1、第4节 能量之源-光与光合作用一、捕获光能的色素和结构一、捕获光能的色素和结构二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用光合作用过程演示光合作用过程演示叶绿体中色素的提取和分离叶绿体中色素的提取和分离 【实 验】（一、）实验原理（一、）实验原理1.叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂无叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以用无水乙醇水乙醇中，所以用无水乙醇可提取叶可提取叶绿体中色素。绿体中色素。2.色素在层析液中溶解度不同，溶解度色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子随层析液在滤纸条上的高的色素分子随层析液在滤纸条上的扩散得快，溶解度低的色素分子随层扩散得快，溶解度低的色素分子随
2、层析液在滤纸条上的扩散得慢，因而可析液在滤纸条上的扩散得慢，因而可用用层析液将不同的色素分离层析液将不同的色素分离。绿叶中色素的提取和分离绿叶中色素的提取和分离（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记录观察与记录实验实验（二）方法与步骤（二）方法与步骤称取称取5g5g左右的鲜叶，左右的鲜叶，剪碎，放入研钵中。加剪碎，放入研钵中。加少许的石英砂少许的石英砂（充分研充分研磨磨）和碳酸钙和碳酸钙 (中和细中和细胞中的酸，防止镁从叶胞中的酸，防止镁从叶绿素分子中移出绿素分子中移出)与与10ml10ml无水乙醇。在研钵无水乙醇。在研
3、钵中快速研磨。将研磨液中快速研磨。将研磨液进行过滤。进行过滤。v1 提取色素提取色素v2 制备滤纸条制备滤纸条 方法与步骤方法与步骤v1、所有高尚教育的课程表里都不能没有各种形式的跳舞：用脚跳舞，用思想跳舞，用言语跳舞，不用说，还需用笔跳舞。v2、一切真理要由学生自己获得，或由他们重新发现，至少由他们重建。v3、教育始于母亲膝下，孩童耳听一言一语，均影响其性格的形成。v4、好的教师是让学生发现真理，而不只是传授知识。v5、数学教学要“淡化形式，注重实质.6、“教学的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒、鼓舞”。2023年1月2023-1-282023-1-282023-1-281/28/202
4、3v7、不能把小孩子的精神世界变成单纯学习知识。如果我们力求使儿童的全部精神力量都专注到功课上去，他的生活就会变得不堪忍受。他不仅应该是一个学生，而且首先应该是一个有多方面兴趣、要求和愿望的人。2023-1-282023-1-28January 28,2023v8、教育技巧的全部诀窍就在于抓住儿童的这种上进心，这种道德上的自勉。要是儿童自己不求上进，不知自勉，任何教育者就都不能在他的身上培养出好的品质。可是只有在集体和教师首先看到儿童优点的那些地方，儿童才会产生上进心。2023-1-282023-1-282023-1-282023-1-28v3 画滤液细线画滤液细线方法与步骤方法与步骤方法与步
5、骤方法与步骤v4 分离色素分离色素方法与步骤方法与步骤v4 分离色素分离色素讨论：讨论：1 1、实验中无水乙醇和层析液的、实验中无水乙醇和层析液的用途是什么？用途是什么？2 2、叶绿体中的色素有哪几种？、叶绿体中的色素有哪几种？分布情况是怎样的？分布情况是怎样的？（二）提取和分离叶绿体中的色素（二）提取和分离叶绿体中的色素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 ）叶绿体中的色素v5 观察和记录观察和记录实验结果：实验结果：讨论讨论：1.1.滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？宽窄如何？这说明了什么？宽窄如何？这说明了什么？2
6、023-1-28143/41/4证明了色素的种类和颜色证明了色素的种类和颜色I.捕获光能的色素捕获光能的色素三、实验关键三、实验关键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、无浆汁的、无浆汁的叶片。如菠菜叶、棉花叶、洋槐叶等。叶片。如菠菜叶、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，重画线时必须等上次画线干燥后再进行，重复复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。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
7、定毒性的有一定毒性的有机溶剂有机溶剂，所以研磨要快，收集的滤液要用，所以研磨要快，收集的滤液要用棉塞塞住，层析时要加盖，尽量减少有机溶棉塞塞住，层析时要加盖，尽量减少有机溶剂的挥发。剂的挥发。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，目的是为了研目的是为了研磨充分，磨充分，有利于色素的提取；加少许有利于色素的提取；加少许碳酸钙碳酸钙的目的是为了的目的是为了防止防止研磨过程中，研磨过程中，叶绿体中的叶绿体中的色素受到破坏色素受到破坏。3.分离色素时，一定不要让滤纸条上的滤液细分离色素时，一定不要让滤纸条上的滤液细线接触到层析液，这是因为线接触到层析液，这是因为色素易溶解在层色素易溶解
8、在层析液中析液中，导致色素带不清晰，影响实验效果。，导致色素带不清晰，影响实验效果。色素的吸收光谱图色素的吸收光谱图 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，所以叶片才呈现射回来，
9、所以叶片才呈现绿色绿色。结论：结论：分析：分析：为什么植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶片金黄呢？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由于叶绿素的含量大大超过类胡罗卜素，而使类胡罗卜类胡罗卜素，而使类胡罗卜素的颜色被掩盖，只显示出素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色叶绿素的绿色由于叶绿素比类胡罗卜素易受由于叶绿素比类胡罗卜素易受到低温的破坏，秋季低温使叶到低温的破坏，秋季低温使叶绿素大量破坏，而使类胡罗卜绿素大量破坏，而使类胡罗卜素的颜色显示出来素的颜色显示出来问题：这些捕获光能的色素存在问题：这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位？于细胞中的什么部位？叶片中的叶肉
10、细胞叶片中的叶肉细胞绿叶绿叶回顾回顾 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 6结论：结论：氧是由叶绿体释放出来的氧是由叶绿体释放出来的;叶绿体叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所是绿色植物进行光合作用的场所,它内部巨大的膜表面上，不仅分它内部巨大的膜表面上，不仅分布着吸收光能的色素分子，还有布着吸收光能的色素分子，还有光合作用所需的酶光合作用所需的酶。恩吉尔曼实验设计有哪些巧妙之处？选材：水绵具有细长的带状叶绿体，易于观察选材：水绵具有细长的带状叶绿体，易于观察现象。好氧细菌的利用，准确显示出氧气产生的现象。好氧细菌的利用，准确显示出氧
11、气产生的部位。部位。设计：黑暗无空气的设计设计：黑暗无空气的设计进行黑暗和曝光的对比实验。进行黑暗和曝光的对比实验。极细光线的入射；极细光线的入射；为了排除实验前环境中光线和氧的影响，确保实为了排除实验前环境中光线和氧的影响，确保实验的准确性。验的准确性。能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；证明了实验结果完全是光照引起的，并且氧是由叶证明了实验结果完全是光照引起的，并且氧是由叶绿体释放出来的。绿体释放出来的。3/41/4小结小结色素主要分布于叶绿体的类囊体膜上色素主要分布于叶绿体的类囊体膜上二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用五年后五年后1648年，
12、海尔蒙特(J.B.van Helmont)74.470.06水分水分是建造植物体的是建造植物体的唯一唯一原料原料1.1.光合作用的探究历程：光合作用的探究历程：2.5 Kg思考:该实验设计有什么缺陷?缺乏缺乏对照实验对照实验,没有考虑空气的影响没有考虑空气的影响.1771年（英）普里斯特利的实验年（英）普里斯特利的实验v植物可以更新空气；植物可以更新空气；现象现象：蜡烛熄灭蜡烛熄灭。现象现象：蜡烛持续燃烧。蜡烛持续燃烧。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的空气植物能够净化因燃烧或呼吸而变混浊的空气。思考思考:该实验有时成功该实
13、验有时成功,有时失败有时失败,为什么为什么?有时可能是在无光条件下做的有时可能是在无光条件下做的,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,所以实验失败所以实验失败.17791779年，荷兰科学家英格豪斯的实验年，荷兰科学家英格豪斯的实验:在一密闭的玻璃钟罩内在一密闭的玻璃钟罩内,同时放有盆栽植物和活小同时放有盆栽植物和活小鼠鼠,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.且放且放入点燃的蜡烛也不灭入点燃的蜡烛也不灭.在另一密闭的玻璃钟罩内在另一密闭的玻璃钟罩内,同时放
14、有盆载植物和活同时放有盆载植物和活小鼠小鼠,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.且放入且放入点燃的蜡烛立即熄灭点燃的蜡烛立即熄灭.重复重复500500多次多次.英格豪斯的实验设计与前人相比英格豪斯的实验设计与前人相比,改进在什么地方改进在什么地方?设计了对照实验设计了对照实验;控制单一变量控制单一变量(即唯一自变量即唯一自变量)对实验过程进行重复对实验过程进行重复17851785年，明确绿叶在光下放出的是氧气，吸收的年，明确绿叶在光下放出的是氧气，吸收的是二氧化碳；是二氧化碳；(拉瓦锡拉瓦锡Laroisier,A.L.）18451845年，梅耶指出，植物在进行光合作用
15、时，把年，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；光能转变成化学能储存起来；17851785年的结论是在什么基础上提出的年的结论是在什么基础上提出的?梅耶得出这个结论的依据是什么梅耶得出这个结论的依据是什么?在发现了空气的组成的基础上提出的在发现了空气的组成的基础上提出的.依据是依据是”能量的转换和守恒定律能量的转换和守恒定律”现象：现象：18641864年年 德国科学家德国科学家 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）（置于暗处几小时）思考：思考：目的是什么？目的是什么？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；萨克
16、斯的实验目的是什么萨克斯的实验目的是什么?为什么让叶片一半曝光为什么让叶片一半曝光,另一半遮光呢另一半遮光呢?为了验证光合作用的产物是什么为了验证光合作用的产物是什么一半遮光一半曝光一半遮光一半曝光,是为了进行对照是为了进行对照 20世纪世纪30年代，鲁宾和卡门（美）的年代，鲁宾和卡门（美）的同位素标记实验：同位素标记实验：结论：结论：光合作用产生的氧气全部来自水，而不是光合作用产生的氧气全部来自水，而不是来自来自COCO2 2。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、第一组向绿色植物提供第一组向绿色植物提供C18O2和和 H2O。C18O2+H2O C
17、O2+H218OO2 18O2光合作用释放的光合作用释放的O2全部来自于全部来自于H2O 用氧的同位素用氧的同位素18O分别标记分别标记H2O和和CO2,使它分别使它分别成为成为H218O和和C18O2。进行两组光合作用的实验：。进行两组光合作用的实验：2020世纪世纪4040年代，卡尔文年代，卡尔文(M.Calvin)用用14C标记的标记的CO2供小球藻实验，供小球藻实验，追踪检测其放射性。探明追踪检测其放射性。探明CO2中的中的C的转移途径。的转移途径。卡尔文循环：卡尔文循环：CO2 C3 (CH2O)鲁宾、卡门、卡尔文等人采用了什么先进方法来进鲁宾、卡门、卡尔文等人采用了什么先进方法来进
18、行实验行实验?同位素标记法同位素标记法年代年代科学家科学家结论结论16641664海尔蒙特海尔蒙特水分是植物建造自身的原料水分是植物建造自身的原料17711771普利斯特利普利斯特利植物可以更新空气植物可以更新空气17791779英格豪斯英格豪斯只有只有在光照下在光照下只有绿叶才可以更只有绿叶才可以更新空气新空气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恩格尔曼恩格尔曼氧氧由叶绿体释放出来。由叶绿体释放出来。叶绿体叶绿体是是光
19、合作用的场所。光合作用的场所。19391939鲁宾鲁宾 卡门卡门光合作用释放的光合作用释放的氧氧来自来自水水。2020世纪世纪4040代代卡尔文卡尔文光合产物中有机物的光合产物中有机物的碳碳来自来自COCO2 22.光合作用的过程光合作用的过程2.光合作用的过程光合作用的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、叶绿体内的类囊体膜上叶绿体内的类囊体膜上水的光解：水的光解：H2O H +O2光能光能（还原剂）（还原剂）ATP的合成：的合成：AD
20、PPi 能量（能量（光能光能）ATP酶酶条件条件：场所：场所：物质变化：物质变化：能量变化：能量变化：光能光能转变为活跃的转变为活跃的化学能化学能贮存在贮存在ATP中中HCO2 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的的固定固定三碳化合物三碳化合物 2C3C C3 3的的还原还原 基质基质多种酶多种酶H H2 2O O类囊体膜类囊体膜酶酶Pi ADPATPHCO2 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的的固定固定三碳化合物三碳化合物 2C3C C3 3的的还原还原 基质基质多种酶多种酶HATP(2).暗反应阶段暗反应阶段CO2的固定：的
21、固定：CO2C5 2C3酶酶C C3 3的还原：的还原：ATPH、ADP+Pi条件：条件：场所：场所：物质变化：物质变化：能量变化：能量变化：叶绿体的基质中叶绿体的基质中多种酶、多种酶、ATP中活跃的化学能中活跃的化学能转变为糖类等转变为糖类等 有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能2C3 (CH2O)酶酶糖类糖类H、ATP3.光合作用的总反应式：光合作用的总反应式：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色素色素 酶酶联联 系系能量变化能量变化 物质变化物质变化场所场所条条件件光光暗暗 反反 应应 光光 反反 应应
22、过程过程项目项目需要光需要光 不需要光不需要光基粒的类囊体薄膜上基粒的类囊体薄膜上基质中基质中水的光解；水的光解；ATP的合成的合成CO2的固定；的固定；C3的还原的还原 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、相互制约又密切联系的过程相互制约又密切联系的过程.光反应和暗反应关系的比较光反应和暗反应关系的比较:需要色素、酶需要色素、酶需要酶需要酶、H H、ATPATP三三.化能
23、合成作用：化能合成作用：原理：还原原理：还原CO2所需要的所需要的ATP和和H是通过是通过氧化无机物氧化无机物NH4+、NO2-、H2S、SO、H2、Fe2+等等而获得的。而获得的。化能自养类型：硝化细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌等4.光合作用原理的实际应用光合作用原理的实际应用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)5 5、水、水 （合理灌溉）（合理灌溉）2 2、温度、温度影响光合作用效率的因素影响光合作用效率的因素5.5.光合作用与呼吸作用的区别：光合作用与呼吸作用的区别：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贮藏能量的过程贮藏能量的过程光能光能活跃的化学能活跃的化学能稳稳定的化学能定的化学能释放能量的过程释放能量的过程稳定的化学能稳定的化学能活跃活跃的化学能的化学能发生发生部位部位有叶绿体的细胞、叶绿体有叶绿体的细胞、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6.6.叶绿体和线粒体：叶绿体和线粒体：
