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生物学(1)必修《能量之源——光与光合作用》PPT课件


能量之源—— 能量之源—— 光与光合作用

? 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 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? 用这种方法有什么好处
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。

?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? 为什么是用红色或蓝色的呢
不能; 不能;因为叶绿素基本上不吸收绿光

光能转化为化学能被细胞所吸 收的过程称为光合作用。 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, 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。 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,下面的这个实验, 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?

【实 验】

叶绿体中色素的提取和分离

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, 叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中 所以用无水乙醇可提取叶绿体中色素 可提取叶绿体中色素。 所以用无水乙醇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, 色素在层析液中溶解度不同 分子随层析液在滤纸条上的扩散得快, 分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, 因而可用层析液将不同的色素分离 层析液将不同的色素分离。 因而可用层析液将不同的色素分离。

二、实验程序

方法与步骤: 方法与步骤:称
取5g左右的鲜叶,剪碎, 放入研钵中。加少许的 石英砂(充分研磨)和 碳酸钙 (防止研磨中色 素被破坏)与10ml无水乙 醇。在研钵中快速研磨。 将研磨液进行过滤。

实验结果: 实验结果:

讨论:1.滤纸条上有几条不同颜色的色带?其排序怎样? 讨论 1.滤纸条上有几条不同颜色的色带?其排序怎样? 1.滤纸条上有几条不同颜色的色带 宽窄如何?这说明了什么? 宽窄如何?这说明了什么?
2011-6-13 10

绿 叶 中 的 色 素 叶 素
/4) (含量约 /4)

胡萝卜素(橙黄色) 胡萝卜素(橙黄色)

类胡萝卜素
(含量约1/4) 含量约1/4 1/4)

叶黄素(黄色) 叶黄素(黄色) 叶 素 ( 色) 色)



素 (黄

色) 色)

三、实验关键
1.选材时应注意选择鲜嫩、色浓绿、无浆汁的 选材时应注意选择鲜嫩、色浓绿、 选材时应注意选择鲜嫩 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.画滤液细线时应以细、齐、直为标准,重复 画滤液细线时应以细 为标准, 画滤液细线时应以 画线时必须等上次画线干燥后再进行, 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。 层析时不要让滤液细线触及层析液

四、注意事项
1.因丙酮和层析液都是易挥发且有一定毒性的 因丙酮和层析液都是易挥发且有一定毒性的 都是易挥发且 有机溶剂,所以研磨要快,收集的滤液要用 有机溶剂,所以研磨要快, 棉塞塞住,层析时要加盖, 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.在研磨时要加少许二氧化硅,目的是为了研 在研磨时要加少许二氧化硅 在研磨时要加少许二氧化硅, 磨充分,有利于色素的提取;加少许碳酸钙 磨充分,有利于色素的提取;加少许碳酸钙 的目的是为了防止研磨过程中, 防止研磨过程中 的目的是为了防止研磨过程中,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, 分离色素时 线接触到层析液,这是因为色素易溶解在层 线接触到层析液,这是因为色素易溶解在层 析液中,导致色素带不清晰,影响实验效果。 析液中,导致色素带不清晰,影响实验效果。

2、色素的吸收光谱

叶绿素溶液 类胡萝卜素溶液

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 : 吸 收 蓝 紫 光
叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱

叶 绿 素 : 吸 收 蓝 紫 光 和 红 光



结论: 结论:
? 叶绿素a和合叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光, 叶绿素a和合叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光, 蓝紫光 胡萝卜素和叶红素主要吸收蓝紫光 蓝紫光。 胡萝卜素和叶红素主要吸收蓝紫光。 ? 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, 射回来,所以叶片才呈现绿色 绿色。 射回来,所以叶片才呈现绿色。 问题: 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?

3.叶绿体 3.叶绿体
1817年 1817年,两位法国科学家首次从植物中分 离出叶绿素, 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。 ? 1865年 1865年,德国植物学家萨克斯研究叶绿 素在光合作用中的功能时, 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, 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,后来人们称之为叶绿体 叶绿体。 一个更小的结构里,后来人们称之为叶绿体。 ?

捕捉光能的色素存在于细胞中的什 么部位? 么部位?

绿叶

叶片中的叶肉细胞

叶肉细胞 亚显微结构模式图

叶绿体亚显微 结构模式图

讨论:恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处? 讨论:恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处?
(1)、用水绵作实验材料,有细而长的带状叶绿 )、用水绵作实验材料, 用水绵作实验材料 螺旋状分布在细胞中,便于观察和分析研究。 体,螺旋状分布在细胞中,便于观察和分析研究。 (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 光线和O 排除了环境中光线和 的影响, 中,排除了环境中光线和 2的影响,从而确保 实验能顺利进行。 实验能顺利进行。 )、用极细的光束照射 用极细的光束照射, (3)、用极细的光束照射,并且用好氧菌进 行检测,能准确的判断水绵细胞中放 部位。 细胞中放O 行检测,能准确的判断水绵细胞中放 2 部位。 (4)、进行黑暗(局部光照)与曝光的对照实 4)、进行黑暗(局部光照)与曝光的对照实 进行黑暗 从而明确实验结果完全是由光照引起的。 验,从而明确实验结果完全是由光照引起的。

结论: 结论
? 叶绿体是进行光合作用的场所,它内 叶绿体是进行光合作用的场所, 是进行光合作用的场所 部的巨大膜表面上, 部的巨大膜表面上,不仅分布着许多 吸收光能的色素分子 色素分子, 吸收光能的色素分子,还有许多进行 光合作用所必需的酶 光合作用所必需的酶。

二、光合作用的原理和应用
1、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 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。
2、光合作用的实质

合成有机物, 合成有机物,储存能量

光合作用的探究历程

普利斯特利的实验

17世纪海尔蒙特栽培的柳 17世纪海尔蒙特栽培的柳 世纪海尔蒙特 树实验 结论: 结论:水分是 植物建造自身 的原料。 的原料。

1771年普利斯特利实验 年普利斯特利实验
一段时间后

一段时间后

普 利 斯 特 利 实 验

结论: 结论:植物可以更新空气

有人重复了普利斯特利的实验, 有人重复了普利斯特利的实验,得到相反的结 所以有人认为植物也能使空气变污浊? 果,所以有人认为植物也能使空气变污浊?

1779年 1779年,荷兰的英格豪斯
普利斯特利的实验只有在 阳光照射下才能成功;植物体 阳光照射下才能成功; 下才能成功 只有绿叶才能更新空气 更新空气。 只有绿叶才能更新空气。 到1785年,发现了空气的组 年 成,人们才明确绿叶在光下放出 的是O 吸收的是CO 的是 2,吸收的是 2。

光 能

德国 梅耶

化 学 能

储存在什 么物质中? 么物质中?

1864年,萨克斯(德)的实验 年 萨克斯 德 的实验
一半遮光

一半曝光

(置于暗处几小时) 置于暗处几小时)

思考:目的是什么? 思考:目的是什么?
为了使绿叶中原有的有机物消耗殆尽

1864年,(德)萨克斯的实验 年,(德 绿色叶片中光合作用中产生了淀粉

1864年 1864年,德国萨克斯实验
黑暗处理 一昼夜 让一张叶片一半 曝光一半遮光 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 蓝色, 蓝色,遮光的一半则 没有颜色变化。 没有颜色变化。

绿叶在光下制造淀粉。 绿叶在光下制造淀粉。 淀粉
光合作用释放的O2来自CO2还是H2O? 光合作用释放的 来自 还是

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)
C02
180

C18O2
2

02

第 一 组
H2
180

第 二 H20 组

光合作用产生的O 来自于H 。 光合作用产生的 2来自于 2O。 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?

光合作用氧气来源的探究(1839年)

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美国卡尔文
用14C标记14CO2,供小球藻 进行光合作用, 进行光合作用,探明了 中的C的去向, CO2中的C的去向,称为卡 尔文循环。 尔文循环。

年代 1664 1771 1779 1845 1864 1880 1939 20世纪40代 20世纪40代

科学家
海尔蒙特 普利斯特利 英格豪斯 R.梅耶 R.梅耶 萨克斯 恩格尔曼 鲁宾 卡门

结论
水分是植物建造自身的原料 植物可以更新空气 只有在光照下只有绿叶才可以更 只有在光照下只有绿叶才可以更 在光照下 新空气 植物在光合作用时把光能转变成 植物在光合作用时把光能转变成 了化学能储存起来 了化学能储存起来 绿色叶片光合作用产生淀粉 绿色叶片光合作用产生淀粉 氧由叶绿体释放出来。叶绿体是 由叶绿体释放出来。叶绿体是 光合作用的场所。 光合作用的场所。 光合作用释放的氧来自水 光合作用释放的氧来自水。 光合产物中有机物的碳来自CO 光合产物中有机物的碳来自CO2

卡尔文

绿色植物通过叶绿体,利用光能, 绿色植物通过叶绿体,利用光能,把 叶绿体 光能 CO2和H2O转化成储存能量的有机物,并 转化成储存能量的有机物 转化成储存能量的有机物, 释放出O 的过程。 释放出 2的过程。
光能 叶绿体

反应物、条件、 反应物、条件、 场所、 场所、生成物

CO2+H2O

)+O (CH2O)+ 2 )+
糖类

光合作用过程
划分依据:反应过程是否需要光能 划分依据:反应过程是否需要光能

光反应 暗反应
有光才能反应 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、 有光、无光都能反应

类囊体膜
H2O


[H]

光反应阶段

进入叶绿 体基质, 体基质, 参与暗反 应

ATP 供暗反 Pi +ADP 应使用 场所: 叶绿体内的类囊体薄膜 场所: 叶绿体内的类囊体薄膜上 类囊体薄膜上 色素、 条件: 条件: 光、色素、酶 还原剂) 光能 (还原剂) [H] + O2 水的光解: 水的光解:H2O 物质变化 酶 ATP的合成: +Pi +能量(光能) 的合成: 能量(光能) ATP 的合成 ADP+ 光能转变为活跃的化学能贮存在 转变为活跃的化学能贮存在ATP中 中 能量变化 光能转变为活跃的化学能贮存在

类囊体膜
H2O


[H] Pi +ADP ATP
C3 的 还原

三碳化合物 2C3

叶绿体基质 CO2的 多种酶 固定

CO2
五碳化合物

C5
糖类

卡尔文循环

暗反应阶段

条件: 、 条件: [H] 、ATP、酶 酶 CO2的固定:CO2+C5 的固定: 物质变化 酶 C3的还原: 2C3 的还原:
ATP [H] 、

场所: 叶绿体的基质 基质中 场所: 叶绿体的基质中 2C3
糖类

(CH2O)

ADP+Pi

转变为糖类 中活跃的化学能转变为糖类等 能量变化 ATP中活跃的化学能转变为糖类等 有机物中稳定 稳定的 有机物中稳定的化学能 三碳化合物 2C3
叶绿体基质 CO2的 多种酶 固定

ATP [H]

CO2
五碳化合物

C5
糖类

比较光反应、 比较光反应、暗反应
条件 场所 光反应阶段 色素、 光、色素、酶 暗反应阶段 不需光、 不需光、酶、[H]、ATP 、 叶绿体基质中 叶绿体基质中 基质 CO2的固定; C3的还原 的固定;

叶绿体类囊体膜 叶绿体类囊体膜 水的光解; 物质变化 水的光解; ATP 的生成 ATP中活 光能 能量变化 联系

ATP中活 中活 有机物中稳 跃化学能 定化学能 跃化学能 光反应是暗反应的基础,为暗反应提供[H] [H]和 光反应是暗反应的基础,为暗反应提供[H]和 ATP,暗反应为光反应提供ADP ADP和 ATP,暗反应为光反应提供ADP和Pi 。

光能

CO2+H2O

叶绿体

(CH2O)+O2

光合作用总过程: 光合作用总过程:
2H2O
光解 吸收

O2 4[H]
酶 还 原 能

2C3
固定

CO2

可见光

色素分子

ATP 酶 ADP+Pi

多种酶 C5 (CH2O)

光反应

暗反应

总结: 总结: 水的光解: 光反应 H2O →2 [H] + 1/2O2
ATP的合成 : 的合成

ADP + Pi +
CO2的固定:
暗反应


光能



ATP

CO2 + C5 → 2C3
CO2的还原:

2C3 + [H]

酶 ATP

(CH2O) + C5

原料和产物的对应关系: 原料和产物的对应关系: C CO2 H2O (CH2O) H ) O CO2
O2 H2O ATP中 ATP中活跃 的化学能 C3 (CH2O)中稳定 中 的化学能 (CH2O) )

能量的转移途径: 能量的转移途径:
光能 CO2

碳的转移途径: 碳的转移途径:

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:
H2O 光 B C A D E+Pi H I G J F CO2

水 色素 O2 ①图中A是______,B是_______,它来自于______的分解。 图中A ______,B是_______,它来自于______的分解。 它来自于______的分解 [H] 基质 图中C _______,它被传递到叶绿体的______部位, ______部位 ②图中C是_______,它被传递到叶绿体的______部位,用 用作还原剂, 用作还原剂,还原C 于____________________ 。 ___________还原 3 色素吸收 ATP 图中D ____,在叶绿体中合成D所需的能量来自______ ③图中D是____,在叶绿体中合成D所需的能量来自的光能 ______ 图中G________,F __________,J是 糖类 G________,F是 C3化合物 C5化合物 ④图中G________,F是__________,J是_____________ [H]和ATP 光反应 和 图中的H表示_______ _______, 提供__________ ⑤图中的H表示_______, H为I提供__________

光合作用原理的应用
影响光合作用强度的因素? 影响光合作用强度的因素? 光合作用强度的因素
的浓度,光照的长短与强弱;光的成分; CO2的浓度,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 适当提高 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
自养生物 光能自养生物
以光为能源,以CO2和H2O(无机物)为原料合成 为能源, (无机物) 糖类(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 糖类(有机物),糖类中储存着由光能转换来的能量。 例如绿色植物 绿色植物。 例如绿色植物。

异养生物
只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生 只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生 现成的有机物 命活动。例如人 动物、真菌及大多数的细菌。 命活动。例如人、动物、真菌及大多数的细菌。

化能合成作用

化能自养生物

利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来 利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来 无机物氧化时所释放的能量 制造有机物。少数的细菌,如硝化细菌。 制造有机物。少数的细菌,如硝化细菌。 细菌

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)


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