光合作用总结1

光合作用总复习享学课堂“光合作用”小专题2自养型生物碳素同化的途径：①绿色植物、蓝藻和光合细菌的光合作用②硝化细菌等的化能合成作用。★它们都属于自养型生物，生产者；★两类都以CO2作为碳源，但能源不同。一个梦想生命之美不但在“形”，更在人的创新思维和梦想！有朝一日，当我们搞清楚光合作用的全部机理，又能利用基因工程技术将光合作用的全套基因转入人的头发中，那时，只要在头上撒点水，再晒晒太阳，人的头发就能像叶片一样合成葡萄糖，葡萄糖再输入到人体的各个部分……于是，人类就不再有饥饿，色、香、味、形俱佳的食物就成了满足人们味觉需要或精神享受的艺术品。知识结构（流程图）思考：光合作用的3大营养物质是什么？它们从哪里来？其中对有机物贡献最大的是什么？1.光合作用的定义和总反应式光合作用是叶绿体吸收并利用光能，将CO2和H2O合成有机物质并释放O2，将光能转换成化学能的过程。【是否释放氧气，与供氢体有关】CO2+2H2O(CH2O)+H2O+O2光叶绿体2.光合作用的意义光合作用是“地球上最重要的化学反应”。为植物本身的物质代谢提供了基础。直接或间接地为动物和人类的生存提供了食物和能源。【C是构成生物体的最基本元素，占生物体干重的49％。】地球上几乎所有生物都是利用光合作用固定的能量作为生命活动的能源。维持大气中CO2和O2，含量的基本稳定。总之，光合作用对地球上生物的生存、繁荣和发展极其重要。3.真核生物光合作用的场所主要器官：叶细胞器：叶绿体（蓝细菌、光合细菌也能进行光合作用，但没有叶绿体）◆椭圆球形的叶绿体有哪些结构与光合作用相适应？▲在叶绿体基粒片层的薄膜上有与光合作用有关的色素。基粒片层使受光面积大大增加，堆叠能充分收集光能。组成基粒的基粒片层数目依不同植物或同一植物不同部位的细胞而有很大的变化。▲在叶绿体基粒片层的薄膜上和基质中有与光合作用有关的酶。基粒片层基质引起叶绿体的形态和分布发生改变的非生物因素主要是：水（水少则皱缩）；光照强度和方向4.与光合作用有关的叶绿体色素作用：吸收（红橙光和蓝紫光）、传递和转换光能。叶片衰老或环境条件不良（干旱、高温、寒冷等）时，叶绿素比类胡萝卜素更易被破坏而含量下降。外因上，合成叶绿素需光、N和Mg、适宜温度（酶活性）。※叶绿素的不断合成与分解，可用标记的N来证明。※液泡中的花青素吸收光能，但不能传递到叶绿素a。◆吸收光谱的特点使绿色植物无论晴天（全光谱的光），还是阴天（蓝紫光）都能进行光合作用。线粒体与叶绿体在代谢上的相互关系线粒体为叶绿体提供________；叶绿体为线粒体提供_______。【暗反应所需的ATP必须来自于光反应，不能由线粒体提供】CO2,H2OO2,有机物外界CO2外界O2叶肉细胞光外界CO2外界O2★典型的具有能量转换功能的膜：▲线粒体内膜;▲叶绿体基粒片层膜;▲细菌细胞膜等★讨论：净光合作用不同情况下的箭头及计算。线粒体与叶绿体的比较比较项目相同点不同点线粒体叶绿体细胞中的分布能光合作用的真核细胞中都有~。都能在细胞质中运动。所有需氧型和兼性厌氧型真核细胞都有线粒体。有叶绿体的细胞一定存在线粒体。能光合作用的真核细胞才有叶绿体。有线粒体的细胞不一定有叶绿体。物质基础都有磷脂、蛋白质，DNA和RNA。都是遗传物质的载体。酶与有氧呼吸有关，酶分布在基质和内膜中。酶与光合作用有关，酶分布在…和…中；特有叶绿体色素亚显微结构都是双层膜包被的细胞器；膜面积都很大。以内膜向内腔折叠形成嵴的方式增加膜面积；双膜，2区室。以类囊体重叠形成基粒的方式增加膜面积；三膜，3区室。主要功能都与能量转换有关；都能生成ATP。分解有机物，释放能量；产生ATP的能量来源于糖类等化学能。合成有机物，储存能量；产生ATP的能量来源于光能。一、光合作用研究史●赫尔蒙特的柳树试验●普里斯特利的小鼠试验；英格豪斯的小鼠试验●萨克斯的叶片遮光实验●鲁宾和卡门的放氧实验●卡尔文的暗反应循环实验同位素标记法1642年，比利时科学家赫尔蒙特五年后柳树增重74.47kg土壤减少0.06kg水分是建造植物体的唯一原料？1779年，荷兰的科学家英格豪斯结论：光照是实验成功的必要条件1864年，德国植物生理学家萨克斯同一张叶片上做的对照实验◇实验组与对照组的确认◇选择同一叶片的优越性◇预先进行饥饿处理的目的◇结果与结论光合作用产生淀粉。实验组1939年，美国科学家鲁宾和卡门实验（同位素示踪法）【相互对照】●如何设计对照实验？●举例其它的相互对照实验。●如何计算产物O2的质量（或含18O的比例）？20世纪40年代，美国科学家卡尔文CO2能转化成为光合产物淀粉。14co2双向纸层析法分离各种化合物同位素示踪法14c3化合物14c6（葡萄糖）17同位素标记法研究光合作用暗反应的循环途径——CO2转化成有机物的途径【卡尔文探求新的研究方法】1.选择14C跟踪光合作用过程的可行性：①14C和12C化学性质相同，14CO2同样能被用于光合作用；②14C衰变过程释放出射线，通过检测很容易探知其存在和数量。2.方法步骤：①将绿藻置于恒定光照和CO2条件下，使其光合作用达到稳定状态②将14CO2在很短暂的时间内通入绿藻培养液【这样，光合作用中碳的代谢过程中间产物就会被14C标记】③在通入14CO2后的不同时间间隔，以80％乙醇杀死绿藻细胞，以中断酶反应，分离鉴定。3.结果：随着不断缩短反应开始至加入乙醇停止反应的时间，发现一种C3化合物是第一个可检测到的稳定物。……顺序判断思路：中间产物含量变化总是先增后降，第一个中间产物出现得最早，前一中间产物与相接的中间产物总是前者先出现高峰，在同一时段前者降后者升。※研究代谢途径的实验方法：1.追踪代谢过程：＊起始物→＊A→＊B→＊C→＊终产物2.扰乱代谢体系（加入代谢抑制剂）：类似于基因剔除和遗传缺陷与中间产物积累。基粒基粒片层膜基粒片层膜叶绿体基质基粒片层内腔保卫细胞叶绿体基质含导管和筛管栅栏组织海绵组织叶片——叶肉细胞——叶绿体——基粒片层（膜）二、〖叶绿体〗知识结构1.分布：哪些细胞？大小、数目的影响因素？同一个体不同细胞中叶绿体数量？背阴地区的多于向阳地区的叶绿体数量、类囊体数目和叶绿素含量？2.形状：椭圆球形（※水绵？）3.结构：3膜3腔。与线粒体的区别？4.内含物：叶绿体色素（脂溶性、种类、颜色与吸收光谱，功能，分布）；酶（分布，功能）；DNA（遵循的遗传规律）。5.功能：是植物进行光合作用的细胞器。线粒体与叶绿体在代谢上的相互关系★典型的具有能量转换功能的膜：▲线粒体内膜;▲叶绿体基粒片层膜;▲细菌细胞膜等掌握总光合作用与净光合作用的关系，并计算。线粒体与叶绿体比较项目相同点不同点线粒体叶绿体细胞中的分布能光合作用的真核细胞中都有~。都能在细胞质中运动。所有需氧型和兼性厌氧型真核细胞都有线粒体。有叶绿体的细胞一定存在线粒体。能光合作用的真核细胞才有叶绿体。有线粒体的细胞不一定有叶绿体。物质基础都有磷脂、蛋白质，DNA和RNA。都是遗传物质的载体。酶与有氧呼吸有关，酶分布在内膜和基质中。酶与光合作用有关，酶分布在…和…中；特有叶绿体色素亚显微结构都是双层膜包裹的细胞器；膜面积都很大。以内膜向内腔折叠形成嵴的方式增加膜面积；双膜，2区室。以片层结构重叠形成基粒的方式增加膜面积；三膜，3区室。主要功能都与能量转换有关；都能生成ATP。分解有机物，释放能量；产生ATP的能量来源于糖类等。合成有机物，储存能量；产生ATP的能量来源于光能。叶绿体色素与光合作用叶绿体色素:元素与分子结构；分布；种类；含量与比例；颜色与吸收光谱；功能；色素提取和分离实验等蓝紫光红橙光叶绿体色素吸收光谱：明暗带；光谱曲线。某种色素的吸收光谱是其在各个波长处所吸收光的百分数。吸收光谱只能反映该色素对不同波长光的吸收关系。光合作用的作用光谱表示在某些波长的光下的光合速率。作用光谱确定进行光合作用的有效波长。■吸收光谱≠作用光谱■作用光谱与吸收光谱的相关性，反映色素对光合作用贡献的大小。★曲线之间的相关性图中的“作用光谱”指不同波长光对光合作用的总影响，反映的是各种光合作用色素的共同作用结果，它与各种色素联合的“吸收光谱”一致，而与任何一种色素单独的吸收光谱都不同。叶绿素a的吸收光谱最接近，也说明叶绿素a在光合作用中起主要作用。植物进行光合作用时，下列哪些物质的变化趋势与图中作用光谱基本一致?A．O2的释放量B．C3化合物的总量C．C5化合物的总量D．有机物的生成量叶绿体色素与叶色叶片衰老或环境条件不良（干旱、高温、寒冷等）时，叶绿素比类胡萝卜素更易被破坏，其含量下降而使叶变黄。外因上，合成叶绿素需要光[但少数如藻类等例外]、N和Mg、适宜温度（酶活性）[温度过高、过低都会影响~]。内因上，受控于遗传性。※叶绿素的不断合成与分解，可用标记的15N来证明。※液泡中的花青素吸收光能，但不能传递到叶绿素a，因此不能用于光合作用。■植物固体样品匀浆液的制作方法切碎研磨过滤过滤时用滤纸/脱脂棉/纱布，依目的而定。叶绿体色素提取和分离的操作过程及规范原理仪器、试剂与作用提取、分离的过程、顺序？试剂的作用？滤液细线的标准？分离的关键？层析法的用途与举例“叶绿体色素的提取和分离”的拓展1.本实验可用于：★了解叶绿体色素的种类【即：色素带的数目】；大致的含量比例【即：色素带的宽窄】；有关物理性质：【但肉眼不能直接看到吸收光谱】颜色，溶解特性（色素带的位置反映其在层析液中的溶解度）。★粗略比较不同材料的叶绿素含量：若一次实验，选用不同材料，如：不同植物的叶片，同一植物不同发育阶段的叶片，不同季节的叶片等，提取并分离色素。若要准确测定叶绿素的绝对含量，则还需特定仪器。根据不同成分的移动速度（溶解度）不同进而分离的方法统称为层析。纸层析即用滤纸作载体，让不同成分分离开。2.加入碳酸钙的目的是什么？设计实验验证之。研磨时，液泡破裂，释放出呈酸性的细胞液，H+会取代Mg2+，使叶绿素成为褐色的去镁叶绿素。★加入碳酸钙是为了调节pH,以保护叶绿素。实验方法步骤：【设计实验步骤的基本范式】(1)取两支试管并编号1、2，均加入2ml叶绿体色素提取液。(2)1号管作为对照组，2号管加入数滴5％HCl,摇匀，置于黑暗中。(3)观察并比较溶液颜色变化，记录结果。3.过滤获取色素滤液时，为什么用脱脂棉或单层尼龙布，而不用滤纸？①色素分子较大，不容易透过滤纸；②滤纸吸附能力强，会降低色素浓度；※叶绿体色素是脂溶性的，根据相似相溶原理，用脱脂棉可减少色素的流失。4.收集的叶绿体色素滤液为什么要避光保存，且及时使用？设计实验验证之。避光保存并及时使用，是为了防止光对叶绿素的破坏作用（尤其是离开叶绿体基粒片层后）。◆验证光对叶绿素的破坏作用，尤其是离开基粒片层后。实验方法步骤：（1）制备叶绿体色素提取液和叶绿体悬浮液。【制备叶绿体悬浮液：研磨新鲜叶片，加等渗溶液，用纱布过滤】（2）取4支试管，编号1、2、3、4。第1、2号试管内各加5ml叶绿体悬浮液；第3、4号试管内各加5ml叶绿体色素提取液。（3）将第1、3号试管放在强直射光下，另两支放在暗处。（4）相同时间后对比观察颜色变化。【与2号管相比，1号管略退色；与4号管相比，3号管明显退色】（5）另取圆形滤纸层析分离的色谱一张，通过圆心裁成两半，一半放在强直射光下，另一半放在暗处。相同时间后对比观察色素带颜色变化【光下的叶绿素带明显褪色，暗处的则基本不变。类胡萝卜素均基本不变】【上述实验为“验证”，则常态下（有光）为对照组，放在暗处的是实验组。若改为“探究”，则实验变量“光”处理的为实验组，黑暗中的成为对照组。】▲滤纸条上没有色素带的原因？提取液用的是极性溶剂；滤液细线没入层析液。▲色素带只有2条的原因？材料是白化苗的叶（无叶绿素，只有两种类胡萝卜素）；层析时间过短（叶绿素未扩散）;滤液细线画得太粗（后3条不易区分）。▲色素带只有3条的原因？层析时间过短（叶绿素a、b未分开）；层析时间过长（两条类胡萝卜素带在滤纸条顶端合并）；滤液细线过粗，或滤液未干就重复划滤液细线（使叶绿素a、b