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文檔簡介
1、光合作用,一、光合作用的概念,范圍:綠色植物(葉綠體),具有光合色素的生物(藍藻,褐藻等) 條件:光照 場所:葉綠體內(nèi) 反應(yīng)物:二氧化碳、水 產(chǎn)物:有機物(糖類、脂類、某些氨基酸)、氧氣 能量轉(zhuǎn)換:光能轉(zhuǎn)化換為有機物中的化學能 酶:多種酶的參與(類囊體上光反應(yīng)有關(guān)的酶 葉綠體基質(zhì)中暗反應(yīng)有關(guān)的酶),1771年,英,普里斯特利的實驗,1864年,德,薩克斯的實驗,1880年,美,恩吉爾曼的實驗,20世紀30年代,美,魯賓和卡門的實驗,1779年,荷,英格豪斯的實驗,二、光合作用的發(fā)現(xiàn)歷程,圖A,圖B,圖C,圖D,干燥土壤 90.8kg,小柳樹 2.3kg,只用雨水澆灌,五年后柳樹長大,土壤烘干后
2、稱重,1、海爾蒙特實驗,植物生長所需的原料來自于水,結(jié)論:植物可以更新空氣,1、如果僅從C和D兩個實驗?zāi)芊竦贸鼋Y(jié)論? 實驗設(shè)計中,對照是實驗控制的手段之一,目的為消除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響。通常實驗分為實驗組和對照組。實驗組,是接受實驗變量處理的對象組;對照組是不接受實驗變量處理的對象組。由于實驗組與對照組的無關(guān)變量的影響是相同的,故實驗組與對照組兩者之差異則可認定是來自實驗變量的效果。 空白對照、 自身對照、 條件對照、相互對照,2、普里斯特利實驗引出的問題 人們紛紛重復(fù)他的實驗時,得到的結(jié)果卻不太一樣,有時綠色植物能把壞空氣變好,有時卻不能,甚至小白鼠死得更快,同一個實驗卻得出不同結(jié)論,
3、問題出現(xiàn)在什么呢? 荷蘭醫(yī)生英格豪斯把目光瞄準在太陽光照上,他認為植物能夠更新空氣必需要有陽光,因此他設(shè)計了一個簡單卻能夠充分說明問題的實驗,我們從這個實驗不僅要知道實驗的過程,更要掌握實驗設(shè)計的一般過程。,結(jié)論1:只有在光下 植物才能更新空氣。,結(jié)論2:植物體的綠葉在光下才能更新空氣。,英格豪斯實驗,3、薩克斯實驗,(置于暗處48小時) 思考:目的是什么?,使葉子里的淀粉消耗完,避免影響實驗的準確性,這個過程叫脫色,這樣做的目的是?為什么要用酒精?,使葉子中的葉綠素溶解,避免遮擋反應(yīng)的顏色。 葉綠素只溶解在有機溶劑中,如酒精,丙酮等。,驗證:,分別用碘蒸汽處理葉片,發(fā)現(xiàn)遮光的沒有變成藍色,曝
4、光的則呈現(xiàn)深藍色。,光合作用需要光,光合作用能產(chǎn)生淀粉。,4、1880年,恩格爾曼(C.Engelmann)的實驗:,1.恩格爾曼實驗的結(jié)論是什么?,2.為什么甲組要放在沒有空氣的黑暗環(huán)境中?,甲組,乙組,無空氣、黑暗,無空氣、有光,O2是由葉綠體釋放的,討論,3對比試驗:先用極細光束照射水綿, 而后又讓水綿完全曝露在光下。 先選極細光束,葉綠體上可分為光照多和光照少的部位,相當于一組對比實驗;用好氧細菌檢測,能準確判斷水綿細胞中釋放氧的部位。而后用完全曝光的水綿與之做對照,從而再一次證明實驗結(jié)果完全是光照引起的,并且氧是由葉綠體釋放出來的。,1實驗材料選用:水綿和好氧性細菌。 因為水綿的葉綠
5、體呈螺旋式帶狀,便于 觀察,用好氧性細菌可確定釋放氧氣的 部位。 2環(huán)境:選用黑暗并且沒有空氣的。 排除了氧氣和光的干擾。,該實驗的巧妙之處:,第一組,光合作用產(chǎn)生的O2來自于H2O。,H2180,C02,H20,C18O2,第二組,1802,02,5、美國魯賓和卡門實驗(同位素標記法),結(jié)論,光合作用產(chǎn)生的有機物又是怎樣合成的?,美國卡爾文,用14C標記14CO2,供小球藻進行光合作用,探明了CO2中的C的去向,稱為卡爾文循環(huán)。,14CO2,14C3,14CH2O,產(chǎn)物:淀粉 條件:光,光合作用發(fā)現(xiàn)小結(jié):,1771年,英國普利斯特利,原料:水,1880年,美國恩格爾曼,20世紀30年代,美國
6、魯賓與卡門,1864年,德國薩克斯,1664年,比利時海爾蒙特,原料和產(chǎn)物:更新空氣 (二氧化碳和氧氣),產(chǎn)物氧來自于水。,場所:葉綠體條件:光,實驗方法:同位素標記法,實驗原則:,對照原則,單一變量原則,回眸光合作用的的探究歷程,反應(yīng)物,產(chǎn)物,條件,場所,植物如何獲取 太陽能?,三、葉綠體中的色素,有些植物的“白化苗”為什么會很快死亡?,實驗 綠葉中色素的提取和分離,實驗原理:提取(無水乙醇)、分離(層析液) 目的要求:綠葉中色素的提取和分離及色素的種類 材料用具:新鮮的綠葉、定性濾紙等、無水乙醇等 方法步驟: 1.提取綠葉中的色素 2.制備濾紙條 3.畫濾液細線 4.分離綠葉中的色素 5.
7、觀察和記錄,方法與步驟:,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 (防止研磨中色素被破壞)與10ml無水乙醇。在研缽中快速研磨。將研磨液進行過濾(單層尼龍布)。,討論: 1.濾紙條上色帶的數(shù)目、排序、寬窄? 2.濾紙條上的濾液細線,為什么不能觸及層析液?,類胡蘿卜素,葉綠素,胡蘿卜素(橙黃色),葉黃素 (黃色),葉綠素a (藍綠色),葉綠素b (黃綠色),(占1/4),(占3/4),葉綠體中的的色素,色素功能: (1)具有吸收和傳遞光能作用的色素 絕大多數(shù) 葉綠素a 全 部 葉綠素b,胡蘿卜素,葉黃素 這些色素吸收光能,通過共振傳遞光能給特殊狀態(tài)的葉綠素a
8、(2)吸收、傳遞、轉(zhuǎn)換光能的色素 少數(shù)處于特殊狀態(tài)的葉綠色a,吸收其他色素傳來的光能,轉(zhuǎn)換成電能,葉綠體中的色素提取液,四種色素對光的吸收,葉綠素主要吸收_ 類胡蘿卜素主要吸收_,藍紫光,藍紫光、紅橙光,思考,春夏葉片為什么是綠色?而秋天樹葉為什么會變黃?,含量,0,葉綠素(鎂元素),類胡蘿卜素,葉齡,例題 有甲、乙、丙、丁4盆長勢均勻的植物置于陽光下,甲品紅光照射;乙綠色光照射;丙添加品紅色濾光片A;丁添加綠色濾光片B(如圖),經(jīng)過一段時間,各盆中長勢最旺的和長勢最差的依次是下列哪一組 A 甲、乙 B 乙、丙 C 甲、丁 D 丙、丁,四、光合作用過程,光反應(yīng),暗反應(yīng),劃分依據(jù):反應(yīng)過程是否需
9、要光,光反應(yīng)在白天可以進行嗎?夜間呢? 暗反應(yīng)在白天可以進行嗎?夜間呢?,有光才能反應(yīng),有光、無光都能反應(yīng),光合作用:是葉綠體內(nèi)進行的復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換和物質(zhì)變化過程。,光合作用,能量轉(zhuǎn)換:光能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的化學能,物質(zhì)變化,水光解釋放氧氣,二氧化碳的固定和還原,糖類等物質(zhì)的形成,1、光合作用的能量轉(zhuǎn)換過程,(1)光能在葉綠體中的轉(zhuǎn)換:,三階段:,光能轉(zhuǎn)換成電能,電能轉(zhuǎn)換成活躍的化學能,活躍的化學能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的化學能,光反應(yīng),光反應(yīng),暗反應(yīng),(一)、光反應(yīng), 光能轉(zhuǎn)換成電能 場所:葉綠體囊狀結(jié)構(gòu)薄膜上 物質(zhì):葉綠體色素,能量傳遞轉(zhuǎn)換過程:,1.在電子傳遞過程中,NADP是最終電子受體,H2O是最終電
10、子供體。 2在光合作用能量變化的過程中,要注意物質(zhì)的量的變化。2分子水在光下水解形成4個H和4個e,但是只有2個H與NADP結(jié)合形成還原劑。 2H2O 4H4eO2 NADP2eH NADPH,光能,酶,3NADPH和ATP都是光反應(yīng)過程中能量轉(zhuǎn)換的第二階段的產(chǎn)物,但是NADPH既是活躍化學能的儲存物質(zhì)之一,又是還原三碳化合物的強還原劑。,電能轉(zhuǎn)換成活躍的化學能,活躍的化學能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的化學能,(二)、暗反應(yīng),光能在葉綠體中的轉(zhuǎn)換,O2,H2O,e,H+,NADP+,NADPH,ADP+Pi,ATP,(CH2O),光反應(yīng)與暗反應(yīng)比較,光合作用的物質(zhì)轉(zhuǎn)換過程,總方程式,葉綠體處于不同的條件下,
11、C3 、C5、 NADPH、ATP和(CH2O)合成量的動態(tài)變化,光合作用的意義 光合作用是生物界最基礎(chǔ)的,最重要的新陳代謝,是所有生物生存的基石。 意義: (1)自然界的能量來源、物質(zhì)來源 (2)調(diào)節(jié)大氣中的二氧化碳、氧氣的比例,對生物的生存進化有重要意義,五、光合作用與呼吸作用比較,無 機 物,有機小分子,六、 C3植物和C4植物,什么叫C4植物?舉例。,光合作用時CO2中的C首先轉(zhuǎn)移到C4里,然后再轉(zhuǎn)移到C3中的植物,叫做C4植物。 例如:玉米、甘蔗、高粱等熱帶植物。,什么叫C3植物?舉例。,光合作用時CO2中的C直接轉(zhuǎn)移到C3里的植物,叫做C3植物。 例如:小麥、水稻、大麥、大豆、馬鈴
12、薯、菜豆和菠菜等溫帶植物。,1、C3植物和C4植物葉片結(jié)構(gòu)的特點:,C3植物葉片,C4植物葉片,維管束,維管束鞘細胞,柵欄組織,海綿組織,葉肉細胞,2、鑒別C3、C4植物的方法,3、C4植物光合作用的特點,過程圖解:,C4途徑,C3途經(jīng),基本特點: 在C4植物中有C4途徑也有C3途徑 C4途徑發(fā)生在葉肉細胞的葉綠體中,C3途徑發(fā)生在維管束鞘細胞葉綠體中 C4途徑起到傳遞集中CO2作用,將外界的光合原料傳遞到維管束鞘細胞葉綠體內(nèi)合成有機物 在傳送CO2的過程中,要消耗能量,來自ATP提供能量 二氧化碳的轉(zhuǎn)移通過草酰乙酸、丙酮酸完成,不是氣體直接通過細胞傳遞, C4途徑中固定CO2的酶(PEP羧化
13、酶)有很強的親和能力,可以將大氣中的低濃度CO2固定下來 C4途徑固定CO2的能力要比C3途徑中的強,起到CO2泵的作用,提高了C4植物利用CO2的能力 干旱條件下,葉片氣孔關(guān)閉,C4植物能利用葉肉細胞間隙的低濃度CO2光合,C3植物不能,七、影響光合作用強度的因素,影響光合作用強度的因素?,(色素、酶),Mg、N等礦質(zhì)元素; 酶的活性受溫度等影響。,光照強度、光質(zhì)、光照時間;,氣體反應(yīng)物,作為反應(yīng)物和反應(yīng)的媒介; 水分氣孔關(guān)閉CO2供應(yīng),影響光合作用強度的因素?,內(nèi)因因素,1、光照強度,凈光合速率:不算呼吸作用放出的二氧化碳量,只算從外界吸收的二氧化碳量,即是在光下測定的二氧化碳的吸收量。,
14、A點(黑暗情況):不進行光合作用,只進行細胞呼吸,葉片從外界吸收O2,釋放CO2。過程如圖4所示,AB段(弱光光照):光合作用速率小于細胞呼吸速率。葉綠體產(chǎn)生的全部O2供給線粒體利用。線粒體產(chǎn)生的CO2除供給葉綠體利用外,其余釋放到葉片外。過程如圖3所示:,B點(中性光照):光合作用速率等于細胞呼吸速率。葉綠體產(chǎn)生的O2供給線粒體進行細胞呼吸。線粒體產(chǎn)生的CO2供給葉綠體進行光合作用,葉片與外界環(huán)境不進行氣體交換。過程如圖2所示:,BC段及C點(強光照射):光合作用速率大于細胞呼吸速率。葉綠體產(chǎn)生的O2的去向:供給線粒體釋放到葉片外。葉綠體需要的CO2的來源:線粒體產(chǎn)生外界吸收。過程如圖1所示
15、:,光質(zhì)對光合作用的影響,光和效率:,白光紅橙光藍紫光綠光,例題:為提高大棚蔬菜的產(chǎn)量,應(yīng)采取的正確措施是,A、安裝紅色透光薄膜 B、安裝藍紫色透光薄膜 C、安裝綠色透光薄膜 D、安裝無色透光薄膜,光合速率的日變化(一天中光合速率的變化),(1)曲線AB段表明限制光合作用速率的因素是(光照強度) (2)C點光合作用強度減弱的原因是(中午溫度高,氣孔關(guān)孔,植物吸收的CO2減少) (3)DE段光合作用強度下降的原因是光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供的(ATP、NADPH)的生成量大量減少 (4)從圖中可以推斷,限制光合作用的環(huán)境因素有(光照強度、CO2濃度)等。,曲線分析:圖1和圖2都表示在一定范圍內(nèi),光合作用
16、速率隨CO2濃度的增加而增大,但當CO2濃度增加到一定程度后,光合作用速率不再增加。 圖1中A點表示光合作用速率等于細胞呼吸速率時的CO2濃度,即CO2補償點;圖2中的A點表示進行光合作用所需CO2的最低濃度。 圖1和圖2中的B和B點都表示CO2飽和點。 應(yīng)用:在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可以通過“正其行,通其風”,增施農(nóng)家肥等增大CO2濃度,提高光能利用率。,由于C4植物葉肉細胞中含有PEP羧化酶,對CO2的親和力很強,可以把大氣中含量很低的CO2以C4的形式固定下來,故C4植物能利用較低的CO2進行光合作用,CO2的補償點低,容易達到CO2飽和點。而C3植物的CO2的補償點高,不易達到CO2飽和點。故在較
17、低的CO2濃度下(通常大氣中的CO2濃度很低,植株經(jīng)常處于“饑餓狀態(tài)”)C4比C3植物的光合作用強度強(即P點之前)。一般來說,C4植物由于“CO2泵”的存在,CO2補償點和CO2飽和點均低于C3植物。,溫度,曲線分析:溫度主要是通過影響與光合作用有關(guān)酶的活性而影響光合作用速率。 應(yīng)用:冬天,溫室栽培可適當提高溫度,溫室栽培也可適當降低溫度。白天調(diào)到光合作用最適溫度,以提高光合作用強度;晚上適當降低溫室溫度,以降低細胞呼吸,保證植物有機物的積累。,溫度與光合作用和呼吸作用的關(guān)系,溫度:植物所有的生活過程都受溫度的影響,因為在一定的溫度范圍內(nèi),提高溫度可以提高酶的活性,加快反應(yīng)速度。光合作用也不例外,在一定的溫度范圍內(nèi),在正常的光照強度下,提高溫度會促進光合作用的進行。但提高溫度也會促進呼吸作用。如圖所示。所以植物凈光合作用的最適溫度不一定就是植物體內(nèi)酶的最適溫度,必需礦質(zhì)元素供應(yīng) 曲線分析:在一定濃度范圍內(nèi),增大必需元素的供應(yīng),可提高光合作用速率,但當超過一定濃度后,會因土壤溶液濃度過高而導(dǎo)致植物滲透失水而萎蔫。 應(yīng)用:根據(jù)作物的需肥規(guī)律,適時、適量地增施肥料,可提高農(nóng)作物產(chǎn)量。,Mg是葉綠素的組成成分;N是光合作用有關(guān)酶的組成成分;P是ATP的組成成分,缺少也會影響光合速率;K對糖類等有機
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