高中生物必修一_第五章第四節(jié)能量之源-光與光合作用

1、P97問題探討問題探討本節(jié)聚焦：本節(jié)聚焦： 1、 捕獲光能的色素有哪些？捕獲光能的色素有哪些？ 2、葉綠體的結構是怎樣的？、葉綠體的結構是怎樣的？ 3、 葉綠體的結構有哪些適合進葉綠體的結構有哪些適合進 行光合作用的特點？行光合作用的特點？一、捕獲光能的色素和結構一、捕獲光能的色素和結構 1、實驗：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，在濾紙上的擴散速度有差別，可以 用來分離色素。方法與步驟方法與步驟提取色素提取色素稱取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

2、乙醇。在研缽中快速研磨。將研磨液進行過濾。方法與步驟方法與步驟制備濾紙條制備濾紙條方法與步驟方法與步驟畫濾液細線畫濾液細線方法與步驟方法與步驟分離色素分離色素實驗結果：實驗結果：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（藍綠色）（藍綠色）葉綠素葉綠素b（黃綠色）（黃綠色）胡蘿卜素胡蘿卜素（橙黃色）（橙黃色）葉黃素葉黃素（黃色）（黃色）胡蘿卜素胡蘿卜素葉黃素葉黃素葉綠素葉綠素a葉綠素葉綠素b葉綠素溶液葉綠素溶液吸收可見光，用于光合作用吸收可見光，用于光合作用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

3、圖 400 500 600 700nm 400 500 600 700nm 1001005050吸收光能百分比葉綠素類胡蘿卜素可 見 光 區(qū)葉綠素：吸收藍紫光和紅光葉綠素：吸收藍紫光和紅光類胡蘿卜素：吸收藍紫光類胡蘿卜素：吸收藍紫光葉片為什么是綠色葉片為什么是綠色?葉葉綠綠體體結結構構模模式式圖圖外膜外膜內(nèi)膜內(nèi)膜基?；；|基質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構堆的囊狀結構堆疊而成。這些疊而成。這些囊狀結構稱為囊狀結構稱為類囊體。吸收類囊體。吸收光能的四種色光能的四種色素就分布在素就分布在類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

4、囊體，多的類囊體，多者可達者可達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，極大地擴大了極大地擴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裝片中好氧細菌向葉綠體被光束照射到的部位集中。裝片中好氧細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結論：結論：葉綠體的被葉綠體的被光束照射到的光束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論：結論：現(xiàn)象：現(xiàn)象：沒有沒有空氣空氣黑暗黑暗 極極 細細 光光 束束 完完 全全 光光 照照討

5、論：討論：恩格爾曼實驗在設計上有什么巧妙之處？恩格爾曼實驗在設計上有什么巧妙之處？（1 1）、用水綿作實驗材料，有）、用水綿作實驗材料，有細而長的帶狀葉綠細而長的帶狀葉綠體體，螺旋狀分布在細胞中，便于觀察和分析研究。，螺旋狀分布在細胞中，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)境中光線和光線和O2的影響，從而確保的影響，從而確保實驗能順利進行。實驗能順利進行。（3 3）、用極細的光束照射，并且用好氧菌進）、用極細的光束照射，并且用好氧菌進行檢測，能準確的判斷水綿行檢測，能準確的判斷水綿細胞中放細胞中放O

6、2 部位。部位。（4 4）、進行黑暗（局部光照）與曝光的）、進行黑暗（局部光照）與曝光的對照實對照實驗驗，從而明確實驗結果完全是由光照引起的。，從而明確實驗結果完全是由光照引起的。結論結論: 葉綠體葉綠體是進行光合作用的場所，它內(nèi)是進行光合作用的場所，它內(nèi)部的巨大膜表面上，不僅分布著許多部的巨大膜表面上，不僅分布著許多吸收光能的吸收光能的色素分子色素分子，還有許多進行，還有許多進行光合作用所必需的光合作用所必需的酶酶。二、光合作用的原理和應用二、光合作用的原理和應用光合作用的探究歷程（光合作用的探究歷程（P101102）結論：水分是結論：水分是植物建造自身植物建造自身的原料。的原料。17 17

7、世紀世紀海爾蒙特海爾蒙特栽培的柳栽培的柳樹實驗樹實驗結論：植物可以更新空氣結論：植物可以更新空氣有人重復了普利斯特利的實驗，得到相反的結有人重復了普利斯特利的實驗，得到相反的結果，所以有人認為植物也能使空氣變污濁？果，所以有人認為植物也能使空氣變污濁？17791779年，荷蘭英格豪斯年，荷蘭英格豪斯 普利斯特利的實驗只有在普利斯特利的實驗只有在陽光照射陽光照射下才能成功；植物體下才能成功；植物體只有綠葉才能只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。光光能能化化學學

8、能能儲存在什儲存在什么物質中？么物質中？德國德國梅耶梅耶18641864年，德國薩克斯實驗年，德國薩克斯實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)曝光的一半呈深藍色，遮光的一半則藍色，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？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美國魯賓和卡門實驗（同位素標記法）美國魯賓和卡門實驗

9、（同位素標記法）光合作用產(chǎn)生的有機物又是怎樣合成的？光合作用產(chǎn)生的有機物又是怎樣合成的？美國卡爾文美國卡爾文用用1414C C標記標記1414CO2CO2，供小球，供小球藻進行光合作用，探明了藻進行光合作用，探明了COCO2 2中的中的C C的去向，稱為卡的去向，稱為卡爾文循環(huán)。爾文循環(huán)。 綠色植物通過綠色植物通過葉綠體葉綠體，利用，利用光能光能，把，把CO2和和H2O轉化成儲存能量的轉化成儲存能量的有機物有機物，并，并釋放出釋放出O2的過程。的過程。反應物、條件、反應物、條件、場所、生成物場所、生成物CO2H2O （CH2O）O2光能光能葉綠體葉綠體糖類糖類年代年代科學家科學家結論結論177

10、11771普利斯特利普利斯特利植物可以更新空氣植物可以更新空氣17791779英格豪斯英格豪斯只有只有在光照下在光照下只有只有綠葉綠葉才可以更才可以更新空氣新空氣18451845R.R.梅耶梅耶植物在光合作用時植物在光合作用時把光能轉變成把光能轉變成了化學能了化學能儲存起來儲存起來18641864薩克斯薩克斯綠色葉片光合作用綠色葉片光合作用產(chǎn)生淀粉產(chǎn)生淀粉18801880恩格爾曼恩格爾曼氧氧由葉綠體釋放出來。由葉綠體釋放出來。葉綠體葉綠體是是光合作用的場所。光合作用的場所。19391939魯賓魯賓 卡門卡門光合作用釋放的光合作用釋放的氧氧來自來自水水。2020世紀世紀4040代代卡爾文卡爾文光

11、合產(chǎn)物中有機物的光合產(chǎn)物中有機物的碳碳來自來自COCO2 2光合作用化學反應式：光合作用化學反應式：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）每個階段反應的條件、場所、物質變化、）每個階段反應的條件、場所、物質變化、 能量變化如何？能量變化如何？光光 反反 應應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暗暗 反反 應應co2C5 固固 定定2c3H供氫供氫酶酶(CH2O) 糖類糖類 場所：場所： 條

12、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色素分子色素分子可見光可見光C52C3ADP+PiATP2H2OO24H多種酶多種酶酶酶(CH2O)CO2吸收吸收光解光解能能固定固定還還原原酶酶光反應光反應暗反應暗反應光合作用總過程：光合作用總過程：光反應和暗反應的比較場所場所條件條件物質物質變化變化能量能量變化變化光反應光反應暗反應暗反應聯(lián)系聯(lián)系基粒片層結構薄膜基粒片層結構薄膜葉綠體基質中葉綠體基質中光、色素、酶、水、光、色素、酶、水、ADP PiADP PiHH、ATP

13、ATP、酶、酶、 COCO2 2 、C C5水的光解水的光解ATPATP的生成的生成COCO2 2的固定的固定 C C3 3的還原的還原光能光能ATPATP中活躍的化學能中活躍的化學能ATPATP中活躍的化學能中活躍的化學能 有機物中穩(wěn)定的化學能有機物中穩(wěn)定的化學能1、光反應為暗反應準備了還原劑H和能量ATP；2、暗反應為光反應補充消耗掉的ADP和Pi。葉綠體處不同條件下，葉綠體處不同條件下，C C3 3、C C5 5、H H、ATPATP以及以及(CH(CH2 2O)O)合成量的動態(tài)變化合成量的動態(tài)變化條件條件C C3 3C C5 5H H和和ATPATP(CH(CH2 2O)O)合成合成量

14、量停止光照停止光照COCO2 2供應不變供應不變增加增加下降下降減少或沒有減少或沒有減少或沒有減少或沒有光照不變光照不變停止停止COCO2 2供應供應減少減少 增加增加增加增加減少或沒有減少或沒有光照不變光照不變COCO2 2供應不變供應不變(CH(CH2 2O)O)運輸受阻運輸受阻增加增加減少減少增加增加減少減少原料和產(chǎn)物的對應關系：原料和產(chǎn)物的對應關系：（CH2O）CHOCO2CO2H2OO2H2O能量的轉移途徑：能量的轉移途徑：碳的轉移途徑：碳的轉移途徑：光能光能中中活躍活躍的化學能的化學能(CH2O)中中穩(wěn)定穩(wěn)定的化學能的化學能CO2C3（CH2O）光合作用原理的應用光合作用原理的應用

15、影響影響光合作用強度光合作用強度的因素？的因素？COCO2 2的濃度，光照的長短與強弱；光的成分；溫的濃度，光照的長短與強弱；光的成分；溫度的高低、必需礦物質元素、水分等。度的高低、必需礦物質元素、水分等。例：適當提高例：適當提高CO2的濃度（溫室大棚），增加光照時間的濃度（溫室大棚），增加光照時間和光照強度，農(nóng)作物間距合理，選擇適當?shù)墓庠吹?。和光照強度，農(nóng)作物間距合理，選擇適當?shù)墓庠吹?。若甲曲線代表陽生植物，則乙曲線代表陰生植物。若甲曲線代表陽生植物，則乙曲線代表陰生植物。 BC段：段：隨光照強度不斷加強，光合作用強度不斷加強，隨光照強度不斷加強，光合作用強度不斷加強，C點點為光飽和點為光飽

16、和點。A點點:光照強度為光照強度為0此時只進行細胞呼吸，釋放的二氧化碳量此時只進行細胞呼吸，釋放的二氧化碳量可表示此時細胞呼吸的強度。可表示此時細胞呼吸的強度。AB段：段：隨光照強度增強，光合作用強度增強，二氧化碳釋放量逐漸減少，因隨光照強度增強，光合作用強度增強，二氧化碳釋放量逐漸減少，因細胞呼吸釋放二氧化碳一部分用于光合作用，細胞呼吸釋放二氧化碳一部分用于光合作用，細胞呼吸強度大于光合作用強細胞呼吸強度大于光合作用強度。度。B點點細胞呼吸釋放的二氧化碳全部用于光合作用，即光合作用細胞呼吸釋放的二氧化碳全部用于光合作用，即光合作用強度等于細胞呼吸強度。強度等于細胞呼吸強度。B點稱為光補償點點

17、稱為光補償點(1)光照強度光照強度( (2 2) )二氧化碳濃度二氧化碳濃度曲線分析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，植物的光合作用強度加強。度加強。A A點：表示進行光合作用所需二氧化碳的最低濃度。點：表示進行光合作用所需二氧化碳的最低濃度。B B點：表示二氧化碳飽和點，超過該濃度，光合強度不再增加。點：表示二氧化碳飽和點，超過該濃度，光合強度不再增加。應用：對農(nóng)田里的農(nóng)作物應合理密植，應用：對農(nóng)田里的農(nóng)作物應合理密植，“正其行，通其風；對正其行，通其風；對溫室作物來說，應增施農(nóng)家肥料或使用二氧化碳發(fā)生器。溫室作物來說，應

18、增施農(nóng)家肥料或使用二氧化碳發(fā)生器。BA光合作用強度光合作用強度( (3 3) )溫度溫度曲線分析曲線分析光合作用是在多種酶的催化下進行的，溫度直接影響酶的活性光合作用是在多種酶的催化下進行的，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，光合作用逐漸增強段：在一定溫度范圍內(nèi)，隨溫度的升高，光合作用逐漸增強B點表示光合作用的最適溫度，此時光合速率最高；點表示光合作用的最適溫度，此時光合速率最高；BC段表示段表示 ，超過了光合作用的最適溫度，隨溫度的升高，光合，超過了光合作用的最適溫度，隨溫度的升高，光合作用強度逐漸下降。作用強度逐漸下降。應用：適時播種；溫室栽培中要保持晝夜溫差。應

19、用：適時播種；溫室栽培中要保持晝夜溫差。光合作用強度光合作用強度 (4)(4)必需礦質元素供應對光合作用的影響必需礦質元素供應對光合作用的影響 影響：礦質元素直接或間接影響光合作用。一定范圍影響：礦質元素直接或間接影響光合作用。一定范圍 內(nèi)內(nèi)N N、P P、K K等礦質元素越多，光合速率越快。等礦質元素越多，光合速率越快。N N是構成是構成 葉綠素、葉綠素、酶、酶、ATPATP等的元素；等的元素；P P是構成是構成ATPATP等的元素，參與葉綠體膜的構等的元素，參與葉綠體膜的構成；成；MgMg是構成葉綠素的元素；是構成葉綠素的元素；K K影響糖類的合成和運輸。影響糖類的合成和運輸。 應用：合理

20、施肥。應用：合理施肥。 (5)(5)水對光合作用的影響水對光合作用的影響 影響：水盡管是光合作用的原料和化學反應的介質，但影響：水盡管是光合作用的原料和化學反應的介質，但是水對光合作用的影響在多數(shù)情況下是間接影響。是水對光合作用的影響在多數(shù)情況下是間接影響。缺水（蒸騰缺水（蒸騰作用過強）導致氣孔關閉，限制二氧化碳進入葉片；作用過強）導致氣孔關閉，限制二氧化碳進入葉片；缺水引起缺水引起葉片內(nèi)淀粉水解加強，可溶性糖過多，光合產(chǎn)物輸出緩慢等。葉片內(nèi)淀粉水解加強，可溶性糖過多，光合產(chǎn)物輸出緩慢等。 應用：預防干旱，合理灌溉。應用：預防干旱，合理灌溉。自養(yǎng)生物：自養(yǎng)生物：能夠直接把從外界環(huán)境攝取的無機物

21、轉能夠直接把從外界環(huán)境攝取的無機物轉變成為自身的組成物質，并儲存了能量的一類生物。變成為自身的組成物質，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：不能直接利用無機物制成有機物，只能不能直接利用無機物制成有機物，只能把從外界攝取的現(xiàn)成的有機物轉變成自身的組成物把從外界攝取的現(xiàn)成的有機物轉變成自身的組成物質，并儲存了能量的一類生物。質，并儲存了能量的一類生物。能夠利用體外環(huán)境中的某些無機物氧化時所釋能夠利用體外環(huán)境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物的合成作用放的能量來制造有機物的合成作用 例如：硝化細菌、硫細菌、鐵細菌等少數(shù)種類的細例如：硝化細菌、硫細菌、鐵細菌等少數(shù)種類的細菌菌2NH2NH3 3+3O+3O2 2 2HNO 2HNO2 2+2H+2H2 2O+O+能量能量硝化細菌硝化細菌2HNO2HNO2 2+O+O2 2