能量之源—光与光合作用PPT课件

.,1,第四节能量之源光与光合作用,一捕获光能的色素和结构,二光合作用的原理和应用,太阳的光能又是通过什么途径进入植物体内的？,.,2,绿叶中色素的提取和分离1实验原理(1)叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇(或丙酮)中，所以用无水乙醇可提取叶绿体中的色素。(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扩散得快，溶解度低的色素分子随层析液在滤纸条上扩散得慢，因而可用层析液将不同色素进行分离。,.,3,2.实验流程,.,4,.,5,3基本技术要求(1)实验成功的关键叶片要新鲜、颜色要深绿。滤液收集后，要及时用棉塞将试管口塞紧，以免滤液挥发。滤液细线不仅要细、直，而且要含有比较多的色素(可以重复画二至三次)。滤纸上的滤液细线不能浸入层析液中。(2)注意事项制备定性滤纸条时，注意双手尽量不要接触纸面，以免手上的油脂或其它脏物污染滤纸。根据烧杯的高度制备滤纸条，让滤纸条长度高出烧杯1cm，高出的部分做直角弯折。,.,6,画滤液细线时，用力要均匀，速度要适中。研磨要迅速、充分。a.因为无水乙醇容易挥发；b.为了使叶绿体完全破裂，从而能提取较多的色素；c.叶绿素极不稳定，能被活细胞中的叶绿素酶水解而破坏。制备滤纸条时，要将滤纸条的一端剪去两角，这样可以使色素在滤纸条上扩散均匀，便于观察实验结果。,.,7,特别提醒:(1)从色素带的宽度可推知色素含量的多少；(2)从色素带的位置可推知色素在层析液中溶解度大小；(3)在滤纸上距离最近的两条色素带是叶绿素a与叶绿素b，距离最远的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素。,.,8,叶绿体中的色素主要吸收红橙光和蓝紫光,叶片为什么往往是绿色的呢？,.,9,叶绿素中的吸收光谱,0,400,500,600,700nm,50,100,叶绿素b,叶绿素a,.,10,特别提醒:叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，但对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少,对绿光吸收最少。不同颜色温室大棚的光合效率(1)无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明的大棚光合效率最高。(2)色素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低。,.,11,议一议：(1)海洋中藻类有分层现象，与植物中的色素吸收光的颜色有什么关系？(2)在温室内自然光照射基础上，给植物人工补充哪些单色光对增产有利？答案：(1)不同波长的光穿透性不同，不同藻类吸收不同波长的光。(2)红光、蓝紫光属于对植物光合作用最有效的光谱，因此可以补充这两种光达到增产的目的。,.,12,叶绿体的结构,类囊体扩展了受光面积。,.,13,色素的分布与作用1分布：叶绿体中的色素都分布于类囊体的薄膜上。2作用：色素可吸收、传递光能，少数处于特殊状态的叶绿素a可实现光合作用中转化光能。,.,14,1880年，恩格尔曼的实验,隔绝空气,黑暗，用极细光束照射,完全暴露在光下,水绵和好氧细菌的装片,结论：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。光合作用需要光照。,.,15,(3)实验分析本实验设计的巧妙之处在于：选择水绵作实验材料，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌确定O2释放的部位，便于观察。没有空气的黑暗环境排除了O2和光的干扰。设置了对照实验,.,16,实验设计的基本原则,1、对照性原则2、单一变量原则3、等量原则4、科学性原则5、平行重复原则,.,17,（1）种类,空白对照：对照组不做任何实验处理。,自身对照：实验组和对照组在同一研究对象上进行，不再另设对照组。,相互对照：不单独设对照组，而是几个实验组相互对照(即：对比实验）。,条件对照：给对照组施以部分实验变量。（至少要有3组或3组以上）,对照性原则,对照组与实验组的确定,实验组：是接受实验变量处理的对象组。对照组：对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组（让实验变量处在自然状态下）。,.,18,【例2】为验证甲状腺激素能促进蝌蚪发育，将27只同种、同时孵化且大小相同的蝌蚪，随机均分为三组，饲养的水、饲料和温度等培养条件相同且适宜。甲组加入甲状腺激素、乙组加入甲状腺激素抑制剂、丙组不加入药剂。饲养一段时间后，观察生长情况。根据实验对照原则回答下列问题：甲组属于；乙组属于；丙组属于。A实验组B条件对照C自身对照D空白对照,A,B,D,.,19,（条件对照）给对照组部分实验因素，保证除了要研究的变量不同外其他条件完全相同,探究光对燕麦胚芽鞘生长影响的实验,.,20,例题2:证明DNA是遗传物质的肺炎双球菌体外转化实验中，设置以下几组：该实验所研究的实验因素为DNA，故用DNA处理的组为实验组，而蛋白质或多糖虽然是实验所实施的处理因素，但与实验因素（DNA）无关，故组之间形成条件对照，组均为组的对照组；而组（实验组）和组（对照组）之间形成空白对照。,.,21,【例3】下图的甲是在有光条件下绿色植物进行光合作用释放氧气的装置；若要证明植物放氧必须在有光的条件下进行和有光条件下放氧必须有植物参与，则作为甲的对照实验装置分别是：,乙和丙,.,22,（自身对照）在同一实验对象上，实验前（无蔗糖溶液,对照组）与实验后（有蔗糖溶液，实验组）之间的对照,质壁分离和复原实验,质壁分离复原,质壁分离,.,23,例题：植物叶片表皮上分布有大量的气孔，气孔结构如图所示。当组成气孔的细胞（保卫细胞）吸水后，会膨胀变形，气孔开启；反之细胞失水收缩，气孔关闭。请以放置一小段时间的菠菜为材料设计一个实验，证明气孔具有开启和关闭的功能：在此实验中，实验前和实验后，就形成自身对照。,.,24,（相互对照）不单设对照组，而是几个实验组相互对照,不同盐浓度对哺乳动物红细胞的影响研究,.,25,例如：验证植物根对矿质离子有选择吸收的特性把番茄和水稻分别培养在成分相同的培养液中，过一段时间后，测定培养液中各种矿质元素离子浓度的变化，就会发现番茄吸收Ca多，吸收Si少；而水稻吸收Si多，吸收Ca少。以上就是两个实验组的相互对照。,.,26,例题：在研究N、P元素是水体富营养化的因素实验中，设置三组，一组加入N，一组加入P，第三组加入N和P，其中每一组既是实验组，又是对照组。,.,27,3、等量性原则（1）生物材料要相同：即所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等方面特点要尽量相同或至少大致相同。（2）实验器具要相同：即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小、型号、洁净度等要完全一样。（3）实验试剂要相同：即试剂的成分、浓度、体积要相同。尤其要注意体积上等量的问题（4）处理方法要相同：保温或冷却；光照或黑暗；搅拌或振荡都要一致。有时尽管某种处理对对照实验来说，看起来似乎是毫无意义的，但还是要作同样的处理。,.,28,想一想：“叶绿体是高等植物进行光合作用的主要场所”，这句话表述是否确切？答案：不确切。叶绿体不仅含有捕捉光能的4种色素，而且含有多种与光合作用有关的酶，并且具有在光合作用中吸收CO2释放O2的特性。可见，光合作用全过程都在叶绿体内进行。,.,29,光合作用的探究历程,.,30,.,31,1771年（英）普里斯特利的实验,植物可以更新空气；,.,32,1779年，荷兰科学家英格豪斯的实验,发现的实验只有在阳光下绿叶中才能更新气体；1785年，明确绿叶在光下放出的是氧气，吸收的是二氧化碳；1845年，梅耶指出，植物在进行光合作用时，把光能转变成化学能储存起来；,.,33,1864年，萨克斯(德)的实验,（置于暗处几小时）思考：目的是什么？,.,34,.,35,1864年，（德）萨克斯的实验,绿色叶片中光合作用中产生了淀粉；,.,36,20世纪30年代，鲁宾和卡门（美）的同位素标记实验：,结论：光合作用产生的氧气全部来自水，而不是来自CO2。,.,37,光合作用的概念：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。,什么是光合作用呢？,.,38,光合作用的原理和应用,（一）光合作用的过程,CO2+H2O*(CH2O)+O2*,总反应式:,包括两个阶段:,1.光反应,2.暗反应,叶绿体,光,.,39,色素分子,可见光,C5,2C3,ADP+Pi,ATP,2H2O,O2,4H,多种酶,酶,CH2O,CO2,吸收,光解,能,固定,还原,酶,光反应,暗反应,光合作用的过程,.,40,光能转换成电能再变成活跃的化学能（ATP、NADPH中）,活跃的化学能变成稳定的化学能,光反应为暗反应提供NADPH和ATP,暗反应产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料,水的光解2H2O4H+O2合成ATPADP+PiATP,光,酶光能,CO2的固定CO2+C52C3三碳的还原2C3C6H12O6,酶,酶ATPH,过程：光反应阶段和暗反应阶段的比较,.,41,2光合作用过程中，哪些过程需要酶的参与？【提示】光合作用中色素的吸收、传递、转化及水的光解过程中不需要酶的催化，而ATP的形成、CO2的固定、CO2的还原离不开酶的催化。,.,42,1.单因子影响,.,43,.,44,.,45,.,46,.,47,2.多因子影响,.,48,.,49,实验原理：利用真空渗入法排除叶内细胞间隙的空气，充以水分，使叶片沉于水中。在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小，在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮，根据上浮所需的时间长短，即能比较光合作用的强弱。,探究环境因素对光合作用的影响,.,50,.,51,观察与记录,一、不同光照强度对光合作用的影响,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,.,52,光合作用的重要意义,为包括人类在内的几乎所有生物的生存提供了物质来源和能量来源维持大气中氧气和二氧化碳含量的相对稳定促进生物进化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,.,53,化能合成作用,自然界中少数种类的细菌，虽然细胞内没有色素，不能进行光合作用，但是能够利用体外环境中某些无机物释放的能量来制造有机物，这种合成作用，叫做化能合成作用。,进行光合作用和化能合成作用的生物都是自养型生物，而只能利用环境中现成的有机物来维持自身生命活动的生物是异养型生物,.,54,3影响叶绿素合成的因素(1)光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。(2)温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。(3)必需元素：叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶变黄。,.,55,应用指南：(1)应用叶绿体色素吸收光谱的特点设计实验探究植物在哪种颜色的光照下光合效率(产生O2多)高。(2)应用影响叶绿素合成的因素设计实验验证叶绿素合成需要适宜的光照、温度等外界条件。,.,56,1光合作用过程图解2反应式及元素去向(1)氧元素：(2)碳元素：CO2C3(CH2O)(3)氢元素：H2OH(CH2O),.,57,3光照和CO2浓度变化对植物细胞内C3、C5、H、ATP和O2及(CH2O)含量的影响。,.,58,.,59,.,60,.,61,总结如下：,.,62,特别提醒：1、以上各物质含量的变化是在外界条件改变的短时间内发生的，且是相对含量的变化；2、为方便记忆，可总结为：无（弱）光C3多，无碳（CO2浓度低）C3少；C3和C5总为负相关；H、ATP与C5的变化总是呈正相关；3、糖类的合成量在强光、碳高时增多，在弱光、碳少时减少。4、糖类运输受阻时特殊，要单独分析；,.,63,1光合作用与细胞呼吸的区别与联系,.,64,.,65,2.H和ATP的来源、去路的比较,.,66,下图表示高等植物光合作用与呼吸作用过程中物质变化的关系，下列说法正确的有()A2过程消耗的ATP来自1、3、4、5过程产生的ATPB1、2过程在叶绿体中，3、4、5过程在线粒体中进行C1过程产生的H参与2过程，3和4过程产生的H与氧结合产生水D高等植物所有的细胞都可以进行1、2、3、4、5过程,.,67,3.光合速率与呼吸速率的关系：光合作用速率与呼吸作用速率的表示(1)呼吸速率的表示方法：植物置于黑暗环境中，测定实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。(2)净光合速率和真正光合速率净光合速率：常用一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示；真正光合速率：常用一定时间内O2产生量、CO2固定量或有机物产生量表示。,.,68,议一议：什么叫光合速率？它分为几种类型，关系如何？答案：光合速率或称光合强度是指一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行光合作用的量(如释放多少氧，消耗多少CO2)。它分为净光合速率和真正光合速率两种类型，在光照条件下，人们测得的CO2吸收量是植物从外界环境吸收的CO2总量，叫净光合速率。真正光合速率是指植物在光照条件下，植物从外界环境中吸收的CO2的量，加上呼吸作用释放的CO2的量，即植物实际同化的CO2的量。净光合速率小于真正光合速率。真正光合速率净光合速率呼吸速率,.,69,绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率(A点)。绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。,.,70,真正光合速率净光合速率呼吸速率。关系式用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：A光合作用产氧量氧气释放量细胞呼吸耗氧量B光合作用固定CO2量CO2吸收量细胞呼吸释放CO2量C光合作用葡萄糖产生量葡萄糖积累量(增重部分)细胞呼吸消耗葡萄糖量,光合作用反应式：6CO212H2OC6H12O66O26H2O,呼吸作用反应式：有氧：C6H12O66O26H2O6CO212H2O无氧：C6H12O62C2H5OH2CO2(植物),.,71,特别提醒:植物所有的生活过程都受温度的影响。在一定的温度范围内，提高温度可以提高酶的活性，加快反应速度。但是温度对光合作用和呼吸作用的影响不同(如图所示)，所以植物净光合作用的最适温度不一定就是植物体内酶的最适温度。,.,72,例3将某一绿色植物置于密闭的玻璃容器内，在一定条件下不给光照，CO2的含量每小时增加8mg，给予充足光照后，容器内CO2的含量每小时减少36mg，请回答：（1）比较在上述条件下，光照时呼吸作用的强度与黑暗时呼吸作用的强度差是mg。（2）在光照时，该植物每小时葡萄糖净生产量是mg。（3）若一昼夜中先光照4小时，接着放置在黑暗情况下20小时，该植物体内有机物含量变化是（填增加或减少）。（4）若要使这株植物有更多的有机物积累，你认为可采取的措施是:。,0,24.5,减少,延长光照时间；降低夜间温度；增加CO2浓度。,.,73,5将状况相同的某种绿叶分成四等组，在不同温度下分别暗处理1h，再光照1h(光强相同)，测其重量变化，得到如下表的数据。可以得出的结论是A该植物光合作用的最适温度约是27B该植物呼吸作用的最适温度约是29C2729下的净光合速率相等D30下的真正光合速率为2mg/h,B,.,74,【例2】下图中甲、乙是改变光照和CO2浓度后，与光合作用有关的C3和C5在细胞内变化曲线，丙图是实验前在溶液中加入了破损外膜和内膜的叶绿体及一定量ATP和H，然后分连续的、两个阶段进行的实验，请回答有关问题：(1)甲图中曲线a表示的化合物是_(2)乙图中曲线b表示的化合物是_(3)在丙图中，除葡萄糖外，阶段积累的物质主要有_。,C3,C5,C3、ADP和Pi,.,75,【例题1】测定植物光合作用的速率，最简单有效的方法是测定：A.植物体内葡萄糖的氧化量B.植物体内叶绿体的含量C.二氧化碳的消耗量D.植物体内水的消耗量,【例题2】如果做一个实验测定藻类植物是否完成光反应,最好是检测其:A.葡萄糖的形成B.淀粉的形成C.氧气的释放D.CO2的吸收量,.,76,练一练,1、光合作用中光反应阶段为暗反应阶段提供了（）AO2和C3化合物B叶绿体色素CH20和O2DH和ATP,D,.,77,2、在光合作用的暗反应过程中，没有被消耗掉的是（