能量之源-光與光合作用(公開課課件)

一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)捕獲光能的色素類胡蘿卜素葉綠素胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b(占1/4)(占3/4)濾紙上色帶的排列順序如何？寬窄如何？說明什么？葉綠體中的色素提取液四種色素對(duì)光的吸收葉綠素主要吸收___________類胡蘿卜素主要吸收________藍(lán)紫光藍(lán)紫光、紅光1.地球表面上的綠色植物每年大約制造了4400億噸有機(jī)物！2.地球表面上的綠色植物每年儲(chǔ)存的能量約為7.11×1018KJ，這個(gè)數(shù)字相當(dāng)于24萬個(gè)三峽電站每年所發(fā)出的電力，相當(dāng)于人類在工業(yè)生產(chǎn)、日常生活和食物營養(yǎng)上所需能量的100倍！請(qǐng)看下面的數(shù)據(jù)：由此可見：對(duì)絕大多數(shù)生物來說，活細(xì)胞所需能量的最終源頭來自太陽的光能。

太陽的光能通過什么途徑進(jìn)入植物體內(nèi)呢？第4節(jié)能量之源什么是光合作用？光合作用是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(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過程。場所條件產(chǎn)物原料一.光合作用的探究歷程人們得出這一認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了漫長的探索歷程，科學(xué)家們用了200多年的時(shí)間，經(jīng)過無數(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)。現(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)問題的思維過程和科學(xué)探索的樂趣。植物為什么會(huì)生長？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=植物增加的重量五年后1642年海爾蒙特的實(shí)驗(yàn)柳樹增重74.47kg土壤只減少0.06kg結(jié)論：植物增重主要來自水分海爾蒙特的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有什么不足的地方？1771年普利斯特利的實(shí)驗(yàn)結(jié)論：綠色植物可以更新空氣普利斯特利的的實(shí)驗(yàn)有時(shí)成功，有時(shí)失敗，可能的原因是什么？可能是在無光的條件下做的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)闊o光時(shí)，植物不進(jìn)行光合作用，只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，所以沒有釋放氧氣，而是釋放二氧化碳，所以實(shí)驗(yàn)失??！1779年，荷蘭科學(xué)家英格豪斯做了500多次植物更新空氣的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：普利斯特利的實(shí)驗(yàn)只有在陽光照射下才能成功；植物體只有綠葉才能更新污濁的空氣。1785年，法國科學(xué)家拉瓦錫發(fā)現(xiàn)了空氣的組成，人們才明確綠葉在光下放出的氣體是氧氣，吸收的是二氧化碳。在這一過程中，光能哪里去了呢？1845年，德國科學(xué)家梅耶根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律明確指出，植物在進(jìn)行光合作用時(shí)，把光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能儲(chǔ)存起來。光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，儲(chǔ)存于什么物質(zhì)中呢？也就是植物在吸收水分和二氧化碳、釋放氧氣的過程中，還產(chǎn)生了什么物質(zhì)呢？一半曝光，一半遮光在暗處放置幾小的葉片1864年薩克斯的實(shí)驗(yàn)暗處理光照酒精脫色結(jié)論:綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉碘蒸汽處理問題1：薩克斯的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁?？問題2：為什么對(duì)植物進(jìn)行一晝夜的暗處理？問題3：為什么讓葉片的一半曝光，另一半遮光呢？驗(yàn)證光合作用的產(chǎn)物為了將葉片中原有的淀粉運(yùn)走耗盡進(jìn)行對(duì)照光合作用的原料有水和二氧化碳，那么，光合作用釋放的氧氣到底是來自二氧化碳還是來自水呢？隨著技術(shù)的進(jìn)步，人們發(fā)現(xiàn)了放射性同位素，利用放射性同位素做示蹤原子，為解決氧氣是來自水還是二氧化碳提供了技術(shù)手段。1939年，美國的科學(xué)家魯賓和卡門利用同位素標(biāo)記法,用18O做示蹤原子，對(duì)光合作用的產(chǎn)物氧氣中氧的來源進(jìn)行了探究。

返回1939年魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物又是怎樣合成的呢？20世紀(jì)40年代，美國科學(xué)家卡爾文利用放射性同位素14C標(biāo)記的14CO2做實(shí)驗(yàn)研究這一問題。最終探明CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中的碳的途徑，這一途徑稱為卡爾文循環(huán)。1961年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主光合作用的場所究竟在什么地方呢？早在100多年前美國科學(xué)家恩格爾曼就以水綿和好氧細(xì)菌為實(shí)驗(yàn)材料，很好地解答了這個(gè)問題！水綿是常見的淡水藻類每條水綿由許多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的長筒狀細(xì)胞連接而成。水綿很明顯的特點(diǎn)是：葉綠體呈帶狀，螺旋排列在細(xì)胞里。恩格爾曼實(shí)驗(yàn)恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)說明了什么問題？問題1：為什么選用水綿做為實(shí)驗(yàn)材料？因?yàn)樗d不僅有細(xì)而長的帶狀葉綠體，而且螺旋分布于細(xì)胞中，便于進(jìn)行觀察和分析研究

問題2.為什么選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境？為了排除實(shí)驗(yàn)前環(huán)境中光線和氧的影響，確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性

光合作用的場所是葉綠體光合作用的產(chǎn)物有氧氣！結(jié)論:問題3．為什么先用極細(xì)光束照射水綿，而后又讓水綿完全暴露在光下？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(duì)照，從而證明了實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全是光照引起的，并且氧是由葉綠體釋放出來的。

小結(jié):薩克斯的實(shí)驗(yàn)說明光合作用的產(chǎn)物有淀粉，光合作用的條件需要光；魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)說明了光合作用的產(chǎn)物O2中的氧全部來自原料中的H2O；恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)說明了光合作用的場所是葉綠體，光合作用的產(chǎn)物有O2！

思考：光合作用的過程？？

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、無光都能反應(yīng)H2O類囊體膜酶Pi

＋ADPATP光反應(yīng)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(xué)能貯存在ATP中[H]場所：條件：能量變化物質(zhì)變化進(jìn)入葉綠體基質(zhì)，參與暗反應(yīng)供暗反應(yīng)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(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)樘穷惖?/p>

有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能2C3(CH2O)酶糖類[H]、ATP、酶場所：條件：能量變化物質(zhì)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]光合作用的全過程葉綠體中的色素供氫酶供能還原多種酶參加催化（CH2O）ADP+Pi酶ATP2C3C5固定CO2H2OO2水在光下分解[H]光反應(yīng)過程碳反應(yīng)過程光能光反應(yīng)階段與暗反應(yīng)階段的比較項(xiàng)目光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段區(qū)別場所條件物質(zhì)變化能量轉(zhuǎn)化類囊體的薄膜上葉綠體的基質(zhì)中需光、色素和酶不需光、色素;需多種酶光能轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP中活潑的化學(xué)能ATP中活潑的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為糖類等有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能水的光解：2H2O

光

4[H]+O2光ADP+PiATP酶CO2的固定：CO2+C52C3C3的還原：2C3

（CH2O）

[H]，ATP酶ATPADP+Pi酶聯(lián)系1、光反應(yīng)是暗反應(yīng)的基礎(chǔ)，光反應(yīng)為暗反應(yīng)的進(jìn)行提供[H]和ATP2、暗反應(yīng)是光反應(yīng)的繼續(xù)，暗反應(yīng)為光反應(yīng)的進(jìn)行提供合成ATP的原料ADP和Pi3、兩者相互獨(dú)立又同時(shí)進(jìn)行，相互制約又密切聯(lián)系物質(zhì)上把CO2和H2O轉(zhuǎn)變成以糖類為主的有機(jī)物能量上把光能轉(zhuǎn)變成有機(jī)物中的化學(xué)能最基本的物質(zhì)代謝和能量代謝5、光合作用的實(shí)質(zhì)自養(yǎng)生物：能夠直接把從外界環(huán)境攝取的無機(jī)物轉(zhuǎn)變成為自身的組成物質(zhì)，并儲(chǔ)存了能量的一類生物6、化能合成作用異養(yǎng)生物：不能直接利用無機(jī)物制成有機(jī)物，只能把從外界攝取的現(xiàn)成的有機(jī)物轉(zhuǎn)變成自身的組成物質(zhì)，并儲(chǔ)存了能量的一類生物——能夠利用體外環(huán)境中的某些無機(jī)物氧化時(shí)所釋放的能量來制造有機(jī)物的合成作用例如：硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等少數(shù)種類的細(xì)菌6、化能合成作用2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化細(xì)菌2HNO2+O22HNO3+能量