第5章第4节能量之源-光与光合作用

第5章细胞的能量供应和利用 第4节能量之源 光与光合作用 知识体系 捕获光能的色素和结构 绿叶中的色素 叶绿体的结构 光合作用的原理和应用 光合作用的研究历程 光合作用的过程和应用 绿叶中色素的提取和分离 实验讨论 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 有四条 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 叶绿素的含量明显比类胡萝卜素的色带要宽 色带的宽窄代表了它们含量的多少 位置则代表了它们在层析液中的扩散速度 位置越上的扩散速度就越快 实验讨论 2 滤纸上的滤液细线为什么不能触及层析液 如果触及层析液 滤液细线上的色素会溶解到层析液中 绿叶中的色素 胡萝卜素 橙黄色 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 注意 植物不能长期处于无光条件下 叶绿素的形成除了有光照之外 还与镁这种矿质元素有关 没有镁 叶绿素也是形成不了的 叶绿体 外膜 内膜 基质 基粒 由类囊体堆叠而成 吸收光能的四种色素 就分布在类囊体的薄膜上 叶绿体结构 小麦叶片叶绿体 电镜 叶绿体结构示意图 1 膜的堆叠意味着捕获光能机构高度密集 更有效地收集光能 2 膜系统常是酶排列的支架 膜的堆叠易构成代谢的连接带 使代谢高效地进行 类囊体片层堆叠成基粒是高等植物细胞所特有的膜结构 它有利于光合作用的进行 类囊体片层堆叠的生理意义 资料分析 叶绿体的功能 讨论 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 结论 1 氧气是叶绿体释放出来的 叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所2 材料用好氧细菌 水绵利于观察 黑暗环境排除了氧气和光的干扰等3 叶绿体是进行光合作用的场所 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机物 并释放出氧气的过程 光合作用的研究历程 1643年 荷兰科学家凡 海尔蒙特把一棵柳树种到一盆泥土里 只给柳树浇水 但五年后它还是长到了74千克 海尔蒙特认为树的生长只需要水 植物的物质积累来自于水 海尔蒙特的实验示意图 普利斯特利的实验 1771 英国 植物能够更新由于蜡烛燃烧或动物呼吸而变得污浊了的空气 后来的科学实验证明 蜡烛燃烧或动物呼吸排出的二氧化碳是绿色植物光合作用的原料 而光合作用产生的氧 除了满足植物自己呼吸的需要外 还供给了动物 1779年荷兰科学家英格豪斯把带叶的枝条放到水里 阳光下 这些叶子产生氧气 这些叶子在暗处并不产生气泡 植物更新空气需要光 英格豪斯的实验证明了光合作用的条件需要光 把绿色植物放在暗处几小时 然后把一个叶片的一半曝光 另一半遮光 过一段时间后 用碘蒸汽处理叶片 发现遮光的那一半叶片没有发生颜色变化 曝光的那一半叶片则呈蓝色 萨克斯的实验 1864年 德国 说明 光合作用产生淀粉 光合作用的原料有水和二氧化碳 产物有氧气和淀粉 那么光合作用释放的氧气是来自于二氧化碳还是水呢 1939年 美国科学家鲁宾和卡门利用同位素标记法进行探究 证明光合作用释放的氧气来自于水 1948年 美国科学家梅尔文 卡尔文追踪了光合作用过程中二氧化碳中的碳素的变化 从而探明了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 光合作用的反应式 6CO2 12H2 O C6H12O6 6 O2 6H2O 光能 叶绿体 小结 光合作用原料光合作用产物光合作用的场所 复习 光合作用探索历程 植物可以更新空气 只有在光照下只有绿叶才可以更新空气 植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来 绿色叶片光合作用产生淀粉 氧由叶绿体释放出来 叶绿体是光合作用的场所 光合作用释放的O2来自H2O 光合产物中有机物的C来自CO2 光合作用的过程 光反应阶段 必须有光 暗反应阶段 有无光都可以 可见光 色素分子 C5 多种酶 还原 条件 光 色素 酶 场所 物质变化 水的光解 ATP的合成 基粒类囊体薄膜上 光能 1 光反应阶段 吸收 传递和转换光能 能量转变 ATP中活跃的化学能 产物 H O2 ATP 条件 不需光 需多种酶 场所 基质中 物质变化 CO2的固定 C3的还原 ATP中活跃的化学能 2 暗反应阶段 C3 H CH2O C5 酶 ATP ADP Pi 能量转变 有机物中稳定的化学能 产物 CH2O ADP Pi 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 类囊体的薄膜上 叶绿体内基质中 必须有光 有光无光均可 水的光解 ATP的生成 CO2的固定 C3的还原 ATP的水解 光能活跃化能 活跃化能稳定化能 农业生产中 争取单位面积上的优质高产 都直接和光合作用有关 在生产上只有提高光合作用强度 采用合理密植 间作套种以及选择优良品种 才能获得高产稳产 光合作用原理的应用 影响光合作用的因素 外界因素 光强 温度 二氧化碳浓度 内部因素 叶片叶绿素的含量 叶片含水量 叶片的发育阶段 讨论 光合作用有何意义 CO2 O2 光合作用的意义 为一切生物生命活动的进行提供所必需的营养物质 为一切生物生命活动的进行提供所必需的能量 维持大气中氧气和二氧化碳的平衡 总之 从物质转变和能量转变的过程来看 光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢 化能合成作用 2NH3 3O22HNO2 2H2O 能量2HNO2 O22HNO3 能量 能量 硝化细菌的化能合成作用 6CO2 6H2O CH2O 6O2 化能合成作用 通过氧化如氢气 硫化氢 二价铁离子或亚硝酸盐等无机物 夺取无机盐中的电子 通过电子传递链合成ATP和NADPH 再利用ATP和NADPH完成二氧化碳的还原和固定 如 硝化细菌 硫化细菌等 硝化细菌在生活中的应用 硝化细菌放在水族箱中 可以净化水质 将高度性的氨氧化为硝酸盐 成为水草的最佳氮肥 色素 叶绿素 类胡萝卜素 叶绿素a 叶绿素b 叶黄素 胡萝卜素 吸收可见的太阳光 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 知识小结 1 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 片层膜上D 各部位上 C 解析 因为光能的吸收是靠色素来完成的 而色素是分布在叶绿体的类囊体片层膜上 2 在阳光充足的环境中 给绿色植物浇18O标记的水 过一段时间进行分析 18O能在哪儿发现 A 仅在周围的水蒸汽中B 光合作用生成的水中C H 中D 植物释放的氧气和周围的水蒸汽中 D 解析 植物的吸收的H218O在植物体内的去向中 大部分 95 99 通过蒸腾作用散失到周围大气中 有一小部分参加光合作用 能产生18O2并释放到周围大气中 2 将植物栽培在适宜的光照 温度和充足的CO2条件下 1 当CO2浓度突然降至极低水平时 发现植物叶片中的五碳化合物含量突然上升 这是因为缺少时 植物体内五碳化合物不能形成 2 如果在降低CO2浓度的同时 停止光照 则不出现上述五碳化合物含量上升现象 这是因为暗反应所必需的供应不足 使不能形成五碳化合物 解析 在