第五章（4）光與光合作用.ppt

第四節(jié)能量之源 光與光合作用 一 光合色素的類型及吸收的光質(zhì) 光合色素的提取和分離實(shí)驗(yàn) 二 光合作用的探究歷程 三 光合作用的過程 反應(yīng)式 條件 場所 能量和物質(zhì)的轉(zhuǎn)化 四 影響光合作用的因素的因素 五 探究光照強(qiáng)度對光合作用的影響 六 化能合成作用 本節(jié)知識梳理 一 捕獲光能的色素 葉綠素 類胡蘿卜素 葉綠素a 葉綠素b 胡蘿卜素 葉黃素 藍(lán)綠色 黃綠色 橙黃色 黃色 占3 4 吸收藍(lán)紫光和紅光 吸收藍(lán)紫光 占1 4 實(shí)驗(yàn) 葉綠體中色素的提取和分離 1 提取綠色葉片中的色素 原理 葉綠體中的色素不溶于水 但能溶于有機(jī)溶劑中 綠葉5g 剪碎 硏缽 少許二氧化硅 利于研磨 少許碳酸鈣 保護(hù)色素 10mL無水乙醇 溶解色素 研磨 快速 充分 過濾 單層尼龍布 2 制備濾紙條 色素濾液 3 劃濾液細(xì)線 用毛細(xì)吸管吸取濾液 沿鉛筆線劃濾液細(xì)線 反復(fù)幾次 要求 細(xì) 齊 勻 深 4 色素的分離 紙層析法 千萬不能讓濾液細(xì)線浸沒到層析液中 5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及原理 原理 各種色素在層析液中的溶解度不同 所以它們隨層析液在濾紙條上的擴(kuò)散速度就不同 二 光合作用的原理和應(yīng)用 光合作用是指綠色植物通過葉綠體 利用光能 把CO2和H2O轉(zhuǎn)化成儲存能量的有機(jī)物 并且釋放出氧氣的過程 普里斯特利 植物能更新空氣 薩克斯 深藍(lán)色 不變色 光合作用產(chǎn)生淀粉 恩吉爾曼 水綿和好氧菌 細(xì)光束 全暴光 細(xì)菌只分布在光照處的周圍 細(xì)菌只分布在所有受光部位 O2是葉綠體釋放的它是光合作用場所 魯賓卡門 提供植物 氧氣來自水的分解 點(diǎn)燃蠟燭或用小鼠分別與植物密閉 一 光合作用的探究歷程 木桶里栽柳5年 雨水澆灌 推論 重量主要不是來自土壤而是來自水水是植物建造自身的原料 1 范 海爾蒙特的實(shí)驗(yàn) 植物生長的物質(zhì)來自于土壤嗎 一 光合作用的探究歷程 2 1771普利斯特利 問題 植物能否從空氣中得到些什么 實(shí)驗(yàn) 結(jié)論 植物可以更新空氣 歸因于植物的生長 為什么有人認(rèn)為植物也能使空氣變污濁 問題 為什么植物也會污濁空氣 實(shí)驗(yàn) 3 1779英格豪斯 有光無光500多次 結(jié)論 只有在光下 植物體只有綠葉才能更新空氣 1845年德國梅耶 R Mayer 能量轉(zhuǎn)換和守恒定律 光能哪里去了 光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能 貯存在什么物質(zhì)中呢 依據(jù) 結(jié)論 植物進(jìn)行光合作用時 把光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲存起來 4 薩克斯的實(shí)驗(yàn) 放在暗處幾小時 目的是什么 結(jié)論 產(chǎn)物 淀粉條件 光照 1 為什么對天竺葵先進(jìn)行暗處理 2 為什么讓葉片的一半曝光 另一半遮光呢 3 這個實(shí)驗(yàn)的說明什么問題 答 為了將葉片內(nèi)原有的淀粉運(yùn)走耗盡 答 為了進(jìn)行對照 答 結(jié)果證明綠葉在光下制造了淀粉 4 實(shí)驗(yàn)變量是 反應(yīng)變量是 答 實(shí)驗(yàn)變量是光照 反應(yīng)變量是葉片顏色變化 5 摘下的葉片能不能直接用碘液檢測 不能 需先用酒精溶解葉片中的色素 5 德國科學(xué)家恩吉爾曼 C Engelmann 水綿特點(diǎn) 由許多個結(jié)構(gòu)相同的長筒狀細(xì)胞連接而成 葉綠體呈帶狀 螺旋排列在細(xì)胞里 隔絕空氣 黑暗 用極細(xì)光束照射 完全暴露在光下 水綿和好氧細(xì)菌的裝片 氧是由葉綠體釋放出來的 葉綠體是光合作用的場所 光合作用需要光照 資料分析 閱讀教材100頁 資料分析 1 恩格爾曼實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是什么 答 為了排除環(huán)境中光線和氧的影響 確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性 答 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 答 先選極細(xì)光束 用好氧細(xì)菌檢測 能準(zhǔn)確判斷水綿細(xì)胞中釋放氧的部位 而后用完全曝光的水綿與之做對照 4 對照類型 實(shí)驗(yàn)變量是 反應(yīng)變量是 自身對照 實(shí)驗(yàn)變量是光照 照光處和不照光處 黑暗與完全曝光 反應(yīng)變量是好氧細(xì)菌的分布 材料 水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀 便于觀察 用好氧性細(xì)菌可確定釋放氧氣的部位 條件 沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了氧氣和光的干擾 操作 用極細(xì)的光束照射 葉綠體上可分為光照多和光照少的部位 相當(dāng)于一組對照實(shí)驗(yàn) 臨時裝片暴露在光下的實(shí)驗(yàn)再一次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果 2 恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)方法有什么巧妙之處 3 從資料中可以得出什么推論 葉綠體是進(jìn)行光合作用的場所 積極思維 恩吉爾曼實(shí)驗(yàn)的結(jié)果 分析 這一實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是什么 好氧型細(xì)菌 水綿 光合色素吸收的主要是藍(lán)紫光和紅光 1939魯賓和卡門 問題 氧氣來自于哪 實(shí)驗(yàn)方法 同位素標(biāo)記法 結(jié)論 光合作用中釋放的氧全部來自水 實(shí)驗(yàn)變量是 反應(yīng)變量是 實(shí)驗(yàn)變量是標(biāo)記物 反應(yīng)變量是氧氣的放射性 20世紀(jì)40年代卡爾文 問題 光合作用的有機(jī)物怎樣合成的 實(shí)驗(yàn) 14C標(biāo)記的14CO2供小球藻進(jìn)行光合作用 追蹤其放射性結(jié)論 探明了CO2中的碳經(jīng)過光合作用轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途徑 卡爾文循環(huán) 生物學(xué)研究與物理學(xué)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展密切相關(guān) 綠色植物通過葉綠體 利用光能 把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機(jī)物 并釋放出氧的過程 2 光合作用的概念 二 光合作用的過程 O2 H ATP 暗反應(yīng) 光反應(yīng) 酶ADP Pi CO2 C6H12O6 水的光解 ATP的形成 CO2的還原 ATP的水解 光反應(yīng)和暗反應(yīng)的比較 基粒囊狀結(jié)構(gòu)薄膜上 葉綠體基質(zhì)中 光 色素 酶和水 CO2 酶 ATP H O2 H ATP 有機(jī)物 還有水 光能 活躍的化學(xué)能 ATP 活躍的化學(xué)能 ATP 糖中穩(wěn)定的化學(xué)能 光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能 并放出O2 同化CO2形成C6H12O6 光反應(yīng)和暗反應(yīng)的聯(lián)系 光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供還原劑 H 能量和ATP 暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP和Pi 沒有光反應(yīng) 暗反應(yīng)無法進(jìn)行 沒有暗反應(yīng) 光反應(yīng)也不能持續(xù)進(jìn)行 有機(jī)物無法合成 光合作用的總反應(yīng)式 光合作用的總反應(yīng)式 光合作用的實(shí)質(zhì) 6CO2 12H2O 光能 有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能 C6H12O6 6O2 6H2O ATP中活躍的化學(xué)能 光照 光照強(qiáng)度 光質(zhì) 白光 紅光 糖 藍(lán)紫光 蛋白質(zhì) 綠光 溫度 CO2濃度 礦質(zhì)元素 水 酶活性 影響暗反應(yīng) N Mg Fe K P 光合作用的原料之一 影響氣孔的開閉 間接影響CO2進(jìn)入植物體 三 影響光合作用強(qiáng)度的因素 光合作用強(qiáng)度表示法 單位時間內(nèi)光合作用產(chǎn)生糖的數(shù)量 單位時間內(nèi)光合作用吸收CO2的量 單位時間內(nèi)光合作用釋放O2的量 四 探究光照強(qiáng)度對光合作用的影響 打出小圓形葉片 0片 抽出葉片內(nèi)氣體 2 實(shí)驗(yàn)流程 在一定范圍內(nèi)隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng) 光合作用強(qiáng)度也增強(qiáng) 用打孔器在生長旺盛的綠葉上打出 直徑 1cm 用注射器 內(nèi)有清水和小圓葉片 抽出葉片內(nèi)氣體 O2等 小圓形葉片沉水底 探究光照強(qiáng)度對光合作用的影響 對照實(shí)驗(yàn)及結(jié)果 多 中 少 3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 五 化能合成作用 自然界中的某些細(xì)菌 能夠利用環(huán)境中的某些無機(jī)物氧化分解時所釋放的能量來制造有機(jī)物 這種合成作用稱化能合成作用 2NH3 3O2 2HNO2 2H2O 能量 2HNO2 O2 2HNO3 能量 CH2O O2 生物的代謝類型 區(qū)別 能量來源不同 光合作用 化能合成作用 類型 共同點(diǎn) 將無機(jī)物合成有機(jī)物 并儲存能量 生物 綠色植物 光合細(xì)菌 硝化細(xì)菌 鐵細(xì)菌 硫細(xì)菌等 異養(yǎng)型 動物和人類 營腐生 寄生生活的細(xì)菌和真菌等 生物的代謝類型 自養(yǎng)型 同化作用的代謝型 異化作用的代謝型 進(jìn)行有氧呼吸 也能進(jìn)行暫時的 部分的無氧呼吸 只能進(jìn)行無氧呼吸 氧氣的存在抑制其呼吸作用 如乳酸菌 破傷風(fēng)桿菌 既能進(jìn)行有氧呼吸 也能進(jìn)行無氧呼吸 如酵母菌 1 制造有機(jī)物 2 將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能 貯存在有機(jī)物中 3 維持大氣中O2與CO2的相對穩(wěn)定 4 促進(jìn)生物進(jìn)化 厭氧型生物 需氧型生物 五 光合作用的意義 6 某科學(xué)家用含碳的同位素14C的CO2來追蹤光合作用中碳原子在下列分子中的轉(zhuǎn)移 最可能的途徑是 A CO2葉綠素ADPB CO2葉綠素ATPC CO2C5葡萄糖D CO2C3葡萄糖 D 課堂練習(xí) 將某綠色植物置于密閉的玻璃容器中 給予適當(dāng)條件 放在光照下 容器內(nèi)CO2含量每小時減少36mg 放在黑暗條件下 容器內(nèi)CO2含量每小時增加8mg 并測得該植物在上述光照下每小時制造了葡萄糖30mg 據(jù)此推斷該植物在上述光照和黑暗條件下的呼吸作用強(qiáng)度 A 光照條件下的呼吸作用強(qiáng)度大B 兩種條件下的呼吸作用強(qiáng)度相同C 黑暗條件下的呼吸作用強(qiáng)度大D 無法確定 B 7 將植物培養(yǎng)在適宜的光照 溫度 和充足的CO2條件下 1 當(dāng)CO2濃度突然降至極低水平時 發(fā)現(xiàn)植物葉片中的五碳化合物含量突然上升 這是因?yàn)?缺少時 植物體內(nèi)的五碳化合物不能形成 2 如果在降低CO2的同時 停止光照 則不會出現(xiàn)五碳化合物上升的現(xiàn)象 這是因?yàn)榘捣磻?yīng)所必須的 和 供應(yīng)不足 使 不能形成五碳化合物 CO2 三碳化合物 H ATP 三碳化合物 8 右圖表示將重量相同的三株小麥幼苗置于三支試管中 試管內(nèi)裝有含全部礦質(zhì)元素的培養(yǎng)液 然后將它們分別放在三種條件下培養(yǎng)若干天 試根據(jù)結(jié)果回答 1 c試管中的小麥幼苗與a試管比較增重較多 這是因?yàn)樘岣?a15OCb20OCc20OC強(qiáng)光照弱光照強(qiáng)光照 溫度能提高 從而使 尤其是 反應(yīng)的速度加快 2 b試管中的幼苗與a試管相比增重很少 這是因?yàn)槠涔夂献饔玫?的產(chǎn)物很少 限制了暗反應(yīng)中的 過程 酶的活性 光合速度 暗 光反應(yīng) 還原 吸收光能的百分比 一 光能轉(zhuǎn)換成電能1 色素 1 聚光色素 天線色素 吸收 傳遞光能 無光化學(xué)活性 大多數(shù)的葉綠素a 全部的葉綠素b 胡蘿卜素和葉黃素 2 反應(yīng)中心色素吸收 轉(zhuǎn)換光能 少數(shù)特殊狀態(tài)的葉綠素a 兩個光系統(tǒng) PS P680 PS P700 2 最初電子供體水 2H2O 4H O2 4e最終電子受體 NADP 氧化型輔酶 B e H2O NADPH NADP A 處于特殊狀態(tài)下的葉綠素aB 具有吸收傳遞作用的色素C和D 傳遞電子的物質(zhì) 二 電能轉(zhuǎn)換成活躍的化學(xué)能1 NADP 2e H NADPH2 ADP Pi 電能 ATP 酶 酶 三 活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的化學(xué)能 四 光合作用中能量變化 光能 電能 活躍化學(xué)能 穩(wěn)定化學(xué)能 光合作用的產(chǎn)品是有機(jī)碳化合物及氧 每人全年呼吸所用的氧 相當(dāng)于150m2的葉面在夏季里的釋氧量 光合作用是一個十分復(fù)雜的過程 其機(jī)理至今尚未完全清楚 高等植物可以根據(jù)其光合作用初產(chǎn)物的不同而分成三類 C3植物 C4植物 景天科植物酸代謝類型植物 CAM 分別適合于不同的生態(tài)條件 C3小麥 C4玉米 光合速率的日變化 C4 C3 光合作用強(qiáng)度 molm 2s 1 時間 課堂練習(xí) 1 一株綠色植物在單位時間內(nèi) 使光合產(chǎn)物最多的光照是 A 紅光B 藍(lán)紫光C 綠光D 白光 D 2 光合作用過程中 ATP轉(zhuǎn)變?yōu)锳DP的地方是葉綠體的 A 外膜上B 基質(zhì)中C 色素中D 基粒薄膜上 B 3 用含同位素18O2的水來澆灌植物 經(jīng)光照后 18O可發(fā)現(xiàn)于 A 生成的葡萄糖中B 生成的淀粉中C 合成的蛋白質(zhì)中D 周圍的空氣中 D A 4 光反應(yīng)的主要產(chǎn)物是下列哪一組 A H ATP O2B H ADP H2OC H2 ADP O2D H ADP O2 5 光合作用可分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個階段 下列敘述正確的是 A 光反應(yīng)不要酶 暗反應(yīng)需要多種酶B 光反應(yīng)儲存能量 暗反應(yīng)消耗能量C 光反應(yīng)固定CO2 暗反應(yīng)還原CO2D 光反應(yīng)消耗水 暗反應(yīng)消耗ATP D 影響光反應(yīng)的速度 三 光合作用原理的應(yīng)用 延長光照時間 輪作 套種 間作 2 增加光照面積 合理密植 充分利用光能 提高農(nóng)作物的光能利用率 3 增強(qiáng)光合作用強(qiáng)度 光合作用強(qiáng)度的表示方法 1 控制光照 2 控制溫度 增大晝夜溫差 3 增加農(nóng)作物環(huán)境中CO2的濃度 增施有機(jī)肥料或NH4HCO3 大棚內(nèi)圈養(yǎng)一些小型動物 種植一些食用菌等 溫度通過影響酶的活性影響暗反應(yīng)來影響光合作用速率 光照強(qiáng)度 光質(zhì) 白光 紅光 有利于糖的形成 藍(lán)紫光 有利有蛋白質(zhì)積累 綠光 光照強(qiáng)度 應(yīng)用 陰生植物的B點(diǎn)前移 C點(diǎn)較低 如圖中虛線所示 套種時農(nóng)作物的種類搭配 林帶樹種的配置 冬季溫室栽培避免高溫 2 CO2的影響 A點(diǎn) 進(jìn)行光合作用所需CO2的最低濃度 應(yīng)用 如何提高CO2的濃度 農(nóng)田農(nóng)作物要合理密植 注意通風(fēng) 增施有機(jī)肥料或NH4HCO3 大棚內(nèi)圈養(yǎng)一些小型動物 種植一些食用菌等 3 溫度的影響 應(yīng)用 一般植物在10 35 下正常進(jìn)行光合作用 適時播種 溫室栽培中注意保持晝夜溫差 影響酶的活性和氣孔的開度 4 必需礦質(zhì)元素的影響 是葉綠素 酶 ATP等物質(zhì)重要構(gòu)成元素 Mg P 應(yīng)用 合理施肥 植物一生中都需要不斷地從外界吸收必需的礦質(zhì)元素 不同的植物對各種必需礦質(zhì)元素的需要量不同 同一種植物不同的生長發(fā)育時期 對各種礦質(zhì)元素的需要量也不相同 合理施肥就是指根據(jù)植物的需肥規(guī)律適時地 適量地施肥 以便植物體茁壯生長 并且獲得少肥高效的結(jié)果 6 綠葉面積的影響 OA段 為光合作用葉面積的飽和點(diǎn) 隨葉面積的增大 光合作用不再增加 原因是葉片相互遮擋 影響對光的吸收 隨葉面積的不斷增大光合作用實(shí)際量不斷增大 應(yīng)用 適當(dāng)間苗 合理密植 適當(dāng)修剪 避免徒長 對以上結(jié)果分析正確的是 A 在20 條件 影響光合作用的因素只有光照強(qiáng)度B 在10 5klx的光照下 每小時光合作用產(chǎn)生的氧氣量是3mgC 在5klx光照下 10 時積累的有機(jī)物比20 時多D 在