光能的捕獲和利用-課件

3.2.3光能的捕獲和利用一、光合作用的原理和應用光合作用的概念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。二、光合作用探索歷程科學成果都是后人繼承前人的經(jīng)驗，又經(jīng)過多次的探索和研究才獲得的。光合作用的發(fā)現(xiàn)就是一個典型的例子。漫長的探索之旅……1、公元前3世紀—亞里士多德的觀點沒有通過實驗來檢驗自己的理論?你同意他的觀點嗎？?不足之處在哪里？漫長的探索之旅……2、1642年—海爾蒙特的柳樹實驗漫長的探索之旅……海爾蒙特的實驗說明了什么？水分是建造植物體的唯一原料海爾蒙特認為建造植物體的原料只是水，這一結(jié)論是否合理？為什么？未考慮空氣和光照對植物生長的影響想一想漫長的探索之旅……3、1771年—普里斯特利的實驗漫長的探索之旅……普里斯特利的結(jié)論是：植物能夠更新空氣普里斯特利的實驗有時成功，有時失敗？漫長的探索之旅……實驗有時成功是在有光的環(huán)境中；而無光的環(huán)境中，不能進行光合作用產(chǎn)生氧氣，小鼠就會窒息而亡，從而導致實驗失敗結(jié)論：植物只有在光照的情況下才能更新空氣4、1779年—英格豪斯的實驗漫長的探索之旅……5、1864年—薩克斯的實驗漫長的探索之旅……漫長的探索之旅……漫長的探索之旅……(1)為什么對天竺葵先進行暗處理？

(2)為什么讓葉片的一半曝光，另一半遮光？

(3)這個實驗能說明什么問題？對照6、1880年—恩吉爾曼的實驗漫長的探索之旅……水綿和好氧細菌臨時裝片缺氧暗處理極細光束照射全部暴露在光下（1）為什么選用水綿做實驗材料？（2）為什么選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境分析討論：水綿是單細胞連接的絲狀體，不需做切片，且葉綠體細而長呈帶狀，便于直接觀察和分析研究。排除了氧氣和光的干擾（3）為什么先用極細光束照射水綿，而后又讓水綿完全暴露在光下？（4）該實驗可得出什么結(jié)論？分析討論：明確實驗結(jié)果完全是由光照引起的葉綠體是光合作用的場所，光合作用需要光并產(chǎn)生氧氣。7、1941年—魯賓和卡門的實驗(1)魯賓—卡門的兩組實驗是如何設計的？寫出兩組實驗中光合作用的反應式。（2）同位素標記技術(shù)的應用與實驗成功密不可分。你能否舉出其他的科學與技術(shù)相互促進共同發(fā)展的例子？試一試:第一組小球藻懸液提供H218O和CO2，給第二組小球藻懸液提供H2O和C18O2，分別檢測光合作用釋放的氧氣是否含有放射性。第一組：CO2+H218O→（CH2O）+O2第二組：C18O2+H2O→（CH2O）+O2顯微鏡技術(shù)與細胞的發(fā)現(xiàn)、研究年代科學家結(jié)論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把光能轉(zhuǎn)變成了化學能儲存起來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。葉綠體是光合作用的場所。1939魯賓卡門光合作用釋放的氧來自水。20世紀40代卡爾文光合產(chǎn)物中有機物的碳來自CO2原料：二氧化碳水產(chǎn)物：糖類氧氣場所：葉綠體條件：光多種酶2)、光合作用的原料、產(chǎn)物、場所、條件是什么？3)、你能用一個化學反應式表示出來嗎?1）分析了光合作用的探究歷程，你有何感悟？思考與討論：光能葉綠體CO2+H2*

O

（CH2O)+*O24)、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二、葉綠體的結(jié)構(gòu)內(nèi)膜外膜基粒類囊體基質(zhì)（一）葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能1、葉綠體的結(jié)構(gòu)（1）如果將葉綠體長時間置于暗處，葉綠體轉(zhuǎn)變成不含色素的

或只有類胡蘿卜素的

，但光照后又可恢復為具有葉綠素的

。

白色體有色體葉綠體（2）光學顯微鏡下能否看到葉綠體？呈

形。（3）在電鏡下可看到葉綠體的表面有

，內(nèi)部有許多綠色柱狀的

。每個基粒有數(shù)十個扁平囊狀的

組成，基粒間還有

與

相連，從而使各類囊體的腔彼此相通。能扁平的橢球形或球雙層膜基粒類囊體基質(zhì)類囊體基粒類囊體（4）線粒體和葉綠體增大膜面積方式不同，分別是怎樣的？（5）與光反應有關(guān)的色素和酶都分布在

；與暗反應有關(guān)的酶則分布在

中；葉綠體還含有少量的

，因此被稱為

。類囊體膜上基質(zhì)線粒體—嵴，葉綠體—基粒DNA、RNA半自主性細胞器2、葉綠體的功能：

（一）葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能光合作用的場所（二）葉綠體色素的提取與分離目的要求：1、掌握提取和分離葉綠體色素的方法2、了解葉綠體中色素的種類實驗材料：菠菜【提取原理】綠葉中的色素能溶解于

溶劑（如

）中，可以用其提取綠葉中的色素?！痉蛛x原理】不同色素在

中

不同，

的隨

在濾紙上擴散的快；反之則慢。這樣，幾分鐘之后，綠葉中的色素在濾紙上分離開。這樣的分離方法叫

。有機層析液溶解度溶解度大層析液紙層析法丙酮、無水乙醇【方法步驟】1、葉綠體色素的提取用天平稱取5克菠菜葉，剪碎少許二氧化硅、碳酸鈣+2ml丙酮取單層尼龍布折疊，放入漏斗將研磨液迅速倒入漏斗中進行過濾。將濾液收集到試管中，及時用棉塞塞緊試管口防止丙酮揮發(fā)，并充分溶解色素。二氧化硅：為了使研磨充分；碳酸鈣：保護色素免受破壞；丙酮：色素的溶劑。

防止溶劑揮發(fā)和色素分子被氧化研缽迅速、充分地進行研磨

相比濾紙，尼龍布不易吸附色素2、葉綠體色素的分離剪角，1cm處用鉛筆畫線用毛細吸管吸取少量濾液，沿鉛筆線均勻地畫一條細而直的細線，風干后重復2-3次燒杯中倒入層析液，將濾紙條帶有色素的一端插入（不要沒過濾液線），培養(yǎng)皿蓋住小燒杯防止層析液在濾紙條的邊緣處擴散過快。直、細、齊：使分離的色素帶平整、不重疊重復多次：增加色素含量，使分離的色素帶清晰，便于觀察。

防止色素直接溶解到燒杯內(nèi)的層析液中防止層析液揮發(fā)和色素分子被氧化【實驗結(jié)果】【探究深化】①②③④寫出左側(cè)濾紙條上四條色素帶對應的色素種類及顏色：

類胡蘿卜素（含量占1/4，主要吸收藍紫光）葉綠素（含量占3/4，主要吸收紅光、藍紫光）胡蘿卜素橙黃色葉黃素葉綠素a葉綠素b黃色藍綠色黃綠色注：植物幾乎不吸收綠光其中在層析液中溶解度最大，隨層析液在濾紙條上擴散速度最快的色素是

，

最慢的是

。

最寬，即

含量最多；

最窄，即

含量最少；相鄰色素帶之間

與

距離最近；

與

距離最遠。①②③④胡蘿卜素葉綠素b葉綠素a葉綠素a胡蘿卜素胡蘿卜素葉綠素a葉綠素b胡蘿卜素葉黃素葉綠素溶液吸收傳遞轉(zhuǎn)化光能2.色素的功能：葉綠體中的吸收光譜色素的吸收光譜圖

400500600700nm10050吸收光能百分比葉綠素類胡蘿卜素可見光區(qū)葉綠素：吸收藍紫光和紅光類胡蘿卜素：吸收藍紫光葉綠素a和合葉綠素b主要吸收藍紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光。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。結(jié)論：問題：這些捕獲光能的色素存在于細胞中的什么部位？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、ADP、Pi[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。光反應條件：葉綠體中的色素光能H2O

水在光下分解O2[H]光、酶、色素過程：場所：類囊體的薄膜上物質(zhì)H2O光酶[H]+O2ADP+Pi+光能酶ATP能量光能ATP中活躍化學能ADP+Pi酶ATP暗反應co2C5固定2c3[H]供氫酶(CH2O)[糖類]場所：條件：過程：葉綠體基質(zhì)酶多種酶參加催化co2+C5酶2c32c3酶(CH2O)C5[H]ATPATP酶ADP+Pi+能量物質(zhì)能量ATP中活躍的化學能轉(zhuǎn)化為糖類中穩(wěn)定的化學能還原酶ATP供能ADP+Pi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：光反應H2O→2[H]+1/2O2+Pi+光能ATP酶ADP水的光解：能量變化暗反應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）（1）圖中H過程表示____，I過程表示____。（2）圖中A代表______，其生理功能主要是_______。（3）產(chǎn)生B的過程稱為_____；寫出反應式_________。（4）圖中C在葉綠體中形成的部位是____，其生物作用是____。（5）圖中D物質(zhì)所含的能量最后貯存到___（填字母）。光反應暗反應色素吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能水的光解類囊體供能供氫J2H2O4H++O2+4e光（6）ATP的轉(zhuǎn)移方向是從____________向____________

ADP的轉(zhuǎn)移方向是從______________向______________

葉綠體基質(zhì)葉綠體基質(zhì)類囊體薄膜類囊體薄膜2、在其他條件適宜的情況下，在供試植物正常進行光合作用時突然停止光照，并在黑暗中立即開始連續(xù)取樣分析，在短時間內(nèi)葉綠體中C3和C5化合物含量的變化是(

)A．C3和C5都迅速減少B．C3和C5都迅速增加C．C3迅速增加，C5迅速減少D．C3迅速減少，C5迅速增加C3、下列物質(zhì)轉(zhuǎn)變過程屬于光反應的是(

)

A．①③⑤⑦B．①②④⑧C．②③⑦⑧D．①④⑦⑧ＤA光補償點B光飽和點光強吸收CO2CO2放出光合速率

在一定范圍內(nèi)，光合作用速率隨著光照強度的增加而加快，在光補償點，光合速率等于呼吸速率，當超過光飽和點后，光合速率不再隨光照強度增加而增加。（此時主要受酶和色素的含量、溫度、CO2濃度等因素的限制）1.影響光合作用效率的因素—光照強度

2.CO2濃度CO2飽和點ACO2濃度0光合速率

CO2含量很低時，綠色植物不能制造有機物，只有當外界CO2濃度達到一定值后，光合作用才啟動、在一定濃度范圍內(nèi)，隨著CO2濃度的增加，光合作用速率加快，到了CO2飽和點后，光合作用不再隨