公開(kāi)課5.4能量之源-光與光合作用

第4節(jié)能量之源——光與光合作用1、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)2、光合作用的原理和應(yīng)用本節(jié)內(nèi)容：

我們知道，玉米中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)白化苗。白化苗由于不能進(jìn)行光合作用，待種子中貯存的養(yǎng)分耗盡就會(huì)死亡。可見(jiàn)光合作用與細(xì)胞中的色素有關(guān)。1、捕獲光能的色素【實(shí)驗(yàn)】葉綠體中色素的提取和分離二、實(shí)驗(yàn)程序

一、實(shí)驗(yàn)原理三、方法與步驟四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果五、實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵六、注意事項(xiàng)下面這個(gè)實(shí)驗(yàn)，主要目的是探究綠葉中含有幾種色素和學(xué)習(xí)對(duì)色素進(jìn)行提取和分離的方法，并設(shè)法將這些色素分離開(kāi)。

一、實(shí)驗(yàn)原理1.葉綠體中的色素能溶解在有機(jī)溶劑無(wú)水乙醇中，所以用無(wú)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。二、實(shí)驗(yàn)程序

乙醇三、方法與步驟提取色素1.選材時(shí)應(yīng)注意選擇鮮嫩、色濃綠、無(wú)漿汁的葉片。如菠菜葉、棉花葉、洋槐葉等。五、實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵分離綠葉中的色素濾液細(xì)線層析液濾紙條2.畫(huà)濾液細(xì)線時(shí)應(yīng)以細(xì)、齊、直為標(biāo)準(zhǔn)，重復(fù)畫(huà)線時(shí)必須等上次畫(huà)線干燥后再進(jìn)行，重復(fù)2-3次。3.層析時(shí)不要讓濾液細(xì)線觸及層析液。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論：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(shuō)明了什么？2023/1/318橙黃色黃色藍(lán)綠色黃綠色四條，說(shuō)明有四種色素，寬窄代表色素含量色素帶從上到下依次是:橙黃色黃色藍(lán)綠色黃綠色葉綠素a葉綠素b胡蘿卜素葉黃素(含量約占總量的3/4)葉綠素類(lèi)胡蘿卜素(含量約占總量的1/4)綠葉中的色素兩類(lèi):葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素光合色素的種類(lèi)光合色素的作用①絕大多數(shù)色素分子具有吸收、傳遞光能的作用②少數(shù)葉綠素a具有轉(zhuǎn)化光能的作用六、注意事項(xiàng)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(shí)要加蓋，盡量減少有機(jī)溶劑的揮發(fā)。2.在研磨時(shí)要加少許二氧化硅，目的是為了研磨充分，有利于色素的提?。患由僭S碳酸鈣的目的是為了防止研磨過(guò)程中，葉綠體中的色素受到破壞。3.分離色素時(shí)，一定不要讓濾紙條上的濾液細(xì)線接觸到層析液，這是因?yàn)樯匾兹芙庠趯游鲆褐校瑢?dǎo)致色素帶不清晰，影響實(shí)驗(yàn)效果。2、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(lèi)胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光類(lèi)胡蘿卜素溶液對(duì)比分析色素的吸收光譜圖400500600700nm10050吸收光能百分比葉綠素類(lèi)胡蘿卜素可見(jiàn)光區(qū)葉綠素：吸收藍(lán)紫光和紅光類(lèi)胡蘿卜素：吸收藍(lán)紫光葉綠素a和合葉綠素b主要吸收藍(lán)紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍(lán)紫光。注：因?yàn)槿~綠素對(duì)綠光吸收最少，綠光被反射回來(lái)，所以葉片才呈現(xiàn)綠色。結(jié)論：?jiǎn)栴}：這些捕獲光能的色素存在于細(xì)胞中的什么部位？1865年，德國(guó)植物學(xué)家薩克斯研究葉綠素在光合作用中的功能時(shí)，發(fā)現(xiàn)葉綠素并非普遍分布在植物的整個(gè)細(xì)胞中，而是集中在一個(gè)更小的結(jié)構(gòu)里，后來(lái)人們稱之為葉綠體。3.葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能葉片中的葉肉細(xì)胞綠葉

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)模式圖捕捉光能的色素存在于細(xì)胞中的什么部位？水綿討論：恩格爾曼實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)上有什么巧妙之處？（1）、用水綿作實(shí)驗(yàn)材料，有細(xì)而長(zhǎng)的帶狀葉綠體，螺旋狀分布在細(xì)胞中，便于觀察和分析研究。（2）、將臨時(shí)裝片置于黑暗且沒(méi)有空氣的環(huán)境中，排除了環(huán)境中光線和O2的影響，從而確保實(shí)驗(yàn)?zāi)茼樌M(jìn)行。（3）、用極細(xì)的光束照射，并且用好氧菌進(jìn)行檢測(cè)，能準(zhǔn)確的判斷水綿細(xì)胞中放O2

部位。（4）、進(jìn)行黑暗（局部光照）與曝光的對(duì)照實(shí)驗(yàn)，從而明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全是由光照引起的。葉綠體是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所，它內(nèi)部的巨大膜表面上，不僅分布著許多吸收光能的色素分子，還有許多進(jìn)行光合作用所必需的酶。光合作用的探究歷程人們得出這一認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的探索歷程，科學(xué)家們用了200多年的時(shí)間，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)才對(duì)光合作用有了一個(gè)比較清楚的認(rèn)識(shí)?，F(xiàn)在我們就沿著科學(xué)家們探尋的足跡，去體驗(yàn)他們認(rèn)識(shí)問(wèn)題的思維過(guò)程和科學(xué)探索的樂(lè)趣。植物為什么會(huì)生長(zhǎng)？古希臘亞里士多德認(rèn)為根吸收土壤中的養(yǎng)分土壤減少的重量=植物增加的重量結(jié)論：水分是植物建造自身的原料。17世紀(jì)海爾蒙特栽培柳樹(shù)的實(shí)驗(yàn)五年后海爾蒙特的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有什么不足的地方？1771年普利斯特利實(shí)驗(yàn)一段時(shí)間后結(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(yàn)，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？普利斯特利1779年，荷蘭的英格豪斯

普利斯特利的實(shí)驗(yàn)只有在陽(yáng)光照射下才能成功；植物體只有綠葉才能更新空氣。

到1785年，發(fā)現(xiàn)了空氣的組成，人們才明確綠葉在光下放出的是O2，吸收的是CO2。水二氧化碳氧氣光光能化學(xué)能儲(chǔ)存在什么物質(zhì)中？德國(guó)梅耶？500多次實(shí)驗(yàn)才發(fā)現(xiàn)1864年，薩克斯(德)的實(shí)驗(yàn)（置于暗處幾小時(shí)）思考：目的是什么？一半遮光一半曝光為了使綠葉中原有的有機(jī)物消耗殆盡“半葉法”酒精脫綠酒精目的：除去綠色避免綠色影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象1864年，（德）薩克斯的實(shí)驗(yàn)用碘處理這片葉，發(fā)現(xiàn)曝光的一半呈深藍(lán)色，遮光的一半則沒(méi)有顏色變化。綠葉在光下制造淀粉。結(jié)論一半曝光，一半遮光1864年薩克斯的實(shí)驗(yàn)暗處理光照碘蒸汽處理酒精脫色用碘蒸氣處理這片葉，發(fā)現(xiàn)曝光的一半呈深藍(lán)色，遮光的一半則沒(méi)有顏色變化。在暗處放置幾小時(shí)后“半葉法”光合作用釋放的O2中的O來(lái)自CO2還是H2O？水二氧化碳氧氣光第一組光合作用產(chǎn)生的O2中的O全部來(lái)自于H2O。H2180C02H20C18O2第二組180202美國(guó)魯賓和卡門(mén)實(shí)驗(yàn)（同位素標(biāo)記法）結(jié)論培養(yǎng)小球藻

返回光合作用氧氣來(lái)源的探究（１８３９年）卡爾文（美國(guó)）用14C標(biāo)記14CO2，供小球藻進(jìn)行光合作用，探明了CO2中的C的去向，稱為卡爾文循環(huán)。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？光合產(chǎn)物中有機(jī)物的碳來(lái)自CO2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(shí)把光能轉(zhuǎn)變成了化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)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(lái)。葉綠體是光合作用的場(chǎng)所。1939魯賓卡門(mén)光合作用釋放的氧來(lái)自水。20世紀(jì)40代卡爾文光合產(chǎn)物中有機(jī)物的碳來(lái)自CO2光合作用的定義

綠色植物通過(guò)葉綠體，利用光能，把CO2和H2O轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存能量的有機(jī)物，并釋放出O2的過(guò)程?？偨Y(jié)光合作用的反應(yīng)式反應(yīng)物、條件、場(chǎng)所、生成物CO2＋H2O（CH2O）＋O2光能葉綠體糖類(lèi)光合作用過(guò)程光反應(yīng)暗反應(yīng)劃分依據(jù):反應(yīng)過(guò)程是否需要光能光反應(yīng)在白天可以進(jìn)行嗎？夜間呢？暗反應(yīng)在白天可以進(jìn)行嗎？夜間呢？有光才能反應(yīng)有光、無(wú)光都能反應(yīng)光反應(yīng)階段光、色素、酶葉綠體內(nèi)的類(lèi)囊體薄膜上水的光解：H2O[H]+O2光能（還原劑）ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）ATP酶光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的化學(xué)能貯存在ATP中場(chǎng)所：條件：物質(zhì)變化能量變化必須有光才能進(jìn)行暗反應(yīng)階段方法：同位素標(biāo)記法、層析法卡爾文和他的實(shí)驗(yàn)裝置暗反應(yīng)階段CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的還原：ATP[H]、ADP+Pi葉綠體的基質(zhì)中

ATP中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷?lèi)等

有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能2C3(CH2O)酶糖類(lèi)[H]、ATP、酶場(chǎng)所：條件：物質(zhì)變化能量變化有光、無(wú)光都能反應(yīng)＋C5科學(xué)家阿爾農(nóng)在對(duì)葉綠體照光時(shí)還發(fā)現(xiàn)：只要供給了ATP和[H]，黑暗中葉綠體也可將CO2轉(zhuǎn)化為糖類(lèi)。CO2轉(zhuǎn)化為糖類(lèi)需要ATP和[H]，但不一定需要光。分析資料1探究問(wèn)題得出結(jié)論這段材料說(shuō)明了什么？(2015·課標(biāo)卷Ⅰ，29)為了探究不同光照處理對(duì)植物光合作用的影響，科學(xué)家以生長(zhǎng)狀態(tài)相同的某種植物為材料設(shè)計(jì)了A、B、C、D四組實(shí)驗(yàn)。各組實(shí)驗(yàn)的溫度、光照強(qiáng)度和CO2濃度等條件相同、適宜且穩(wěn)定，每組處理的總時(shí)間均為135s，處理結(jié)束時(shí)測(cè)定各組材料中光合作用產(chǎn)物的含量。處理方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：A組：先光照后黑暗，時(shí)間各為67.5s；光合作用產(chǎn)物的相對(duì)含量為50%。B組：先光照后黑暗，光照和黑暗交替處理，每次光照和黑暗時(shí)間各為7.5s；光合作用產(chǎn)物的相對(duì)含量為70%。C組：先光照后黑暗，光照和黑暗交替處理，每次光照和黑暗時(shí)間各為3.75ms(毫秒)；光合作用產(chǎn)物的相對(duì)含量為94%。D組(對(duì)照組)：光照時(shí)間為135s；光合作用產(chǎn)物的相對(duì)含量為100%。A、B、C三組處理相比，隨著________的增加，使光下產(chǎn)生的________能夠及時(shí)利用與及時(shí)再生，從而提高了光合作用中CO2的同化量。光照和黑暗交替頻率ATP和還原型輔酶Ⅱ（[H]）卡爾文選擇了同位素標(biāo)記法,用14C標(biāo)記的C02,研究放射線依次出現(xiàn)在哪些化合物中,進(jìn)而推出一條反應(yīng)路線。他向反應(yīng)體系中充入一定量的14C標(biāo)記的C02,光照后檢測(cè)反應(yīng)。幾分之一秒的時(shí)候,他發(fā)現(xiàn)95%的放射性出現(xiàn)在一種三碳化合物中。當(dāng)給光照在5秒時(shí)，檢測(cè)到五碳化合物（C5）和糖類(lèi)（CH2O）。分析資料2探究問(wèn)題得出結(jié)論請(qǐng)推測(cè)出C02的轉(zhuǎn)移途徑？卡爾文不斷研究終于發(fā)現(xiàn)，供應(yīng)光與CO2時(shí)，C3

和C5

很快達(dá)到飽和，并保持穩(wěn)定，但當(dāng)改變其中一個(gè)條件后，二者濃度出現(xiàn)規(guī)律性變化：停止供應(yīng)CO2，C3

降低，C5

升高；停止光照，C3

升高，C5

降低。C3

和C5

相互轉(zhuǎn)化，卡爾文循環(huán)。分析資料3探究問(wèn)題得出結(jié)論C3

和C5

究竟有什么聯(lián)系?CO2

五碳化合物

C5

CO2的固定三碳化合物

2C3C3的還原葉綠體基質(zhì)多種酶H2O類(lèi)囊體膜酶Pi

＋ADPATP[H]糖類(lèi)卡爾文循環(huán)O2

聯(lián)系比較光反應(yīng)、暗反應(yīng)光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段條件場(chǎng)所物質(zhì)變化能量變化光、色素、酶不需光、酶、[H]、ATP葉綠體類(lèi)囊體薄膜葉綠體基質(zhì)中水的光解；ATP的生成CO2的固定；C3的還原

ATP中活躍化學(xué)能光能ATP中活躍化學(xué)能有機(jī)物中穩(wěn)定化學(xué)能光反應(yīng)是暗反應(yīng)的基礎(chǔ)，為暗反應(yīng)提供[H]和ATP，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP和Pi。

CO2+H2O（CH2O）+O2光能葉綠體色素分子可見(jiàn)光C52C3ADP+PiATP2H2OO24[H]多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解能固定還原酶光反應(yīng)暗反應(yīng)光合作用總過(guò)程：+H2O+H2O光合作用原理的應(yīng)用影響光合作用強(qiáng)度的因素？CO2的濃度，光照的長(zhǎng)短與強(qiáng)弱；光的成分；溫度的高低、必需礦物質(zhì)元素、水分等。例：適當(dāng)提高CO2的濃度（溫室大棚），增加光照時(shí)間和光照強(qiáng)度，農(nóng)作物間距合理，選擇適當(dāng)?shù)墓庠吹??；芎铣勺饔米责B(yǎng)生物

以光為能源，以CO2和H2O（無(wú)機(jī)物）為原料合成糖類(lèi)（有機(jī)物），糖類(lèi)中儲(chǔ)存著由光能轉(zhuǎn)換來(lái)的能量。例如綠色植物。異養(yǎng)生物

只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機(jī)物來(lái)維持自身的生命活動(dòng)。例如人、動(dòng)物、真菌及大多數(shù)的細(xì)菌。化能合成作用

利用環(huán)境中某些無(wú)機(jī)物氧化時(shí)所釋放的能量來(lái)制造有機(jī)物。少數(shù)的細(xì)菌，如硝化細(xì)菌。光能自養(yǎng)生物化能自養(yǎng)生物所需的能量來(lái)源不同（光能、化學(xué)能）光反應(yīng)H2O→2[H]+1/2O2+Pi+光能ATP酶ADP水的光解：ATP的合成

：暗反應(yīng)CO2的還原：

2C3+[H](CH2O)+C5酶ATPCO2的固定：

CO2+C5→2C3酶總結(jié)：光原料和產(chǎn)物的對(duì)應(yīng)關(guān)系：（CH2O）CHOCO2CO2H2OO2H2O能量的轉(zhuǎn)移途徑：碳的轉(zhuǎn)移途徑：光能ATP中活躍的化學(xué)能(CH2O)中穩(wěn)定的化學(xué)能CO2C3（CH2O）下圖是光合作用過(guò)程圖解，請(qǐng)分析后回答下列問(wèn)題：①圖中A是______,B是_______,它來(lái)自于______的分解。②圖中C是_______，它被傳遞到葉綠體的______部位，用于____________________

。③圖中D是____，在葉綠體中合成D所需的能量來(lái)自______④圖中G________,F是__________,J是_____________⑤圖中的H表示_______，H為I提供__________光H2OBACDE+PiFGCO2JHIＯ2水[H]基質(zhì)用作還原劑，還原C3ATP色素吸收的光能光反應(yīng)[H]和ATP色素C5化合物C3化合物糖類(lèi)1.葉綠體中的色素所吸收的光能，用于_______和____________;形成的________和__________提供給暗反應(yīng)。2.光合作用的實(shí)質(zhì)是：把______和_______轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物，把_______轉(zhuǎn)變成_______,貯藏在有機(jī)物中。3.在光合作用中，葡萄糖是在________中形成的，氧氣是在_________中形成的，ATP是在_______中形成的，CO2是在_______固定的。水的光解形成ATP[H]ATPCO2H2O光能化學(xué)能暗反應(yīng)光反應(yīng)光反應(yīng)暗反應(yīng)練一練1、在光合作用的暗反應(yīng)過(guò)程中，沒(méi)有被消耗掉的是（）

A、[H]B、C5化合物C、ATPD、CO2B2、與光合作用光反應(yīng)有關(guān)的是（）①H2O②ATP③ADP④CO2A.①②③B.②③④C.①②④D.①③④A3、將植物栽培在適宜的光照、溫度和充足的C02條件下。如果將環(huán)境中C02含量突然降至極低水平，此時(shí)葉肉細(xì)胞內(nèi)的C3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C4、光合作用的過(guò)程可分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個(gè)階段，下列說(shuō)法正確的是（）

A.葉綠體類(lèi)囊體膜上進(jìn)行光反應(yīng)和暗反應(yīng)

B.葉綠體類(lèi)囊體膜上進(jìn)行暗反應(yīng)，不進(jìn)行光反應(yīng)

C.葉綠體基質(zhì)中可進(jìn)行光反應(yīng)和暗反應(yīng)

D.葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行暗反應(yīng),不進(jìn)行光反應(yīng)D5、光合作用過(guò)程中，產(chǎn)生ADP和消耗ADP的部位在葉綠體中依次為()①外膜②內(nèi)膜③基質(zhì)④類(lèi)囊體膜A．③②B．③④C．①②D．④③B6、光合作用過(guò)程的正確順序是（）①二氧化碳的固定②氧氣的釋放③葉綠素吸收光能④水的光解⑤三碳化合物被還原A.④③②⑤①B.④②③⑤①C.③②④①⑤D.③④②①⑤7、在暗反應(yīng)中，固定二氧化碳的物質(zhì)是（）Ａ．三碳化合物Ｂ．五碳化合物Ｃ．［Ｈ］Ｄ．氧氣ＤＢ8、在光照充足的環(huán)境里，將黑藻放入含有18O的水中，過(guò)一段時(shí)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?chē)目諝庵邪l(fā)現(xiàn)D9、某科學(xué)家用含有14C的CO2來(lái)追蹤光合作用中的C原子，14C的轉(zhuǎn)移途徑是（）

A、CO2葉綠體ATPB、CO2葉綠素ATPC、CO2乙醇糖類(lèi)

D、CO2三碳化合物糖類(lèi)D10、在光合作用過(guò)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ATP葡萄糖C、光能葉綠素CO2

葡