第4节能量之源——光与光合作用2

第4节能量之源 光与光合作用 内容提要 一 实验 绿叶中色素的提取和分离二 光合作用的发现史三 光合作用的过程四 探究影响光合作用的因素五 影响光合作用的因素及在生产实践中的应用六 化能合成作用 一 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 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 防止研磨中色素被破坏 与10ml无水乙醇 在研钵中快速研磨 将研磨液进行过滤 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 绿叶中的色素有4种 可以归纳为两类 4 12 2020 孝义市第二中学郭玉海 6 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 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萝卜素 而使类胡萝卜素的颜色被掩盖 只显示出叶绿素的绿色 由于叶绿素比类胡萝卜素易受到低温的破坏 秋季低温使叶绿素大量破坏 而使类胡萝卜素的颜色显示出来 4 12 2020 7 叶绿体中的色素提取液 叶绿素主要吸收 类胡萝卜素主要吸收 蓝紫光 蓝紫光 红光 光合色素的作用 吸收 传递 转化光能 叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱 从连续光谱可以看到不同波长的光被吸收的情况 叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光 胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光 对绿光的吸收最少 4 12 2020 9 色素 基粒类囊体的薄膜上酶 基粒类囊体的薄膜上和叶绿体基质中 叶绿体结构模式图 恩格尔曼实验2 1880年 恩格尔曼 C Engelmann 的实验 1 恩格尔曼实验的结论是什么 2 恩格尔曼的实验方法有什么巧妙之处 3 从资料2可以得出什么推论 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 水绵的叶绿体呈螺旋式带状 便于观察 用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位 没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰 用极细的光束照射 叶绿体上可分为光照多和光照少的部位 相当于一组对比实验 暴露在光下的实验再一次验证实验结果 叶绿体是进行光合作用的场所 讨论 4 12 2020 13 总结 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 二 光合作用的发现史 鲁宾和卡门做的同位素标记实验 光合作用产生的氧气全部来自于水 而不是来自CO2 这一实验证实了 20世纪 0年代 美国科学家卡尔文 M Calvin CO2 CH2O O2 14 CO2 H2O 14 CO2中的碳怎样转化为有机物中的碳呢 同位素标记法研究 卡尔文循环 1 场所 叶绿体 2 条件 光 3 原料 二氧化碳 水 4 产物 糖类 氧气 通过以上的研究和探索 你能说出光合作用的场所 条件 原料 产物是分别是什么吗 CO2 H2 O CH2O O2 你能用一个化学反应式表示出来吗 CO2 2H2 O CH2O O2 H2O 三 光合作用的过程 CO2 H2O 光能 叶绿体 CH2O O2 能量变化 物质变化 条件 进行部位 光反应阶段 叶绿体基粒中 光 色素和酶 光能 ATP中活跃的化学能 水的光解 H2O H O2 酶光能 合成ATP ADP PiATP 酶光能 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 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 ATPADP Pi 酶 酶 C3的还原 ATP分解 CH2O 光反应阶段与暗反应阶段的比较 类囊体的薄膜上 叶绿体的基质中 光 色素 酶 酶 H ATP 有无光均可 光能 ATP中活跃的化学能 1 水的光解 1 CO2的固定 2 C3的还原 2 ADP合成ATP 3 ATP水解 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 三 光合作用的过程 叶绿体类囊体薄膜 H O2 ATP 叶绿体基质 CO2 C5 CH2O C5 ADP Pi 稳定化学能 1 植物由强光环境转移到弱光环境时 C3含量变化 C5含量变化 直接影响的过程 上升 下降 光反应 下降 上升 暗反应 2 降低CO2浓度时 C3含量变化 C5含量变化 直接影响的过程 CH2O 光合作用和呼吸作用比较表 叶绿体 二氧化碳和水 只有在光下才能进行 有机物和氧 把光能转变为储存在有机物中的能量 制造有机物 所有活细胞 线粒体 有机物和氧 有光无光都能进行 二氧化碳和水 把储存在有机物中的能量释放出来 分解有机物 相互对立相互依存 四 探究影响光合作用的因素 光合作用强度及测定方法 1 光合作用 制造的有机物 积累的有机物 消耗的有机物 呼吸作用 总光合作用 净光合作用 呼吸作用 3 叶绿体产生的O2 向外界释放的O2 呼吸消耗的O2 2 叶绿体固定的CO2 从外界吸收的CO2 呼吸释放的CO2 0 吸收量 光照强度 A B C B 光补偿点 C 光饱和点 CO2 B 光补偿点 光合作用和呼吸作用达到平衡时的光照强度 或者光合作用吸收的CO2量等于呼吸作用释放CO2的量 C 光饱和点 光合速率最大时的光照强度 释放量 CO2 A点 光照强度为零 只有呼吸作用 主要受光反应产物的限制 主要受暗反应酶活性和CO2浓度限制 光照强度 总光合作用 净光合作用 固定量 总光合作用 净光合作用 呼吸作用消耗 真正光合速率 表观光合速率 实测二氧化碳吸收量 呼吸速率 光合作用的有关计算 在光照条件下 人们测得的CO2吸收量是指植物从外界环境吸收的CO2总量 叫表观光合速率 1 光照 光合作用的动力 光照强度 光照时间 光质 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 思考 如果其它条件正常 突然停止光照 C3 C5 ATP H 的含量会怎么变化 C3 C5 ATP H 2 CO2浓度 光合作用的原料之一 适当提高空气中CO2浓度 促进暗反应进行 思考 夏天正午气孔关闭时C3 C5 ATP H 的含量会怎么变化 C3 C5 ATP H 思考 如果其它条件正常 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 3 H2O 原料之一4 温度 影响酶活性5 矿质元素 叶绿素的组成元素 g6 叶龄 光照 CO2 H2O 矿质元素 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 光照时间长 光合作用时间长 有利于植物的生长发育 光照时间 植物的光合作用强度在一定范围内随着光照强度的增加而增加 但光照强度达到一定时 光合作用的强度不再随着光照强度的增加而增加 光照强度 叶绿体中色素的吸收光波主要在红光和蓝紫光 光的波长 生产上应适时灌溉 保证植物生长所需要的水分 当植物叶片缺水时 气孔会关闭 减少水分的散失 同时影响CO2进入叶内 暗反应受阻 光合作用下降 4 水分的供应 生产上使田间通风良好 供应充足的CO2 在一定范围内 植物光合作用强度随着CO2浓度的增加而增加 但达到一定浓度后 光合作用强度不再增加 3 CO2浓度 生产上白天升温 增强光合作用 晚上降低室温 抑制呼吸作用 以积累有机物 温度低 光合速率低 随着温度升高 光合速率加快 温度过高时会影响酶的活性 光和速率降低 2 温度 六 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把无机合成有机物 少数的细菌 如硝化细菌 2HNO2 O22HNO3 能量 硝化细菌 举例 6CO2 6H2OC6H12O6 6O2 能量 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 典例 如图所示 图甲为叶绿体结构与功能示意图 图乙表示一株小麦叶片细胞内C3相对含量在一天24h内的变化 请据图分析 1 图甲中A B C D分别表示参与光合作用或光合作用生成的物质 则A B C D依次是 2 从图甲可知 在a中发生的反应称为 在a中含有的参与此过程的物质是 a中发生的能量变化过程是 3 在叶绿体色素的提取和分离实验中 滤纸条上扩散速度最快的色素是 H2O CO2 C3 C5 光反应 色素和酶等 光能 ATP中活跃的化学能 胡萝卜素 4 图乙中 从点开始合成有机物 至点有机物合成终止 5 AB段C3含量较高 其主要原因是 6 G点C3含量极少 其原因是 7 G点与F点相比 叶绿体中NADPH 还原氢 含量较 填 高 或 低 B I 无光照不进行光反应 不能产生 H 和ATP C3不能被还原 中午气孔关闭 叶肉细胞内CO2含量低 CO2的固定减弱 即C3的生成受抑制而C3的还原继续 高 解析 本题的解题关键是识图 从图中判断出光合作用进行的各个阶段 在图甲中考查的是叶绿体的结构及功能 a结构为叶绿体类囊体薄膜 其上发生的是光反应 原料是水 产物是氧气和 H ATP 参与此过程的物质有色素和酶 发生的能量变化过程为光能 ATP中活跃的化学能 在叶绿体基质中发生的是暗反应 原料是B二氧化碳 DC5 H ATP 产物是有机物 C5 ADP和Pi 图甲中C为C3 图乙为C3含量与时间的关系图 开始合成有机物时C3的含量开始下降 有机物合成终止时C3的含量不再变化 AB段C3含量高的原因是无光 不能进行光反应 不能产生 H 和ATP C3不能被还原 G点C3含量极低 原因是中午气孔关闭 CO2供应不足 C3的生成受抑制而C3的还原继续 G点与F点相比 叶绿体中NADPH的含量要高 返回 答案 1 H2O CO2 C3 C5 2 光反应色素和酶等光能 ATP中活跃的化学能 3 胡萝卜素 4 BI 5 无光照不进行光反应 不能产生 H 和ATP C3不能被还原 6 中午气孔关闭 叶肉细胞内CO2含量低 CO2的固定减弱 即C3的生成受抑制而C3的还原继续 7 高 答案和提示 一 问题探讨P971 用这种方法可以提高光合作用强度 因为叶绿素吸收最多的是光谱中的蓝紫光和红光 不同颜色的光照对植物的光合作用会有影响 2 因为叶绿素对绿光吸收最少 所以不使用绿色的塑料薄膜或补充绿色光源 二 实验P981 滤纸条上有4条不同颜色的色带 从上往下依次为 胡萝卜素 橙黄色 叶黄素 黄色 叶绿素a 蓝绿色 叶绿素b 黄绿色 这说明绿叶中的色素有4种 它们在层析液中的溶解度不同 随层析液在滤纸上扩散的快慢也不一样 2 滤纸上的滤液细线如果触到层析液 细线上的色素就会溶解到层析液中 就不会在滤纸上扩散开来 实验就会失败 思考与讨论P1032 提示 从人类对光合作用的探究历程来看 生物学的发展与物理学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 吸收的是二氧化碳 这个事例说明生物学的发展与化学领域的研究进展密切相关 又如 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水 而不是来自二氧化碳 卡尔文用同位素示踪技术探明了二氧化碳中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径 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的推动作用 拓展题P1001 植物体吸收光能的色素 还存在于植物幼嫩的茎和果实等器官的一些含有光合色素的细胞中 2 提示 是的 不同颜色的藻类吸收不同波长的光 藻类本身的颜色是反射出来的光 即红藻反射出了红光 绿藻反射出绿光 褐藻反射出黄色的光 水层对光波中的红 橙部分吸收显著多于对蓝 绿部分的吸收 即到达深水层的光线是相对富含短波长的光 所以吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层 吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方 第二小节练习P106基础题1 1 2 2 B