第四节 能量之源-光与光合作用(1)

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三碳化合物 2C3
叶绿体基质
暗反应阶段
ATP
CO2
五碳化合物
CO2的 多种酶 固定
[H]
C5 糖类
比较光反应、暗反应
光反应阶段 条件 场所 光、色素、酶、水 暗反应阶段 不需光、酶、[H]、ATP 叶绿体基质中
叶绿体类囊体薄膜
物质变化 水的光解; CO2的固定; C3的还原 ATP的生成 ATP中活 ATP中活 有机物中稳 能量变化 光能 定化学能 跃化学能 跃化学能
3 实验结果:
讨论问题: 1、滤纸条上有几条不同颜色的色带?其排序 怎样? 宽窄如何? 这说明了什么? 2、滤纸上的滤液细线,为什么不能触及层析液?
层析液 滤液细线 后果:色素能溶于层析 液中,不利于各种色素 的分离
绿叶中的色素有4种,可以归纳为两类:
胡萝卜素(橙黄色) 捕 获 光 能 的 色 素 类胡萝 卜素 叶黄素(黄色) (占1/4)
CO2 H2O 2.光合作用的实质是:把______和_______转变 光能 化学能 为有机物,把_______转变成_______,贮藏在有 机物中。 暗反应 3.在光合作用中,葡萄糖是在________中形成 光反应 的,氧气是在_________中形成的,ATP是在 光反应 暗反应 _______中形成的,CO2是在_______固定的。
实验:绿叶中色素的提取和分离
1 实验原理: (1)叶绿体中的色素可以溶解在无水乙醇中, 可以用来提取色素。 (2)色素——有很多种,都能溶于层析液中, 但溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩 散的快;反之则慢。故,可用纸层析法分离色素
2 实验步骤
(1)取5g的绿叶,剪碎,放入提取器中。 (2)向提取器中加入少许二氧化硅(充分研磨) 和碳酸钙(中和细胞中的酸,防止镁从叶绿素分 子中移出) ,再加入2~3 ml无水乙醇,充分快速 研磨,研磨过程中要不时提起研磨杆使里面物 质充分混合。 (3)滤纸一端剪去两角。 (4)用毛细管吸取少量滤液,沿距离滤纸底部 1cm处画一道细线,滤液干后,再画一次。 (5)滤纸朝下放入层析液中,要盖住盖子,防 止层析液挥发。
4 下图是光合作用过程图解,请分析后回答下列问题:
H 2O 光 B F CO2 G J I
A
C
D
E+Pi
H
色素 水 O2 ①图中A是______,B是_______,它来自于______的分解。 [H] ②图中C是_______,它被传递到叶绿体的______部位,用 基质 用作还原剂,还原C3 于_________ 。 色素吸收 ATP ③图中D是____,在叶绿体中合成D所需的能量来自______ 的光能 C3化合物 糖类 ④图中G________,F是__________,J是_____________ C5化合物 光反应 [H]和ATP ⑤图中的H表示_______, H为I提供__________
D
B
光合作用强度
C A
O
E
一天的时间
9 10 11 12 13 14
C点气孔关闭,使CO2固定受阻,产生的C3减少 D点光照减弱,光反应产生的[H]和ATP减少, 影响C3还原
2.二氧化碳的供应对光合作用强度的影响
光 合 作 用 速 率
CO2浓度
应用: 增加CO2浓度提高温室作物的产量
有 机 Hale Waihona Puke Baidu 合 成
?
光合作用释放的O2来自CO2还是H2O?
(6)美国鲁宾和卡门实验(同位素标记法)
C02
180
C18O2
2
02
第 一 组
H2180
H 20
第 二 组
光合作用产生的O2来自于H2O。
光合作用产生的有机物又是怎样合成的?
(7)20世纪40年代,卡尔文(M.Calvin)
用14C标记的CO2供小球藻实验, 追踪检测其放射性。探明CO2中 的C的转移途径。
5、在光合作用的暗反应过程中,没有被消耗掉的是 ( B) A、[H] B、C5化合物 C、ATP D、CO2
6、与光合作用光反应有关的是( A ) ①H2O ②ATP ③ADP ④CO2 A.①②③ B.②③④ C.①②④ D.①③④
7、将植物栽培在适宜的光照、温度和充足的C02条件 下。如果将环境中C02含量突然降至极低水平,此时叶 肉细胞内的C3化合物、C5化合物和ATP含量的变化情况依 次是 C A. 上升;下降;上升 B. 下降;上升;下降 C. 下降;上升;上升 D. 上升;下降;下降
C B
二氧化碳浓度
有 机 物 消 耗
B点:(CO2补偿点)指在光照条件下,叶片进行 光合作用所吸收的CO2量与叶片所释放的CO2量 达到动态平衡时,外界环境中CO2的浓度。 C点:(CO2饱和点)指当空气中CO2浓度较低时,植 物的光合速率会随着CO2浓度的增加而提高。但是当空 气中的CO2浓度增加到一定程度后,植物的光合速率就 不会再随着CO2浓度的增加而提高。这时空气中的CO2 浓度就称为CO2饱和点。 。
叶绿素a(蓝绿色) 叶绿素 (占3/4) 叶绿素b(黄绿色)
色素的功能:
吸收可见光,用于光合作用
叶绿素溶液
四种色素对光的吸收
叶绿体中的 色素提取液
100
吸收光能百分比 叶绿素
50
类胡萝卜素
400
500
600
700nm
可 见 光 区 春夏叶片为什么是绿色?
类 胡 萝 卜 素 : 吸 收 蓝 紫 光
太阳光中有能量, 我们制造出太阳能电池 板可以捕获其中的能量 并转化为电能。 绿色植物也能捕获 并转化太阳光中的能量, 那么,绿叶中通过什么 物质或结构捕获并转化 光能呢?
(一)捕获光能的色素
我们知道,玉米中有时会出现白化 苗。白化苗由于不能进行光合作用,待 种子中贮存的养分耗尽就会死亡。可见 光合作用与细胞中的色素有关。 今天,下面的这个实验,主要目的 是探究绿叶中含有几种色素和学习对色 素进行提取和分离的方法,并设法将这 些色素分离开。 绿叶中有哪些色素呢?
异养生物
只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生 命活动。例如人、动物、真菌及大多数的细菌。
化能合成作用
化能自养生物
利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来 制造有机物。少数的细菌,如硝化细菌。
所需的能量来源不同(光能、化学能)
化能合成作用
能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所 释放的能量来制造有机物的合成作用 例如:硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌
2c 3
co2
C5
(CH2O) [糖类]
光反应 元素转移 O元素: H2*O
暗反应
*O 2
C元素: C O2
C3
(CH2O)
类囊体薄膜 H 2O
O2
进入叶绿 [H] 体基质, 参与暗反 应 ATP 供暗反
光反应阶段

Pi +ADP
应使用 场所: 叶绿体内的类囊体薄膜上 条件: 光、色素、酶、水、ADP、Pi 能量变化: 光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中
8、光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶 段,下列说法正确的是(D ) A.叶绿体类囊体膜上进行光反应和暗反应 B.叶绿体类囊体膜上进行暗反应,不进行光反应 C.叶绿体基质中可进行光反应和暗反应 D.叶绿体基质中进行暗反应,不进行光反应 9、光合作用过程中,产生ADP和消耗ADP的 部位在叶绿体中依次为 ( B ) ①外膜 ②内膜 ③基质 ④类囊体膜 A.③② B.③④ C.①② D.④③
植物为什么会生长?
植物进行光合作用,吸收太阳能,积累有机物
有些蔬菜大棚用红色或蓝色 的塑料薄膜代替普通塑料薄 膜,有的温室内悬挂发红色 或蓝色的灯管。 1.用这种方法有什么好处?这 样做对光合作用有影响吗? 2.为什么是用红色或蓝色的呢? 用绿色的可以吗?
第4节 能量之源——光与光合作用
一、捕获光能的色素和结构
叶绿体是进行光合作用的场所。它内 部的巨大膜表面上,不仅分布了许多吸收 光能的色素分子,还有许多进行光合作用 所必须的酶。
二、光合作用的原理和应用
绿色植物通过叶绿体,利用光能,把 CO2和H2O转化成储存能量的有机物,并释 放出O2的过程。
(一)光合作用的探究历程(P101-102)
(1)1642年[比利时] 海尔蒙特 柳树实验
1785年发现空气的组成,人们才明确绿 叶在光下放出的气体是氧气,吸收的是 二氧化碳。
光能哪里去了?
(4)1845年,梅耶 能量转化与守恒定律 指出 化 光 学 能 能
储存在什么物 质中?
(5)1864年,德国萨克斯实验
光照
暗处理
碘蒸汽处理
酒精脱色
结论:绿色叶片在光合作用中产生了淀粉
问题1:为什么对植物进行一昼夜的暗处理? 为了将叶片中原有的淀粉运走耗尽 问题2:为什么让叶片的一半曝光,另一半 遮光呢? 进行对照
类囊体
外膜 内膜 基粒
叶绿体 基质
(三)叶绿体的功能
1880年 恩格尔曼的实验
水 绵
好氧细菌
从实验中我们能得到什么结论?
光合作用的场所: 叶绿体
光合作用的产物中含有: 氧气 为什么先用极细光束照射水绵,而后又让水绵 完全暴露在光下?
极细光束 完全曝光 准确判断释放氧气的位置 证明实验结果完全由光照引起
2NH3+3O2
2HNO2+O2
硝化细菌 硝化细菌
2HNO2+2H2O+能量
2HNO3+能量
CO2+ H2O
能量 酶
(CH20)+ O2
水的光解 1.叶绿体中的色素所吸收的光能,用于_______ [H] ATP 形成ATP 和____________;形成的________和__________ 提供给暗反应。
联系
光反应是暗反应的基础,为暗反应提供[H] 和ATP,暗反应为光反应提供ADP和Pi 。
三、光合作用原理的应用
环境因素对光合作用的影响
1)光照 2)二氧化碳浓度 3)温度 4)矿质元素
1.影响光合作用强度的因素—光照强度
CO2
吸 收
C
A点:只进行呼吸作用 AB段:光合作用小于呼吸作用 B点:光合作用等于呼吸作用
0
CO2
释 放
BC段:光合作用大于呼吸作用
B A
光照强度
B:(光补偿点)指光合作用强度和呼吸 作用强度一致时的光照强度 C :(光饱和点)指在一定的光强范围内,植物的光合 强度随光照度的上升而增加,当光照度上升到某一数 值之后,光合强度不再继续提高时的光照度值。
光合作用强度与光照强度、时间的关系
光照强度
卡尔文循环:CO2
→ C3 → (CH2O)
二 光合作用过程
CO2+H2O
光能 叶绿体
(CH2O)+O2
糖类
划分依据:反应过程是否需要光能
光反应 暗反应
O2 H2O ①水的光解 叶绿 体中 的色 素
供氢 [H] 酶
光能
ATP 供能 酶 ② 酶 ADP+Pi
① ② 多种酶 固 定 还 原 参加催化
柳树2.5Kg
土100Kg
只浇水
5年后
结论:植物增重 主要来自水分
柳树82.5Kg 土99.9Kg
(2)普利斯特利实验
结论:植物可以更新空气
普利斯特利的的实验有时成功,有时失败, 可能的原因是什么?
没有考虑到光的影响。
(3)英格豪斯的实验
光 照 一 段 时 间 置 于 暗 处 一 段 时 间
结论: 光照是植物更新空气必不可少的
[H] + O2 物质 水的光解: H2O (还原剂) 酶 变化 ADP+Pi +能量(光能) ATP ATP的合成:
光能
类囊体薄膜
H 2O 酶
[H] Pi +ADP 三碳化合物 2C3 ATP
O2
CO2
五碳化合物
叶绿体基质 C3的还 原 CO2的 固定 多种酶
C5
卡尔文循环 糖类
场所: 叶绿体的基质中 条件: [H] 、ATP、酶、CO2 能量 ATP中活跃的化学能转变为糖类等 有机物中稳定的化学能 变化: 酶 CO 2C3 CO2的固定: 2+C5 物质 酶 2C (CH2O)+ C5 变化 C 的还原: 3 3 糖类 ATP ADP+Pi [H] 、
叶 绿 素 : 吸 收 蓝 紫 光 和 红 光
结论:
叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光, 胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
这些捕获光能的色素存在于细胞 中的什么部位?
(二)叶绿体的结构
形态:扁平的椭 球形或球形 两层膜结构 基粒——由许多 类囊体堆叠而成, 色素分布在类囊 体薄膜上。 叶绿体基质—— 有许多酶
3.影响光合作用的因素——温度
温度影响光合酶的活性 应用:增加昼夜温差
4.矿质营养影响光合作用
N: 光合酶的重要组分
P: ATP的重要组分
Mg: 叶绿素的重要组分
四 化能合成作用
自养生物 光能自养生物
以光为能源,以CO2和H2O(无机物)为原料合成糖 类(有机物),糖类中储存着由光能转换来的能量。 例如绿色植物。
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