能量之源光與光合作用

俗話說““民以食為天民以食為天””，，動物需要動物需要以食物來維持生命持生命，，一一粒種子萌發(fā)形成幼苗幼苗，，一棵一棵小樹成長為參天大樹參天大樹，，整整個個過程中不斷有物質(zhì)的積累累，，其質(zhì)量其質(zhì)量也增加了幾百以至上千倍至上千倍，，它的食物是什么呢？呢？樹長那樹長那麼大需要多少養(yǎng)料呀！少養(yǎng)料呀！這這些些養(yǎng)料又是從那里來的呢？養(yǎng)料又是從那里來的呢？§5-4能量之源—光與光合作用太陽光中有能量，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？玉米中有時會有白花苗。白花苗由于不能進(jìn)行光合作用，待種子中儲存的養(yǎng)分耗盡就會死亡。一、捕獲光能的色素（一）實(shí)驗(yàn)：綠葉中色素的提取和分離（P97-98）1、實(shí)驗(yàn)原理：提取((無水乙醇))、分離((層析液))2、目的要求：綠葉中色素的提取和分離及色素的種類3、材料用具：新鮮的綠葉、定性濾紙等、無水乙醇等4、方法步驟：①①提取綠葉中的色素提取綠葉中的色素③③畫濾液細(xì)線畫濾液細(xì)線⑤觀察和記錄⑤觀察和記錄②②制備濾紙條制備濾紙條④④分離綠葉中的色素分離綠葉中的色素方法步驟：SiOCaCO33：防止色素被破壞無水乙醇：提取色素22：使研磨充分1.提取綠葉中的色素方法步驟：2.制備濾紙條減去兩角的目的：防止層析液從邊緣擴(kuò)散速度太快度太快。。鉛筆線畫鉛筆細(xì)線方法步驟：3.畫濾液細(xì)線濾液細(xì)線的要求：細(xì)、細(xì)、直直、、齊齊（（使分離后的色使分離后的色素帶平整、素帶平整、不重疊不重疊））；；重復(fù)1——2次（（保證色素含量保證色素含量，，使分離后的色素條帶清晰）使分離后的色素條帶清晰）。。干燥后重復(fù)畫（（保證濾液細(xì)保證濾液細(xì)線線““細(xì)細(xì)、、齊齊、、直直””））方法步驟：4.分離綠葉中的色素培養(yǎng)皿濾液細(xì)線層析液注意注意::濾液細(xì)線不能觸到層析液（（防止色素溶解在層析液中防止色素溶解在層析液中））燒杯要蓋上培養(yǎng)皿燒杯要蓋上培養(yǎng)皿、、試管要塞上棉塞試管要塞上棉塞（（層析液易揮發(fā)且有毒層析液易揮發(fā)且有毒））方法步驟：5、觀察與記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果胡蘿卜素捕獲光能的類胡蘿（橙黃色）卜素葉黃素((占1/4)（黃色）葉綠素aa色素葉綠素（藍(lán)綠色）葉綠素bb（黃綠色）((占3/4)濾紙上色帶的排列順序如何？寬窄如何？說明什么？收集到的濾液顏色太淺，可能的原因有什么？（二）綠葉中色素對光的吸收特點(diǎn)與社會聯(lián)系葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜根據(jù)上述不同色素對不同波長的光的吸收特點(diǎn)，葉綠素a、b主要吸_______________藍(lán)紫光、紅光胡蘿卜素和葉黃素主要吸收__________想一想，溫室或大棚種植蔬菜時，應(yīng)選擇什么顏藍(lán)紫光色的玻璃、塑料薄膜或補(bǔ)充光源？這些捕獲光能的色素存在于細(xì)胞中的什么部位呢？?1817年，兩位法國科學(xué)家首次從植物中分離出葉綠素，當(dāng)時并不清楚葉綠素在植物細(xì)胞中的分布情況。?1865年，德國植物學(xué)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(xì)胞中，而是集中在一個個更小的結(jié)構(gòu)里，后來人們稱之為葉綠體。二、葉綠體的結(jié)構(gòu)1、形態(tài)：扁橢球形或球形2、結(jié)構(gòu)：(電鏡下)小資料:每個基粒都含有兩個以上的類囊體，多著甚至達(dá)100個以上，極大的擴(kuò)展了受光面積。據(jù)計算，1g菠菜葉片中的類囊體的總面積竟達(dá)60m2左右。思考：葉綠體中的色素能吸收光能，是不是葉綠體只能吸收光能？有沒有其他功能？三、葉綠體的功能葉綠體的功能實(shí)驗(yàn)過程極細(xì)光束照射好氧細(xì)菌集中在葉綠體黑暗被光束照射的部位水綿+好氧細(xì)菌無空氣好氧細(xì)菌分布于葉綠體完全暴露光下實(shí)驗(yàn)結(jié)論所有受光部位1、氧氣是葉綠體釋放出來的2、葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場所暗黑處暴露實(shí)驗(yàn)的之處用極細(xì)光水綿—具有帶狀葉綠體，大，易觀查光束好氧細(xì)菌—可確定氧氣釋放的部位照在1、選材下2、先放在黑暗無空氣的環(huán)境中：射排除環(huán)境中光和氧氣的影響。有光照部位3、極細(xì)的光束照射形成對照無光照部位暴露在光下再次形成對照葉綠體是進(jìn)行光合作用的場所光合作用的場所。。它內(nèi)部的巨大膜表面上它內(nèi)部的巨大膜表面上，，分布了許分布了許多吸收光能的色素分子吸收光能的色素分子，，還有許多進(jìn)行光合作用的酶。光合作用的酶。四、光合作用的探究歷程問題：植物生長所需的物質(zhì)來自何處？“植物的根是一張嘴，植物生活和生長所需的一切物質(zhì)，都是通過根吸收了土壤汁得到的。得到的?！薄?400多年前Aristotle你同意他的觀點(diǎn)嗎？不足：未能通過實(shí)驗(yàn)去檢驗(yàn)自己的理論。1648年，海爾蒙特的柳樹實(shí)驗(yàn)2.3kg純凈的雨水76.88kg55年后90.744kg（干燥）90.8kg柳樹增重kg74.58kg（干燥）土壤減少0.056kgkg（干燥）????海爾蒙特的結(jié)論是：水分是建造植物體的唯一原料。柳樹真的只需要水就能長大嗎？你認(rèn)為海爾蒙特忽視了哪些重要因素？未考慮空氣和光照對植物生長的影響。1771年英國科學(xué)家普利斯特利1771年英國科學(xué)家普利斯特利結(jié)論：植物可以更新空氣普利斯特利實(shí)驗(yàn)一段時間后一段時間后結(jié)論：植物可以更新空氣有人重復(fù)了普利斯特利的實(shí)驗(yàn)，有人重復(fù)了普利斯特利的實(shí)驗(yàn)不足：沒有認(rèn)識到光在其中的作用，得到得到相反的結(jié)果，的結(jié)果，所以有人認(rèn)為植物也能使空氣變污濁所以有人認(rèn)為植物也能使空氣變污濁。。為什么為什么？？17791779年，荷蘭年，荷蘭英格豪斯A組B組結(jié)論：只有在光照下、只有綠葉才可以實(shí)驗(yàn)重復(fù)了500多次更新空氣1785年，發(fā)現(xiàn)了空氣的組成，科學(xué)家在明確綠葉在光下放出的氣體是氧氣，吸收的是二氧化碳光合作用過程中光能去了哪里？18451845年，德國科學(xué)家梅耶年，德國科學(xué)家梅耶化學(xué)能光光合能作用儲存在什么物質(zhì)中儲存在什么物質(zhì)中？？1864年薩克斯的實(shí)驗(yàn)一在半暗曝處光放，置半曝光遮光碘蒸汽處理暗處理(饑餓一幾處理)是否缺少對照？目的？小自變量、因變量？遮的消耗掉葉片中的淀粉光葉片光合作用產(chǎn)生淀粉光是光合作用的必要條件結(jié)論光合作用釋放的O2來自CO2還是H2O？1941年，美國的科學(xué)家魯賓和卡門CO2218OO2236CC18OOOO2222光照射下的小球藻懸液32AABBHH2218OOHH22OO結(jié)論：光合作用中釋放的O2全部來自H2O方法：同位素標(biāo)記（P102）光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物又是怎樣合成的？20世紀(jì)40年代，美國科學(xué)家卡爾文14CO22小球藻有機(jī)物的14CC（卡爾文循環(huán)）結(jié)論：光合產(chǎn)物中有機(jī)物的碳來自光合產(chǎn)物中有機(jī)物的碳來自COCO2五、光合作用的過程光合作用的原料，產(chǎn)物，場所和條件是什么？你能用一個反應(yīng)式表示出來嗎?1、總反應(yīng)式光能CO2+HH2OO（CH22O)+OO22葉綠體糖類2、概念（P101）綠色植物通過葉綠體，，利用利用光能，把的二氧化碳和水有機(jī)物轉(zhuǎn)化成儲存著能量，并且釋放出，并且釋放出氧氣的過程的過程。。3、過程根據(jù)反應(yīng)過程是否需要光能分為：光反應(yīng)：有光才能進(jìn)行暗反應(yīng)：有光有光、、無光都能進(jìn)行無光都能進(jìn)行2NH+3O硝化細(xì)菌2HNO+2HO+能量外：光照強(qiáng)度、溫度、水、礦?1865年，德國植物學(xué)家薩克斯研究葉綠素在光應(yīng)用：適當(dāng)增加晝夜溫差，保證有機(jī)物的積累2、B點(diǎn)：植物開始進(jìn)行光合作用AC段：___________________________________________只進(jìn)行呼吸作用例如，該曲線是在某一CO2濃度下的，當(dāng)適當(dāng)提高CO2濃的催化下進(jìn)行的的催化下進(jìn)行的，，溫度直接影溫度直接影C3、C5、[H]、ATP含量如何變化？[H]↓ATP↓C5↓C3↑適量施肥適量施肥（（灌溉灌溉））葉綠素，當(dāng)時并不清楚葉綠素在植物細(xì)胞中的5、CD段：光照增強(qiáng)，光合作用增強(qiáng)，光合作用>呼吸作用供應(yīng)不足，而影響暗反應(yīng)的速率。曲線分析：OA段為幼葉，隨幼葉的不斷生長，葉面積不內(nèi)：酶活性、數(shù)量，色素含量1818142H22OOOO222C33光解供氫14吸收4[H]固CO22可見光色素分子還多種酶定原ATPCC55酶供能ADP+Pi14(CH22O)光反應(yīng)暗反應(yīng)類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)實(shí)質(zhì)：無機(jī)物無機(jī)物（（CO2和H2O）有機(jī)物（有機(jī)物（糖類糖類））光能化學(xué)能光反應(yīng)階段條件：光、色素、酶場所：基粒（類囊體薄膜）上光、酶物質(zhì)變化水的光解：2H22O4[H]+O22色素光酶ATP的合成：ADP＋PiPiATPATP能量轉(zhuǎn)變：光能ATP中活躍的化學(xué)能時間：短促暗反應(yīng)階段條件：多種酶多種酶、、[H]、ATP場所：葉綠體的基質(zhì)中酶CO22的固定：CO22＋CC552C33物質(zhì)變化酶CO22的還原：2C33(CH22O)+C55[H]、ATP能量轉(zhuǎn)變：ATP中活躍的化學(xué)能有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能時間：較緩慢光反應(yīng)與暗反應(yīng)的區(qū)別和聯(lián)系比較項(xiàng)目光反應(yīng)暗反應(yīng)場場所所類囊體薄膜上葉綠體的基質(zhì)條件條件需光,色素和酶[H]、ATP、需酶光解CO+C─→酶→2C2H2O─→4[H]+O2253物質(zhì)變化酶ATP、ATP、[H][H]ADP+Pi+ADP+Pi+能量能量─→─→ATPATP2C2C3───酶─→→(CH2O)+C5能量變化光能活躍的化學(xué)能穩(wěn)定的化學(xué)能ATP、[H]ADP、Pi聯(lián)系聯(lián)系光反應(yīng)暗反應(yīng)思考：正常進(jìn)行光合作用的植物，突然停止光照后，短時間內(nèi)C3、C5、[H]、ATP含量如何變化？[H]↓ATP↓C5↓C3↑若突然停止CO2的供應(yīng)呢？C3↓C5↑[H]↑ATP↑停止光反應(yīng)[H]↓↓還原CC33↑↑↑光照停止受阻ATP↓↓CC5↓↓CC3↓↓固定停止CO2↓↓CC55↑↑六、光合作用原理的應(yīng)用光合作用強(qiáng)度（P104）：光合作用強(qiáng)度表示方法:單位時間內(nèi)原料消耗或產(chǎn)物生成的量影響光合作用強(qiáng)度的因素：①自身因素——遺傳因素、葉齡、葉面積②環(huán)境因素——光照、溫度、CO2濃度、水分、礦質(zhì)元素光合速率:是光合作用強(qiáng)度的指標(biāo)，它是指單位時間內(nèi)單位面積的葉片合成有機(jī)物的速率。(一)光照強(qiáng)度11、、實(shí)驗(yàn)：探究實(shí)驗(yàn)：探究光照強(qiáng)度對光合作用強(qiáng)度的影響（PP104104--105105）（1）實(shí)驗(yàn)原理：（2）方法步驟：（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：22、、光照強(qiáng)度光照強(qiáng)度對光合作用強(qiáng)度的影響對光合作用強(qiáng)度的影響（1）各種強(qiáng)度（速率）的表示（冊P69）：呼吸強(qiáng)度：凈光合強(qiáng)度（表觀光合）：總光合強(qiáng)度（實(shí)際、真正光合）：（2）曲線圖：內(nèi)：酶活性、數(shù)量，色素含量CO光吸合2外：CO2濃度、溫度、水、礦CC收速率凈光合總光合A點(diǎn)：光照強(qiáng)度為0，不光合，只呼吸，OA=呼吸速率（恒定，因?yàn)闇囟炔蛔儯B00CO2呼吸光照強(qiáng)度AB段：光合速率<呼吸速率釋放AAB點(diǎn)：光合速率=呼吸速率（凈光合=0）B點(diǎn)所示光強(qiáng)為光補(bǔ)償點(diǎn)BC段：光合速率>呼吸速率（凈光合>0）C點(diǎn)：光合速率達(dá)最大值該點(diǎn)所示光強(qiáng)為光飽和點(diǎn)（光合達(dá)最大時所需最小光強(qiáng)）總光合速率=呼吸速率+凈光合速率（平移坐標(biāo)）注意：①各點(diǎn)（段）對應(yīng)氣體交換情況（板書）②陽生、陰生植物的比較CO2吸收CC陽生陰生C′B′00BBCOA′光照強(qiáng)度應(yīng)用：間作套種，充分利用光能、空間釋2放AA③改變條件：例如，該曲線是在某一CO2濃度下的，當(dāng)適當(dāng)提高CO2濃度時B、C點(diǎn)如何移動？B點(diǎn)左移、C點(diǎn)右上移④應(yīng)用：適當(dāng)增加光照強(qiáng)度，可以提高光合作用強(qiáng)度(二)CO2濃度內(nèi)：酶活性、數(shù)量，色素含量CO2外：光照強(qiáng)度、溫度、水、礦吸收CC凈光合總光合A點(diǎn)：只呼吸，OA=呼吸速率（恒定）。00BBAB段：光合速率<呼吸速率CO2呼吸CO2濃度釋B點(diǎn)：光合速率=呼吸速率放AA該點(diǎn)所示CO2濃度為CO2補(bǔ)償點(diǎn)BC段：光合速率>呼吸速率C點(diǎn)：光合速率達(dá)最大值，該點(diǎn)所示CO2濃度為CO2飽和點(diǎn)（光合達(dá)最大時所需最小CO2濃度）注意：①坐標(biāo)平移后曲線OA段：二氧化碳濃度過低，無法進(jìn)行光合作用；A點(diǎn)：開始進(jìn)行光合時所需環(huán)境中最小的二氧化碳濃度；②應(yīng)用：①合理密植，應(yīng)“正其行，通其風(fēng)”②增施農(nóng)家肥③大棚可飼養(yǎng)小動物，施放干冰(三)溫度①①光合作用是在光合作用是在響酶的催化下進(jìn)行的的催化下進(jìn)行的，，溫度直接影溫度直接影酶的活性；②AB②AB段表示：段表示：一定范圍內(nèi)，光合速率隨溫度升高而升高；③③BB點(diǎn)表示：點(diǎn)表示：④④BBC段表示：C段表示：超過最適溫度，光合速率隨溫度升高而下降；此溫度條件下，光合速率最高；應(yīng)用：適當(dāng)增加晝夜溫差，保證有機(jī)物的積累A、B、C三種溫度條件下植物積累有機(jī)物最多的是哪種溫度？(四)礦質(zhì)元素（水）光合速率燒苗（水淹—無氧呼吸）礦質(zhì)元素（水）應(yīng)用：依據(jù)作物需肥（依據(jù)作物需肥（水水））規(guī)律規(guī)律，，適時適時、、適量施肥適量施肥（（灌溉灌溉））光合速率(五)葉齡葉齡曲線分析：OA段為幼葉，隨幼葉的不斷生長，葉面積不斷增大，葉內(nèi)葉綠體不斷增多，葉綠素含量不斷增加，光合作用速率不斷增加。AB段為壯葉，葉片的面積、葉綠體的葉綠素都處于穩(wěn)定狀態(tài)，光合速率也基本穩(wěn)定。BE段為老葉，隨著葉齡的增加，葉片內(nèi)葉綠素被破壞，光合速率也隨之下降。應(yīng)用：農(nóng)作物、果樹管理后期適當(dāng)摘除老葉、殘葉，都是根據(jù)其原理，降低其細(xì)胞呼吸消耗有機(jī)物。(六)多因子影響（練習(xí)冊P72）?曲線分析：P點(diǎn)時，限制光合速率的因素應(yīng)為橫坐標(biāo)所表示的因素，隨著此因素的不斷加強(qiáng)，光合速率不斷提高。當(dāng)?shù)絈點(diǎn)時，橫坐標(biāo)所表示的因素，不再是影響光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取適當(dāng)提高圖示中的其他因子的方法。日變化：在一天中由于光照和溫度在發(fā)生變化，一天中的光合速率也在發(fā)生變化。如圖（5）。該圖是夏季晴朗的一天，某種綠色植物葉片光合作用強(qiáng)度的曲線圖，分析曲線回答問題。1、AB段：只進(jìn)行呼吸作用2、B點(diǎn)：植物開始進(jìn)行光合作用3、BC段：放出的CO2>吸收的CO2，即呼吸作用>光合作用4、C點(diǎn)：光合作用=呼吸作用5、CD段：光照增強(qiáng)，光合作用增強(qiáng)，光合作用>呼吸作用6、DE段：溫度升高，蒸騰作用增強(qiáng)，氣孔關(guān)閉，CO2供應(yīng)不足，而影響暗反應(yīng)的速率。在E點(diǎn)出現(xiàn)最嚴(yán)重的“午休”現(xiàn)象。7、EF段：溫度逐漸降低，光合速率逐漸恢復(fù)。8、FG段：隨著光照減弱，光合作用逐漸下降。9、G點(diǎn)：光合速率=呼吸速率10、GH段：光合速率<呼吸速率11、H點(diǎn)：光合作用消失12、HI段：只進(jìn)行呼吸作用一天當(dāng)中有機(jī)物積累最多的點(diǎn)：G分析下列各段的含義：AD段：__________________________________________光合作用強(qiáng)度<光合作用強(qiáng)度<呼吸作用強(qiáng)度AC段：_________________