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1、第4节 能量之源-光与光合作用第1页一、捕捉光能色素和结构一、捕捉光能色素和结构二、光合作用原理和应用二、光合作用原理和应用光合作用过程演示光合作用过程演示第2页叶绿体中色素提取和分离叶绿体中色素提取和分离 【实 验】第3页（一、）试验原理（一、）试验原理1.叶绿体中色素能溶解在有机溶剂无水叶绿体中色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以用无水乙醇乙醇中，所以用无水乙醇可提取叶绿可提取叶绿体中色素。体中色素。2.色素在层析液中溶解度不一样，溶解色素在层析液中溶解度不一样，溶解度高色素分子随层析液在滤纸条上扩度高色素分子随层析液在滤纸条上扩散得快，溶解度低色素分子随层析液散得快，溶解度低色素分子随层
2、析液在滤纸条上扩散得慢，因而可用在滤纸条上扩散得慢，因而可用层析层析液将不一样色素分离液将不一样色素分离。第4页绿叶中色素提取和分离绿叶中色素提取和分离（二（二）操作步骤：）操作步骤：提取色素提取色素制备滤纸条制备滤纸条画滤液细线画滤液细线分离色素分离色素观察与统计观察与统计试验试验第5页（二）方法与步（二）方法与步骤称取称取5g5g左右鲜叶，左右鲜叶，剪碎，放入研钵中。加剪碎，放入研钵中。加少许石英砂少许石英砂（充分研磨充分研磨）和碳酸钙和碳酸钙 (中和细胞中中和细胞中酸，预防镁从叶绿素分酸，预防镁从叶绿素分子中移出子中移出)与与10ml10ml无水无水乙醇。在研钵中快速研乙醇。在研钵中快速
3、研磨。将研磨液进行过滤。磨。将研磨液进行过滤。v1 提取色素提取色素第6页v2 制备滤纸条制备滤纸条 方法与步方法与步骤第7页v3 画滤液细线画滤液细线方法与步方法与步骤第8页方法与步方法与步骤v4 分离色素分离色素第9页方法与步方法与步骤v4 分离色素分离色素第10页讨论：讨论：1 1、试验中无水乙醇和层析液用、试验中无水乙醇和层析液用途是什么？途是什么？2 2、叶绿体中色素有哪几个？分、叶绿体中色素有哪几个？分布情况是怎样？布情况是怎样？（二）提取和分离叶绿体中色素（二）提取和分离叶绿体中色素第11页胡萝卜素胡萝卜素叶黄素叶黄素叶绿素叶绿素a叶绿素叶绿素b（二 ）叶绿体中色素v5 观察和统
4、计观察和统计第12页试验结果：试验结果：讨论讨论：1.1.滤纸条上有几条不一样颜色色带？其排序怎样滤纸条上有几条不一样颜色色带？其排序怎样？宽窄怎样？这说明了什么？宽窄怎样？这说明了什么？/10/1013第13页胡萝卜素（胡萝卜素（橙橙黄色黄色）叶绿素叶绿素类胡萝卜素类胡萝卜素叶绿素叶绿素a(蓝绿色蓝绿色)叶绿素叶绿素b（黄绿色黄绿色）叶黄素（叶黄素（黄色黄色）3/41/4证实了色素种类和颜色证实了色素种类和颜色I.捕捉光能色素捕捉光能色素第14页三、试验关键三、试验关键1.选材时应注意选择选材时应注意选择鲜嫩、色浓绿鲜嫩、色浓绿、无浆汁叶、无浆汁叶片。如菠菜叶、棉花叶、洋槐叶等。片。如菠菜叶
5、、棉花叶、洋槐叶等。2.画滤液细线时应以画滤液细线时应以细、齐、直细、齐、直为标准，重复为标准，重复画线时必须等上次画线干燥后再进行，重复画线时必须等上次画线干燥后再进行，重复2-3次。次。3.层析时不要让滤液细线触及层析液层析时不要让滤液细线触及层析液。第15页四、注意事项四、注意事项1.因因丙酮和层析液丙酮和层析液都是易挥发且都是易挥发且有一定毒性有有一定毒性有机溶剂机溶剂，所以研磨要快，搜集滤液要用棉塞，所以研磨要快，搜集滤液要用棉塞塞住，层析时要加盖，尽可能降低有机溶剂塞住，层析时要加盖，尽可能降低有机溶剂挥发。挥发。2.在研磨时要加少许在研磨时要加少许二氧化硅二氧化硅，目标是为了研目
6、标是为了研磨充分，磨充分，有利于色素提取；加少许有利于色素提取；加少许碳酸钙碳酸钙目目标是为了标是为了预防预防研磨过程中，研磨过程中，叶绿体中色素受叶绿体中色素受到破坏到破坏。3.分离色素时，一定不要让滤纸条上滤液细线分离色素时，一定不要让滤纸条上滤液细线接触到层析液，这是因为接触到层析液，这是因为色素易溶解在层析色素易溶解在层析液中液中，造成色素带不清楚，影响试验效果。，造成色素带不清楚，影响试验效果。第16页色素吸收光谱图色素吸收光谱图 400 500 600 700nm 400 500 600 700nm 1001005050吸收光能百分比叶绿素类胡萝卜素可 见 光 区叶绿素：吸收蓝紫光
7、和红光叶绿素：吸收蓝紫光和红光类胡萝卜素：吸收蓝紫光类胡萝卜素：吸收蓝紫光第17页v叶绿素叶绿素a a和叶绿素和叶绿素b b主要吸收主要吸收蓝紫光蓝紫光和和红光红光，胡萝卜素和叶红素主要吸收胡萝卜素和叶红素主要吸收蓝紫光蓝紫光。v注注：因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反：因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片才展现射回来，所以叶片才展现绿色绿色。结论：结论：第18页分析：分析：为何植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶片金黄呢？为何植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶片金黄呢？因为叶绿素含量大大超出类因为叶绿素含量大大超出类胡罗卜素，而使类胡罗卜素胡罗卜素，而使类胡罗卜素颜色被掩盖，只显示出叶绿颜色
8、被掩盖，只显示出叶绿素绿色素绿色因为叶绿素比类胡罗卜素易受因为叶绿素比类胡罗卜素易受到低温破坏，秋季低温使叶绿到低温破坏，秋季低温使叶绿素大量破坏，而使类胡罗卜素素大量破坏，而使类胡罗卜素颜色显示出来颜色显示出来第19页问题：这些捕捉光能色素存在于问题：这些捕捉光能色素存在于细胞中什么部位？细胞中什么部位？第20页叶片中叶肉细胞叶片中叶肉细胞绿叶绿叶 叶肉细胞叶肉细胞亚显微结构模式图亚显微结构模式图 叶绿体亚显微叶绿体亚显微 结构模式图结构模式图第21页/10/101.以下标号各代表：以下标号各代表：_ _ _2.在在上分布有光合作用所需上分布有光合作用所需 _ 和和 ，在，在中也分布有光合作
9、用所需中也分布有光合作用所需 。基质基质酶酶 外膜外膜内膜内膜类囊体膜类囊体膜基粒基粒色素色素酶酶 6_第22页第23页结论：结论：氧是由叶绿体释放出来氧是由叶绿体释放出来;叶绿体是叶绿体是绿色植物进行光合作用场所绿色植物进行光合作用场所,它内它内部巨大膜表面上，不但分布着吸部巨大膜表面上，不但分布着吸收光能色素分子，还有光合作用收光能色素分子，还有光合作用所需酶所需酶。恩吉尔曼试验设计有哪些巧妙之处？第24页 选材：水绵含有细长带状叶绿体，易于观察现选材：水绵含有细长带状叶绿体，易于观察现象。好氧细菌利用，准确显示出氧气产生部位。象。好氧细菌利用，准确显示出氧气产生部位。设计：黑暗无空气设计
10、设计：黑暗无空气设计进行黑暗和曝光对比试验。进行黑暗和曝光对比试验。极细光线入射；极细光线入射；为了排除试验前环境中光线和氧影响，确保实为了排除试验前环境中光线和氧影响，确保实验准确性。验准确性。能准确判断水绵细胞中释放氧部位；能准确判断水绵细胞中释放氧部位；证实了试验结果完全是光照引发，而且氧是由叶证实了试验结果完全是光照引发，而且氧是由叶绿体释放出来。绿体释放出来。第25页叶绿素叶绿素类胡萝卜素类胡萝卜素叶绿素叶绿素a(蓝绿色蓝绿色)叶绿素叶绿素b（黄绿色黄绿色）胡萝卜素（胡萝卜素（橙黄色橙黄色）叶黄素（叶黄素（黄色黄色）吸收吸收吸收吸收红光红光红光红光和和和和蓝紫光蓝紫光蓝紫光蓝紫光吸收
11、吸收吸收吸收蓝紫光蓝紫光蓝紫光蓝紫光3/41/4小结小结色素主要分布于叶绿体类囊体膜上色素主要分布于叶绿体类囊体膜上第26页二、光合作用原理和应用二、光合作用原理和应用第27页五年后五年后1648年，海尔蒙特(J.B.van Helmont)柳树增重柳树增重 74.47 kgkg土壤降低土壤降低 0.06 kgkg水分水分是建造植物体是建造植物体唯一唯一原料原料1.1.光合作用探究历程：光合作用探究历程：2.5 Kg思索:该试验设计有什么缺点?缺乏缺乏对照试验对照试验,没有考虑空气影响没有考虑空气影响.第28页1771年（英）普里斯特利试验年（英）普里斯特利试验v植物能够更新空气；植物能够更新
12、空气；第29页现象现象：蜡烛熄灭蜡烛熄灭。现象现象：蜡烛连续燃烧。蜡烛连续燃烧。现象：现象：小鼠死亡小鼠死亡。现象：现象：小鼠存活小鼠存活。结论结论：植物能够净化因燃烧或呼吸而变混浊空气植物能够净化因燃烧或呼吸而变混浊空气。思索思索:该试验有时成功该试验有时成功,有时失败有时失败,为何为何?有时可能是在无光条件下做有时可能是在无光条件下做,因为无光时植物不进因为无光时植物不进行光合作用行光合作用,只有细胞呼吸只有细胞呼吸,所以没有氧气释放所以没有氧气释放,而是而是释放释放CO2,所以试验失败所以试验失败.第30页17791779年，荷兰科学家英格豪斯试验年，荷兰科学家英格豪斯试验:在一密闭玻璃
13、钟罩内在一密闭玻璃钟罩内,同时放有盆栽植物和活小鼠同时放有盆栽植物和活小鼠,放在光照条件下放在光照条件下,一段时间后一段时间后,小鼠不死小鼠不死.且放入点且放入点燃蜡烛也不灭燃蜡烛也不灭.在另一密闭玻璃钟罩内在另一密闭玻璃钟罩内,同时放有盆载植物和活小同时放有盆载植物和活小鼠鼠,放在黑暗中放在黑暗中,一段时间后一段时间后,小鼠死亡小鼠死亡.且放入点燃且放入点燃蜡烛马上熄灭蜡烛马上熄灭.重复重复500500屡次屡次.英格豪斯试验设计与前人相比英格豪斯试验设计与前人相比,改进在什么地方改进在什么地方?设计了对照试验设计了对照试验;控制单一变量控制单一变量(即唯一自变量即唯一自变量)对试验过程进行重
14、复对试验过程进行重复第31页17851785年，明确绿叶在光下放出是氧气，吸收是二氧年，明确绿叶在光下放出是氧气，吸收是二氧化碳；化碳；(拉瓦锡拉瓦锡Laroisier,A.L.）18451845年，梅耶指出，植物在进行光合作用时，把光年，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；能转变成化学能储存起来；17851785年结论是在什么基础上提出年结论是在什么基础上提出?梅耶得出这个结论依据是什么梅耶得出这个结论依据是什么?在发觉了空气组成基础上提出在发觉了空气组成基础上提出.依据是依据是”能量转换和守恒定律能量转换和守恒定律”第32页现象：现象：18641864年年 德国科学
15、家德国科学家 萨克斯萨克斯未遮光部分变成蓝色。未遮光部分变成蓝色。（置于暗处几小时）思考：目是什么？v绿色叶片中光合作用中产生了淀粉；绿色叶片中光合作用中产生了淀粉；第33页萨克斯试验目标是什么萨克斯试验目标是什么?为何让叶片二分之一曝光为何让叶片二分之一曝光,另二分之一遮光呢另二分之一遮光呢?为了验证光合作用产物是什么为了验证光合作用产物是什么二分之一遮光二分之一曝光二分之一遮光二分之一曝光,是为了进行对照是为了进行对照第34页 20世纪世纪30年代，鲁宾和卡门（美）同位年代，鲁宾和卡门（美）同位素标识试验：素标识试验：结论：结论：光合作用产生氧气全部来自水，而不是来自光合作用产生氧气全部来
16、自水，而不是来自COCO2 2。第35页2、第二组向同种绿色植物提供、第二组向同种绿色植物提供H218O和和CO2 1 1、第一组向绿色植物提供第一组向绿色植物提供第一组向绿色植物提供第一组向绿色植物提供CC1818OO22和和和和 HH22O O。C18O2+H2O CO2+H218O光照光照光照光照O2 18O2光合作用释放光合作用释放O2全部来自于全部来自于H2O 用氧同位素用氧同位素18O分别标识分别标识H2O和和CO2,使它分别使它分别成为成为H218O和和C18O2。进行两组光合作用试验：。进行两组光合作用试验：第36页2020世纪世纪4040年代，卡尔文年代，卡尔文(M.Calv
17、in)用用14C标识标识CO2供小球藻试验，追供小球藻试验，追踪检测其放射性。探明踪检测其放射性。探明CO2中中C转移转移路径。路径。卡尔文循环：卡尔文循环：CO2 C3 (CH2O)鲁宾、卡门、卡尔文等人采取了什么先进方法来进鲁宾、卡门、卡尔文等人采取了什么先进方法来进行试验行试验?同位素标识法同位素标识法第37页年代年代科学家科学家结论结论16641664海尔蒙特海尔蒙特v水分是植物建造本身原料17711771普利斯特利普利斯特利v植物能够更新空气17791779英格豪斯英格豪斯v只有在光照下只有绿叶才能够更新空气18451845R.R.梅耶梅耶植物在光合作用时植物在光合作用时把光能转变成
18、把光能转变成了化学能了化学能储存起来储存起来18641864萨克斯萨克斯绿色叶片光合作用绿色叶片光合作用产生淀粉产生淀粉18801880恩格尔曼恩格尔曼v氧由叶绿体释放出来。叶绿体是光合作用场所。19391939鲁宾鲁宾 卡门卡门v光合作用释放氧来自水。2020世纪世纪4040代代卡尔文卡尔文v光合产物中有机物碳来自CO2第38页2.光合作用过程光合作用过程第39页2.光合作用过程光合作用过程光反应光反应暗反应暗反应划分依据划分依据:反应过程反应过程 是否需要光能是否需要光能第40页H H2 2O O类囊体膜类囊体膜酶酶Pi ADPATP(1).光反应阶段光反应阶段酶酶光、光、色素、色素、叶绿
19、体内类囊体膜上叶绿体内类囊体膜上水光解：水光解：H2O H +O2光能光能（还原剂）（还原剂）ATP合成：合成：ADPPi 能量（能量（光能光能）ATP酶酶条件条件：场所：场所：物质改变：物质改变：能量改变：能量改变：光能光能转变为活跃转变为活跃化学能化学能贮存在贮存在ATP中中H第41页CO2 2糖类糖类 五碳化合物五碳化合物 C5 蛋白质蛋白质脂质脂质CO2固固定定三碳化合物三碳化合物 2C3C C3 3还还原原 基质基质各种酶各种酶H H2 2O O类囊体膜类囊体膜酶酶Pi ADPATPH第42页CO2 2糖类糖类 五碳化合物五碳化合物 C5 蛋白质蛋白质脂质脂质CO2固固定定三碳化合物
20、三碳化合物 2C3C C3 3还还原原 基质基质各种酶各种酶HATP(2).暗反应阶段暗反应阶段CO2固定：固定：CO2C5 2C3酶酶C C3 3还原：还原：ATPH、ADP+Pi条件：条件：场所：场所：物质改变：物质改变：能量改变：能量改变：叶绿体基质中叶绿体基质中各种酶、各种酶、ATP中活跃化学能中活跃化学能转变为糖类等转变为糖类等 有机物中稳定化学能有机物中稳定化学能2C3 (CH2O)酶酶糖类糖类H、ATP第43页3.光合作用总反应式：光合作用总反应式：CO2+H2O叶绿体叶绿体光能光能糖类糖类(CH2O)+O2 CO2+H2O （CH2O）+O2光能光能叶绿体叶绿体第44页色素色素
21、 酶酶联联 系系能量改变能量改变 物质改变物质改变场所场所条条件件光光暗暗 反反 应应 光光 反反 应应过程过程项目项目需要光需要光 不需要光不需要光基粒类囊体薄膜上基粒类囊体薄膜上基质中基质中水光解；水光解；ATP合成合成CO2固定；固定；C3还原还原 ATP中活中活 跃化学能跃化学能ATP中活中活 跃化学能跃化学能光能光能有机物中稳有机物中稳定化学能定化学能光反应光反应 为为 暗反应暗反应 提供提供 H 和和ATP，暗反应暗反应 为为 光反应光反应 提供提供 ADP 和和Pi。是两个相互独立是两个相互独立、相互制约又亲密联络过程相互制约又亲密联络过程.光反应和暗反应关系比较光反应和暗反应关
22、系比较:需要色素、酶需要色素、酶需要酶需要酶、H H、ATPATP第45页三三.化能合成作用：化能合成作用：原理：还原原理：还原CO2所需要所需要ATP和和H是经过氧是经过氧化无机物化无机物NH4+、NO2-、H2S、SO、H2、Fe2+等等而取得。而取得。化能自养类型：硝化细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌等NH3+O2 HNO2+H2O+能量能量HN02+O2 HNO3+能量能量C02+H2O (CH2O)+O2第46页4.光合作用原理实际应用光合作用原理实际应用第47页光合作用效率光合作用效率1 1、光照强度、光照强度3 3、COCO2 2浓度浓度4 4、矿质元素、矿质元素(合理施肥合理施肥)
23、5 5、水、水 （合理浇灌）（合理浇灌）2 2、温度、温度影响光合作用效率原因影响光合作用效率原因第48页5.5.光合作用与呼吸作用区分：光合作用与呼吸作用区分：光合作用光合作用呼吸作用呼吸作用原料原料CO2、H2OO2、葡萄糖等有机物、葡萄糖等有机物产物产物O2、葡萄糖等有机物、葡萄糖等有机物CO2、H2O等等能量能量转换转换v贮藏能量过程v光能活跃化学能稳定化学能v释放能量过程v稳定化学能活跃化学能发生发生部位部位v有叶绿体细胞、叶绿体活细胞、线粒体、细活细胞、线粒体、细胞质基质胞质基质发生发生条件条件光照下才可发生光照下才可发生光下、暗处都可发生光下、暗处都可发生第49页6.6.叶绿体和线粒体：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结构都有少许DNA和RNA都与能量转换相关都是半自主复制细胞器第50页