154能量之源——光与光合作用上课.ppt
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1、第4节 能量之源光合作用,第4节 能量之源光与光合作用,考点4、光合作用的基本过程,光合作用在历年的高考中都占有非常重要的地位,是整个高中生物的重点和难点,主要考查光合作用的场所、条件、产物、影响因素及其光合作用的原理在农业生产中的应用。 在学习中要从光合作用过程中有关光反应和暗反应前后的物质和能量变化及二者之间的关系掌握光合作用的实质;结合分析相关曲线,理解影响光合作用的因素,如光、二氧化碳的浓度、温度,同时要与生产、生活实际相联系,真正掌握本部分知识的内涵和外延,并将知识转变成能力。,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?,绿叶中会有哪些种类的色素呢?
2、 它们分别是什么颜色的? 各种色素在绿叶的含量相同吗?,捕获光能的色素,绿叶中色素的提取和分离,操作步骤:,提取色素,制备滤纸条,画滤液细线,分离色素,观察与记录,叶绿体中的色素,气孔的结构,一. 捕获光能的色素和叶绿体结构,:由类囊体(片层膜结构)堆叠而成,上分布有光合色素和酶。,基粒上和基质中有进行光合作用的酶。,基粒,类囊体,基粒,基质,酶,叶绿体,双层膜,实验绿叶中色素的提取和分离,实验原理:提取(无水乙醇)、分离(层析液) 目的要求:绿叶中色素的提取和分离及色素的种类 材料用具:新鲜的绿叶、定性滤纸等、无水乙醇等 方法步骤: 1.提取绿叶中的色素 2.制备滤纸条 3.画滤液细线 4.
3、分离绿叶中的色素 5.观察和记录 讨论: 1.滤纸条上色带的数目、排序、宽窄? 2.滤纸条上的滤液细线,为什么不能触及层析液?,(三). 叶绿体中色素的提取和分离实验1,叶绿体中色素的提取和分离实验,提取绿叶中的色素,研磨,SiO2:使叶片研磨的充分,CaCO3:防止色素被破坏,乙醇(10ml):溶解色素,过滤:滤液中溶解有色素,制备滤纸条:干燥,剪成长条,一端剪去二个角,并在距一端1cm处划一铅笔线。,画滤液细线:用毛细管将滤液画在滤纸 条上, 画23次(干燥后再重复画),菠菜叶(5g) :剪碎,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
4、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。,(三). 叶绿体中色素的提取和分离实验2,色素分离,方法,:纸层析法,原理,:色素在层析液中的溶解度不同 ,随层析液在滤纸上的扩散速度不同 。,结果,注意事项,:在滤纸条上出现四条色素带:从上往下依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a 、叶绿素b。,:层析液不能没及滤液细线,(色素会溶解在层析液中),胡萝卜素,叶黄素,叶绿素a,叶绿素b,观察实验结果,三棱镜的色散作用,叶绿体中的色素主要吸收红橙光和蓝紫光,叶绿体中色素的吸收光谱,叶绿素中色素的吸收光谱,0,400,500,600,700 波长/nm,50,100,叶绿素
5、b,叶绿素a,吸收光能的百分比,各种色素对光的吸收情况不同,可根据色素的吸收光谱来分析绿叶中色素的种类。,(二). 叶绿体与光合作用,2. 色素的种类和作用,光合色素,种类,作用,聚光色素:(大部分色素)吸收、传递光能,作用中心色素:吸收、转化光能,叶绿素a,类胡萝卜素,叶绿素b,叶黄素,胡萝卜素,叶绿素,吸收红光和蓝紫光,吸收蓝紫光,3/4,1/4,光能转换成电能,光,聚光色素,叶绿素,叶绿素,胡萝卜素,叶黄素,少数特殊状态的叶绿素,(稳定态),(激发态),e,H2O,O2 + H+,e,4.(2011海南高考)红枫是一种木本观赏植物,在生长季节 叶片呈红色,下列关于该植物的叙述,正确的是(
6、 ) A红枫叶片不含叶绿素 B红枫叶片呈红色是因为吸收了红光 C红枫叶片能吸收光能进行光合作用 D液泡中色素吸收的光能用于光合作用 【解析】A项,红枫叶片含有叶绿素,只是液泡中的红色素遮盖了叶绿素的颜色,呈现了红色;B项,红枫叶片呈红色是由于反射了红光,不是吸收了红光;C项,在红枫叶片中含有光合色素,能吸收光能,可以进行光合作用;D项,液泡中的色素不能将吸收的光能转化用于光合作用。,C,5.在圆形滤纸的中央点上滴一滴叶绿体的色素滤液,进行色素分析,会得到近似同心环状的四个色素圈,排在外圈的色素呈( ) A.橙黄色 B.黄色 C.蓝绿色 D.黄绿色,A,(二). 叶绿体与光合作用,3. 光合酶,
7、分布于基粒类囊体膜上(参与光反应)和基质中(参与暗反应)。,结论:水分是植物建造自身的原料。,17世纪海尔蒙特栽培的柳树实验,结论:植物可以更新空气,有人重复了普利斯特利的实验,得到相反的结果,所以有人认为植物也能使空气变污浊?,二光合作用 (一). 光合作用的发现1,二光合作用的原理和应用,(一). 光合作用的探究历程,植物可以更新空气。,绿叶在光下才能更新空气.,1785年,人们发现了空气的组成才明确绿叶在光下放出的气体是氧气,吸收的气体是二氧化碳.,18世纪中期以前:植物所需营养物质都从土壤中获得,与空气无关。,将点燃的蜡烛与绿色植物一起放在一个密闭的玻璃罩内,蜡烛不容易熄灭。,将小鼠与
8、绿色植物一起放在一个密闭的玻璃罩内,小鼠不容易窒息而死 。,二光合作用 (一). 光合作用的发现1,植物进行光合作用时,把光能转化成了化学能储存了起来(根据能量转化和守恒定律),绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。,(3).1845年,德国科学家梅耶指出:,(4).1864年,萨克斯的实验证明,萨克斯的实验,该实验证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉,2,3,1864年,(德)萨克斯的实验,绿色叶片中光合作用中产生了淀粉;,(5)1880年,恩格尔曼的实验,隔绝空气,黑暗,用极细光束照射,完全暴露在光下,水绵和好氧细菌的装片,结论: 氧气是由 叶绿体释放出来的, 叶绿体是光合作用的场所。 光合作用
9、需要光照。,(一). 光合作用的发现2,(). 1939年,鲁宾和卡门用同位素标记法实验,(一). 光现合作用的探究历程,(一). 光合作用的发现2,(). 1939年,鲁宾和卡门用同位素标记法实验,(一). 光现合作用的探究历程,(一). 光合作用的发现2,(6). 1939年,鲁宾和卡门用同位素标记法实验,光合作用释放的氧气全部来自参加反应的水。,实验证明:,(一). 光合作用的发现2,CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径,这一途径称为卡尔文循环。,(7). 20世纪40年代, 卡尔文用同位素 14C标记法进行实验,最终探明了:,光合作用的概念:是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,
10、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。,什么是光合作用呢?,叶绿体中的囊状结构称为类囊体,吸收光能的四种色素,就分布在类囊体的薄膜上。 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。,光合作用在叶绿体中是怎样进行的呢?,光合作用的探究历程,(四).光合作用的过程,(二). 光合作用的过程,1.光反应阶段,(二). 光合作用的过程,2.暗反应阶段,(四).光合作用的过程,(二). 光合作用的过程,1.光反应:,2.暗反应,.水的光解:,.ATP的形成:,.CO2的固定:,.CO2的还原,ADP + Pi
11、+能量,酶,6CO2 + 6C5,酶,12C3+H,在叶绿体基粒类囊体薄膜上进行,:在叶绿体基质中进行,酶、光、 光合色素,12H2O,H + 6O2,ATP,12C3,C6H12O6+6H2O+6C5,酶、光、 光合色素,光能,叶绿素a,ADP+Pi,NADPH,H2O,NADP,ATP,CO2,C5,2C3,固定,还原,光反应,暗反应,光合作用过程,表一 光合作用的过程,光反应,暗反应,叶绿体片层结构薄膜上,叶绿体基质中,叶绿体色素、酶、光能,酶,光能转变为ATP、NADPH中的化学能,ATP、NADPH中的化学能转变为贮存在有机物中的化学能,O2、ATP、NADPH,(CH2O)、ADP
12、、Pi、NADP、C5,ATP,NADPH,ADP、Pi,NADP,无机物,有机物,光,化学,有机物,H2O、ADP、Pi、NADP,CO2、C5、 ATP、NADPH,(二). 光合作用的过程,光合作用的总反应式:,原料和产物的对应关系:,(CH2O),C,H,O,CO2,CO2,H2O,O2,H2O,能量的转移途径:,碳的转移途径:,光能,ATP中活跃的化学能,(CH2O)中稳定的化学能,CO2,C3,(CH2O),(五).光合作用的实质,(三). 光合作用的实质,物质转化:,能量转化:,绿色植物通过叶绿体,利用光能,将二氧化碳和水合成贮存能量的有机物,同时释放出氧气的作用过程。,光合作用
13、的概念:,1.叶绿体中的色素所吸收的光能,用于 和 ;形成的 和 提供给暗反应。,2.光合作用的实质是:把 和 转变为有机物,把 转变成 ,贮藏在有机物中。,3.在光合作用中,葡萄糖是在 中形成的,氧气是在 中形成的,ATP是在 中形成的,CO2是在 固定的。,水的光解,形成ATP,H,ATP,CO2,H2O,光能,化学能,暗反应,光反应,光反应,暗反应,小结:,下图是光合作用过程图解,请分析后回答下列问题:,图中A是_,B是_,它来自于_的分解。 图中C是_,它被传递到叶绿体的_部位,用于_ 。 图中D是_,在叶绿体中合成D所需的能量来自_ 图中G_,F是_,J是_ 图中的H表示_, H为I
14、提供_,2,水,H,基质,用作还原剂,还原C3,ATP,色素吸收的光能,光反应,H和ATP,色素,C5化合物,C3化合物,糖类,叶绿体处于不同的条件下,C3 、C5 、 H 、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化:,(五).光合作用的实质,(四). 光合作用原理的应用,农业生产上可能过控制光照强度和温度的高低,适当增加环境中的二氧化碳浓度来提高光合作用的强度,增加农作物的产量。,1、光合强度是: 指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。,探究光照强弱对光合作用强度的影响,方法步骤 1取绿叶,用打孔器打出直径为1cm小圆形叶片30片。 2用注射器抽出叶片内的气体。这一步骤可重复几次。 3
15、将气体逸出的小圆片,放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。这样的叶片因为细胞间隙充满了水,所以全都沉到水底。 4取3只小烧杯,分别倒入20ml富含二氧化碳的清水.,5分别向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片,然后分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照(光照强弱可通过调节台灯与实验装置间的距离来决定)。 6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(依次为:多、中、少)。 实验结果:光照强光合作用的强度大,光照弱光合作用的强度小。,(五)化能合成作用,自然界中少数种类的细菌,虽然细胞内没有色素,不能进行光合作用,但是能够体外环境中某些无机物释放的能量来制造有机物,这种合成作用,叫做化能
16、合成作用。,(五)化能合成作用,自养生物,以光为能源,以CO2和H2O(无机物)为原料合成糖类(有机物),糖类中储存着由光能转换来的能量。例如绿色植物。,异养生物,只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。例如人、动物、真菌及大多数的细菌。,化能合成作用,利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。少数的细菌,如硝化细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌。,光能自养生物,化能自养生物,所需的能量来源不同(光能、化学能),化能合成作用,NH3,化能合成作用,HNO2,HNO3,+ O2,硝化细菌,酶,酶,+ O2,能量,能量,2NH3 + 3O2 2HNO2 + 2H2O + 能量 2HNO
17、2+O2 2HNO3+ 能量,硝化细菌,硝化细菌,CO2+H2O,能 量,硝化细菌,(CH2O)+O2,4.光合作用与呼吸作用的区别:,5.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 都是半自主复制细胞器,(六).光合作用的意义,为生物圈中所有生物的生存提供了物质来源和能量来源。,(六). 光合作用的意义,对维持大气成分的稳定有重要作用。,促进了生物的进化,光合作用释放O2,改变了大气成分,促进了生物由厌氧型向有氧呼吸型的进化。,大气臭氧层吸收了阳光中大量的紫外线,促进了生物由水生向陆生的进化。,(七),阴生、阳生植物光合速率的
18、比较,不同生物:,(七).影响光合作用的因素,光照(强度、光质)、 CO2浓度和温度是影响光合作用速率的主要因素。,影响光合作用的外界因素:,B点对应的CO2浓度叫CO2补偿点(光合速率=呼吸速率)。,C点对应的CO2浓度叫CO2饱和点(光合速率不再随CO2浓度增加而增加)。,影响光合作用的因素,光照强度,真正光合速率=净光合速率+呼吸速率,光合速率的日变化,上图是在盛夏的某一晴天,一昼夜中某植物对CO2的吸收和释放状况的示意图。亲据图回答问题: 1、图中DE段CO2吸收量逐渐减少是因为 ,以至光反应产生的_ 和 逐渐减少,从而影响了暗反应_ 强度,使 化合物数量减少,影响了CO2固定。 2、
19、图中曲线中间C处光合作用强度暂时降低,可能是( ) A、光照过强,暗反应跟不上,前后脱节,影响整体效果 B、温度较高,提高了呼吸作用酶的活性,消耗了较多的有机物 C、温度高,蒸腾作用过强,气孔关闭,影响了CO2原料的供应 D 、光照过强,气温过高,植物缺水严重而影响光合作用的进行,光照强度逐步减弱,ATP,NADPH,还原作用,五碳,C,温度,光合作用是在 的催化下进行的,温度直接影响 ; B点表示: ; BC段表示: ;,酶的活性,酶,此温度条件下,光合速率最高,超过最适温度,光合速率随温度升高而下降,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
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