光合作用课件

第4节能量之源-光与光合作用,为什么有些植物的叶片不是绿色的?,为什么有些植物的叶片在不同时期颜色不同呢？,思考？,一、捕获光能的色素和结构,二、光合作用的原理和应用,光合作用过程演示,叶绿体中色素的提取和分离,【实验】,（一、）实验原理1.叶绿体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。,绿叶中色素的提取和分离,（二）操作步骤：,提取色素,制备滤纸条,画滤液细线,分离色素,观察与记录,实验,（二）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，防止镁从叶绿素分子中移出)与10ml无水乙醇。在研钵中快速研磨。将研磨液进行过滤。,1提取色素,2制备滤纸条,方法与步骤,3画滤液细线,方法与步骤,方法与步骤,4分离色素,方法与步骤,4分离色素,讨论：1、实验中无水乙醇和层析液的用途是什么？2、叶绿体中的色素有哪几种？分布情况是怎样的？,（二）提取和分离叶绿体中的色素,胡萝卜素,叶黄素,叶绿素a,叶绿素b,（二）叶绿体中的色素,5观察和记录,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？,2020/6/6,14,胡萝卜素（橙黄色）,证明了色素的种类和颜色,I.捕获光能的色素,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.因丙酮和层析液都是易挥发且有一定毒性的有机溶剂，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。,II、色素的吸收光谱,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,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主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶红素主要吸收蓝紫光。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：,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罗卜素，而使类胡罗卜素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色,由于叶绿素比类胡罗卜素易受到低温的破坏，秋季低温使叶绿素大量破坏，而使类胡罗卜素的颜色显示出来,问题：这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位？,叶片中的叶肉细胞,绿叶,回顾,叶肉细胞亚显微结构模式图,叶绿体亚显微结构模式图,2020/6/6,1.下列标号各代表：_2.在上分布有光合作用所需的_和，在中也分布有光合作用所需的。,基质,酶,外膜,内膜,类囊体膜,基粒,色素,酶,6,_,结论：,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,它内部巨大的膜表面上，不仅分布着吸收光能的色素分子，还有光合作用所需的酶。,恩吉尔曼实验设计有哪些巧妙之处？,选材：水绵具有细长的带状叶绿体，易于观察现象。好氧细菌的利用，准确显示出氧气产生的部位。,设计：黑暗无空气的设计,进行黑暗和曝光的对比实验。,极细光线的入射；,为了排除实验前环境中光线和氧的影响，确保实验的准确性。,能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；,证明了实验结果完全是光照引起的，并且氧是由叶绿体释放出来的。,小结,色素主要分布于叶绿体的类囊体膜上,二、光合作用的原理和应用,五年后,1648年，海尔蒙特(J.B.vanHelmont),柳树增重74.47kg土壤减少0.06kg,水分是建造植物体的唯一原料,1.光合作用的探究历程：,2.5Kg,思考:该实验设计有什么缺陷?,缺乏对照实验,没有考虑空气的影响.,1771年（英）普里斯特利的实验,植物可以更新空气；,现象：,蜡烛熄灭。,现象：,蜡烛持续燃烧。,现象：,小鼠死亡。,现象：,小鼠存活。,结论：,植物能够净化因燃烧或呼吸而变混浊的空气。,思考:该实验有时成功,有时失败,为什么?,有时可能是在无光条件下做的,因为无光时植物不进行光合作用,只有细胞呼吸,所以没有氧气释放,而是释放CO2,所以实验失败.,1779年，荷兰科学家英格豪斯的实验:在一密闭的玻璃钟罩内,同时放有盆栽植物和活小鼠,放在光照条件下,一段时间后,小鼠不死.且放入点燃的蜡烛也不灭.在另一密闭的玻璃钟罩内,同时放有盆载植物和活小鼠,放在黑暗中,一段时间后,小鼠死亡.且放入点燃的蜡烛立即熄灭.重复500多次.,英格豪斯的实验设计与前人相比,改进在什么地方?,设计了对照实验;,控制单一变量(即唯一自变量),对实验过程进行重复,1785年，明确绿叶在光下放出的是氧气，吸收的是二氧化碳；(拉瓦锡Laroisier,A.L.）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；,1785年的结论是在什么基础上提出的?,梅耶得出这个结论的依据是什么?,在发现了空气的组成的基础上提出的.,依据是”能量的转换和守恒定律”,现象：,1864年德国科学家萨克斯,未遮光部分变成蓝色。,（置于暗处几小时）思考：目的是什么？,绿色叶片中光合作用中产生了淀粉；,萨克斯的实验目的是什么?,为什么让叶片一半曝光,另一半遮光呢?,为了验证光合作用的产物是什么,一半遮光一半曝光,是为了进行对照,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。,2、第二组向同种绿色植物提供H218O和CO2,1、第一组向绿色植物提供C18O2和H2O。,C18O2+H2O,CO2+H218O,O2,18O2,光合作用释放的O2全部来自于H2O,用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2,使它分别成为H218O和C18O2。进行两组光合作用的实验：,20世纪40年代，卡尔文(M.Calvin),用14C标记的CO2供小球藻实验，追踪检测其放射性。探明CO2中的C的转移途径。,卡尔文循环：CO2C3(CH2O),鲁宾、卡门、卡尔文等人采用了什么先进方法来进行实验?,同位素标记法,讨论一:从人类对光合作用的探究历程来看,生物学的发展与物理和化学有什么联系?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CO2,这个事实说明生物学的发展与化学领域的研究密切相关.又如:基于核科学的进展,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H2O,而不来自CO2.这些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有巨大的推动作用.,讨论二:分析人类对光合作用的探究历程,你还有哪些感悟?,许多科学家为了研究光合作用进行了辛勤的探索,他们不断地探索研究,从不言弃,坚持到底,这种献身科学的精神值得我们学习.,使我们体验到了科学探究的一般过程是:通过观察、发现问题提出问题、进行假设指定计划、设计实验观察实验、获取证据检验假设、得出结论,科学家所设计的实验不仅有整体的设想、清晰的思路和操作的可行性,而且他们的实验都遵循了对照性原则、控制变量原则、重复性原则等原则,这些科学实验方法都是值得我们借鉴的.,2.光合作用的过程,2.光合作用的过程,光反应,暗反应,划分依据:反应过程是否需要光能,H2O,类囊体膜,酶,(1).光反应阶段,酶,光、,色素、,叶绿体内的类囊体膜上,水的光解：,（还原剂）,ATP的合成：,光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中,CO2,糖类,五碳化合物C5,蛋白质,脂质,CO2的固定,三碳化合物2C3,C3的还原,基质多种酶,(2).暗反应阶段,CO2的固定：,C3的还原：,叶绿体的基质中,多种酶、,H、ATP,3.光合作用的总反应式：,CO2+H2O,叶绿体,光能,糖类,(CH2O)+O2,需要光,不需要光,基粒的类囊体薄膜上,基质中,水的光解；ATP的合成,CO2的固定；C3的还原,ATP中活跃化学能,ATP中活跃化学能,光能,有机物中稳定化学能,光反应为暗反应提供H和ATP，,暗反应为光反应提供ADP和Pi。,是两个相互独立、相互制约又密切联系的过程.,光反应和暗反应关系的比较:,需要色素、酶,需要酶、H、ATP,三.化能合成作用：,原理：还原CO2所需要的ATP和H是通过氧化无机物NH4+、NO2-、H2S、SO、H2、Fe2+等而获得的。,化能自养类型：硝化细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌等,NH3+O2HNO2+H2O+能量HN02+O2HNO3+能量C02+H2O(CH2O)+O2,2HNO2O2,硝化细菌,2HNO3能量,2NH33O2,硝化细菌,2HNO22H2O能量,硝化细菌,CO2H2O,（CH2O）O2,硝化细菌的化能合成作用过程:,化能合成作用,B,1、在光合作用的暗反应过程中，没有被消耗掉的是A、HB、C5化合物C、ATPD、CO22、与光合作用光反应有关的是H2OATPADPCO2A.B.C.D.,A,3.将植物栽培在适宜的光照、温度和充足的CO2条件下。如果将环境中CO2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4.光合作用过程中,产生ADP和消耗ADP的部位在叶绿体中依次为外膜内膜基质类囊体膜ABCD,C,B,5.在光照充足的环境里,将黑藻放入含有18O的水中,过一段时间后，分析18O放射性标记,最先A.在植物体内的葡萄糖中发现B.在植物体内的淀粉中发现C.在植物体内的淀粉、脂肪、蛋白质中均可发现D.在植物体周围的空气中发现,D,6.在光合作用过程中，能量的转移途径是A.光能ATP叶绿素葡萄糖B.光能叶绿素ATP葡萄糖C.光能叶绿素CO2葡萄糖D.光能ATPCO2葡萄糖,将一株经过饥饿处理（放在暗处24小时）的植物，先放在有光但无CO2的环境中，一段时间后，再移到无光但有CO2的环境中，发现其生成有机物的量如下图所示。请分析说明：,(1)AB段由于缺乏CO2，使光合作用的_不能进行，因此不能合成有机物。(2)BD段无光照，则光合作用的_不能进行，但由于在AB段植株中积累了一定量的_，为有机物的产生提供了一定的物质条件，故BC段可以合成一定的有机物。(3)在BC段中，每生成一个葡萄糖分子，就要消,暗反应,光反应,NADPH和ATP,耗_分子CO2。(4)如果在BC段，适当降低环境的温度后，发生的现象用曲线表示在图上。,6,4.光合作用原理的实际应用,光合作用效率,1、光照强度,3、CO2浓度,4、矿质元素(合理施肥),5、水（合理灌溉）,2、温度,影响光合作用效率的因素,光照强度,真正光合速率=净光合速率+呼吸速率,a,b,c,轮作：延长光合作用时间,间作、套种、合理密植：增加光合作用面积,合理利用光能,温度,光合作用是在酶的催化下进行的，温度直接影响酶的活性。一般植物在1035下正常进行光合作用。,CO2浓度,b:CO2的补偿点,c:CO2的饱和点,ab:CO2太低，农作物消耗光合产物；bc:随CO2的浓度增加，光合作用强度增强；cd:CO2浓度再增加，光合作用强度保持不变；de:CO2浓度超过一定限度，将引起原生质体中毒或气孔关闭，抑制光合作用。,a,b,c,d,e,必需矿质元素：,矿质元素会直接或间接影响光合作用。氮是催化光合作用中各种酶及H和ATP的重要组成成分,磷是H和ATP的重要组成成分，N、Mg、Fe、Mn等是叶绿素生物合成所必需的元素。糖类的合成和运输都需要K，P在维持叶绿体膜的结构和功能上起重要作用。,水：,水既是光合作用的原料,又是体内各种化学反应的介质。另外,缺水时使气孔关闭，影响CO2进入植物体,使光合作用速率下降，所以水对光合作用影响很大。,延长光合作用时间,增加光合作用面积,光能利用率,光合作用效率,(轮作),(合理密植：间种、套种),1、控制光照强度,2、适当补充CO2,3、适宜的温度,4、矿质元素（合理施肥）,5、水（合理灌溉）,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，而在细胞间积累，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,1、取3只小烧杯，分别倒入20ml富含二氧化碳的清水（事先可用口通过玻璃管向清水内吹气）2、分别向只小烧杯中各放入片小圆形叶片，然后分别对这个实验装置进行强、中、弱三种光照（盏台灯分别向个实验装置照射，光照强弱可通过调节台灯与实验装置间的距离来决定）。3、观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量,观察与记录,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,5.光合作用与呼吸作用的区别：,6.叶绿体和线粒体：,都是双层膜都有基粒和酶都有增大膜面积的结构都有少量的DNA和RNA都与能量转换有关都是半自主复制细胞器,延长光合作用时间增加光合作用面积,增加光能利用率,提高光合作用效率,控制光照强弱控制光质控制温度控制CO2供应控制必需矿质元素供应控制H2O供应,提高复种指数（轮作）温室中人工光照,合理密植间作套种,通风透光在温室中施有机肥，使用CO2发生器,阴生植物阳生植物,提高农作物产量的措施,红光和蓝紫光,适时适量施肥,合理灌溉,保持昼夜