第三节光能的捕获和利用 (2)

1、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、化能合成作用第四节能量之源光与光合作用一、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？ 绿叶中的色素都能溶解于有机溶剂无水乙 醇中，所以可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。 绿叶中的色素不止一种，它们都能溶解在层析液中。然而，它们在层析液中的溶解度不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。这样滤液中不同的色素就随着层析液在滤纸上

2、的扩散而分离开实验原理：实验绿叶中色素的提取和分离1.提取 ：2.分离：纸层析法（一）方法步骤： 4.分离绿叶中的色素3.画滤液细线 2.制备滤纸条 1.提取绿叶中的色素 5.观察与记录SiO2使研磨充分CaCO3 中和酸性物质， 防止叶绿素被破坏无水乙醇溶解色素（1）称取绿叶五克，剪碎，放在研钵中（2）加入少许SiO2 、CaCO3， 再加入10毫升无水乙醇， 进行快速、充分的研磨1.提取绿叶中的色素 过滤叶脉及二氧化硅等（3）过滤：将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（基部放置单层尼龙布 ），获取绿色滤液，及时用棉塞将试管口封严。防止乙醇挥发，叶绿素氧化分解不能用滤纸过滤滤纸会将部分滤液吸收掉，得不到

3、足够的滤液2.制备滤纸条画铅笔细线 剪角的目的：防止两侧色素扩散快，色素带不整齐铅笔线3.画滤液细线用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀划出一条细线，滤液细线要求：细、齐、直。 待滤液干后，重复2-3次，目的：积累更多色素，使色素分离效果更明显。取适量层析液倒入烧杯中，将滤纸条轻插入层析液中（滤液细线不能触及层析液，以防止色素溶解于层析液中而无法分离），用培养皿盖住.试管要塞上棉塞（防止层析液挥发）。插滤纸条层析液培养皿4.分离色素：5、观察与记录实验结果讨论：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？叶绿素类胡萝卜素（含量约3/4）（含量约1/4）叶绿素a（蓝绿色）叶

4、绿素b（黄绿色）胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）绿叶中的色素最宽的是叶绿素a，最窄的是胡萝卜素。1、叶片要新鲜，颜色要深，含有较多的色素。2、研磨要迅速、充分，叶绿素不稳定易被分解。3、滤液细线不仅要细、直、齐，而且要求含有较多的色素。4、滤液细线不能触及层析液，否则色素溶解到层析液，滤纸条上得不到色素带。实验成功的关键：春夏的树叶秋冬的树叶什么色素减少了？为什么这种色素秋冬减少而夏季不减少，与什么环境因素有关？ 强光、高温、低温都会使叶绿素分解。但无光环境叶绿素也不能生成.胡萝卜素和叶黄素则比较稳定，秋天“重见天日”吸收、传递和转化光能，用于光合作用色素的功能：叶绿素溶液类胡萝卜素溶液叶绿素

5、和类胡萝卜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。 胡萝卜素叶黄素叶绿素叶绿素小结：色素色素颜色含量溶解度扩散速度吸收光能橙黄色黄色蓝绿色黄绿色最少较少最多较多最大较大较小最小最快较快较慢最慢蓝紫光蓝紫光红光与光合作用有关的色素存在于哪呢？ 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。（二）叶 绿 体 结 构外膜内膜基粒基质含多种光合作用所必需的酶而每个基粒都含有两个以上的类囊体，多者可达100个以上。叶绿体内有如此多的基粒和类囊体，极大地扩大了受光面积。每个基粒

6、都由囊状结构堆叠而成。这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的四种色素就分布在类囊体的薄膜上。水绵是常见的淡水藻类。每条水绵由许多个结构相同的长筒状细胞连接而成。水绵很明显的特点是：叶绿体呈带状，螺旋排列在细胞里。 （三）叶绿体的功能 极 细 光 束黑暗中光照下恩格尔曼实验示意图1为什么选用水绵做为实验材料？ 2为什么选用黑暗并且没有空气的环境？ 3为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水绵完全曝露在光下？ 因为水绵不仅有细而长的带状叶绿体，而且螺旋分布于细胞中，便于进行观察和分析研究。 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。 先选极细光束，用好氧细菌检测，能准确判断水绵细胞中释放氧的

7、部位；而后用完全曝光的水绵与之做对照，从而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。 恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处？结论: 叶绿体是进行光合作用的场所，它内部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。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。 拓展与生活的联系 根据不同色素对不同波长的光的吸收不同的特点，想一想温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光源？第四节能量之源光与光合作用二、光合作用的探究历程二、(一)光

8、合作用的探究历程2.普利斯特利发现：4.萨克斯的实验发现：5.恩格尔曼的实验：6.鲁宾和卡门的实验：1.凡.海尔蒙特发现：3.扬.英格豪斯的实验:问题1：植物为什么会生长？古希腊亚里士多德认为根吸收土壤中的养分土壤减少的重量=植物增加的重量五年后1、1648年，海尔蒙特的柳树实验柳树增重约82kg土壤减少约100g水分是建造植物体的原料忽略空气对植物的影响结论：讨论：实验的不足在哪里呢？2、1771年，英国科学家 普利斯特利结论：植物可以更新空气 有人重复了普利斯特利的实验，得到相反的结果，所以有人认为植物也能使空气变污浊？水二氧化碳氧气光？3、1779年, 荷兰的科学家英格豪斯（500多次试

9、验） 普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功； 植物体只有绿叶才能更新空气。 到1785年，发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的是O2，吸收的是CO2。 即：可以更新空气的是O2 ，使空气变污浊的是CO2水二氧化碳氧气光？问题2： 吸收光能哪里去了？4、1845年，德国科学家梅耶光能化学能储存在什么物质中？水二氧化碳氧气光？光合作用依据 能量转换和守恒定律问题2： 吸收光能哪里去了？5.1864年萨克斯的实验暗处理光照酒精脱色碘蒸汽处理结论一张叶片一半曝光一半遮光曝光的一半呈深蓝色，遮光的一半则没有颜色变化1.光合作用的产物是淀粉2.光合作用需要光问题1：萨克斯的实验目的是什么？问题

10、2：为什么对植物进行一昼夜的暗处理？问题3：为什么让叶片的一半曝光，另一半遮光呢？验证光合作用的产物为了将叶片中原有的淀粉运走耗尽进行对照 光合作用的原料有水和二氧化碳，那么，光合作用释放的氧气到底是来自二氧化碳还是来自水呢？ 随着技术的进步，人们发现了放射性同位素，利用放射性同位素做示踪原子，为解决氧气是来自水还是二氧化碳提供了技术手段。1939年，美国的科学家鲁宾和卡门利用同位素标记法,用18O做示踪原子，对光合作用的产物氧气中氧的来源进行了探究。 问题3：光合作用释放的O2来自CO2还是H2O？18O2O2CO2第二组第一组C18O2H218OH2O6、1941年，美国鲁宾和卡门实验（同

11、位素标记法）光照射下的小球绿藻悬浮液光合作用产生的O2来自于H2O。结论：光合作用产生的有机物又是怎样合成的？7、20世纪40年，美国卡尔文结论：光合产物中有机物的碳来自CO2用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C转化成有机物中的碳，称为卡尔文循环。问题4：光合作用产生的有机物又是怎样合成的？小结：光合作用探究历程年代科学家结论1771普利斯特利1779英格豪斯1845梅耶1864萨克斯1880恩格尔曼1939鲁宾 卡门20世纪40代卡尔文植物可以更新空气只有在光照下植物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

12、。叶绿体是光合作用的场所光合作用释放的氧来自水光合产物中有机物的碳来自CO2糖类1.场所：叶绿体2.能量来源：光3.原料：二氧化碳 水4.产物：糖类 氧气 通过以上的研究和探索，你知道 光合作用的场所、能源、原料、产物是分别是什么吗？(三)光合作用总反应式：(二)光合作用的场所、动力、原料、产物 绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存能量的有机物，并释放出O2的过程。概念：CO2H2O （CH2O）O2光能叶绿体三、光合作用过程光反应：暗反应：有光才能进行有光、无光都能进行划分依据:反应过程是否需要光能叶绿体中的色素光能H2OHO2直接释放到空气中为第二阶段提供还原剂为第二阶

13、段提供能量光反应阶段:水在光下分解ADP+PiATP酶 2.ATP的合成1.水的光解光能ATP中活跃的化学能1、光反应阶段光能、 酶、 色素叶绿体类囊体的薄膜上物质变化:2H2O 4H+ O2光能ADP + Pi + 能量(光能)ATP酶能量变化:光能ATP中活跃的化学能ATP的合成：水的光解 ：条件：场所：与呼吸作用中H的区别？（还原剂）多种酶参加催化 2C3CO2 C5还原固定（CH2O）暗反应阶段 供氢酶H ATP供能 酶固定固定光反应阶段1.二氧化碳的固定2.三碳化合物被还原ADP+PiATP中的活跃化学能有机物中稳定的化学能CO2C5 2C3酶2C3 (CH2O)酶糖类ATPH 、A

14、DP+Pi2、暗反应阶段多种酶，还原剂 H， ATP 叶绿体基质物质变化：二氧化碳的固定：三碳化合物被还原： ATP中活跃化学能有机物中稳定的化学能 能量变化：场所：条件：ATP的水解CO2C5 2C3酶2C3 (CH2O)+C5 酶糖类ATPH 、ADP+Pi叶绿体中的色素H2O水的光解O2H ADP+Pi 酶ATPco2C5光反应2c3固定供氢酶酶供能还原(CH2O)糖类多种酶参加催化暗反应能量转化:光能ATP活跃化学能稳定化学能元素转移O元素:H2O O2C元素:C O2C3CH2O光能光合作用总过程：6CO2+12H2O光能叶绿体C6H12O6+6H2O+6O2元素来龙去脉光合作用总反

15、映式光反应与暗反应的区别和联系条 件物质变化能量变化光反应暗反应场 所比较项目联 系类囊体薄膜上叶绿体的基质需光,色素和酶不需光,色素; 需酶、H、ATP2H2O 4H+O2光解ADP+Pi+能量ATP酶CO2+ C5 2C3酶2C3 (CH2O)+C5ATP、H 酶稳定的化学能光能 活跃的化学能光反应为暗反应提供ATP和H，暗反应为光反应提供ADP和Pi光合作用的实质：物质变化：能量变化：光能稳定化学能（储存在以糖类为主的有机物中） CO2和H2O等无机物转为以糖类为主的有机物（合成有机物，储存能量）1.为生物生存提供了物质来源和能量来源； 2.维持了大气中O2和CO2的相对稳定；3.对生物

16、的进化有直接意义。 (1)使还原性大气氧化性大气 (2)使有氧呼吸生物得以发生和发展 (3)形成臭氧层，过滤紫外线， 使水生生物登陆成为可能 四、光合作用的意义五、化能合成作用异养生物(人、动物、真菌、大部分细菌)营养类型自养生物光能自养生物(绿色植物)化能自养生物利用环境中现成的有机物来维持生命活动。以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着的能量。光合作用 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。化能合成作用 利用环境中某些无机物氧化时释放的能量将CO2和H2O（无机物）合成糖类（有机物）。光能自

17、养生物化能自养生物能量来源：能量来源：光能化学能化能合成作用例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等细菌。2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O2 2HNO3+能量硝化细菌6CO2+12H2O C6H12O6+ 6O2+6H2O 能量酶1.同一植物的不同生长发育阶段适时、适量地提供水肥及其他环境条件应用：2.叶龄应用：叶绿体、叶绿素不同农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶3.与植物自身的遗传性有关如阴生植物、阳生植物4.叶面积指数：（光合面积）OA段随叶面积的增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用面积的饱和点。超过A点，光合作用不再增强，原因是有很多叶被遮挡在光补偿

18、点以下。OB段干物质量随光合作用增强而增加。B点以后干物质的量不再增加，原因是光合总量不变，但呼吸消耗量增大，所以干物质积累量不断降低如BC段。适当间苗、修剪，合理密植，避免陡长应用：光合作用是在 的催化下进行的，温度直接影响 ；AB段表示： ； B点表示： ； BC段表示： ； 酶的活性酶温度一定范围内，光合速率随温度升高而升高（二）外界环境因素1.单因子变量对光合作用的影响光合作用的最适温度B点以后，随着温度的升高，酶的活性减弱，光合作用速率随之减弱冬天，温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培可适当降低温度。增加昼夜温差，保证有机物的积累应用：2.1光质(光的波长)光照对光合作用的影响2.

19、2光照时间：应用：延长光合作用时间 大田：复种（一年种两茬或三茬） 温室：人工光照复色(白色)光 蓝紫光 红光 绿光探究2.3光照强度对光合作用强度的影响光合作用的强度：植物体在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 单位时间内光合作用生产有机物的量表示方法 单位时间内光合作用利用co2的量 单位时间内光合作用产生o2的量（1）实验原理（2）变量分析：自变量（光照强度）；因变量（光合作用强度;观察指标：单位时间内被抽去空气的小圆叶片上浮的数量）（3）方法步骤（4）实验结论 光强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。植物的光合速率在一定范围内随着光强度的增加而增强，但当光强度达到一定值时，光合

20、速率不在随着光强度的增加而增强（此时影响光合效率的主要因素为CO2 浓度）光照强度CO2 吸收量光补偿点光饱和点A点:B点:AB段:C点:BC段:只呼吸呼吸作用=光合作用光合作用最强呼吸作用光合作用呼吸作用光合作用2.3光照强度ac段的主要影响因素：cd段的主要影响因素：光照强度CO2、温度等若甲曲线代表阳生植物，则乙曲线代表 植物。 阴生应用：适当增加光照强度轮作延长光合作用时间间种、合理密植增加光合作用面积一天的时间光合作用效率O光照强度121311光合作用效率与光照强度、时间的关系ABCDE101514 正午温度过高，蒸腾作用过强会失去大量水分，气孔大量关闭，CO2吸收量减少，光合作用强

21、度下降一定温度下，CO2供应充足，光合强度是随着光照加强而加强AB BCD DE 光照强度不断减弱CO2的浓度应用：大田中增加空气流动、温室中增施有机肥OA段： ；AB段： ；B点以后： 。B二氧化碳浓度过低，无法进行光合作用随着二氧化碳浓度增加，光合速率逐渐增强光合速率达到最大值（分解者将有机肥分解为二氧化碳和无机盐）CO2的饱和点CO2的补偿点N：光合酶及ATP的重要组分P： 类囊体膜和ATP的重要组分； K：促进光合产物向贮藏器官运输Mg：叶绿素的重要组分矿质元素水分应用：合理灌溉应用：合理施肥（分解者将有机肥分解为二氧化碳和无机盐）水分.矿质元素缺水气孔关闭CO2进入受阻间接影响光合作

22、用图一图二图三P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断增强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。应用：农业生产中可根据实际情况，适当的改变相应因素，以提高光合速率，达到增产的目的2.多因子对光合作用速率影响的分析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应用提高农作

23、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温差项目光合作用 细胞呼吸代谢类型代谢部位反应场所反应条件物质转换能量转换实质联系分解代谢活细胞细胞质基质、线粒体光、色素、酶合成代谢叶肉细胞等叶绿体酶把CO2和H2O转变为（CH2O）分解有机物产生CO2和H2O，同时形成ATP把光能转变为化学能储存在有机物中把有机物中的化学能释放出来，一部分转移到ATP中把CO2和H2O转变为（CH2O），把光能转变为化学能储存在有机物中分解有机物，释放能量，生成ATP光合作用的产物有机物可以被细胞呼吸所利用；细胞呼吸产生的CO2可被光合作用所利用七、比较光合作用、呼吸作用八.关于光合作用与细胞呼吸的计算

24、1.呼吸速率：植物在黑暗环境中，测定CO2释放量、O2的吸收量、有机物的分解量或实验容器内CO2增加量、O2减少量、有机物减少量在温度不变下一般认为光照与否不影响单位时间内的呼吸消耗。2.光合作用速率一定时间内CO2等原料的消耗或O2、（CH2O）等产物的生成数量来表示。由于测量时的实际情况，光合作用速率又分为净光合速率和真正光合速率。O2释放量（容器中增加量）、CO2吸收量（容器中减少量）有机物的积累量（容器中增加量）3.净光合速率：4.真正光合速率:O2产生量、CO2固定量或有机物产生量真正光合速率=净光合速率+呼吸速率AABBBC光合大于呼吸光合等于呼吸光合小于呼吸有呼吸无光合CO2吸收

25、量OCO2释放量光照强度ABC在黑暗中呼吸所放出的CO2即呼吸作用光补偿点光饱和点净光合量总光合量植物呼吸速率、净光合速率的测定： 测量 烧杯中装 条件 呼吸速率 净光合速率NaOH 黑暗 NaHCO3 光下 测定方法(1)呼吸速率：将植物置于黑暗中，测定实验容器中CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。 (2)净光合速率：将植物置于光下，测定实验容器中O2增加量、 CO2减少量或有机物增加量。光补偿点移动规律如下：（1）若呼吸速率增加，光补偿点应右移，反之则左移（2）若呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率下降时，光补偿点应右移，反之应左移 （1）阴生植物的呼吸速率、光补偿点、光饱和点一般比阳生植物低。 （2）适当提高温度或增加CO2浓度，光饱和点增大（ 移）。右光饱和点移动规律如下：AB段：_BC段：_CDE段：_C点：_D点：_E点：_EF段：_FG段：_只进行呼吸作用呼吸作用强度大于光合作用