生物必修一 能量之源——光与光合作用

CO2的固定：CO2＋C5
酶
2C3
物质变化：
ADP+Pi 糖类 能量变化： ATP中活跃的化学能转变为糖类等 有机物中稳定的化学能
酶 C3的还原： 2C3 ATP [H] 、
(CH2O)
2C3
[H]
暗反应
固定
还原 能
CO2
ATP 酶 ADP+Pi
多种酶
C5
CH2O
光反应阶段 进行 部位 条件 物质 变化 能量 变化 叶绿体内基粒类囊体 薄膜上
实验步骤：
5g绿色叶片（剪碎）+少许 SiO2+CaCO3+10ml无水乙醇 提取色素： 迅速充分研磨 过滤收集绿色滤液，加盖 制备滤纸条：方法
画滤液细线 ：干燥后，重复几次 细、直、匀 色素分离 （纸层析法）：方法及注意事项 观察结果
注意: 1、研磨时： ⑴加入 少许SiO2 ，目的是 为了研磨得充分 ⑵加入 少许CaCO3 ，目的是 防止在研磨时绿叶中的色素受到破坏 ⑶加入 10mL无水乙醇，目的 是 溶解绿叶中的色素 。
1785年，由于发现了 空气的组成，人们才明 确绿叶在光下放出的气 ①普利斯特利的实验只有在阳光照射 体是氧气，吸收的是二 氧化碳 下才能成功。
②植物体只有绿叶才能更新空气。
此时，人们尚不了解植物吸收和放出 的究竟是什么气体。
提出问题：
光能哪里去了？
1845年，德国科学家梅耶根据 能量转化与守恒定律明确指出：植 物进行光合作用时，把光能转换成 化学能储存起来。 提出问题： 光能转换成化学能，贮存于什么物质中呢？ 即植物在吸收水分和二氧化碳、释放氧气的过 程中，还产生了什么物质呢？
4、分离绿叶中的色素： 注意事项： ⑴滤纸条的放置： ①有滤液细线的一端朝下 ②下端应插入层析液中 ③滤液细线不能触及层析液 ⑵装置 加盖
滤纸上的滤液细线，为什么不能触 及层析液？
如果触及到层析液，细线上的 色素就会溶解到层析液中，而不 会在滤纸上扩散开来。
2、实验流程
观察记录
橙黄色
胡萝卜素 叶绿素a 叶黄素 黄色
3、含有的成分： ⑴少量的 少量DNA和RNA ； ⑵色素： 基粒类囊体的薄膜上 分布于 ； ⑶与 光合作用 有关的酶，分布在 叶绿体 基粒类囊体上、基质中 。
叶绿体的功能
⑴阅读资料分析中的内容，回答： ①恩格尔曼实验的结论是什么？ 氧气是叶绿体在光下释放出来 的，叶绿体是植物进行光合作用 的场所。 ②恩格尔曼的实验方法有什么巧妙
能
3、将绿叶中色素分离的方法和原理 ⑴方法： 纸层析法 ⑵原理： 绿叶中的色素能溶解在 层析液中 中， 且不同的色素在 层析液中的 溶解度不 溶解度 高的随 层析液 在 滤纸 上 同： 扩散得快；反之则慢。几分钟之后， 绿叶中的色素会随着 层析液 在 滤纸 上的扩散而分离开。
实验材料的选择：
新鲜的绿色叶片
1、1771年普利斯特利实验
一段时间后
一段时间后
1864年
德国科学家
萨克斯
现象： 未遮光部分变成蓝色。
结论：淀粉是光合作用的产物之一。
光合作用的过程：
1、写出光合作用的总反应式： 2、根据是否需要光，光合作用的过程可以 概括地分为 光反应 和 暗反应 两个阶段。 3、读懂教材103页光合作用过程的图解 4、填表比较光合作用过程中的两个阶段
萨克斯（德）实验 1864
一 在 半 暗 曝 处 光 放 ， 置 一 暗处理 几 半 小 目的：消耗掉叶 遮 的 片中的营养物质 光 叶 片
光照
碘蒸汽处理 结论：光合作用的产物除氧气外还有淀粉
酒精脱色
可用于追踪物质的运 行和变化规律 光合作用的原料有水和二氧化碳，光合 作用释放的氧气到底来自二氧化碳还是水。
有机物 ATP中活 中稳定 跃化学能 化学能 光反应为暗反应提供还原剂[H]和能量ATP 光 能 ATP中活 跃化学能
联系
暗反应产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料
请分析光下的植物突然停止光照后，其体 内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化？ C3 ↑ [H] ↓ 停止 光反应 还原 光照 停止 ATP↓ 受阻 C5 ↓
这说明光合作用需要色素去捕获光能。
捕获光能的色素和结构
㈠实验——绿叶中色素的提取和分离： 观看视频，课后完成Baidu Nhomakorabea案中的内容 ㈡绿叶中色素的种类和作用 ㈢捕获光能的结构 ——叶绿体
实验——绿叶中色素的提取和分离
实验原理: 1、为什么用无水乙醇提取绿叶中的 色素而不用水提取色素？ 绿叶中的色素溶于无水乙醇等有 机溶剂，但不溶于水。 若实验室中没有无水乙醇，能否用其 它有机溶剂代替？
结论：植物的物质积累不是 来自于土壤，而是完全来源 于水。
直到18世纪中期，人们一直 以为只有土壤中的水分是植物建 造自身的原料，而没有考虑植物 能否从空气中得到什么。
普利斯特利（英）实验 1771
普利斯特利没有发现光在 植物更新空气中的作用。
结论：绿色植物可以更新空气
2、英格豪斯实验（1779年）
1.光反应阶段
场所： 叶绿体内的类囊体膜上 光反应 条件 ：光、色素、 酶 光能 [H] + O2 水的光解：H2O 酶 （还原剂） 物质变化： 酶 ATP的合成： ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP 光能转变为ATP中活跃的化学能 能量变化：
2.暗反应阶段 场所： 叶绿体的基质中 [H] 条件： 多种酶、 、ATP
类胡萝卜素
叶绿素
3/4
蓝绿色 叶绿素b 黄绿色
1/4
色素的种类 叶绿素a
叶绿素
叶 绿 体 色 素
叶绿素b
胡萝卜素 类胡萝卜素 叶黄素
叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光
这些捕获光能的色素存在 在层析 含 色素种类 颜色 液中的 于细胞中的什么部位呢？ 量
溶解度
扩 散 速 度
主要 吸收 的可 见光
1939年 鲁宾 、卡门
C18O2 O2 CO2
光照下 的 球藻悬 液
同位素标记法研究
18O 2
H2O H218O
结论：光合作用释放的氧气来自水。
光合作用氧气来源的探究（１８３９年）
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提出问题：
碳的同位素：14C
光合作用产生的有机物又是怎样合成的呢？ 研究方法： 同位素标记法 美国科学家卡尔文实验： 实验材料：小球藻（一种单细胞的绿藻） 用14CO2供小球藻进行光合作用，然后 追踪检测其放射性，最终探明了CO2中的碳 在光合作用中转化成有机物中碳的途径。 卡尔文循环
随着技术的进步，人们对同位素 有了更多了解，这为解决氧气来自水 还是二氧化碳提供了研究手段。 用同位素标记的化 合物，化学性质不 会改变 同位素标记法
提出问题：
同位素标记法：
科学家通过追踪同位素标记 的 化合物，可以弄清 化学反应的详细 过程。这种方法叫做同位素标记法。
• 光合作用释放的O2到底是来自H2O ，还是 氧的同位素：18O CO2呢？
光合作用的反应式：
CO2+H2
O*
（CH2O）+O*2 叶绿体
光能
光能
6CO2+12H2O
叶绿体
C6H12O6+6O2+6H2O
2H2O
光 能
O2 2C3 [H] ATP
酶 还 多种酶参 原 加催化
CO2
固 定
C5
CH2O
ADP ＋Pi
光反应
暗反应
2H2O
光解
吸收
O2 4[H]
光能
色素
ATP 酶 ADP+Pi
光合作用原理的应用
• 探究：环境因素对光合作用强度的影响 • 增加农作物产量的措施之一
提高光合作用的强度
探究：环境因素对光合作用强度的影响 叶肉细胞中叶绿体 的数量；叶绿体中 1、实验原理 基粒的数量等 （1）影响光合作用的因素有哪些？ 内因： 酶、色素等 外因： 光照、CO2、温度、水、矿质元素等 （2）如何定量表示光合作用的强度？ 光合作用的强度可通过测定一定 时间内 原料的消耗或产物生成 的数量 来定量的表示。 CO2消耗量
光反应阶段
进行 部位
条件 物质 变化 能量 变化
暗反应阶段 叶绿体基质中
不需光、多种酶、ATP、[H]
叶绿体类囊体薄膜上 光、色素和酶
水的光解 2H2O→4[H]+O2 合成ATP ADP+Pi
酶 → ATP 光能
光
CO2的固定CO2+C5酶 →2C3
C3的还原
酶 2C3 ATP [H]
(CH2O)
叶绿体是进行光合作用的完整单位 1、含有的成分看：
光合色素 含光合酶 位于基粒上 位于基粒上 和基质中
2、结构上看： 叶绿体内部有许多基粒，每个基 粒中有许多个类囊体 极大地扩展了受 光面积
光合作用的原理和应用
• • • • • 光合作用的定义 光合作用的探究历程 光合作用的过程 光合作用原理的应用 化能合成作用
年
代
科学家
结
植物可以更新空气 条件：光、绿叶 吸收CO2，放出O2 光能转换成化学能储存起来 产物：淀粉 ( CH2O ) 同位素标记法： H218O → 18O2 14CO → 有机物中的碳 2
光合作用： 原料： 条件： 场所： 产物： CO2 和 H2O 光能 叶绿体 有机物和氧气 酶
光合作用反应式： ＊ ＊ CO2 + H2O 光能 叶绿体 ＊ ＊ ( CH2O ) + O2
之处？
③在叶绿体类囊体上和基质中， 含有多种进行光合作用所必需的 酶。说明： 叶绿体是进行光合作用的场所 。
• 水绵是常见的淡水藻类 • 每条水绵由许多个结构相 同的长筒状细胞连接而成。 • 水绵很明显的特点是：叶 绿体呈带状，螺旋排列在 细胞里。
Ⅰ、实验材料选择a 水绵 和b 好氧细菌 。 a的优点是叶绿体呈螺旋式带状，便于观察； b的优点是 可确定释放氧气多的部位 。 Ⅱ、没有空气的黑暗环境排除了 氧气 和 光 干扰。 Ⅲ、用极细的光束照射，叶绿体上可分为 光照多 和光照少 的部位，相当于一组 对比 实验。 Ⅳ、临时装片暴露在光下的实验再一 次 验证实验结果 。
光合作用的定义
光合作用是指 通 过 叶绿体 ，利用 光能 ， 水 转化 把 二氧化碳 和 成 储存着能量的有机物 ，并 且释放出 氧气 的过程。
绿色植物
17世纪比利时 海尔蒙特 柳苗栽培实验
开始时 5年后 实验前后 的差值 柳树的 2.3kg 76.7kg +74.4kg 质量 干土的 90.8kg 90.7kg －0.1 kg 质量
暗反应阶段
叶绿体基质中
多种酶、[H]、ATP
光、酶、色素 水的光解 ATP的合成
光 能 ATP中活 跃化学能
二氧化碳的固定
三碳化合物（C3）的还原 ATP中活 跃化学能 有机物中 稳定化学 能
光反应为暗反应提供还原剂[H]和供能物质ATP 联系 暗反应产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料
3、光反应阶段和暗反应阶段的比较
作用
吸 收 、 最 蓝紫光 传 递 慢 、 类胡 叶黄 黄色 较 较大 较 转 少 快 蓝紫光 化 萝卜 素 光 素 胡萝 最 最大 最 能 橙黄色 1／4 卜素 少 快
叶 叶绿 蓝绿色 最 较小 多 绿 素a 素 叶绿 较 黄绿色 最小 多 3／4 素b
较 红光 慢
三、绿叶中色素的分布
外膜
基质
内膜 基粒
卡尔文循环
论 1771年 普利斯特利 植物可以 更新空气 . 只有在光照下 只有 绿叶才 1779年 英格豪斯 可以更新空气 光合作用把 光能 转化 1845年 梅耶 成 化学能 . 1880年恩格尔曼：光合作用 的场所是叶绿体 绿叶通过光合作用 1864年 萨克斯 产生 淀粉 . 光合作用释放的氧气是来 20世纪40年代 1939年 鲁宾和卡门 自 水 . 光合作用产生的有机物中 194 年 卡尔文 的碳来自 CO2 .
2C3 请分析光下的植物突然停止CO2的供 供氢 应后，其体内的C5化合物和C3化合物 CO2 [H] 的含量如何变化？ 酶 供能 5 CC↓ ATP 固定 3 CO2 ↓ （CH2O） 停止 C5 ↑
CO2中C的转移途径： CO2 C3 H2O中H转移途径： H2O [H] （CH2O） （CH2O）
叶绿体的分布 主要：叶肉细胞中 其他：幼嫩茎、果实等器官 的一些细胞中 保卫细胞
类囊体 极大地 扩展了 基粒 受光面 积
吸收光能的 色素分布于 类囊体的薄 膜上
外膜 内膜 分布有 类囊体 色素 基质 基粒
叶绿体亚显微
结构模式图
注意： 叶绿体的外膜、内膜、类囊体薄膜 都属于 生物 膜，基本支架都是 磷脂双分子层
绝大多数生物，活细胞所需能 量的最终源头是 来自太阳的光能 ， 将光能转变成细胞能够利用的化学 能的生理过程是 光合作用 。
第4节
能量之源——光与光合作用
• 捕获光能的色素和结构 • 光合作用的原理和应用
正常幼苗 能进行光 合作用制 造有机养 料
正常苗
白化苗
白化苗不 能进行光 合作用， 无法制造 有机养料