光合作用.doc

第二节光合作用
学习目标●说出对光合作用的认识过程
●举例说出主要的光合色素
●概述光合作用的过程
●举例说出影响光合作用的环境因素关键词光反应暗反应光合作用无论是茂密森林中的参天大树，还是沙漠中的仙人
掌，生长是生命的基本特征。

植物生长的有机养料从何
而来?在众多科学家的不懈努力下，逐步解开了绿色植
物的光合作用之谜。

有实验数据表明，每年全球光合作
用大约同化2．O×1014kg碳，如以葡萄糖计算相当于
4.0×1012 —
5.0×1012t有机物，可见植物通过光合作用制造
有机物的规模是非常巨大的。

光合作用还产生大量的氧
气。

如果没有光合作用，地球上的生命将无法生存。

回眸历史解开光合作用之谜
1648年比利时海尔蒙特(V．}Ielmont)第一次试图用定量的方法研究植物的营养来源。

通过该实验他认为，植物生长所需要的养料主要来自于水，而不是土壤。

1771年英国的普利斯特莱
(J．Priestley)通过植物和动物
之间进行气体交换的实验，第一次成功地应用化学的方法研究植物的生长，得
知植物生长需要吸收C0
2，同时释放出0
2
1779年荷兰的扬·英根豪斯(J．IngenIlousz)把带叶的枝条放到水里。

这些叶在阳光下产生氧气，在暗处并不产生氧气。

扬·英根豪斯认为植物需要阳光才能制造出氧气。

1864年萨克斯采用碘液检测淀粉的方法，确定叶片在光下能产生淀粉。

1940年鲁宾(S．Ruben)和卡门（M—KamPn）用放射性同位素标记法，通过小球藻的实验证明了光合作用释放的氧气来自水，糖类中的氢也来自水。

1948年美国的梅尔文。

卡尔文报告了历时lO年的科研成果，他用14℃标记的C0
2追踪了光合作用过程中碳兀素的行踪，从而了解到光合作用中复杂的化学变化。

光合色素与光能的捕获和转化
研究光合色素及其对光能的捕获，是光合作用研究中的重要课题之一。

远在1．5×1011m之遥的太阳发出的光到达地面时是混合光，其中的可见光束看起来是白色的，但它通过三棱镜时就会分成红、橙、黄、绿、蓝、青、紫7色连续光谱，其波长在380-760 nm之间(图4-7)。

我们看到的苹果呈现红色，桑叶呈现绿色，都是由于光照射到物体表面后，该物体又将这种颜色的光波反射回来而造成的(图4-8)。

植物的叶绿素分子吸收光的能力很强，除了部分橙光、黄光和大部分绿光被反射外，其他波长的光基本上都能被叶绿素分子所吸收，因而植物的叶片呈现绿色。

图4-8物体颜色形成示意图
边做边学
波长／nm
（依次是紫青500蓝绿600黄橙700760红）
图4-7可见光光谱示意图
提取和分离叶绿体中的色素
实践：
1．分工合作，做好实验准备(图4-9a)。

2．称取2 g菠菜叶片，剪碎后放入研钵中，加入少许石英砂和碳酸钙以及5 mL 丙酮，迅速研磨。

再用5 m．L丙酮淋洗(图4—9b)。

丙酮易挥发并有一定的毒性！
3．将研磨液过滤到试管中，并及时用棉塞塞紧试管口(图4-9c)。

4．准备好长6 cm、宽1 cm的滤纸条，剪去一端两角，在距离该端大约1 cm 处用铅笔画一条细线(图4-9d)。

5．用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔画的线画一条细而直的滤液细线，吹干后再重复画滤液线若干次(图4-9e)。

6．将画好滤液细线的滤纸条轻轻地插入盛有3 mL层析液(由航空汽油和丙酮按
10：l的比例配制而成)的烧杯中，并覆盖烧杯(图4-9f)。

滤液细线不能触及到层析液。

7．注意观察滤纸条上有什么变化，几分钟以后，取出滤纸条仔细观察。

层析液易挥发并有一定的毒性!
讨论：
1．实验中丙酮和层析液的用途是什么?
2．叶绿体中的色素主要有哪几种?请将色素在滤纸条上的分布情况，在实验报告中表示出来。

根据精确的化学分析，绿色植物叶绿体中所含的光合色素主要包括叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素。

叶绿素a的化学式为C55H7205N4Mg，叶绿素b的化学式为CH06N4Mg。

Mg是构成叶绿素分子必需的元素。

胡萝卜素的化学式为 C加H，。

，叶黄素的化学式为C。

oH，60：。

积极思维恩吉尔曼的实验巧妙在哪里?
事实：
光合色素能够吸收相应波长的光。

现在，生物科学家还能运用分光光度计测定色素对不同波长的光的吸收能力。

早在1883年，德国生物科学家恩吉尔曼(C．Engelmann)利用丝状绿藻巧妙地设计并进行实验，获得了叶绿素的作用光谱。

1．他认为，丝状绿藻的光合作用会产生氧气，而且产生氧气的多少和光合作用的效率成正比。

2．他把一些好氧的并能运动的细菌放入盛有一条丝状绿藻的溶液中，再将棱镜产生的连续的不同波长的光投射到这条丝状绿藻上。

3．他惊奇地发现，在红光区和蓝光区集中了大部分的好氧细菌(图4-10)。

分析：
这一巧妙的实验说明了什么?
图4-10恩吉尔曼的实验结果
长／nm
图4—11 叶绿素的吸收光谱
叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，叶绿素是光合作用中的主要色素。

叶绿素能有效地吸收和利用红光和蓝紫光(图4-11)。

实验表明，叶绿体中还有胡萝卜素和叶黄素等，它们和叶绿素的吸收光谱并不相同，主要吸收蓝紫光。

此外，胡萝卜素和叶黄素还有保护叶绿素免受强光伤害的作用。

光合作用的过程0。

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经过科学家的不懈努力，人们对光合作用的认识日益深入。

在光合作用的过程中，并不是全部过程都需要光。

根据反应过程是否需要光能，可以将光合作用分为光反应和暗反应两个阶段(图4-12)。