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第4節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)化1第5章

細(xì)胞的能量供應(yīng)與利用參觀植物工廠太陽光能的輸入、捕獲和轉(zhuǎn)化，是生物圈得以維持運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。光合作用是唯一能捕獲和轉(zhuǎn)化光能的途徑。地球上最重要的化學(xué)反應(yīng)---光合作用在自然界中，萬物生長靠太陽在植物工廠中，植物生長靠人工光源不同顏色的葉子葉片中含有哪些色素？都與光合作用有關(guān)嗎？怎么才能獲得這些色素呢？色素在層析液中溶解度不同，溶解度高的隨層析液擴(kuò)散得快。實(shí)驗(yàn)原理分離方法：紙層析法層析液提取的色素濾紙條分離原理綠葉中的色素易溶于有機(jī)溶劑提取原理提?。簾o水乙醇分離：層析液1.提取綠葉中的色素a.研磨:材料:5g新鮮綠葉藥品SiO2：CaCO3：無水乙醇：使研磨充分防止色素（葉綠素）破壞溶解色素★要求：要迅速、充分剪碎加藥品研磨1.提取綠葉中的色素b.過濾：獲取綠色濾液★單層尼龍布：濾紙、紗布會(huì)吸收色素★注意用棉塞將試管口塞嚴(yán)：防止溶劑揮發(fā)和色素分子被氧化過濾濾液a、制備濾紙條：2.色素的分離1cm鉛筆線為什么要剪去兩角？減少邊緣效應(yīng)，造成兩邊色素?cái)U(kuò)散快，保證色素帶整齊。干燥的定性濾紙

重復(fù)2—3次，待濾液干后，再畫一兩次。

b、畫濾液細(xì)線(使色素帶平整、不重疊)

（為了積累更多的色素使分離色素帶更明顯）2.色素的分離）要求：細(xì)、直、齊C、分離色素：為何濾液細(xì)線不能觸及層析液？（防止色素溶解在層析液中）為何要蓋上培養(yǎng)皿？（防止層析液揮發(fā)，因其易揮發(fā)且有毒）2.色素的分離d、觀察與記錄：觀察濾紙條出現(xiàn)幾條色度帶，以及每條色素帶的顏色和寬窄。2.色素的分離葉綠素類胡蘿卜素（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）綠葉中的色素實(shí)驗(yàn)結(jié)果胡黃abab黃胡分布：葉綠體類囊體薄膜上功能：吸收、傳遞、轉(zhuǎn)換光能思維拓展

如果在圓形濾紙的中央點(diǎn)開始，對(duì)葉綠體的色素進(jìn)行層析，會(huì)看到什么現(xiàn)象？胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b從外往里依次為

。思考:ab-這些色素對(duì)光的吸收有什么差別呢紅橙黃綠青藍(lán)紫陽光是由不同波長的光組成組合成的復(fù)合光光譜葉綠素溶液葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光類胡蘿卜素溶液紅橙黃綠青藍(lán)紫陽光是由不同波長的光組成組合成的復(fù)合光光譜主要吸收藍(lán)紫光主要吸收紅光和藍(lán)紫光綠葉中的色素(吸收可見光)都幾乎不吸收綠光為什么植物春夏葉子翠綠，而深秋則葉片金黃呢？由于葉綠素比類胡蘿卜素易受到低溫的破壞，秋季低溫使葉綠素大量破壞，而使類胡蘿卜素的顏色顯示出來其他光被葉片吸收了，綠光吸收最少反射回來葉片中葉綠素的含量大大超過類胡蘿卜素與生活的聯(lián)系與生活的聯(lián)系為什么是用紅色或藍(lán)色的呢？用綠色的可以嗎？不能；因?yàn)樯鼗旧喜晃站G光。有些蔬菜大棚用紅色或藍(lán)色的塑料薄膜代替普通塑料薄膜，有的溫室內(nèi)懸掛發(fā)紅色或藍(lán)色的燈管。思維拓展教材P101海洋中的藻類，習(xí)慣上依其顏色分為綠藻、褐藻和紅藻，它們?cè)诤Ｋ械拇怪狈植即笾乱来问菧\、中、深。這種現(xiàn)象與光能的捕獲有關(guān)嗎？綠藻：反射綠光紅藻：反射紅光褐藻：反射黃光思維拓展思考·討論教材P101海洋中的藻類，習(xí)慣上依其顏色分為綠藻、褐藻和紅藻，它們?cè)诤Ｋ械拇怪狈植即笾乱来问菧\、中、深。這種現(xiàn)象與光能的捕獲有關(guān)嗎？綠藻：吸收藍(lán)紫光和紅光紅藻：吸收藍(lán)紫光和綠光1、葉綠體的形態(tài)(光鏡下)一般呈扁平的橢球形或球形。2、葉綠體的結(jié)構(gòu)(電鏡下)②葉綠體的色素與酶位于哪里？類囊體堆疊形成基粒色素：類囊體薄膜①葉綠體通過什么方式增大膜面積？酶：類囊體薄膜、葉綠體基質(zhì)恩格爾曼的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)葉綠體除了吸收光能以外，還有什么功能嗎？水綿：需氧細(xì)菌：葉綠體呈螺旋帶狀分布。集中在O2釋放的部位沒有空氣黑暗極細(xì)光束完全光照恩格爾曼的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)說明：氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所。實(shí)驗(yàn)1水綿好氧細(xì)菌極細(xì)光束照射完全曝光黑暗無空氣好氧細(xì)菌集中于葉綠體被光束照射的部位好氧細(xì)菌分布于葉綠體所有受光部位①實(shí)驗(yàn)材料選擇

和

。②沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了

和

干擾。③用極細(xì)的光束照射，葉綠體上可分為

和

的部位，相當(dāng)于一組

實(shí)驗(yàn)。水綿的優(yōu)點(diǎn)是

；需氧細(xì)菌的優(yōu)點(diǎn)是

。④臨時(shí)裝片暴露在光下的實(shí)驗(yàn)再一次

。水綿需氧細(xì)菌葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察可確定釋放氧氣多的部位氧氣光有光照無光照對(duì)照驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果恩格爾曼水綿和好氧細(xì)菌實(shí)驗(yàn)恩格爾曼實(shí)驗(yàn)在選材、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上有什么巧妙之處？大量好氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域，說明什么？說明：葉綠體上的光合色素主要吸收的是紅光和藍(lán)紫光。實(shí)驗(yàn)2恩格爾曼的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)需氧細(xì)菌水綿溫故知新主要吸收紅光和藍(lán)紫光主要吸收藍(lán)紫光分布：葉綠體類囊體薄膜上功能：吸收、傳遞、轉(zhuǎn)換光能光合作用一、概念：指綠色植物通過

，利用光能，把

轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并且釋放出

的過程。

反應(yīng)式：

。

葉綠體

二氧化碳和水

氧氣

場(chǎng)所條件產(chǎn)物原料CO2+H2O

(CH2O)+O2葉綠體光能合成有機(jī)物，儲(chǔ)存能量實(shí)質(zhì)：光合作用根據(jù)是否需要____________，這些化學(xué)反應(yīng)可以概括地分為____________和_____________（現(xiàn)在也稱為碳反應(yīng)）兩個(gè)階段。光能光反應(yīng)暗反應(yīng)探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)1、19世紀(jì)末

甲醛→糖2、1928年甲醛對(duì)植物有毒甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖CO2O2C+H2O甲醛(CH2O)（有H2O，無CO2）3、1937年，（英）希爾Fe3+鐵鹽Fe2+鐵鹽希爾反應(yīng)：O2全部來自于H2O嗎？水的光解產(chǎn)生氧氣。結(jié)論：探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)希爾的實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裾f明水的光解與糖的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)？探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)第一組光合作用產(chǎn)生的O2來自于H2O。H2180C02H20C18O2第二組1802024、1941年（美）魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)（同位素標(biāo)記法）實(shí)驗(yàn)結(jié)論光照射下的小球藻懸浮液對(duì)比實(shí)驗(yàn)探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)5、（美）阿爾農(nóng)1954年，阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)，在光照下，葉綠體可合成ATP。光照水ATP光解O21957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。光反應(yīng)階段光、色素、酶葉綠體內(nèi)的類囊體薄膜上水的光解：H2OO2

+H+光能ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能)ATP酶光能→ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能場(chǎng)所：條件：物質(zhì)變化

能量變化：NADPH的合成：H++NADP+NADPH光能H2O葉綠體

色素ADP+PiATP酶水在光下分解O2NADPHNADP+氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶ⅡATP合成酶拓展：葉綠體類囊體薄膜上能量轉(zhuǎn)化示意圖類囊體薄膜類囊體腔葉綠體基質(zhì)結(jié)論：光合產(chǎn)物中有機(jī)物的碳來自CO2卡爾文循環(huán)卡爾文循環(huán)CO2C3(CH2O)C5CO2轉(zhuǎn)化成有機(jī)物過程中，C的轉(zhuǎn)移途徑是：暗反應(yīng)階段卡爾文循環(huán)CO2的固定：CO2＋C5

2C3酶C3的還原：ATP

ADP+Pi葉綠體的基質(zhì)中ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能2C3

(CH2O)酶糖類＋C5NADPH、ATP、酶場(chǎng)所：條件：物質(zhì)變化能量變化NADP+NADPHCO2還原（CH2O）供氫酶供能多種酶參加催化2C3C5固定ADP+PiATPNADPHNADP+光能H2OCO2還原（CH2O）葉綠體

色素

供氫、供能酶供能多種酶參加催化暗反應(yīng)（葉綠體基質(zhì)）2C3C5固定ADP+PiATP酶水在光下分解O2NADPHNADP+光反應(yīng)（葉綠體類囊體薄膜）光反應(yīng)和暗反應(yīng)區(qū)別和聯(lián)系

光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段（碳反應(yīng)）場(chǎng)所條件物質(zhì)變化能量變化聯(lián)系項(xiàng)目葉綠體類囊體薄膜上葉綠體基質(zhì)光、色素、酶多種酶2H2O→O2+H+H++NADP+

→NADPHADP+Pi+能量→ATP光能→ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi、NADP+等原料2C3CO2+C5→2C3NADPH(CH2O)+C5ATP過程條件驟變對(duì)光合作用中各物質(zhì)的影響CO2濃度不變NADPH、ATP

C3C5

（CH2O）光照減弱減少增加減少減少光照增強(qiáng)增加減少增加增加2條件驟變對(duì)光合作用中各物質(zhì)的影響光照不變NADPH、ATPC3C5

（CH2O）CO2濃度減少增加減少增加減少CO2濃度增加減少增加減少增加2化能合成作用營養(yǎng)類型光能自養(yǎng)6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O光能葉綠體（光合作用）化能自養(yǎng)（化能合成作用）自養(yǎng)型異養(yǎng)型寄生、腐生、捕食例如：硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等少數(shù)種類的細(xì)菌。

例如綠色植物，藍(lán)細(xì)菌等化能合成作用2NH3+3O2

硝化細(xì)菌2HNO2+2H2O+能量2HNO2+O2硝化細(xì)菌2HNO3+能量CO2+H2O酶（CH2O）+O2硝化細(xì)菌氣孔開閉情況CO2濃度水分光光質(zhì)光照強(qiáng)度光照時(shí)間光照面積酶色素溫度礦質(zhì)元素影響因素CO2濃度水分光光質(zhì)光照強(qiáng)度光照時(shí)間光照面積酶色素溫度礦質(zhì)元素氣孔開閉情況光合作用強(qiáng)度（速率）指植物在單位時(shí)間、單位面積內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量。固定CO2的量（產(chǎn)生O2的量）實(shí)驗(yàn)：探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響自變量：光照強(qiáng)弱因變量：光合作用強(qiáng)度相同時(shí)間小圓形葉片浮起的數(shù)量利用小燒杯與光源的距離來調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度控制方法：檢測(cè)方法：葉片含有空氣，上浮葉片下沉O2充滿細(xì)胞間隙，葉片上浮抽氣光合作用產(chǎn)生O2實(shí)驗(yàn)原理：①實(shí)驗(yàn)葉片：同種、生長狀況相同、小圓形葉片大小相同、等量…②NaHCO3溶液：無變量：等量,相同濃度實(shí)驗(yàn)：探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)：探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)：探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)：探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)：探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)步驟甲乙丙多中少強(qiáng)中弱在一定光照強(qiáng)度范圍內(nèi)，光合作用隨著光照強(qiáng)度的增加而增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：實(shí)驗(yàn)：探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響合理密植；間作套種；應(yīng)用拓展輪作：在同一塊田地上，按預(yù)定的種植計(jì)劃，輪換種植不同的作物。套作：在同一塊田地上，在前季作物的生長后期，在其株、行間播種或移栽后季作物。玉米、花生輪作果園套種油菜玉米——大豆間作：在一塊田地上同時(shí)、間隔種植兩種作物。光照強(qiáng)度0CO2吸收CO2釋放ABC光補(bǔ)償點(diǎn)光飽和點(diǎn)B：光合作用=呼吸作用D：光合速率開始達(dá)到最大時(shí)外界的光照強(qiáng)度（限制因素：CO2濃度、溫度等）DAB：光合作用<呼吸作用BC：光合作用>呼吸作用A：只進(jìn)行呼吸作用光照強(qiáng)度限制因素：光照強(qiáng)度A：只進(jìn)行呼吸作用B：光合作用=呼吸作用細(xì)胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用BC：光合作用>呼吸作用AB：光合作用<呼吸作用O2的吸收量

O2的釋放量真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率D光合作用速率的測(cè)定真正光合速率=凈光合速率

+呼吸作用速率有機(jī)物生成量

CO2固定量

O2產(chǎn)生量有機(jī)物積累量CO2吸收量O2釋放量有機(jī)物消耗量黑暗下CO2釋放量黑暗下O2消耗量===+++真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率O2釋放量（凈）O2消耗量（呼）有機(jī)物積累量（凈）有機(jī)物消耗量（呼）CO2釋放量（呼）CO2吸收量（凈）凈光合速率>0，植物才能生長A點(diǎn)：對(duì)應(yīng)的CO2濃度為能進(jìn)行光合作用的最低CO2濃度。CO2補(bǔ)償點(diǎn)光合作用速率＝呼吸作用速率CO2飽和點(diǎn)C點(diǎn)之后限制因素：主要為光照強(qiáng)度和溫度。B點(diǎn)：C點(diǎn)：CO2濃度AB吸收速率CO2C釋放速率CO2應(yīng)用CO2濃度大田生產(chǎn)：“正其行，通其風(fēng)”，多施農(nóng)家肥；溫室種植：可以使用二氧化碳發(fā)生器。CO2補(bǔ)償點(diǎn)CO2飽和點(diǎn)D最大光合速率D點(diǎn)：比較兩個(gè)曲線的區(qū)別A點(diǎn)：CO2補(bǔ)償點(diǎn)（表示光合作用速率等于細(xì)胞呼吸速率時(shí)的CO2濃度）；A′點(diǎn)：表示進(jìn)行光合作用所需CO2的最低濃度；B和B′點(diǎn)：CO2飽和點(diǎn)（兩組都表示在一定范圍內(nèi)CO2濃度達(dá)到該點(diǎn)后，光合作用強(qiáng)度不再隨CO2濃度增加而增加）。溫度

溫度通過影響

影響光合作用。酶的活性AB段隨著溫度升高，光合速率_____B點(diǎn)酶的

溫度，光合速率最大BC段隨著溫度升高，酶的活性下降，光合速率

，50℃左右光合速率幾乎為零增大最適減小

溫室栽培時(shí)，增大晝夜溫差；

適時(shí)播種。應(yīng)用N：光合酶及NADPH和ATP的重要組分P：NADPH和ATP的重要組分K：促進(jìn)光合產(chǎn)物向貯藏器官運(yùn)輸Mg：葉綠素的重要組分礦質(zhì)元素過多、土壤溶液濃度過高而導(dǎo)致植物滲透失水萎蔫。礦質(zhì)元素合理施肥應(yīng)用水水是光合作用的原料，缺水直接影響光合作用及時(shí)、合理灌溉應(yīng)用缺水氣孔關(guān)閉限制CO2進(jìn)入葉片光合作用受影響多因子變量對(duì)光合速率的影響限制光合速率的因素為橫坐標(biāo)所示的因素，隨該因素的不斷加強(qiáng)，光合速率不斷提高P點(diǎn)之前:Q點(diǎn):橫坐標(biāo)所示的因素不再是限制光合速率的因素，影響因素為坐標(biāo)圖中所標(biāo)示出的其他因素夏季一天中CO2吸收量和釋放量變化曲線a點(diǎn)：溫度降低，

減弱，CO2釋放減少。b點(diǎn)：開始進(jìn)行

。bc段：光合作用

細(xì)胞呼吸。c點(diǎn)：光合作用

細(xì)胞呼吸。ce段：光合作用

細(xì)胞呼吸。d點(diǎn)：

過高，部分或全部氣孔關(guān)閉，

CO2供應(yīng)量下降，出現(xiàn)“午休現(xiàn)象”。e點(diǎn)：光合作用

細(xì)胞呼吸。ef段：光合作用

細(xì)胞呼吸。fg段：停止

，只進(jìn)行

。呼吸光合作用小于等于大于溫度等于小于光合作用呼吸作用hi夏季一天中CO2吸收量和釋放量變化曲線①積累有機(jī)物時(shí)間段：

段。②制造有機(jī)物時(shí)間段：

段。③消耗有機(jī)物時(shí)間段：

段。④一天中有機(jī)物積累最多的時(shí)間點(diǎn)：

點(diǎn)。CEBFOGE密閉容器及自然環(huán)境中植物光合作用曲線分析(1)AB段:無光照，植物只進(jìn)行

。(2)BC段:溫度降低，

。(3)CD段:4時(shí)后，微弱光照，開始進(jìn)行光合作用，但光合作用