光合作用讲义.ppt

第4节能量之源 光与光合作用 为什么有些植物的叶片不是绿色的 为什么有些植物的叶片在不同时期颜色不同呢 思考 一 捕获光能的色素和结构 二 光合作用的原理和应用 光合作用过程演示 叶绿体中色素的提取和分离 实验 一 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 绿叶中色素的提取和分离 二 操作步骤 提取色素 制备滤纸条 画滤液细线 分离色素 观察与记录 实验 二 方法与步骤 称取5g左右的鲜叶 剪碎 放入研钵中 加少许的石英砂 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 与10ml无水乙醇 在研钵中快速研磨 将研磨液进行过滤 1提取色素 2制备滤纸条 方法与步骤 3画滤液细线 方法与步骤 方法与步骤 4分离色素 方法与步骤 4分离色素 讨论 1 实验中无水乙醇和层析液的用途是什么 2 叶绿体中的色素有哪几种 分布情况是怎样的 二 提取和分离叶绿体中的色素 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 二 叶绿体中的色素 5观察和记录 实验结果 讨论 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 2020 3 21 14 胡萝卜素 橙黄色 证明了色素的种类和颜色 I 捕获光能的色素 三 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 2 画滤液细线时应以细 齐 直为标准 重复画线时必须等上次画线干燥后再进行 重复2 3次 3 层析时不要让滤液细线触及层析液 四 注意事项 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 II 色素的吸收光谱 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光 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 叶绿素a和叶绿素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 分析 为什么植物春夏叶子翠绿 而深秋则叶片金黄呢 由于叶绿素的含量大大超过类胡罗卜素 而使类胡罗卜素的颜色被掩盖 只显示出叶绿素的绿色 由于叶绿素比类胡罗卜素易受到低温的破坏 秋季低温使叶绿素大量破坏 而使类胡罗卜素的颜色显示出来 问题 这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位 叶片中的叶肉细胞 绿叶 回顾 叶肉细胞亚显微结构模式图 叶绿体亚显微结构模式图 2020 3 21 1 下列标号各代表 2 在 上分布有光合作用所需的 和 在 中也分布有光合作用所需的 基质 酶 外膜 内膜 类囊体膜 基粒 色素 酶 6 结论 氧是由叶绿体释放出来的 叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所 它内部巨大的膜表面上 不仅分布着吸收光能的色素分子 还有光合作用所需的酶 恩吉尔曼实验设计有哪些巧妙之处 选材 水绵具有细长的带状叶绿体 易于观察现象 好氧细菌的利用 准确显示出氧气产生的部位 设计 黑暗无空气的设计 进行黑暗和曝光的对比实验 极细光线的入射 为了排除实验前环境中光线和氧的影响 确保实验的准确性 能准确判断水绵细胞中释放氧的部位 证明了实验结果完全是光照引起的 并且氧是由叶绿体释放出来的 小结 色素主要分布于叶绿体的类囊体膜上 二 光合作用的原理和应用 五年后 1648年 海尔蒙特 J B vanHelmont 柳树增重74 47kg土壤减少0 06kg 水分是建造植物体的唯一原料 1 光合作用的探究历程 2 5Kg 思考 该实验设计有什么缺陷 缺乏对照实验 没有考虑空气的影响 1771年 英 普里斯特利的实验 植物可以更新空气 现象 蜡烛熄灭 现象 蜡烛持续燃烧 现象 小鼠死亡 现象 小鼠存活 结论 植物能够净化因燃烧或呼吸而变混浊的空气 思考 该实验有时成功 有时失败 为什么 有时可能是在无光条件下做的 因为无光时植物不进行光合作用 只有细胞呼吸 所以没有氧气释放 而是释放CO2 所以实验失败 1779年 荷兰科学家英格豪斯的实验 在一密闭的玻璃钟罩内 同时放有盆栽植物和活小鼠 放在光照条件下 一段时间后 小鼠不死 且放入点燃的蜡烛也不灭 在另一密闭的玻璃钟罩内 同时放有盆载植物和活小鼠 放在黑暗中 一段时间后 小鼠死亡 且放入点燃的蜡烛立即熄灭 重复500多次 英格豪斯的实验设计与前人相比 改进在什么地方 设计了对照实验 控制单一变量 即唯一自变量 对实验过程进行重复 1785年 明确绿叶在光下放出的是氧气 吸收的是二氧化碳 拉瓦锡Laroisier A L 1845年 梅耶指出 植物在进行光合作用时 把光能转变成化学能储存起来 1785年的结论是在什么基础上提出的 梅耶得出这个结论的依据是什么 在发现了空气的组成的基础上提出的 依据是 能量的转换和守恒定律 现象 1864年德国科学家萨克斯 未遮光部分变成蓝色 置于暗处几小时 思考 目的是什么 绿色叶片中光合作用中产生了淀粉 萨克斯的实验目的是什么 为什么让叶片一半曝光 另一半遮光呢 为了验证光合作用的产物是什么 一半遮光一半曝光 是为了进行对照 20世纪30年代 鲁宾和卡门 美 的同位素标记实验 结论 光合作用产生的氧气全部来自水 而不是来自CO2 2 第二组向同种绿色植物提供H218O和CO2 1 第一组向绿色植物提供C18O2和H2O C18O2 H2O CO2 H218O O2 18O2 光合作用释放的O2全部来自于H2O 用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2 使它分别成为H218O和C18O2 进行两组光合作用的实验 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 卡尔文循环 CO2 C3 CH2O 鲁宾 卡门 卡尔文等人采用了什么先进方法来进行实验 同位素标记法 讨论一 从人类对光合作用的探究历程来看 生物学的发展与物理和化学有什么联系 与技术手段的进步有什么关系 试举例说明 生物学的发展与物理和化学的研究进展关系很密切 例如 直到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体是氧气 吸收的是CO2 这个事实说明生物学的发展与化学领域的研究密切相关 又如 基于核科学的进展 鲁宾和卡门利用同位素标记法证明光合作用释放的氧气来自H2O 而不来自CO2 这些都说明在科学发展的进程中 相关学科的互相促进 以及技术手段的进步对科学发展有巨大的推动作用 讨论二 分析人类对光合作用的探究历程 你还有哪些感悟 许多科学家为了研究光合作用进行了辛勤的探索 他们不断地探索研究 从不言弃 坚持到底 这种献身科学的精神值得我们学习 使我们体验到了科学探究的一般过程是 通过观察 发现问题 提出问题 进行假设 指定计划 设计实验 观察实验 获取证据 检验假设 得出结论 科学家所设计的实验不仅有整体的设想 清晰的思路和操作的可行性 而且他们的实验都遵循了对照性原则 控制变量原则 重复性原则等原则 这些科学实验方法都是值得我们借鉴的 2 光合作用的过程 2 光合作用的过程 光反应 暗反应 划分依据 反应过程是否需要光能 H2O 类囊体膜 酶 1 光反应阶段 酶 光 色素 叶绿体内的类囊体膜上 水的光解 还原剂 ATP的合成 光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中 CO2 糖类 五碳化合物C5 蛋白质 脂质 CO2的固定 三碳化合物2C3 C3的还原 基质多种酶 2 暗反应阶段 CO2的固定 C3的还原 叶绿体的基质中 多种酶 H ATP 3 光合作用的总反应式 CO2 H2O 叶绿体 光能 糖类 CH2O O2 需要光 不需要光 基粒的类囊体薄膜上 基质中 水的光解 ATP的合成 CO2的固定 C3的还原 ATP中活跃化学能 ATP中活跃化学能 光能 有机物中稳定化学能 光反应为暗反应提供 H 和ATP 暗反应为光反应提供ADP和Pi 是两个相互独立 相互制约又密切联系的过程 光反应和暗反应关系的比较 需要色素 酶 需要酶 H ATP 三 化能合成作用 原理 还原CO2所需要的ATP和 H 是通过氧化无机物NH4 NO2 H2S SO H2 Fe2 等而获得的 化能自养类型 硝化细菌 铁细菌 硫细菌 氢细菌等 NH3 O2 HNO2 H2O 能量HN02 O2 HNO3 能量C02 H2O CH2O O2 2HNO2 O2 硝化细菌 2HNO3 能量 2NH3 3O2 硝化细菌 2HNO2 2H2O 能量 硝化细菌 CO2 H2O CH2O O2 硝化细菌的化能合成作用过程 化能合成作用 B 1 在光合作用的暗反应过程中 没有被消耗掉的是A H B C5化合物C ATPD CO22 与光合作用光反应有关的是 H2O ATP ADP CO2A B C D A 3 将植物栽培在适宜的光照 温度和充足的CO2条件下 如果将环境中CO2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4 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 外膜 内膜 基质 类囊体膜A B C D C B 5 在光照充足的环境里 将黑藻放入含有18O的水中 过一段时间后 分析18O放射性标记 最先A 在植物体内的葡萄糖中发现B 在植物体内的淀粉中发现C 在植物体内的淀粉 脂肪 蛋白质中均可发现D 在植物体周围的空气中发现 D 6 在光合作用过程中 能量的转移途径是A 光能 ATP 叶绿素 葡萄糖B 光能 叶绿素 ATP 葡萄糖C 光能 叶绿素 CO2 葡萄糖D 光能 ATP CO2 葡萄糖 将一株经过饥饿处理 放在暗处24小时 的植物 先放在有光但无CO2的环境中 一段时间后 再移到无光但有CO2的环境中 发现其生成有机物的量如下图所示 请分析说明 1 AB段由于缺乏CO2 使光合作用的 不能进行 因此不能合成有机物 2 BD段无光照 则光合作用的 不能进行 但由于在AB段植株中积累了一定量的 为有机物的产生提供了一定的物质条件 故BC段可以合成一定的有机物 3 在BC段中 每生成一个葡萄糖分子 就要消 暗反应 光反应 NADPH和ATP 耗 分子CO2 4 如果在BC段 适当降低环境的温度后 发生的现象用曲线表示在图上 6 4 光合作用原理的实际应用 光合作用效率 1 光照强度 3 CO2浓度 4 矿质元素 合理施肥 5 水 合理灌溉 2 温度 影响光合作用效率的因素 光照强度 真正光合速率 净光合速率 呼吸速率 a b c 轮作 延长光合作用时间 间作 套种 合理密植 增加光合作用面积 合理利用光能 温度 光合作用是在酶的催化下进行的 温度直接影响酶的活性 一般植物在10 35 下正常进行光合作用 CO2浓度 b CO2的补偿点 c CO2的饱和点 a b CO2太低 农作物消耗光合产物 b c 随CO2的浓度增加 光合作用强度增强 c d CO2浓度再增加 光合作用强度保持不变 d e CO2浓度超过一定限度 将引起原生质体中毒或气孔关闭 抑制光合作用 a b c d e 必需矿质元素 矿质元素会直接或间接影响光合作用 氮是催化光合作用中各种酶及 H 和ATP的重要组成成分 磷是 H 和ATP的重要组成成分 N Mg Fe Mn等是叶绿素生物合成所必需的元素 糖类的合成和运输都需要K P在维持叶绿体膜的结构和功能上起重要作用 水 水既是光合作用的原料 又是体内各种化学反应的介质 另外 缺水时使气孔关闭 影响CO2进入植物体 使光合作用速率下降 所以水对光合作用影响很大 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 控制光照强度 2 适当补充CO2 3 适宜的温度 4 矿质元素 合理施肥 5 水 合理灌溉 实验原理 利用真空渗入法排除叶内细胞间隙的空气 充以水分 使叶片沉于水中 在光合作用过程中 植物吸收CO2放出O2 由于O2在水中的溶解度很小 而在细胞间积累 结果使原来下沉的叶片上浮 根据上浮所需的时间长短 即能比较光合作用的强弱 探究环境因素对光合作用的影响 1 取3只小烧杯 分别倒入20ml富含二氧化碳的清水 事先可用口通过玻璃管向清水内吹气 2 分别向 只小烧杯中各放入 片小圆形叶片 然后分别对这 个实验装置进行强 中 弱三种光照 盏 台灯分别向 个实验装置照射 光照强弱可通过调节台灯与实验装置间的距离来决定 3 观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量 观察与记录 结论 在一定光照强度范围内 光合作用随着光照强度的增强而增强 5 光合作用与呼吸作用的区别 6 叶绿体和线粒体 都是双层膜都有基粒和酶都有增大膜面积的结构都有少量的DNA和RNA都与能量转换有关都是半自主复制细胞器 延长光合作用时间增加光合作用面积 增加光能利用率 提高光合作用效率 控制光照强弱控制光质控制温度控制CO2供应控制必需矿质元素供应控制H2O供应 提高复种指数 轮作 温室中人工光照 合理密植间作套种 通风透光在温室中施有机肥 使用CO2发生器 阴生植物阳生植物 提高农作物产量的措施 红光和蓝紫光 适时适量施肥 合理灌溉 保持昼夜温差 1 生长旺盛的叶片 剪成5mm见方的小块 抽去叶内气体 做下列处理 如图