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1、第4章 生命的物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)換,第2節(jié) 光合作用,,水,二氧化碳,,,氧氣,,光,,有機(jī)物,光合作用,什么是光合作用？,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(zhuǎn)化成儲存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過程。,場所,條件,,推測：土壤就是植物體的全部食物來源。,植物生長的原料來自于水,植物生長的原料是水,與5年前進(jìn)行對照土壤烘干后稱重，只比原來減輕了0.06公斤，樹增加了74.47公斤,植物生長的原料是什么,,回眸歷史,(17世紀(jì)40年代),,每天澆水，5年后,17世紀(jì)40年代，赫爾蒙特(J.B. van Helmont，比利時),柳樹增重74.47kg 土壤只減少0.06g

2、,植物增重主要來自水分,不嚴(yán)密， 沒有考慮到空氣的影響。,討論：這個結(jié)論嚴(yán)密嗎？他忽略了什么？,光合作用的探究歷程,1771年普利斯特利實驗,,普利斯特利實驗,,,,探究二：普利斯特利的實驗,植物可以凈化空氣成分嗎？,植物可以凈化空氣成分。,植物能產(chǎn)生動物呼吸和蠟燭燃燒所需要的氣體。,植物可以更新空氣。,小鼠和點燃的蠟燭,,光照，密閉玻璃罩,,,,小鼠存活，蠟燭仍燃燒,光照，密閉玻璃罩綠色植物,小鼠死亡，蠟燭也熄滅,結(jié)論：植物可以更新空氣,有人重復(fù)了普利斯特利的實驗，得到相反的結(jié)果，所以有人認(rèn)為植物也能使空氣變污濁？,,1779年， 英格豪斯實驗,實驗重復(fù)了500多次,結(jié)論：綠葉只有在光照下才

3、能更新空氣,光合作用的探究歷程,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。,,水,二氧化碳,,,氧氣,,光,？,光能,,化學(xué)能,德國梅耶,光能,,化學(xué)能,儲存在什么物質(zhì)中？,,,,,,,,,1864年，薩克斯實驗,1.本實驗共有幾個處理過程？,,一半遮光 一半曝光,為了使綠葉中原有的淀粉消耗掉,綠葉中的色素會溶解在有機(jī)溶劑（酒精）中，有利于碘液染色后觀察葉片顏色變化 。,？,？,如何設(shè)置對照？,？,實驗中的自變量是什么？,自變量是有無光照。,探究三：薩克斯的實驗,植物光合作用的產(chǎn)物除氧之外還有什么產(chǎn)物？,植物光合作用的產(chǎn)物還有淀粉。,曝光一側(cè)的葉片經(jīng)過碘

4、液處理后變成藍(lán)色,而遮光一側(cè)的葉片經(jīng)過碘液處理后不變藍(lán)。,植物在光合作用中產(chǎn)生了淀粉 (有機(jī)物)。,1864年，（德）薩克斯的實驗,結(jié)論： 綠色葉片中光合作用中產(chǎn)生了淀粉,,,請參照薩克斯的實驗設(shè)計實驗: 驗證2是綠色植物光合作用合成有機(jī)物所必需的原料,自主探究：,首先分析實驗的自變量：,有無CO2,如何讓實驗空間有無CO2？,密閉容器中用一定濃度NaOH溶液 吸收空氣中的CO2 （實驗組）,對照組設(shè)置：等量的清水（有CO2 ）,實驗的無關(guān)變量都有哪些？,a.綠色植物是否生長狀況相同？ b.光照時間，光照強(qiáng)度 c.葉片中原有的有機(jī)物 d.小燒杯中NaOH溶液量和水的量 ,如何排除無關(guān)變量？

5、,選長勢良好、生長狀況相同的同種植物（可選天竺葵） 黑暗處理相同時間 實驗組放置適量的NaOH溶液，對照組放置等量的清水 在適宜條件下，光照相同時間,實驗結(jié)果如何檢測？,利用碘遇淀粉變藍(lán)來檢測，所以要先對綠葉脫色處理，然后再檢測。,,分析：,結(jié)論：,A 裝置內(nèi)存在CO2 B 裝置中不存在CO2,A片變藍(lán)，B葉片未變藍(lán)，CO2是光合作用的原料之一。,驗證光合作用需要CO2實驗,光合作用的場所究 竟在什么地方呢？,1880年美國科學(xué)家恩格爾曼 就以水綿和好氧細(xì)菌為實驗材 料，很好地解答了這個問題！,每條水綿由許多個結(jié)構(gòu)相同的長筒狀細(xì)胞連接而成 水綿很明顯的特點是： 葉綠體呈帶狀，螺旋排列在細(xì)胞里

6、。,1880年，恩格爾曼實驗,極 細(xì) 光 束,無空氣、 黑暗中,無空氣、 黑暗中,結(jié)論： 氧氣是葉綠體釋放出來的, 葉綠體是進(jìn)行光合作用的場所,1880年，恩格爾曼實驗,完全曝光,用極細(xì)的光束的照射，葉綠體可分為光照多和光照少的部位，形成對比； 臨時裝片暴露在光下的實驗再次驗證實驗結(jié)果,恩格爾曼實驗的巧妙之處:,選擇水綿，其葉綠體呈螺旋式帶狀, 便于觀察； 選用好氧細(xì)菌可確定釋放氧氣多的部位,沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了氧氣和光的干擾,實驗材料：,實驗條件：,實驗處理：,小結(jié):薩克斯的實驗說明光合作用 的產(chǎn)物有淀粉，光合作用的條件需 要光；恩格爾曼的實驗說明了 光合作用的場所是葉綠體，光

7、合作 用的產(chǎn)物有O2！,,,,,光合作用釋放的O2來自CO2還是H2O？ 如何來檢測？,同位素標(biāo)記法 放射性同位素可用于追蹤物質(zhì)的運行和變化規(guī)律。用放射性同位素標(biāo)記的化合物，其化學(xué)性質(zhì)不變?？茖W(xué)家通過追蹤放射性同位素標(biāo)記的化合物，可以弄清化學(xué)反應(yīng)的詳細(xì)過程。這種科學(xué)研究方法叫做同位素標(biāo)記法,科學(xué)家用標(biāo)記亮氨酸注射給豚鼠的胰腺細(xì)胞以合成蛋白質(zhì)。然后每隔一段時間進(jìn)行檢測和觀察。,3分鐘后,17分鐘后,117分鐘后,,,,,,,,,,,,,同位素標(biāo)記法,分泌蛋白的合成與運輸,探究四：魯賓、卡門的實驗,A氣體無放射性，B氣體具有放射性,光合作用產(chǎn)生的氧氣來自于水，而不是來自于二氧化碳。,光合作用產(chǎn)生

8、的氧是來自于水還是二氧化碳?,光合作用產(chǎn)生的氧是來自于水（或者是二氧化碳）,提出問題,設(shè)計實驗,結(jié)果分析,得出結(jié)論,,作出假設(shè),實施實驗,,,,,第一組,光合作用產(chǎn)生的O2來自于H2O。,第二組,美國魯賓和卡門實驗（同位素標(biāo)記法）,結(jié)論,問題： CO2中的碳怎樣轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中的碳呢?,美國卡爾文,用14C標(biāo)記14CO2，供小球藻進(jìn)行光合作用，探明了CO2中的C的去向，稱為卡爾文循環(huán)。,,C 標(biāo)記CO2,14,,光合作用的探究歷程,在1961年獲得諾貝爾化學(xué)獎,光合作用的探究歷程,光合產(chǎn)物中有機(jī)物的碳來自CO2,光合作用釋放的氧來自水。,光合作用的定義,綠色植物通過葉綠體，利用光能，把CO2和H

9、2O轉(zhuǎn)化成儲存能量的有機(jī)物，并釋放出O2的過程。,總結(jié)光合作用的反應(yīng)式,反應(yīng)物、條件、場所、生成物,CO22H2O （CH2O）H2OO2,光能,葉綠體,,“掌握光合作用的過程，對人類來說，比得到核能還重要”,居里夫人,諾貝爾獎獎牌,1915年，德R.威爾斯泰德 植物色素葉綠素的研究。 1930年，德H.非舍爾 血紅素和葉綠素性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。 1937年，瑞士P.卡雷 類胡蘿卜素的研究。 1938年，德R.庫恩 類胡蘿卜素的研究。 1961年，美M.卡爾文 CO2固定和還原Calvin循環(huán)。 1988年，德J.戴森霍弗，R.胡伯爾，H.米歇爾 光合作用反應(yīng)中心的三維結(jié)構(gòu)。,課堂演練,1下圖表

10、示德國科學(xué)家薩克斯的實驗，在葉片照光24 h后，經(jīng)脫色、漂洗并用碘液處理，結(jié)果有錫箔覆蓋的部分呈棕色，而不被錫箔覆蓋的部分呈藍(lán)色，本實驗說明( ) 光合作用需要CO2 光合作用需要光 光合作用需要葉綠素 光合作用放出氧 光合作用制造淀粉 A B C D,C,21939年魯賓和卡門采用同位素標(biāo)記法進(jìn)行了如下兩組實驗,下列敘述正確的是 （ ） A為了排除光照的影響該實驗要在黑暗條件下進(jìn)行 BA和B相對分子質(zhì)量之比為9：8 C設(shè)計該實驗的目的在于證明植物光合作用會釋放氧氣 D實驗結(jié)果說明植物光合作用釋放的氧氣全部來自水,D,3. 將在黑暗中放置一段時間的葉片均分4塊，置于不同的試

11、管中，按下表進(jìn)行實驗,著色最淺葉片所在的試管是（ ）,注：“+”表示具有該條件。,課堂演練,A. B. C. D.,D,葉片中的葉肉細(xì)胞,,綠葉,回顧,,葉肉細(xì)胞 亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖,葉綠體亞顯微 結(jié)構(gòu)模式圖,,,,,光合作用主要是由植物的哪個部分完成的？,,,,基粒,外膜,內(nèi)膜,基質(zhì),,類囊體,,,葉綠體的結(jié)構(gòu),葉綠體中哪些結(jié)構(gòu)與光合作用功能相適應(yīng)?,、葉綠體基粒的類囊體薄膜上和基質(zhì)中，含有多種光合作用所必需的酶。,、葉綠體基粒類囊體薄膜上分布著許多吸收光能的色素分子。,、葉綠體的膜還可以控制物質(zhì)的進(jìn)出,葉綠體中的色素,葉綠體中的色素,,葉綠素（）,類胡蘿卜素（）,,,,,葉綠素 (藍(lán)綠

12、色) 葉綠素(黃綠色),胡蘿卜素(橙黃色) 葉黃素(黃色),用紙層析法分離顯示：,紅橙光、藍(lán)紫光,藍(lán)紫光,1、為什么通常植物的葉子總是翠綠醉人？,2、為什么深秋時樹葉則金黃斑斕呢？,思考：,3、為什么深秋時楓葉卻變?yōu)榧t色呢？,（葉綠素含量是類胡蘿卜素的4倍）,（葉綠素不穩(wěn)定，在干旱、高溫、寒冷等 情況易被破壞）,（液泡中的花青素）,學(xué)科交叉(小資料),光是一種電磁波。可見光的波長范圍，大約是390760。不同波長的光，顏色不同。波長小于390nm的光是紫外光；波長大于760nm的光是紅外光。一般情況下，光合作用所利用的光都是可見光。,葉綠體中色素的提取和分離,【實 驗】,一、實驗原理 1.葉綠

13、體中的色素能溶解在有機(jī)溶劑無水乙醇中，所以用無水乙醇可提取葉綠體中色素。 2.色素在層析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子隨層析液在濾紙條上的擴(kuò)散得快，溶解度低的色素分子隨層析液在濾紙條上的擴(kuò)散得慢，因而可用層析液將不同的色素分離。,二、實驗程序,方法與步驟：稱取5g左右的鮮葉，剪碎，放入研缽中。加少許的石英砂（充分研磨）和碳酸鈣 (防止研磨中色素被破壞)與10ml無水乙醇。在研缽中快速研磨。將研磨液進(jìn)行過濾。,,,,,實驗結(jié)果：,討論：1.濾紙條上有幾條不同顏色的色帶？其排序怎樣？寬窄如何？這說明了什么？,2020/7/7,,49,葉綠素,類胡蘿卜素,（含量約3/4）,（含量約1/4）,葉綠

14、素a（藍(lán)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,,三、實驗關(guān)鍵,1.選材時應(yīng)注意選擇鮮嫩、色濃綠、無漿汁的葉片。如菠菜葉、棉花葉、洋槐葉等。,2.畫濾液細(xì)線時應(yīng)以細(xì)、齊、直為標(biāo)準(zhǔn)，重復(fù)畫線時必須等上次畫線干燥后再進(jìn)行，重復(fù)2-3次。,3.層析時不要讓濾液細(xì)線觸及層析液。,四、注意事項,1.因丙酮和層析液都是易揮發(fā)且有一定毒性的有機(jī)溶劑，所以研磨要快，收集的濾液要用棉塞塞住，層析時要加蓋，盡量減少有機(jī)溶劑的揮發(fā)。,2.在研磨時要加少許二氧化硅，目的是為了研磨充分，有利于色素的提?。患由僭S碳酸鈣的目的是為了防止研磨過程中，葉綠體中的色素受到破壞。,

15、3.分離色素時，一定不要讓濾紙條上的濾液細(xì)線接觸到層析液，這是因為色素易溶解在層析液中，導(dǎo)致色素帶不清晰，影響實驗效果。,為什么玉米苗中出現(xiàn)的白化苗待種子中貯存的養(yǎng)分耗盡就會死亡？,白化苗沒有光合色素,不能進(jìn)行光合作用制造有機(jī)物.,（1） 綠色植物是怎樣俘獲陽光的？ （2） 植物如何利用俘獲的太陽能？ （3） 釋放出來的氧來自什么地方，怎么來的？ （4） 在光合作用過程中，植物如何精確的一步一步 的合成有機(jī)物？,光合作用的過程,,光合作用過程,光反應(yīng),暗反應(yīng),劃分依據(jù):反應(yīng)過程是否需要光能,光反應(yīng)在白天可以進(jìn)行嗎？夜間呢？ 暗反應(yīng)在白天可以進(jìn)行嗎？夜間呢？,有光才能反應(yīng),有光、無光都能反應(yīng),,

16、,葉綠素a,氧化的葉綠素a,,,e,,,e,,H2O,,,O2,,H+,H+,H+,類囊體膜,類囊體腔,,NADP+,葉綠體基質(zhì),H+,,,NADPH,,,ATP合成酶,H+,ADP+Pi,ATP,光反應(yīng)過程,,CO2,五碳化合物,,固定,,三碳化合物,,ATP,ADP+Pi,NADPH,NADP+,（CH2O）n,還原,,暗反應(yīng)過程,又稱為卡爾文循環(huán),,H2O,類囊體膜,酶,,,,,光反應(yīng)階段,光、色素、酶,葉綠體內(nèi)的類囊體薄膜上,,水的光解：,（還原劑）,ATP的合成：,光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的化學(xué)能貯存在ATP中,場所：,條件：,物質(zhì)變化,能量變化,進(jìn)入葉綠體基質(zhì)，參與暗反應(yīng),供暗反應(yīng)使用,CO

17、2,五碳化合物 C5,CO2的固定,三碳化合物 2C3,,,C3的還原,葉綠體基質(zhì) 多種酶,糖類,卡爾文循環(huán),暗反應(yīng)階段,CO2的固定：,C3的還原：,葉綠體的基質(zhì)中,,H 、ATP、酶,場所：,條件：,物質(zhì)變化,能量變化,CO2,五碳化合物 C5,CO2的固定,三碳化合物 2C3,葉綠體基質(zhì) 多種酶,糖類,H,比較光反應(yīng)、暗反應(yīng),光反應(yīng)階段,暗反應(yīng)階段,條件,場所,物質(zhì)變化,能量變化,光、色素、酶,不需光、酶、H、ATP,葉綠體類囊體膜,葉綠體基質(zhì)中,水的光解； ATP的生成,CO2的固定； C3的還原,ATP中活 躍化學(xué)能,,光能,ATP中活 躍化學(xué)能,,有機(jī)物中穩(wěn) 定化學(xué)能

18、,光反應(yīng)是暗反應(yīng)的基礎(chǔ)，為暗反應(yīng)提供H和ATP，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP和Pi 。,,光反應(yīng)與暗反應(yīng)的關(guān)系,1、沒有二氧化碳的固定形成的三碳化合物，光反應(yīng)的產(chǎn)物 NADPH和ATP就會積累，使光反應(yīng)很快停止。,2、沒有光反應(yīng)提供NADPH和ATP，三碳化合物就不能還原， 就不會有五碳化合物的不斷再生以及最終有機(jī)物的合成。 五碳化合物迅速減少和三碳化合物的積累，必然導(dǎo)致二 氧化碳 固定的停止。即沒有光反應(yīng)，暗反應(yīng)無法持續(xù)地 進(jìn)行。,結(jié)論：光反應(yīng)和暗反應(yīng)是一個整體，在光合作用的過程中， 兩者緊密聯(lián)系，缺一不可。,光合作用的意義,從物質(zhì)轉(zhuǎn)變和能量轉(zhuǎn)變的過程來看， 光合作用是生物界最基

19、本的物質(zhì)代謝和能量代謝。,,,,1、把無機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物，是一切生物有機(jī)物的根 本來源。,2、將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，是一切生物能量的最初 來源。,3、吸收二氧化碳放出氧氣，保證了大氣中這兩者的 相對穩(wěn)定，保護(hù)環(huán)境,色素分子,可見光,,,,,C5,2C3,,,,ADP+Pi,ATP,2H2O,O2,4H,,多種酶,酶,,(CH2O),CO2,,吸收,光解,能,固定,還原,酶,,,光反應(yīng),暗反應(yīng),光合作用總過程：,,,,,光反應(yīng),H2O 2 H + 1/2O2,水的光解：,ATP的合成 ：,暗反應(yīng),,,總結(jié)：,原料和產(chǎn)物的對應(yīng)關(guān)系：,（CH2O）,,C,H,O,,,,CO2,CO2,H2O,

20、O2,,H2O,,能量的轉(zhuǎn)移途徑：,碳的轉(zhuǎn)移途徑：,光能,,,ATP中活躍的化學(xué)能,(CH2O)中穩(wěn)定的化學(xué)能,,CO2,C3,（CH2O）,,,下圖是光合作用過程圖解，請分析后回答下列問題：,圖中A是______,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G________,F是__________,J是_____________ 圖中的H表示_______， H為I提供__________,2,水,H,基質(zhì),

21、用作還原劑，還原C3,ATP,色素吸收的光能,光反應(yīng),H和ATP,色素,C5化合物,C3化合物,糖類,光合作用原理的應(yīng)用,影響光合作用強(qiáng)度的因素？,CO2的濃度，光照的長短與強(qiáng)弱；光的成分；溫度的高低、必需礦物質(zhì)元素、水分等。,例：適當(dāng)提高CO2的濃度（溫室大棚），增加光照時間和光照強(qiáng)度，農(nóng)作物間距合理，選擇適當(dāng)?shù)墓庠吹取?圖中A點含義： ； B點含義： ； C點表示： ； 若甲曲線代表陽生植物，則乙曲線代表 植物。,光照強(qiáng)度為0，只進(jìn)行呼吸作用,光合作用與呼吸作用強(qiáng)度相等，稱為光補償點,光合作用強(qiáng)度不再隨光照強(qiáng)度增強(qiáng)而增強(qiáng)，稱為光飽和點,陰生,,圖中

22、A點表示： 。,CO2濃度達(dá)到植物所需的最大值，光合速率不再上升,,光合作用是在 的催化下進(jìn)行的，溫度直接影響 ； B點表示： ； BC段表示： ；,酶的活性,酶,此溫度條件下，光合速率最高,超過最適溫度，光合速率隨溫度升高而下降,若白天光照充足，下列哪種條件對農(nóng)作物增產(chǎn)有利 A.晝夜恒溫25 B.白天溫度25，夜間溫度15 C.晝夜恒溫15 D.白天溫度30，夜間溫度15,D,用下述容積相同的玻璃罩分別罩住大小、生長狀況相同的天竺葵，光照相同的時間后，罩內(nèi)O2最少的是 A綠色罩 B紅色罩 C藍(lán)色罩 D紫色罩,A,下

23、列措施中，不會提高溫室蔬菜產(chǎn)量的是（ ） A、增大O2濃度 B、增大CO2濃度 C、增強(qiáng)光照 D、調(diào)節(jié)室溫,A,,思考： 若在冬天，你認(rèn)為我們可采取哪些積極有效的措施可以提高溫室內(nèi)作物的產(chǎn)量 ？,理論分析 從光合作用的條件看： 1. 增加光照，可以： （1）延長光照時間； （2）增加光照面積，進(jìn)行合理密植； （3）控制光照強(qiáng)弱。 2增加礦質(zhì)元素的供應(yīng)，提高葉肉細(xì)胞的葉綠素含量。 3控制溫度，大棚作物白天可適當(dāng)降低溫度，夜晚適當(dāng)提高溫度。 從光合作用的原料看： 1. 增加作物周圍二氧化碳濃度。 2. 合理灌溉，增加植物體內(nèi)的水分來增加光合作用的原料。,1施用固體二氧化碳（干冰） 2、燃燒有機(jī)物 3、使用NH4HCO3肥料，既可以為植物提供銨鹽，又可以為植物提供二氧化碳。 4、溫室中還可以使用二氧化碳發(fā)生器。 5、使用農(nóng)家肥或把植物的秸稈通過深耕埋于地下，通過土壤中微生物的活動，分解有機(jī)物，放出二氧化碳。 6、日光溫室可與養(yǎng)殖場的雞舍和豬圈相連，動物通過呼吸作用產(chǎn)生二氧化為植物光合作用提供原料，植物光合作用產(chǎn)生的氧氣可用于動物的呼吸作用。 7、溫室作物也要合理密植和通風(fēng)透光。 。。。。。。,具體操作,