光合作用讲义.ppt

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1、第4节 能量之源- 光与光合作用,光合作用讲义,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,光合作用讲义,叶绿体中色素的提取和分离,【实 验】,光合作用讲义,（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

2、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,光合作用讲义,实验结果：,讨论：1.滤

3、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？,2021/11/28,14,光合作用讲义,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,光合作用讲义,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。,光合作用讲义,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

4、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。,光合作用讲义,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,光合作用讲义,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,光合作用讲义,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

5、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,光合作用讲义,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,光合作用讲义,2021/11/28,1.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

6、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. van Helmont),柳树增重 74.47 kg 土壤减

7、少 0.06 kg,水分是建造植物体的唯一原料,1.光合作用的探究历程：,2.5 Kg,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

8、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,光合作用讲义,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

9、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；,光合作用讲义,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

10、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：CO2 C3 (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,光合作用讲义,光合作用讲义,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

11、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.,光合作用讲义,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、

12、 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,C

13、O2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-

14、、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 + O2 HNO2 + H2O+能量 HN02 + O2 HNO3 + 能量 C02 + H2O (CH2O) + O2,光合作用讲义,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、H B、C5化合物 C、ATP D、CO2 2、与光合作用光反应有关的是 H2O ATP ADP CO2 A. B. C. D

15、.,A,光合作用讲义,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 A B C D,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

16、白质中均可发现 D. 在植物体周围的空气中发现,D,光合作用讲义,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 ATP CO2 葡萄糖,光合作用讲义,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

17、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,光合作用讲义,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

18、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,光合作用讲义,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

19、作用。,光合作用讲义,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

20、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

21、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,保持昼夜温差,光合作用讲义,1、生长旺盛的叶片，剪成5mm见方的小块，抽去叶内气体，做下列处理，如图，这四个处理中，沉入底部的叶片小块最先浮起的是（ ）,A,2、右图表示光照强度 对A、B两种C3植物光合 作用强度的影响。据图 回答：,（1）A、

22、B两种植物光 合作用过程中对光能利 用的差异是_ 。,（2）在农业生产中，与B植物相比，A植物应 种植在_条件下。,在低于P光照强度下B植物光能利用率 比A植物的高，在高于P光照强度下A植物光能利用 率比B植物的高。,强光照,光合作用讲义,3、下面是光合作用过程实验图解，请分析回答：,（1）装置C中产生含碳有机物是由于装置A中的结 构 进行了 反应，为 在结构 中进行的 反 应提供了 的缘故。 （2）装置B中不能产生含14C的有机物，主要是结构 中缺少 和 。,基粒,光,1,叶绿体基质,暗,2,NADPH、ATP,参与暗反应的酶,C5等,光合作用讲义,（3）此试验说明叶绿体是进行光合作用的完整的 单位。 （4）适当增强 ，增加 ，以及适当提高温度可提高 ，从而提高含碳有机物的产量。,结构,光照,CO2浓度,光合作用强度,光合作用讲义,4、科学家研究CO2 浓度、光照 强度和温度对同一植物光合 作用强度的影响，得到实验 结果如右图。请据图判断下 列叙述不正确的是,A光照强度为a时，造成曲线II和III光合作用 强度差异的原因是CO2 浓度不同 B光照强度为 b 时，造成曲线 I和 II光合作用 强度差异的原因是温度不同 C光照强度为ab，曲线 I、II光合作用强度随 光照强度升高而升高 D光照强度为ac，曲线 I、III光合作用强度随 光照强度升高而升高,D,