能量之源-光與光合作用1

第五章細胞的能量供應和利用高一生物教學課件5.1降低化學反應活化能的酶5.2細胞的能量“通貨”——ATP5.3ATP的主要來源——細胞呼吸5.4能量之源——光與光合作用本章內(nèi)容2第四節(jié)能量之源——光與光合作用3有些蔬菜大棚用紅色或藍色的塑料薄膜代替普通塑料薄膜，有的溫室內(nèi)懸掛著發(fā)紅色或藍色光的燈管。1.用這種方法有什么好處？這樣做對光合作用有影響嗎？2.為什么是用紅色或藍色的呢？用綠色的可以嗎？用這種方法可以提高光合作用強度。因為葉綠素吸收最多的是光譜中的藍紫光和紅光。不同顏色的光會影響植物的光合作用。不可以。因為葉綠素基本上不吸收綠光，或者說葉綠素對綠光吸收最少，所以不使用綠色的塑料薄膜或補充綠色光源。問題探討4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？5捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)6

捕獲光能的色素我們知道，玉米中有時會出現(xiàn)白化苗。白化苗由于不能進行光合作用，待種子中貯存的養(yǎng)分耗盡就會死亡。可見光合作用與細胞中的色素有關。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，并設法將這些色素分離開。

綠葉中有哪些色素呢？7葉綠體中色素的提取和分離【實驗】【觀看視頻】81.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.光合色素可溶于層析液中，不同的光合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。層析液的配制：20份在60-90℃下分餾出來的石油醚、2份丙酮、1份苯，迅速取液混合即可。配液時應注意保持室內(nèi)通風，操作一定要迅速，配好后密封備用。這里的60-90℃是指石油醚分餾時的沸程(溫度范圍)一、實驗原理91．材料

新鮮的綠色葉片(如菠菜葉)2．用具

定性濾紙，棉塞，試管，試管架，研缽，玻璃漏斗，尼龍布，毛細吸管，剪刀，藥勺，天平，10mL量筒。3．試劑及其他藥品

無水乙醇，層析液，二氧化硅，碳酸鈣。二、操作指南10三、實驗程序

11方法與步驟：稱取5g左右的鮮葉，剪碎，放入研缽中。加少許的石英砂(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。12實驗結(jié)果：2023/8/191313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)結(jié)果分析：①色素帶的條數(shù)與色素種類有關，四條色素帶說明有四種色素。②色素帶的寬窄與含量有關，色素帶越寬說明這種色素含量越多。③色素帶擴散速度與溶解度有關，在濾紙條上分布越高，說明擴散速度越快，溶解度越大。④相鄰兩條色素帶之間距離最遠的是胡蘿卜素和葉黃素，最近的是葉綠素a和葉綠素b。141.濾紙條上有4條不同顏色的色帶，從上往下依次為：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)。這說明綠葉中的色素有4種，它們在層析液中的溶解度不同，隨層析液在濾紙條上擴散的快慢也不一樣。2.濾紙條上的濾液細胞如果觸及層析液，細線上的色素就會溶解到層析液中，就不會在濾紙條上擴散開來，實驗就會失敗。討論：1.濾紙條上有幾條不同顏色的色帶？其排序怎樣？寬窄如何？這說明了什么？

2.濾紙上的濾液細線，為什么不能觸及層析液？

3.為什么要將濾紙條一端剪去兩角?3.因為剪去濾紙條的兩角可以使層析液在紙條上擴散速度均衡，這樣有利于色素在濾紙條上的擴散，從而得出清晰漂亮的色素帶。15四、實驗關鍵1.選材時應注意選擇鮮嫩、色濃綠、無漿汁的葉片。如菠菜葉、棉花葉、洋槐葉等。2.畫濾液細線時應以細、齊、直為標準，重復畫線時必須等上次畫線干燥后再進行，重復2-3次。3.層析時不要讓濾液細線觸及層析液。16五、注意事項1.因丙酮和層析液都是易揮發(fā)且有一定毒性的有機溶劑，所以研磨要快，收集的濾液要用棉塞塞住，層析時要加蓋，盡量減少有機溶劑的揮發(fā)。2.在研磨時要加少許二氧化硅，目的是為了研磨充分，有利于色素的提取；加少許碳酸鈣的目的是為了防止研磨過程中，葉綠體中的色素受到破壞。3.分離色素時，一定不要讓濾紙條上的濾液細線接觸到層析液，這是因為色素易溶解在層析液中，導致色素帶不清晰，影響實驗效果。原理：破壞細胞后，酸性的細胞液中的氫能將葉綠素中的鎂置換出來，導致葉綠素被破壞。所以加碳酸鈣的目的是為了中和這種酸性環(huán)境，保護色素。17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1.色素的種類和作用吸收紅光和藍紫光吸收藍紫光182.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19葉綠素：吸收紅光和藍紫光類胡蘿卜素：吸收藍紫光葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜2.色素的吸收光譜20葉綠素a和葉綠素b主要吸收紅光和藍紫光，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？葉綠體類囊體薄膜211817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。3.葉綠體22葉片中的葉肉細胞綠葉回顧

葉肉細胞亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖

葉綠體亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖捕捉光能的色素存在于細胞中的什么部位？23恩格爾曼的實驗1.1880年，美國科學家恩格爾曼把載有水綿和好氧細菌的臨時裝片放在沒有空氣的黑暗環(huán)境中，然后用極細的光束照射水綿，發(fā)現(xiàn)細菌只向葉綠體被光束照射到的部位集中；如果臨時裝片暴露在光下，細菌是分布在葉綠體所有受光部位的周圍。從而證明：氧是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所。2.他在證明光合作用放氧部分是葉綠體后，緊接著又做了一個實驗：他用三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，驚奇地發(fā)現(xiàn)大量的好氧細菌聚集在紅光和藍光區(qū)域。從而證明葉綠體中色素吸收紅光、藍紫光，用于光合作用、放出氧氣。3.后來，又有科學家發(fā)現(xiàn)：在葉綠體的類囊體上和基質(zhì)中，含有許多進行光合作用所必需的酶。24討論：恩格爾曼實驗在設計上有什么巧妙之處？(1).用水綿作實驗材料，有細而長的帶狀葉綠體，螺旋狀分布在細胞中，便于觀察和分析研究。(2).將臨時裝片置于黑暗且沒有空氣的環(huán)境中，排除了環(huán)境中光線和O2的影響，從而確保實驗能順利進行。(3).用極細的光束照射，并且用好氧菌進行檢測，能準確的判斷水綿細胞中放O2部位。(4).進行黑暗(局部光照)與曝光的對照實驗，從而明確實驗結(jié)果完全是由光照引起的。25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。26二、光合作用的概念和實質(zhì)1.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。2.光合作用的實質(zhì)合成有機物，儲存能量27光合作用的探究歷程海爾蒙特的結(jié)論：水分是植物建造自身的原料。17世紀海爾蒙特栽培的柳樹實驗他將柳樹苗栽種到木桶里，內(nèi)有已知干重的土壤，加桶蓋，只用純凈的雨水澆灌，五年后，柳樹的質(zhì)量增加了76.7kg,而土壤只減少0.0567kg。29普利斯特利的實驗當時有人重復普利斯特利的實驗，卻得到完全相反的結(jié)論，認為植物跟動物一樣能使空氣變污濁。這一結(jié)論引起人們的關注。30一段時間后一段時間后1771年普利斯特利實驗實驗1：他把一支點燃的蠟燭和一只小白鼠分別放到密閉的玻璃罩里，蠟燭不久就熄滅了，小白鼠很快也死去了。

31普利斯特利實驗實驗2：他把一盆植物和一支點燃的蠟燭一同放到一個密閉的玻璃罩里。他發(fā)現(xiàn)植物能夠長時間地活著，蠟燭也沒有熄滅。32實驗3：他又把一盆植物和一只小白鼠一同放到一個密閉的玻璃罩里。他發(fā)現(xiàn)植物和小白鼠都能夠正常地活著。普利斯特利實驗上述實驗都是在光照下進行的。于是，他得出了結(jié)論：植物能夠更新由于蠟燭燃燒或動物呼吸而變得污濁了的空氣。但是，他沒有發(fā)現(xiàn)光在植物更新空氣中的作用，而是將空氣的更新歸因于植物的生長。33探究：普利斯特利的實驗植物可以更新空氣成分嗎？植物可以更新空氣成分。植物能產(chǎn)生動物呼吸和蠟燭燃燒所需要的氣體。植物可以更新空氣。設計實驗結(jié)果分析得出結(jié)論小鼠和點燃的蠟燭密閉玻璃罩小鼠死亡，蠟燭也熄滅綠色植物+密閉玻璃罩小鼠存活，蠟燭仍燃燒提出問題作出假設實施實驗34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？351779年，荷蘭的英格豪斯普利斯特利的實驗只有在陽光照射下才能成功；植物體只有綠葉才能更新空氣。到1785年，發(fā)現(xiàn)了空氣的組成，人們才明確綠葉在光下放出的是O2，吸收的是CO2。水二氧化碳氧氣光？光能化學能儲存在什么物質(zhì)中？德國梅耶361864年，薩克斯(德)的實驗(置于暗處幾小時)思考：目的是什么？一半遮光一半曝光為了使綠葉中原有的有機物消耗殆盡37天竺葵381864年，(德)薩克斯的實驗綠色葉片中光合作用中產(chǎn)生了淀粉391864年，德國薩克斯實驗黑暗處理一晝夜讓一張葉片一半曝光一半遮光:綠葉在光下制造淀粉。用碘蒸氣處理這片葉，發(fā)現(xiàn)曝光的一半呈深藍色，遮光的一半則沒有顏色變化。光合作用釋放的O2來自CO2還是H2O？結(jié)論40光合作用氧氣來源的探究假設一：光合作用生成的氧氣(O2)中的氧原子來源于二氧化碳(CO2)中的氧假設二：光合作用生成的氧氣(O2)中的氧原子來源于水(H2O)中的氧41第一組光合作用產(chǎn)生的O2來自于H2O。H2180C02H20C18O2第二組180202美國魯賓和卡門實驗(同位素標記法，1939年)結(jié)論光合作用產(chǎn)生的有機物又是怎樣合成的？42美國●卡爾文二十世紀40年代，卡爾文用14C標記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C在光合作用中轉(zhuǎn)化成了有機物的途徑，這一途徑稱為卡爾文循環(huán)。43卡爾文循環(huán)44年代科學家結(jié)論1664海爾蒙特水分是植物建造自身的原料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。1939-1941魯賓卡門光合作用釋放的氧來自水。20世紀40年代卡爾文光合產(chǎn)物中有機物的碳來自CO2光合作用探索歷程總結(jié)45光合作用的定義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物，并釋放出O2的過程?？偨Y(jié)光合作用的反應式反應物、條件、場所、生成物CO2＋H2O(CH2O)＋O2光能葉綠體糖類46光合作用過程光反應暗反應劃分依據(jù):反應過程是否需要光能光反應在白天可以進行嗎？夜間呢？

暗反應在白天可以進行嗎？夜間呢？有光才能反應有光、無光都能反應47H2O類囊體薄膜酶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48CO2

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)光反應階段暗反應階段49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]50

聯(lián)系比較光反應、暗反應光反應階段暗反應階段條件場所物質(zhì)變化能量變化光、色素、酶不需光、酶、[H]、ATP葉綠體類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)中水的光解；ATP的生成CO2的固定；C3的還原

ATP中活躍化學能光能ATP中活躍化學能有機物中穩(wěn)定化學能光反應是暗反應的基礎，為暗反應提供[H]和ATP，暗反應為光反應提供ADP和Pi。

CO2+H2O(CH2O)+O2光能葉綠體51色素分子可見光C52C3ADP+PiATP2H2OO24[H]多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解能固定C3還原酶光反應暗反應光合作用總過程：52光反應2H2O→4[H]+O2+Pi+光能ATP酶ADP水的光解：ATP的合成

：暗反應CO2的還原：

2C3+[H](CH2O)+C5酶ATPCO2的固定：

CO2+C5→2C3酶總結(jié)：53總結(jié)：光合作用過程光反應與暗反應比較54總結(jié)：光合作用過程光反應與暗反應比較55產(chǎn)物和原料的對應關系：(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)56請分析光下的植物突然停止光照后，其體內(nèi)的C5化合物和C3化合物的含量如何變化？停止光照光反應停止請分析光下的植物突然停止CO2的供應后，其體內(nèi)的C5化合物和C3化合物的含量如何變化？[H]

↓

ATP↓還原受阻C3

↑C5↓CO2↓固定停止C3↓C5↑57(2)降低CO2濃度時:C3含量變化：______C5含量變化:______

直接影響的過程:______(1)植物由強光環(huán)境轉(zhuǎn)移到弱光環(huán)境時：

C3含量變化：______C5含量變化:______

直接影響的過程:______上升下降光反應下降上升暗反應光能色素分子C52C3ADP+PiATP2H2OO2NADPH(CH2O)CO2吸收能固定酶多種酶還原酶58葉綠體處于不同的條件下，C3，C5，[H]，ATP以及(CH2O)合成量的動態(tài)變化表59溫馨提示

CO2+H2O(CH2O)+O2光能葉綠體上述的總反應式，只是表示光合作用的總體過程。只是概括光合作用的場所、條件、原料和產(chǎn)物，并沒有反映光合作用的具體過程，實際上光合作用是葉綠體內(nèi)進行的一個復雜的能量轉(zhuǎn)換和物質(zhì)變化的過程。從總體上看，光合作用實質(zhì)上是一個氧化還原過程。在綠色植物體內(nèi)，由于葉綠素吸收光能作為反應的推動力，使一個很難被氧化的水分子去還原一個很難被還原的二氧化碳分子，使一個基本不含能量的二氧化碳分子變成一個富含能量的有機物。606CO2＋12H218O光能葉綠體C6H12O6+6H2O

+618O2

光合作用過程中元素的轉(zhuǎn)移情況61光反應階段：把水分解，形成氧氣和還原性輔酶II([H])。水利用掉了。

暗反應階段：在C3的還原和C5再生過程中又產(chǎn)生了水。

所以在光合作用的反應式中的產(chǎn)物中有水。所以光合作用的總反應，若以葡萄糖為產(chǎn)物應該表示如下：6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2

葉綠體光酶溫馨提示實際上，光合作用過程中，既有水的消耗，也有水的生成。以后，如果涉及到光合作用過程中有關計算時，可用上列總反應式進行計算。62例題：根據(jù)下圖回答：(１)圖中編號所代表的物質(zhì)名稱分別是A

，B

，C

，D

。(２)暗反應中需要光反應提供的物質(zhì)是

。(３)三碳化合物在

和

作用下被NADPH([H])還原。(４)光反應的場所在

上,暗反應的場所在

。(5)色素吸收的

在光反應中部分轉(zhuǎn)到

中,再通過暗反應轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

中的化學能。光能葉綠素(色素)分子[H]CO2ATP和[H]酶ATP葉綠體類囊體葉綠體基質(zhì)光能ATP和[H]C6H12O6(CH2O,有機物)64典例精析1右圖是“綠葉中色素的提取和分離”實驗所得到的四條色素帶，若將其置于暗室中，并用紅光照射，色素帶呈暗色的是(

)A．①②B．②③C．③④D．②④解析：四條色素帶自上而下依次是胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a和葉綠素b，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光，葉綠素a和葉綠素b除吸收藍紫光外，還吸收紅光，因此葉綠素a和葉綠素b的色素帶將呈暗色。答案：CC65