5.4能量之源-光与光合作用.ppt

第四节能量之源 光与光合作用 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 可以提高光合作用强度 不同颜色的光会影响植物的光合作用 不能 因为叶绿素基本上不吸收绿光 光能转化为化学能被细胞所吸收的过程称为光合作用 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 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 叶绿体中色素的提取和分离 实验 实验原理1 叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中 所以用无水乙醇可提取叶绿体中色素 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的扩散得快 溶解度低的色素分子随层析液在滤纸条上的扩散得慢 因而可用层析液将不同的色素分离 方法与步骤 提取色素 称取5g左右的鲜叶 剪碎 放入研钵中 加少许的二氧化硅 充分研磨 和碳酸钙 防止色素被破坏 与10ml无水乙醇 在研钵中快速研磨 将研磨液进行过滤 收集滤液 棉塞封口 方法与步骤 制备滤纸条 方法与步骤 画滤液细线 方法与步骤 分离色素 实验结果 绿叶中的色素 叶绿素 类胡萝卜素 含量约3 4 含量约1 4 叶绿素a 蓝绿色 叶绿素b 黄绿色 胡萝卜素 橙黄色 叶黄素 黄色 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 吸收可见光 用于光合作用 色素的功能 色素的吸收光谱图 叶绿素 吸收蓝紫光和红光 类胡萝卜素 吸收蓝紫光 叶片为什么是绿色 叶绿素a和合叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光 胡萝卜素和叶红素主要吸收蓝紫光 注 因为叶绿素对绿光吸收最少 绿光被反射回来 所以叶片才呈现绿色 结论 问题 这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位 1817年 两位法国科学家首次从植物中分离出叶绿素 当时并不清楚叶绿素在植物细胞中的分布情况 1865年 德国植物学家萨克斯研究叶绿素在光合作用中的功能时 发现叶绿素并非普遍分布在植物的整个细胞中 而是集中在一个更小的结构里 后来人们称之为叶绿体 3 叶绿体 叶绿体结构模式图 外膜 内膜 基粒 基质 每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成 这些囊状结构称为类囊体 吸收光能的四种色素就分布在类囊体的薄膜上 而每个基粒都含有两个以上的类囊体 多者可达100个以上 叶绿体内有如此多的基粒和类囊体 极大地扩大了受光面积 叶绿体的功能仅仅是吸收光能吗 资料分析 叶绿体的功能 1 装片中好氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中 装片中好氧细菌分布在叶绿体所有受光部位的周围 氧是由叶绿体释放出来的 叶绿体是光合作用的场所 2 结论 叶绿体的被光束照射到的部位是光合作用的场所 结论 现象 现象 没有空气黑暗 极细光束 完全光照 讨论 恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处 1 用水绵作实验材料 有细而长的带状叶绿体 螺旋状分布在细胞中 便于观察和分析研究 2 将临时装片置于黑暗且没有空气的环境中 排除了环境中光线和O2的影响 从而确保实验能顺利进行 3 用极细的光束照射 并且用好氧菌进行检测 能准确的判断水绵细胞中放O2部位 4 进行黑暗 局部光照 与曝光的对照实验 从而明确实验结果完全是由光照引起的 结论 叶绿体是进行光合作用的场所 它内部的巨大膜表面上 不仅分布着许多吸收光能的色素分子 还有许多进行光合作用所必需的酶 光合作用的原理和应用 光合作用的探究历程 P101 102 结论 水分是植物建造自身的原料 17世纪海尔蒙特栽培的柳树实验 结论 植物可以更新空气 有人重复了普利斯特利的实验 得到相反的结果 所以有人认为植物也能使空气变污浊 1779年 荷兰英格豪斯 普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功 植物体只有绿叶才能更新空气 到1785年 发现了空气的组成 人们才明确绿叶在光下放出的是O2 吸收的是CO2 水 二氧化碳 氧气 光 光能 化学能 储存在什么物质中 德国梅耶 1864年 德国萨克斯实验 让一张叶片一半曝光一半遮光 绿叶在光下制造淀粉 用碘蒸气处理这片叶 发现曝光的一半呈深蓝色 遮光的一半则没有颜色变化 光合作用释放的O2来自CO2还是H2O 结论 第一组 光合作用产生的O2来自于H2O H2180 C02 H20 C18O2 第二组 1802 02 美国鲁宾和卡门实验 同位素标记法 结论 光合作用产生的有机物又是怎样合成的 美国卡尔文 用14C标记14CO2 供小球藻进行光合作用 探明了CO2中的C的去向 称为卡尔文循环 光合作用的定义 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 总结光合作用的反应式 反应物 条件 场所 生成物 CO2 H2O CH2O O2 光能 叶绿体 糖类 光合作用的实质 合成有机物 储存能量 光合作用过程 1 光合作用分为哪几个阶段 分类依据是什么 2 每个阶段反应的条件 场所 物质变化 能量变化如何 光反应 条件 水在光下分解 O2 H 光 酶 色素 过程 场所 类囊体的薄膜上 物质变化 能量变化 光能 暗反应 C5 固定 2c3 场所 条件 过程 叶绿体基质 有光无光都可以 H ATP 多种酶 多种酶参加催化 物质变化 能量变化 ATP中活跃的化学能转化为糖类中稳定的化学能 色素分子 可见光 C5 2C3 ADP Pi ATP 2H2O O2 4 H 多种酶 酶 CH2O CO2 吸收 光解 能 固定 还原 酶 光反应 暗反应 光合作用总过程 光反应阶段与暗反应阶段的比较 囊状结构的薄膜上 叶绿体的基质中 需光 色素和酶 不需光 色素 需多种酶 光能转变为ATP中活泼的化学能 ATP中活泼的化学能转化为糖类等有机物中稳定的化学能 思考 叶绿体处不同条件下 C3 C5 H ATP以及 CH2O 合成量的动态变化 原料和产物的对应关系 CH2O C H O CO2 CO2 H2O O2 H2O 能量的转移途径 碳的转移途径 光能 ATP中活跃的化学能 CH2O 中稳定的化学能 CO2 C3 CH2O 光合作用的重要意义 包括人类在内的几乎所有生物的生存提供了物质来源和能量来源维持大气中氧气和二氧化碳含量的相对稳定促进生物进化从物质转变和能量转变的过程来看 光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢 化能合成作用 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 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 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 光能自养生物 化能自养生物 所需的能量来源不同 光能 化学能 例如 硝化细菌 硫细菌 铁细菌等少数种类的细菌 光合作用原理的应用 影响光合作用强度的因素 CO2的浓度 光照的长短与强弱 光的成分 温度的高低 必需矿物质元素 水分等 例 适当提高CO2的浓度 温室大棚 增加光照时间和光照强度 农作物间距合理 选择适当的光源等 探究光照强弱对光合作用强度的影响及相关分析 实验流程 2 CO2浓度 1 曲线分析 图1中A点表示CO2补偿点 即光合作用速率等于呼吸作用速率时的CO2浓度 图2中A 点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度 B和B 点都表示CO2饱和点 2 应用 在农业生产上可以通过 正其行 通其风 增施农家肥等增大CO2浓度 提高光合作用速率 N 光合酶及NADP 和ATP的重要组分P NADP 和ATP的重要组分 维持叶绿体正常结构和功能K 促进光合产物向贮藏器官运输Mg 叶绿素的重要组分 光合作用与有氧呼吸的比较 结论 含叶绿体的细胞 所有的活细胞 必须有光 有光无光均可 有机物和氧 二氧化碳和水 有机物和氧 二氧化碳和水 制造有机物 储存能量 释放能量 分解有机物 二者既相互对立 又相互 依存 小结 影响光能利用率的因素在生产中的应用 延长光合作用时间 增加光合作用面积 光能利用率 光合作用效率 轮作 合理密植 间种 套种 1 光照强度 光质 2 CO2浓度 3 温度 4 矿质元素 合理施肥 5 水 合理灌溉 1 单位时间内光合作用产生糖的数量 2 单位时间光合作用吸收二氧化碳的量 3 单位时间光合作用放出的氧气的量 五 光合作用和呼吸作用中的化学计算 光合作用反应式 6CO2 12H2O C6H12O6 6O2 6H2O 呼吸作用反应式 有氧 C6H12O6 6O2 6H2O 6CO2 12H2O无氧 C6H12O6 2C2H5OH 2CO2 植物 实测CO2吸收量 光合作用CO2吸收量 呼吸作用CO2释放量实测O2释放量 光合作用O2释放量 呼吸作用O2消耗量 3 光合速率与呼吸速率的关系 1 光合作用速率表示方法 通常以一定时间内CO2等原料的消耗或O2 CH2O 等产物的生成数量来表示 但由于测量时的实际情况 光合作用速率又分为表观光合速率和真正光合速率 2 在有光条件下 植物同时进行光合作用和细胞呼吸 实验容器中O2增加量 CO2减少量或有机物的增加量 称为表观光合速率 而植物真正光合速率 表观光合速率 呼吸速率 如下图所示 3 呼吸速率 将植