生物：5.4《能量之源---光与光合作用》(完整版).ppt

第4节能量之源 光与光合作用 能量的最终来源于光能 光能转化为化学能被细胞所吸收的过程称为光合作用 第4节能量之源 光与光合作用 叶绿体中的色素对植物起着非常重要的作用 实验 一 实验 叶绿素的提取与分离 1 原理 绿叶中的色素不溶于水 易溶于有机溶剂 如无水乙醇 丙酮 石油醚等 绿叶中的色素不止一种 它们都溶于层析液中 且溶解度不同 在滤纸上扩散速度不同 溶解度大 扩散速度快 提取色素 无水乙醇 分离色素 层析液 一 捕获光能的色素 2 材料用具 新鲜的绿色叶片 干燥的定性滤纸 95 乙醇 层析液 二氧化硅 碳酸钙 研钵 小玻璃漏斗 尼龙布 毛细吸管 剪刀 试管 药匙 量筒 天平 3 实验过程 1 提取色素 取适量菠菜叶 叶片要新的新鲜 颜色要深绿 含有较多的色素 剪碎 放入研钵中 加少许的二氧化硅和碳酸钙与10ml无水乙醇 迅速研磨成匀浆 二氧化硅作用 碳酸钙作用 研磨充分 防止色素破坏 为了溶解和提取色素 无水乙醇作用 2 过滤 在一小玻璃漏斗基部放一块单层尼龙布 或脱脂棉 将研磨液迅速倒入漏斗中 收集滤液到一个试管中 及时用棉塞将试管中塞紧 防止挥发 3 制备滤纸条 4 画滤液细线 用毛细吸管吸取少量滤液 沿铅笔画的横线均匀画出一条细而直的滤液细线 待滤液干后再画一次 共画滤液细线3 4次 重复画几次是为了增加色素的含量 使分离的色素带清晰 画线要细 直 齐 使分离的色素带平整 不重叠 5 层析 分离绿叶中的色素 注意 滤线细线不能触及层析液 层析液沿着干燥的滤纸由下而上扩散 当扩散到细线时 色素便溶解在层析液中 并随着层析液一起向上扩散 而不同的色素溶解不同 扩散速度也不同 所以将不同色素分离开 分离色素方法 纸层析法 b 实验流程 6 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 24 10 黄色 蓝绿色 黄绿色 橙黄色 叶绿体中的色素提取液 二 四种色素对光的吸收 叶绿素主要吸收 类胡萝卜素主要吸收 蓝紫光 蓝紫光 红光 叶绿素对绿光吸收最少 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 绿叶中的色素 主要吸收红光和蓝紫光 主要吸收蓝紫光 功能 吸收传递转化光能 用于光合作用 6 观察实验结果 色素种类色素颜色溶解度扩散速度 胡萝卜素叶黄素 橙黄色黄色 最高较高 最快较快 叶绿素a 叶绿素b 较慢 蓝绿色 黄绿色 最低 较低 最慢 春夏的树叶 秋冬的树叶 强光 高温 低温都会使叶绿素分解 但无光环境或缺Mg2 叶绿素也不能生成 温度 可见 叶绿素的化学性质没有类胡萝卜素稳定 叶绿素的合成易受光照温度和矿质元素的影响 这些条件对类胡萝卜素的影响较小 Mg2 等 光照 思考 1 春夏叶片为什么是绿色 而秋天树叶为什么会变黄 2 为什么这种色素秋冬减少而夏季不减少 与什么环境因素有关 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 捕捉光能的色素存在于细胞中的什么部位 2020 3 24 16 基粒 类囊体 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 与光合作用有关的酶 基质 1 2 色素在基粒类囊体薄膜中 酶在基粒和基质中 三 叶绿体是光合作用的场所 分布 主要存在绿色植物的叶肉细胞里以及幼嫩茎秆的皮层细胞里 功能 绿色植物进行光合作用的细胞器 光合作用的原理和应用 光合作用的探究历程 P101 102 光合作用在叶绿体中是怎样进行的呢 五年后 1 1642年海尔蒙特的实验 柳树获得物质的来源仅仅是水吗 柳树增重74 47Kg 土壤减少0 06Kg 二 光合作用的探究历程 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 实验不足 没有设置对照组 排除光照对实验结果的干扰 光合作用的探究历程 2 普利斯特利 1771年 3 1779年荷兰英格豪斯的实验 实验重复了500多次 结论 只有在光照下绿叶才可以更新空气 重复普利斯特利的实验 光合作用的探究历程 明确 绿叶在光下吸收CO2 释放O2 4 1785年 拉瓦锡发现了空气的组成 5 1845年 德国科学家梅耶指出 植物光合作用时 把光能转化成化学能储存起来 光合作用的探究历程 二氧化碳 氧气 光能 化学能 储存在什么物质中 德国梅耶 6 1864年萨克斯的实验 淀粉是光合作用的产物 黑暗处理 理由是 一部分遮光 一部分照光一段时间后 酒精脱色碘液染色 结论 光合作用的探究历程 碘液 7 1880年 恩格尔曼的实验 隔绝空气 黑暗 用极细光束照射 完全暴露在光下 水绵和好氧细菌的装片 结论 氧是由叶绿体释放出来的 叶绿体是光合作用的场所 光合作用需要光照 光合作用的探究历程 1 为什么水绵是合适的实验材料 2 他是如何控制实验条件的 3 他是如何对照的 水绵具有细而长的叶绿体 便于观察 选用黑暗 无空气的环境 排除环境中光线和氧气的影响 选用极细的光束 并用好氧细菌检测 准确判断释放氧气的部位 讨论 此实验在设计上有什么巧妙之处 分以下几个问题 自身对照 光合作用的探究历程 同位素标记法研究 同位素18O标记H2O和CO2 结论 光合作用释放的氧来自水 光合作用释放的O2到底是来自H2O 还是CO2 8 1939年鲁宾和卡门的实验 美国 光合作用产生的有机物又是怎样合成的 光合作用的探究历程 1 碳的同位素C标记CO2 14 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 2 9 20世纪 0年代 美国科学家卡尔文 产物 淀粉条件 光 光合作用发现小结 普利斯特利 原料 水 恩格尔曼 萨克斯 海尔蒙特 原料和产物 更新空气 二氧化碳和氧气 场所 叶绿体条件 光 对照原则 单一变量原则 光能 叶绿体 重复实验 梅耶 光能转换成化学能 重要的实验方法 同位素标记法 CO2 H2O CH2O O2 鲁宾和卡门 光合作用释放的O2来自H2O O2 6CO2 12H2O 光能 叶绿体 C6H12O6 6H2O 6O2 元素来龙去脉光合作用完整反映式 计算式 绿色植物通过吸收 将CO2和H2O合成为并释放出 同时也将太阳能转化为储存在和其他有机物中 这一过程称为光合作用 2 光合作用定义 3 总反应式 叶绿体 光能 有机物 O2 化学能 糖类 三 光合作用的过程 共同探究 光反应阶段 暗反应阶段 能量变化 物质变化 条件 进行部位 光反应阶段 叶绿体类囊体的薄膜上 光 色素 水和酶 光能 ATP中活跃的化学能 水的光解 2H2O4 H O2 光能 合成ATP ADP Pi 光能ATP 酶 主要产物 O2 H ATP 光合作用的最终产物里面并没有 H 和ATP 那么它们是怎么样被消耗掉的呢 能量变化 物质变化 条件 进行部位 暗反应阶段 主要产物 叶绿体基质中 ATP H CO2 酶 ATP中活跃的化学能 稳定的化学能 CO2的固定 CO2 C52C3 酶 2C3 H CH2O C5 ATPADP Pi 能量 酶 酶 C3的还原 ATP分解 CH2O 色素分子 可见光 C5 2C3 ADP Pi ATP 2H2O O2 4 H 多种酶 酶 C6H12O6 H2O CO2 吸收 光解 能 固定 还原 酶 光反应 暗反应 光合作用的过程 光反应为暗反应提供和 暗反应为光反应提供和 2 说说光反应和暗反应的联系 H ATP ADP Pi 3 光合作用的实质 物质变化 无机物 有机物 能量变化 光能 糖类等有机物中稳定的化学能 合成有机物 存储能量 1 为生物生存提供了物质来源和能量来源 2 维持了大气中O2和CO2的相对稳定 3 对生物的进化有直接意义 1 使还原性大气 氧化性大气 2 使有氧呼吸生物得以发生和发展 3 形成臭氧层 过滤紫外线 使水生生物登陆成为可能 四 光合作用的意义 比较项目 光反应 暗反应 条件 物质变化 能量变化 总反应式 实质 叶绿体类囊体薄膜上 叶绿体基质中 1 水的光解 CO2 C52C3 2 ATP形成 1 CO2的固定 酶 2 C3的还原 酶 C3 CH2O C5 H2O ATP H 光 叶绿素等色素 酶 许多有关的酶 CO2 H ATP ATP的化学能转变成 CH2O 中的化学能 光反应为暗反应提供能量和还原剂 ATP和 H 暗反应为光反应补充ADP Pi CO2 2H2O CH2O H2O O2 把无机物转变成有机物 同时把光能转变成化学能储存在有机物中 光能 叶绿体 反应部位 光能转变成ATP中的化学能 联系 1 植物自身因素 2 外界环境因素 1 光照 2 温度 3 二氧化碳浓度 4 水分 5 矿质元素 五 影响光合作用的因素及应用 1 影响光合作用因素 光合速率 又称光合作用强度 是指一定量的植物 如一定的叶面积 在单位时间内进行多少光合作用 如释放多少氧气 消耗多少二氧化碳 光合速率表示方法1 有机物 糖 产生的量 即植物重量或有机物的增加量 2 C02吸收量 或C02消耗量或实验容器内CO2减少量 3 02释放量 或实验容器内02增加量 表观光合速率 人们测得从外界吸收的CO2的量 植物从外界吸收CO2的量 加上呼吸作用释放的CO2量 真正光合速率 表观光合速率 净光合速率 呼吸速率 表观光合速率常用氧气释放量 二氧化碳吸收量 有机物积累量等来表示 真正光合速率 真正光合速率常用氧气产生量 二氧化固定量 有机物的产生量来表示 探究影响光合作用的因素 1 光照 影响光反应即直接影响光合速率 适当提高光照强度 延长光照时间 促进光反应 产生更多的ATP和 H 光照强度 光照时间 光质 光质 白光 复色光 光合作用能力最强 单色光中红光作用最快 蓝紫光次之 绿光最差 温室大棚塑料薄膜的颜色最好是 无色透明 绿色植物生理实验的安全灯颜色 绿色 光照强度 A点 AB段 B点 BC段 C点 光照强度为0时只进行细胞呼吸 释放C02量代表此时的呼吸强度 随光照强度增强 光合作用逐渐增强 C02的释放量逐渐减少 因一部分用于光合作用 光补偿点 此时细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用 即光合作用速率 细胞呼吸速率 随光照强度不断增强 光合作用不断增强 光饱和点 光照强度达到一定值时 光合作用不再增强 如果植物长期处于B点 没有有机物积累 植物不能生长 植物呼吸作用产生的CO2也用于光合作用 制造的有机物刚好又用来进行呼吸 光强度 真正光合速率 表现光合速率 真正光合速率 表现光合速率 呼吸速率 2 温度 主要影响暗反应中酶的活性 光合作用有最适温度 且一般比呼吸作用的最适温度高 一般温带植物的最适温度在25 C AB段随温度的升高光合作用速率加强 B点光合作用速率达到最大 BC段表示随温度的升高 光合速率快速下降 直至光合作用完全停止 温度是影响气孔开闭的因素之一 温度过高 影响植物叶片气孔开度 影响CO2供应 应用 晴天时 白天适当升温 晚上适当降温以保持较高的昼夜温差 C3的生成 CO2浓度 暗反应C3还原 CH20 A B 主要影响暗反应中CO2固定 A点 AB段 B点 进行光合作用所需CO2的最低浓度 在一定范围内 随C02浓度的提高 植物的光合速率加快 表示C02的饱和点 CO2超过该浓度 光合速率达到最大不再提高 3 CO2浓度 应用 施有机肥 农家肥 增加CO2可以提高光合效率 但是无限制地在全球范围内提高CO2浓度 会产生 温室效应 4 H2O直接影响光反应中水的光解 H 的生成 H2O 暗反应C3还原 CH20 NADPH的生成 含水量 1 光合作用的原料 2 植物体内各种生化反应的介质 3 影响气孔的开闭 应用 根据作物需水规律合理灌溉 预防干旱洪涝 OA段 在一定范围内 水越充足 光合作用速率越快 思考 如果光照不变 突然停止CO2供应 C3 C5 ATP H 的含量会怎么变化 C3减少 C5增加 ATP增加 H 增加 思考 夏天正午气孔关闭时C3 C5ATP H 的含量会怎么变化 思考 如果CO2供应不变 突然停止光照 C3 C5 ATP H 的含量会怎么变化 C3 C5 ATP H 5 矿质元素 叶绿素的组成元素 g 应用 合理施肥 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 二 光合作用原理的应用 1 影响光合作用的因素 CO2 水份 光照的长短与强弱 光质 温度 矿质元素等 2 提高农作物光合作用强度的措施 3 适当提高CO2浓度 4 适当提高温度 5 适当增加植物体内的含水量 6 适当增加矿质元素的含量 2 合理密植 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 六 化能合成作用 酶 自养生物 以CO2和H2O 无机物 为原料合成糖类 有机物 糖类中储存着的能量 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 所需的能量来源不同 光能 化学能 例如人 动物 真菌及大多数的细菌 2 化能合成作用与光合作用比较 提高光能利用的途径 1 延长光照时间 每年种植和收获两次或多次 套种等 2 增加光照面积 合理密植 间作等 3 提高光合作用效率 如适当增加光照强度 提高CO2浓度和温度等 施用NH4HCO3 施用农家肥 例2 在叶绿体中的色素提取得分离实验中 结合所做实验回答 1 研磨时为了研磨充分要加 加碳酸钙的目的是 2 滤纸条剪去两角是为了在层析过程中 3 画滤液细线要求一是二是 4 分离色素时要注意滤纸条要烧怀壁 一定不是要让层析液没及 二氧化硅 保护叶绿素分子不被破坏 层析液同步到达滤液细线 越细越齐越好 待干燥后再重复2 3次 斜靠 滤液细线 实验假设实验步骤实验结果实验结论 在一定范围内随光照强度的增强 光合作用强度也增强 案例 探究光照强弱对光合作用强度的影响 实验假设实验步骤 取生长旺盛的绿叶 用打孔器打出小圆片30片 将小圆形叶片置于注射器内 抽拉出小圆形叶片内的气体 重复几次 实验假设实验步骤 将气体逸出的小圆形叶片 放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用 取3只小烧杯 培养皿 分别倒入20mL富含CO2的清水 分别向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片 然后分别对这3个实验装置进行强 中 弱三种光照 实验假设实验步骤 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 实验假设实验步骤 实验结果实验结论 A中上浮叶圆片最多 其次是B C中最少 光合作用的强度受光照强度的影响 在一定光照强度范围内 随光照强度升高光合作用速率逐渐增强 实验 绿叶中色素的提取和分离 实验原理 提取 无水乙醇 分离 层析液 目的要求 绿叶中色素的提取和分离及色素的种类材料用具 新鲜的绿叶 定性滤纸等 无水乙醇等方法步骤 1 提取绿叶中的色素2 制备滤纸条3 画滤液细线4 分离绿叶中的色素5 观察和记录讨论 1 滤纸条上色带的数目 排序 宽窄 2 滤纸条上的滤液细线 为什么不能触及层析液 课后习题 1 从绿叶中提取色素 选取的最佳叶片应是 A 肥嫩多汁的叶片B 革质叶片C 刚刚长出来的小嫩叶D 鲜嫩 颜色浓绿的叶片2 绿叶中的色素能够在滤纸上彼此分离开的原因是 A 色素提取液中的不同色素已经分层B 阳光的照射使各种色素能彼此分开C 色素在层析液中的溶解度不同D 丙酮使色素溶解并且彼此分离的扩散速度不同3 在绿叶中色素的提取实验中 研磨绿叶时要加入无水乙醇 其目的是 A 防止叶绿素被破坏B 使叶片充分研磨C 使各种色素充分溶解在无水乙醇中D 使叶绿素溶解在无水乙醇中4 下列关于 绿叶中色素的提取和分离 的实验描述中 不属于实验要求的是 A 提取高等植物叶绿体中的色素B 用纸层析法分离色素C 了解各种色素的吸收光谱D 验证叶绿体中所含色素的种类 D C C C C 5 在进行 绿叶中色素的提取和分离 的实验时 不能让层析液没及滤液细线的原因是 A 滤纸条上几种色素会扩散不均匀而影响结果B 滤纸条上滤液细线会变粗而使色素太分散C 色素会溶解在层析液中而使结果不明显D 滤纸条上的几种色素会混合起来 6 提取和分离叶绿体中色素的实验中 正确的操作顺序应该是 A 进行纸层析 制取滤液 在滤纸条上画线 将实验材料研磨B 制取滤液 进行纸层析 在滤纸条上画线 取滤液 再画线C 将实验材料剪碎 研磨 在滤纸条上画线 制取滤液 进行纸层析D 将实验材料剪碎 研磨 制取滤液 在滤纸条上画线 进行纸层析 C D 11 在夏季中午光照最强的情况下 绿色植物的光合作用强度略有下降 这时 叶肉细胞内的C3 C5 ATP的含量变化依次是 A 升 降 升B 降 升 降C 降 升 升D 升 降 降12 对某植析做如下处理 甲持续光照10min 乙光照5s后再置于黑暗中处理5s 如此连续交替进行20min 若其他条件不变 则在甲 乙两种情况下植株所制造的有机物总量 A 甲多于乙B 甲少于乙C 甲和乙相等D 无法确定13 绿色植物的光合作用和硝化细菌的化能合成作用相比 不同之处在于 A 同化类型不同B 异化类型不同C 利用的能源不同D 利用的碳源不同14 由于硝化细菌的作用 土壤中的氨可以转变成植物制造何种物质的原料 A 核糖和脂肪B 葡萄糖和淀粉C 氨基酸和核苷酸D 脂肪酸和氨基酸 C C C B 五 光合作用和呼吸作用中的化学计算 光合作用反应式 6CO