1、第四节第四节 光合作用与能量转化光合作用与能量转化 有些蔬菜大棚用红色或蓝色的有些蔬菜大棚用红色或蓝色的 塑料薄膜代替普通塑料薄膜，塑料薄膜代替普通塑料薄膜， 有的温室内悬挂发红色或蓝色有的温室内悬挂发红色或蓝色 的灯管。的灯管。 1.用这种方法有什么好处？这样做对光合作用有影响吗？用这种方法有什么好处？这样做对光合作用有影响吗？ 2.为什么是用红色或蓝色的呢？用绿色的可以吗？为什么是用红色或蓝色的呢？用绿色的可以吗？ 可以提高光合作用强度；不同颜色的光会影响植物的光合作用。可以提高光合作用强度；不同颜色的光会影响植物的光合作用。 不能；因为叶绿素基本上不吸收绿光不能；因为叶绿素基本上不吸收绿
2、光 光能转化为化学能被细胞所吸光能转化为化学能被细胞所吸 收的过程称为收的过程称为光合作用光合作用。 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。 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？ 捕获光能的色素 我们知道，玉米中有时会出现白化苗。我们知道，玉米中有时会出现白化苗。 白化苗由于不能进行光合作用，待种子中贮白化苗由于不能进行光合作用，待种子中贮 存的养分耗尽就会死亡。可见光合作用与细存的养分耗尽就会死亡。可见光合作用与细 胞中的色素有关。胞中的色素有关。 今天，下面的这个实验，主要目的是探究今天，下面的
3、这个实验，主要目的是探究 绿叶中含有几种色素和学习对色素进行提取绿叶中含有几种色素和学习对色素进行提取 和分离的方法，并设法将这些色素分离开。和分离的方法，并设法将这些色素分离开。 绿叶中有哪些色素呢？绿叶中有哪些色素呢？ 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水乙醇中，叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中， 所以用无水乙醇所以用无水乙醇可提取叶绿体中色素。可提取叶绿体中色素。 2.色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的色素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扩散得快，溶解度分
4、子随层析液在滤纸条上的扩散得快，溶解度 低的色素分子随层析液在滤纸条上的扩散得慢，低的色素分子随层析液在滤纸条上的扩散得慢， 因而可用因而可用层析液将不同的色素分离层析液将不同的色素分离。 二、实验程序二、实验程序 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？ 2020/12/10 9 叶绿素叶绿素 类胡萝卜素类胡萝卜素 （含量约（含量约3/43/4） （含量约（含量约1/41/4） 叶绿素叶绿素a a（蓝绿色）（蓝绿色） 叶绿素叶绿素b b（黄绿色）（黄绿色） 胡
5、萝卜素（橙黄色）胡萝卜素（橙黄色） 叶黄素（黄色）叶黄素（黄色） 绿 叶 中 的 色 素 绿 叶 中 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。 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
6、挥发且都是易挥发且有一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
7、层析液，这是因为色素易溶解在层色素易溶解在层 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。 2 2、色素的吸收光谱、色素的吸收光谱 叶绿素溶液叶绿素溶液 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光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类胡萝卜素主要吸收蓝紫光 类胡萝卜素溶液类胡萝卜素溶液 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 叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱 叶绿素叶绿素a a和合叶绿素和合叶绿素b b主要吸收主要吸收蓝
8、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。 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，所以叶片才呈现绿色绿色。 结论：结论： 问题：这些捕获光能的色素存在于细胞中问题：这些捕获光能的色素存在于细胞中 的什么部位？的什么部位？ 18171817年，两位法国科学家首次从植物中分年，两位法国科学家首次从植物中分 离出叶绿素，当时并不清楚叶绿素在植物细离出叶绿素，当时并不清楚叶绿素在植物细 胞中的分布情况。胞中的分布情况。 18651865年，德国植物学家萨克斯研究叶绿年，德国植物学家萨克斯
9、研究叶绿 素在光合作用中的功能时，发现叶绿素并非素在光合作用中的功能时，发现叶绿素并非 普遍分布在植物的整个细胞中，而是集中在普遍分布在植物的整个细胞中，而是集中在 一个更小的结构里，后来人们称之为一个更小的结构里，后来人们称之为叶绿体叶绿体。 3.3.叶绿体叶绿体 叶片中的叶肉细胞叶片中的叶肉细胞 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 捕捉光能的色素存在于细胞中的什捕捉光能的色素存在于细胞中的什 么部位？么部位？ 讨论：讨论：恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处？恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处？ （1 1）、用水绵作实
10、验材料，有）、用水绵作实验材料，有细而长的带状叶绿细而长的带状叶绿 体体，螺旋状分布在细胞中，便于观察和分析研究。，螺旋状分布在细胞中，便于观察和分析研究。 （2 2）、将临时装片置于黑暗且没有空气的环境）、将临时装片置于黑暗且没有空气的环境 中，排除了环境中中，排除了环境中光线和光线和O2的影响，从而确保的影响，从而确保 实验能顺利进行。实验能顺利进行。 （3 3）、用极细的光束照射，并且用好氧菌进）、用极细的光束照射，并且用好氧菌进 行检测，能准确的判断水绵行检测，能准确的判断水绵细胞中放细胞中放O2 部位。部位。 （4 4）、进行黑暗（局部光照）与曝光的）、进行黑暗（局部光照）与曝光的对
11、照实对照实 验验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。，从而明确实验结果完全是由光照引起的。 结论结论: 叶绿体叶绿体是进行光合作用的场所，它内是进行光合作用的场所，它内 部的巨大膜表面上，不仅分布着许多部的巨大膜表面上，不仅分布着许多 吸收光能的吸收光能的色素分子色素分子，还有许多进行，还有许多进行 光合作用所必需的光合作用所必需的酶酶。 二、光合作用的原理和应用 1 1、光合作用的概念、光合作用的概念 指绿色植物通过叶绿体，利用光能，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。的有机物，并且释放出氧气的过程
12、。 2 2、光合作用的实质、光合作用的实质 合成有机物，储存能量合成有机物，储存能量 光合作用的探究历程光合作用的探究历程 普利斯特利的实验 结论：水分是结论：水分是 植物建造自身植物建造自身 的原料。的原料。 17 17世纪世纪海尔蒙特海尔蒙特栽培的柳栽培的柳 树实验树实验 一段时间后一段时间后 一段时间后一段时间后 1771年普利斯特利实验年普利斯特利实验 普 利 斯 特 利 实 验 普 利 斯 特 利 实 验 结论：植物可以更新空气结论：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？果，所以有人认
13、为植物也能使空气变污浊？ 17791779年，荷兰的英格豪斯年，荷兰的英格豪斯 普利斯特利的实验只有在普利斯特利的实验只有在 阳光照射阳光照射下才能成功；植物体下才能成功；植物体 只有绿叶才能只有绿叶才能更新空气更新空气。 到到1785年，发现了空气的组年，发现了空气的组 成，人们才明确绿叶在光下放出成，人们才明确绿叶在光下放出 的是的是O2，吸收的是吸收的是CO2。 光光 能能 化化 学学 能能 储存在什储存在什 么物质中？么物质中？ 德国德国 梅耶梅耶 18641864年，德国萨克斯实验年，德国萨克斯实验 黑暗处理黑暗处理 一昼夜一昼夜 让一张叶片一半让一张叶片一半 曝光一半遮光曝光一半遮
14、光 绿叶在绿叶在光光下制造下制造淀粉淀粉。 用碘蒸气处理这片叶，用碘蒸气处理这片叶， 发现曝光的一半呈深发现曝光的一半呈深 蓝色，遮光的一半则蓝色，遮光的一半则 没有颜色变化。没有颜色变化。 光合作用释放的光合作用释放的O2来自来自CO2还是还是H2O？ 第 一 组 第 一 组 光合作用产生的光合作用产生的O2来自于来自于H2O。 H2180 C02 H20 C18O2 第 二 组 第 二 组 1802 02 美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法） 光合作用产生的有机物又是怎样合成的？光合作用产生的有机物又是怎样合成的？ 返回返回 光合作用氧气来源的探究（年） 美
15、国卡尔文美国卡尔文 用用14 14C C标记 标记14 14CO CO2 2，供小球藻，供小球藻 进行光合作用，探明了进行光合作用，探明了 COCO2 2中的中的C C的去向，称为卡的去向，称为卡 尔文循环。尔文循环。 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 18451845 R.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
16、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 2 绿色植物通过绿色植物通过叶绿体叶绿体，利用，利用光能光能，把，把 CO2和和H2O转化成储存能量的转化成储存能量的有机物有机物，并，并 释放出释放
17、出O2的过程。的过程。 反应物、条件、反应物、条件、 场所、生成物场所、生成物 CO2H2O （CH2O）O2 光能光能 叶绿体叶绿体 糖类糖类 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 光反应在白天可以进行吗？夜间呢？光反应在白天可以进行吗？夜间呢？ 暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？ 有光才能反应有光才能反应 有光、无光都能反应有光、无光都能反应 H H2 2O O 类囊体膜类囊体膜 酶酶 Pi ADP ATP 光反应阶段光反应阶段 光、色素、酶光、色素、酶 叶绿体内的叶绿体内的类囊体
18、薄膜类囊体薄膜上上 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： ADPPi 能量（能量（光能光能） ATP 酶酶 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 H 场所：场所： 条件：条件： 物质变化物质变化 能量变化能量变化 进入叶绿进入叶绿 体基质，体基质， 参与暗反参与暗反 应应 供暗反供暗反 应使用应使用 CO2 2 五碳化合物五碳化合物 C5 CO2的的 固定固定 三碳化合物三碳化合物 2C3 C C3 3的的 还原还原 叶绿体基质叶绿体基质 多种酶多种酶 H H2 2O O 类囊体膜类囊体膜 酶酶 Pi
19、ADP ATP H 糖类糖类 卡尔文循环卡尔文循环 暗反应阶段暗反应阶段 CO2的固定：的固定： CO2C5 2C3 酶酶 C3的还原：的还原： ATP H 、 ADP+Pi 叶绿体的叶绿体的基质基质中中 ATP中中活跃活跃的的化学能化学能转变为转变为糖类糖类等等 有机物中有机物中稳定稳定的的化学能化学能 2C3 (CH2O) 酶酶 糖类糖类 H 、ATP、酶、酶 场所：场所： 条件：条件： 物质变化物质变化 能量变化能量变化 CO2 2 五碳化合物五碳化合物 C5 CO2的的 固定固定 三碳化合物三碳化合物 2C3 叶绿体基质叶绿体基质 多种酶多种酶 糖类糖类 ATP H 联系联系 比较光反
20、应、暗反应比较光反应、暗反应 光反应阶段光反应阶段 暗反应阶段暗反应阶段 条件条件 场所场所 物质变化物质变化 能量变化能量变化 光光、色素、酶、色素、酶 不需光、酶、不需光、酶、H、ATP 叶绿体叶绿体类囊体膜类囊体膜 叶绿体叶绿体基质基质中中 水的光解；水的光解； ATP 的生成的生成 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 光能光能 ATP中活中活 跃化学能跃化学能 有机物中稳有机物中稳 定化学能定化学能 光反应是暗反应的基础，为暗反应提供光反应是暗反应的基础，为暗反应提供HH和和 ATPATP，暗反应为光反应提供，暗反应为光反应提供ADPADP和和P
21、i Pi 。 CO2+H2O （CH2O)+O2 光能光能 叶绿体叶绿体 色素分子色素分子 可见光可见光 C5 2C3 ADP+Pi ATP 2H2O O2 4H 多种酶多种酶 酶酶 (CH2O) CO2 吸收吸收 光解光解 能能 固定固定 还还 原原 酶酶 光反应光反应 暗反应暗反应 光合作用总过程：光合作用总过程： 光反应光反应 H2O 2 H + 1/2O2 + Pi + 光能 光能 ATP 酶酶 ADP 水的光解： ATP的合成的合成 ： 暗反应暗反应 CO2的还原： 2C2C3 3 + H (CH + H (CH2 2O) + CO) + C5 5 酶 ATP CO2的固定： CO2
22、 + C5 2C3 酶 总结：总结： 原料和产物的对应关系：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：能量的转移途径： 碳的转移途径：碳的转移途径： 光能光能 ATPATP中中活跃活跃 的化学能的化学能 (CH2O)中中稳定稳定 的化学能的化学能 CO2 C3 （CH2O） 下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题： 图中图中A A是是_,B_,B是是_,_,它来自于它来自于_的分解。的分解。 图中图中C C是是_，它被传递到叶绿体的，它被传递到叶绿体的_部位，用部位，用 于于_ 。
23、 图中图中D D是是_，在叶绿体中合成，在叶绿体中合成D D所需的能量来自所需的能量来自_ 图中图中G_,FG_,F是是_,J_,J是是_ 图中的图中的H H表示表示_， H H为为I I提供提供_ 光光 H2O B A C D E+Pi F G CO2 J H I 2 水水 H 基质基质 用作还原剂，还原用作还原剂，还原C3 ATP 色素吸收色素吸收 的光能的光能 光反应光反应 H和和ATP 色素色素 C5化合物化合物 C3化合物化合物 糖类糖类 光合作用原理的应用光合作用原理的应用 影响影响光合作用强度光合作用强度的因素？的因素？ COCO2 2的浓度，光照的长短与强弱；光的成分；温的浓度
24、，光照的长短与强弱；光的成分；温 度的高低、必需矿物质元素、水分等。度的高低、必需矿物质元素、水分等。 例：适当提高例：适当提高CO2的浓度（温室大棚），增加光照时间的浓度（温室大棚），增加光照时间 和光照强度，农作物间距合理，选择适当的光源等。和光照强度，农作物间距合理，选择适当的光源等。 化能合成作用化能合成作用 自养生物自养生物 以以光光为能源，以为能源，以CO2和和H2O（无机物无机物）为原料合成）为原料合成 糖类（糖类（有机物有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。），糖类中储存着由光能转换来的能量。 例如例如绿色植物绿色植物。 异养生物异养生物 只能利用环境中只能利用环境中现成的有机物现成的有机物来维持自身的生来维持自身的生 命活动。例如命活动。例如人、动物、真菌及大多数的细菌人、动物、真菌及大多数的细菌。 化能合成作用化能合成作用 利用环境中某些利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量无机物氧化时所释放的能量来来 制造有机物。少数的制造有机物。少数的细菌，如硝化细菌细菌，如硝化细菌。 光能自养生物光能自养生物 化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）所需的能量来源不同（光能、化学能）
