5.4能量之源——光与光合作用

第四节能量之源——光与光合作用绿色植物也能捕获并转化太阳光中的能量，那么，绿叶中通过什么物质或结构捕获并转化光能呢？太阳光中有能量，我们制造出太阳能电池板可以捕获其中的能量并转化为电能。韭黄蒜苗韭菜白化苗捕获光能的色素和结构绿叶中色素的提取和分离实验原理：1.提取：叶绿体中的色素都能溶解于有机溶剂中，如无水乙醇、丙酮等。所以可以用无水乙醇提取叶绿体中的色素。2.分离：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，因而可用纸层析法进行分离。1、提取绿叶的色素原理：色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以可用无水乙醇提取色素。称取5g的绿叶，剪碎，放入研钵中。一、绿叶中色素的提取和分离（二氧化硅：有助于研磨得充分；碳酸钙：可防止研磨中色素被破坏；无水乙醇：溶解绿叶中的色素。）少许二氧化硅和碳酸钙再放入10mL无水乙醇将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（漏斗基部放一块单层尼龙布）中进行过滤。收集滤液,封口。制备滤纸条铅笔线画铅笔细线画滤液细线细、直、齐重复2—3次2、分离绿叶中的色素纸层析法原理：不同色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素。层析液培养皿纸层析色素在层析液体中溶解度大，扩散速度快；溶解度小，扩散速度慢。注意：层析液不能没及滤液线（石油醚）人教版生物-探究实验视频-必修-绿叶中色素的提取和分离_标清.flv叶绿素类胡萝卜素叶绿素a(蓝绿色)叶绿素b（黄绿色）胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）胡爷爱币(1/4)(3/4)3、色素的种类分析：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萝卜素，而使类胡萝卜素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色由于叶绿素比类胡萝卜素易受到低温的破坏，秋季低温使叶绿素大量破坏，而使类胡萝卜素的颜色显示出来二、色素的作用叶绿素溶液类胡萝卜素主要吸收蓝紫光类胡萝卜素溶液叶绿体中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光实验表明：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。色素对绿光吸收最少。光谱仪测定的叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱1、形态：扁平的椭球形色素分布：类囊体的薄膜上类囊体三、叶绿体的结构2、叶绿体结构外膜内膜基粒（多个类囊体）叶绿体基质基粒叶绿体的分布主要：叶肉细胞中其他：幼嫩茎、果实等器官的一些细胞中保卫细胞1880年，德国科学家恩格尔曼黑暗处用极细光束照射暴露在光下水绵+好氧细菌极细光束照射好氧细菌集中在叶绿体被光束照射的部位黑暗无空气完全暴露光下好氧细菌分布于叶绿体所有受光部位叶绿体的功能1、氧气是叶绿体释放出来的2、叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所实验结论实验的巧妙之处1、实验材料选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用好氧细菌可确定释放氧气多的部位；2、没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；3、用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；4、黑暗和极细光照射形成对比：明确指出结果完全是由光照引起的。5、临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果，等等。叶绿体是进行光合作用的场所。它内部巨大膜表面上，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。结论:练习：1.（1）×；（2）√。2.B。基础题3、恩格尔曼在证明了光合作用的放氧部位是叶绿体后，紧接着又做了一个实验：他用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，惊奇地发现大量的好氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。从这一实验你能得出什么结论？叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用，放出氧气。1.植物体吸收光能的色素，还存在于植物幼嫩的茎和果实等器官的一些含有光合色素的细胞中。2.提示：是的。不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出了红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。水层对光波中的红、橙部分吸收显著多于对蓝、绿部分的吸收，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，所以吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方。拓展题光合作用的原理和应用光合作用是指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，并且释放出氧气的过程。车间动力产物原料含叶绿体的真核细胞能进行光合作用，含有光合色素的原核生物也能进行光合作用。能进行光合作用的生物除绿色植物外，含叶绿体的非绿色植物如褐藻（海带等）、红藻（紫菜等）等，不含叶绿体的原核生物蓝藻、某些细菌（如绿硫细菌、紫硫细菌）也能进行光合作用。2000多年前亚里士多德(Aristotle)问题：植物生长所需的物质来自何处？认为：构成植物体的原料是土壤植物增加的重量=土壤减少的重量光合作用的探究历程五年后1648年比利时海尔蒙特的实验柳树增重80kg土壤只减少0.06kg结论：植物增重主要来自水分历程1771年英国普利斯特利实验历程结论：植物可以更新空气旁栏思考题提示：持这种观点的人，很可能是在无光条件下做的这个实验。无光时，植物不进行光合作用，只进行细胞呼吸，所以没有释放氧气，而是释放二氧化碳，也就是使空气变污浊了。1779年，荷兰英格豪斯的实验实验重复了500多次结论：只有在光照下只有绿叶才可以更新空气B组A组历程1785年，发现了空气的组成，科学家在明确绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳。历程1845年，德国的科学家梅耶指出：植物光合作用时，把光能转换成化学能储存起来。依据：能量转换和守恒定律历程一半曝光，一半遮光在暗处放置几小的叶片1864年萨克斯的实验暗处理光照酒精脱色碘蒸汽处理结论：绿色叶片光合作用产生淀粉历程1941年鲁宾和卡门同位素标记法研究C18O2H2OH218O光照下的小球藻悬液O218O2AB同位素18O标记H2O和CO2H218O和C18O2结论：光合作用释放的氧来自水光合作用释放的O2到底是来自H2O，还是CO2历程CO220世纪４0年代,美国科学家卡尔文(14CH2O)14CO2碳的同位素C标记CO214CO214CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳的途径，这一途径称为卡尔文循环。历程年代科学家结论1771年普利斯特利植物可以.1779年英格豪斯只有在只有才可以更新空气1845年梅耶光合作用把转化成.1864年萨克斯绿叶通过光合作用产生.1941年鲁宾和卡门光合作用释放的氧气是来自.194年卡尔文光合作用产生的有机物中的碳来自.更新空气光照下绿叶光能化学能淀粉水CO220世纪40年代1880年恩格尔曼：光合作用的场所是叶绿体植物可以更新空气条件：光、绿叶吸收CO2，放出O2光能转换成化学能储存起来产物：淀粉(CH2O)同位素标记法：H218O→18O214CO2→有机物中的碳思考与讨论1光合作用的原料、产物、场所和条件是什么？你能用一个化学反应式表示出来吗？光合作用：原料：CO2和H2O叶绿体光能产物：有机物和氧气光合作用反应式：CO2+H2O(CH2O)+O2光能叶绿体＊＊＊＊条件：酶场所：思考与讨论12.提示：从人类对光合作用的探究历程来看，生物学的发展与物理学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，吸收的是二氧化碳，这个事例说明生物学的发展与化学领域的研究进展密切相关。又如，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水，而不是来自二氧化碳；卡尔文用同位素示踪技术探明了二氧化碳中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，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的推动作用。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光能CO2+H2O叶绿体（CH2O）+O2H2O类囊体的薄膜酶Pi＋ADPATP1.光反应阶段酶光色素叶绿体的类囊体薄膜上水的光解：2H2O4[H]+O2光能（作用:提供还原剂）ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）ATP酶条件：场所：物质变化：能量变化：光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中[H]2.暗反应阶段CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的还原：ATP[H]、条件：场所：物质变化：能量变化：叶绿体的基质中多种酶、ATP中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能2C3(CH2O)＋C5酶[H]、ATPCO2糖类五碳化合物C5CO2的固定三碳化合物2C3C3的还原基质多种酶[H]、ATP叶绿体中的色素光合作用的过程光反应阶段暗反应阶段光能co22c3H2O水在光下分解C5ATPADP+Pi酶供能[H]供氢O2固定还原多种酶参加催化(CH2O)酶光反应H2O→2[H]+1/2O2+Pi+光能ATP酶ADP水的光解：ATP的合成：暗反应CO2的还原：2C3+[H](CH2O)+C5酶ATPCO2的固定：CO2+C5→2C3酶总结：思考：整个光合作用过程中的物质变化和能量变化分别是什么？物质变化：无机物能量变化：光能转变转变光合作用的实质：有机物糖类等有机物中的化学能色素酶联系能量变化物质变化场所条件光暗反应光反应过程项目需要光色素、酶不需要光酶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。思考与讨论2思考与讨论22.物质联系：光反应阶段产生的［H］，在暗反应阶段用于还原C3；能量联系：光反应阶段生成的ATP，在暗反应阶段中将其储存的化学能释放出来，帮助C3形成糖类，ATP中的化学能则转化为储存在糖类中的化学能。1、光合作用将太阳能转化为化学能并储存有机物；2、光合作用释放氧气；3、为生物进化起了重要推动作用。光合作用的意义：光照和CO2浓度变化对光合作用物质含量变化的影响当外界条件改变时,光合作用中C3、C5、[H]、ATP的含量变化可以采用下图分析:分析:条件过程变化C3C5[H]和ATP光照由强到弱,CO2供应不变①过程减弱,②③过程减弱,④过程正常进行增加减少减少或没有光照由弱到强,CO2供应不变①过程增强,②③过程增强,④过程正常进行减少增加增加条件过程变化C3C5[H]和ATP光照不变,CO2由充足到不足④过程减弱,①②③过程正常进行,随C3减少②③减弱,①过程正常减少增加增加光照不变,CO2由不足到充足④过程增强,①②③正常进行,随C3增加②③增强,①过程正常增加减少减少维持生命活动6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2叶绿体光能C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶O2、C6H12O6CO2光合作用和呼吸作用的关系59光合作用与有氧呼吸的比较光合作用有氧呼吸区别场所所需条件物质变化能量变化联系光合作用为有氧呼吸提供；呼吸作用为光合作用提供。叶绿体主要在线粒体光、温度、酶等O2、温度、酶等无机物合成有机物有机物分解成无机物光能转变成稳定的化学能有机物中的化学能释放出来，转移给ATP有机物、O2CO2光能转换为生命动力的过程光能光反应ATP中活跃的化学能有机物中稳定的化学能各项生命活动ATP中活跃的化学能利用细胞呼吸光合作用暗反应直接的能量来源：ATP最终的能量来源：太阳的光能化能合成作用•细菌利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用叫化能合成作用。•除了硝化细菌外，自然界还有铁细菌、硫细菌属于进行化能合成作用的自养生物。•2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量2HNO2+O22HNO3+能量能量6CO2+6H2O(CH20)+6O2硝化细菌的化能合成作用能够直接把从外界环境摄取的无机物转变成为自身的组成物质，并储存了能量的一类生物(化能自养、光能自养)不能直接利用无机物制成有机物，只能把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的组成物质，并储存了能量的一类生物如：绿色植物，蓝藻、硝化细菌、铁细菌、硫细菌等如：人、动物、真菌(如蘑菇)、多数的细菌（乳酸菌、大肠杆菌）等自养生物：异养生物：（1）影响光合作用的因素有哪些？光照、