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1、第 3節(jié) 能 量 之 源 -光 合 作 用光 合 作 用 和 細 胞 呼 吸 俗 話 說 ： 萬 物 生 長 靠 太 陽 。 為 什 么 這 樣 說 呢 ？ n 地 球 表 面 上 的 綠 色 植 物 每 年 大 約制 造 了 4.0 1012-5.0 1012t有 機物 ！n 地 球 表 面 上 的 綠 色 植 物 每 年 儲存 的 能 量 約 為 7.11 1018KJ， 這 個數(shù) 字 相 當 于 24萬 個 三 峽 電 站 每 年所 發(fā) 出 的 電 力 。 一 、 光 合 作 用 的 探 究 之 謎n 植 物 為 什 么 會 生 長 ？n 公 元 前 3世 紀 ， 古 希臘 亞 里 士

2、多 德 認 為 ：根 吸 收 土 壤 中 的 養(yǎng) 分 ，土 壤 減 少 的 重 量 =植 物增 加 的 重 量 1、 海 爾 蒙 特 的 實 驗 （ 1648年 ）n 小 柳 樹 + 干 土2.3kg 90.9kg雨 水澆 灌5年76.7kg 90.843kg 該 試 驗 說 明 了 什 么 ？結 論 ： 植 物 增 重 來 自 水 分通 過 實 驗 ， 海 爾 蒙 特 推 翻 了 亞 里 士 多 德的 錯 誤 觀 點 ， 那 他 的 實 驗 結 論 完 全 正 確嗎 ？從 柳 樹 生 活 環(huán) 境 的 角 度 分 析 ， 還 應 考慮 什 么 因 素 ？ 光 、 空 氣 2.1771年 ， 英

3、 國 的 科 學 家 普 利 斯 特 利 實 驗結 論 ：綠 色 植 物具 有 更 新空 氣 的 能力 3、 揚 .英 根 豪 斯 的 實 驗 （ 1779年 ）n 只 有 在 光 下 植物 才 能 更 新 空 氣n 植 物 體 只 有 綠葉 在 光 下 才 能 更新 空 氣 黑 暗 光 下 n 到 1785年 ，發(fā) 現(xiàn) 了 空 氣 的組 成 ， 人 們 才明 確 綠 葉 在 光下 放 出 的 是 O2，吸 收 的 是 CO2。植 物 究 竟 更 新 了 空 氣 中 的 什 么 成 分 ？ CO2+H2O ？ +O2光 能 在 這 個 過 程 中 ， 光 能 又 哪 里 去 了 呢 ？ 德 國

4、 科 學 家 梅 耶 （ R.Mayer) 1845年 根據(jù) 能 量 轉 換 和 守 恒 定 律 明 確 指 出光 能 化 學 能 光 能 轉 化 為 化 學 能 ， 貯 存 在 什 么 化 合 物 中 呢 ？ 4、 薩 克 斯 的 實 驗 （ 1864年 ） 結 論 :光 合 作 用的 產(chǎn) 物 除了 氧 氣 外還 有 淀 粉 水 綿 水 綿 是 水 綿 屬 （ 學 名 ： Spirogyra） 綠 藻 的總 稱 ， 又 名 石 衣 、 水 衣 、 水 苔 、 石 發(fā) 、 陟厘 、 側 梨 、 水 青 苔 ， 是 一 種 普 遍 生 活 在 淡水 里 的 真 核 多 細 胞 藻 類 ， 因 體

5、 內(nèi) 含 有 1 16條 帶 狀 、 螺 旋 形 的 葉 綠 體 ， 所 以 呈 現(xiàn) 綠 色 。世 界 上 大 概 有 超 過 400種 水 綿 ， 它 們 的 寬 度大 概 在 10 100 m之 間 ， 長 度 最 長 可 達 數(shù)厘 米 5、 恩 吉 爾 曼 實 驗 （ 1880年 ） 結 論 :n 光 合 作 用可 以 釋 放 氧氣n 場 所 葉 綠 體n 光 合 作 用需 要 光 能 1.為 什 么 選 用 水 綿 做 為 實 驗 材 料 ？ 2.實 驗 一 為 什 么 要 在 黑 暗 且 沒 有 空 氣 的 環(huán) 境 中進 行 ？3.為 什 么 先 用 極 細 光 束 照 射 水 綿

6、？ 而 后 又 讓 水綿 完 全 暴 露 在 光 下 的 目 的 是 ？4.本 實 驗 還 有 什 么 巧 妙 之 處 ？水 綿 的 葉 綠 體 呈 螺 旋 式 帶 狀 ， 便 于 觀 察排 除 氧 氣 和 光 的 干 擾在 葉 綠 體 上 形 成 光 照 多 和 光 照 少 的 部 位 ， 相 當 于 一 組 對 比 實 驗與 在 黑 暗 處 形 成 對 照 ， 再 次 驗 證 實 驗 結 果用 好 氧 細 菌 可 以 確 定 釋 放 氧 氣 的 多 少 6、 魯 賓 、 卡 門 實 驗 （ 1940年 ）結 論 ：光 合 作 用中 釋 放 的氧 氣 來 自于 H2O，而 不 是 來自 CO

7、2 7.卡 爾 文 循 環(huán) 20世 紀 40年 代 ，美 國 的 科 學 家 卡爾 文 用 14C標 記14CO2， 供 小 球 藻進 行 光 合 作 用 ，探 明 了 CO2中 的 C的 去 向 ， 稱 為 卡爾 文 循 環(huán) 古 代 古 希 臘 亞 里 士 多 德 土 壤 減 少 的 重 量 等 于植 物 增 加 的 重 量1648 比 利 時 海 爾 蒙 特 植 物 增 重 來 自 水1771年 英 國 普 利 斯 特 利 植 物 可 以 更 新 空 氣1779年 荷 蘭 英 格 豪 斯 植 物 只 有 在 光 下 綠 色 部 分可 以 更 新 空 氣1785年 由 于 發(fā) 現(xiàn) 了 空 氣

8、 的 組 成 綠 葉 在 光 下 放 出 氧 氣1864年 德 國 薩 克 斯 光 合 作 用 能 產(chǎn) 生 淀 粉美 國1880年 恩 格 爾 曼 在 光 下 葉 綠 體 放 出 氧 氣1939年 美 國 魯 賓 和 卡 門 氧 氣 來 自 于 水1940年 美國 卡 爾文 CO 2的 碳 轉 化 成 有 機 物 中 的 碳 光 合 作 用 光 合 作 用 是 指 綠 色 植 物 通 過 葉 綠 體 ，利 用 光 能 ， 把 二 氧 化 碳 和 水 轉 化 成 儲存 著 能 量 的 有 機 物 ， 并 且 釋 放 出 氧 氣的 過 程 。 條 件 場 所原 料 產(chǎn) 物 基 粒 ： 囊 狀 結

9、構的 薄 膜 是 綠 色 的 。 20 6 類 囊 體 基粒 n 1. 實 驗 ： 綠 葉 中 色 素 的 提 取 和 分 離原 理 ： 葉 綠 體 中 的 色 素 可 以 溶 解 在 無 水 乙 醇 中 ，可 以 用 來 提 取 色 素 。 色 素 在 層 析 液 中 的 溶 解 度 不 同 ， 在 濾 紙上 的 擴 散 速 度 有 差 別 ， 可 以 用 來 分 離 色 素二 、 光 合 色 素 步 驟 ： 剪 碎 加 藥 品 研 磨 過 濾 胡 蘿 卜 素葉 黃 素葉 綠 素 a葉 綠 素 b 葉 綠 素類 胡 蘿 卜 素 葉 綠 素 a（ 藍 綠 色 ）葉 綠 素 b（ 黃 綠 色 ）

10、胡 蘿 卜 素 （ 橙 黃 色 ）葉 黃 素 （ 黃 色 ）綠葉中的色素 (占 1/4)(占 3/4) 色 素 分 子 式n 葉 綠 素 a （ C55H72O5N4Mg）n 葉 綠 素 b （ C55H70O6N4Mg）n 胡 蘿 卜 素 （ C40H56）n 葉 黃 素 （ C40H56O2） 2.色 素 的 功 能 太 陽 光葉 綠素 a 與 光 合 作 用 有 關 的 光 只 是 可 見 光 （ 波 長 范 圍 在380nm 760nm之 間 ） ； 當 太 陽 光 通 過 三 棱 鏡 后 ， 白光 分 為 紅 、 橙 、 黃 、 綠 、 青 、 藍 、 紫 七 色 連 續(xù) 光 譜 ，

11、就 是 太 陽 的 連 續(xù) 光 譜 。 葉 綠 體 中 的 色 素 主 要 吸 收 紅 橙 光 和 藍 紫 光 Relative absorbtance Waverlength(nm) 類 胡蘿 卜素 的吸 收藍 紫光 葉 綠 素類 胡 蘿 卜 素 葉 綠 素 a（ 藍 綠 色 ）葉 綠 素 b（ 黃 綠 色 ）胡 蘿 卜 素 （ 橙 黃 色 ）葉 黃 素 （ 黃 色 ）綠葉中的色素 (占 1/4)(占 3/4)葉 綠 素 主 要 吸 收 _類 胡 蘿 卜 素 主 要 吸 收 _藍 紫 光藍 紫 光 、 紅 橙 光捕 獲 光 能 的 色 素 分 布 在 _ _葉 綠 體 類 囊 體 的 薄 膜

12、 上 三 、 光 合 作 用 過 程H20C02 02光 合作 用 (CH20)n為 能 源物 質幾 乎 不含 能 量 葉 綠 體 中的 色 素光 能 供 氫酶供 能 還 原 多 種 酶 參加 催 化 (CH2O)蛋 白 質脂 肪 ADP+Pi酶ATP 2C3 C5固 定 CO2H2O 水 在 光下 裂 解光 反 應 暗 反 應體 驗 成 功 方 框 內(nèi) 應 該 填 什 么 ?O2H（ 在 類 囊 體 的 薄 膜 上 進 行 ） （ 在 葉 綠 體 的 基 質 中 進 行 ） 光 反 應 與 暗 反 應 的 區(qū) 別 和 聯(lián) 系需 色 素 、 光 、 酶 需 多 種 酶 催 化 、 ATP和 H

13、葉 綠 體 類 囊 體 的 薄 膜 上 葉 綠 體 的 基 質 中 ATP的 合 成 ： ADP+Pi+能 量 ATP酶水 的 裂 解 ： 2H2O 4H+O2光 CO2的 固 定 ： CO2+C5 2C3酶CO2的 還 原 ： 2C 3 （ CH2O）H, ATP酶ATP中 的 活 躍 化 學 能 轉 變 成 儲存 在 有 機 物 中 的 穩(wěn) 定 化 學 能光 能 轉 變 成 活 躍 的 化 學 能并 儲 存 在 ATP中項目 光 反 應 暗 反 應場所條件物質變化能量變化 1、 光 反 應 為 暗 反 應 準 備 了 還 原 劑 H和 能 量 ATP；2、 暗 反 應 為 光 反 應 補

14、充 消 耗 掉 的 ADP和 Pi CO2中 C的 轉 移 途 徑 ：H2O中 H轉 移 途 徑 ：C C3 CH2O H （ CH2O） 解 題 規(guī) 律 總 結n 1.葉 綠 體 四 種 色 素（ 1） 在 濾 紙 中 從 上 到 下 的 順 序 ：（ 2） 各 色 素 的 顏 色 ， 主 要 吸 收 什 么 光 。（ 3） 色 素 分 布 在 ： 類 囊 體 薄 膜 上n 2.光 合 作 用 的 過 程 （ 1） 光 反 應 的 產(chǎn) 物 ： O2、 H、 ATP， 其 中 H、 ATP提 供 暗 反 應 所 需 。 解 題 規(guī) 律 總 結n (2)光 反 應 與 暗 反 應 關 系 : 光

15、 反 應 要 在 類 囊 體 膜 上 有 光 的 條 件 下 進 行 , 為 暗 反 應 提 供 H和 ATP 暗 反 應 在 葉 綠 體 基 質 中 有 光 或 無 光 下 都 能 進 行 ，消 耗 了 光 反 應 的 產(chǎn) 物 ,促 進 光 反 應 的 進 行n 3、 光 合 作 用 量 變 分 析 公 式 : (1)如 果 停 止 光 照 ：(2)如 果 停 止 二 氧 化 碳 ：ATP減 少 ,ADP增 多 ,C3增 多 ,C5減 少C5增 多 ,C3減 少 ,ATP增 多 ,ADP減 少 n 光 照 的 強 弱 n CO2 的 濃 度n 溫 度 的 高 低 n 礦 質 元 素 的 供

16、應四 、 光 合 作 用 影 響 因 素影 響 光 合 作 用 的 主 要 外 界 因 素 ： 影 響 光 合 作 用 的 因 素 及 在 生 產(chǎn) 實 踐 中 的 應 用（ 1） 光 對 光 合 作 用 的 影 響植 物 的 光 合 作 用 強 度 在 一 定 范 圍 內(nèi) 隨 著 光 照 強 度 的 增 加 而 增加 ， 但 光 照 強 度 達 到 一 定 時 ， 光 合 作 用 的 強 度 不 再 隨 著 光 照強 度 的 增 加 而 增 加 光 照 強 度葉 綠 體 中 色 素 的 吸 收 光 波 主 要 在 紅 光 和 藍 紫 光 。 光 的 波 長光 照 時 間 長 ， 光 合 作 用

17、 時 間 長 ， 有 利 于 植 物 的 生 長 發(fā) 育 。 光 照 時 間 1、 光 照 強 度 ， 其 他 條 件 不 變 （ 溫 度 ， CO2濃 度 ）A B C D E光合作用的強度 時 為 什 么 7-10時 光 合 作 用 強 度 不 斷 增 強為 什 么 12時 左 右 光 合 作 用 強 度 明 顯減 弱 ？為 什 么 14-17時 光 合 作 用 強 度 不 斷 下 降 ？在 一 定 溫 度 和 二 氧 化 碳 供 應 充 足 的 情況 下 ， 光 合 作 用 的 強 度 隨 光 照 加 強 而增 強 的 。溫 度 很 高 ， 蒸 騰 作 用 很 強 ， 氣 孔 大 量 關

18、閉 ， 二 氧 化 碳 供 應 減 少 ， 導 致 光 合 作 用強 度 明 顯 減 弱光 照 強 度 不 斷 減 弱夏 季 晴 朗 的 白 天 某 種 綠 色 植 物 葉 片 光 合 作 用 強 度 曲 線 圖7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 生 產(chǎn) 上 使 田 間 通 風 良 好 ， 供 應 充 足 的 CO2在 一 定 范 圍 內(nèi) ， 植 物 光 合 作 用 強 度 隨 著 CO2濃 度 的 增 加 而 增 加 ，但 達 到 一 定 濃 度 后 ， 光 合 作 用 強 度 不 再 增 加 。（ 3） CO2濃 度生 產(chǎn) 上 白 天 升 溫 ， 增 強 光

19、合 作 用 ， 晚 上 降 低 室 溫 ， 抑 制 呼 吸 作 用 ，以 積 累 有 機 物 。溫 度 低 ， 光 合 速 率 低 。 隨 著 溫 度 升 高 ， 光 合 速 率 加 快 ， 溫 度 過高 時 會 影 響 酶 的 活 性 ， 光 合 速 率 降 低 。 與 溫 度 影 響 酶 的 活 性 一致 。（ 2） 溫 度（ 4） 礦 質 元 素 離 子 （ 無 機 鹽 離 子 ） （ 影 響 葉 綠 素 的 形 成 和 酶 的形 成 ） 例 如 ： N， P， K， Mg等 2、 CO2濃 度 （ 其 他 條 件 不 變 ） 小 結n 控 制 光 照n 控 制 溫 度n 提 供 適 量

20、 的 必 需 礦 質 元 素n 提 供 適 量 的 二 氧 化 碳提 高 農(nóng) 作 物 光 合 速 率 的 方 法 有 ： 下 圖 是 光 合 作 用 過 程 圖 解 ， 請 分 析 后 回 答 下 列 問 題 ： 圖 中 B是 ， 它 來 自 于 的 分 解 。 圖 中 C是 它 被 傳 遞 到 葉 綠 體 的 部 位 ， 用 于 圖 中 D是 ， 在 葉 綠 體 中 合 成 D所 需 的 能 量 來 自 圖 中 的 H表 示 ， H為 I提 供 光 H2O BA CDE+Pi F G CO2JH I 2 水H 基 質 C3的 還 原ATP 色 素 吸 收 的 光 能光 反 應 H和 ATP 當 突 然 停 止 光 照 時 ， F G 。 （ 填 增 加 或 減 少 ）增 加 減 少