參考課件2《能量之源——光與光合作用》

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1、能 量 之 源 光 與 光 合 作 用 有 些 蔬 菜 大 棚 用 紅 色 或 藍(lán) 色 的塑 料 薄 膜 代 替 普 通 塑 料 薄 膜 ，有 的 溫 室 內(nèi) 懸 掛 發(fā) 紅 色 或 藍(lán) 色的 燈 管 。1.用 這 種 方 法 有 什 么 好 處 ？ 這 樣 做 對(duì) 光 合 作 用 有 影 響 嗎 ？2.為 什 么 是 用 紅 色 或 藍(lán) 色 的 呢 ？ 用 綠 色 的 可 以 嗎 ？可 以 提 高 光 合 作 用 強(qiáng) 度 ； 不 同 顏 色 的 光 會(huì) 影 響 植 物 的 光 合 作 用 。不 能 ； 因 為 葉 綠 素 基 本 上 不 吸 收 綠 光 光 能 轉(zhuǎn) 化 為 化 學(xué) 能 被 細(xì)

2、 胞 所 吸收 的 過 程 稱 為 光 合 作 用 。 太 陽 光 中 有 能 量 ， 我們 制 造 出 太 陽 能 電 池 板可 以 捕 獲 其 中 的 能 量 并轉(zhuǎn) 化 為 電 能 。 綠 色 植 物 也 能 捕 獲并 轉(zhuǎn) 化 太 陽 光 中 的 能 量 ，那 么 ， 綠 葉 中 通 過 什 么物 質(zhì) 或 結(jié) 構(gòu) 捕 獲 并 轉(zhuǎn) 化光 能 呢 ？ 捕 獲 光 能 的 色 素 我 們 知 道 ， 玉 米 中 有 時(shí) 會(huì) 出 現(xiàn) 白 化 苗 。白 化 苗 由 于 不 能 進(jìn) 行 光 合 作 用 ， 待 種 子 中 貯存 的 養(yǎng) 分 耗 盡 就 會(huì) 死 亡 。 可 見 光 合 作 用 與 細(xì)胞

3、中 的 色 素 有 關(guān) 。 今 天 ， 下 面 的 這 個(gè) 實(shí) 驗(yàn) ， 主 要 目 的 是 探 究綠 葉 中 含 有 幾 種 色 素 和 學(xué) 習(xí) 對(duì) 色 素 進(jìn) 行 提 取和 分 離 的 方 法 ， 并 設(shè) 法 將 這 些 色 素 分 離 開 。 綠 葉 中 有 哪 些 色 素 呢 ？ 葉 綠 體 中 色 素 的 提 取 和 分 離 【 實(shí) 驗(yàn) 】 一 、 實(shí) 驗(yàn) 原 理1.葉 綠 體 中 的 色 素 能 溶 解 在 有 機(jī) 溶 劑 無 水 乙 醇 中 ，所 以 用 無 水 乙 醇 可 提 取 葉 綠 體 中 色 素 。2.色 素 在 層 析 液 中 溶 解 度 不 同 ， 溶 解 度 高 的

4、 色 素分 子 隨 層 析 液 在 濾 紙 條 上 的 擴(kuò) 散 得 快 ， 溶 解 度低 的 色 素 分 子 隨 層 析 液 在 濾 紙 條 上 的 擴(kuò) 散 得 慢 ，因 而 可 用 層 析 液 將 不 同 的 色 素 分 離 。 二 、 實(shí) 驗(yàn) 程 序 方 法 與 步 驟 ： 稱取 5g左 右 的 鮮 葉 ， 剪 碎 ，放 入 研 缽 中 。 加 少 許 的石 英 砂 （ 充 分 研 磨 ） 和碳 酸 鈣 (防 止 研 磨 中 色素 被 破 壞 )與 10ml無 水 乙醇 。 在 研 缽 中 快 速 研 磨 。將 研 磨 液 進(jìn) 行 過 濾 。 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 ：討 論 ： 1.濾 紙 條

5、上 有 幾 條 不 同 顏 色 的 色 帶 ？ 其 排 序 怎 樣 ？寬 窄 如 何 ？ 這 說 明 了 什 么 ？ 2021-8-2 10 三 、 實(shí) 驗(yàn) 關(guān) 鍵1.選 材 時(shí) 應(yīng) 注 意 選 擇 鮮 嫩 、 色 濃 綠 、 無 漿 汁 的葉 片 。 如 菠 菜 葉 、 棉 花 葉 、 洋 槐 葉 等 。2.畫 濾 液 細(xì) 線 時(shí) 應(yīng) 以 細(xì) 、 齊 、 直 為 標(biāo) 準(zhǔn) ， 重 復(fù)畫 線 時(shí) 必 須 等 上 次 畫 線 干 燥 后 再 進(jìn) 行 ， 重復(fù) 2-3次 。3.層 析 時(shí) 不 要 讓 濾 液 細(xì) 線 觸 及 層 析 液 。 四 、 注 意 事 項(xiàng)1.因 丙 酮 和 層 析 液 都 是

6、 易 揮 發(fā) 且 有 一 定 毒 性 的有 機(jī) 溶 劑 ， 所 以 研 磨 要 快 ， 收 集 的 濾 液 要 用棉 塞 塞 住 ， 層 析 時(shí) 要 加 蓋 ， 盡 量 減 少 有 機(jī) 溶劑 的 揮 發(fā) 。2.在 研 磨 時(shí) 要 加 少 許 二 氧 化 硅 ， 目 的 是 為 了 研磨 充 分 ， 有 利 于 色 素 的 提 取 ； 加 少 許 碳 酸 鈣的 目 的 是 為 了 防 止 研 磨 過 程 中 ， 葉 綠 體 中 的色 素 受 到 破 壞 。3.分 離 色 素 時(shí) ， 一 定 不 要 讓 濾 紙 條 上 的 濾 液 細(xì)線 接 觸 到 層 析 液 ， 這 是 因 為 色 素 易 溶

7、解 在 層析 液 中 ， 導(dǎo) 致 色 素 帶 不 清 晰 ， 影 響 實(shí) 驗(yàn) 效 果 。 2、 色 素 的 吸 收 光 譜葉 綠 素 溶 液葉 綠 素 主 要 吸 收 紅 光 和 藍(lán) 紫 光類 胡 蘿 卜 素 主 要 吸 收 藍(lán) 紫 光類 胡 蘿 卜 素 溶 液 葉綠素：吸收藍(lán)紫光和紅光類胡蘿卜素：吸收藍(lán)紫光葉 綠 素 和 類 胡 蘿 卜 素 的 吸 收 光 譜 葉 綠 素 a和 合 葉 綠 素 b主 要 吸 收 藍(lán) 紫 光 和 紅 光 ，胡 蘿 卜 素 和 葉 紅 素 主 要 吸 收 藍(lán) 紫 光 。 注 ： 因 為 葉 綠 素 對(duì) 綠 光 吸 收 最 少 ， 綠 光 被 反射 回 來 ， 所

8、 以 葉 片 才 呈 現(xiàn) 綠 色 。 結(jié) 論 ：?jiǎn)?題 ： 這 些 捕 獲 光 能 的 色 素 存 在 于 細(xì) 胞 中的 什 么 部 位 ？ 1817年 ， 兩 位 法 國(guó) 科 學(xué) 家 首 次 從 植 物 中 分離 出 葉 綠 素 ， 當(dāng) 時(shí) 并 不 清 楚 葉 綠 素 在 植 物 細(xì)胞 中 的 分 布 情 況 。 1865年 ， 德 國(guó) 植 物 學(xué) 家 薩 克 斯 研 究 葉 綠素 在 光 合 作 用 中 的 功 能 時(shí) ， 發(fā) 現(xiàn) 葉 綠 素 并 非普 遍 分 布 在 植 物 的 整 個(gè) 細(xì) 胞 中 ， 而 是 集 中 在一 個(gè) 更 小 的 結(jié) 構(gòu) 里 ， 后 來 人 們 稱 之 為 葉

9、綠 體 。3.葉 綠 體 葉 片 中 的 葉 肉 細(xì) 胞綠 葉 葉 肉 細(xì) 胞亞 顯 微 結(jié) 構(gòu) 模 式 圖 葉 綠 體 亞 顯 微 結(jié) 構(gòu) 模 式 圖 捕 捉 光 能 的 色 素 存 在 于 細(xì) 胞 中 的 什么 部 位 ？ 討 論 ： 恩 格 爾 曼 實(shí) 驗(yàn) 在 設(shè) 計(jì) 上 有 什 么 巧 妙 之 處 ？（ 1） 、 用 水 綿 作 實(shí) 驗(yàn) 材 料 ， 有 細(xì) 而 長(zhǎng) 的 帶 狀 葉 綠體 ， 螺 旋 狀 分 布 在 細(xì) 胞 中 ， 便 于 觀 察 和 分 析 研 究 。（ 2） 、 將 臨 時(shí) 裝 片 置 于 黑 暗 且 沒 有 空 氣 的 環(huán) 境中 ， 排 除 了 環(huán) 境 中 光 線

10、和 O2的 影 響 ， 從 而 確 保實(shí) 驗(yàn) 能 順 利 進(jìn) 行 。（ 3） 、 用 極 細(xì) 的 光 束 照 射 ， 并 且 用 好 氧 菌 進(jìn)行 檢 測(cè) ， 能 準(zhǔn) 確 的 判 斷 水 綿 細(xì) 胞 中 放 O2 部 位 。（ 4） 、 進(jìn) 行 黑 暗 （ 局 部 光 照 ） 與 曝 光 的 對(duì) 照 實(shí)驗(yàn) ， 從 而 明 確 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 完 全 是 由 光 照 引 起 的 。 結(jié) 論 : 葉 綠 體 是 進(jìn) 行 光 合 作 用 的 場(chǎng) 所 ， 它 內(nèi)部 的 巨 大 膜 表 面 上 ， 不 僅 分 布 著 許 多吸 收 光 能 的 色 素 分 子 ， 還 有 許 多 進(jìn) 行光 合 作 用 所

11、 必 需 的 酶 。 二 、 光 合 作 用 的 原 理 和 應(yīng) 用1、 光 合 作 用 的 概 念指 綠 色 植 物 通 過 葉 綠 體 ， 利 用 光 能 ，把 二 氧 化 碳 和 水 轉(zhuǎn) 化 成 儲(chǔ) 存 著 能 量的 有 機(jī) 物 ， 并 且 釋 放 出 氧 氣 的 過 程 。2、 光 合 作 用 的 實(shí) 質(zhì)合 成 有 機(jī) 物 ， 儲(chǔ) 存 能 量 光 合 作 用 的 探 究 歷 程普 利 斯 特 利 的 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 論 ： 水 分 是植 物 建 造 自 身的 原 料 。17世 紀(jì) 海 爾 蒙 特 栽 培 的 柳樹 實(shí) 驗(yàn) 一 段 時(shí) 間 后一 段 時(shí) 間 后1771年 普 利 斯 特 利

12、實(shí) 驗(yàn) 普利斯特利實(shí)驗(yàn) 結(jié) 論 ： 植 物 可 以 更 新 空 氣有 人 重 復(fù) 了 普 利 斯 特 利 的 實(shí) 驗(yàn) ， 得 到 相 反 的 結(jié)果 ， 所 以 有 人 認(rèn) 為 植 物 也 能 使 空 氣 變 污 濁 ？ 1779年 ， 荷 蘭 的 英 格 豪 斯 普 利 斯 特 利 的 實(shí) 驗(yàn) 只 有 在陽 光 照 射 下 才 能 成 功 ； 植 物 體只 有 綠 葉 才 能 更 新 空 氣 。 到 1785年 ， 發(fā) 現(xiàn) 了 空 氣 的 組成 ， 人 們 才 明 確 綠 葉 在 光 下 放 出的 是 O2， 吸 收 的 是 CO2。光能 化學(xué)能 儲(chǔ) 存 在 什么 物 質(zhì) 中 ？德 國(guó)梅 耶

13、1864年 ， 薩 克 斯 (德 )的 實(shí) 驗(yàn)一 半 遮 光 一 半 曝 光 1864年 ， （ 德 ） 薩 克 斯 的 實(shí) 驗(yàn)v綠 色 葉 片 中 光 合 作 用 中 產(chǎn) 生 了 淀 粉 1864年 ， 德 國(guó) 薩 克 斯 實(shí) 驗(yàn)黑 暗 處 理一 晝 夜 讓 一 張 葉 片 一 半曝 光 一 半 遮 光綠 葉 在 光 下 制 造 淀 粉 。用 碘 蒸 氣 處 理 這 片 葉 ，發(fā) 現(xiàn) 曝 光 的 一 半 呈 深藍(lán) 色 ， 遮 光 的 一 半 則沒 有 顏 色 變 化 。光 合 作 用 釋 放 的 O 2來 自 CO2還 是 H2O？ 第一組 光 合 作 用 產(chǎn) 生 的 O2來 自 于 H2O

14、。H2180C02 H20C18O2 第二組1802 02美 國(guó) 魯 賓 和 卡 門 實(shí) 驗(yàn) （ 同 位 素 標(biāo) 記 法 ）光 合 作 用 產(chǎn) 生 的 有 機(jī) 物 又 是 怎 樣 合 成 的 ？ 返 回 光 合 作 用 氧 氣 來 源 的 探 究 （ 年 ） 美 國(guó) 卡 爾 文用 14C標(biāo) 記 14CO2， 供 小 球 藻進(jìn) 行 光 合 作 用 ， 探 明 了CO2中 的 C的 去 向 ， 稱 為 卡爾 文 循 環(huán) 。 年 代 科 學(xué) 家 結(jié) 論1664 海 爾 蒙 特 水 分 是 植 物 建 造 自 身 的 原 料1771 普 利 斯 特 利 植 物 可 以 更 新 空 氣1779 英 格

15、豪 斯 只 有 在 光 照 下 只 有 綠 葉 才 可 以 更新 空 氣1845 R.梅 耶 植 物 在 光 合 作 用 時(shí) 把 光 能 轉(zhuǎn) 變 成了 化 學(xué) 能 儲(chǔ) 存 起 來1864 薩 克 斯 綠 色 葉 片 光 合 作 用 產(chǎn) 生 淀 粉1880 恩 格 爾 曼 氧 由 葉 綠 體 釋 放 出 來 。 葉 綠 體 是光 合 作 用 的 場(chǎng) 所 。1939 魯 賓 卡 門 光 合 作 用 釋 放 的 氧 來 自 水 。 20世 紀(jì) 40代 卡 爾 文 光 合 產(chǎn) 物 中 有 機(jī) 物 的 碳 來 自 CO2 綠 色 植 物 通 過 葉 綠 體 ， 利 用 光 能 ， 把CO2和 H2O轉(zhuǎn)

16、化 成 儲(chǔ) 存 能 量 的 有 機(jī) 物 ， 并釋 放 出 O2的 過 程 。 反 應(yīng) 物 、 條 件 、場(chǎng) 所 、 生 成 物CO2 H2O （ CH2O） O2光 能葉 綠 體 糖 類 光 合 作 用 過 程光 反 應(yīng)暗 反 應(yīng)劃 分 依 據(jù) :反 應(yīng) 過 程 是 否 需 要 光 能光 反 應(yīng) 在 白 天 可 以 進(jìn) 行 嗎 ？ 夜 間 呢 ？暗 反 應(yīng) 在 白 天 可 以 進(jìn) 行 嗎 ？ 夜 間 呢 ？ 有 光 才 能 反 應(yīng)有 光 、 無 光 都 能 反 應(yīng) H2O 類 囊 體 膜酶Pi ADP ATP光 反 應(yīng) 階 段光 、 色 素 、 酶葉 綠 體 內(nèi) 的 類 囊 體 薄 膜 上水

17、的 光 解 ： H2O H + O2光 能 （ 還 原 劑 ）ATP的 合 成 ： ADP Pi 能 量 （ 光 能 ） ATP酶光 能 轉(zhuǎn) 變 為 活 躍 的 化 學(xué) 能 貯 存 在 ATP中H場(chǎng) 所 ：條 件 ：物 質(zhì) 變 化能 量 變 化 供 暗 反應(yīng) 使 用 CO2 五 碳 化 合 物 C5 CO2的固 定三 碳 化 合 物 2C3 C3的還 原葉 綠 體 基 質(zhì)多 種 酶H2O 類 囊 體 膜酶Pi ADP ATP H糖 類 卡 爾 文 循 環(huán) 暗 反 應(yīng) 階 段CO2的 固 定 ： CO2 C5 2C3酶C3的 還 原 ： ATPH 、 ADP+Pi葉 綠 體 的 基 質(zhì) 中 AT

18、P中 活 躍 的 化 學(xué) 能 轉(zhuǎn) 變 為 糖 類 等 有 機(jī) 物 中 穩(wěn) 定 的 化 學(xué) 能2C3 (CH2O)酶 糖 類H 、 ATP、 酶 場(chǎng) 所 ：條 件 ：物 質(zhì) 變 化能 量 變 化 CO 2 五 碳 化 合 物 C5 CO2的固 定三 碳 化 合 物 2C3 葉 綠 體 基 質(zhì)多 種 酶糖 類 ATPH 聯(lián) 系 比 較 光 反 應(yīng) 、 暗 反 應(yīng)光 反 應(yīng) 階 段 暗 反 應(yīng) 階 段條 件場(chǎng) 所物 質(zhì) 變 化能 量 變 化 光 、 色 素 、 酶 不 需 光 、 酶 、 H、 ATP葉 綠 體 類 囊 體 膜 葉 綠 體 基 質(zhì) 中水 的 光 解 ； ATP的 生 成 CO2的 固

19、 定 ； C3的 還 原 ATP中 活 躍 化 學(xué) 能光 能 ATP中 活 躍 化 學(xué) 能 有 機(jī) 物 中 穩(wěn)定 化 學(xué) 能光 反 應(yīng) 是 暗 反 應(yīng) 的 基 礎(chǔ) ， 為 暗 反 應(yīng) 提 供 H和ATP， 暗 反 應(yīng) 為 光 反 應(yīng) 提 供 ADP和 Pi 。 CO2+H2O （ CH2O)+O2光 能葉 綠 體 色 素 分 子可 見 光 C52C3ADP+PiATP2H2O O24H 多 種 酶酶 (CH2O)CO2吸 收 光 解 能 固 定還原酶光 反 應(yīng) 暗 反 應(yīng)光 合 作 用 總 過 程 ： 光 反 應(yīng) H2O 2 H + 1/2O2+ Pi + 光 能 ATP酶ADP水 的 光 解

20、 ：ATP的 合 成 ：暗 反 應(yīng) CO2的 還 原 ： 2C3 + H (CH2O) + C5CO2的 固 定 ： CO2 + C5 2C3總 結(jié) ： 原 料 和 產(chǎn) 物 的 對(duì) 應(yīng) 關(guān) 系 ：（ CH2O） CHO CO2CO2H2OO2 H2O能 量 的 轉(zhuǎn) 移 途 徑 ：碳 的 轉(zhuǎn) 移 途 徑 ：光 能 中 活 躍的 化 學(xué) 能 (CH2O)中 穩(wěn) 定的 化 學(xué) 能CO 2 C3 （ CH2O） 下 圖 是 光 合 作 用 過 程 圖 解 ， 請(qǐng) 分 析 后 回 答 下 列 問 題 ： 圖 中 A是 _,B是 _,它 來 自 于 _的 分 解 。 圖 中 C是 _， 它 被 傳 遞 到

21、 葉 綠 體 的 _部 位 ， 用于 _ 。 圖 中 D是 _， 在 葉 綠 體 中 合 成 D所 需 的 能 量 來 自 _ 圖 中 G_,F是 _,J是 _ 圖 中 的 H表 示 _， H為 I提 供 _光 H2O BA CDE+Pi F G CO2JH I 2 水H 基 質(zhì)用 作 還 原 劑 ， 還 原 C3ATP 色 素 吸 收的 光 能光 反 應(yīng) H和 ATP色 素C5化 合 物 C3化 合 物 糖 類 光 合 作 用 原 理 的 應(yīng) 用影 響 光 合 作 用 強(qiáng) 度 的 因 素 ？CO2的 濃 度 ， 光 照 的 長(zhǎng) 短 與 強(qiáng) 弱 ； 光 的 成 分 ； 溫度 的 高 低 、 必

22、 需 礦 物 質(zhì) 元 素 、 水 分 等 。例 ： 適 當(dāng) 提 高 CO2的 濃 度 （ 溫 室 大 棚 ） ， 增 加 光 照 時(shí) 間和 光 照 強(qiáng) 度 ， 農(nóng) 作 物 間 距 合 理 ， 選 擇 適 當(dāng) 的 光 源 等 。 化 能 合 成 作 用自 養(yǎng) 生 物 以 光 為 能 源 ， 以 CO2和 H2O（ 無 機(jī) 物 ） 為 原 料 合 成糖 類 （ 有 機(jī) 物 ） ， 糖 類 中 儲(chǔ) 存 著 由 光 能 轉(zhuǎn) 換 來 的 能 量 。例 如 綠 色 植 物 。異 養(yǎng) 生 物 只 能 利 用 環(huán) 境 中 現(xiàn) 成 的 有 機(jī) 物 來 維 持 自 身 的 生命 活 動(dòng) 。 例 如 人 、 動(dòng) 物 、 真 菌 及 大 多 數(shù) 的 細(xì) 菌 ?；?能 合 成 作 用 利 用 環(huán) 境 中 某 些 無 機(jī) 物 氧 化 時(shí) 所 釋 放 的 能 量 來制 造 有 機(jī) 物 。 少 數(shù) 的 細(xì) 菌 ， 如 硝 化 細(xì) 菌 。光 能 自 養(yǎng) 生 物化 能 自 養(yǎng) 生 物所 需 的 能 量 來 源 不 同 （ 光 能 、 化 學(xué) 能 ）