第4节 能量之源——光与光合作用.ppt

新课导入,大约40亿年前地球上产生了最原始的生命。那时大气中并没有氧气，随着时间的推移，一些光能自养细菌和绿色植物的出现，空气中才逐渐有了氧气。那么，氧气到底是如何产生的？,生命诞生前的地球,通过上节课的学习我们已经知道，繁衍进化至今，大部分生物产生能量的主要方式都是有氧呼吸。每时每刻都有大量氧气被消耗，并产生大量二氧化碳。但是大气中的氧气和二氧化碳却始终保持着一个稳定的含量。这是为什么？,地球上能量的最终来源是太阳能，那么，看得见摸不着的太阳能是怎么转化成能被生物利用的化学能并储存在有机物中的呢？,第4节能量之源光与光合作用,一、捕获光能的色素和结构,二、光合作用的探究历程,三、光合作用的原理和应用,四、化能合成作用,教学目标,知识目标,1.说出绿叶中色素的种类和作用。2.说出叶绿体的结构和功能。3.说明光合作用以及对它的认识过程。4.尝试探究影响光合作用强度的环境因素。5.说出光合作用原理的应用。6.简述化能合成作用。,能力目标,1.通过实验，提高动手操作能力。2.通过研究式学习，尝试运用科学家的科学思维和科学方法，培养学生初步研究能力和运用相关学科知识解决生物学问题的能力，能够完成一份描述准确、过程科学的实验方案。3.通过光合作用的过程和原理的应用实例，培养理论联系实际的能力。,情感态度与价值观目标,1.培养对生物现象探究的欲望和兴趣。2.借助光合作用的物质和结构及动态变化全过程的分析，形成普遍联系、运动变化、内因与外因等辨证唯物主义观点和结构与功能相统一的观点。3.通过科学家研究光合作用光反应以及暗反应的科研成果的介绍，使学生确立热爱科学，献身科学的精神和科学态度。,重点,教学重难点,1.绿叶中色素的种类和作用。2.光合作用的发现及研究历史。3.光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系。4.影响光合作用强度的环境因素。,难点,1.光反应和暗反应的过程。2.探究影响光合作用强度的环境因素。,有些蔬菜大棚用红色或蓝色的塑料薄膜代替普通塑料薄膜，有的温室内悬挂发红色或蓝色的灯管。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？,答案：1、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。,一、捕获光能的色素和结构,呈绿色是因为叶子中含色素，到了秋天叶子变黄，说明所含的色素很可能不止一种。,为什么春夏两季植物的叶子翠绿醉人，而深秋树叶则金黄斑斓呢？,绿叶中会有哪些种类的色素呢？它们分别是什么颜色的？各种色素在绿叶的含量相同吗？,有些植物，如玉米、紫茉莉有时会出现不含色素的白化苗，种子中贮存的养分耗尽后就会逐渐死亡。这说明白化苗不能进行光合作用。光合作用与细胞中的色素有关。,1、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）下列试剂的作用是什么？,（2）过滤研磨液时，能否用滤纸过滤？为什么？,不能。因为滤纸会将部分滤液吸收掉，得不到足够的滤液。,（4）收集到试管中的滤液，为什么要用棉塞塞严管口？,（3）为什么要将定性滤纸减去两角？,剪去两角，目的是防止两边色素在滤纸条上扩散过快，不均匀，便于观察实验结果。,防止溶解色素的无水乙醇挥发。,因为色素会溶解于层析液中，而不会沿层析液向上扩散、分离，这会使实验效果极差，甚至不发生分离，导致实验无效。,（5）分离色素时，为什么不能让滤液细线触及层析液？,（6）滤纸条上的滤液细线经层析后，形成四条色素带，在滤纸条上的相对位置如下图，产生这种现象的原因是什么？,四种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的色素随层析液在滤纸上扩散快，反之则慢。四种色素带的宽窄不同，是因为色素含量不同的缘故。,实验结果分析：,叶绿素a和b在蓝光和红光部分都有很高的吸收峰，叶绿体中的胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射，故叶片呈绿色。,对色素进行色谱分析，可得出下图所示曲线：,根据上述科学原理，在需要人工补充光照的温室和塑料大棚中栽培农作物时，就可以根据所需要的光合作用产物类型，来选择适合的光源以及玻璃或塑料薄膜。例如，冷光镝灯的光谱成分接近于太阳光，且辐射出的热能比较少，是一种比较好的人工光源；氙灯的可见光部分也近似于太阳光，但其紫外线和红外线则比太阳光的多，使用时应隔以玻璃或水层。相比之下，日光灯的蓝紫光和绿光比太阳光的多而红光比太阳光的少；普通的白炽灯则蓝紫光比太阳光的少而红外光比太阳光多。科学家通过实验还发现，蓝色塑料薄膜育秧时有壮秧的效果，这一结果现已在不少地区的水稻育秧生产中得到应用。,由于叶绿素含量约占总量的四分之三，而类胡萝卜素仅占四分之一，所以通常植物的叶子总是翠绿醉人的。这是由于叶绿素掩盖了类胡萝卜素颜色的缘故。但是，叶绿素很容易被破坏。秋天叶绿素会因为“忍受”不了气温下降等因素的影响而分解消失；胡萝卜素和叶黄素则比较稳定，终于在没有叶绿素干扰时“重见天日”。,小知识,叶绿素是否均匀分布于整个植物细胞呢,1865年，德国科学家萨克斯发现叶绿素仅存在于细胞中更小的结构里。后来人们称之为叶绿体。,2、叶绿体的结构和功能,（1）叶绿体的结构：,基粒由两个以上的类囊体组成，捕获光能的色素分布在类囊体的薄膜上。,基粒和类囊体大大扩大了受光面积，在巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子。,叶绿体主要分布在绿色植物的叶肉细胞，一般呈扁平的椭球形或球形。,在基粒和基质中还有许多进行光合作用所必需的酶。,特,点,（2）实验：探究叶绿体的功能,1880年，美国科学家恩格尔曼设计了一个巧妙的实验。,实验材料：水绵、好氧细菌，置于隔绝空气的环境中；,暗中极细光束照射,光下,恩格尔曼实验的结论是什么？,恩格尔曼的实验方法有什么巧妙之处？,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。,实验材料选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可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；临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。,（1）叶绿体具有双层膜，可以控制物质进出。（2）叶绿体基质中分布有几个到几十个由类囊体垛叠而成的基粒，增大了叶绿体内的膜面积，利于化学反应的进行。（3）叶绿体基粒分布有进行光合作用必需的色素和酶，为光合作用的进行做好了物质上的准备。,为什么说叶绿体的结构是与它进行光合作用这一功能相适应的？,恩格尔曼的第二个实验,透过三棱镜照射水绵临时装片，发现好氧细菌聚集在红光和蓝光区域。,这说明了叶绿体主要吸收红光和蓝光用于光合作用，放出氧气。,二、光合作用的探究历程,我们现在已经知道，光合作用是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。,这一个看似简单的光合反应过程，却是科学家经过几个世纪的不懈研究才得到的。,一株幼苗长成大树，体内要积累很多营养物质。,古希腊著名哲学家亚里士多德认为“植物生活在土壤中，植物生长发育所需的物质完全来自土壤”。,来源？,只浇水5年后-,柳树2.3kg土90.8kg,1、最早研究光合作用的比利时科学家范海尔蒙特，于1648年首次探究植物生长所需要的营养来源。,探究历程,栽培柳树实验,柳树76.7kg土90.7kg,通过实验，他认为植物生长所需要的养料主要来自水，而不是土壤。,2、1771年，英国普利斯特利的气体交换实验。,结论：植物可以更新空气。但当时普利斯特莱的实验有时成功，有时却失败，普利斯特莱当时也不知道是为什么。,3、1779年，荷兰植物生理学家扬英格豪斯找到了普利斯特莱实验有时失败的原因。他发现密封大玻璃罩中的植物需要在有光照射并且叶片绿色时才可以更新空气，如果普利斯特莱进行上述实验时没有给密封大玻璃罩中的植物提供足够的光照，实验就不可能成功。,直到1785年，人们才确定植物更新的空气成分是氧气。,1845年德国科学家梅耶指出，光合作用中，光能转换成了化学能并储存在植物体内，但不知道是储存在哪种物质中。,酒精脱色,4、1864年，德国植物学家萨克斯的实验。,结论：绿色叶片中光合作用中产生了淀粉。,置于暗处一昼夜光照,碘液染色,思考：置于暗处一昼夜的目的是什么？,5、为了探究光合作用释放的氧气来自于水还是二氧化碳，20世纪30年代，美国科学家鲁宾和卡门设计了同位素标记实验：,结论：光合作用产生的氧气全部来自H2O，而不是来自CO2。,光照下的小球藻悬液,6、为探究光合作用中有机物的合成过程，美国科学家卡尔文用14C标记的14CO2探明了CO2中的C元素在光合作用中的转化途径。称卡尔文循环。,讨论,从人类对光合作用探究历程来看，生物学的发展与物理化学有什么联系？与技术进步有什么联系？,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。,光合作用-能量进入生物圈的枢纽,三、光合作用的原理和应用,1、光合作用总反应式：,（1）光反应阶段：是光合作用第一阶段，在类囊体膜上并且有光的条件下才能进行。,光反应,H2O2H+1/2O2,水的光解,光合磷酸化（ATP形成）,形成的ATP和H参与第二阶段的反应。,在叶绿体中进行的光合作用，可以分为两个阶段：,2、光合作用的反应阶段：,（2）暗反应阶段：光合作用中第二个阶段的化学反应，有没有光都可以进行，称暗反应阶段，在叶绿体基质中进行。,暗反应,CO2的还原,CO2的固定,第二阶段不需要光的直接参与，是二氧化碳转变为糖的过程。在以前这一过程称为暗反应，但现代研究表明这种说法并不正确，应该称为碳反应。因为在黑暗环境中，碳反应只能进行极短暂的时间，只有在有光的条件下碳反应才能持续不断地进行，并且光反应中的许多反应也不需要光的参与。,光合作用的全过程：,光反应过程,暗反应过程,结论：在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增强而增强。,结果记录：,四、化能合成作用,1、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。,（1）光能自养生物,能以简单的无机物作为营养物质进行生活、繁殖的生物，称为自养型生物。,（2）化能自养生物,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。这种合成作用称化能合成作用，如硝化细菌。,2、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。,课堂小结,1、光合色素,叶绿体结构,外膜,内膜,基粒：类囊体堆叠而成，光反应场所，含色素，酶；,基质：暗反应进程的场所，含各种光合作用所需的酶。,2、光合作用探索历程,光合作用,营养方式,自养,异养,光能自养型：光合作用,化能自养型：化能合成作用,(2008广东)关于叶肉细胞在光照条件下产生ATP的描述，正确的是()A.无氧条件下，光合作用是细胞ATP的唯一来源B.有氧条件下，线粒体、叶绿体和细胞质基质都能产生ATPC.线粒体和叶绿体合成ATP都依赖氧D.细胞质中消耗的ATP均来源于线粒体和叶绿体,高考链接,B,解析：无氧条件下，光合作用不是细胞ATP的唯一来源，还有无氧呼吸；线粒体和叶绿体合成ATP依赖氧、叶绿体合成ATP不依赖氧；细胞质中消耗的ATP来源于细胞质基质、线粒体和叶绿体。,（2008江苏）下列关于叶绿体和光合作用的描述中，正确的是（）A.叶片反射绿光故呈绿色，因此日光中绿光透过叶绿体的比例最小B.叶绿体的类囊体膜上含有自身光合作用所需的各种色素C.光照下叶绿体中的ATP主要是由光合作用合成的糖经有氧呼吸产生的D.光合作用强烈时，暗反应过程直接将3个CO2分子合成一个三碳化合物,B,解析：叶绿体中的色素不能吸收绿光，其他颜色的光吸收率都比绿光高，因此绿色叶片反射和透射的绿光都最多，A错；叶绿体中的ATP主要是光反应中伴随光能的转化形成的，C错；无论光合作用强度如何，三碳化合物都是由一分子二氧化碳和一分子五碳化合物结合形成的，D错。,(2008海南)关于叶绿体色素在光合作用过程作用的描述，错误的是（）A.叶绿体色素与ATP的合成有关B.叶绿体色素参与ATP的分解C.叶绿体色素与O2和H的形成有关D.叶绿体色素能吸收和传递光能,B,解析：叶绿体中色素分为两类：一类具有吸收和传递光能的作用，包括大多数叶绿素a，以及全部的叶绿素b，胡萝卜素和叶黄素；另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a，这种叶绿素不仅能够吸收光能，还能使光能转化为电能；转化为电能后通过电子传递体传递给ADP、NADP+,从而形成了储存了活跃化学能的ATP和NADPH(H)，并且水失去电子，氧被氧化成氧分子；光合作用中只有暗反应才使ATP分解，不需要光反应中色素的参与。,课堂练习,1.在做植物实验的暗室中，为了尽可地降低植物光合作用的强度，最好安装（）A.红光灯B.紫光灯C.白炽灯D.绿光灯,2.把新鲜叶绿素溶液放在光源与分光镜之间，可以看到光谱中最强的吸收区（）A.绿光部分B.红光和蓝紫光部分C.蓝紫光部分D.黄橙光部分,D,B,3.叶绿体的色素能够在滤纸上分离的原因是（）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彼此分开C.滤纸对各种色素的吸附力不同D.层析液使色素溶解并彼此分离的扩散速度不同,4.叶绿素不溶于（）A.水B.石油醚C.无水乙醇D.苯,D,A,5.纸层析法分离叶绿体色素时，滤纸条下端第二条的色素名称和颜色分别是（）A.叶绿素a、蓝绿色B.叶绿素b、黄绿色C.胡萝卜素、橙黄色D.叶黄素、黄色,A,6.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.叶绿体中的色素都分布在囊状结构的膜上B.叶绿体中的色素分布在外膜和内膜上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,7.在正常条件下进行光合作用的植物，当突然改变某条件后，发现叶肉细胞内三碳化合物的含量突然上升，则改变的条件是（）A.停止光照B.停止光照并降低CO2的浓度C.升高CO2的浓度D.降低CO2的浓度,A,8.绿色植物和硝化细菌细胞的分解代谢和合成类型分别是（）有氧呼吸无氧呼吸光合作用化能合成作用A.，B.，C.，D.，,B,9.在圆形滤纸的中央滴上叶绿体的色素滤液进行色素分离，要看到近似同心环状的四个色素圈，排列在最外圈的一个呈（）A.蓝绿色B.黄绿色C.黄色D.橙黄色,10.生长于较弱光照下的植物，提高CO2浓度光合作用并未随之增强，主要限制因素是（）A.呼吸作用和暗反应B.光反应C.暗反应D.呼吸作用,D,B,11.对某植株作如下处理：（甲）持续光照10min，（乙）光照5s再黑暗处理5s，连续交替进行