第四節

能量之源----光與光合作用

綠葉中色素的提取和分離1、試驗原理(1)色素的提取：色素溶于有機溶劑而不溶于水，可用無水乙醇（丙酮）等有機溶劑提取綠葉中的色素。(2)色素的分離：多種色素在層析液中溶解度不一樣，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快，反之則慢，從而使多種色素互相分離。2、試驗環節提取綠葉中的色素：稱取5g綠色葉片，先剪碎，再加入少許二氧化硅和碳酸鈣，然後加入10mL無水乙醇，并進行迅速、充足的研磨，然後過濾研磨液至試管中，用棉塞塞嚴試管口。制備濾紙條：將干燥的定性濾紙剪成長和寬略不不小于試管的濾紙條，將濾紙條的一段剪去兩角，并在距這一端1cm處用鉛筆畫一條細的橫線。畫濾液細線①用毛細吸管吸取少許濾液②畫線③待濾液干後，反復2～3次分離綠葉中的色素：將3mL層析液倒入試管，插入濾紙條(有濾液細線的一端朝下，濾液細線不能觸及層析液)，隨即用棉塞塞緊試管。觀測現象：濾紙條上出現四條色素帶，從上到下依次是(顏色)橙黃色、黃色、藍綠色、黃綠色。3、試驗成果色素種類色素顏色色素含量溶解度擴散速度胡蘿卜素橙黃色至少最高最快葉黃素黃色較少較高較快葉綠素a藍綠色最多較低最慢葉綠素b黃綠色較多最低最慢4、試驗中的操作目的及注意事項過程注意事項操作目的提取色素(1)選新鮮綠色的葉片使濾液中色素含量高(2)研磨時加無水乙醇溶解色素(3)加少許SiO2和CaCO2研磨充足和防止色素被破壞(4)迅速、充足研磨防止乙醇揮發，充足溶解色素(5)盛放濾液的試管管口加棉塞防止乙醇揮發和色素氧化過程注意事項操作目的分離色素(1)濾紙預先干燥處理使層析液在濾紙上迅速擴散(2)濾液細線要細、齊、直使分離出的色素帶平整不重疊(3)濾液細線干燥後再畫一兩次使分離出的色素帶清晰分明(4)濾液細線不觸及層析液防止色素直接溶解到層析液中捕捉光能的色素或構造色素的種類及功能葉綠素a（藍綠色）葉綠素（含量約3/4）重要吸取紅光和藍紫光葉綠素b（黃綠色）色素胡蘿卜素（橙黃色）類胡蘿卜素（含量約1/4）重要吸取藍紫光葉黃素（黃色）葉綠體的構造和功能(1)構造模式圖(2)構造eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(外表：①雙層膜,內部\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(②基質：具有與暗反應有關的酶,③基粒：由類囊體堆疊而成，分布有,色素和與光反應有關的酶))))↓決定(3)功能：進行光合作用的場所。3、葉綠體功能的驗證eq\o\ac(○,)試驗過程及現象：水綿A：極細光束照射：好氧細菌集中于葉綠體被光束照射的部位黑暗無空氣好氧細菌B：完全曝光：好氧細菌分布于葉綠體所有受光部位eq\o\ac(○,)試驗結論：葉綠體是進行光合作用的場所O2是由葉綠體釋放的光合作用的探究歷程年代及科學家過程結論/成果1771年普利斯特利（英國）密閉玻璃罩+綠色植物+蠟燭不易熄滅+小鼠不易窒息死亡植物可以更新空氣1779年英格豪斯（荷蘭）在有光、無光條件下反復普利斯特利的試驗植物只有在陽光照射和綠葉存在時，才能更新空氣1785年發現了空氣的構成綠葉在光下放出的是O2，吸取的是CO21845年梅耶（德國）根據能量轉化與守恒定律植物在進行光合作用時，把光能轉換成化學能儲存起來1864年薩克斯（德國）黑暗中饑餓處理的綠葉碘蒸氣二分之一曝光變藍碘蒸氣二分之一遮光不變藍光合作用的產物除氧氣外尚有淀粉1941年魯賓和卡門（美國）H218O+CO2植物18O2H2O+C18O2植物O2光合作用釋放的氧氣來自水1948年卡爾文（美國）用14C標識的CO2追蹤光合作用14CO214C314C6H12O6CO2中的碳元素被用于合成糖類等有機物（卡爾文循環）注：1.薩克斯試驗中黑暗處理的目的：消耗掉葉片中原有的淀粉，使曝光與遮光形成對照。2.薩克斯試驗需先用酒精進行脫色處理，再用碘蒸氣處理。3.魯賓、卡門和卡爾文所用的試驗措施為同位素標識法。四、光合作用過程1、概念：綠色植物通過葉綠體，運用光能，把CO2和H2O轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出O2的過程。2、反應式光能CO2+H2O（CH2O）+O2葉綠體過程區別比較項目光反應暗反應場所葉綠體類囊體薄膜葉綠體基質條件光、色素、酶、水、ADP、Pi多種酶、CO2、ATP、[H]反應光能的吸取、傳遞、轉換eq\o\ac(○,)水的光解：光2H2O4[H]+O2eq\o\ac(○,)ATP的合成酶ADP+Pi+光能ATP有機物（糖類的合成）eq\o\ac(○,)CO2的固定：酶C5+CO22C3eq\o\ac(○,)C3的還原酶、[H]2C3（CH2O）+C5ATP能量轉化光能電能ATP中活躍的化學能ATP中活躍的化學能有機物中穩定的化學能聯絡光反應階段的產物[H]是暗反應中C3的還原劑，ATP為暗反應階段的進行提供能量暗反應階段產生的ADP和Pi為光反應階段形成ATP提供了原料注：（1）暗反應有光、無光都能進行。若光反應停止，暗反應可持續進行一段時間，但時間不長，故晚上一般認為只進行細胞呼吸，不進行暗反應。（2）總光照時間相似時，光照和黑暗間隔處理比一直光照積累的有機物多，由于[H]、ATP基本不積累，運用充足，但一直光照會導致[H]、ATP的積累，運用不充足。五、CO2濃度與光照強度變化對光合作用中C3、C5、ATP和有機物含量變化的影響條件C3C5[H]和ATP（CH2O）光照由弱強（CO2濃度不變）↓↑↑↑光照由強弱（CO2濃度不變）↑↓↓↓CO2濃度由低高↑↓↓↑CO2濃度由低高↓↑↑↓六、影響光合作用的原因（一）內因1.酶的種類、數量2.葉面指數隨葉面積增大，總光合量不停增大，干物質積累不停增長，呼吸量不停增長。當增大到一定程度後，總光合量不再增長，原因是許多葉片被遮擋，但呼吸量隨葉面積增大仍不停增長，故干物質積累量逐漸減少。生產應用：合適間苗、修剪，合理施肥、澆水，防止枝葉徒長；合理密植。3.葉齡OA：伴隨幼葉不停生長，葉面積不停增大，葉內葉綠體不停增多，光合速率不停增長。AB：壯葉時，葉面積、葉綠體基本穩定，光合速率穩定。BC：老葉時，隨葉齡增長，葉綠素被破壞，光合速率下降。生產應用：農作物、果樹管理後期應合適摘除老葉、殘葉，蔬菜及時換新葉。（二）外因（環境原因）1.光A點：光照強度為0，只有呼吸作用，釋放的CO2量可表達此時細胞呼吸的強度。AB段：隨光照強度增強，光合作用也逐漸增強，CO2釋放量逐漸減少，由于細胞呼吸釋放的CO2有一部分用于光合作用，此時細胞呼吸強度不小于光合作用強度。B點：細胞呼吸釋放的CO2所有用于光合作用，即光合作用強度等于細胞呼吸強度，B點所示光照強度稱為光賠償點。BC段：CO2的吸取量為正值。即光合作用所吸取的CO2除去細胞呼吸產生的CO2外，還需從外界攝取CO2，光合作用強度不小于呼吸作用強度。CO2吸取量表達凈光合速率。C點：光合作用強度到C點抵達最大值。之後光照強度再增長，光合作用強度不變，C點對應的橫坐標稱為光飽和點，限制C點後來光合作用強度不再增長的內部原因是色素含量、酶的數量及酶的活性，外部原因是CO2濃度、溫度、水及礦質元素等。光質不一樣影響光合速率：重要原因是葉綠體中的色素對不一樣波長的光的吸取狀況不一樣。生產應用：間作套種植物，可合理運用光能，提高光能運用率。合適延長光合作用時間，能增長農作物產量。2.CO2濃度（1）圖1和圖2都表達在一定濃度范圍內，光合作用速率隨CO2濃度的增長而增大，但當CO2濃度增長到一定范圍後，光合作用速率不再增長。此時的限制原因重要有溫度和光照強度。（2）圖1中A點表達CO2賠償點，即光合作用速率等于呼吸作用速率時的CO2濃度，圖2中A′點表達進行光合作用所需CO2的最低濃度。B和B′點都表達CO2飽和點。生產應用：在農業生產上可以通過“正其行，通其風”，增施農家肥等增大CO2濃度，提高光合作用速率。3.溫度溫度重要通過影響與光合作用有關酶的活性而影響光合作用速率。生產應用：溫室栽培時，白天可合適提高溫度；晚上可合適減少溫度，以減少細胞呼吸消耗有機物，保證有機物的積累。4.礦質元素在一定范圍內，礦質元素越多，光合速率就越快。超過一定濃度時，光合速率不再增長，甚至會引起細胞滲透失水，光合速率下降。生產應用：對農作物要適量施肥，不能過量。否則會導致土壤溶液濃度不小于細胞液濃度，引起細胞失水。5.水缺水會導致氣孔關閉，影響CO2進入細胞中，導致光合速率下降。七、植物的午休現象夏季中午溫度較高，為了減少蒸騰失水，植物會關閉氣孔，此時會阻礙CO2的進入，影響光合作用，出現“光合午休”現象。八、化能合成作用1.概念：自然界中少數種類的細菌，運用體外環境中某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物的過程。2.舉例：硝化細菌的化能合成作用（1）硝化細菌不能運用光能，但能將土壤中的氨（NH3）氧化成亞硝酸（HNO2），進而將亞硝酸氧化成硝酸（HNO3），并釋放出能量。（2）硝化細菌運用這兩個反應釋放的化學能，將CO2和H2