能量之源—光与光合作用1.ppt

学习目标与要求: 自学课本P6265，思考以下问题: 1、叶绿体中色素的种类和功能 2、叶绿体中色素的性质和叶色的关系 3、叶绿体中色素的提取和分离方法,能量之源光与光合作用（第1课时）,基础梳理,色素种类及作用 (1)分布_。 (2)功能：_。,(3),绿 叶 体 中 的 色 素,叶绿素（含 量约占3/4）,_（蓝绿色） 叶绿素b（_）,主要吸收 和,类胡萝卜素 （含量约占1/4）,_（橙黄色） 叶黄素（_）,主要吸收,叶绿素a,黄绿色,红光,蓝紫光,胡萝卜素,黄色,蓝紫光,能量之源光与光合作用,考点一 捕获光能的色素和结构,类囊体薄膜上,吸收、传递和转换光能,归纳整合,一、色素与吸收光谱,二、植物中色素的化学性质与叶色的关系,跟踪训练,1. （2009年广东卷）将在黑暗中放置一段时间的叶片均分4块，置于不同的试管中，按下表进行实验，着色最浅叶片所在的试管是（ ）,注：“+”表示具有该条件。 A B C D,D,2. （2009年广东卷）从高等植物叶片中分离出4种光合色素，其中呈橙黄色的是（ ） A.叶绿素a B.叶绿素b C.胡萝卜素 D.叶黄素,C,基础再现,一、实验原理 1叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂中，所以，可以用丙酮（或无水乙醇）提取叶绿体中的色素。 2色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子随层析液在滤纸条上扩散得快，溶解度低的色素分子随层析液在滤纸条上扩散得慢，因而可用层析液将不同的色素分离。,考点二 实验课题：叶绿体色素的提取和分离,二、实验关键 1选材时应注意选择鲜嫩、色浓绿、无浆汁的叶片。如菠菜叶、棉花叶、洋槐叶等（去掉叶柄）。 2画滤液细线时，应以细、直、颜色浓绿为标准，重复画线时必须等上次画线干燥后再进行，重复23次。 3层析时不要让滤液细线触(没）及层析液。,设计过程,（1）称取5 g绿色叶 片并剪碎,提取色素,（2）加入少量SiO2、 CaCO3和5 mL丙酮,研钵研磨漏斗过滤 收集到试管内并塞紧管口,制滤纸条,（1）将干燥的滤纸剪成6 cm长，1 cm宽的纸 条，剪去一端两角（使层析液同时到达滤液 细线）,（2）在距剪角一端1 cm处用铅笔画线,（1）用毛细管吸少量的滤液沿铅笔线处小心均匀地划一条滤液细线,滤液划线,（2）干燥后重复划23次,纸上层析,（1）向烧杯中倒入3 mL层析液 （以层析液不没及滤液细线为准）,（2）将滤纸条尖端朝下略微斜靠烧杯内壁， 轻轻插入层析液中,（3）用培养皿盖盖上烧杯,观察结果：滤纸条上出现四条宽度、颜色不同的彩带（如下图）,最宽 _； 最窄_； 相邻色素带最近： _； 相邻色素带最远： _。,叶绿素a,胡萝卜素,叶绿素a和叶绿素b,胡萝卜素和叶黄素,由宽窄可以看出他们的_不同 由位置可以得出他们在层析液中的_不同， 越靠上的_越大,含量,溶解度,溶解度,易错归纳,1因丙酮和层析液都是易挥发且有一定毒性的有机溶剂，所以研磨要快，收集的滤液要用棉塞塞住，层析时要加盖，尽量减少有机溶剂的挥发。 2在研磨时要加少许二氧化硅，目的是为了研磨充分，有利于色素的提取；加少许碳酸钙的目的是为了防止研磨过程中，叶绿体中的色素受到破坏。 3分离色素时，一定不要让滤纸条上的滤液细线接触到层析液，这是因为色素易溶解在层析液中，导致色素带不清晰，影响实验效果。 4.将定性滤纸剪去两角，目的是防止两边色素在滤纸条上扩散过快，不均匀，不便于观察实验结果。,精题演习,1.阳光通过三棱镜能显示出七种颜色的连续光谱。如果将一瓶叶绿素提取液放在光源和三棱镜之间，连续光谱中就会出现一些黑色条带，这些条带应位于（ ） A绿光区 B红光区 C.蓝紫光区和绿光区 D红光区和蓝紫光区,D,2.分别在A、B、C三个研钵中加2克剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，即：深绿色、黄绿色（或褐色）、几乎无色。,注：“+”表示加；“”表示不加。,试回答： （1）A处理得到的溶液颜色是_，原因是_。 （2）B处理得到的溶液颜色是_，原因是_。 （3）C处理得到的溶液颜色是_，原因是_。,（1）黄绿色 部分叶绿素受到破坏 （2）几乎无色 叶绿素不溶于水 （3）深绿色 大量叶绿素溶于乙醇中,五年后,1648年海尔蒙特的实验,柳树增重74.47kg 土壤只减少0.06kg,结论：植物增重主要来自水分,海尔蒙特的实验设 计有什么不足的地方？,考点三 光合作用的发现,启发思维,普里斯特利实验,1、根据以上实验，你能得出什么结论呢？,(植物可以更新因蜡烛燃烧而变污浊的空气),2、在已知密闭环境能使蜡烛熄灭的情况下，去掉第一组的实验，可以吗？,(不可以，通过两组对比可以使结论更令人信服),3、他的实验有时成功，有时失败，你能分析一下可能的原因吗？,(因为没有发现光在其中的关键作用，所以有光时做是成功的，无光时做则失败),教师 点拨,教师 点拨,设置对照实验，是实验设计中一个重要的原则，该实验中未放置植物的即为对照组。因为两组实验中只存在植物有无这一变量，所以两组实验结果的差异便与这唯一的变量之间建立了因果关系，这在实验设计中叫做单一变量原则，由实验者控制的变量也就称为实验变量。,由此可见，实验中除实验变量外，还有其它的因素或条件会影响实验现象或结果，因其不作为实验的研究对象，所以称为无关变量。实验过程中要尽可能避免无关变量的干扰。,18世纪，荷兰的英根豪斯,植物需要光才能制造氧气,结论：, 1845年， 德国科学家梅耶根据能量转化与守恒定律明确指出，植物在进行光合作用时，把光能转化成化学能储存起来。那么，这种化学能到底贮存于什么物质中呢？也就是植物在吸收水和二氧化碳，释放氧气的过程中，还产生了什么物质呢？,1864年萨克斯的实验,绿色叶片在光合作用中产生了淀粉,结论:,第一步，把植物放在暗处24小时。这样做的目的是什么？,(让叶片中的营养物质消耗掉，消除原有营养物质这一无关变量。),第二步，将同一叶片一半曝光一半遮光，光下培养一段时间。这又是为什么呢？,(一半曝光一半遮光是为了进行对照，这遵循了对照原则，光照与否便是该实验的实验变量。,第三步，剪下叶片，进行酒精隔水煮沸脱色。这一步教材中并未交待，有进行的必要吗？,(有，脱色后，可使最后的实验结果更清晰，这同样是为了消除无关变量。),第四步，用碘液处理。结果曝光一半叶变蓝，遮光一半不变蓝。根据以上实验，我们能得出怎样的结论呢？,(绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。),教师 点拨,正是因为设置了光照与否这唯一的实验变量，得到了不同的实验结果（曝光一半叶变蓝，遮光一半不变蓝），所以才得出了以上的实验结论。,在以花叶冷水（该植物叶片白色部分叶肉细胞无叶绿体）为实验材料时，发现叶片曝光一半的白色部分，经碘液处理后也不变蓝，这样的结果意味着什么呢？能不能说光合作用的场所就是叶绿体呢？,（能说明光合作用的进行与叶绿体有关，但不能直接证明叶绿体就是光合作用的场所。）,怎样才能直接证明呢？,光合作用的场所究 竟在什么地方呢？,美国科学家恩吉尔曼就以水绵和 好氧细菌为实验材料，很好地解 答了这个问题！,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。,恩吉尔曼实验（补充）,1、选水绵和好氧细菌为实验材料有什么优点？,2、有哪些因素会影响光合作用，该实验中又是怎样排除这些无关变量干扰的？,3、恩格尔曼设置了怎样的对照实验？得出了什么结论？,（水绵细长的叶绿体螺旋状地分布在细胞中，便于观察和研究；用好氧细菌来检测能准确判断出水绵细胞释放氧的部位。）,（光照、大气中的氧气和二氧化碳、材料存活状态、原有营养物质等；将临时装片置于黑暗无氧环境中，排除了环境中光线和氧的影响。）,（设置了有光与无光、光照部位不同的对照实验；证明了氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是植物光合作用的场所。）,光合作用的场所在哪里？,叶绿体是植物光合作用的场所。,好氧细菌集中在被光束照射到的叶绿体部位,氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是植物光合作用的场所。,随着科学技术的发展进步，特别是同位素标记法在生物实验中的广泛应用，科学家在知道了光合作用的原料、条件、场所、产物之后，对光合作用又开始了深层次的思考与探究。,同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用同位素标记的化合物，化学性质不会改变。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。这种科学研究方法叫做同位素标记法。,光合作用中产生的氧气到底是来自于水还是二氧化碳？或是两者兼而有之呢？,C18O2,O2,CO2,18O2,H2O,H218O,光照射下的小球藻悬液,O2,18O2,H2O,H218O,结论：,光合作用释放的氧全部来自于水。,鲁宾、卡门实验,光合作用产生的有机 物又是怎样合成的呢？,20世纪40年代，美国科 学家卡尔文利用放射性 同位素14C标记的14CO2做 实验研究这一问题。最 终探明CO2中的碳在光合 作用中转化成有机物中 的碳的途径，这一途径 称为卡尔文循环。,1961年诺贝 尔化学奖得主,小结:萨克斯的实验说明光合作用的产物有_，光合作用的条件需要_；恩吉尔曼的实验说明了光合作用的场所是_，光合作用的产物有 _; 鲁宾和卡门的实验说明了光合作用的产物O2中的氧全部来自原料中的_!,淀粉,光,叶绿体,O2,H2O,光合作用的概念：,绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧的过程。,1、萨克斯的绿叶制造淀粉的实验中（ ） A、没有对照实验 B、不需要对照实验 C、曝光处为对照实验 D、遮光处为对照实验,D,跟踪训练,2如图甲是绿色植物在有光照条件下进行光合作用释放氧气的装置图；乙、丙和丁是另外三个实验装置图则验证绿色植物释放出氧气是否需要光照条件的对照实验装置图和验证在光照条件下是否由绿色植物释放出氧气的对照装置图依次是（ ） A、乙和丁 B、乙和丙 C、丙和乙 D、丙和丁,B,3、下图是小球藻进行光合作用示意图，图中物质A与物质B的分子量之比是（ ）,(1)光反应（必须有光才能进行） 部位：基粒的 上。 条件：光、色素、酶。,内容,（水的光解和色素吸收光能不需酶参与）,水的光解：,ATP的形成：,类囊体薄膜,基础梳理,1.光合作用的过程,考点四 光合作用的原理和应用,(2)暗反应（没有光也能进行，但必须要有光反应提供的 ，事实上在黑暗中无法进行） 部位：叶绿体的_。 条件：多种酶、H、ATP、CO2（“暗”这个条件并不必需，但暗反应若没有光反应提供的H和ATP就无法进行，所以暗处不能长时间进行暗反应）。,内容,CO2的固定：,CO2的还原：,H和ATP,基质,(5)光合作用中过程根据是否需要光能分为_阶段和_阶段。,光反应,2.光合作用的实质,(1)物质转化： (2)能量转换： (3)实质： (4)光合作用总反应式：,暗反应,无机物（CO2和H2O）有机物,生物界最基本的物质代谢和能量代谢,归纳整合,光合速率常常用单位时间内消耗的CO2量或产生O2量来表示： 光合作用消耗CO2量=从外界吸收的CO2量+呼吸产生的CO2量 光合作用产生的O2量=释放到外界的O2量+呼吸消耗的O2量 一昼夜有机物的积累量（用CO2量表示）可以用下式来表示： 积累量=白天从外界吸收的CO2量-晚上呼吸释放的CO2量,昼夜温差大，即白天温度高有利于植物进行光合作用，而晚上温度低则呼吸作用弱，有机物消耗减少，则一昼夜有机物的积累量大，产量高。 光合作用产生的有机物（如葡萄糖）的量可以由已知消耗的CO2量或产生的O2量，再根据反应式来进行计算。依据的反应式是光合作用与呼吸作用反应式。根据化学计算比例原理，可以将反应式简化成下式： 光合作用：6 CO2C6H12O66O2； 呼吸作用：C6H12O66O26 CO2。,1.光照强度,考点五 影响光合作用的因素,在一定的范围内，随光照强度的增加，植物的光合作用强度也相应增加，但当光照强度达到一定值时，光合作用强度不再随光照强度的增加而增加。植物在进行光合作用的同时也在进行呼吸作用，当植物在某一光照强度条件下进行光合作用所吸收的CO2与该条件下植物进行呼吸作用所释放的CO2量达到平衡时，这一光照强度就称为光补偿点，这时光合作用强度主要受光反应产物的限制。当光照强度增加到一定强度后，植物光合作用强度不再增加或增加很少时，这一光照强度就称为光合作用的饱和点，此时的光合作用强度受暗反应系统中酶的活性和CO2浓度的限制。,光补偿点对于不同的植物是不一样的，主要与该植物的呼吸作用强度有关，与温度也有关系。一般阳生植物的光补偿点比阴生植物的高。光饱和点也是阳生植物高于阴生植物。 植物在进行光合作用同时也在进行着呼吸作用。总光合作用是指植物在光下制造的有机物的总量(吸收CO2的总量)。净光合作用是指植物在光下制造的有机物的总量(或吸收CO2的总量)中扣除掉在这一段时间中植物进行呼吸作用所消耗的有机物(或释放的CO2)后净增的有机物的量。,2.温度,植物所有的生活过程都受温度的影响，因为在一定温度范围内，提高温度可以提高酶的活性，加快反应速度。光合作用也不例外，在一定温度范围内，在正常的光照强度下，提高温度会促进光合作用的进行。但提高温度也会促进呼吸作用，如右图所示。所以植物的净光合作用的最适温度不一定就是植物体内酶的最适温度。,3 .CO2浓度,CO2是植物进行光合作用的原料，只有当环境中的CO2达到一定浓度时，植物才能进行光合作用。当光合作用吸收的二氧化碳量等于呼吸作用放出的二氧化碳量，这时外界的二氧化碳浓度就是二氧化碳补偿点。当环境中的CO2低于这一浓度时，植物的光合作用就会低于呼吸作用，消耗大于积累，长期如此植物就会死亡。一般来说，在一定的范围内，植物的光合作用强度随CO2浓度的增加而增加，但达到一定浓度后，光合作用就不再增加或增加很少，这时的CO2浓度称为CO2的饱和点。若CO2浓度继续升高，光合作用不但不会增加，反而会下降，甚至引起植物CO2中毒而影响正常的生长发育。,当植物体内水分供应不足时，植物叶片上的气孔就会关闭，以减少水分的散失。气孔关闭，外界空气中的CO2就不能进入叶片内部，C5固定不到CO2就不能形成C3，暗反应受阻，光合作用下降，如植物“午休”现象。,4.水,考点六 有氧呼吸与光合作用的关系,跟踪训练,1. （2009年安徽卷）叶绿体是植物进行光合作用的场所。下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是（ ） A叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内 BH2O在光下分解为H和O2的过程发生在基质中 CCO2的固定过程发生在类囊体薄膜上 D光合作用的产物淀粉是在基质中合成的,D,2. （2009年北京卷） 小麦和玉米的CO2固定量随外界CO2浓度的变化而变化（如下图）。下列相关叙述不正确的是（ ）,A小麦的CO2固定量与外界CO2浓度呈正相关 BCO2浓度在100 mgL-1时小麦几乎不固定CO2 CCO2浓度大于360 mgL-1后玉米不再固定CO2 DC4植物比C3植物更能有效地利用低浓度CO2,C,3（2009年广东卷）在晴天中午，密闭的玻璃温室中栽培的玉米，即使温度及水分条件适宜，光合速率仍然较低，其主要原因是（ ） AO2浓度过低 BO2浓度过高 CCO2浓度过低 DCO2浓度过高,C,4、如用14CO2示踪，在光合作用过程中14C在下列分子中的转移途径是（ ） A、14CO2叶绿素ATP B、14CO2 NADP+ 糖类 C、14CO2 三碳化合物 糖类 D、14CO2叶绿素ADP,C,5下图是验证光合作用某过程的实验装置，请据图分析回答下列问题：,（1）当用氧的同位素18O分别标记通入乙装置的CO2 (C18O2)和甲装置的H2O（H218O）时，可以证明 。 (2)在甲乙两装置刚置备完毕的一段时间内，若温度不变，逐渐增大光照强度，两装置的O2的生成量会 ；若温度和光照条件均不变，逐渐增大CO2的通入量，那么，两装置的O2的生成量则会 ，这说明两装置内的光合作用 ，其可能原因是 。 （3）当其他条件不变，光照强度从通常的10千勒克司增加到60千勒克司时，光合作用主要产物的变化情况是 。,（1）光合作用产生的氧气来自反应物中的水（2）较明显地增加 慢慢增加 效率在不断增强 甲乙两装置的小球藻的数量随着小球藻的不断繁殖而不断增加 （3）先是随着光照强度的增大，其生成速率不断增大，当光照强度增大到一定程度时，其生成速率将保持基本稳定的状态,（1）曲线AB 段表明光合作用强度随光照增强 。 （2）对于C点光合作用强度减弱的解释，是由于中午_过高, _作用过大，叶片的气孔关闭，使光合作用原料之一的 供应大量减少，以致 反应阶段植物体内的五碳化合物不能与之结合，使 的形成大为减少。 （3）DE段光合作用强度下降的原因是 以致光合作 用 反应产生的 减少因而影响暗反应的进行。,增强,暗,三碳化合物,二氧化碳,蒸腾,温度,光照强度减弱,光,6、下图为夏季晴朗白天某植物叶片光合作用强度的变化曲线图，请观察后回答：,ATP和H,基础回顾,化能合成作用：少数种类的细菌不能利用_，但能够利用体外环境中的某些 _来制造有机物，这种合成作用叫做化能合成作用，这些细菌属于_生物。,自养,光能,无机物氧化时所释放的能量,考点七 化能合成作用,特别说明： 人们认为只有绿色植物才能将二氧化碳转化为有机物，后来发现，即使没有叶绿素的参与，某些微生物也能将二氧化碳转化为有机物，这类微生物称做化能自养型微生物。这类微生物通过氧化如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等无机物，夺取无机物中的电子，通过电子传递链合成ATP和H(NADPH)，再利用ATP和H(NADPH)完成二氧化碳的还原和固定。,归纳整合,一、硝化细菌的化能合成 硝化细菌是比较典型的能进行化能合成作用的细菌，它主要分两类：一类是亚硝化细菌，可将氨氧化成亚硝酸；另一类是硝化细菌，可以把亚硝酸氧化成硝酸，两者释放的能量都能把无机物合成有机物，具体反应如下：,二、光合作用与化能合成作用,注 ：光合细菌的光合作用可用下式表示： CO2+2H2S(CH