第4节能量之源光与光合作用

第四节能量之源 光与光合作用 一 实验原理1 绿叶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 实验 绿叶中色素的提取和分离 二 实验程序 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 2 制备滤纸条 将干燥的定性滤纸剪成滤纸条 将滤纸条的一端剪去一个角 并在距这端1cm处用铅笔画一条细的横线 3 画滤液细线 用毛细吸管吸取少量滤液 沿铅笔线均匀地画出一条细线 等滤液干后再画一两次 4 分离绿叶中的色素 将适量的层析液倒入烧杯中 将滤纸条 有滤液细线的一端朝下 轻轻插入层析液中 随后用棉塞塞紧试管口 注意 不能让滤液细线接触层析液 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 4 14 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 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 因乙醇易挥发有机溶剂 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 吸收可见光 用于光合作用 2 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 叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光 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 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 二 叶绿体的结构 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 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 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 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 巩固练习 蓝绿色 黄绿色 橙黄色 黄色 较慢 较快 最慢 最快 蓝紫光和红光 蓝紫光 2 叶绿体是植物进行光合作用的细胞器 光能的吸收发生在叶绿体的 A 内膜上B 基质中C 类囊体的薄膜上D 各部位上 C 巩固练习 3 用纸层析法能够将叶绿体的四种色素分开的原因是 A 四种色素随层析液在滤纸上扩散速度不同B 四种色素随滤液在滤纸上扩散速度不同C 四种色素随滤液在滤纸条上渗透速度不同D 四种色素随层析液在滤纸条上渗透速度不同 A 4 在叶绿体提取和分离试验中 特别要注意不能让层析液没及滤液细线 原因是 A 滤纸条上的集中色素不能扩散B 色素沿滤纸条的扩散速度太慢 色素分离不明显C 层析液妨碍色素的溶解D 色素被层析液溶解不能向上扩散 D 巩固练习 5 叶绿体是植物进行光合作用的细胞器 下面有关叶绿体的叙述正确的是 A 叶绿体的色素都分布在囊状结构的膜上B 叶绿体的色素分别在外膜和内膜上C 光合作用的酶只分布在叶绿体基质中D 光合作用的酶只分布在外膜 内膜和基粒上 A 6 把绿叶的色素溶液放在自然光源和三棱镜之间 从镜的另一侧观察连续光谱中变暗的主要区域是 A 红光和蓝紫光区B 黄光和蓝紫光区C 绿光和红光区D 黄光和绿光区 A 7 为证实叶绿体有放氧功能 可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验 装片需要给予一定的条件 这些条件是 A 光照 有空气 临时装片中无碳酸氢钠稀溶液B 光照 无空气 临时装片中有碳酸氢钠稀溶液C 黑暗 有空气 临时装片中无碳酸氢钠稀溶液D 黑暗 无空气 临时装片中有碳酸氢钠稀溶液 B 8 下列关于叶绿体中色素的提取和分离实验原理的叙述 正确的是 A 加入少许二氧化硅可防止在研磨时叶绿体中的色素受到破坏B 用无水乙醇将叶绿体中的色素进行分离C 滤纸条上的最上面色素带呈黄绿色D 溶解度越高的色素随层析液在滤纸上扩散越快 D 1 下列关于叶绿素合成和功能的叙述 错误的是 A 光是叶绿素合成的必要条件B 低温抑制叶绿素的合成C 矿质元素影响叶绿素的合成D 提取的叶绿素溶液 给予适宜的温度 光照和CO2 可进行光合作用 2 1880年美国生物学家设计了一个实验研究光合作用的光谱 他将三棱镜产生的光谱投射到丝状的水绵体上 并在水绵的悬液中放入好氧细菌 观察细菌的聚集情况 如图 他得出光合作用在红光区和蓝光区最强这个实验的思路是 A 细菌对不同的光反应不同 细菌聚集多的地方 水绵光合作用强B 好氧细菌聚集多的地方 O2浓度高 水绵光合作用强 则在该种光照射下植物光合作用强C 好氧细菌聚集多的地方 水绵光合作用产生的有机物多 则在该种光照射下植物光合作用强D 聚集的好氧细菌大量消耗光合作用产物 O2 使水绵的光合作用速度加快 则该种光有利于光合作用 3 如图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况 以下说法正确的是 A 提取色素时加入碳酸钙是为了防止滤液挥发B 水稻在收获时节 叶片中色素量的变化是 甲 乙 丙 丁 C 四种色素都能溶解在层析液中 乙色素的溶解度最大D 四种色素中 丙和丁主要吸收红光 4 下图表示光照下叶肉细胞中A B两种细胞器间的气体交换 下列有关此图的叙述正确的是 A 在黑暗中A将停止生理作用B A结构能产生ATP B结构不能产生ATPC 植物正常生长时 B结构产生的O2全部被A结构利用D 夜晚适当降温 能降低A结构的生理功能 白天适当升温 B结构的生理功能提高比A结构更显著 故白天适当升温 夜晚适当降温能增加农作物的产量 5 有关如图所示模拟实验的叙述 正确的是 A 甲和乙都不产生气泡B 甲产生气泡与光有关C 甲和乙都产生气泡 气泡成分不同D 甲和乙都产生气泡 气泡成分相同 三 光合作用的探究历程 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机物 并且释放出氧气的过程 光合作用的概念 光合作用的实质 合成有机物 储存能量 阅读教材 101 102 并回答下列问题 1 英国的普利斯特利的意义和不足之处分别是 3 德国植物学家萨克斯的实验过程及结果证明了什么 4 鲁宾和卡门的同位素标记法的探究实验的过程及所证明的问题是什么 三 光合作用的探究历程 2 荷兰科学家英格豪斯的实验结果是什么 德国科学家梅耶得出了什么结论 1 英国的普利斯特利的意义和不足之处分别是 植物可以更新空气 但没有发现光的作用 2 荷兰科学家英格豪斯的实验结果是什么 德国科学家梅耶得出了什么结论 英格豪斯得出的结果 植物更新空气需要光 并且只有绿叶才有这个功能 梅耶 光能转变为化学能储存起来了 光照 一半暴光 一半遮光 3 德国植物学家萨克斯的实验过程及结果证明了什么 证明了光合作用的产物有淀粉的生成 结果 暴光部分呈深蓝色 遮光部分无颜色变化 实验过程 绿叶 肌饿处理 碘蒸气处理 结论 4 鲁宾和卡门的同位素标记法的探究实验的过程及所证明的问题是什么 实验过程 证明的问题 光合作用释放的氧气来自于水的分解 最后由美国科学家卡尔文利用14C做试验研究 用14C标记的14CO2 供小球藻进行光合作用 然后追踪检测其放射性 最终探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径 这一途径称为卡尔文循环 在1961年获得诺贝尔化学奖 思考与讨论 1 光合作用的原料 产物 场所和条件是什么 其化学反应式是 原料 CO2和H2O 产物 糖类和O2 场所 叶绿体 条件 光酶 光合作用的反应式是 CO2 H2O CH2O O2 2 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学和化学的研究和进展关系很密切 例如 到1785年 由于发现了空气的组成 人们才明确光合作用放出的气体是O2 吸收的是CO2 鲁宾和卡门利用同位素标记法证明光合作用释放的气体O2是来自水 而不是来自CO2 卡尔文用同位素示踪技术探明了CO2中的碳在光和作用中的转化成有机物中碳的途径 4 光合作用化学反应式 5 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 四 光合作用的过程 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 能量 光能 暗反应 C5 固定 2c3 场所 条件 过程 叶绿体基质 酶 多种酶参加催化 物质 能量 ATP中活跃的化学能转化为糖类中稳定的化学能 还原 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 光合作用的第一阶段 必须有光才能进行 光合作用的第二阶段 有没有光都可以进行 光反应和暗反应的比较 场所 条件 物质变化 能量变化 光反应 暗反应 联系 基粒片层结构薄膜 叶绿体基质中 光 色素 酶 水 ADP Pi H ATP 酶 CO2 C5 水的光解 ATP的生成 CO2的固定 C3的还原 光能 ATP中活跃的化学能 ATP中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 1 光反应为暗反应准备了还原剂 H 和能量ATP 2 暗反应为光反应补充消耗掉的ADP和Pi 光反应 H2O 2 H 1 2O2 水的光解 光合磷酸化 暗反应 总结 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 from from from from 6 光合作用的实质 把二氧化碳和水合成糖类等有机物 比较光合作用 呼吸作用 光 色素 酶 H2O和CO2 叶绿体 细胞质基质 线粒体 O2 酶 H2O C6H12O6 无机物转变成有机物 有机物氧化分解成无机物 ATP中活跃化学能 光能 糖类等有机物中稳定化学能 C6H12O6等有机物稳定的化学能 ATP中活跃化学能和热能 合成有机物 储存能量 分解有机物 释放能量 光合作用为呼吸作用提供物质 有机物 O2 呼吸作用为光合作用提供原料 CO2 影响光合作用强度的因素 光照的长短与强弱 光的成分 CO2的浓度 温度的高低 必需矿物质元素 N P Mg 水分等 1 适当提高CO2的浓度 温室大棚 2 增加光照时间和光照强度 3 白天适当增加温度 夜间适当降低温度 4 农作物间距合理 选择适当的光源等 5 合理施肥 提供必要的矿物质元素 6 合理灌溉 提供适当水分 增加农作物产量的几点做法 五 光合作用原理的应用 图中A点含义 B点含义 C点表示 光照强度为0 只进行呼吸作用 光合作用与呼吸作用强度相等 光合作用强度不再随光照强度增强而增强 称为光饱和点 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 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 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 I表示 H为I提供 2 水 H 基质 用作还原剂 还原C3 ATP 光能 光反应 H 和ATP 色素 C5化合物 C3化合物 糖类 暗反应 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 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A