1、第第4節(jié)節(jié) 能量之源能量之源光與光合作用光與光合作用一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu) 1 1、實(shí)驗：、實(shí)驗：綠葉中色素的提取和分離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。用來分離色素。1、提取色素、提取色素：方法與步驟方法與步驟二氧化硅：二氧化硅：碳酸鈣：碳酸鈣：研磨充分研磨充分防止研磨防止研磨中色素被中色素被破壞破壞無水乙醇無水乙醇尼龍網(wǎng)尼龍網(wǎng)

2、棉塞棉塞制備濾紙條制備濾紙條畫濾液細(xì)線畫濾液細(xì)線分離色素分離色素實(shí)驗結(jié)果：實(shí)驗結(jié)果：綠葉中的色素有綠葉中的色素有4 4種，可以歸納為兩類：種，可以歸納為兩類：綠葉綠葉中的中的色素色素葉綠素葉綠素類胡蘿卜素類胡蘿卜素（含量約（含量約3/4）（含量約（含量約1/4）葉綠素葉綠素a（藍(lán)綠色）（藍(lán)綠色）葉綠素葉綠素b（黃綠色）（黃綠色）胡蘿卜素（橙黃色）胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）葉黃素（黃色）葉綠素溶液葉綠素溶液2.2.色素的功能：色素的功能：色素的吸收光譜圖色素的吸收光譜圖 400 500 600 700nm 400 500 600 700nm 1001005050吸收光能百分比葉綠素類胡蘿卜

3、素可 見 光 區(qū) 葉綠素葉綠素a a和合葉綠素和合葉綠素b b主要吸收主要吸收藍(lán)紫光藍(lán)紫光和和紅光紅光，胡蘿卜素，胡蘿卜素和葉紅素重要吸收和葉紅素重要吸收藍(lán)紫光藍(lán)紫光。 注注：因為葉綠素對綠光吸收最少，綠光被反射回來，所：因為葉綠素對綠光吸收最少，綠光被反射回來，所以葉片才呈現(xiàn)以葉片才呈現(xiàn)綠色綠色。 結(jié)論：結(jié)論：問題：這些捕獲光能的色素存在于細(xì)胞中問題：這些捕獲光能的色素存在于細(xì)胞中的什么部位？的什么部位？葉葉綠綠體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)模模式式圖圖外膜外膜內(nèi)膜內(nèi)膜基粒基粒基質(zhì)基質(zhì)每個基粒都由每個基粒都由一個個圓餅狀一個個圓餅狀的囊狀結(jié)構(gòu)堆的囊狀結(jié)構(gòu)堆疊而成。這些疊而成。這些囊狀結(jié)構(gòu)稱為囊狀結(jié)構(gòu)稱為類囊體

4、類囊體。吸收。吸收光能的四種光能的四種色色素就分布在類素就分布在類囊體的薄膜上囊體的薄膜上。而每個基粒都而每個基粒都含有兩個以上含有兩個以上的類囊體，多的類囊體，多者可達(dá)者可達(dá)100個個以上。葉綠體以上。葉綠體內(nèi)有如此多的內(nèi)有如此多的基粒和類囊體，基粒和類囊體，極大地擴(kuò)大了極大地擴(kuò)大了受光面積。受光面積。4 4、資料分析：葉綠體的功能、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，氧是由葉綠體釋放出來的，葉綠體葉綠體是光合作用的場所。是光合作用的場所。2結(jié)論：結(jié)論：葉綠體的被葉綠體的被光束照射到的光束

5、照射到的部位部位是光合作用的場所是光合作用的場所結(jié)論：結(jié)論：現(xiàn)象：現(xiàn)象：沒有沒有空氣空氣黑暗黑暗 極極 細(xì)細(xì) 光光 束束 完完 全全 光光 照照水綿水綿好氧細(xì)菌好氧細(xì)菌1883年年 生物學(xué)家恩吉爾曼生物學(xué)家恩吉爾曼討論：討論：恩格爾曼實(shí)驗在設(shè)計上有什么巧妙之處？恩格爾曼實(shí)驗在設(shè)計上有什么巧妙之處？（1 1）、用水綿作實(shí)驗材料，有）、用水綿作實(shí)驗材料，有細(xì)而長的帶狀葉綠細(xì)而長的帶狀葉綠體體，螺旋狀分布在細(xì)胞中，便于觀察和分析研究。，螺旋狀分布在細(xì)胞中，便于觀察和分析研究。（2 2）、將臨時裝片置于黑暗且沒有空氣的環(huán)境）、將臨時裝片置于黑暗且沒有空氣的環(huán)境中，排除了環(huán)境中中，排除了環(huán)境中光線和光線

6、和O2的影響，從而確保實(shí)的影響，從而確保實(shí)驗?zāi)茼樌M(jìn)行。驗?zāi)茼樌M(jìn)行。（3 3）、用極細(xì)的光束照射，并且用好氧菌進(jìn)行）、用極細(xì)的光束照射，并且用好氧菌進(jìn)行檢測，能準(zhǔn)確的判斷水綿檢測，能準(zhǔn)確的判斷水綿細(xì)胞中產(chǎn)生細(xì)胞中產(chǎn)生O2 部位。部位。結(jié)論結(jié)論:葉綠體葉綠體是進(jìn)行光合作用的場所，它是進(jìn)行光合作用的場所，它內(nèi)部的巨大膜表面上，不僅分布著內(nèi)部的巨大膜表面上，不僅分布著許多吸收光能的許多吸收光能的色素分子色素分子，還有許，還有許多進(jìn)行光合作用所必需的多進(jìn)行光合作用所必需的酶酶。二、光合作用的原理和應(yīng)用1 1、光合作用的概念、光合作用的概念指綠色植物通過指綠色植物通過葉綠體葉綠體，利用，利用光能光能，

7、把把二氧化碳二氧化碳和和水水轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)化成儲存著能量儲存著能量的的有機(jī)物有機(jī)物，并且釋放出，并且釋放出氧氣氧氣的過程。的過程。2 2、光合作用的實(shí)質(zhì)、光合作用的實(shí)質(zhì)合成有機(jī)物，儲存能量合成有機(jī)物，儲存能量結(jié)論：水分是結(jié)論：水分是植物建造自身植物建造自身的原料。的原料。17 17世紀(jì)世紀(jì)海爾蒙特海爾蒙特栽培的柳樹實(shí)驗栽培的柳樹實(shí)驗結(jié)論：植物可以更新空氣結(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，得到相反的結(jié)果，所有人重復(fù)了普利斯特利的實(shí)驗，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？以有人認(rèn)為植物也能使空氣變污濁？17791779年，荷蘭的英格豪斯年，荷蘭的英格豪斯 普利斯特利的實(shí)驗只

8、有在普利斯特利的實(shí)驗只有在陽陽光照射光照射下才能成功；植物體只下才能成功；植物體只有綠葉才能有綠葉才能更新空氣更新空氣。 到到1785年，發(fā)現(xiàn)了空氣的組年，發(fā)現(xiàn)了空氣的組成，人們才明確綠葉在光下放出成，人們才明確綠葉在光下放出的是的是O2，吸收的是吸收的是CO2。光光能能化化學(xué)學(xué)能能儲存在什么儲存在什么物質(zhì)中？物質(zhì)中？德國德國梅耶梅耶18641864年，德國薩克斯實(shí)驗?zāi)辏聡_克斯實(shí)驗黑暗處理黑暗處理一晝夜一晝夜讓一張葉片一半讓一張葉片一半曝光一半遮光曝光一半遮光綠葉在綠葉在光光下制造下制造淀粉淀粉。用碘蒸氣處理這片葉，用碘蒸氣處理這片葉，發(fā)現(xiàn)曝光的一半呈深發(fā)現(xiàn)曝光的一半呈深藍(lán)色，遮光的一半則

9、藍(lán)色，遮光的一半則沒有顏色變化。沒有顏色變化。光合作用釋放的光合作用釋放的O2來自來自CO2還是還是H2O？光光遮光遮光第一組第一組光合作用產(chǎn)生的光合作用產(chǎn)生的O2來自于來自于H2O。H2180C02H20C18O2第二組第二組180202美國魯賓和卡門實(shí)驗（同位素標(biāo)記法）美國魯賓和卡門實(shí)驗（同位素標(biāo)記法）光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物又是怎樣合成的光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物又是怎樣合成的？美國卡爾文美國卡爾文用用1414C C標(biāo)記標(biāo)記1414COCO2 2，供小球藻，供小球藻進(jìn)行光合作用，追蹤檢測進(jìn)行光合作用，追蹤檢測其放射性，最終探明了其放射性，最終探明了COCO2 2中的中的碳的途徑碳的途徑，稱為，稱為

10、卡爾文循環(huán)卡爾文循環(huán)。4 4、光合作用化學(xué)反應(yīng)式：、光合作用化學(xué)反應(yīng)式：5 5、光合作用過程、光合作用過程 （1）光合作用分為哪幾個階段？分類依據(jù)是什么？）光合作用分為哪幾個階段？分類依據(jù)是什么？（2）每個階段反應(yīng)的條件、場所、物質(zhì)變化、）每個階段反應(yīng)的條件、場所、物質(zhì)變化、 能量變化如何？能量變化如何？6CO2 12H2O C6H12O6 6H2O 6O2光能光能葉葉綠綠體體光光 反反 應(yīng)應(yīng)條件：條件：葉綠體葉綠體中的色中的色素素光能光能H2O水在光下分解水在光下分解O2H 過程：過程： 場所：場所：H2OHO2ADP+Pi+光能光能ATPADP+Pi酶酶ATP暗 反 應(yīng)co2C5 固固 定

11、定2c3H供氫供氫酶酶(CH2O) 糖類糖類 場所：場所： 條件：條件： 過程：過程：多種酶多種酶參加催化參加催化co2+ C52c32c3(CH2O)C5H ATPATPADP+Pi +能量能量還還 原原ATP供能供能ADP+Pi光反應(yīng)階段與暗反應(yīng)階段的比較光反應(yīng)階段與暗反應(yīng)階段的比較項目項目光反應(yīng)階段光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段區(qū)區(qū)別別場所場所條件條件物質(zhì)物質(zhì)變化變化能量能量轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化類囊體的薄膜上類囊體的薄膜上葉綠體的基質(zhì)中葉綠體的基質(zhì)中需需光、色素和酶光、色素和酶不需不需光、色素光、色素;需需多種酶多種酶光能光能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)锳TP中中活潑活潑的化學(xué)能的化學(xué)能ATP中中活潑的化學(xué)能活潑的

12、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為糖轉(zhuǎn)化為糖類等有機(jī)物中類等有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能穩(wěn)定的化學(xué)能水的光解：水的光解：2H2O 光光 4H+O2光光ATP的合成的合成ADP+Pi ATP 酶酶CO2的固定：的固定：CO2+C5 2C3C3的還原：的還原：2C3 （CH2O） H，ATP酶ATP ADP+Pi酶酶聯(lián)聯(lián) 系系1、光反應(yīng)是暗反應(yīng)的基礎(chǔ)，光反應(yīng)為暗反應(yīng)的進(jìn)行提供、光反應(yīng)是暗反應(yīng)的基礎(chǔ)，光反應(yīng)為暗反應(yīng)的進(jìn)行提供H和和ATP2、暗反應(yīng)是光反應(yīng)的繼續(xù)，暗反應(yīng)為光反應(yīng)的進(jìn)行提供、暗反應(yīng)是光反應(yīng)的繼續(xù)，暗反應(yīng)為光反應(yīng)的進(jìn)行提供合成合成ATP的原料的原料ADP和和Pi3、兩者、兩者相互獨(dú)立又同時進(jìn)行，相互制約又密切聯(lián)系相互獨(dú)

13、立又同時進(jìn)行，相互制約又密切聯(lián)系原料和產(chǎn)物的對應(yīng)關(guān)系：原料和產(chǎn)物的對應(yīng)關(guān)系：（CH2O）CHOCO2CO2H2OO2H2O能量的轉(zhuǎn)移途徑：能量的轉(zhuǎn)移途徑：光能光能中中活躍活躍的化學(xué)能的化學(xué)能(CH2O)中中穩(wěn)定穩(wěn)定的化學(xué)能的化學(xué)能三、環(huán)境因素對光合作用強(qiáng)度的影響三、環(huán)境因素對光合作用強(qiáng)度的影響1、影響光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因素溫度的高低溫度的高低光照的長短與強(qiáng)弱、光的成分光照的長短與強(qiáng)弱、光的成分空氣中的二氧化碳濃度空氣中的二氧化碳濃度光照面積光照面積必需元素必需元素土壤中水分土壤中水分光合作用是在光合作用是在 的催化下進(jìn)行的，溫度直接影的催化下進(jìn)行的，溫度直接影響響 ；B B點(diǎn)表示：點(diǎn)表示： ；

14、BCBC段表示：段表示： ； 酶的活性酶的活性酶酶此溫度條件下，光合速率最高此溫度條件下，光合速率最高超過最適溫度，光合速率隨溫度升高而下降超過最適溫度，光合速率隨溫度升高而下降圖中圖中A A點(diǎn)含義：點(diǎn)含義： ；B B點(diǎn)含義：點(diǎn)含義： ；C C點(diǎn)表示：點(diǎn)表示： ；若甲曲線代表陽生植物，則乙曲線代表若甲曲線代表陽生植物，則乙曲線代表 植物。植物。 光照強(qiáng)度為光照強(qiáng)度為0 0，只進(jìn)行呼吸作用，只進(jìn)行呼吸作用光合作用與呼吸作用強(qiáng)度相等，稱為光補(bǔ)償點(diǎn)光合作用與呼吸作用強(qiáng)度相等，稱為光補(bǔ)償點(diǎn)光合作用強(qiáng)度不再隨光照強(qiáng)度增強(qiáng)而增強(qiáng)，稱為光飽和點(diǎn)光合作用強(qiáng)度不再隨光照強(qiáng)度增強(qiáng)而增強(qiáng)，稱為光飽和點(diǎn)陰生陰生圖中圖

15、中A A點(diǎn)表示：點(diǎn)表示： 。COCO2 2濃度達(dá)到植物所需的最大值，光濃度達(dá)到植物所需的最大值，光合速率不再上升合速率不再上升自養(yǎng)生物：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)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)，并儲存了能量的一類生物。變成為自身的組成物質(zhì)，并儲存了能量的一類生物。四、化能合成作用四、化能合成作用異養(yǎng)生物：異養(yǎng)生物：不能直接利用無機(jī)物制造有機(jī)物，只能不能直接利用無機(jī)物制造有機(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)，并儲存了能量的一類生物。質(zhì)，并儲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

16、氧化時所釋能夠利用體外環(huán)境中的某些無機(jī)物氧化時所釋放的能量來制造有機(jī)物的合成作用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)例如：硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等少數(shù)種類的細(xì)菌菌2NH2NH3 3+3O+3O2 2 2HNO 2HNO2 2+2H+2H2 2O+O+能量能量硝化細(xì)菌硝化細(xì)菌2HNO2HNO2 2+O+O2 2 2HNO 2HNO3 3+ +能量能量硝化細(xì)菌硝化細(xì)菌COCO2 2+H+H2 2O O （CHCH2 2O O）+ O+ O2 2能量能量細(xì)細(xì)胞代胞代謝類謝類型：型：同化作用：同化作用：自養(yǎng)自養(yǎng)異養(yǎng)異養(yǎng)異化作用異化作用需氧需氧厭厭氧氧光合作用光合作用細(xì)胞呼吸細(xì)胞呼吸發(fā)生部位發(fā)生部位反應(yīng)場所反應(yīng)場所條件條件能量代謝能量代謝物質(zhì)代謝物質(zhì)代謝聯(lián)系聯(lián)系光、水、二氧化碳、適宜光、水、二氧化碳、適宜的溫度、的溫度、酶酶、色素、色素有光無光都可，適宜的有光無光都可