能量之源光與光合作用全

第4節(jié)能量之源——光與光合作用問題探討

有些蔬菜大棚內(nèi)懸掛發(fā)紅色或藍色光的燈管，并且在白天也開燈。討論1.這種方法的好處是？不同顏色的光照對植物的光合作用會有影響嗎？2.能否用綠光燈管來補充光源？為什么？

太陽光中有能量，我們制造出太陽能電池板可以捕獲其中的能量并轉(zhuǎn)化為電能。綠色植物也能捕獲并轉(zhuǎn)化太陽光中的能量，那么，綠葉中通過什么物質(zhì)或結(jié)構(gòu)捕獲并轉(zhuǎn)化光能呢？正常苗白化苗正常幼苗能進行光合作用制造有機養(yǎng)料白化苗不能進行光合作用，無法制造有機養(yǎng)料因為有能捕獲光能的色素

綠葉中的色素有哪些、其顏色各怎樣？為什么葉綠素呈綠色？一、捕獲光能的色素今天，下面的這個實驗，主要目的是探究綠葉中含有幾種色素和學習對色素進行提取和分離的方法，并設(shè)法將這些色素分離開。

一、實驗原理1.葉綠體中的色素能溶解在有機溶劑無水乙醇中，所以用無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散得快，溶解度低的色素分子隨層析液在濾紙條上的擴散得慢，因而可用層析液將不同的色素分離。綠葉中色素的提取和分離操作步驟：提取色素制備濾紙條畫濾液細線分離色素觀察與記錄實驗方法與步驟：1.提取色素：稱取5g左右的綠葉，剪碎，放入研缽中。加少許的二氧化硅（充分研磨）和碳酸鈣(中和細胞中的有機酸，防止色素被破壞)與10ml無水乙醇。在研缽中快速研磨。將研磨液進行過濾。2.制備濾紙條：將干燥的定性濾紙剪成濾紙條，將濾紙條的一端剪去兩個角，并在距這端1cm處用鉛筆畫一條細的橫線。3.畫濾液細線：用毛細吸管吸取少量濾液，沿鉛筆線均勻地畫出一條細線。等濾液干后再畫一兩次。（畫線一定要細、直、齊）4.分離綠葉中的色素：將適量的層析液倒入燒杯中，將濾紙條（有濾液細線的一端朝下）輕輕插入層析液中，隨后用棉塞塞緊試管口。注意：不能讓濾液細線接觸層析液（防止色素溶解到層析液中而得不到清晰的色素帶）實驗結(jié)果：葉綠素類胡蘿卜素（含量約3/4）（含量約1/4）葉綠素a（藍綠色）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2、色素的吸收光譜葉綠素溶液葉綠素主要吸收紅光和藍紫光類胡蘿卜素主要吸收藍紫光類胡蘿卜素溶液葉綠素：吸收藍紫光和紅光類胡蘿卜素：吸收藍紫光葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜注：因為葉綠素對綠光吸收最少，綠光被反射回來，所以葉片才呈現(xiàn)綠色。問題探討

有些蔬菜大棚內(nèi)懸掛發(fā)紅色或藍色光的燈管，并且在白天也開燈。討論1.這種方法的好處是？不同顏色的光照對植物的光合作用會有影響嗎？2.能否用綠光燈管來補充光源？為什么？可以提高光合作用強度；不同顏色的光會影響植物的光合作用。不能；因為葉綠素基本上不吸收綠光葉綠素

類胡蘿卜素葉綠素a葉綠素b胡蘿卜素葉黃素藍綠色黃綠色橙黃色黃色占3/4吸收藍紫光和紅光吸收藍紫光一、捕獲光能的色素問題：這些捕獲光能的色素存在于細胞中的什么部位？二、葉綠體的結(jié)構(gòu)1817年，兩位法國科學家首次從植物中分離出葉綠素，當時并不清楚葉綠素在植物細胞中的分布情況。1865年，德國植物學家薩克斯研究葉綠素在光合作用中的功能時，發(fā)現(xiàn)葉綠素并非普遍分布在植物的整個細胞中，而是集中在一個更小的結(jié)構(gòu)里，后來人們稱之為葉綠體。葉綠素

類胡蘿卜素葉綠素a葉綠素b胡蘿卜素葉黃素藍綠色黃綠色橙黃色黃色占3/4吸收藍紫光和紅光吸收藍紫光一、捕獲光能的色素葉綠體結(jié)構(gòu)模式圖外膜內(nèi)膜基粒基質(zhì)每個基粒都由一個個圓餅狀的囊狀結(jié)構(gòu)堆疊而成。這些囊狀結(jié)構(gòu)稱為類囊體。吸收光能的四種色素就分布在類囊體的薄膜上。而每個基粒都含有兩個以上的類囊體，多者可達100個以上。葉綠體內(nèi)有如此多的基粒和類囊體，極大地擴大了受光面積。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，葉綠體是光合作用的場所。2結(jié)論：葉綠體的被光束照射到的部位是光合作用的場所結(jié)論：現(xiàn)象：現(xiàn)象：沒有空氣黑暗

極細光束

完全光照結(jié)論:葉綠體是進行光合作用的場所，它內(nèi)部的巨大膜表面上，不僅分布著許多吸收光能的色素分子，還有許多進行光合作用所必需的酶。三、光合作用的探究歷程指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物，并且釋放出氧氣的過程。光合作用的概念光合作用的實質(zhì)合成有機物，儲存能量閱讀教材（101~102），并回答下列問題：

1.英國的普利斯特利的意義和不足之處分別是？

3.德國植物學家薩克斯的實驗過程及結(jié)果證明了什么？

4.魯賓和卡門的同位素標記法的探究實驗的過程及所證明的問題是什么？三、光合作用的探究歷程

2.荷蘭科學家英格豪斯的實驗結(jié)果是什么？德國科學家梅耶得出了什么結(jié)論？五年后1642年，海爾蒙特(J.B.vanHelmont)柳樹增重74.47

kg土壤減少0.06

kg水分是建造植物體的唯一原料2.5Kg結(jié)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(jié)果，所以有人認為植物也能使空氣變污濁？

1.英國的普利斯特利的意義和不足之處分別是？

植物可以更新空氣，但沒有發(fā)現(xiàn)光的作用。2.荷蘭科學家英格豪斯的實驗結(jié)果是什么？德國科學家梅耶得出了什么結(jié)論？英格豪斯得出的結(jié)果：植物更新空氣需要光，并且只有綠葉才有這個功能；梅耶：光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能儲存起來了。

光照（一半曝光，一半遮光）

3.德國植物學家薩克斯的實驗過程及結(jié)果證明了什么？

證明了光合作用的產(chǎn)物有淀粉的生成。結(jié)果：曝光部分呈深藍色，遮光部分無顏色變化實驗過程：綠葉暗處理碘蒸氣處理結(jié)論：

4.魯賓和卡門的同位素標記法的探究實驗的過程及所證明的問題是什么？實驗過程證明的問題光合作用釋放的氧氣來自于水。最后由美國科學家卡爾文利用14C做試驗研究：用14C標記的14CO2，供小球藻進行光合作用，然后追蹤檢測其放射性，最終探明了CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機物中碳的途徑，這一途徑稱為卡爾文循環(huán)。在1961年獲得諾貝爾化學獎思考與討論：

1.光合作用的原料、產(chǎn)物、場所和條件是什么？其化學反應式是？

原料—CO2和H2O；產(chǎn)物—糖類和O2；場所—葉綠體；條件—光酶；光合作用的反應式是：CO2+H2O

光能葉綠體（CH2O）+O22.從人類對光合作用的探究歷程來看，生物學的發(fā)展與物理學和化學有什么聯(lián)系？與技術(shù)手段的進步有什么關(guān)系？試舉例說明。

生物學的發(fā)展與物理學和化學的研究和進展關(guān)系很密切。例如：①到1785年，由于發(fā)現(xiàn)了空氣的組成，人們才明確光合作用放出的氣體是O2，吸收的是CO2

；②魯賓和卡門利用同位素標記法證明光合作用釋放的氣體O2是來自水，而不是來自CO2

；③卡爾文用同位素示蹤技術(shù)探明了CO2中的碳在光和作用中的轉(zhuǎn)化成有機物中碳的途徑。4、光合作用化學反應式：5、光合作用過程光能葉綠體CO2+H2*

O（CH2O)+*O2（1）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(zhì)變化、能量變化如何？四、光合作用的過程H2O類囊體膜酶Pi

＋ADPATP光反應階段光、色素、酶葉綠體內(nèi)的類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的化學能貯存在ATP中[H]場所：條件：物質(zhì)變化能量變化進入葉綠體基質(zhì)，參與暗反應供暗反應使用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類囊體膜酶Pi

＋ADPATP[H]糖類卡爾文循環(huán)暗反應階段CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的還原：ATP[H]、ADP+Pi葉綠體的基質(zhì)中

ATP中活躍的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惖?/p>

有機物中穩(wěn)定的化學能2C3(CH2O)酶糖類[H]、ATP、酶場所：條件：物質(zhì)變化能量變化CO2

五碳化合物

C5

CO2的固定三碳化合物2C3葉綠體基質(zhì)多種酶糖類ATP[H]色素分子可見光C52C3ADP+PiATP2H2OO24[H]多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解能固定還原酶光反應暗反應光合作用總過程：光合作用的第一階段，必須有光才能進行光合作用的第二階段，有沒有光都可以進行光反應和暗反應的比較場所條件物質(zhì)變化能量變化光反應暗反應聯(lián)系基粒片層結(jié)構(gòu)薄膜葉綠體基質(zhì)中光色素、酶、水、ADPPi[H]、ATP、酶、CO2、C5水的光解ATP的生成CO2的固定C3的還原光能→ATP中活躍的化學能ATP中活躍的化學能→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。光反應H2O→2[H]+1/2O2+Pi+光能ATP酶ADP水的光解：光合磷酸化：暗反應CO2的還原：

2C3+[H](CH2O)+C5酶ATPCO2的固定：

CO2+C5→2C3酶總結(jié)：原料和產(chǎn)物的對應關(guān)系：（CH2O）CHOCO2CO2H2OO2H2O能量的轉(zhuǎn)移途徑：碳的轉(zhuǎn)移途徑：光能ATP中活躍的化學能(CH2O)中穩(wěn)定的化學能CO2C3（CH2O）fromfromfromfrom6、光合作用的實質(zhì)把二氧化碳和水合成糖類等有機物。

光能ATP中化學能有機物中化學能

合成有機物儲存能量自養(yǎng)生物

以光為能源，以CO2和H2O（無機物）為原料合成糖類（有機物），糖類中儲存著由光能轉(zhuǎn)換來的能量。例如綠色植物。異養(yǎng)生物

只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機物來維持自身的生命活動。例如人、動物、真菌及大多數(shù)的細菌。光能自養(yǎng)生物化能合成作用

利用環(huán)境中某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物。少數(shù)的細菌，如硝化細菌。化能自養(yǎng)生物所需的能量來源不同（光能、化學能）

光合作用有氧呼吸場所條件物質(zhì)變化能量變化實質(zhì)聯(lián)系比較光合作用、呼吸作用光、色素、酶、H2O和CO2葉綠體細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體O2、酶、H2O、C6H12O6無機物轉(zhuǎn)變成有機物有機物氧化分解成無機物

ATP中活躍化學能光能糖類等有機物中穩(wěn)定化學能C6H12O6等有機物穩(wěn)定的化學能

ATP中活躍化學能和熱能合成有機物，儲存能量分解有機物，釋放能量光合作用為呼吸作用提供物質(zhì)（有機物、O2）；呼吸作用為光合作用提供原料（CO2）五、光合作用原理的應用光合作用效率1、光照強度3、CO2濃度4、溫度5、水（合理灌溉）2、光質(zhì)影響光合作用效率的因素①光照強度ABC①圖中A點含義：②B點含義：③C點表示：

光照強度為0，只進行呼吸作用光合作用與呼吸作用強度相等光合作用強度不再隨光照強度增強而增強，稱為光飽和點真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率②溫度光合作用呼吸作用t吸收或釋放量CO2③CO2濃度b:CO2的補償點c:CO2的飽和點

a—b:CO2太低，農(nóng)作物消耗光合產(chǎn)物；

b—c:隨CO2的濃度增加，光合作用強度增強；

c—d:CO2濃度再增加，光合作用強度保持不變；

d—e:CO2濃度超過一定限度，將引起原生質(zhì)體中毒或氣孔關(guān)閉，抑制光合作用。acbdeabcde1、適當提高CO2的濃度（溫室大棚）；2、增加光照時間和光照強度；3、白天適當增加溫度，夜間適當降低溫度；4、農(nóng)作物間距合理，選擇適當?shù)墓庠吹龋?、合理施肥，提供必要的礦物質(zhì)元素；6、合理灌溉，提供適當水分。增加農(nóng)作物產(chǎn)量的幾點做法：

延長光合作用時間增加光合作用面積光能利用率光合作用效率(輪作)(合理密植：間種、套種

)1、控制光照強度2、適當補充CO23、適宜的溫度4、礦質(zhì)元素（合理施肥）5、水（合理灌溉）實驗原理：利用真空滲入法排除葉內(nèi)細胞間隙的空氣，充以水分，使葉片沉于水中。在光合作用過程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小，而在細胞間積累，結(jié)果使原來下沉的葉片上浮，根據(jù)上浮所需的時間長短，即能比較光合作用的強弱。探究環(huán)境因素對光合作用的影響1、取3只小燒杯，分別倒入20ml富含二氧化碳的清水（事先可用口通過玻璃管向清水內(nèi)吹氣）．2、分別向３只小燒杯中各放入２０片小圓形葉片，然后分別對這３個實驗裝置進行強、中、弱三種光照（３盞４０Ｗ臺燈分別向３個實驗裝置照射，光照強弱可通過調(diào)節(jié)臺燈與實驗裝置間的距離來決定）。3、觀察并記錄同一時間段內(nèi)各實驗裝置中小圓形葉片浮起的數(shù)量．觀察與記錄燒杯光照（日光燈）距離光照強度葉子圓片上浮所需時間第一片第二片第三片第四片140W5CM強√√√√240W30CM中√√340W50CM弱√結(jié)論：在一定光照強度范圍內(nèi)，光合作用隨著光照強度的增強而增強延長光合作用時間增加光合作用面積增加光能利用率提高光合作用效率控制光照強弱控制光質(zhì)控制溫度控制CO2供應控制必需礦質(zhì)元素供應控制H2O供應提高復種指數(shù)（輪作）溫室中人工光照合理密植間作套種通風透光在溫室中施有機肥，使用CO2發(fā)生器陰生植物陽生植物提高農(nóng)作物產(chǎn)量的措施紅光和藍紫光適時適量施肥合理灌溉保持晝夜溫差化能合成作用自養(yǎng)生物以光為能源，以CO2和H2O（無機物）為原料合成糖類（有機物），糖類中儲存著由光能轉(zhuǎn)換來的能量。例如綠色植物。異養(yǎng)生物只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機物來維持自身的生命活動。例如人、動物、真菌及大多數(shù)的細菌。化能合成作用利用環(huán)境中某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物。少數(shù)的細菌，如硝化細菌。光能自養(yǎng)生物化能自養(yǎng)生物所需的能量來源不同（光能、化學能）自養(yǎng)生物

以光為能源，以CO2和H2O（無機物）為原料合成糖類（有機物），糖類中儲存著由光能轉(zhuǎn)換來的能量。例如綠色植物。異養(yǎng)生物

只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機物來維持自身的生命活動。例如人、動物、真菌及大多數(shù)的細菌。光能自養(yǎng)生物鞏固練習色素種類顏色擴散速度吸收光的顏色葉綠素a葉綠素b胡蘿卜素葉黃素藍綠色黃綠色橙黃色黃色較慢較快最慢最快藍紫光和紅光藍紫光2.葉綠體是植物進行光合作用的細胞器，光能的吸收發(fā)生在葉綠體的（）A.內(nèi)膜上B.基質(zhì)中C.類囊體的薄膜上D.各部位上C鞏固練習3.用紙層析法能夠?qū)⑷~綠體的四種色素分開的原因是（）A.四種色素隨層析液在濾紙上擴散速度不同B.四種色素隨濾液在濾紙上擴散速度不同C.四種色素隨濾液在濾紙條上滲透速度不同D.四種色素隨層析液在濾紙條上滲透速度不同A4.在葉綠體提取和分離試驗中，特別要注意不能讓層析液沒及濾液細線，原因是（）A.濾紙條上的集中色素不能擴散B.色素沿濾紙條的擴散速度太慢，色素分離不明顯C.層析液妨礙色素的溶解D.色素被層析液溶解不能向上擴散D鞏固練習5.葉綠體是植物進行光合作用的細胞器，下面有關(guān)葉綠體的敘述正確的是（）A.葉綠體的色素都分布在囊狀結(jié)構(gòu)的膜上B.葉綠體的色素分別在外膜和內(nèi)膜上C.光合作用的酶只分布在葉綠體基質(zhì)中D.光合作用的酶只分布在外膜、內(nèi)膜和基粒上A6.把綠葉的色素溶液放在自然光源和三棱鏡之間，從鏡的另一側(cè)觀察連續(xù)光譜中變暗的主要區(qū)域是（）A.紅光和藍紫光區(qū)B.黃光和藍紫光區(qū)C.綠光和紅光區(qū)D.黃光和綠光區(qū)A7.為證實葉綠體有放氧功能，可利用含有水綿與好氧細菌的臨時裝片進行實驗，裝片需要給予一定的條件，這些條件是（）A.光照，有空氣，臨時裝片中無碳酸氫鈉稀溶液B.光照，無空氣，臨時裝片中有碳酸氫鈉稀溶液C.黑暗，有空氣，臨時裝片中無碳酸氫鈉稀溶液D.黑暗，無空氣，臨時裝片中有碳酸氫鈉稀溶液B8.下列關(guān)于葉綠體中色素的提取和分離實驗原理的敘述，正確的是（）A.加入少許二氧化硅可防止在研磨時葉綠體中的色素受到破壞B.用無水乙醇將葉綠體中的色素進行分離C.濾紙條上的最上面色素帶呈黃綠色D.溶解度越高的色素隨層析液在濾紙上擴散越快D1.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。2.光合作用的實質(zhì)是：把______和_______轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C物，把_______轉(zhuǎn)變成_______,貯藏在有機物中。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光能化學能暗反應光反應光反應暗反應練一練下圖是光合作用過程圖解，請分析后回答下列問題：①圖中A是______,B是_______,它來自于______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所需的能量來自______④圖中G________,F是__________,J是_____________⑤圖中的H表示_______，I表示________，H為I提供__________光H2OBACDE+PiFGCO2JHIＯ2水[H]基質(zhì)用作還原劑，還原C3ATP光能光反應[H]和ATP色素C5化合物C3化合物糖類暗反應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，此時葉肉細胞內(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C某科學家用含有14C的CO2來追蹤光合作用中的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

D、CO2

三碳化合物糖類D在光合作用過程中，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

葡萄糖D、光能ATP