大海航行靠舵手萬物生長(zhǎng)靠能量之源第四節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)化（教材P97）光合作用↓植物生長(zhǎng)(光照強(qiáng)度、光照時(shí)間、光質(zhì))葉片中的色素與可能光合作用(捕獲光能)有關(guān)1.色素提取和分離的原理分別是什么？2.為何選用新鮮的綠葉，否則會(huì)導(dǎo)致什么結(jié)果?3.

研磨過程中加入無水乙醇、SiO2、CaCO3的作用是什么？4.將濾液收集到試管中后，為什么要用棉塞將試管口塞嚴(yán)？5.濾紙條一端為什么要剪去兩角？6.畫濾液細(xì)線時(shí)應(yīng)注意什么？鉛筆條細(xì)線的目的?濾液細(xì)線重復(fù)畫兩次的目的是什么？7.為什么不能讓濾液細(xì)線觸及層析液？自主學(xué)習(xí)：閱讀課本P97-98，完成《學(xué)法》93頁并思考以下幾個(gè)問題一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)一、捕獲光能的色素步驟：提取色素→制濾紙條→畫濾液細(xì)線→分離色素鉛筆線1cm稱5g剪碎少許SiO23mL無水乙醇單層尼龍布濾液細(xì)線1.提取色素2.制濾紙條3.畫濾液細(xì)線層析液研磨過濾去掉葉柄和粗葉脈細(xì),直,齊層析液不能漫過濾液細(xì)線少許CaCO3毛細(xì)管提取液實(shí)驗(yàn)綠葉中色素的提取和分離(P98－99)綠葉中色素的提取和分離材料步驟結(jié)果原理分離色素——分離綠葉中的色素胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b分析一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)甲、乙、丙、丁四位同學(xué),以新鮮綠色菠菜葉為實(shí)驗(yàn)材料,用層析法進(jìn)行綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)時(shí),由于操作不同,而得到了以下四種不同的層析結(jié)果。下列分析錯(cuò)誤的是 (

)A.甲可能誤用蒸餾水作提取液和層析液B.乙可能是因?yàn)檠心r(shí)加入無水乙醇過多C.丙可能是正確操作得到的理想結(jié)果D.丁可能是因?yàn)檠心r(shí)未加入CaCO3C實(shí)驗(yàn)綠葉中色素的提取和分離(P98－99)A.收集到的濾液綠色過淺的原因分析B.濾紙條色素帶重疊：C.濾紙條看不到色素帶D.濾紙條只呈現(xiàn)胡蘿卜素、葉黃素色素帶：未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。使用放置數(shù)天的菠菜葉稱取的綠葉過少，濾液色素(葉綠素)太少一次加入大量的無水乙醇提取濃度太低

未加碳酸鈣或加入過少，色素分子被破壞。沒經(jīng)干燥處理，濾液線不能達(dá)到細(xì)、齊的要求，使色素?cái)U(kuò)散不一致造成的。忘記畫濾液細(xì)線。濾液細(xì)線接觸到層析液，且時(shí)間較長(zhǎng)，色素全部溶解到層析液中。①忘記加碳酸鈣導(dǎo)致葉綠素被破壞

②所用葉片為“黃葉”色素的吸收光譜葉綠體中的色素提取液葉綠素主要吸收_____________類胡蘿卜素主要吸收_______藍(lán)紫光藍(lán)紫光、紅光紅光區(qū)、藍(lán)紫光區(qū)出現(xiàn)了暗帶一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)植物工廠為什么不用發(fā)綠光的光源？綠葉中多種色素有何意義？一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)思考:海洋中的藻類，習(xí)慣上依其顏色分為綠藻、褐藻和紅藻，它們?cè)诤Ｋ械拇怪狈植即笾乱来问菧\、中、深。這種現(xiàn)象是如何造成的？光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，所含能量越少，穿透能力越弱紅光的穿透能力最弱，藍(lán)紫光穿透能力最強(qiáng)淺層水體的藻類主要吸收紅光和藍(lán)紫光，吸收綠光很少深層水體的藻類主要吸收藍(lán)紫光，吸收的紅光很少綠葉中色素集中在一個(gè)個(gè)葉綠體中。一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)閱讀100頁第二三四段關(guān)于葉綠體的結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，回答下列問題：說出此模型中各結(jié)構(gòu)名稱說出光合色素的分布部位說說眾多基粒、類囊體的存在有何意義？為光合色素提供了分布場(chǎng)所，極大地?cái)U(kuò)展了受光面積為光合作用所需要的酶提供了更多的附著位點(diǎn)一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)思考

討論——實(shí)驗(yàn)一選材水綿需氧細(xì)菌具有細(xì)長(zhǎng)的帶狀葉綠體，易于觀察現(xiàn)象準(zhǔn)確顯示出氧氣產(chǎn)生的部位處理現(xiàn)象光照下葉綠體可以釋放氧氣極細(xì)的光束黑暗中——集中于葉綠體被

光束照射的部位光下——分布于葉綠體所有受光部位水綿需氧細(xì)菌準(zhǔn)備：把載有水綿和需氧細(xì)菌的臨時(shí)裝片放在沒有空氣的小室內(nèi)排除光線和氧的干擾光照多和光照少的部位形成對(duì)比實(shí)驗(yàn)一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)思考

討論——實(shí)驗(yàn)二選材水綿需氧細(xì)菌具有細(xì)長(zhǎng)的帶狀葉綠體，易于觀察現(xiàn)象準(zhǔn)確顯示出氧氣產(chǎn)生的部位處理準(zhǔn)

備：把載有水綿和需氧細(xì)菌的臨時(shí)裝片放在沒有空氣的小室內(nèi)透過三棱鏡的光照射水綿臨時(shí)裝片現(xiàn)象葉綠體吸收光能用于光合作用釋放氧需氧細(xì)菌水綿需氧細(xì)菌一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)概念綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過程。光合作用的原料、產(chǎn)物、場(chǎng)所、條件是什么？原料產(chǎn)物場(chǎng)所條件酶CO2+H2O（CH2O)+O2葉綠體光能葉綠體如何將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能？糖類等有機(jī)物是如何形成的呢？光合作用釋放的氧氣，是來自原料中的水還是二氧化碳？二、光合作用的原理和應(yīng)用19世紀(jì)末甲醛對(duì)植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖。CO2O2C+H2O甲醛(CH2O)→糖→1928年探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)二、光合作用的原理和應(yīng)用1937年希爾反應(yīng)探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)

在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有H2O，沒有CO2)，在光照下可以釋放出氧氣。

將照了光的葉綠體移到暗處并供給CO2，則可觀測(cè)到糖類合成。思考:葉綠體內(nèi)參與光合作用的氧化劑是什么？不能，反應(yīng)體系中可以還存在其他氧元素供體。思考:為使離體的葉綠體保持活性，對(duì)懸浮液的要求是？思考:光合作用中O2的釋放和CO2的利用，是可以暫時(shí)分離的嗎？都需要光照嗎？等滲溶液思考:除了氧氣，還產(chǎn)生了什么？離體葉綠體鐵鹽(或其他氧化劑)H2O2H++O2光照思考：希爾反應(yīng)是否說明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素全部都來自水？NADP+二、光合作用的原理和應(yīng)用1941年魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)思路：用放射性同位素標(biāo)記來研究物質(zhì)的去路結(jié)論：光合作用產(chǎn)生的O2來自于H2O，不來自CO2小球藻懸濁液CO2H2OC18O2H218O18O2O2甲組乙組二、光合作用的原理和應(yīng)用探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)1954年在光照下，葉綠體可合成ATP。1957年葉綠體合成ATP的過程，總是與水的光解相伴隨。試一試:找出光反應(yīng)過程中加入的反應(yīng)物和產(chǎn)物之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，嘗試寫出簡(jiǎn)單的反應(yīng)式，嘗試構(gòu)建光反應(yīng)過程二、光合作用的原理和應(yīng)用葉綠體中的光合色素光能H2O

水在光下分解O2H+ADP+Pi酶ATP光、酶、色素類囊體的薄膜上H2O光酶NADPH+O2物質(zhì)變化ADP+Pi+能量酶ATP能量轉(zhuǎn)換光能ATP、NADPH中活躍化學(xué)能條件：場(chǎng)所：過程：NADP+NADPH2e-→水的光解：ATP的合成：光合作用的過程——光反應(yīng)酶產(chǎn)物：O2、NADPH、ATP二、光合作用的原理和應(yīng)用阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn)材料：離體葉綠體處理：供給ATP、NADPH和CO2，黑暗條件結(jié)果：離體葉綠體中有糖類生成結(jié)論：黑暗條件下，CO2合成糖類需要ATP和NADPH。探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn)二、光合作用的原理和應(yīng)用探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)1946年卡爾文循環(huán)實(shí)驗(yàn)思路：同位素標(biāo)記14CO2，研究物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程材料：小球藻處理：提供光照、14CO2現(xiàn)象：放射性先出現(xiàn)在14C3，最后出現(xiàn)在14C5、（14CH2O）結(jié)論：光合產(chǎn)物中有機(jī)物的碳來自CO2CO2C3

(CH2O)C5試一試:建立CO2、C3、C5和（CH2O）的轉(zhuǎn)化關(guān)系。二、光合作用的原理和應(yīng)用探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)1946年卡爾文循環(huán)實(shí)驗(yàn)思路：同位素標(biāo)記14CO2，研究物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程材料：小球藻處理①：光照下，突然中斷CO2供應(yīng)現(xiàn)象①：C3急劇減少而C5量增加處理②：充足CO2供應(yīng)下，突然停止光照現(xiàn)象②：C3濃度急速升高而C5的濃度急速降低結(jié)論：C3與C5之間是相互循環(huán)的C52C3還原的C3CO2（CH2O）多種酶二、光合作用的原理和應(yīng)用CO2C5

固定2C3(CH2O)糖類場(chǎng)所：條件：葉綠體基質(zhì)多種酶多種酶參加催化還原過程：CO2+C5酶2C3酶(CH2O)+C5NADPH、

ATPATP、NADPH中活躍的化學(xué)能糖類中穩(wěn)定的化學(xué)能酶ATP供能ADP+Pi卡爾文循環(huán)物質(zhì)變化(主要）：能量轉(zhuǎn)換酶NADPH供能供氫NADP+CO2的固定C3的還原光合作用的過程——暗反應(yīng)二、光合作用的原理和應(yīng)用反應(yīng)階段反應(yīng)部位反應(yīng)條件物質(zhì)變化能量變化產(chǎn)

物聯(lián)

系光合作用實(shí)質(zhì)光反應(yīng)暗反應(yīng)類囊體薄膜上葉綠體基質(zhì)必須有光、光合色素、酶有光或無光均可，多種酶光能→ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能→穩(wěn)定的化學(xué)能NADPH、ATP、O2ADP、Pi、（CH2O）、C5光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP和[H]，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi、NADP+把無機(jī)物轉(zhuǎn)變成有機(jī)物，把光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能貯存起來二、光合作用的原理和應(yīng)用練習(xí)：完成教材106頁第3題

例1、

光合作用過程中，消耗ATP和產(chǎn)生ATP的部位在葉綠體中依次為()①外膜②內(nèi)膜③基質(zhì)④類囊體膜

A．③②B．③④C．①②D．④③B例2、科學(xué)家用14C標(biāo)記二氧化碳，發(fā)現(xiàn)碳原子在一般植物體內(nèi)光合作用中的轉(zhuǎn)移途徑是（）A．二氧化碳→葉綠素→葡萄糖B．二氧化碳→ATP→葡萄糖C．二氧化碳→五碳化合物→葡萄糖D．二氧化碳→三碳化合物→葡萄糖D光合作用的過程——元素去向H的轉(zhuǎn)移：H2O→NADPH→(CH2O)C的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→(CH2O)O的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→(CH2O)H2O→O2

CO2+H2O光能葉綠體(CH2O)+O2二、光合作用的原理和應(yīng)用外界條件突然改變，NADPH、C5、ATP等物質(zhì)的變化分析條件短時(shí)間內(nèi)C3短時(shí)間內(nèi)C5短時(shí)間內(nèi)NADPH和ATP含量(CH2O)合成速率光照強(qiáng)度由強(qiáng)到弱，CO2供應(yīng)充足且不變光照強(qiáng)度由弱到強(qiáng)，CO2供應(yīng)充足且不變CO2量由充足到不足，光照充足且不變CO2量由不足到充足，光照充足且不變?cè)黾訙p少減少降低減少增加增加升高減少增加積累降低增加減少減少升高環(huán)境驟變時(shí)光合作用中各物質(zhì)含量的變化分析CO2濃度不變NADPH、ATP

C3C5

（CH2O）光照減弱光照增強(qiáng)減少減少減少減少增加增加增加增加二、光合作用的原理和應(yīng)用環(huán)境驟變時(shí)光合作用中各物質(zhì)含量的變化分析光照不變NADPH、ATPC3C5

（CH2O）CO2濃度減少CO2濃度增加減少減少減少減少增加增加增加增加二、光合作用的原理和應(yīng)用光合作用的強(qiáng)度概念：植物在單位時(shí)間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量。表示方法：①單位時(shí)間內(nèi)光合作用產(chǎn)生有機(jī)物的量

②單位時(shí)間內(nèi)光合作用利用CO2的量

③單位時(shí)間內(nèi)光合作用產(chǎn)生O2的量光合作用原理的應(yīng)用二、光合作用的原理和應(yīng)用

CO2+H2O（CH2O）+O2光能葉綠體(色素、酶）①M(fèi)g、N等礦質(zhì)元素；②酶的活性受溫度等影響。光照強(qiáng)度、光質(zhì)、光照時(shí)間；氣體反應(yīng)物①作為反應(yīng)物；②水分→氣孔關(guān)閉→CO2供應(yīng)影響光合作用強(qiáng)度的主要環(huán)境因素根據(jù)反應(yīng)式說一說有哪些因素會(huì)影響光合作用強(qiáng)度光合作用原理的應(yīng)用光合作用原理的應(yīng)用探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響自變量：光照強(qiáng)弱因變量：光合作用強(qiáng)度檢測(cè)方法相同時(shí)間小圓形葉片浮起的數(shù)量控制方法不同瓦數(shù)的燈或相同瓦數(shù)臺(tái)燈離實(shí)驗(yàn)裝置的距離實(shí)驗(yàn)材料：圓形小葉片實(shí)驗(yàn)原理：抽氣葉片下沉葉片中含有空氣，放入水中會(huì)上浮光合作用產(chǎn)生O2O2充滿細(xì)胞間隙，葉片上浮實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：①打出葉圓片（避開大葉脈）光合作用原理的應(yīng)用探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)步驟：②排出葉圓片中的空氣，置暗處清水中③準(zhǔn)備3只小燒杯，裝有富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）⑤記錄葉圓片浮起所用的時(shí)間④向小燒杯內(nèi)加入葉圓片，控制光強(qiáng)濃度過高，會(huì)導(dǎo)致葉肉細(xì)胞失水過多，影響細(xì)胞代謝，光合速率下降光源會(huì)產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致溫度不同為了保證單一變量，應(yīng)該加一個(gè)盛水玻璃柱或使用冷光源，排除溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。光合作用原理的應(yīng)用探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響總光合速率=凈光合速率+呼吸速率問題：實(shí)驗(yàn)所測(cè)是否為葉片實(shí)際光合作用強(qiáng)度？O2CO2O2CO2較強(qiáng)光照時(shí)總光合速率O2產(chǎn)生、制造量CO2固定、同化、消耗量有機(jī)物制造、產(chǎn)生、合成量?jī)艄夂纤俾蔕2的釋放量CO2的吸收量有機(jī)物的積累、增加量呼吸速率O2消耗量CO2產(chǎn)生量有機(jī)物消耗量光合作用原理的應(yīng)用光合作用強(qiáng)度的影響因素——光照強(qiáng)度光照強(qiáng)度ABOCO2吸收量CO2釋放量光補(bǔ)償點(diǎn)光飽和點(diǎn)cbA點(diǎn)：只呼吸不光合O2CO2AB段：呼吸＞光合B點(diǎn)：BC段：光合＞呼吸呼吸＝光合C1、以測(cè)定的密閉容器中的CO2吸收量與釋放量為指標(biāo)，研究溫度對(duì)某綠色植物光合作用與呼吸作用的影響，結(jié)果如圖所示。下列分析正確的是（）A.光照相同時(shí)間，35℃時(shí)光合作用制造的有機(jī)物的量與30℃時(shí)相等B.光照相同時(shí)間，在20℃條件下植物積累的有機(jī)物的量最多C.溫度高于25℃時(shí)，光合作用制造的有機(jī)物的量開始減少D.兩曲線的交點(diǎn)表示光合作用制造的與呼吸作用消耗的有機(jī)物的量相等A凈光合速率呼吸速率多施有機(jī)肥；大田中要注意通風(fēng)透氣暗反應(yīng)C5、光反應(yīng)CO2濃度光合作用強(qiáng)度O指導(dǎo)實(shí)踐：影響光合作用強(qiáng)度的因素——CO2濃度光合作用原理的應(yīng)用適時(shí)播種；溫室栽培時(shí)白天適當(dāng)提高溫度，夜間適當(dāng)降低溫度。酶的活性指導(dǎo)實(shí)踐：影響光合作用強(qiáng)度的因素——溫度光合作用原理的應(yīng)用酶的活性N：酶、NADPH、ATP、葉綠素等的必需元素P：NADPH、ATP等的必需元素Mg：葉綠素的必需元素根據(jù)植物的需肥規(guī)律，適時(shí)、適量地增施肥料；指導(dǎo)實(shí)踐：影響光合作用強(qiáng)度的因素——礦質(zhì)元素光合作用原理的應(yīng)用水是光合作用的原料；水會(huì)影響氣孔關(guān)閉，從而影響CO2進(jìn)入植物體，間接影響光合作用。合理灌溉指導(dǎo)實(shí)踐：影響光合作用強(qiáng)度的因素——水光合作用原理的應(yīng)用（1）光照強(qiáng)度逐漸增大；（2）此時(shí)溫度很高，導(dǎo)致氣孔大量關(guān)閉，CO2無法進(jìn)入葉片組織，致使光合作用暗反應(yīng)受到限制。（3）光照強(qiáng)度不斷減弱（4）光照強(qiáng)度、溫度實(shí)例分析：下圖是在夏季晴朗的白天，某種綠色植物葉片光合作用強(qiáng)度的曲線圖。分析曲線并回答問題（教材106頁第1題）光合作用原理的應(yīng)用限制光合速率的因素為橫坐標(biāo)所示的因素，隨該因素的不斷加強(qiáng)，光合速率不斷提高P點(diǎn)之前：Q點(diǎn)：橫坐標(biāo)所示的因素不再是限制光合速率的因素，影響因素為坐標(biāo)圖中所標(biāo)示出的其他因素光合作用強(qiáng)度的多因素影響光合作用原理的應(yīng)用總結(jié)：結(jié)合光合作用與呼吸作用的原理，提出提高農(nóng)作物產(chǎn)量的措施延長(zhǎng)光照時(shí)間增加光照面積增加光照強(qiáng)度提高CO2濃度白天適當(dāng)升溫，夜晚適當(dāng)降溫化能合成作用硝化細(xì)菌NH3HNO2+能量HNO3+能量CO2+H2O（CH2O）能量化能合成：利用環(huán)境中某些無機(jī)物氧化時(shí)釋放的能量將CO2和H2O（無機(jī)物）合成糖類（有機(jī)物）的過程。化能合成作用同化作用光能自養(yǎng)（光合作用）化能自養(yǎng)（化能合成作用）自養(yǎng)型異養(yǎng)型寄生、腐生、捕食光照強(qiáng)度CO2消耗量O光合作用強(qiáng)度用什么表示？

CO2+H2O（CH2O）+O2光能葉綠體單位時(shí)間內(nèi)葉綠體消耗CO2的量單位時(shí)間內(nèi)葉綠體制造O2的量單位時(shí)間內(nèi)葉綠體制造糖類的量怎么測(cè)量？能直接測(cè)量的是？單位時(shí)間內(nèi)細(xì)胞（植株）吸收CO2的量單位時(shí)間內(nèi)細(xì)胞（植株）釋放CO2的量單位時(shí)間內(nèi)細(xì)胞（植株）積累糖類的量總光合作用（真光合作用)速率：凈光合作用（表觀合作用)速率：細(xì)胞呼吸（有氧呼吸）速率-=光照強(qiáng)度CO2消耗量O光照強(qiáng)度CO2吸收量O怎么畫？只進(jìn)行細(xì)胞呼吸C點(diǎn)之前受限因素：光照強(qiáng)度，C點(diǎn)之后受限因素：溫度、CO2濃度等A點(diǎn)：___________________________B點(diǎn)：___________________________C點(diǎn)：___________________________D點(diǎn)：___________________________AB段：____________________BC段：____________________有氧呼吸光合作用速率=有氧呼吸速率光合作用速率達(dá)到最大值光合作用速率達(dá)到最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的最小光照強(qiáng)度光補(bǔ)償點(diǎn)光飽和點(diǎn)光<呼光>呼細(xì)胞（植株）表現(xiàn)為_____CO2，____O2，_____有機(jī)物釋放吸收消耗細(xì)胞（植株）表現(xiàn)為_____CO2，____O2，_____有機(jī)物吸收釋放積累FEGEF段：________________________________________________FG段：________________________________________________EG段：________________________________________________細(xì)胞（植株)單位時(shí)間內(nèi)吸收CO2的量細(xì)胞（植株)單位時(shí)間有氧呼吸產(chǎn)生CO2的量葉綠體單位時(shí)間內(nèi)消耗CO2的量?jī)艄夂纤俾视醒鹾粑俾收婀夂纤俾蔆O2補(bǔ)償點(diǎn)CO2飽和點(diǎn)練習(xí)：將某綠色植物放在特定的實(shí)驗(yàn)裝置中，研究溫度對(duì)光合作用與呼吸作用的影響（其他實(shí)驗(yàn)條件都是理想的），實(shí)驗(yàn)以