)變化C