公开课 5.4能量之源---光与光合作用

第4节能量之源 光与光合作用 1 捕获光能的色素和结构 2 光合作用的原理和应用 本节内容 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 1 捕获光能的色素 实验 叶绿体中色素的提取和分离 二 实验程序 一 实验原理 三 方法与步骤 四 实验结果 五 实验关键 六 注意事项 下面这个实验 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 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 二 实验程序 乙醇 三 方法与步骤 提取色素 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 五 实验关键 分离绿叶中的色素 滤液细线 层析液 滤纸条 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 实验结果 讨论 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 4 6 8 橙黄色 黄色 蓝绿色 黄绿色 四条 说明有四种色素 宽窄代表色素含量 色素带从上到下依次是 橙黄色 黄色 蓝绿色 黄绿色 绿叶中的色素 两类 叶绿素和类胡萝卜素 光合色素的种类 光合色素的作用 绝大多数色素分子具有吸收 传递光能的作用 少数叶绿素a具有转化光能的作用 六 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 2 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 对比分析 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和合叶绿素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 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 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 叶绿体的结构和功能 叶片中的叶肉细胞 绿叶 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 水绵 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 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 光合作用的探究历程 人们得出这一认识经历了漫长的探索历程 科学家们用了200多年的时间 经过无数次的实验才对光合作用有了一个比较清楚的认识 现在我们就沿着科学家们探寻的足迹 去体验他们认识问题的思维过程和科学探索的乐趣 植物为什么会生长 古希腊亚里士多德认为根吸收土壤中的养分土壤减少的重量 植物增加的重量 结论 水分是植物建造自身的原料 17世纪海尔蒙特栽培柳树的实验 五年后 1771年普利斯特利实验 一段时间后 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 普利斯特利 1779年 荷兰的英格豪斯 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 500多次实验才发现 1864年 萨克斯 德 的实验 置于暗处几小时 思考 目的是什么 为了使绿叶中原有的有机物消耗殆尽 半叶法 酒精脱绿 酒精 目的 除去绿色避免绿色影响实验现象 1864年 德 萨克斯的实验 用碘处理这片叶 发现曝光的一半呈深蓝色 遮光的一半则没有颜色变化 绿叶在光下制造淀粉 结论 一半曝光 一半遮光 1864年萨克斯的实验 酒精脱色 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 在暗处放置几小时后 半叶法 光合作用释放的O2中的O来自CO2还是H2O 第一组 光合作用产生的O2中的O全部来自于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 培养小球藻 返回 光合作用氧气来源的探究 年 卡尔文 美国 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 同位素标记法 光合作用产生的有机物又是怎样合成的 光合产物中有机物的碳来自CO2 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 光合作用过程 光反应 暗反应 划分依据 反应过程是否需要光能 光反应在白天可以进行吗 夜间呢 暗反应在白天可以进行吗 夜间呢 有光才能反应 有光 无光都能反应 光反应阶段 光 色素 酶 叶绿体内的类囊体薄膜上 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 场所 条件 物质变化 能量变化 必须有光才能进行 暗反应阶段 方法 同位素标记法 层析法 卡尔文和他的实验装置 暗反应阶段 CO2的固定 C3的还原 叶绿体的基质中 H ATP 酶 场所 条件 物质变化 能量变化 有光 无光都能反应 C5 科学家阿尔农在对叶绿体照光时还发现 只要供给了ATP和 H 黑暗中叶绿体也可将CO2转化为糖类 CO2转化为糖类需要ATP和 H 但不一定需要光 分析资料1 探究问题 得出结论 这段材料说明了什么 2015 课标卷 29 为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响 科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A B C D四组实验 各组实验的温度 光照强度和CO2浓度等条件相同 适宜且稳定 每组处理的总时间均为135s 处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量 处理方法和实验结果如下 A组 先光照后黑暗 时间各为67 5s 光合作用产物的相对含量为50 B组 先光照后黑暗 光照和黑暗交替处理 每次光照和黑暗时间各为7 5s 光合作用产物的相对含量为70 C组 先光照后黑暗 光照和黑暗交替处理 每次光照和黑暗时间各为3 75ms 毫秒 光合作用产物的相对含量为94 D组 对照组 光照时间为135s 光合作用产物的相对含量为100 A B C三组处理相比 随着 的增加 使光下产生的 能够及时利用与及时再生 从而提高了光合作用中CO2的同化量 光照和黑暗交替频率ATP和还原型辅酶 H 卡尔文选择了同位素标记法 用14C标记的C02 研究放射线依次出现在哪些化合物中 进而推出一条反应路线 他向反应体系中充入一定量的14C标记的C02 光照后检测反应 几分之一秒的时候 他发现95 的放射性出现在一种三碳化合物中 当给光照在5秒时 检测到五碳化合物 C5 和糖类 CH2O 分析资料2 探究问题 得出结论 请推测出C02的转移途径 卡尔文不断研究终于发现 供应光与CO2时 C3和C5很快达到饱和 并保持稳定 但当改变其中一个条件后 二者浓度出现规律性变化 停止供应CO2 C3降低 C5升高 停止光照 C3升高 C5降低 C3和C5相互转化 卡尔文循环 分析资料3 探究问题 得出结论 C3和C5究竟有什么联系 CO2 五碳化合物C5 CO2的固定 三碳化合物2C3 C3的还原 叶绿体基质多种酶 糖类 卡尔文循环 O2 比较光反应 暗反应 光反应阶段 暗反应阶段 条件 场所 物质变化 能量变化 光 色素 酶 不需光 酶 H ATP 叶绿体类囊体薄膜 叶绿体基质中 水的光解 ATP的生成 CO2的固定 C3的还原 ATP中活跃化学能 光能 ATP中活跃化学能 有机物中稳定化学能 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 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 H2O H2O 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 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 光反应 H2O 2 H 1 2O2 水的光解 ATP的合成 暗反应 总结 光 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 下图是光合作用过程图解 请分析后回答下列问题 图中A是 B是 它来自于 的分解 图中C是 它被传递到叶绿体的 部位 用于 图中D是 在叶绿体中合成D所需的能量来自 图中G F是 J是 图中的H表示 H为I提供 2 水 H 基质 用作还原剂 还原C3 ATP 色素吸收的光能 光反应 H 和ATP 色素 C5化合物 C3化合物 糖类 1 叶绿体中的色素所吸收的光能 用于 和 形成的 和 提供给暗反应 2 光合作用的实质是 把 和 转变为有机物 把 转变成 贮藏在有机物中 3 在光合作用中 葡萄糖是在 中形成的 氧气是在 中形成的 ATP是在 中形成的 CO2是在 固定的 水的光解 形成ATP H ATP CO2 H2O 光能 化学能 暗反应 光反应 光反应 暗反应 练一练 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 CO2 B 2 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 4 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 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 D 5 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 B 6 光合作用过程的正确顺序是 二氧化碳的固定 氧气的释放 叶绿素吸收光能 水的光解 三碳化合物被还原A B C D 7 在暗反应中 固定二氧化碳的物质是 三碳化合物 五碳化合物 氧气 8 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 9 某科学家用含有14C的CO2来追踪光合作用中的C原子 14C的转移途径是 A CO2叶绿体ATPB CO2叶绿素ATPC CO2乙醇糖类D CO2三碳化合物糖类 D 10 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ATPCO2葡萄糖 B 再见 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 因为光合素基本上不吸收绿光 1771年普利斯特利实验 普利斯特利实验 1 光合作用的概念 指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