第4节能量之源教案

1、第4节 能量之源-光与光合作用1、概念：光合作用：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,并释放出氧气过程。2、实验：绿叶中色素的提取和分离、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)不同的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分离。、实验操作流程及结论：、绿叶中色素的提取和分离实验结果详细分析：、实验中的注意事项及操作目的过程注意事项操作目的提取色素(1)选新鲜绿色的叶片使滤液中色素含量高(2)研

2、磨时加无水乙醇溶解色素(3)加少量SiO2和CaCO3研磨充分和保护色素(4)迅速、充分研磨防止乙醇挥发，充分溶解色素(5)盛放滤液的试管管口加棉塞防止乙醇挥发和色素氧化分离色素(1)滤纸预先干燥处理使层析液在滤纸上快速扩散(2)滤液细线要直、细、匀使分离出的色素带平整不重叠(3)滤液细线干燥后再画两次使分离出的色素带清晰分明(4)滤液细线不触及层析液防止色素直接溶解到层析液中、问题归纳：A、过滤色素提取液时为什么不用滤纸？因为滤纸对色素有吸附作用，应用单层尼龙布过滤。B、制备的滤纸条为什么要剪去两角？防止层析液（色素）在滤纸条的两侧扩散速度过快，剪去两角后可使层析出的色素带呈直带状，实验效果

3、好。C、画滤液细线时为什么要重复画23次？增加滤液细线上的色素量，是层析出的各条色素带颜色深，实验效果更加明显。D、层析时为什么要用棉塞塞紧试管口？防止层析液挥发，毒害实验者使试管内层析液蒸汽达到饱和，利于层析实验拓展应用A、利用色素等能溶解在有机溶剂中的特点可以解决以下问题： 利用无水乙醇或汽油洗去衣物上被绿叶污染的斑点和油污；利用有机溶剂提取花生等油料作物中的脂肪。B、将长形滤纸条换成圆形滤纸观察层析实验结果C、设计实验探究用其他有机溶剂提取绿叶中的色素效果是否比无水乙醇好不同颜色温室大棚的光合效率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

4、棚光合效率最高;叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低。色素与吸收的光谱图示仅表明叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量较大，对黄绿光区的吸收量较少，并非不吸收；而类胡萝卜素的曲线也仅表示对蓝紫光的吸收量较大，对其他光吸收量较少。3、叶绿体结构示意图4、捕获光能的色素和结构提示 (1)叶绿体和液泡中都有色素，但只有叶绿体中的色素参与光能的捕获。(2)叶绿体中的色素只存在于光反应部位叶绿体类囊体的薄膜上，与光合作用有关的酶存在于两个部位叶绿体类囊体的薄膜上和基质中。知识拓展：植物叶中色素的化学性质与叶色的关系色素种类叶绿素a叶绿素b胡萝卜素叶黄素分子式C55H72O5N4MgC55H70O6N

5、4MgC40H56C40H56O2化学性质四种色素都不溶于水，而溶于酒精、丙酮，石油醚等有机溶剂中叶绿素的化学性质没有类胡萝卜素稳定，叶绿素的合成易受光照、温度和Mg的影响，这些条件对类胡萝卜素影响小植物叶色正常绿色正常叶子的叶绿素和类胡萝卜素的分子比例为3：1，所以正常叶片总是呈现绿色叶色变黄寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，显示出类胡萝卜素的颜色，叶子变黄叶色变红秋天降温时，植物体为适应寒冷，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶子呈现红色5、光合作用的探究历程：、2000多年前 亚里士多德 认为“植物是由土壤汁构成”，即植物生长所需物质全

6、部来自土壤。、 结论：植物更新空气缺点：缺乏对照组(记录时漏掉了实验在阳光下进行这一重要条件，后来英格豪斯为其纠正)、1864年萨克斯实验提前暗处理消耗掉叶片中原有的淀粉，避免干扰 、1880年恩格尔曼实验实验组：极细光束照射处的叶绿体对照组：黑暗处的叶绿体和完全曝光的叶绿体恩格尔曼实验方法的巧妙之处：(1)实验材料选得妙：用水绵作为实验材料。水绵不仅具有细而长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中，便于观察和分析研究。(2)排除干扰的方法妙：实验成功的关键之一在于控制无关变量和减少额外变量，恩格尔曼将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了环境中光线和氧的影响，从而确保实验能够正常

7、进行。(3)观测指标设计得妙：通过好氧细菌的分布进行检测，从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位。(4)实验对照设计得妙：进行黑暗(局部光照)和曝光的对比实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。、20世纪30年代鲁宾、卡门实验实验方法：同位素标记示踪法同位素标记法：放射性同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用放射性同位素标记的化合物，化学性质不会改变。科学家通过追踪放射性同位素标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程。这种方法叫做同位素标记法。提醒：在光合作用的发现中，大多数科学家们利用对照实验，使结果和结论更科学、准确。(1) 普里斯特利：缺少空白对照，实验结果说服力不强。(2) 萨

8、克斯：自身对照，自变量为光照(一半曝光与另一半遮光)，因变量为颜色变化。(3) 恩格尔曼：自身对照，自变量为光照(照光处与不照光处；黑暗与完全曝光)，因变量为好氧菌的分布。(4) 鲁宾和卡门：相互对照，自变量为标记物质(H218O与C18O2)，因变量为O2的放射性。、20世纪40年代卡尔文实验6、光反应与暗反应的比较：过 程光反应暗反应图解条 件必须在光下有光、无光都可以场 所叶绿体类囊体薄膜叶绿体基质物质转化水的光解2H2O4HO2ATP的合成：ADPPiATP能量转化光能活跃的化学能有机物中稳定的化学能联系光反应为暗反应提供H、ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi，如图：7、叶绿体的功

9、能：酶光合作用的总反应式： 6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6H2O + 6O2 8、光反应和暗反应的联系：光反应阶段与暗反应阶段既有区别又紧密联系，是缺一不可的整体，光反应为暗反应提供H和ATP，暗反应为光反应提供ADP+Pi，没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。9、影响光合作用的外界因素：、光照强度：在一定光照强度范围内，光合速率随光强增强而加快，超过光饱合点，光合速率反而会下降。、温度：温度可影响酶的活性。光合作用只能在一定的温度范围内进行，在最适温度时，光合作用速率最快，高于或低于最适温度，光合作用速率下降。、CO2浓度：在一定浓度范围内，光合速率随C

10、O2浓度增加而加快，达到一定程度后，光合速率维持在一定的水平，不再增加。、必需矿质元素和水 、光照面积10、光合作用与细胞呼吸的相关测定（1）光合作用速率表示方法：通常以一定时间内CO2等原料的消耗或O2、（CH2O）等产物的生成数量来表示。但由于测量时的实际情况，光合作用速率又分为表观光合速率和真正光合速率。（2）在有光条件下，植物同时进行光合作用和细胞呼吸,实验容器中O2增加量、CO2减少量或有机物的增加量,称为表观光合速率，而植物真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率。如右图所示。 （3）呼吸速率：将植物置于黑暗中，实验容器中CO2 增加量、O2减少量或有机物减少量都可表示呼吸速率。（4）

11、一昼夜有机物的积累量（用CO2量表示）可用下式表示:积累量=白天从外界吸收的CO2量-晚上呼吸释放的CO2量。11、净(表观)光合速率与实际(总)光合速率细胞微观水平分析图1 1个植物细胞 图2 置于小室中的植株注m表示CO2n表示O2图3植物细胞气体代谢状况(1)呼吸速率a用产物CO2表示：m1即线粒体释放CO2量或“黑暗”条件下细胞或植物体释放CO2量(如图3中)。b用底物O2表示：n1即线粒体吸收O2总量或“黑暗”条件下细胞或植物体从外界吸收的O2量。(2)总光合速率a用CO2表示：m1m2即“叶绿体”利用CO2或固定CO2总量(此为呼吸量与净光合量之和)。b用O2表示：n1n2即叶绿体

12、产生或释放O2总量(此为呼吸耗O2量与净光合量之和)。(3)净光合速率(v净v总v呼)a可用底物CO2表示：m2即植物或细胞从外界吸收的CO2量。b可用产物O2表示：n2即植物或细胞向外界释放的O2量。其中图3中、v净<0；v净0；v净>0只有在此状态下植株才能生长。(4)相关曲线分析(5)在相对密闭的环境中，一昼夜CO2含量的变化曲线图(1)如果N点低于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加(即植物生长)；(2)如果N点高于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少；(3)如果N点等于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变；(4)CO2含量最高点为c点，CO2

13、含量最低点为e点。12、探究光合作用与细胞呼吸的关系、实验装置、 实验原理：因呼吸作用类型不同，瓶内气压增大、减小或不变，可通过液滴的右移、左移或不动来呈现；也可根据光照强度不同，通过光合作用与呼吸作用的大小导致瓶内气压变化而引起液滴位置的变化来呈现。、 装置比较单一变量的控制及作用装置1装置2装置3材料发芽种子发芽种子煮熟的种子试剂20%NaOH溶液5 mL蒸馏水5 mL蒸馏水5 mL导致瓶内气压变化的气体O2(因CO2被吸收) (呼吸引起)CO2O2(差值) (呼吸引起)CO2O2(差值)(环境引起)作用物理误差的校正对照(装置1和2)等量NaOH溶液和蒸馏水单一变量控制对照(装置2和3)

14、等量发芽的种子和煮熟的种子单一变量控制、 探究细胞呼吸状况的实验装置及结果分析(1)欲测定与确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，即装置1和装置2。(2)结果与分析若装置1液滴左移，装置2液滴不动，则表明所测生物只进行有氧呼吸(因有氧呼吸产CO2量与耗O2量相等)。若装置1液滴不动，装置2液滴右移，则表明所测生物只进行无氧呼吸(因无氧呼吸只产CO2，不耗O2)。若装置1液滴左移，装置2液滴右移，则表明该生物既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。装置1与装置2液滴均左移，则呼吸过程中O2吸收量大于CO2释放量，呼吸底物中可能有脂质参与。(与糖类相比，脂肪C、H比例高，O的比例低，故氧化分解时释放相

15、同CO2时，脂肪消耗的O2多，故CO2/O2<1，而葡萄糖只进行有氧呼吸时，CO2/O21；若有氧和无氧呼吸同时进行，则CO2/O2>1。)a为使实验结果精确，排除实验误差还应设置装置3，以便校正。b进行结果与结论的描述时应“先结果后结论”，而不是“先结论后结果”，如上。、 若将装置1改为探究光合作用和呼吸作用与光照强度的关系，则：(1)装置需改动的地方有三处将“发芽种子”换成“能进行光合作用的材料”。将“NaOH溶液”换成“Na2CO3/NaHCO3缓冲液”，保证CO2的相对稳定。置于不同的光照强度下，观察液滴移动。(2)结果分析：若红色液滴右移，说明光照较强，光合作用大于细胞呼

16、吸作用，释放O2使瓶内气压增大；若红色液滴左移，说明光照较弱，细胞呼吸作用大于光合作用，吸收O2使瓶内气压减小；若红色液滴不动，说明在此光照强度下光合作用等于细胞呼吸作用，释放的O2量等于吸收的O2量，瓶内气压不变。13、农业生产以及温室中提高农作物产量的方法：、适当提高光照强度。、延长光合作用的时间。、增加光合作用的面积-合理密植，间作套种。、温室大棚用无色透明玻璃。、温室栽培植物时，白天适当提高温度，晚上适当降温。、温室栽培多施有机肥或放置干冰，提高二氧化碳浓度。例如：农业上采用套种、合理密植等措施使农作物充分吸收阳光以达到增产的目的；利用大棚适当延长光照时间、提高CO2浓度和温度，提高光合作用的效率。14、化能合成作用、概念：生物体利用体外环境中的某无机物氧化时释放的能量来制造有机物、举例：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等、土壤中的硝化细菌的化能合成作用 硝化细菌2N