1、第4節(jié) 能量之源- 光與光合作用為什么有些植物的葉片不是綠色的?為什么有些植物的葉片在不同時期顏色不同呢？思考？一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)二、光合作用的原理和應(yīng)用光合作用過程演示葉綠體中色素的提取和分離 【實 驗】（一、）實驗原理1.葉綠體中的色素能溶解在有機(jī)溶劑無水乙醇中，所以用無水乙醇可提取葉綠體中色素。2.色素在層析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子隨層析液在濾紙條上的擴(kuò)散得快，溶解度低的色素分子隨層析液在濾紙條上的擴(kuò)散得慢，因而可用層析液將不同的色素分離。綠葉中色素的提取和分離（二 ）操作步驟：提取色素制備濾紙條畫濾液細(xì)線分離色素觀察與記錄實驗（二）方法與步驟稱取5g左右的鮮葉，剪碎，放

2、入研缽中。加少許的石英砂（充分研磨）和碳酸鈣 (中和細(xì)胞中的酸，防止鎂從葉綠素分子中移出)與10ml無水乙醇。在研缽中快速研磨。將研磨液進(jìn)行過濾。1 提取色素2 制備濾紙條 方法與步驟3 畫濾液細(xì)線方法與步驟方法與步驟4 分離色素方法與步驟4 分離色素討論：1、實驗中無水乙醇和層析液的用途是什么？2、葉綠體中的色素有哪幾種？分布情況是怎樣的？（二）提取和分離葉綠體中的色素胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b（ 二 ）葉綠體中的色素5 觀察和記錄實驗結(jié)果：討論：1.濾紙條上有幾條不同顏色的色帶？其排序怎樣？寬窄如何？這說明了什么？7/24/202214胡蘿卜素（橙黃色）葉綠素類胡蘿卜素葉綠素a(藍(lán)綠色

3、)葉綠素b（黃綠色）葉黃素（黃色）3/41/4證明了色素的種類和顏色I(xiàn).捕獲光能的色素三、實驗關(guān)鍵1.選材時應(yīng)注意選擇鮮嫩、色濃綠、無漿汁的葉片。如菠菜葉、棉花葉、洋槐葉等。2.畫濾液細(xì)線時應(yīng)以細(xì)、齊、直為標(biāo)準(zhǔn)，重復(fù)畫線時必須等上次畫線干燥后再進(jìn)行，重復(fù)2-3次。3.層析時不要讓濾液細(xì)線觸及層析液。四、注意事項1.因丙酮和層析液都是易揮發(fā)且有一定毒性的有機(jī)溶劑，所以研磨要快，收集的濾液要用棉塞塞住，層析時要加蓋，盡量減少有機(jī)溶劑的揮發(fā)。2.在研磨時要加少許二氧化硅，目的是為了研磨充分，有利于色素的提??；加少許碳酸鈣的目的是為了防止研磨過程中，葉綠體中的色素受到破壞。3.分離色素時，一定不要讓濾

4、紙條上的濾液細(xì)線接觸到層析液，這是因為色素易溶解在層析液中，導(dǎo)致色素帶不清晰，影響實驗效果。II、色素的吸收光譜葉綠素溶液葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光類胡蘿卜素溶液類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光色素的吸收光譜圖 400 500 600 700nm 10050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)紫光葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍(lán)紫光和紅光，胡蘿卜素和葉紅素主要吸收藍(lán)紫光。注：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)綠色。 結(jié)論：分析：為什么植物春夏葉子翠綠，而深秋則葉片金黃呢？ 由于葉綠素的含量大大超過類胡羅卜素，而使類胡羅卜素的顏色被掩蓋

5、，只顯示出葉綠素的綠色由于葉綠素比類胡羅卜素易受到低溫的破壞，秋季低溫使葉綠素大量破壞，而使類胡羅卜素的顏色顯示出來問題：這些捕獲光能的色素存在于細(xì)胞中的什么部位？葉片中的葉肉細(xì)胞綠葉回顧 葉肉細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖 葉綠體亞顯微 結(jié)構(gòu)模式圖7/24/20221.下列標(biāo)號各代表： _ _ _2.在上分布有光合作用所需的 _ 和 ，在中也分布有光合作用所需的 。 基質(zhì)酶 外膜內(nèi)膜類囊體膜基粒色素酶 6_結(jié)論：氧是由葉綠體釋放出來的;葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場所,它內(nèi)部巨大的膜表面上，不僅分布著吸收光能的色素分子，還有光合作用所需的酶。恩吉爾曼實驗設(shè)計有哪些巧妙之處？ 選材：水綿具有細(xì)長的帶狀

6、葉綠體，易于觀察現(xiàn)象。好氧細(xì)菌的利用，準(zhǔn)確顯示出氧氣產(chǎn)生的部位。設(shè)計：黑暗無空氣的設(shè)計進(jìn)行黑暗和曝光的對比實驗。極細(xì)光線的入射；為了排除實驗前環(huán)境中光線和氧的影響，確保實驗的準(zhǔn)確性。能準(zhǔn)確判斷水綿細(xì)胞中釋放氧的部位；證明了實驗結(jié)果完全是光照引起的，并且氧是由葉綠體釋放出來的。葉綠素類胡蘿卜素葉綠素a(藍(lán)綠色)葉綠素b（黃綠色）胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）吸收紅光和藍(lán)紫光吸收藍(lán)紫光3/41/4小結(jié)色素主要分布于葉綠體的類囊體膜上二、光合作用的原理和應(yīng)用五年后1648年，海爾蒙特(J.B. van Helmont)柳樹增重 74.47 kg土壤減少 0.06 kg水分是建造植物體的唯一原料1.

7、光合作用的探究歷程：2.5 Kg思考:該實驗設(shè)計有什么缺陷?缺乏對照實驗,沒有考慮空氣的影響.1771年（英）普里斯特利的實驗植物可以更新空氣；現(xiàn)象：蠟燭熄滅。現(xiàn)象：蠟燭持續(xù)燃燒?，F(xiàn)象：小鼠死亡。現(xiàn)象：小鼠存活。結(jié)論：植物能夠凈化因燃燒或呼吸而變混濁的空氣。思考:該實驗有時成功,有時失敗,為什么?有時可能是在無光條件下做的,因為無光時植物不進(jìn)行光合作用,只有細(xì)胞呼吸,所以沒有氧氣釋放,而是釋放CO2,所以實驗失敗.1779年，荷蘭科學(xué)家英格豪斯的實驗:在一密閉的玻璃鐘罩內(nèi),同時放有盆栽植物和活小鼠,放在光照條件下,一段時間后,小鼠不死.且放入點燃的蠟燭也不滅.在另一密閉的玻璃鐘罩內(nèi),同時放有盆

8、載植物和活小鼠,放在黑暗中,一段時間后,小鼠死亡.且放入點燃的蠟燭立即熄滅.重復(fù)500多次.英格豪斯的實驗設(shè)計與前人相比,改進(jìn)在什么地方?設(shè)計了對照實驗;控制單一變量(即唯一自變量)對實驗過程進(jìn)行重復(fù)1785年，明確綠葉在光下放出的是氧氣，吸收的是二氧化碳；(拉瓦錫Laroisier, A.L. ）1845年，梅耶指出，植物在進(jìn)行光合作用時，把光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能儲存起來；1785年的結(jié)論是在什么基礎(chǔ)上提出的?梅耶得出這個結(jié)論的依據(jù)是什么?在發(fā)現(xiàn)了空氣的組成的基礎(chǔ)上提出的.依據(jù)是”能量的轉(zhuǎn)換和守恒定律”現(xiàn)象：1864年 德國科學(xué)家 薩克斯未遮光部分變成藍(lán)色。（置于暗處幾小時）思考：目的是什么？綠色

9、葉片中光合作用中產(chǎn)生了淀粉；薩克斯的實驗?zāi)康氖鞘裁?為什么讓葉片一半曝光,另一半遮光呢?為了驗證光合作用的產(chǎn)物是什么一半遮光一半曝光,是為了進(jìn)行對照 20世紀(jì)30年代，魯賓和卡門（美）的同位素標(biāo)記實驗：結(jié)論：光合作用產(chǎn)生的氧氣全部來自水，而不是來自CO2。2、第二組向同種綠色植物提供H218O和CO2 1、第一組向綠色植物提供C18O2和 H2O 。 C18O2+H2O CO2+H218O光照光照O2 18O2光合作用釋放的O2全部來自于H2O 用氧的同位素18O分別標(biāo)記H2O和CO2,使它分別成為H218O和C18O2。進(jìn)行兩組光合作用的實驗：20世紀(jì)40年代，卡爾文(M.Calvin) 用

10、14C標(biāo)記的CO2供小球藻實驗，追蹤檢測其放射性。探明CO2中的C的轉(zhuǎn)移途徑?？栁难h(huán)：CO2 C3 (CH2O)魯賓、卡門、卡爾文等人采用了什么先進(jìn)方法來進(jìn)行實驗?同位素標(biāo)記法年代科學(xué)家結(jié)論1664海爾蒙特水分是植物建造自身的原料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把光能轉(zhuǎn)變成了化學(xué)能儲存起來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討論一:從人類對光合作用的探究歷

11、程來看,生物學(xué)的發(fā)展與物理和化學(xué)有什么聯(lián)系?與技術(shù)手段的進(jìn)步有什么關(guān)系?試舉例說明.生物學(xué)的發(fā)展與物理和化學(xué)的研究進(jìn)展關(guān)系很密切.例如:直到1785年,由于發(fā)現(xiàn)了空氣的組成,人們才明確綠葉在光下放出的氣體是氧氣,吸收的是CO2,這個事實說明生物學(xué)的發(fā)展與化學(xué)領(lǐng)域的研究密切相關(guān).又如:基于核科學(xué)的進(jìn)展,魯賓和卡門利用同位素標(biāo)記法證明光合作用釋放的氧氣來自H2O,而不來自CO2.這些都說明在科學(xué)發(fā)展的進(jìn)程中,相關(guān)學(xué)科的互相促進(jìn),以及技術(shù)手段的進(jìn)步對科學(xué)發(fā)展有巨大的推動作用.討論二:分析人類對光合作用的探究歷程,你還有哪些感悟?許多科學(xué)家為了研究光合作用進(jìn)行了辛勤的探索,他們不斷地探索研究,從不言棄

12、,堅持到底,這種獻(xiàn)身科學(xué)的精神值得我們學(xué)習(xí).使我們體驗到了科學(xué)探究的一般過程是:通過觀察、發(fā)現(xiàn)問題提出問題、進(jìn)行假設(shè)指定計劃、設(shè)計實驗觀察實驗、獲取證據(jù)檢驗假設(shè)、得出結(jié)論,科學(xué)家所設(shè)計的實驗不僅有整體的設(shè)想、清晰的思路和操作的可行性,而且他們的實驗都遵循了對照性原則、控制變量原則、重復(fù)性原則等原則,這些科學(xué)實驗方法都是值得我們借鑒的.2.光合作用的過程2.光合作用的過程光反應(yīng)暗反應(yīng)劃分依據(jù):反應(yīng)過程 是否需要光能H2O類囊體膜酶Pi ADPATP(1).光反應(yīng)階段酶光、色素、葉綠體內(nèi)的類囊體膜上水的光解：H2O H + O2光能（還原劑）ATP的合成：ADPPi 能量（光能） ATP酶條件 ：

13、場所：物質(zhì)變化：能量變化：光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的化學(xué)能貯存在ATP中HCO2糖類 五碳化合物 C5 蛋白質(zhì)脂質(zhì)CO2的固定三碳化合物 2C3C3的還原 基質(zhì)多種酶H2O類囊體膜酶Pi ADPATPHCO2糖類 五碳化合物 C5 蛋白質(zhì)脂質(zhì)CO2的固定三碳化合物 2C3C3的還原 基質(zhì)多種酶HATP(2).暗反應(yīng)階段CO2的固定：CO2C5 2C3酶C3的還原：ATPH 、ADP+Pi條件：場所：物質(zhì)變化：能量變化：葉綠體的基質(zhì)中多種酶、 ATP中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惖?有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能2C3 (CH2O)酶糖類H 、ATP3.光合作用的總反應(yīng)式：CO2+H2O葉綠體光能糖類(CH2O)+O2

14、CO2+H2O （CH2O）+O2光能葉綠體色素 酶聯(lián) 系能量變化 物質(zhì)變化場所條件光暗 反 應(yīng) 光 反 應(yīng)過程項目需要光 不需要光基粒的類囊體薄膜上基質(zhì)中水的光解；ATP的合成CO2的固定；C3的還原 ATP中活 躍化學(xué)能ATP中活 躍化學(xué)能光能有機(jī)物中穩(wěn)定化學(xué)能光反應(yīng) 為 暗反應(yīng) 提供 H 和ATP，暗反應(yīng) 為 光反應(yīng) 提供 ADP 和Pi 。是兩個相互獨立、相互制約又密切聯(lián)系的過程.光反應(yīng)和暗反應(yīng)關(guān)系的比較:需要色素、酶需要酶、H、ATP三.化能合成作用：原理：還原CO2所需要的ATP和H是通過氧化無機(jī)物NH4+、NO2-、H2S、SO、H2、Fe2+等而獲得的。化能自養(yǎng)類型：硝化細(xì)菌、

15、鐵細(xì)菌、硫細(xì)菌、氫細(xì)菌等NH3 + O2 HNO2 + H2O+能量HN02 + O2 HNO3 + 能量C02 + H2O (CH2O) + O22HNO2O2硝化細(xì)菌2HNO3能量2NH33O2硝化細(xì)菌2HNO22H2O能量硝化細(xì)菌CO2H2O（CH2O）O2硝化細(xì)菌的化能合成作用過程:化能合成作用B1、在光合作用的暗反應(yīng)過程中，沒有被消耗掉的是 A、H B、C5化合物 C、ATP D、CO22、與光合作用光反應(yīng)有關(guān)的是 H2O ATP ADP CO2 A. B. C. D.A3. 將植物栽培在適宜的光照、溫度和充足的CO2條件下。如果將環(huán)境中CO2含量突然降至極低水平，此時葉肉細(xì)胞內(nèi)的C

16、3化合物、C5化合物和ATP含量的變化情況依次是 A. 上升；下降；上升 B. 下降；上升；下降 C. 下降；上升；上升 D. 上升；下降；下降4. 光合作用過程中, 產(chǎn)生ADP和消耗ADP的部位在葉綠體中依次為 外膜 內(nèi)膜 基質(zhì) 類囊體膜 A B C DCB5. 在光照充足的環(huán)境里, 將黑藻放入含有18O的水中, 過一段時間后，分析18O放射性標(biāo)記, 最先A. 在植物體內(nèi)的葡萄糖中發(fā)現(xiàn) B. 在植物體內(nèi)的淀粉中發(fā)現(xiàn)C. 在植物體內(nèi)的淀粉、脂肪、蛋 白質(zhì)中均可發(fā)現(xiàn) D. 在植物體周圍的空氣中發(fā)現(xiàn)D6. 在光合作用過程中，能量的轉(zhuǎn)移途徑是A. 光能 ATP 葉綠素 葡萄糖 B. 光能 葉綠素 A

17、TP 葡萄糖 C. 光能 葉綠素 CO2 葡萄糖D. 光能 ATP CO2 葡萄糖將一株經(jīng)過饑餓處理（放在暗處24小時）的植物，先放在有光但無CO2的環(huán)境中，一段時間后，再移到無光但有CO2的環(huán)境中，發(fā)現(xiàn)其生成有機(jī)物的量如下圖所示。請分析說明：(1)AB段由于缺乏CO2，使光合作用的_不能進(jìn)行，因此不能合成有機(jī)物。(2)BD段無光照，則光合作用的_不能進(jìn)行，但由于在AB段植株中積累了一定量的_，為有機(jī)物的產(chǎn)生提供了一定的物質(zhì)條件，故BC段可以合成一定的有機(jī)物。(3)在BC段中，每生成一個葡萄糖分子，就要消暗反應(yīng)光反應(yīng)NADPH和ATP耗_分子CO2。 (4)如果在BC段，適當(dāng)降低環(huán)境的溫度后，

18、發(fā)生的現(xiàn)象用曲線表示在圖上。64.光合作用原理的實際應(yīng)用光合作用效率1、光照強(qiáng)度3、CO2濃度4、礦質(zhì)元素(合理施肥)5、水 （合理灌溉）2、溫度影響光合作用效率的因素光照強(qiáng)度 真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率abc輪作：延長光合作用時間間作、套種、合理密植： 增加光合作用面積合理利用光能溫度光合作用是在酶的催化下進(jìn)行的，溫度直接影響酶的活性。一般植物在1035下正常進(jìn)行光合作用。CO2濃度b:CO2的補(bǔ)償點c:CO2的飽和點 ab: CO2太低，農(nóng)作物消耗光合產(chǎn)物； bc: 隨CO2的濃度增加，光合作用強(qiáng)度增強(qiáng)； cd: CO2濃度再增加，光合作用強(qiáng)度保持不變； de: CO2濃度超過一定

19、限度，將引起原生質(zhì)體中毒或氣孔關(guān)閉，抑制光合作用。acbdeabcde必需礦質(zhì)元素： 礦質(zhì)元素會直接或間接影響光合作用。氮是催化光合作用中各種酶及H和ATP的重要組成成分, 磷是H和ATP的重要組成成分，N、Mg、Fe、Mn等是葉綠素生物合成所必需的元素。糖類的合成和運(yùn)輸都需要K，P在維持葉綠體膜的結(jié)構(gòu)和功能上起重要作用。水： 水既是光合作用的原料, 又是體內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)。另外, 缺水時使氣孔關(guān)閉，影響CO2進(jìn)入植物體,使光合作用速率下降，所以水對光合作用影響很大。 延長光合作用時間增加光合作用面積光能利用率光合作用效率(輪作)( 合理密植：間種、套種 )1、控制光照強(qiáng)度2、適當(dāng)補(bǔ)充CO

20、23、適宜的溫度4、礦質(zhì)元素（ 合理施肥）5、水（ 合理灌溉）實驗原理： 利用真空滲入法排除葉內(nèi)細(xì)胞間隙的空氣，充以水分，使葉片沉于水中。在光合作用過程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小，而在細(xì)胞間積累，結(jié)果使原來下沉的葉片上浮，根據(jù)上浮所需的時間長短，即能比較光合作用的強(qiáng)弱。探究環(huán)境因素對光合作用的影響1、取3只小燒杯，分別倒入20ml富含二氧化碳的清水（事先可用口通過玻璃管向清水內(nèi)吹氣）2、分別向只小燒杯中各放入片小圓形葉片，然后分別對這個實驗裝置進(jìn)行強(qiáng)、中、弱三種光照（盞臺燈分別向個實驗裝置照射，光照強(qiáng)弱可通過調(diào)節(jié)臺燈與實驗裝置間的距離來決定）。3、觀察并記錄同一時間

21、段內(nèi)各實驗裝置中小圓形葉片浮起的數(shù)量觀察與記錄燒杯光照（日光燈）距離光照強(qiáng)度葉子圓片上浮所需時間第一片第二片第三片第四片140W5CM強(qiáng)240W30CM中340W50CM弱結(jié)論：在一定光照強(qiáng)度范圍內(nèi)，光合作用隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而增強(qiáng)5.光合作用與呼吸作用的區(qū)別：光合作用呼吸作用原料CO2、H2OO2、葡萄糖等有機(jī)物產(chǎn)物O2、葡萄糖等有機(jī)物CO2、H2O等能量轉(zhuǎn)換貯藏能量的過程光能活躍的化學(xué)能穩(wěn)定的化學(xué)能釋放能量的過程穩(wěn)定的化學(xué)能活躍的化學(xué)能發(fā)生部位有葉綠體的細(xì)胞、葉綠體活細(xì)胞、線粒體、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)發(fā)生條件光照下才可發(fā)生光下、暗處都可發(fā)生6.葉綠體和線粒體：都是雙層膜都有基粒和酶都有增大膜面積的結(jié)構(gòu)都有少量的DNA和RNA都與能量轉(zhuǎn)換有關(guān)都是半自主復(fù)制細(xì)胞器延長光合作用時間增加光合作用面積增加光能利用率提高光合作用效率控制光照強(qiáng)弱控制光質(zhì)控制溫度控制CO2供應(yīng)控制必需礦質(zhì)元素供應(yīng)控制H2O供應(yīng)提高復(fù)種指數(shù)（輪作）溫室中人工光照合理密植